linux网络编程
数据存储优先顺序的转换
计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先（称为大端模式）和低位字节优先（称为小端模式）。内存的低地址存储数据的低字节，高地址存储数据的高字节的方式叫小端模式。内存的高地址存储数据的低字节，低地址存储数据高字节的方式称为大端模式。
eg:对于内存中存放的数0x12345678来说（注意，对于数据而言，此处12是高字节，78是低字节；对于地址而言，左边是低地址，右边是高地址）
如果是采用大端模式存放的，则其真实的数是：0x12345678
如果是采用小端模式存放的，则其真实的数是：0x78563412
综上：小端模式，先存低字节；大端模式先存高字节。
如果称某个系统所采用的字节序为主机字节序，则它可能是小端模式的，也可能是大端模式的。通常我们的电脑存放数据，都是以小端模式存放。而端口号和IP地址都是以网络字节序存储的，不是主机字节序，网络字节序都是大端模式。要把主机字节序和网络字节序相互对应起来，需要对这两个字节存储优先顺序进行相互转化。
Pra1
原题
实现将字符串形式存放的ip地址（点分十进制数）转换为主机字节序的32位二进制数值。IP为：“180.97.33.107”。十六进制为b4.61.21.6b
思路
一般我们的主机字节序均为小端字节序，也就是选存放数据的低字节。
1. 将字符串中的每个数取出来
2. 分别左移（注意，左移时一定会补0）
180 : 00 00 00 b4 左移0 位 00 00 00 b4
97 : 00 00 00 61 左移8 位 00 00 61 00
33 : 00 00 00 21 左移16位 00 21 00 00
107 : 00 00 00 6b 左移24位 6b 00 00 00
3. 或操作
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define IP "180.97.33.107"
/* 将ip地址转换为主机字节序的二进制数值，输出用16进制表示 */
static int my_atoh(char *ip)
{
int arr[4]; /* 用于存放从ip地址中扣出的4个整数 */
int my_ip;
sscanf(IP,"%d.%d.%d.%d",arr,arr+1,arr+2,arr+3);
my_ip = (arr[3] << 24) | (arr[2] << 16) | (arr[1] << 8) | arr[0];
return my_ip;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int my_host = my_atoh(IP);
printf("ip : %s \n",IP);
printf("host: %x \n",my_host);
return 0;
}
Pra2
原题
实现将主机字节序（小端模式存放）转换为网络字节序（大端模式存放）。即主机字节序为6b2161b4 –> b461216b
思路1
将6b与b4交换，21与61交换。
#include <stdio.h>
int my_hton(int ip)
{
/* &ip指向用32个bit表示的整型数ip，将int*类型的指针转换为char*类型的指针，
* 则ptr指向用8个bit表示(第0-7位)的整型数，
* ptr+1指向用8个bit表示(第8-15位)的整型数，
* ptr+2指向用8个bit表示(第16-23位)的整型数，
* ptr+3指向用8个bit表示(第24-31位)的整型数。*/
char *ptr = (char*)&ip; char tmp; tmp = ptr[0]; ptr[0] = ptr[3]; ptr[3] = tmp; tmp = ptr[1]; ptr[1] = ptr[2]; ptr[2] = tmp; return ip; } int main(int argc, char *argv[]) { int my_host = 0x6b2161b4; int my_net = my_hton(my_host); printf("my_host: %x \n",my_host); printf("my_net : %x \n",my_net); return 0; }
实际上，ip地址为点分十进制，每个字节的表示范围都是0-255。而我们的char类型通常默认为有符号数，也就是说其表示范围是-128-127。那么我在代码中标记为黄色的部分是不是出错了呢？实际上并没有错，因为在此处我们只是关心ip每一位的存储情况，并不要求用到具体每个字节的实际十进制表示数值。在用printf格式化输出时，是根据数据在内存中的二进制形式来格式化的，而16进制形式是没有负数的。
思路2
1. 对于0x6b2161b4，先右移并进行与操作，取出各字节
例如：要取出6b，则0x6b2161b4右移24位，之后与0xff进行与操作即可
注意：千万不能先进行与操作，再右移。如，要取出6b，先使0x6b2161b4与0xff000000进行与操作，之后右移24位。这是错误的，因为右移会补符号位。（tips：左移补0，并舍弃符号位）
2. 分别再左移，调整到适当位置。 （以下两步类似于Pra1）
3. 或操作
#include <stdio.h>
int my_hton2(int ip)
{
int my_net;
my_net = ((ip&0xff)<<24) | (((ip>>8)&0xff) << 16) | (((ip>>16)&0xff) << 8) | ((ip>>24)&0xff);
return my_net;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int my_host = 0x6b2161b4;
int my_net = my_hton2(my_host);
printf("my_host: %x \n", my_host);
printf("my_net : %x \n", my_net);
return 0;
}
实现将网络字节序转换为点分十进制
#include <stdio.h>
static char* my_ntoa(int ip)
{
static char buf[1024] = "";
sprintf(buf,"%d.%d.%d.%d",(ip >> 24) & 0xff,(ip >> 16) & 0xff, (ip >> 8) & 0xff, ip & 0xff);
return buf;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
int my_net = 0xb461216b;
printf("my_net: %x \n", my_net);
printf("IP : %s \n", my_ntoa(my_net));
return 0;
}
我们的my_atoh,my_hton合并为系统函数inet_aton,而my_ntoa即为系统函数inet_ntoa。
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
char ip_buf[] = "180.97.33.107";
struct in_addr my_addr;
inet_aton(ip_buf,&my_addr);
printf("ip : %s \n", ip_buf);
printf("net: %x \n", my_addr.s_addr);
return 0;
}
ip : 180.97.33.107 net: 6b2161b4
照理，网络字节序是大端存储，应该返回0xb461216b。实际上调用系统函数inet_aton后，就直接在变量my_addr.s_addr的实际内存空间中以二进制形式写入了0xb461216b（其实用位运算，就可以直接操作二进制位，上篇博文有具体实现）。之所以运行结果是0x6b2161b4，是因为我们的主机是小端存储，用printf显示结果是先取低字节。
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
struct in_addr my_addr;
my_addr.s_addr = 0xb461216b;
printf("net: %x \n", my_addr.s_addr);
printf("ip : %s \n", inet_ntoa(my_addr));
return 0;
}
net: b461216b ip : 107.33.97.180
照理，ip应该输出的是180.97.33.107。其实道理很简单，我们的主机是小端模式存储，而网络字节序是大端模式，当我们把0xb461216b赋值给my_addr.s_addr 时，实际上在内存中存储形式是0x6b2161b4，而inet_ntoa的具体实现时通过位运算直接操纵二进制位的，因此结果就自然输出107.33.97.180。
// 测试大端机还是小端机
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { int a = 0x61;//97 printf("%x\n",(char*)(&a)[0]); }
结果输出61，说明是小端机，先存低字节。
系统函数无论inet_aton还是inet_ntoa，都是直接以位运算形式实现的，因此其关注的是数据在内存中实际的二进制存储形式。
使用#把宏参数变为一个字符串,用##把两个宏参数贴合在一起。
TCP通信的基本步骤如下：
服务端：socket---bind---listen---while(1){---accept---recv---send---close---}------close
客户端：socket------------------------------connect---send---recv-----------------close
UDP通信的基本步骤如下：
服务端：socket---bind---recvfrom---sendto----close
客户端：socket----------sendto----recvfrom---close
TCP #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> server: int socket(int domain, int type, int protocol); int bind(int fd_server, struct sockaddr *addr_server, int addrlen); /* 绑定服务器联系方式，让客户端有明确的联系方式可以连接 */ int listen(int fd_server, int backlog); /* 将fd_server转换为被动套接字，同时内核将listen到的请求的联系方式放入队列 */ int accept(int fd_server, struct sockaddr *addr_client, int *addrlen); /* 返回客户端socket的另一端，以此建立连线 *//* addr_client为传出参数，存放请求连接方的联系方式 ，如不需要刻意置为NULL */ client: int connect (int fd_client,struct sockaddr *addr_server, int addrlen); /* 通过服务器的联系方式addr_server去连接服务器 */ /* 作为服务器，一定要绑定联系方式，不然请求方没有明确的联系方式可以连接 ， 作为客户端，可以不用绑定联系方式，其端口号会由系统自动分配。 建立连线的关键在于accept函数会返回客户端socket描述符所对应的另一端socket的描述符， 并且客户端的联系方式也可以在accept中使用传出函数获取。 */ after connect： /* 建立连线后，就可以利用socket描述符发送接收信息了 */ int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);
int send(int s,const void * msg,int len,unsigned int flags);
/* 会话结束，关闭 */ int close(int fd);
UDP server: int socket(int domain, int type, int protocol); /* 绑定服务器联系方式，让客户端有明确的联系方式可以连接 */ int bind(int fd_server, struct sockaddr *addr_server, int addrlen); /* 由于fd_server已经绑定联系方式(addr_server)，请求方发送信息时，会通过addr_server发送消息至服务器fd_server， 因此，服务器可以通过fd_server收到消息，并且请求方的联系方式可以通过传出参数addr_client获取 */ int recvfrom(int fd_server, void *buf, int len, unsigned int flags, struct sockaddr *addr_client, int *addrlen); /* 请求方的联系方式(addr_client)会由系统自己绑定，服务器是通过recvfrom的传出参数获取addr_client的。 因此服务器发送消息时，可以通过客户端联系方式addr_client发送至客户端fd_client。 */ int sendto(int fd_server, const void *msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr *addr_client, int addrlen); client： /* 客户端的联系方式，服务器可以在recvfrom时获取，因此没有必要在一开始就绑定 */ int sendto(int fd_server, const void *msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr *addr_client, int addrlen); int recvfrom(int fd_server, void *buf, int len, unsigned int flags, struct sockaddr *addr_client, int *addrlen); /* 实际上，UTP通信方式并没有建立socket连线，双方均是通过联系方式(IP和端口号)进行通信的。 服务器需要在一开始绑定联系方式，不然请求方没有明确的联系方式可以连接。 当服务器recvfrom，不但可以收到客户端的消息，同时可以获取客户端的联系方式。 */
1. TCP通信会建立连线。服务器的socket端口会bind联系方式，给客户端一个明确的联系方式去connect。服务器会listen到客户端的connect，并将其联系方式放入内核维护的任务请求队列中。之后服务器accept，获取与客户端通信的对应socket端口，从而建立连线！之后双方通过socket端口进行通信。
2. UDP通信不会建立连线。服务器的socket端口同样会bind联系方式。客户端通过此联系方式向服务器发送(sendto)消息，由于此联系方式已绑定到服务器的socket端口，因此服务器一定可以收到(recvfrom)消息，与此同时通过recvfrom的传出参数获取客户端的联系方式，从而可以通过客户端的联系方式向客户端发送消息。即，UTP的通信是基于联系方式(IP和端口号)的。是不可靠的通信方式。
3. 为什么TCP中的accept与UDP中的recvfrom都可以通过传出参数获取对方联系方式？不理解的话，可以类比寄信，别人给你寄一封信时，总会写上自己的联系方式吧。
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