Windows 环境下的 Socket 编程 2 - 地址族与数据序列

Posted 2023-02-23 研究是为了理解

地址族

在《Windows 环境下的 Socket 编程 1 - 环境搭建和 Socket 相关函数》这篇文章中，提到过 socket 函数，其原型为：

/*成功返回 SOCKET 句柄，失败返回 INVALID_SOCKET*/
SOCKET socket(int af,int type,int protocol);

其中第一个参数 af 用于指定 SOCKET 使用的 协议族 ，常见协议族有：IPv4 协议族（PF_INET）、IPv6 协议族（PF_INET6）等。
本节重点在于 IPv4 协议族的地址信息表示。
协议族的地址信息使用结构体 struct sockaddr 表示。
bind 函数、 accept 函数、connect 函数都要求传入 struct sockaddr 类型的指针，以 bind 为例：

/*成功返回 0 ，失败返回 SOCKET_ERROR*/
int bind(SOCKET s,const struct sockaddr *name,int namelen);

结构体 struct sockaddr 用于保存地址信息中需要包含的 地址族 、端口号 、IP地址 等。该结构体的声明为：

struct sockaddr 
	u_short	sa_family;			// 地址族
	char	sa_data[14];		// 地址信息（端口号、IP 地址等）
;

sockaddr 用于所有协议族的地址信息，因而它的地址信息预留了 14 字节内存。
可以看到，将端口号、IP 地址这些信息写入 sa_data 数组中十分麻烦，因为端口号是 16 位数据， IP 地址是 32 位数据，需要将它们转换成字节流。为此，对于 IPv4 协议族，就有了新的结构体 sockaddr_in ：

struct sockaddr_in 
	short	sin_family;
	u_short	sin_port;
	struct in_addr	sin_addr;
	char	sin_zero[8];
;

有了这个结构体，IPv4 应用可以方便的填写端口号和 IP 地址信息。由于 IPv4 的地址信息只有端口号和 IP 地址，所以预留了 8 字节的 sin_zero 数组，IPv4 协议族并不使用，只是为了保持和结构体 sockaddr 的一致。

让我们看一下结构体 sockaddr_in 的成员：

• sin_family：地址族，有 IPv4 使用的地址族（AF_INET）、IPv6 使用的地址族（AF_INET6）
• sin_port：端口号，以网络字节序保存（大端模式）
• sin_addr：IP 地址，以网络字节序保存

以 bind 函数为例，看一下结构体 sockaddr_in 的使用：

struct sockaddr_in serv_addr;
// ...
if(bind(hServSock, (sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == SOCKET_ERROR)
    ErrorHandler("bind socket error");
// ...

网络字节序与地址变换

网络字节序使用大端模式。
字节序转换

unsigned short htons(unsigned short);
unsigned short ntohs(unsigned short);
unsigned long htonl(unsigned long);
unsigned long ntohl(unsigned long);

其中，h 表示 主机 （host）字节序，n 表示 网络 （network）字节序。
另外，s 表示 short，l 表示 long 。
除了向 sockaddr_in 结构体变量填充数据需要考虑字节序外，其他情况无需考虑字节序问题。

网络地址的初始化与分配

sockaddr_in 中保存地址信息的成员为32位整数，下面给出 点分十进制 表示法与 32 位整形 IP 转换函数：

unsigned long inet_addr(const char *string);
char *inet_ntoa(struct in_addr adr);		//不可重入

网络地址初始化一般方法：

struct sockaddr_in addr;
char *serv_ip = "172.18.1.2";
char *serv_port = "4001";
memset(&addr, 0, sizeof(addr));
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(serv_ip);
// addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
addr.sin_port = htons(atoi(serv_port));