计网期末复习之套接字编程

1、字节序（大端模式、小端模式）

字节(Byte)

传输和存储信息的最小单位。
各种数据类型，都是由字节构成。

主机字节序(Big-Endian | Little-Endian)

不同类型的机器处理数据时，会按特定的字节排列顺序读取存储器。

以unsigned short类型的数据0x0002为例

大端模式：

字节0x00放在低位地址标识的字节
字节0x02放在高位地址标识的字节

0000000000000010

低 → 高

小端模式:

字节0x00放在高位地址标识的字节
字节0x02放在低位地址标识的字节

0000001000000000

低 → 高

2、主机字节序、网络字节序，转换函数

网络字节顺序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操作系统等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。

网络字节顺序采用Big-Endian排序方式，总是从低位地址开始传输。发送数据包时，程序将主机字节序转换为网络字节序；接受收数据包时，则将网络字节序转换为主机字节序。
htons、ntohs、htonl、ntohl

主机字节序变为网络字节序

uint16_t htons(uint16_t hostshort)
uint32_t htonl(uint32_t hostlong)

网络字节序变为主机字节序

uint16_t ntohs(uint16_t netshort)
uint32_t ntohl(uint16_t netlong)

3、数据结构对齐，对齐系数

数据（字长）模型是编译器用来确定基本数据类型长度的，有 LP64、ILP64、LLP64、ILP32、LP32。

integers (I), long integers (L), and pointers (P)

Linux/Unix: LP64
Windows: LLP64

对齐系数

每个特定平台的编译器都有自己的默认“对齐系数” 。
通过预编译命令#pragma pack(n)，n=1,2,4,8,16来改变这一系数，其中的n就是指定的“对齐系数”。

结构体对齐规则：

①结构体变量的首地址能够被其最宽基本类型成员的大小所整除；

②结构体每个成员相对结构体首地址的偏移量(offset)都是成员大小的整数倍，如有需要编译器会在成员之间加上填充字节；

③结构体的总大小为结构体最宽基本类型成员大小的整数倍，如有需要编译器会在最末一个成员之后加上填充字节。

4、套接字

主动套接字、被动套接字

被动：等待传入连接的套接字，如服务器套接字
主动：发起连接的套接字，如客户端套接字

端到端地址

创建时不指定，使用时指明（TCP/IP需要指明协议端口号和IP地址）

TCP/IP协议族：PF_INET
TCP/IP地址族：AF_INET
PF是protocol family，AF是address family，TCP/IP套接字设计者认为可能某个协议族有多种形式的地址，所以在API上把它们分开了，创建socket用PF，bind/connect用AF。但如今一个PF只有一个AF，从来没有过例外，所以可混用

套接字类型

SOCKET_DGRAM：双向不可靠数据报，对应UDP
SOCKET_STREAM：双向可靠数据流，对应TCP
SOCKET_RAW：低于传输层的低级协议或物理网络提供的套接字类型，可以访问内部网络接口。

5、地址转换函数

Socket 通用地址结构sockaddr
- Socket是传输层/网络层编程接口，由于传输层/网络层的各种实现不同，可能会有不同的编址方案。通用地址为了适应这种需求而定义。
- 通用地址有很大局限性，实际并不具有通用性，例如针对AF_INET6/AF_LOCAL类型的Socket地址，sockaddr结构实际上只能标识出这个地址的类型。
人们习惯使用 202.112.14.151 表示地址（点分十进制），但是这个本质是一个字符串而不是数值，因此在socket编程时，需要进行转换。此外还要考虑字节序的问题，为此可以使用如下一些函数：
1. int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)
  
  返回：1-串有效，0-串有错
  
  inet_aton函数将cp所指的字符串转换成32位的网络字节序二进制，并通过指针inp来存储。这个函数需要对字符串所指的地址进行有效性验证。但如果cp为空，函数仍然成功，但不存储任何结果。
2. in_addr_t inet_addr(const char *cp)
  
  返回：若成功，返回32位二进制的网络字节序地址，若有错，则返回INADDR_NONE
  
  inet_addr进行相同的转换，但不进行有效性验证，也就是说，所有232种可能的二进制值对inet_addr函数都是有效的——过时函数，不应再使用
3. char *inet_ntoa(struct in_addr in)
  
  返回：指向点分十进制数串的指针
  - 函数inet_ntoa将32位的网络字节序二进制IPv4地址转换成相应的点分十进制数串。但由于返回值所指向的串留在静态内存中，这意味着函数是不可重入的。
  - 需要注意的是这个函数是以结构为参数，而不是指针。
  上述三个地址转换函数都只能处理IPv4协议，而不能处理IPv6地址。在同时要处理IPv4和v6的程序中，建议使用以下两个函数。
4. int inet_pton(int family, const char *src, void *dst)
  
  返回：1-成功，0－输入无效，-1:出错
  
  将src指向的字符串转换成二进制地址数值放到dst中。
5. const char *inet_ntop(int family, const void *src, char *dst, size_t cnt)
  
  返回：指向结果的指针－－成功，NULL－出错
  
  和pton做相反的操作。
  - family参数可以是AF_INET,也可以是AF_INET6。
  - 如果长度参数cnt太小，无法容纳表达式格式结果，则返回一个空串。另外，目标指针dst调用前必须先由调用者分配空间。