【C++】Winsock套接字编程,struct sockaddr、sockaddr_in,主机网络字节序

2023-12-04 01:32

本文主要是介绍【C++】Winsock套接字编程,struct sockaddr、sockaddr_in,主机网络字节序,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

前一篇关于windows平台下winsock套接字编程的相关api

struct sockaddr与struct sockaddr_in
在bind函数,connect函数里提到了套接字编程网络地址信息结构体const struct sockaddr和const struct sockaddr_in

关于const struct sockaddr是通用的套接字网络地址信息结构体,而const struct sockaddr_in主要针对于TCP/IP协议体系的网络地址信息存储(sockaddr_in更适合操作)
二者的内存占用一样,所以在调用对应api时候,可以直接将sockaddr_in进行类型强转为sockaddr即可

看一下二者的内部结构
struct sockaddr
{
unsigned short int sa_family; //协议族
unsigned char sa_data[14]; //地址信息
}

struct sockaddr_in
{
short sin_family; //协议族
unsigned short int  sin_port; //端口号(windows平台部分编译环境下,可能将此类型typdef为in_port_t)
struct in_addr sin_addr; //intenet地址信息,详细内容之后讨论
unsigned char sin_zero[len]; //充填部分
}
我们着重看一下struct sockaddr_in这个结构体
  • short sin_family,对于TCP/IP协议,赋值AF_INET即可
  • unsigned short int sin_port,通信的端口号(网络字节序赋值,关于主机字节序和网络字节序的区别,之后讨论),我在vs2015下,unsigned short int类型被typedef为in_port_t。
  •     struct in_addr sin_addr,保存internet地址信息,也就是我们常说的IP地址,这是一个结构体,来看一下它的内容
struct in_addr
{
union
{
struct 
{
uchar s_b,s_b2,s_b3,s_b4;
}S_un_b;
struct
{
ushort s_w1,s_w2;
}S_un_w;
u_long S_addr; //网络字节序
}S_un;
}    
struct in_addr结构体中,使用联合union,三种方式来保存IP地址信息;
关于IP地址,这是一个4字节的无符号整型,此结构体也就对应了三种保存方式:1.S_un_b单字节保存为;2.S_un_w,双字节保存;3.S_addr,4字节保存;
我们常用S_addr4字节直接保存IP地址信息
  • unsigned char sin_zero[len]用来充填对齐,使sockaddr_in与sockaddr内存对齐,不用关注。

网络字节序与主机字节序
在之前,一直提到对应的端口port与网络地址IP地址,必须使用网络字节序来操作。
什么是网络字节序,还有对应的主机字节序是什么?
首先,我们先看一下目前计算机当中存在的两种字节序
little_endian,big_endian

对于一个数,在计算机内存存储有两种方式:
一,将数字的低位存在内存的起始地址上,称为little_endian
二,将数字的高位存在内存的起始地址上,称为big_endian

由于目前计算机工艺的区别,不同计算机采用了不同的存储序,我们可以通过一些方式查询到自己计算机的字节序(本文不再赘述,可自行查找)

为了保证计算机在网络通信时,不会因为两种顺序造成寻址失败,规定将 big_endian称为网络字节序

PS:主机字节序与little_endian、big_endian没有直接关系。并不是说little_endian就是主机字节序。主机字节序是根据本台计算机的硬件决定的,主机字节序既可能是little_endian,也可能是big_endian。

所以,我们在操作sockaddr_in里sin_port和sin_addr时,一定要将网络字节序的端口号和IP地址操作进去
(关于网络字节序与主机字节序的转换函数,之后介绍)

举例:
对于点分十进制IP地址“192.168.3.31”,这是一个4字节的数据
对应的二进制:1100 0000     1010 1000     0000 0011     0001 1111
对应十进制  3232236319‬
如果转换到网络字节序(big_endian)下,那么高位就会存放在起始位置上(4字节数据颠倒存放)
那么对应的二进制:0001 1111     0000 0011     1010 1000     1100 0000
对应十进制: ‭520333504‬

转换函数:(h-host主机,n-net网络,l-long4字节,s-short2字节)
主机字节序转换为网络字节序:
u_long htonl(u_long hostlong); //4字节
u_short htons(u_short hostshort);  //2字节
网络字节序转换为主机字节序:
u_long ntohl(u_long netlong); //4字节
u_long ntohs(u_short netshort); //2字节

对于sockaddr,sockaddr_in结构体中的 端口号sin_port,需要使用2字节的转换函数来转换
对于in_addr结构体中的S_addr,需要使用4字节转换函数来转换

另一种IP地址的转换函数:
    对于上面提到的转换函数,使用起来必然是很困难的,因为我们日常中常见的IP地址是点分十进制“192.168.1.1”这样的形式。
    如果我们需要使用上面的函数,则需要自己先手工将点分十进制转换成普通十进制二进制才能使用。这样很麻烦。
    所以,我们有其他直接将点分十进制char类型转换成网络字节序的函数
    unsigned long inet_addr inet_addr(const char *cp);
    我们可以直接将const char *cp="192.168.1.1"这样形式的IP地址使用该函数转换为网络字节序。
    
    但是,我使用的是windows10,VS2015环境,如果使用这个函数,则会编译报错。
    会提示使用inet_pton()函数来进行转换
    查了相关资料,inet_addr函数相对较旧,不支持IPv6,所以VS2015已经不支持,VS2010目测支持。而linux平台下,win平台下使用codeblock附加对应库函数,也可以使用。
    但是为了保证VS2015的正常运行,所以我还是改用了支持IPv6的inet_pton()函数。
    
    函数int inet_pton(int af, const char *src, void *dst); 附加头函数#include<WS2tcpip.h>
    参数:af-协议地址族 TCP/IP协议使用AF_INET
               src-字符串形式的点分十进制IP地址
               对应的in_addr结构体指针,必须使用void类型强转

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