linux网络编程之socket（一）：socket概述和字节序、地址转换函数
linux网络编程之socket（一）：socket概述和字节序、地址转换函数
一、什么是socket
socket可以看成是用户进程与内核网络协议栈的编程接口。 socket不仅可以用于本机的进程间通信，还可以用于网络上不同主机的进程间通信。
socket API是一层抽象的网络编程接口，适用于各种底层网络协议，如IPv4、IPv6，以及以后要讲的UNIX Domain Socket。然而，各种网络协议的地址格式并不相同，如下图所示：
IPv4和IPv6的地址格式定义在netinet/in.h中，IPv4地址用sockaddr_in结构体表示，包括16位端口号和32位IP地址，如下所示：
struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ struct in_addr sin_addr; /* internet address */
char sin_zero[8]; /* pad bytes, set to zero is ok */ };
/* Internet address. */ struct in_addr { uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
IPv6地址用sockaddr_in6结构体表示，包括16位端口号、128位IP地址和一些控制字段。UNIX Domain Socket的地址格式定义在sys/un.h中，用sockaddr_un结构体表示。各种socket地址结构体的开头都是相同的，对于unix 的某些实现来说 前8位表示整个结构体的长度，后8位表示地址类型，而Linux就没有长度字段，前2个字节都是地址类型。IPv4、IPv6和UNIX Domain Socket的地址类型分别定义为常数AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX。 这样，只要取得某种sockaddr 结构体的首地址，不需要知道具体是哪种类型的sockaddr 结构体，就可以根据地址类型字段确定结构体中 的内容。因此，socket API可以接受各种类型的 sockaddr结构体指针做参数，例如bind、accept、connect等函数，这些函数的参数应该设计成void *类型以便接受各种类型的指针，但是sock API的实现早于ANSI C标准化，那时还没有void *类型，因此这些函数的参数都用struct sockaddr *类型表示，即通用地址结构，如下所示：
struct sockaddr { sa_family_t sin_family; char sa_data[14]; };
sin_family：指定该地址家族 sa_data：由sin_family决定它的形式。
在传递参数之前要强制类型转换一下，例如：
struct sockaddr_in servaddr;
/* initialize servaddr */
bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
二、网络字节序
字节序
大端字节序（Big Endian) 最高有效位（MSB：Most Significant Bit）存储于最低内存地址处，最低有效位（LSB：Lowest Significant Bit）存 储于最高内存地址处。
小端字节序（Little Endian） 最高有效位（MSB：Most Significant Bit）存储于最高内存地址处，最低有效位（LSB：Lowest Significant Bit）存 储于最低内存地址处。
主机字节序 不同的主机有不同的字节序，如x86为小端字节序，Motorola 6800为大端字节序，ARM字节序是可配置的。
网络字节序 网络字节序规定为大端字节序
为使网络程序具有可移植性，使同样的C代码在大端和小端计算机上编译后都能正常运行，可以调用以下库函数做网络字节序和主机字节序的转换。
#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
这些函数名很好记，h表示host，n表示network，l表示32位长整数，s表示16位短整数。例如htonl表示将32位的长 整数从主机字节序转换为网络字节序，例如将IP地址转换后准备发送。如果主机是小端字节序，这些函数将参数做相 应的大小端转换然后返回，如果主机是大端字节序，这些函数不做转换，将参数原封不动地返回。
下面写个小程序测试下主机的大小端：
/*************************************************************************
> File Name: byteorder.c
> Author: Simba
> Mail: dameng34@163.com
> Created Time: Fri 01 Mar 2013 04:16:08 PM CST
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<arpa/inet.h>
int main(void)
{
unsigned int x = 0x12345678;
unsigned char *p = (unsigned char *)&x;
printf("%x %x %x %x\n", p[0], p[1], p[2], p[3]);
unsigned int y = htonl(x);
p = (unsigned char *)&y;
printf("%x %x %x %x\n", p[0], p[1], p[2], p[3]);
return 0;
}输出为：
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./byteorder 78 56 34 12 12 34 56 78
即本主机是小端字节序，而经过htonl 转换后为网络字节序，即大端。
三、地址转换函数
前面提到的 sockaddr_in 结构体中的成员struct in_addr sin_addr表示32位的IP地址。但是我们通常用点分十进制的字符串表示IP地址，以下函数可以在字符串表示和in_addr表示之间转换。
字符串转in_addr的函数：
#include <arpa/inet.h>
int inet_aton(const char *strptr, struct in_addr *addrptr);
in_addr_t inet_addr(const char *strptr);
int inet_pton(int family, const char *strptr, void *addrptr);
注意，转换而成的32位数是网络字节序的。
in_addr转字符串的函数：
char *inet_ntoa(struct in_addr inaddr);
const char *inet_ntop(int family, const void *addrptr, char *strptr, size_t len);
注意，传入的32位数也是网络字节序的。
其中inet_pton和inet_ntop不仅可以转换IPv4的in_addr，还可以转换IPv6的in6_addr，因此函数接口是void *addrptr。
下面写个小程序演示一下：
/*************************************************************************
> File Name: addr_in.c
> Author: Simba
> Mail: dameng34@163.com
> Created Time: Fri 01 Mar 2013 04:16:08 PM CST
************************************************************************/
#include<stdio.h>
#include<arpa/inet.h>
int main(void)
{
unsigned int addr = inet_addr("192.168.0.100"); //转换后是网络字节序（大端）
printf("add=%u\n", ntohl(addr));
struct in_addr ipaddr;
ipaddr.s_addr = addr;
printf("%s\n", inet_ntoa(ipaddr));
return 0;
}输出为：
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./addr_in add=3232235620 192.168.0.100
注意，在打印addr的时候先转换成主机字节序。
四、套接字类型
流式套接字(SOCK_STREAM) 提供面向连接的、可靠的数据传输服务，数据无差错，无重复的发送，且按发送顺序接收。 数据报式套接字(SOCK_DGRAM) 提供无连接服务。不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。 原始套接字（SOCK_RAW）
参考：
《Linux C 编程一站式学习》
《TCP/IP详解 卷一》