Linux 网络编程——网络字节序、地址转换

“endian”这个词出自《格列佛游记》。小人国的内战就源于吃鸡蛋时是究竟从大头（Big-Endian）敲开还是从小头（Little-Endian）敲开，由此曾发生过六次叛乱，其中一个皇帝送了命，另一个丢了王位。

我们一般将“endian”翻译成“字节序”，将Big-Endian和 Little-Endian称作“大端格式”和“小端格式”。

字节序是指多字节数据的存储顺序，在设计计算机系统的时候，有两种处理内存中数据的方法：大端格式、小端格式。

小端格式(Little-Endian)：将低位字节数据存储在低地址。
大端格式(Big-Endian)：将高位字节数据存储在低地址。

举个简单的例子，对于整形 0x12345678，它在大端格式和小端格式的系统中，分别如下图所示的方式存放：

下面例子为确定主机的字节序：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  unsigned int a = 0x12345678;
  unsigned char *p = (unsigned char *)&a;  //只取一个字节
  if(0x12 == *p){
    printf("Big-Endian\n");
  }else if(0x78 == *p){
    printf("Little-Endian\n");
  }
  
  return 0;
}

网络上的数据流是字节流，对于一个多字节数值，在进行网络传输的时候，先传递哪个字节？也就是说，当接收端收到第一个字节的时候，它是将这个字节作为高位还是低位来处理呢？

网络字节序定义：收到的第一个字节被当作高位看待，这就要求发送端发送的第一个字节应当是高位。而在发送端发送数据时，发送的第一个字节是该数字在内存中起始地址对应的字节。可见多字节数值在发送前，在内存中数值应该以大端法存放。

所以，网络协议指定了通讯字节序：大端。只有在多字节数据处理时才需要考虑字节序，运行在同一台计算机上的进程相互通信时，一般不用考虑字节序，异构计算机之间通讯，需要转换自己的字节序为网络字节序。

以下接口所需头文件：#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostint32);

功能：

将 32 位主机字节序数据转换成网络字节序数据

参数：

hostint32：需要转换的 32 位主机字节序数据，uint32_t 为 32 为无符号整型

返回值：

成功：返回网络字节序的值

uint16_t htons(uint16_t hostint16);

功能：

将 16 位主机字节序数据转换成网络字节序数据

参数：

hostint16：需要转换的 16 位主机字节序数据，uint16_t，unsigned short int

返回值：

成功：返回网络字节序的值

测试示例：

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
  int a = 0x01020304;
  short int b = 0x0102;
  
  printf("htonl(0x%08x) = 0x%08x\n", a, htonl(a));
  printf("htons(0x%04x) = 0x%04x\n", b, htons(b));
  
  return 0;
}

运行结果如下：

uint32_t ntohl(uint32_t netint32);

功能：

将 32 位网络字节序数据转换成主机字节序数据

参数：

netint32：待转换的 32 位网络字节序数据，uint32_t，unsigned int

返回值：

成功：返回主机字节序的值

uint16_t ntohs(uint16_t netint16);

功能：

将 16 位网络字节序数据转换成主机字节序数据

参数：

netint16：待转换的 16 位网络字节序数据，uint16_t，unsigned short int

返回值：

成功：返回主机字节序的值

以下接口所需头文件：#include <arpa/inet.h>

int inet_pton(int family,const char *strptr, void *addrptr);

功能：

将点分十进制数串转换成 32 位无符号整数

参数：

family：协议族( AF_INET、AF_INET6、PF_PACKET 等 )，常用 AF_INET

strptr：点分十进制数串

addrptr：32 位无符号整数的地址

返回值：

成功返回 1 、 失败返回其它

测试示例：

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
  char ip_str[]="172.20.223.75";
  unsigned int ip_uint = 0;
  unsigned char *ip_p = NULL;

  inet_pton(AF_INET,ip_str,&ip_uint);
  printf("in_uint = %d\n",ip_uint);
  
  ip_p = (char *)&ip_uint;
  printf("in_uint = %d,%d,%d,%d\n",*ip_p,*(ip_p+1),*(ip_p+2),*(ip_p+3));

  return 0;
}

运行结果如下：

const char *inet_ntop( int family,const void *addrptr,char *strptr,size_t len );

功能：

将 32 位无符号整数转换成点分十进制数串

参数：

family：协议族( AF_INET、AF_INET6、PF_PACKET 等 )，常用 AF_INET

addrptr：32 位无符号整数

strptr：点分十进制数串

len：strptr 缓存区长度

len 的宏定义#define INET_ADDRSTRLEN 16 // for ipv4

#define INET6_ADDRSTRLEN 46 // for ipv6

返回值：

成功：则返回字符串的首地址

失败：返回 NULL

测试示例：

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
  unsigned char ip[] = {172,20,223,75};
  char ip_str[16] = "NULL";

  inet_ntop(AF_INET,(unsigned int *)ip,ip_str,16);
  printf("ip_str = %s\n",ip_str);

  return 0;
}

运行结果如下：