字数据网络编程基础

改章节是一篇关于字数据的帖子

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一，套接字编程基本

套接字，英文为socket，是一种双向的通信端口。位于网络中的主机通过连接的套接字供给的接口进行数据传输。套接字是一种应用标准UNIX文件描述符（file descriptor）与其他程序通信的方法。套接字可以看做是处于不同主机之间的两个程序的通信连接端点。一方面程序将要传输的信息写入套接字中，而另一方面则通过读取套接字的数据来取得传输的信息。



上图为应用套接字进行通信的示意图。假设存在两台主机A和B，在主机A中存在进程C，主机B中存在进程D，当进程C需要将数据送到进程D中的时候，首先将数据写到套接字中，而进程D通过读取套接字来取得进程C发送的消息。

在网络中不同计算机是通过IP地址来辨别的，也就是说，要将数据由主机A发送到主机B，只要晓得主机B的IP地址就可以确定数据要发送的目的地。但是在主机A和B中不可能只有进程C和进程D两个进程。主机B在收到数据主机A发送来的数据以后，如何才能确定该数据是发送给进程D？因此，还需要某种标识信息，用于描述网络通信数据发送的进程。TCP/IP协议提出了协议端口观点，用于标识通信的进程。

当进程与某个端口绑定后，操作系统会将收到给该端口的数据送往该进程。与文件描述符类似，每一个端口都有被称为端口号的整数类型的标识符，该标识符用于辨别不同的端口。不同协议可以应用雷同的端口号进行数据传输。例如，TCP应用了344的端口号，UDP同样可以应用344端口号进行数据传输。

端口号为一个16位的无符号整数，其取值范围为0~65535。低于256的端口被作为操作系统的保留端口号，重要用于系统进程的通信，不在这一范围的端口号被称为自由端口号，可以由进程自由的应用。

二，套接字编程相关的数据结构

在开辟应用套接字进行通信的程序时，常会用到sockaddr数据结构或sockaddr_in数据结构。sockaddr数据结构用于保存套接字的地址信息，具体定义如下：

struct sockaddr {

sa_family_t sa_family; /*address family, AF_xxx */

char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */

};

sa_family：用于指定地址族，如果是TCP/IP通信，该值取PF_INET。

sa_data：用于保存套接字的IP地址和端口号信息。

而sockaddr_in数据结构与sockaddr类似，该结构体的定义如下：

struct sockaddr_in {

sa_family_t sin_family; /* Address family */

__be16 sin_port; /* Port number */

struct in_addr sin_addr; /* Internet address */

unsigned char sin_zero[8];

};

sin_family：用于指定地址族。

sin_port：套接字通信的端口号。

sin_addr：通信的IP地址。

sin_zero[8]：用于填充0，保存于structsockaddr同样巨细。

由于sockaddr数据结构与sockaddr_in数据结构的巨细是雷同的，指向sockaddr_in的指针可以通过强制转换，转换成指向sockaddr结构的指针。

三，套接字类型

经常使用的TCP/IP协议的3中套接字类型如下所示：

（1）：流套接字（SOCK_STREAM）：流套接字用于供给面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据可以实现无差错、无重复发送，并按次序接收。流套接字之所以可以实现可靠的数据服务，原因在于其应用了传输控制协议，即TCP（TheTransmission Control Protocol）协议。

（2）：数据报套接字（SOCK_DGRAM）：数据报套接字供给了一种无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性，数据有可能在传输过程当中丧失或出现数据重复，且没法保证次序的接收到数据。数据报套接字应用UDP（User DatagramProtocol）协议进行数据的传输。由于数据报套接字不能保证数据传输的可靠性，对于有可能出现的数据丧失情况，需要在程序中做相应的处置。

每日一道理

毅力，是千里大堤一沙一石的凝聚，一点点地累积，才有前不见头后不见尾的壮丽；毅力，是春蚕吐丝一缕一缕的环绕，一丝丝地坚持，才有破茧而出重见光明的辉煌； 毅力，是远航的船的帆，有了帆，船才可以到达成功的彼岸。

（3）：原始套接字（SOCK_RAW）：原始套接字与标准套接字（流套接字和数据报套接字）的区别在于：原始套接字可以读写内核没有处置的IP数据包，而流套接字只能读取TCP协议的数据，数据报套接字只能读取UDP协议的数据。因此，如果要访问其他协议发送数据必须应用原始套接字。

四，big_endian和little_endian

不同体系的CPU在内存中的数据存储往往存在着差异。例如Intel的X86系列处置器将低序字节存储在起始地址，而一些RISC架构的处置器，如IBM的370主机应用的PowerPC或Motorola公司生产的CPU，都将高序字节存储在起始位置。这两种不同的存储方法被称为little-endian和big-endian。

little-endian是X86系列CPU的数据存储方法，即将低序的部分存储在前面。而big-endian是将高序部分存储在前面。例如，要存储0xF432，little-endian将以32F4存储，而应用big-endian与此相反，将存储为F432，如下图所示：





上面我们将用两种方法来查看我们所应用的处置器是big-endian还是little-endian：

（1）：利用联合的特点：联合中的数据成员是同享存储空间的，所分配的空间为数据成员中最大所需的内存数。程序定义了名为endian_un的联合体，其中包含两个数据成员，一个是short类型的数据成员（在32位系统上，short类型的长度是2个字节），一个是字符类型的字符数组，字符数组的元素个数为short类型的字节数。程序将var赋值为0x0102。由于联合结构的特点，bits字符串数组中同样存储了0x0102这一数值。通过判断字符串中的低位和高位存储的内容，就可以晓得系统是little-endian还是big-endian的。

（2）：通过强制类型转换实现：程序中通过取flag变量的地址，取得起始空间的存储内容。如果起始空间存储的数据的低位内容，则表示存储方法little-endian，否则为big-endian。

程序如下：

#include <stdio.h>

int is_little_endian(void)
{
unsigned short flag = 0x4321;

if (*(unsigned char *)&flag == 0x21)
{
return (1);
}
else
{
return (0);
}
}

int main(void)
{
union endian_un
{
short var;
char bits[sizeof(short)];
};

union endian_un flag;

flag.var = 0x0102;

if (sizeof(short) == 2)
{
if (flag.bits[0]==1 && flag.bits[1]==2)
{
printf("Judged by first method, big-endian\n");
}
else if(flag.bits[0]==2 && flag.bits[1]==1)
{
printf("Judged by first method, little-endian\n");
}
else
{
printf("Cannot determine the type\n");        }
}

if (is_little_endian())
{
printf("Judged by second method, little-endian\n");
}
else
{
printf("Judged by second method, big-endian\n");
}

system("PAUSE");
return (0);

}

运行结果：
Judged by first method, little-endian
Judged by second method, little-endian
请按任意键继续. . .

之所以介绍big-endian和little-endian，是因为这一数据存储方法不仅影响程序在不同硬件平台中的移植，而且在网络中也要考虑字节次序的问题。为了避免兼容性的问题，网络中的数据传输都应用了从高到底的次序存储的方法。因此，如果要将数据从低位字节优先（little-endian）的机器上发往网络，必须首先进行转换。而big-endian的机器是不需要转换的。

Linux系统供给了htons、htonl、ntohs、ntohl这4个函数用于进行字节次序的转换。其中，h是host的缩写，n表示network。最后一个字符如果是s，表示short类型，如果是l，表示为long类型。4个函数的具体定义如下：

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

uint32_t ntohs(uint16_t netshort);

htonl/htons：表示主机字节次序转换成网络字节次序，htonl函数和htons函数的区别在于参数长度存在差异。

ntohl/ntohs：表示网络字节次序转换成主机字节次序，ntohl函数和ntohs函数的区别在于参数长度存在差异。

文章结束给大家分享下程序员的一些笑话语录：

打赌

飞机上，一位工程师和一位程序员坐在一起。程序员问工程师是否乐意和他一起玩一种有趣的游戏。工程师想睡觉，于是他很有礼貌地拒绝了，转身要睡觉。程序员坚持要玩并解释说这是一个非常有趣的游戏："我问你一个问题，如果你不知道答案，我付你5美元。然后你问我一个问题，如果我答不上来，我付你5美元。"然而，工程师又很有礼貌地拒绝了，又要去睡觉。　　程序员这时有些着急了，他说："好吧，如果你不知道答案，你付5美元；如果我不知道答案，我付50美元。"果然，这的确起了作用，工程师答应了。程序员就问："从地球到月球有多远？"工程师一句话也没有说，给了程序员5美元。　　现在轮到工程师了，他问程序员："什么上山时有三条腿，下山却有四条腿？"程序员很吃惊地看着工程师，拿出他的便携式电脑，查找里面的资料，过了半个小时，他叫醒工程师并给了工程师50美元。工程师很礼貌地接过钱又要去睡觉。程序员有些恼怒，问："那么答案是什么呢？"工程师什么也没有说，掏出钱包，拿出5美元给程序员，转身就去睡觉了。

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