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网络字节顺序是一种规定的数据表示格式#xff0c;被用于TCP/IP协议栈#xff0c;特别是在网络传输数据时。它确保不同的计算机和架构之间可以无缝地通信。网络字节顺序是大端字节序#xff08;big-endian#xff09;。
字节序的背景
计算机存储多字节数据被用于TCP/IP协议栈特别是在网络传输数据时。它确保不同的计算机和架构之间可以无缝地通信。网络字节顺序是大端字节序big-endian。
字节序的背景
计算机存储多字节数据例如32位整数、64位整数时有两种主要方式大端big-endian和小端little-endian。 大端字节序 (Big-Endian): 高位字节存储在内存的低地址。例如数字 0x12345678 在内存中表示为 12 34 56 78。 小端字节序 (Little-Endian): 低位字节存储在内存的低地址。例如数字 0x12345678 在内存中表示为 78 56 34 12。
不同的计算机架构可能使用不同的字节顺序例如x86架构使用小端字节序而早期的Motorola芯片则使用大端字节序。
网络字节顺序的必要性
考虑到不同的计算机可能有不同的字节顺序TCP/IP协议规定了一个统一的字节顺序来发送和接收数据称为网络字节顺序。这样不同的机器在交换数据时就知道如何解释收到的字节。
网络字节顺序是大端字节序。所以不论系统使用哪种字节顺序当数据被发送到网络时它都被转换为大端字节序。接收数据时数据被转换回主机的字节顺序。
工具函数
为了在网络字节顺序和主机字节顺序之间进行转换提供了一系列的函数
htonl(): 主机到网络长整数转换htons(): 主机到网络短整数转换ntohl(): 网络到主机长整数转换ntohs(): 网络到主机短整数转换
在大端系统上这些函数通常不做任何事情因为主机字节顺序已经是大端而在小端系统上它们会反转字节顺序。
示例
如果在小端机器上有一个16位的整数 0x1234并且想发送它到网络上可以使用htons()函数。这会将数字转换为0x3412。另一台机器从网络上接收到这个数字后可以使用ntohs()函数将它转换回其本地表示形式。
htonl、htons、ntohl、ntohs
这四个函数是用于在主机字节顺序和网络字节顺序之间进行转换的。这样不同的计算机架构可以在TCP/IP网络上无缝地通信。让我们详细地看一下每一个函数 htonl(): 主机到网络长整数转换 描述: 这个函数将一个无符号长整数通常是32位从主机字节顺序转换为网络字节顺序。参数: 一个无符号长整数如uint32_t。返回值: 参数值转换为网络字节顺序的整数。 htons(): 主机到网络短整数转换 描述: 这个函数将一个无符号短整数通常是16位从主机字节顺序转换为网络字节顺序。参数: 一个无符号短整数如uint16_t。返回值: 参数值转换为网络字节顺序的整数。 ntohl(): 网络到主机长整数转换 描述: 这个函数将一个无符号长整数通常是32位从网络字节顺序转换为主机字节顺序。参数: 一个无符号长整数如uint32_t。返回值: 参数值转换为主机字节顺序的整数。 ntohs(): 网络到主机短整数转换 描述: 这个函数将一个无符号短整数通常是16位从网络字节顺序转换为主机字节顺序。参数: 一个无符号短整数如uint16_t。返回值: 参数值转换为主机字节顺序的整数。
使用场景
当您在网络上发送或接收数据时使用这些函数非常重要尤其是当您处理多字节字段如IP地址、TCP/UDP端口时。
例如当您设置一个sockaddr_in结构的sin_port字段时您需要使用htons()来确保端口号以网络字节顺序存储。类似地当您从网络上接收数据并想查看其中的端口号或IP地址时您需要使用相应的ntohs()或ntohl()函数。
注意
长和短的术语是相对的。在这里短通常指的是16位整数而长通常指的是32位整数。但请注意这可能会根据平台和编译器实现而有所不同。在大端系统上这些函数可能不执行任何实际操作因为这些系统的主机字节顺序已经是网络字节顺序。但为了代码的可移植性和清晰性仍然建议使用它们。 示例主机和网络字节顺序的转换
通过下面的例子我们来演示如何使用htons()和ntohs()函数。
#include stdio.h
#include arpa/inet.h // for htons, ntohsint main() {unsigned short port_host_order 8080; // 0x1F90 in hexadecimalunsigned short port_network_order;// Convert port number from host byte order to network byte orderport_network_order htons(port_host_order);printf(Port in host byte order: 0x%X\n, port_host_order);printf(Port in network byte order: 0x%X\n, port_network_order);// Now, lets pretend we received this port number from the network// and we want to convert it back to host byte orderunsigned short received_port_host_order ntohs(port_network_order);printf(Received port converted back to host byte order: 0x%X\n, received_port_host_order);return 0;
}这个程序首先定义了一个端口号8080它在十六进制中是0x1F90。它使用htons()函数将端口号从主机字节顺序转换为网络字节顺序并打印出结果。
然后该程序模拟从网络上接收到这个端口号的情况并使用ntohs()函数将它从网络字节顺序转回主机字节顺序。最后它打印出转换回来的值。
如果在一个小端系统如大多数x86和x86-64系统上运行此程序你可能会看到以下输出
Port in host byte order: 0x1F90
Port in network byte order: 0x901F
Received port converted back to host byte order: 0x1F90注意htons和ntohs函数如何交换字节从而在主机和网络字节顺序之间进行转换。 通过下面的例子我们来演示如何使用htonl()和ntohl()函数。
#include stdio.h
#include arpa/inet.h // for htonl, ntohlint main() {unsigned int ip_address_host_order 0xC0A80001; // Represents 192.168.0.1 in hexadecimalunsigned int ip_address_network_order;// Convert IP address from host byte order to network byte orderip_address_network_order htonl(ip_address_host_order);printf(IP Address in host byte order: 0x%X\n, ip_address_host_order);printf(IP Address in network byte order: 0x%X\n, ip_address_network_order);// Now, lets pretend we received this IP address from the network// and we want to convert it back to host byte orderunsigned int received_ip_host_order ntohl(ip_address_network_order);printf(Received IP Address converted back to host byte order: 0x%X\n, received_ip_host_order);return 0;
}这个程序首先定义了一个IP地址0xC0A80001在十进制中表示为192.168.0.1。它使用htonl()函数将IP地址从主机字节顺序转换为网络字节顺序并打印出结果。
然后该程序模拟从网络上接收到这个IP地址的情况并使用ntohl()函数将它从网络字节顺序转回主机字节顺序。最后它打印出转换回来的值。
如果在一个小端系统如大多数x86和x86-64系统上运行此程序你可能会看到以下输出
IP Address in host byte order: 0xC0A80001
IP Address in network byte order: 0x100A8C0
Received IP Address converted back to host byte order: 0xC0A80001这显示了如何使用htonl和ntohl函数在主机和网络字节顺序之间转换32位整数值。
