Socket编程UDP

网络字节序

我们已经知道,内存中的多字节数据相对于内存地址有大端和小端之分, 磁盘文件中的多字节数据相对于

文件中的偏移地址也有大端小端之分, 网络数据流同样有大端小端之分. 那么如何定义网络数据流的地

址呢?

• 网络数据流的地址这样规定:先发出的数据是低地址,后发出的数据是高地址.
  

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。

htons/htonl/ntohl/ntohs

#include<arpa/inet.h>
unit32_t htonl(unit32_t hostlong);

• 参数：hostlong：主机字节序的32位无符号整数
• 返回值：网络字节序的32位整数

#include<arpa/inet.h>
unit16_t htons(unit16_t hostlong);

• 参数：hostshort：主机字节序的16位无符号整数
• 返回值：网络字节序的16位整数

#include<arpa/inet.h>
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

• 参数： netshort： 网络字节序的16位整数
• 返回值：网络字节序的16位整数

#include<arpa/inet.h>
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

• 参数：netlong： 传入网络字节序的32位整数
• 返回值：网络字节序的16位整数

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函数	功能	含义	适用场景
htons	主机序 → 网络序，16 位	host to network short	端口号 (uint16_t)
htonl	主机序 → 网络序，32 位	host to network long	IPv4 整型地址 (uint32_t)
ntohs	网络序 → 主机序，16 位	network to host short	从 sockaddr 取出端口解析
ntohl	网络序 → 主机序，32 位	network to host long	从 sockaddr 取出 ip 整型解析

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记忆规则

1. h 开头：h(ost) → n(etwork) 主机转网络，用于填sockaddr结构体，准备发包
2. n 开头：n(etwork) → h(ost) 网络转主机，用于从sockaddr取出数据，程序内打印/计算
3. s = short 16位 → 端口
4. l = long 32位 → IPv4地址

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使用示例

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

int main() {
    // 端口号转换（16位）
    uint16_t host_port = 8080;
    uint16_t net_port = htons(host_port);
    printf("Host port: %u -> Network port: %u\n", host_port, net_port);
    
    // IP地址转换（32位）
    uint32_t host_ip = 0xC0A80101;  // 192.168.1.1
    uint32_t net_ip = htonl(host_ip);
    printf("Host IP: 0x%08X -> Network IP: 0x%08X\n", host_ip, net_ip);
    
    // 从网络序转回主机序
    uint16_t back_port = ntohs(net_port);
    uint32_t back_ip = ntohl(net_ip);
    
    return 0;
}

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socket

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

参数	说明	常用值
domain	协议族/地址族	AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）、AF_UNIX（本地）
type	套接字类型	SOCK_STREAM（TCP）、SOCK_DGRAM（UDP）、SOCK_RAW（原始）
protocol	协议（通常为 0）	0（自动选择）、IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP

• domain：和一个结构体有关------struct sockaddr,本地选择AF_UNIX网络通信选AF_INET

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sockaddr结构

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,以及后面要讲的UNIX

Domain Socket. 然而, 各种网络协议的地址格式并不相同.

• IPv4、IPv6地址类型分别定义为常数AF_INET、AF_INET6. 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.
• socket API可以都用struct sockaddr *类型表示, 在使用的时候需要强制转化成sockaddr_in; 这样
  的好处是程序的通用性, 可以接收IPv4, IPv6, 以及UNIX Domain Socket各种类型的sockaddr结构
  体指针做为参数;

sockaddr结构

sockaddr_in结构

虽然socket api的接口是sockaddr, 但是我们真正在基于IPv4编程时, 使用的数据结构是sockaddr_in;

这个结构里主要有三部分信息: 地址类型, 端口号, IP地址.

in_addr结构

in_addr用来表示一个IPv4的IP地址. 其实就是一个32位的整数;

bind

bind() 的作用是 给套接字绑定一个本地地址（IP + 端口），即告诉操作系统这个套接字在哪个地址上监听或发送数据

#include <sys/socket.h>

int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);

参数	类型	说明
socket	int	由 socket() 函数返回的文件描述符
address	const struct sockaddr *	指向套接字地址结构的指针（需强制转换）
address_len	socklen_t address	所指结构的大小（字节数）

bzero() 函数详解

bzero() 将内存区域 s 的前 n 个字节全部设置为零（\0）。

#include <strings.h>

void bzero(void *s, size_t n);

参数	类型	说明
s	void *	指向要清零的内存区域的指针
n	size_t	要清零的字节数

recvfrom

recvfrom() 的主要作用是 从无连接套接字接收数据，并获取发送方的地址。

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

参数	类型	说明
sockfd	int	套接字文件描述符
buf	void *	接收数据的缓冲区指针
len	size_t	缓冲区大小（字节数）
flags	int	接收标志（通常设为 0）
src_addr	struct sockaddr *	输出参数：存储发送方地址信息，可为 NULL
addrlen	socklen_t *	输入输出参数：传入地址结构大小，返回实际地址长度

• sockfd:是socket接口的返回值。

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sendto

sendto() 的主要作用是 通过套接字向指定目标地址发送数据 ，特别适用于 无连接的通信协议（如 UDP）。

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
               const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

参数	类型	说明
sockfd	int	套接字文件描述符
buf	const void *	指向要发送数据的缓冲区
len	size_t	要发送的字节数
flags	int	发送选项标志（通常为 0）
dest_addr	const struct sockaddr *	目标地址结构指针
addrlen	socklen_t	dest_addr 结构的大小