linux: 讨论一下网络字节序--------大端与小端的差别

数据存储优先顺序的转换

计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先（称为大端模式）和低位字节优先（称为小端模式）。内存的低地址存储数据的低字节，高地址存储数据的高字节的方式叫小端模式。内存的高地址存储数据的低字节，低地址存储数据高字节的方式称为大端模式。

eg:对于内存中存放的数0x12 34 56 78来说（注意，对于数据而言，此处12是高字节，78是低字节；对于地址而言，左边是低地址，右边是高地址）

如果是采用大端模式存放的，则其真实的数是：0x12 34 56 78 （此处注意，12是一个字节 （一个字节是8个bit位，无符号是表达0~255，有符号是表达-127~128））

如果是采用小端模式存放的，则其真实的数是：0x78 56 34 12

综上：小端模式，先存低字节；大端模式先存高字节。

如果称某个系统所采用的字节序为主机字节序，则它可能是小端模式的，也可能是大端模式的。通常我们的电脑存放数据，都是以小端模式存放。而端口号和IP地址都是以网络字节序存储的，不是主机字节序，网络字节序都是大端模式。要把主机字节序和网络字节序相互对应起来，需要对这两个字节存储优先顺序进行相互转化。

Pra1

原题

实现将字符串形式存放的ip地址（点分十进制数）转换为主机字节序的32位二进制数值。IP为：“180.97.33.107”。十六进制为b4.61.21.6b

思路

一般我们的主机字节序均为小端字节序，也就是选存放数据的低字节。

1. 将字符串中的每个数取出来

2. 分别左移（注意，左移时一定会补0）

         180 : 00 00 00 b4    左移0  位   00 00 00 b4
         97   : 00 00 00 61    左移8  位   00 00 61 00
         33   : 00 00 00 21    左移16位   00 21 00 00
         107 : 00 00 00 6b    左移24位   6b 00 00 00

3. 或操作

代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#define IP "180.97.33.107"

/* 将ip地址转换为主机字节序的二进制数值，输出用16进制表示 */
static int my_atoh(char *ip)
{
    int arr[4]; /* 用于存放从ip地址中扣出的4个整数 */
    int my_ip;
    sscanf(IP,"%d.%d.%d.%d",arr,arr+1,arr+2,arr+3);
    my_ip = (arr[3] << 24) | (arr[2] << 16) | (arr[1] << 8) | arr[0];
    return my_ip;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int my_host = my_atoh(IP);
    printf("ip  : %s 
",IP);
    printf("host: %x 
",my_host);
    return 0;
}

运行结果如下：

[purple@localhost 0827]$ gcc -o main my_atoh.c -Wall
[purple@localhost 0827]$ ./main
ip  : 180.97.33.107
host: 6b2161b4
[purple@localhost 0827]$

注意

提一个与本题无关的注意点，当所有scanf函数，格式化读入时，如果遇到%s，会自己加‘’。

Pra2

原题

实现将主机字节序（小端模式存放）转换为网络字节序（大端模式存放）。即主机字节序为6b 21 61 b4 –> b4 61 21 6b （本文中都是按字节为单位讨论的）

思路1

将6b与b4交换，21与61交换。

代码

#include <stdio.h>

int my_hton(int ip)
{
    /* &ip指向用32个bit表示的整型数ip，将int*类型的指针转换为char*类型的指针，
     * 则ptr指向用8个bit表示(第0-7位)的整型数，
     * ptr+1指向用8个bit表示(第8-15位)的整型数，
     * ptr+2指向用8个bit表示(第16-23位)的整型数，
     * ptr+3指向用8个bit表示(第24-31位)的整型数。*/
    

    char *ptr = (char*)&ip;
    
    char tmp;
    tmp = ptr[0];
    ptr[0] = ptr[3];
    ptr[3] = tmp;

    tmp = ptr[1];
    ptr[1] = ptr[2];
    ptr[2] = tmp;

    return ip;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int my_host = 0x6b2161b4;
    int my_net = my_hton(my_host);
    printf("my_host: %x 
",my_host);
    printf("my_net : %x 
",my_net);
    return 0;
}

运行结果如下：

[purple@localhost 0827]$ gcc -o main my_hton.c -Wall
[purple@localhost 0827]$ ./main
my_host: 6b2161b4
my_net : b461216b

注意

实际上，ip地址为点分十进制，每个字节的表示范围都是0-255。而我们的char类型通常默认为有符号数，也就是说其表示范围是-128-127。那么我在代码中标记为黄色的部分是不是出错了呢？实际上并没有错，因为在此处我们只是关心ip每一位的存储情况，并不要求用到具体每个字节的实际十进制表示数值。在用printf格式化输出时，是根据数据在内存中的二进制形式来格式化的，而16进制形式是没有负数的。

 

上句的意思就是，不管有符号还是无符号， 在该字节在内存中的保存方式都是一样的，只是我们的解释不用而已，它是ip时我们解释为无符号数（例如通常ip第一位都是192.xxx.xx.xx）当做ip解释就是192

当做char解释就是-64 其实它们在内存中的形式是一样的，只是我们的解释不同，这一点十分容易迷惑我们。

思路2

1. 对于0x6b2161b4，先右移并进行与操作，取出各字节

例如：要取出6b，则0x6b2161b4右移24位，之后与0xff进行与操作即可

注意：千万不能先进行与操作，再右移。如，要取出6b，先使0x6b2161b4与0xff000000进行与操作，之后右移24位。这是错误的，因为右移会补符号位。（tips：左移补0，并舍弃符号位）

2. 分别再左移，调整到适当位置。 （以下两步类似于Pra1）

3. 或操作

代码

#include <stdio.h>

int my_hton2(int ip)
{
    int my_net;
    my_net = ((ip&0xff)<<24) | (((ip>>8)&0xff) << 16) | (((ip>>16)&0xff) << 8) | ((ip>>24)&0xff);
    return my_net;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int my_host = 0x6b2161b4;
    int my_net = my_hton2(my_host);
    printf("my_host: %x 
", my_host);
    printf("my_net : %x 
", my_net);
    return 0;
}

Pra3

原题

实现将网络字节序转换为点分十进制

代码

#include <stdio.h>

static char* my_ntoa(int ip)
{
    static char buf[1024] = "";
    sprintf(buf,"%d.%d.%d.%d",(ip >> 24) & 0xff,(ip >> 16) & 0xff, (ip >> 8) & 0xff, ip & 0xff);
    return buf;
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    int my_net = 0xb461216b;
    printf("my_net: %x 
", my_net);
    printf("IP    : %s 
", my_ntoa(my_net));
    return 0;
}