主机字节序和网络字节序

• 英文小册原文地址：​​beej.us/guide/bgnet…​​
• 作者：Beej
• 中文翻译地址：​​www.chanmufeng.com/posts/netwo…​​

现将目录贴下：

• ​​什么是socket​​

• ​​两种Socket​​
• ​​漫谈网络​​

• ​​IP地址、struct以及地址转换​​

• ​​IP地址，IPv4和IPv6​​
• ​​子网​​
• ​​字节序​​
• struct结构
• 再谈IP地址

• 从IPv4迁移到IPv6

• IP地址，IPv4和IPv6
• 字节序
• struct结构
• 再谈IP地址

• System call 或 Bust

• getaddrinfo()—准备开始！
• socket()—拿到文件描述符！
• bind()—我在监听哪个端口?
• connect()—嘿，你好啊！
• listen()—会有人联系我吗?
• accept()—感谢呼叫3490端口
• send() and recv()—跟我唠唠吧，宝儿!
• sendto() and recvfrom()—用DGRAM风格跟我说话
• close() and shutdown()—滚犊子！
• getpeername()—你哪位?
• gethostname()—我是谁?

• Client-Server基础

• 一个简单的流服务器
• 一个简单的流客户端
• Datagram Sockets

• 技术进阶

• Blocking—何谓阻塞？
• poll()—同步的I/O多路复用
• select()—老古董的同步I/O多路复用
• 数据只传了一部分怎么办？
• Serialization-如何封装数据？
• 数据封装
• 广播数据包-大声说「Hello，World」

什么是字节序

字节是内存读写的最小单位，一个字节能够表示的数据范围是0～255，也就是说如果你要保存一个在此范围区间的数字，一个字节足矣。

但是像占4个字节的​​int​​​，8个字节的​​double​​​，该怎么存储呢？多个字节该用怎样的顺序来进行排列？举个例子，​​0xb3f4​​​，数值的高位​​b3​​是存储在了内存的高地址处，还是内存的低地址处呢？

这种字节的排列顺序就叫做字节序，字节序有两种：

1. 大端字节序

数值的低字节放在内存的低地址处，数值的高字节放在内存的高地址。

2. 小端字节序

数值的低字节放在内存的高地址处，数值的高字节放在内存的低地址。

主机字节序

当我们谈论字节序，大部分时候对应的都是CPU访问内存时的概念，比如对下图而言：

内存低位存储的字节是​​0xb3​​​，高位存储的是​​0xf4​​​，至于CPU读取这个2字节数据的时候，是将其解释为​​0xb3f4​​​（小端）还是​​0xf4b3​​（大端）就取决于CPU采用的是哪一种字节序了。

常用的CPU字节序如下：

• 大端字节序：IBM、PowerPC
• 小端字节序：x86

这种CPU字节序也被称为主机字节序（Host Byte Order） 。翻译一下就是，IBM的主机序是大端，x86的主机序是小端。

问题来了。

世界上的主机这么多，每台主机的CPU类型还不一样，A主机按照A的主机字节序发信息给B主机，B主机如果直接按照B的主机字节序来解析信息，那么极有可能会产生错误。

要想解决这个问题，还必须引出一些其他情况下的字节序。

为了避免引起混淆，我在这里强调一下，字节序就分为2种，大端和小端。而所谓的主机字节序以及下面我将提到的两种，都只是字节序作用在不同的场景中取得特定名称罢了。

文件存储字节序

顾名思义，就是存储文件信息的时候用的是大端还是小端。

bmp格式的图片属于小端字节序，jpeg格式的图片就是大端字节序。

这里提及文件存储字节序主要是为了让大家理解一个事实：采用什么字节序完全是开发者设计产品时的一种技术选型罢了。但是这种选型一定要成为一种标准，让其他开发者解析的时候明白应该用哪种字节序，否则jpeg的图片也就没办法在所有的电脑上正常显示了，你说对吗？

现在好了，所有jpeg软件的开发者都知道应该用大端字节序来保存jpeg图片，但是对于从其他主机传过来的jpeg数据流，开发者又怎么知道这个数据流用的是大端还是小端呢？

这就是网络字节序（Network Byte Order） 的问题了。

网络字节序

我想你应该能想明白了，网络字节序不是大端就是小端，不可能存在「可能是大端也可能是小端」这种情况，否则网络传递的消息全都乱套了！

TCP/IP既然是一种标准，那标准自然就有自己的字节序规定。

TCP/IP网络采用的是大端，是规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操作系统等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。

也就是说，如果你想让你的消息能在其他设备正常解析，就必须按照大端字节序进行处理。比如，网络传输的是​​0x12345678​​​这个整形变量，首先被发送的应该是​​0x12​​​，接着是​​0x34​​​，然后是​​0x56​​​，最后是​​0x78​​。

字节序在socket中的例子

当你在网络封包或者在填充数据的时候，你需要确定你的端口号（port number）和ip地址都是符合网络字节序的。但是你并不知道你的主机字节序是大端还是小端，你自然也就搞不清你到底需不需要进行转换。

其实不必如此费神，不用在意主机序，直接调用函数强行将主机序转换为网络字节序即可。下面举一个C语言编写服务器代码绑定端口的例子。

代码中被红色标记的部分就是分别将端口号​​33000​​由主机序转换为网络字节序，将ip地址由主机序转换为网络字节序的函数。

乍眼一看，函数名非常古怪，不好记忆，下面稍微解释一下，各位就豁然开朗了。

​​Socket函数库​​​提供了这种字节序转换的函数，函数的作用对象有两种，分别是​​short​​​（2字节）和​​long​​​（4字节），这就是函数最后的「​​s​​​」和「​​l​​」的含义。

还有，主机字节序的英文是​​Host Byte Order​​​，简写为「​​h​​​」，网络字节序的英文是​​Network Byte Order​​​，简写为「​​n​​​」，「​​to​​​」表示转换，所以，如果你想将​​short​​​数据从主机字节序转换为网络字节序，那就应该是​​h-to-n-s​​​，表示​​Host to Network Short​​。是不是很简单？

所以理论上，你可以用「​​h​​​」、「​​to​​​」、「​​n​​​」、「​​s/l​​」这几个字母灵活组合，组成你想要的api，但是也别瞎搞，stolh()［"Short to Long Host"］这种组合压根都不存在。

基本上你需要的也就是以下四种罢了：

htons() // host to network short
htonl() // host to network long
ntohs() // network to host short
ntohl() // network to host long

基本上，我们在进行socket编程时，在发送数据之前都需要把数据转换为网络字节序，并在收到数据之后再转换成主机字节序。

更多关于浮点数的处理，会在之后专门的章节提及。

如无特殊说明，本小册的数值预设都视为主机字节序。