《Linux网络开发必学教程》3_深入浅出 IP 地址

问题：网络编程接口中一些参数的意义是什么？

sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);

socket 参数详解

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

参数	意义
domain	套接字中使用的协议族信息
type	套接字数据传输类型信息
prorocol	设备间通讯使用的协议信息

socket() 中的 domain 参数（协议族）

• PF_INET → IPv4 互联网协议族
• PF_INET6 → IPv6 互联网协议族
• PF_LOCAL → 本地通讯的协议族
• PF_PACKET → 底层数据收发协议
• PF_IPX → Novell 专用协议（互联网分组交换协议）
• ...

注意：不同协议中的地址表现形式可能不同，网络编程时地址类型必须和协议类型匹配

socket() 中的 type 和 protocol 参数

• type : 用于指定协议类型

  • SOCK_STREAM : 流式数据 （TCP）
  • SOCK_UGRAM : 报文式数据（UDP）

• protocol ：用于指定协议族符合类型的具体协议

  • domain 和 type 几乎可以唯一确定一种协议，因此，这个参数通常为 0
  • 即：0 代表 domain 和 type 指定后的默认协议

关于端口号和 IP 地址

• 端口号是一个 2 字节数据（无符号）
• 0 - 1024 作为特定端口被预定义（分配给特定应用程序）
• IP 地址是一个 4 字节无符号地址族 （可分为 5 类地址）

深入解析 IP 地址

IP 地址分为 网络标识 和 主机标识 两部分

• 网络标识：标识网络主机（设备）所在的网络
• 主机标识：标识网络主机（设备）的具体地址

问题：一个 IP 地址就 4 个字节，那么如何区分网络标识和主机标识呢？

• IP 地址 和 子网掩码 配合使用区分 网络标识 和 主机标识
• 子网掩码的表现形式也是一个 4 字节的整型数（无符号）
• 子网掩码用于从 IP 地址中提取 网络标识 （& 操作）

深入理解子网掩码

设：子网掩码为 M.N.P.Q，则子网可用 IP 地址数量 n = (256 - M) * (256 - N) * (256 - P) * (256 - Q)

例：IP 地址 211.99.34.33，掩码 255.255.255.248，因此：211.99.34.33 所在子网有 8 个 IP 地址
所在子网地址： 211.99.34.32 
广播地址：211.99.34.39
6个可分配地址：211.99.34.33 ... 211.99.34.38

注：子网地址即为网络标识

ip 地址 211.99.34.33， 掩码 255.255.255.248
可知 211.99.34.33 所在子网有 8 个 IP 地址， 且 8 = 2^3（二的三次方），所以 Y = 32 - 3 = 29
可表示为 211.99.34.33 / 29 【简写形式】

注：29 为32位子网掩码的高位

算一算

IP 地址 192.168.3.44，掩码 255.255.255.0

问：
    子网地址是什么？广播地址是什么？可用地址有多少？简洁表示法是什么？

答：
    子网地址：192.168.3.44
    广播地址：192.168.3.255
    可用地址：254 [256 - 0(子网地址) - 255(广播地址)]
    简洁表示：192.168.3.44 / 24

特殊的地址

• 0.0.0.0 / 0 - 保留，常用于代表 “缺省网络”
• 127.0.0.0 / 8 - 回环地址，常用于本地软件会送测试
• 255.255.255.255 / 32 - 广播地址

网络编程中的地址类型

int sock = 0;
struct sockaddr_in addr = {0};

sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);  // Protocol Family，协议族

if (sock == -1) {
    pritnf("socket error\n");
    return;
}

addr.sin_family = AF_INET;  // Address Family，地址族
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.3.241");
addr.sin_addr.port = htons(8899);

if (connect(sock, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == -1) {
    printf("connect error\n");
    return -1;
}

问：(struct sockaddr*)&addr 的强制类型转换不会出问题吗？

地址数据类型解析

• struct sockaddr 可理解为顶层地址类型父类，其与子类的内存布局相同
• connect() 根据 addr.sin_family 来判断是哪一种地址类型并进行相应解析

IP 地址相关函数

#include <arpa/inet.h>

函数原型	功能描述
in_addr_t inet_addr(const char* strptr);	将 IP 字符串转换为符合网络字节序的整数
int inet_aton(const char *cp, struct_addr *inp);	将 IP 字符串转换为符合网络字节序的整数，成功返回 1， 失败返回 0
char *inet_ntoa(struct in_addr in)	将符合网络字节序的整数地址转换为字符串形式

编程实验：地址函数实验

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <malloc.h>

int main()
{
    unsigned int addr = inet_addr("1.2.3.4");
    struct in_addr addr1 = {0x09080706};
    struct in_addr addr2 = {0x05040302};
    char *s1 = inet_ntoa(addr1);
    char *s1_s = strcpy(malloc(32), s1);
    char *s2 = inet_ntoa(addr2);
    char *s2_s = strcpy(malloc(32), s2);

    printf("addr = %x\n", addr);

    printf("addr1 = %x\n", addr1.s_addr);
    printf("addr2 = %x\n", addr2.s_addr);

    printf("s1 = %s\n", s1);
    printf("s2 = %s\n", s2);               // 注意这里 ！！
    printf("s1 == s2 : %d\n", s1 == s2);   // 注意这里 ！！

    printf("s1_s = %s\n", s1_s);
    printf("s2_s = %s\n", s2_s);
    printf("s1_s == s2_s : %d\n", s1_s == s2_s);

    if (inet_aton("D.T.Software", &addr1)) {  // 注意这里 ！！
        printf("addr1 = %x\n", addr1.s_addr);
    }
    
    free(s1_s);
    free(s2_s);

    return 0;
}

输出

addr = 4030201
addr1 = 9080706
addr2 = 5040302
s1 = 2.3.4.5
s2 = 2.3.4.5   // 注意，转换结果被覆盖 ！！
s1 == s2 : 1   // 两次为同一个地址 ！！
s1_s = 6.7.8.9
s2_s = 2.3.4.5
s1_s == s2_s : 0

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遗留的问题：如何增强服务端能力，同时支持多个客户端？什么是多播？什么是广播？