计算机网络传输字节序问题汇总(二)

通信过程（一）大于1字节数据的通信

上文讲了一些基本的概念，本文描述一个大于1字节的数据（比如一个u32的整数）是如何在不同的系统中通信的。

先了解一下网卡，对于网卡来说，虽然是1bit1bit的发送数据，但对应用层是屏蔽不同计算机间bit的差异的，如何屏蔽呢？先看看网卡是如何发送一串数据的：

发送：一个字节一个字节的发送（低内存的先发送），LSB的那一位最先发送，MSB的那一位最后发送。

接收：一个字节一个字节的接收（低内存的先接收存入内存低地址），最先接收的那一位是LSB，放入对应系统的LSB位，MSB的那一位最后接收，放入对应系统的MSB位。（实际上这个过程中还有很多过程，本文不讨论，有兴趣的可以查一查）

下面看一个u32数据（0x12345678）从大端发送到小端的过程：实际上大家完全可以根据上面的概念画出类似下面的图：

相信细心的大家都已经发现，咦？不对啊？最后小端系统接收到的好像不是预想的值啊。对，确实是这样的。我们发送的是0x12345678，但接收到的在小端系统下的显示（读出来的）却是0x78563412。问题出在了我们的网卡，虽然网卡对我们屏蔽了比特序，但字节序是没有屏蔽的，也就是比特序会根据你的计算机系统做转换，但字节序却不会，它是一个字节一个字节发送的，没办法知道你发的数据哪一个是高权重的字节。所以我们发送一个大于1字节的数据的时候就要注意了（这里说的大于1个字节的数据指的是就像我们的例子，要发送的一段数据是（0x12345678）这要作为一个整体来读取。并不是说总数据的长度大于1字节。意会吧，我之前读到类似的含义时总是搞混）。如何解决这个问题呢？

主机序与网络序，字节转换函数：

上文有一个问题，大端系统发送到小端系统接收到的数据已经不正确了，如何解决呢？

很简单，就需要用到我们的字节转换函数。在说字节转换函数之前，先看看什么是主机序，什么是网络序。

主机序：不同的CPU有不同的字节序类型 这些字节序是指大于1字节类型的数（比如short int long 等）在内存中保存的顺序 本主机的字节序类型就是主机序。其实就是我们的大端系统还是小端系统嘛。

网络序：网络字节顺序是TCP/IP中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。网络字节顺序采用big endian排序方式。

概念很好理解吧，无非就是到底是大端还是小端的问题。但这个定义可以解决一个问题，那就是规范，有了规范，设计的程序就有了标准，我们的代码才能更好地移植。下面就看看这两个概念的作用吧。

我写一个通信的应用程序如何保证在不同系统下都能使用呢？更确切一点，就是开始的问题，如何保证无论是什么端的系统我发送一个 0x12345678 的u32 数据，到另一个无论是什么端的系统下，收到的都是 0x12345678呢？很简单，加一个中间环节，我先把主机序转换成网络序，然后通过网络发送过去，那一端接收后再把网络序转换成主机序后显示不就完美的解决了吗？现在的关键就是这一组字节序转换函数了：bsd socket提供了转换的函数 有下面四个（可能不止4个这不重要）

htons 把16位类型的数从主机序转换到网络序

htonl 把32位类型的数从主机序转换到网络序

ntohs 把16位类型的数从网络序转换到主机序

ntohl 把32位类型的数从网络序转换到主机序

本文档是讲原理的，肯定不会到这里就戛然而止，这里给出这几个函数只是为了和标准靠拢。‘h’顾名思义 ‘host’， ‘to’转换，‘n’当然就是‘net’的意思喽，这样这几个函数就很好记了吧。

下面‘敲黑板’了，转回到正题，这几个函数是如何做的呢？或者说我们引入的这个“中间环节”是怎么实现我们的程序不再区分什么主机序都可以用呢？

其实很简单，本质上就2种情况而已，回看我们的图，大端系统转换成网络序其实就不用转换，同样网络序转换成大端序也不用任何转换。原样输出就行。

而小端系统转换成网络序，或者网络序转换成小端序呢？只需要把位置换一下就行了。也就是说虽然我的主机是小端系统，但我人为转换一下，转成网络序存储，这里以字节为单位就可以，因为网卡对bit序是屏蔽的。还以我们的 0x12345678为例：

理解这个比较容易，但我们要善于总结，三点要注意的：

1、 内核代码中，我只熟悉linux，就以linux为例，肯定有一个全局的宏指定系统是大端还是小端的，这个在代码中是：__BIG_ENDIAN_BITFIELD 和 __LITTLE_ENDIAN_BITFIELD。这样我们就可以根据这个来确定在执行 字节序转换函数时到底要不要转换。

2、 htonl 和 ntohl 所起的作用是相同的，都是交换地址的值，但我们也不能乱用，因为代码是写给人看的。正确地使用它，更让人能知道这一行语句出现在这里是为了什么。比如出现htonl 我就知道了它是要把它转换成网络序，要用来发送出去使用。

3、 其实和2一样，我们不能随便转，大端系统无所谓，小端系统，你执行2遍htonl那这个数据又变回来了，代码也就错了。

下面解决我们上次没解决的问题，把那张图走通：这张图是大端系统发送给小端系统的，同理相信大家也能画出小端发送给大端的过程。

到这里相信对于大于1字节的数据的传输每个过程都理解了，那么我们在网络传输中遇到的字节序的问题就都能解决了吗？大家考虑一下，再看答案：

答案肯定是没有的，那么还有什么没有解决的呢？我们已经知道整个过程了，还有什么不能解决的？那么大家考虑一下，网络协议中经常有用几个bit来表示某个含义的情况，这种情况下我们如何能保证大小端系统读出来的那几个bit含义的正确性呢？也就是我们如何确定是哪几个bit是我们想要的呢？下次再聊。