作者：曹元其 Linux網絡服務能力非常強大，它的TCP/IP代碼是最高級的。Linux的網絡實現是模仿FreeBSD的，它支持FreeBSD的帶有擴展的Sockets（套接字）和TCP/IP協議。它支持兩個主機間的網絡連接和Sockets通訊模型，實現了兩種類型的Sockets：BSD Sockets和INET Sockets。它為不同的通信模型和服務質量提供了兩種傳輸協議，即不可靠的、基於消息的UDP傳輸協議和可靠的、基於流的傳輸協議TCP，並且都是在IP網絡協議上實現的。INET sockets是在以上兩個協議及IP協議之上實現的。它們之間的關系見圖1所示。 圖1 Linux網絡層 Socket在網絡編程中的實現 套接字是網絡通信的基本構件，它提供了不同主機間進程雙向通信的端點。如同電話一樣，只有當一方撥通另一方的電話時，雙方才能建立對話，套接字就好比是雙方的電話。通過Sockets編程，程序可以跳過復雜的網絡底層協議和結構，直接編制與平台無關的應用程序。隨著Internet的廣泛應用，Sockets已逐漸成為網絡編程的通用接口。 套接字存在於特定的通信域(即地址族)中，只有隸屬於同一地址族的套接字才能建立對話。Linux支持AF_INET(IPv4協議)、AF_INET6(IPv6協議)和AF_LOCAL(Unix域協議)。 Linux支持以下的socket families或domain： ◆ Unix domain sockets； ◆ INET TneIntemet address family supports communications via； ◆ TCP／IP protocols； ◆ Amateur radio X.25； ◆ Novel IPX； ◆ Appletalk DDP； ◆ X.25。 套接口就是網絡進程的ID。網絡通信也是一種進程的通信，兩個網絡進程通信時首先要確定各自所在網絡節點的網絡地址(IP地址)。網絡地址可以確定進程所在的計算機，一台計算機上可能同時有多個網絡進程。為了區別不同的進程，套接口中還需要端口號(Port)信息。在一台計算機中，一個端口一次只能分配給一個進程。所以在一台計算機中，端口號和進程可以惟一確定整個Intemet中的一個網絡進程。可以認為，套接口＝網絡地址+端口號。 Linux網絡數據結構 在網絡實際傳送的數據中，有兩種字節排列順序：重要的字節在前面，或者不重要的字節在前面。前一種叫網絡字節順序(Network Byte Order，NBO)，有些機器在內部是按照這個順序儲存數據的。當某數據必須按照NBO順序時，那麼要調用函數(例如htons())將它從本機字節順序(Host Byte Order，HBO)轉換過來，否則傳送過去的數據將使對方機器不可讀。這點對於網絡數據傳送來說是非常關鍵的。 在網絡中第一個被創造的結構類型是sockaddr。這個數據結構是為許多類型的套接口儲存地址信息。它的定義如下： strUCt sockaddr{ unsigned short sa_family； /*這個是地址族，通常是AF-xxxx的形式*/ char sa_data[14]； /*14字節的地址信息*/ }； 上面代碼中，sa_famdly是“AF_INET”，表示它使用的是Internet地址族；sa_data用於為套接口儲存目標地址和端口信息。 為了解決struct sockaddr，創造了一個並列的結構struct sockadd_in(“in”代表“Internet”)，如下所示： struct sockaddr_in{ short int sin_family； /*地址族信息，通常是AF-xxxx的形式*/ unsigned short int sin_port； /*端口信息*/ struct in_addr sin_addr； /*網絡地址*/ unsigned char sin_zero[8]； /*補位用的0*/ } 上面這個數據結構可以輕松處理套接口地址的基本元素。需要解釋的是，sin_zero被加入到這個結構中主要是為了保證struct sockaddr的數據長度和struct sockaddr_in的一樣，這樣在使用標准函數時，就可以使用統一的數據接口。需要注意的是，應該使用函數bzero()將sin_zero全部置零。最後，sin_port和sin_addb必須是網絡字節順序(Network Byte Order)。如果聲明“inadd”是數據結構stmct sockaddr_in的實例，那麼inadd.sinadd.s_addr就儲存了4個字節的IP地址(網絡字節順序)。 另一個常用到的是unsigned類型。它比上面介紹的struct sockaddr_in或struct sockaddr用得更普遍。對於變量類型unsigned，可以使用的兩種類型是short(兩個字節)和long(四個字節)。假設想將short從本機字節順序轉換為網絡字節順序，需用“h”表示本機(host)，用“to”表示進行轉換，然後用“n”表示網絡，用“s”表示short，那麼就是h-to-n-s或者htons()(“Host to Network Short”)。 考慮到對不同機器的可移值性，這樣的轉換是必需的。我們對“n”、“h”、“s”和“l”這幾個字母進行組合，就可以得到Linux下的全部轉換函數。 IP地址在Linux網絡中的處理方法 假設使用struct sockaddr_in ina，想將IP地址“164．112．175．124”儲存到其中，那麼所要做的是調用函數inet_addr()，轉換上面“數字 + 句點”格式的IP地址到unsigned long中。這個工作可以這樣來做： ina.sin_addr.s_addr＝inet_addr(”164．112．175．124”)； inet_addr()返回的地址已經是按照網絡字節順序的，不用調用htonl()。在發生錯誤的時候inet_addr()返回-1。調用後，需使用正確的錯誤檢查，比如說當IP地址為255．255．255．255的時候，返回的就是(unsigned)-1。因為這是個廣播地址，你的程序必需能夠將這類錯誤捕獲出來。 你現在就可以轉換字符串形式的IP地址為1ong了。若有一個數據結構struct in_addr，按照“數字+句點”格式打印時，你要用函數inet_ntoa()(ntoa意思是network to ascⅡ)，如下所示： printf(“％s”，inet_ntoa(ina.sin_addr))； 這樣就可以打印IP地址。注意：函數inet—ntoa()的參數是struct in_addr，而不是long，它返回的是一個指向字符的指針。 在inet_ntoa內儲存了字符數組，因此它每次調用inet_ntoa()的時候將覆蓋以前的內容。 例如： Char a1, *a2； ...... a1＝inet_ntoa(ina1.sin_addr)； /*假設地址是；164．112．175．124*/ a2＝inet_ntoa(ina2.sin_addr)；/*假設地址是：202．112．58．200*/ printf(“address 1：％sn”，a1)； printf(“address 2：％sn”，a2)； 上面運行結果是： address l：202．112．58．200 address 2：202．112．58．200 如果想保存地址，那麼可用strcpy()保存到自己的字符數組中。 以上介紹了Linux網絡編程的基礎知識和對網絡IP地址處理的一些技巧。如果能夠將其同Linux下眾多的小工具整合在一起的話，那麼所開發出來的程序的功能已經不亞於一些專業的軟件了。
