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C语言网络编程：bind函数详解

编程日记 2024-04-24 13:30:00

文章目录

- - - - 函数功能
        函数头文件
        函数使用
        函数参数
        函数举例
        为什么需要bind函数
        服务器如何知道客户端的ip和端口号
        htons函数
        `htons`兄弟函数`htonl`,`ntohs`,`ntohl`
        为什么要进行端口的大小端序的转换
        `inet_addr`函数

函数功能

bind API能够将套接字文件描述符、端口号和ip绑定到一起
注意：
绑定的一定是自己的 ip和和端口，不是对方的；比如对于TCP服务器来说绑定的就是服务器自己的ip和端口

函数头文件

 #include <sys/types.h>          /* See NOTES */#include <sys/socket.h>

函数使用

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函数参数

sockfd 表示socket函数创建的通信文件描述符
addrlen 表示所指定的结构体变量的大小
addr 表示struct sockaddr的地址，用于设定要绑定的ip和端口
```
struct sockaddr {sa_family_t sa_family;char        sa_data[14];
}
```
sa_family 用于指定AF_***表示使用什么协议族的ip
sa_data 存放ip和端口
这里有一个问题，直接向sa_data中写入ip和端口号有点麻烦，内核提供struct sockaddr_in结构体进行写入,通过/usr/include/linux/in.h可以看到结构体原型
使用该结构体时需要包含<netinet/in.h>头文件，且sockaddr_in结构体是专门为tcp/ip协议族使用，其他协议族需要使用其对应的转换结构体,比如“域通信协议族” 使用的是sockaddr_un结构体
```
struct sockaddr_in {__kernel_sa_family_t  sin_family;     /* Address family               */__be16                sin_port;       /* Port number                  */struct in_addr        sin_addr;       /* Internet address             *//* Pad to size of `struct sockaddr'. 设置IP端口号这个成员暂时用不到 */unsigned char         __pad[__SOCK_SIZE__ - sizeof(short int) -sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)];
};/* Internet address.填补相比于struct sockaddr所缺的字节数，保障强制转换不要出错 */
struct in_addr {__be32  s_addr; // __be32是32位的unsigned int ，因为ipv4是无符号32位整型 
};
```
可以看到以上sockaddr_in结构体中存放的端口和ip是分开的，所以设置起来非常方便，使用struct sockaddr_in设置后，让后将其强制转换为struct sockaddr类型，然后传递给bind函数即可

函数举例

struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET; //设置tcp协议族
addr.sin_port = htons(6789); //设置端口号
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.105"); //设置ip地址ret = bind(skfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

如果是跨局域网或者城域网通信，这里设置的ip地址一定为通信设备所在路由器的外网ip地址。

如下c代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h> //struct sockadd_in 结构体的头文件
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>void print_err(char *str, int line, int err_no) {printf("%d, %s :%s\n",line,str,strerror(err_no));_exit(-1);
}int main()
{int skfd = -1;skfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if ( -1 == skfd) {print_err("socket failed",__LINE__,errno);}struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET; //设置tcp协议族addr.sin_port = htons(6789); //设置端口号addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.102.169"); //设置ip地址int ret = bind(skfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));if ( -1 == ret) {print_err("bind failed",__LINE__,errno);}return 0;
}

为什么需要bind函数

bind函数就是让套接字文件在通信时使用固定的IP和端口号（针对服务器来说）
可以看到如上实现代码，调用socket函数创建的套接字仅仅执行了通信等协议，但是并没有指定通信时所需的ip地址和端口号

ip 是对方设备的唯一标识
端口号区分同一台计算机上的不同的网络通信进程

如果不调用bind函数指定ip和端口，则会自己指定一个ip和端口，此时违背了TCP通信的可靠性和面向连接的特点。

服务器如何知道客户端的ip和端口号

可以通过上文TCP通信模型中看到，客户端通信时不需要指定ip和端口号，直接创建一个socket套接字文件描述符即可参与通信。
此时当客户端和服务器建立连接的时候，服务器会从客户的数据包中提取出客户端ip和端口，并保存起来，如果是跨网通信，那么记录的就是客户端所在路由器的公网ip

htons函数

#include <arpa/inet.h>
uint16_t htons(uint16_t hostshort); 函数全拼为host to net short
函数功能
a. 将端口从"主机端序" 转为 “网络端序”
b. 如果给定的端口不是short,则转为short
返回值：函数的调用永远都是成功的，返回转换后的端口号

`htons`兄弟函数`htonl`,`ntohs`,`ntohl`

htonl与htons唯一的区别时，转换完的端口号为long
ntohs 与htons恰好相反，是从网络字节序转换为主机字节序
ntohl 表示从网络字节转换为主机序，同时转换完的端口号为long

为什么要进行端口的大小端序的转换

大端序：
大端模式，是指数据的高字节保存在内存的低地址中，而数据的低字节保存在内存的高地址中，这样的存储模式有点儿类似于把数据当作字符串顺序处理：地址由小向大增加，而数据从高位往低位放；
小端序：
小端模式，是指数据的高字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中，这种存储模式将地址的高低和数据位权有效地结合起来，高地址部分权值高，低地址部分权值低，和我们的逻辑方法一致。

大小端序是由具体的操作系统来决定的
可以使用如下代码测试系统是大端还是小端：

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 1;char pc = *(char*)(&a);if (pc == 1)printf("第一个字节为1，小端存储\n");elseprintf("第一个字节为0，大端存储\n");return 0;
}

同样，网络通信的时候发送端计算机和接收端计算机可能端序不一致，比如发送者是大端序，接受者是小端序，如果通信时数据的端序处理不好很可能出现乱码，甚至无法接收到数据。
如果发送者和接受者端序一致则也能够正常传输数据，不用htons函数进行转换，不过保证数据序列正确的得进行传输，建议使用htons函数进行端口号的转换

`inet_addr`函数

<sys/socket.h> <netinet/in.h> <arpa/inet.h>
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
函数功能:
a. 将字符串形式的IP "192.168.102.169"转换为IPV4的32位无符号整型数的IP
b. 将无符号整型数的ip，从主机端序转为网络端序
参数：字符串形式的ip
返回值：永远成功，返回网络端序的、32位无符号整型数的ip

https://www.dkcj.cn/info/5157.html