Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений

Существует еще две функции, передающие структуры адресов сокетов: это recvmsg и sendmsg (см. раздел 14.5). Однако при их вызове поле длины не является отдельным аргументом функции, а передается как одно из полей структуры.

В сетевом программировании наиболее общим примером аргумента типа «значение-результат» может служить длина возвращаемой структуры адреса сокета. Вы встретите и другие аргументы типа «значение-результат»:

■ Три средних аргумента функции select(раздел 6.3).

■ Аргумент «длина» для функции getsockopt(см. раздел 7.2).

■ Элементы msg_namelenи msg_controllenструктуры msghdrпри использовании с функцией recvmsg(см. раздел 14.5).

■ Элемент ifc_lenструктуры ifconf(см. листинг 17.1).

■ Первый из двух аргументов длины в функции sysctl(см. раздел 18.4).

Рассмотрим 16-разрядное целое число, состоящее из двух байтов. Возможно два способа хранения этих байтов в памяти. Такое расположение, когда первым идет младший байт, называется прямым порядком байтов ( little-endian ), а когда первым расположен старший байт — обратным порядком байтов ( big-endian ). На рис. 3.4 показаны оба варианта.

Рис. 3.4. Прямой и обратный порядок байтов для 16-разрядного целого числа

Сверху на этом рисунке изображены адреса, возрастающие справа налево, а снизу — слева направо. Старший бит ( most significant bit , MSB ) является в 16-разрядном числе крайним слева, а младший бит ( least significant bit , LSB ) — крайним справа.

Термины «прямой порядок байтов» и «обратный порядок байтов» указывают, какой конец многобайтового значения — младший байт или старший — хранится в качестве начального адреса значения.

К сожалению, не существует единого стандарта порядка байтов, и можно встретить системы, использующие оба формата. Способ упорядочивания байтов, используемый в конкретной системе, мы называем порядком байтов узла ( host byte order ). Программа, представленная в листинге 3.5, выдает порядок байтов узла.

Листинг 3.5. Программа для определения порядка байтов узла

//intro/byteorder.c

1 #include "unp.h"

2 int

3 main(int argc, char **argv)

4 {

5 union {

6 short s;

7 char c[sizeof(short)];

8 } un;

9 un.s = 0x0102;

10 printf("%s: ", CPU_VENDOR_OS);

11 if (sizeof(short) == 2) {

12 if (un.c[0] == 1 && un.c[1] == 2)

13 printf("big-endian\n");

14 else if (un.c[0] == 2 && un.c[1] == 1)

15 printf("little-endian\n");

16 else

17 printf("unknown\n");

18 } else

19 printf('sizeof(short) = %d\n", sizeof(short));

20 exit(0);

21 }

Мы помещаем двухбайтовое значение 0x0102в переменную типа short(короткое целое) и проверяем значения двух байтов этой переменной: с[0](адрес А на рис. 3.4) и c[1](адрес А + 1 на рис. 3.4), чтобы определить порядок байтов.

Константа CPU_VENDOR_OSопределяется программой GNU (аббревиатура «GNU» раскрывается рекурсивно — GNU's Not Unix) autoconfв процессе конфигурации, необходимой для выполнения программ из этой книги. В этой константе хранится тип центрального процессора, а также сведения о производителе и реализации операционной системы. Ниже представлены некоторые примеры вывода этой программы при запуске ее в различных системах (см. рис. 1.7).

freebsd4 % byteorder

i386-unknown-freebsd4.8: little-endian

macosx % byteorder

powerpc-apple-darwin6.6: big-endian

freebsd5 % byteorder

sparc64-unknown-freebsd5.1: big-endian

aix % byteorder

powerpc-ibm-aix5.1.0.0: big-endian

hpux % byteorder

hppa1.1-hp-ux11 11: big-endian

linux % byteorder

i586-pc-linux-gnu: little-endian

solaris % byteorder

sparc-sun-solaris2.9: big-endian

Все, что было сказано об определении порядка байтов 16-разрядного целого числа, конечно, справедливо и в отношении 32-разрядного целого.

Существуют системы, в которых возможен переход от прямого к обратному порядку байтов либо при перезапуске системы (MIPS 2000), либо в любой момент выполнения программы (Intel i860).

Разработчикам сетевых приложений приходится обрабатывать различия в определении порядка байтов, поскольку в сетевых протоколах используется сетевой порядок байтов ( network byte order ). Например, в сегменте TCP есть 16- разрядный номер порта и 32-разрядный адрес IPv4. Стеки отправляющего и принимающего протоколов должны согласовывать порядок, в котором передаются байты этих многобайтовых полей. Протоколы Интернета используют обратный порядок байтов.

Теоретически реализация Unix могла бы хранить поля структуры адреса сокета в порядке байтов узла, а затем выполнять необходимые преобразования при перемещении полей в заголовки протоколов и обратно, позволяя нам не беспокоиться об этом. Но исторически и с точки зрения POSIX определяется, что для некоторых полей в структуре адреса сокета порядок байтов всегда должен быть сетевым. Поэтому наша задача — выполнить преобразование из порядка байтов узла в сетевой порядок и обратно. Для этого мы используем следующие четыре функции:

#include

uint16_t htons(uint16_t host16bitvalue );

uint32_t htonl(uint32_t host32bitvalue );

Обе функции возвращают значение, записанное в сетевом порядке байтов

uint16_t ntohs(uint16_t net16bitvalue );

uint32_t ntohl(uint32_t net32bitvalue );

Обе функции возвращают значение, записанное в порядке байтов узла

В названиях этих функций hобозначает узел , nобозначает сеть , s— тип short , l — тип long . Термины short и long являются наследием времен реализации 4.2BSD Digital VAX. Следует воспринимать sкак 16-разрядное значение (например, номер порта TCP или UDP), а l— как 32-разрядное значение (например, адрес IPv4). В самом деле, в 64-разрядной системе Digital Alpha длинное целое занимает 64 разряда, а функции htonlи ntohlоперируют 32-разрядными значениями (несмотря на то, что используют тип long).

Используя эти функции, мы можем не беспокоиться о реальном порядке байтов на узле и в сети. Для преобразования порядка байтов в конкретном значении следует вызвать соответствующую функцию. В системах с таким же порядком байтов, как в протоколах Интернета (обратным), эти четыре функции обычно определяются как пустой макрос.

Мы еще вернемся к проблеме определения порядка байтов, обсуждая данные, содержащиеся в сетевом пакете, и сравнивая их с полями в заголовках протокола, в разделе 5.18 и упражнении 5.8.

Мы до сих пор не определили термин байт. Его мы будем использовать для обозначения 8 бит, поскольку практически все современные компьютерные системы используют 8-битовые байты. Однако в большинстве стандартов Интернета для обозначения 8 бит используется термин октет . Началось это на заре TCP/IP, поскольку большая часть работы выполнялась в системах типа DEC-10, в которых не применялись 8-битовые байты. Еще одно важное соглашение, принятое в стандартах Интернета, связано с порядком битов. Во многих стандартах вы можете увидеть «изображения» пакетов, подобные приведенному ниже (это первые 32 разряда заголовка IPv4 из RFC 791):