2.2 Winsock的寻址方式和字节顺序
本节讲述在Winsock中主机地址信息的表示方法，以及相关的操作函数。
2.2.1 Winsock寻址
因为Winsock要兼容多个协议，所以必须使用通用的寻址方式。TCP/IP使用IP地址和端口号来指定一个地址，但是其他协议也许采用不同的形式。如果Winsock强迫使用特定的寻址方式，添加其他协议就不大可能了。Winsock的第一个版本使用sockaddr结构来解决此问题。
struct sockaddr
{
u_short sa_family;
char sa_data[14];
};
在这个结构中，第一个成员sa_family指定了这个地址使用的地址家族。sa_data成员存储的数据在不同的地址家族中可能不同。本书仅仅使用Internet地址家族（TCP/IP），Winsock已经定义了sockaddr结构的TCP/IP版本——sockaddr_in结构。它们本质上是相同的结构，但是第2个更容易操作。
在Winsock中，应用程序通过SOCKADDR_IN结构来指定IP地址和端口号，定义如下。
struct sockaddr_in {
short sin_family; // 地址家族（即指定地址格式），应为AF_INET
u_short sin_port; // 端口号
struct in_addr sin_addr; // IP地址
char sin_zero[8]; // 空字节，要设为0
};
（1）sin_family域必须设为AF_INET，它告诉Winsock程序使用的是IP地址家族。
（2）sin_port域指定了TCP或UDP通信服务的端口号。应用程序在选择端口号时必须小心，因为有一些端口号是保留给公共服务使用的，如FTP和HTTP。基本上，端口号可分成如下3个范围：公共的、注册的、动态的（或私有的）。
0～1 023由IANA（Internet Assigned Numbers Authority）管理，保留为公共的服务使用。
1 024～49 151是普通用户注册的端口号，由IANA列出。
49 152～65 535是动态和/或私有的端口号。
普通用户应用程序应该选择1 024～49 151的注册了的端口号，以避免使用了一个其他应用程序或者系统服务已经使用的端口号。在49 152～65 535之间的端口号也可以自由地使用，因为没有服务注册这些端口号。
（3）sin_addr域用来存储IP地址（32位），它被定义为一个联合来处理整个32位的值，两个16位部分或者每个字节单独分开。描述32位IP地址的in_addr结构定义如下。
struct in_addr {
union {
struct { u_char s_b1,s_b2,s_b3,s_b4; } S_un_b; // 以4个u_char来描述
struct { u_short s_w1,s_w2; } S_un_w; // 以2个u_short来描述
u_long S_addr; // 以1个u_long来描述
} S_un;
};
用字符串“aa.bb.cc.dd”表示IP地址时，字符串中由点分开的4个域是以字符串的形式对in_addr结构中的4个u_char值的描述。由于每个字节的数值范围是0~255，所以各域的值都不可超过255。
（4）最后一个域sin_zero没有使用，是为了与SOCKADDR结构大小相同才设置的。
应用程序可以使用inet_addr函数将一个由小数点分隔的十进制IP地址字符串转化成由32位二进制数表示的IP地址。inet_ntoa是inet_addr函数的逆函数，它将一个网络字节顺序的32位IP地址转化成字符串。
unsigned long inet_addr(const char* cp); // 将一个"aa.bb.cc.dd"类型的IP地址字符串转化为32位的二进制数
char * inet_ntoa (struct in_addr in); // 将32位的二进制数转化为字符串
注意，inet_addr返回的32位二进制数是用网络顺序存储的，下一小节详细讲述字节顺序。
2.2.2 字节顺序
字节顺序是长度跨越多个字节的数据被存储的顺序。例如，一个32位的长整型0x12345678跨越4个字节（每个字节8位）。Intel x86机器使用小尾顺序（little-endian），意思是最不重要的字节首先存储。因此，数据0x12345678在内存中的存放顺序是0x78、0x56、0x34、0x12。大多数不使用小尾顺序的机器使用大尾顺序（big-endian），即最重要的字节首先存储。同样的值在内存中的存放顺序将是0x12、0x34、0x56、0x78。因为协议数据要在这些机器间传输，所以就必须选定其中的一种方式做为标准，否则会引起混淆。
TCP/IP统一规定使用大尾方式传输数据，也称为网络字节顺序。例如，端口号（它是一个16位的数字）12345（0x3039）的存储顺序是0x30、0x39。32位的IP地址也是以这种方式存储的，IP地址的4部分存储在4个字节中，第一部分存储在第一个字节中。
上述sockaddr和sockaddr_in结构中，除了sin_family成员（它不是协议的一部分）外，其他所有值必须以网络字节顺序存储。Winsock提供了一些函数来处理本地机器的字节顺序和网络字节顺序的转换。
u_short htons(u_short hostshort); // 将u_short类型变量从主机字节顺序转化到TCP/IP网络字节顺序
u_long htonl(u_long hostlong); // 将u_long类型变量从主机字节顺序转化到TCP/IP网络字节顺序
u_short ntohs(u_short netshort); // 将u_short类型变量从TCP/IP网络字节顺序转化到主机字节顺序
u_long ntohl(u_long netlong); // 将u_long类型变量从TCP/IP网络字节顺序转化到主机字节顺序
这些API是平台无关的。使用它们可以保证程序正确地运行在所有机器上。
下面代码示例了如何初始化sockaddr_in结构。
sockaddr_in sockAddr;
// 设置地址家族
sockAddr.sin_family = AF_INET;
// 转化端口号6789到网络字节顺序，并安排它到正确的成员
sockAddr.sin_port = htons(6789);
// inet_addr函数转化一个"aa.bb.cc.dd"类型的IP地址字符串到长整型
// 它是以网络字节顺序记录的IP地址
sockAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
// 也可以用下面的代码设置IP地址（通过设置4个字节部分，设置sockAddr的地址）
/* sockAddr.sin_addr.S_un.S_un_b.s_b1 = 127;
sockAddr.sin_addr.S_un.S_un_b.s_b2 = 0;
sockAddr.sin_addr.S_un.S_un_b.s_b3 = 0;
sockAddr.sin_addr.S_un.S_un_b.s_b4 = 1; */
2.2.3 获取地址信息
通常，主机上的接口被静态地指定一个IP地址，或者是由配置协议来分配，如动态主机配置协议（DHCP）。如果DHCP服务器不能到达，系统会使用Automatic Private IP Addressing （APIPA）自动分配169.254.0.0/16范围内的地址。
1．获取本机IP地址
获取本机的IP地址比较简单，下面的GetAllIps例子打印出了本机使用的所有IP（一个适配器一个IP地址），程序代码如下。
#include "../common/InitSock.h" // GetAllIps工程
#include <stdio.h>
CInitSock initSock; // 初始化Winsock库
void main()
{
char szHost[256];
// 取得本地主机名称
::gethostname(szHost, 256);
// 通过主机名得到地址信息
hostent *pHost = ::gethostbyname(szHost);
// 打印出所有IP地址
in_addr addr;
for(int i = 0; ; i++)
{
char *p = pHost->h_addr_list[i]; // p指向一个32位的IP地址
if(p == NULL)
break;
memcpy(&addr.S_un.S_addr, p, pHost->h_length);
char *szIp = ::inet_ntoa(addr);
printf(" 本机IP地址：%s \n ", szIp);
}
}
GetAllIps先调用gethostname取得本地主机的名称，然后通过主机名得到其地址信息。
2．获取MAC地址
有时为了检测网络，或者为了一些其他特殊的目的，需要自己来直接操作原始数据帧（第9章再具体讲述），这就需要获取自己和LAN中其他主机的MAC地址。
获取本地机器的MAC地址很容易，使用帮助函数GetAdaptersInfo即可。此函数的作用是获取本地机器的适配器信息，用法如下。
DWORD GetAdaptersInfo(
PIP_ADAPTER_INFO pAdapterInfo, // 指向一个缓冲区，用来取得IP_ADAPTER_INFO结构的列表
PULONG pOutBufLen // 用来指定上面缓冲区的大小。如果大小不够，此参数返回所需大小
); // 函数调用成功返回 ERROR_SUCCESS
IP_ADAPTER_INFO结构包含了本地计算机上网络适配器的信息，定义如下。
typedef struct _IP_ADAPTER_INFO {
struct _IP_ADAPTER_INFO* Next; // 指向适配器列表中的下一个适配器（计算机可能有多个适配器）
DWORD ComboIndex; // 保留字段
char AdapterName[MAX_ADAPTER_NAME_LENGTH + 4]; // 适配器名称
char Description[MAX_ADAPTER_DESCRIPTION_LENGTH + 4]; // 对适配器的描述
UINT AddressLength; // MAC地址的长度（应为6个字节）
BYTE Address[MAX_ADAPTER_ADDRESS_LENGTH]; // MAC地址
DWORD Index; // 适配器索引
UINT Type; // 适配器类型，如MIB_IF_TYPE_ETHERNET等
UINT DhcpEnabled; // 指定此适配器是否使DHCP（动态主机配置）协议有效了
PIP_ADDR_STRING CurrentIpAddress; // 保留字段
IP_ADDR_STRING IpAddressList; // 与此适配器相关的IP地址列表
IP_ADDR_STRING GatewayList; // 网关地址列表
IP_ADDR_STRING DhcpServer; // HDCP服务器
BOOL HaveWins; // 指定此适配器是否使用WINS（Windows Internet名称服务）
IP_ADDR_STRING PrimaryWinsServer; // WINS服务器的主IP地址
IP_ADDR_STRING SecondaryWinsServer; // WINS服务器的第二IP地址
time_t LeaseObtained; // 获取当前DHCP租用的时间
time_t LeaseExpires; // 当前DHCP租用期满的时间
} IP_ADAPTER_INFO, *PIP_ADAPTER_INFO;
下面的例子LocalHostInfo打印出了本机的IP地址、网络（内部LAN）的子网掩码、网关的IP地址和本机的MAC地址。本书第9章讲述网络扫描与检测时还要使用本例中的代码。
include // 完整代码在配套光盘的LocalHostInfo工程下
#include <stdio.h>
#include "Iphlpapi.h" // 包含了对IP帮助函数的定义
#pragma comment(lib, "Iphlpapi.lib")
#pragma comment(lib, "WS2_32.lib")
// 全局数据
u_char g_ucLocalMac[6]; // 本地MAC地址
DWORD g_dwGatewayIP; // 网关IP地址
DWORD g_dwLocalIP; // 本地IP地址
DWORD g_dwMask; // 子网掩码
BOOL GetGlobalData()
{
PIP_ADAPTER_INFO pAdapterInfo = NULL;
ULONG ulLen = 0;
// 为适配器结构申请内存
::GetAdaptersInfo(pAdapterInfo,&ulLen);
pAdapterInfo = (PIP_ADAPTER_INFO)::GlobalAlloc(GPTR, ulLen);
// 取得本地适配器结构信息
if(::GetAdaptersInfo(pAdapterInfo,&ulLen) == ERROR_SUCCESS)
{
if(pAdapterInfo != NULL)
{ memcpy(g_ucLocalMac, pAdapterInfo->Address, 6);
g_dwGatewayIP = ::inet_addr(pAdapterInfo->GatewayList.IpAddress.String);
g_dwLocalIP = ::inet_addr(pAdapterInfo->IpAddressList.IpAddress.String);
g_dwMask = ::inet_addr(pAdapterInfo->IpAddressList.IpMask.String);
}
}
printf(" \n -------------------- 本地主机信息 -----------------------\n\n");
in_addr in;
in.S_un.S_addr = g_dwLocalIP;
printf(" IP Address : %s \n", ::inet_ntoa(in));
in.S_un.S_addr = g_dwMask;
printf(" Subnet Mask : %s \n", ::inet_ntoa(in));
in.S_un.S_addr = g_dwGatewayIP;
printf(" Default Gateway : %s \n", ::inet_ntoa(in));
u_char *p = g_ucLocalMac;
printf(" MAC Address : %02X-%02X-%02X-%02X-%02X-%02X \n", p[0], p[1], p[2], p[3], p[4], p[5]);
printf(" \n \n ");
return TRUE;
}
调用自定义函数GetGlobalData之后，程序运行结果如图2.1所示。
要取得LAN中其他主机的MAC地址，最简单的方法是使用SendARP函数向目标主机发送ARP请求封包。这个函数返回指定的目的IP地址对应的物理地址，即MAC地址。第9章再详细讨论ARP，以及SendARP函数的用法。
