通信過程（二）涉及到1字節内多個位段的網絡傳輸過程

本文主要分析涉及到位段的協議如何正确地從某個計算機（不論大小端）通過網絡傳輸到另一個計算機的過程。因為很多網絡實現都是以linux為内核的（事實上是因為我隻熟悉一點linux,其他的網絡操作系統不熟悉而已），linux是用C編寫的（事實上也是我隻熟悉C的原因），本文以C語言作為編程語言來分析傳輸過程。

說到網絡傳輸，相信沒有不熟悉TCP/IP的吧？當然這裡不是講網絡體系結構的，我們就以ip頭協議規範為例來看看它在網絡中的傳輸過程（其實這裡和TCP/IP沒什麼大關系，這裡就是傍個大概念而已，就像‘xx頭銜’。）。為簡單，我們隻分析前2個字節：

IP 頭的前2個字節（因為網絡序是BE，協議本身是因網而生的，所以協議得到定義也是BE的）:

IP 頭的前2個字節

試想在一個大端的系統下（還記得大端系統的2個重要概念嗎？涉及到比特序和字節序），這段數據在内存中的排布是如何的？

排布如下(為了節省空間把4位的版本簡化寫成 ver或version, 4位首部長度簡化寫成ihl)：

知道了内存的排布，用C語言如何定義呢？發現結構體的定義和位段（可能大部分教科書可能叫位域，我習慣用位段）很适合這個：

一般C語言教科書中很少涉及到定義的結構體的内存排布，這裡說明一下：

1、 C語言定義的結構體是從低内存開始排布的（不論大小端系統都是從低内存開始排布，注意這裡暫時不考慮C語言結構體對齊的問題,事實上這裡也不需要考慮）

2、 C語言定義的位段也是從低階開始排列，也就是前文說的低地址開始分布的（這裡也不論是否是大小端系統都是這樣排列的）

3、 在定義的位段中，賦值的話是個大小端系統有關系的，（大端系統LSB在高階（位段的高地址），小端系統相反）

4、 位序對于C語言是屏蔽的，也就是說在不同的端系統定義一個數，比如（0x12345678）做按位與、左移、右移操作，得到的值是一樣的。比如（0x12345678&0xff 得到的值都是0x78）

這幾點是C語言标準的規定，我理解的C語言是這樣規定的。所以這個就很簡單了，這個字段隻需要這樣定義就可以：

這樣我們的協議就定義出來了，下面我們再套用之前的圖，看一看這個iphdr是如何從大端發送到小端的吧，假設 version 字段為 0x4(0100b)， ihl為0x5(0101b), tos 為 0x12(00010010b)， 這些值隻是做傳輸實例，不一定有什麼特殊意義:

如果你仔細分析了上面這張圖，就會發現：咦好像有點不對啊，我要發送的值是（ver = 0x4, ihr = 0x5）,怎麼到小端系統值變為了（ver = 0x5, ihr = 0x4）了呢？哪裡出問題了吧？你之前說的那些概念都有自己扯的吧！但這裡告訴你事實正是像傳輸的這樣的，我們已經用那些概念解決了字節序的問題，同樣這個問題也可以解決。那我們怎麼解決呢？用C實現很容易喽，還記得前面的那對宏定義嗎？__BIG_ENDIAN_BITFIELD 和 __LITTLE_ENDIAN_BITFIELD ,對，就是這一對。我們把它用上就可以了，像如下定義我們的結構體：

事實上我們的linux内核也就是這樣實現的。如果身邊有内核源碼，大家可以搜一下，内核中充斥着大量這樣的應用。有了這個，不再需要額外的知識，我們的圖也能自己完善了：

這就解決了所有問題了嗎？到現在為止，所有的概念我能想到的都介紹完了。當然如果看到此處的各位大神如果有要補充的歡迎補充，不勝感激。

但在實際的使用中還有一些問題需要補充，那就是C語言對于超過1個字節的位段的定義和在網絡通信中的使用。同樣根據上面的概念我們也可以比較容易（事實上對我這個笨蛋而言可能要推導很久）地推導出來。在下一節中我們來看看這種情況如何用C語言定義的以及傳輸的過程。

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