网络字节序与字节内比特序

最新推荐文章于 2024-01-13 12:06:50 发布

唐门问心

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分类专栏： Linux 网络文章标签： linux 网络

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本文通过IP首部ip.h的结构解析了网络字节序与字节内比特序的概念。阐述了不同字节序下数据字段的排列方式，并讨论了小端与大端机器上数据的组织形式及其对网络传输的影响。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

 一、网络字节序

 (上图来自网络，侵删)

 本次讨论以IP首部ip.h为例。

struct ip {
#if BYTE_ORDER == LITTLE_ENDIAN 
	u_char	ip_hl:4,		/* header length */
	ip_v:4;			/* version */
#endif
#if BYTE_ORDER == BIG_ENDIAN 
	u_char	ip_v:4,			/* version */
	ip_hl:4;		/* header length */
#endif
	u_char	ip_tos;			/* type of service */
	short	ip_len;			/* total length */
	u_short	ip_id;			/* identification */
	short	ip_off;			/* fragment offset field */
#define	IP_DF 0x4000			/* dont fragment flag */
#define	IP_MF 0x2000			/* more fragments flag */
	u_char	ip_ttl;			/* time to live */
	u_char	ip_p;			/* protocol */
	u_short	ip_sum;			/* checksum */
	struct	in_addr ip_src,ip_dst;	/* source and dest address */
};

 已知网络采用大端字节序。和实验室的JackYang讨论，我们得出结论，上图各个字段是从低地址向高地址排布的。比如源地址字段比目的地址字段的地址低，这样和struct ip中各个字段顺序是匹配的。所谓字节序是
 针对某个字段的各个字节来说的。考虑下图的Flag与Fragment offset字段，它们合起来是ip.h中的16位
 ip_id字段：

 JackYang认为wireshark看到的大端顺序。如果是小端机，真实顺序是
 Fragment offset字段13个bit0在低地址，Flag010(0x2)在高地址。

 另一个证据是内核网络源码，如下：

 注意到占2个字节的IP校验和（iph->check）在重新计算时需要先ntohs再htons。这样在x86小端机可以正确运行。

 二、字节内比特序

 看到ip.h源码中
 ip_hl和ip_v的位置关系（header length与version的位置关系），一个困扰我很久的历史遗留问题浮现脑海：字节内的比特顺序应该也和大小端有关！

 答案的确如此。x86为小端序，它采用LSB 0 bit numbering，故ip_v在
 ip_hl之后。

 以下详细解答参见：
 https://www.wikiwand.com/en/Bit_numbering