绑定套接字时，为什么应将端口号转换为网络字节顺序？

Question

我发现在设置socket的核心代码中出现了这段片段：

#define PORT xxxx

struct sockaddr_in self;
self.sin_family = PF_INET;
self.sin_port = htons(PORT);

我知道我们需要将在网络上传输的数据的字节顺序转换为 网络字节序，但是我不明白为什么在设置套接字时也需要将端口号转换为它。我的意思是，在绑定时，这不是一个“本地”的事情吗？假设我们打算绑定的端口是 1，而机器实际上使用的是小端序；现在我们将其转换为网络字节序，那么我们难道不是将完全不同的端口绑定到套接字上吗？

- Xufeng

---

因为这是套接字API最初由伯克利的人定义的方式？ - Chris Dodd

Answer 1

我想假设你正在使用TCP协议。端口号将在数据包头中。它将被传输，因此以网络字节顺序表示。

- Hot.PxL

---

但是在执行绑定操作时，端口完全被反转了，这样不会导致解释不同吗？ - Xufeng

Socket是操作系统的一部分，但是操作系统可以在任何机器上运行，可能是大端机器。在使用sockets编程时，我们不应编写与机器相关的代码（尽管我们无论如何都无法避免），因此应该以网络字节顺序编写代码，这是与机器无关的。在我看来，这只是一个定义。 - Hot.PxL

API的更好设计应该是完全端中立的，这样API的用户就不必为每个sockaddr_in手动处理它。但事实并非如此，现在由于兼容性原因我们被困在这里。 - Jeremy Friesner

@JeremyFriesner，你们的意思是我们应该使用网络字节顺序来实现可移植性，即使这意味着在小端机器上绑定的端口与原始PORT宏不同？ - Xufeng

@Xufeng，你应该按照示例使用htons()编写代码，这样它在所有机器上都能正常工作。（在理想的世界里，你不必这样做，但在我们实际的世界中，你必须这样做） - Jeremy Friesner

Answer 2

你是否在问为什么应用程序员要这样做，而不是库在内部完成它？如果是的话，我唯一想到的技术优势是它允许应用程序进行一次转换并缓存它，而无需进行多次转换即可多次使用。在TCP上，您只需要在每个连接上使用它一次，并且通常不会建立数百万个连接。但是，在UDP上，每次发送数据包时都需要使用它，可以合理地假设您将进行数百万或数十亿次这样的调用。然后，对于众多对于UDP的sendto()调用，重新排序（如果必要）的地址被提供给操作系统，该操作系统可以直接将其复制到传出网络数据包中。在内核中执行的替代方法将要求每次调用sendto()时重复采用应用程序已知的相同地址，并每次重新转换。由于sendto()受益于此，这可能足以成为他们使API的其余部分工作方式相同的充分理由。

- Swiss Frank

Answer 3

机器可以使用不同的编码方式，如小/大端。为了标准化，在通过网络进行通信时应使用统一的编码方式。这就是为什么无论是小端还是大端，都必须将编码转换为网络字节顺序，因为重要的是它是统一的，并且每个设备和软件在网络中都能正确理解。

- Mosab Shaheen

Answer 4

您可以通过网络传输端口号。它是TCP的IP数据包的一部分。请查阅RFC (ietf.org/rfc/rfc793.txt)

- Ed Heal

---

第二个问题呢？如果端口号在 hton 后被反转，bind 如何正确识别端口？ - Xufeng

Answer 5

struct sockaddr_in只是struct sockaddr的包装结构：

struct sockaddr {
    unsigned short sa_family;
    char           sa_data[14];
};

端口号和IP地址在这里一起保存。它们被保存在sa_data[14]中-前2个字节保存端口号，接下来的4个字节保存IP地址。剩余的8个字节未使用。当您使用sockaddr_in时，通过sin_zero[8]将其清零为零。

整个内容都通过网络发送，包括以网络顺序发送的端口号。

- Arjun Sreedharan