c# 主机和网络字节序的转换 关于网络字节序和主机字节序的转换

最近使用C#进行网络开发,需要处理ISO8583报文,由于其中有些域是数值型的,于是在传输的时候涉及到了字节序的转换。字节顺序是指占内存多于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序,通常有两种字节顺序,根据他们所处的位置我们分别称为主机节序和网络字节序。

通常我们认为网络字节序为标准顺序,封包的时候,将主机字节序转换为网络字节序,拆包的时候要将网络字节序转换为主机字节序。原以为还要自己写函数,其实网络库已经提供了。

主机到网络:short/int/long IPAddress.HostToNetworkOrder(short/int/long)

网络到主机:short/int/long IPAddress.NetworkToHostOrder(short/int/long) 

主机字节序指低字节数据存放在内存低地址处,高字节数据存放在内存高地址处,如:

int x=1;    //此时x为主机字节序:[1][0][0][0] 低位到高位

int y=65536 //此时y为主机字节序:[0][0][1][0] 低位到高位

我们通过主机到网络字节序的转换函数分别对x和y进行转换得到他们对应的网络字节序值,网络节序是高字节数据存放在低地址处,低字节数据存放在高地址处,如:

int m=IPAddress.HostToNetworkOrder(x);

//此时m为主机字节序:[0][0][0][1] 高位到低位

int n=IPAddress.HostToNetworkOrder(y);

//此时n为主机字节序:[0][1][0][0] 高位到低位 

经过转换以后,我们就可以通过

byte[]btValue=BitConverter.GetBytes(m);

得到一个长度为4的byte数组,然后将这个数组设置到报文的相应位置发送出去即可。

同样,收到报文后,可以将报文按域拆分,得到btValue,使用

int m=BitConverter.ToInt32(btValue,0);//从btValue的第0位开始转换

得到该域的值,此时还不能直接使用,应该再用网络到主机字节序的转换函数进行转换:

int x=IPAddress.NetworkToHostOrder(m);

这时得到的x才是报文中的实际值。ps:网络字节序与主机字节序

不同的CPU有不同的字节序类型 这些字节序是指整数在内存中保存的顺序 这个叫做主机序
最常见的有两种
1. Little endian:将低序字节存储在起始地址
2. Big endian:将高序字节存储在起始地址

LE little-endian
最符合人的思维的字节序
地址低位存储值的低位
地址高位存储值的高位
怎么讲是最符合人的思维的字节序,是因为从人的第一观感来说
低位值小,就应该放在内存地址小的地方,也即内存地址低位
反之,高位值就应该放在内存地址大的地方,也即内存地址高位

BE big-endian
最直观的字节序
地址低位存储值的高位
地址高位存储值的低位
为什么说直观,不要考虑对应关系
只需要把内存地址从左到右按照由低到高的顺序写出
把值按照通常的高位到低位的顺序写出
两者对照,一个字节一个字节的填充进去

例子:在内存中双字0x01020304(DWORD)的存储方式

内存地址
4000 4001 4002 4003
LE 04 03 02 01
BE 01 02 03 04

例子:如果我们将0x1234abcd写入到以0x0000开始的内存中,则结果为
      big-endian   little-endian
0x0000   0x12       0xcd
0x0001   0x23       0xab
0x0002   0xab       0x34
0x0003   0xcd       0x12
x86系列CPU都是little-endian的字节序.

网络字节顺序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式,它与具体的CPU类型、操作系统等无关,从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。网络字节顺序采用big endian排序方式。

为了进行转换 bsd socket提供了转换的函数 有下面四个
htons 把unsigned short类型从主机序转换到网络序
htonl 把unsigned long类型从主机序转换到网络序
ntohs 把unsigned short类型从网络序转换到主机序
ntohl 把unsigned long类型从网络序转换到主机序

在使用little endian的系统中 这些函数会把字节序进行转换
在使用big endian类型的系统中 这些函数会定义成空宏

同样 在网络程序开发时 或是跨平台开发时 也应该注意保证只用一种字节序 不然两方的解释不一样就会产生bug.

注:
1、网络与主机字节转换函数:htons ntohs htonl ntohl (s 就是short l是long h是host n是network)
2、不同的CPU上运行不同的操作系统,字节序也是不同的,参见下表。
处理器     操作系统     字节排序
Alpha     全部     Little endian
HP-PA     NT     Little endian
HP-PA     UNIX     Big endian
Intelx86     全部     Little endian <-----x86系统是小端字节序系统
Motorola680x()     全部     Big endian
MIPS     NT     Little endian
MIPS     UNIX     Big endian
PowerPC     NT     Little endian
PowerPC     非NT     Big endian   <-----PPC系统是大端字节序系统
RS/6000     UNIX     Big endian
SPARC     UNIX     Big endian
IXP1200 ARM核心     全部     Little endian

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