在 C/C++ 中创建和发送数据包

Question

假设我想使用 C 或 C++ 将以下数据发送到套接字，全部在一个数据包中：

Headers
-------
Field 1: 2 byte hex
Field 2: 2 byte hex
Field 3: 4 byte hex

Data
----
Field1 : 2 byte hex
Field1 : 8 byte hex

创建和发送包含所有这些数据的数据包的代码通常是什么样的？

Answer 1

嗯，通常它看起来像是将数据包结构准备到内存缓冲区中（明智地调用 htonl 系列函数）。

如果会使用 send、sendto、sendmsg 或 write 函数，希望对缓冲区的长度和良好的错误处理/报告非常小心。

（或用于发送的 Win32 api 之一，如果那是目标平台。）

您可以在Beej's Guide to Network Programming 找到有关这一切的精彩演示。

特别是字节打包部分（考虑字节序），请查看serialization 主题。 （该部分的详细信息比您对普通固定大小整数数据类型所需的详细信息要多得多。

Answer 2

假设您的程序已经组织好，将标题放在一个struct 中，将数据放在另一个struct 中。例如，您可能有以下数据结构：

#include <stdint.h>
struct header {
    uint16_t f1;
    uint16_t f2;
    uint32_t f3;
};
struct data {
    uint16_t pf1;
    uint64_t pf2;
};

我们称这个组织为“主机格式”。对我来说，主机格式是什么并不重要，只要它对您的程序的其余部分有用。我们将您将传递给send() 的格式称为“网络格式”。 （我选择这些名称以匹配 htons（主机到网络短）和 htonl（主机到网络长）名称。）

这里有一些我们可能会觉得很方便的转换函数。其中每一个都将您的主机格式结构转换为网络格式缓冲区。

#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
void htonHeader(struct header h, char buffer[8]) {
    uint16_t u16;
    uint32_t u32;
    u16 = htons(h.f1);
    memcpy(buffer+0, &u16, 2);
    u16 = htons(h.f2);
    memcpy(buffer+2, &u16, 2);
    u32 = htonl(h.f3);
    memcpy(buffer+4, &u32, 4);
}
void htonData(struct data d, char buffer[10]) {
    uint16_t u16;
    uint32_t u32;
    u16 = htons(d.pf1);
    memcpy(buffer+0, &u16, 2);
    u32 = htonl(d.pf2>>32);
    memcpy(buffer+2, &u32, 4);
    u32 = htonl(d.pf2);
    memcpy(buffer+6, u32, 4);
}
void htonHeaderData(struct header h, struct data d, char buffer[18]) {
    htonHeader(h, buffer+0);
    htonData(d, buffer+8);
}

要发送您的数据，请执行以下操作：

...
char buffer[18];
htonHeaderData(myPacketHeader, myPacketData, buffer);
send(sockfd, buffer, 18, 0);
...

同样，您不必使用我定义的 header 和 data 结构。只需使用您的程序需要的任何东西。关键是您有一个转换函数，可以将所有数据以明确定义的偏移量、以明确定义的字节顺序写入缓冲区，然后将该缓冲区传递给 send() 函数。

在网络连接的另一端，您需要一个程序来解释它接收到的数据。在那方面，您需要编写相应的函数（ntohHeader 等）。这些函数会将memcpy 的位从缓冲区中取出并放入局部变量，它可以将其传递给ntohs 或ntohl。我会把这些函数留给你写。

Answer 3

根据操作系统的网络库，代码看起来会有所不同（*nix 使用Berkeley sockets，Windows 使用Winsock，等等）。但是，您可以创建一个结构，其中包含您要在数据包中发送的所有数据，例如，

typedef struct
{
    short field1;
    short field2;
    int field3;
} HeaderStruct;

typedef struct
{
    short field1;
    long long field2;
} PacketDataStruct;

假设 32 位 int 大小。

编辑：

正如 cmets 中有人提醒我的那样，不要忘记与Network Order 相互转换。网络库将具有辅助功能，例如 ntohs、nothl、htons 和 htonl。

Answer 4

一个简单的答案是它将以接收者期望的格式发送。不过，这引出了一个问题。假设数据是如图所示的固定大小并且接收端期望，那么您可以使用打包（1 字节对齐）结构并将数据存储在每个字段中。使用 1 字节对齐的原因是通常更容易确保两端期待相同的数据。如果没有 1 字节对齐，那么根据编译器选项、32 位与 64 位体系结构等，结构可能看起来不同。）并且，通常，如果十六进制值，则预计您将以网络字节顺序发送值是整数。您可以使用 htons 和 htonl（如果可用，还可以使用 htobe64）等函数来转换它们。

假设数据在具有所需字节顺序的结构中，那么发送调用可能是这样的：

ret = send( socket, &mystruct, sizeof( mystruct ), 0 );

假设mystruct 被声明为结构的实例，而不是指向结构的指针。