c# 主機和網絡字節序的轉換


最近使用C#進行網絡開發,需要處理ISO8583報文,由於其中有些域是數值型的,於是在傳輸的時候涉及到了字節序的轉換。

字節順序是指占內存多於一個字節類型的數據在內存中的存放順序,通常有兩種字節順序,根據他們所處的位置我們分別稱為主機節序和網絡字節序。

通常我們認為網絡字節序為標准順序,封包的時候,將主機字節序轉換為網絡字節序,拆包的時候要將網絡字節序轉換為主機字節序。

原以為還要自己寫函數,其實網絡庫已經提供了。

主機到網絡:short/int/long IPAddress.HostToNetworkOrder(short/int/long)

網絡到主機:short/int/long IPAddress.NetworkToHostOrder(short/int/long)

主機字節序指低字節數據存放在內存低地址處,高字節數據存放在內存高地址處,如:

int x=1;    //此時x為主機字節序:[1][0][0][0] 低位到高位

int y=65536 //此時y為主機字節序:[0][0][1][0] 低位到高位

我們通過主機到網絡字節序的轉換函數分別對x和y進行轉換得到他們對應的網絡字節序值,

網絡節序是高字節數據存放在低地址處,低字節數據存放在高地址處,如:

int m=IPAddress.HostToNetworkOrder(x);

//此時m為主機字節序:[0][0][0][1] 高位到低位

int n=IPAddress.HostToNetworkOrder(y);

//此時n為主機字節序:[0][1][0][0] 高位到低位

經過轉換以后,我們就可以通過

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

得到一個長度為4的byte數組,然后將這個數組設置到報文的相應位置發送出去即可。

同樣,收到報文后,可以將報文按域拆分,得到btValue,使用

int m=BitConverter.ToInt32(btValue,0);//從btValue的第0位開始轉換

得到該域的值,此時還不能直接使用,應該再用網絡到主機字節序的轉換函數進行轉換:

int x=IPAddress.NetworkToHostOrder(m);

這時得到的x才是報文中的實際值。

ps:網絡字節序與主機字節序

不同的CPU有不同的字節序類型 這些字節序是指整數在內存中保存的順序 這個叫做主機序
最常見的有兩種
1. Little endian:將低序字節存儲在起始地址
2. Big endian:將高序字節存儲在起始地址

LE little-endian
最符合人的思維的字節序
地址低位存儲值的低位
地址高位存儲值的高位
怎么講是最符合人的思維的字節序,是因為從人的第一觀感來說
低位值小,就應該放在內存地址小的地方,也即內存地址低位
反之,高位值就應該放在內存地址大的地方,也即內存地址高位

BE big-endian
最直觀的字節序
地址低位存儲值的高位
地址高位存儲值的低位
為什么說直觀,不要考慮對應關系
只需要把內存地址從左到右按照由低到高的順序寫出
把值按照通常的高位到低位的順序寫出
兩者對照,一個字節一個字節的填充進去

例子:在內存中雙字0x01020304(DWORD)的存儲方式

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

例子:如果我們將0x1234abcd寫入到以0x0000開始的內存中,則結果為
      big-endian   little-endian
0x0000   0x12       0xcd
0x0001   0x23       0xab
0x0002   0xab       0x34
0x0003   0xcd       0x12
x86系列CPU都是little-endian的字節序.

網絡字節順序是TCP/IP中規定好的一種數據表示格式,它與具體的CPU類型、操作系統等無關,從而可以保證數據在不同主機之間傳輸時能夠被正確解釋。網絡字節順序采用big endian排序方式。

為了進行轉換 bsd socket提供了轉換的函數 有下面四個
htons 把unsigned short類型從主機序轉換到網絡序
htonl 把unsigned long類型從主機序轉換到網絡序
ntohs 把unsigned short類型從網絡序轉換到主機序
ntohl 把unsigned long類型從網絡序轉換到主機序

在使用little endian的系統中 這些函數會把字節序進行轉換
在使用big endian類型的系統中 這些函數會定義成空宏

同樣 在網絡程序開發時 或是跨平台開發時 也應該注意保證只用一種字節序 不然兩方的解釋不一樣就會產生bug.

注:
1、網絡與主機字節轉換函數:htons ntohs htonl ntohl (s 就是short l是long h是host n是network)
2、不同的CPU上運行不同的操作系統,字節序也是不同的,參見下表。
處理器     操作系統     字節排序
Alpha     全部     Little endian
HP-PA     NT     Little endian
HP-PA     UNIX     Big endian
Intelx86     全部     Little endian <-----x86系統是小端字節序系統
Motorola680x()     全部     Big endian
MIPS     NT     Little endian
MIPS     UNIX     Big endian
PowerPC     NT     Little endian
PowerPC     非NT     Big endian   <-----PPC系統是大端字節序系統
RS/6000     UNIX     Big endian
SPARC     UNIX     Big endian
IXP1200 ARM核心     全部     Little endian
 


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