Python网络字节序和主机字节序

在C中关于网络字节序和主机字节序困扰了我一段时间，在Python中实现字节流的网络传输，必然这个问题也不可避免，但是我觉得在python中解决这个问题和演示起来比较方便一点。

Little endian：将低序字节存储在起始地址

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.

我们用python来试验一下：

>>> from struct import *

>>> pack('@h',14)

'\x0e\x00'

>>>
    int型的整数14用二进制表示应该为0000000000001110,十六进制的话应该为0x00\ox0e ,但是如果说是低位字节存放低位，那么低位字节0x0e就应该存在低位，然后高位就存放0x00，这就是我们电脑在内存中存放这个数的形式。我们用pack，参数为’@h’,就是把14按照主机字节序，以2字节的int型存放到内存中的。

    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。那么如果我们要把数据流发到网络上，必须把字节顺序改为高字节在前，低字节在后，就是我们发送一个0000000000001110，我们必须先发高字节00000000，然后在发低字节00001110，也就是十六进制的0x00 0x0e

在struct的pack打包中，提供了一个’！’,来实现网络字节序，比如同样是上面的例子：

>>> from struct import *

>>> pack('!h',14)

'\x00\x0e'

>>>

    可以看到，确实是高字节在前，低字节在后了。假如我们要把这个14通过UDP协议发送给另外一个主机，那么我们就要用这个字节序。

    下面我看一个具体传输的例子吧，基于UDP的。

    首先我们在server和client端都用网络字节序来pack和unpack，我们看看结果会是什么样：

Server端：

import socket

import struct

BUFSIZ=1024

ADDR=('localhost',2046)

recvsocket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

while True:

    print 'waiting for the data'

    data,addr=recvsocket.recvfrom(BUFSIZ)

    print repr(data)

    (data1,)=struct.unpack('h',data)

    print repr(data1)

    (data2,)=struct.unpack('!h',data)

    print data2

recvsocket.close()

 下面是client端：

import socket

import struct

BUFSIZ=1024

ADDR=('localhost',2046)

sendsocket=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)

data=struct.pack('!h',14)

print repr(data)

sendsocket.sendto(data,ADDR)

sendsocket.close()

    我们还是在client端往server端发一个14，int型数据，我们看看运行结果： 

    其中红色命令窗口为client端，绿色是server端，可以看到14通过pack传出去的确是高字节在前，低字节在后，属于网络字节序，而server收到的14在内存中也是高字节在前，低字节在后的，这样我们通过unpack就能得到正确的结果。

    整个过程是这样的：

    14也就是0000000000001110，用pack时候我们用的网络字节序来存，那么在内存中高字节00000000在前，低字节00001110在后（假如不指定用网络字节序的话，它会颠倒）然后我们传输的时候，因为网络传输是默认高字节在前，00000000先传，00001110后传，到接受端接收到的还没有unpack的数据也就是00000000在前，00001110在后了，如果这时候我们unpack不用网络字节序来分的话，那么得到的结果就是错误的，因为那么CPU会以为这个数不是0000000000001110而是0000111000000000.所以就不对了。

附注：
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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