Beej的网络编程入门教程 第四篇 IP地址和端口

下面开始进入第3部分IP地址、结构及其填充，这部分主要是讲述一些在网络程序设计时所经常要用到的数据结构，有一部分内容我个人觉得放在第二章更为合适。作者的幽默在前两章你应该感受到了，第三章也不例外（对了他总是那么幽默。）欢迎讨论：我的email:luck_wei@live.cn。不管是网络编程方面的问题讨论，还是想交个朋友，或是想给我介绍个不错的职位，或是想一起创业都非常的欢迎！闲话少说，继续你的网络编程学习之旅吧！前面的风景在等着你。

3.IP地址、结构及其填充
从这一部分开始有一些变化，我们将开始接触一些代码。
但是首先讨论不用编写代码的部分。恩，首先我想说说IP地址和端口并做一点扩展。我们来搞清楚这个问题（IP地址和端口的问题），然后我们讨论一下套接字API如何存储和控制IP地址及其它信息。
3.1.IP地址，IPv4和IPv6
在过去的那些日子里，Ben Kenobi还叫做Obi Wan Kenobi（译者：这是星球大战中一个主要角色的名字）。那时有一个优秀的路由系统叫做IPV4。它的地址由4个字节（4个八进制数）组成，通常以“点分十进制”书写，就像这样：192.0.2.111。
你可能在什么地方见过！
其实，写这份文档时，在互联网上的所有web站点均还使用IPv4。
包括Obi Wan在内的所有人都很高兴，情况良好，直到有一些反对者vint cerf（译者：这可不是虚拟的人物，他就是被人称为互联网之父的人），警告我们IPv4的地址快用完了（我没有怀疑他的判断）。
超出地址范围？怎么会这样？我的意思是32位的IPv4地址有10亿多，我们真的有10亿多的计算机吗？
是的。
另外，在一开始时只有不多的计算机，几乎每个人都认为10亿已经够多了。一些大机构申请了大量的IP地址自己使用（像XEROX, MIT, FORD, HP, IBM,GE,AT&T和一些小公司像APPLE）。
实际上，如果没有一些可替代方案，早就不够用了。
但是现在我们生活在一个世界为什么不给每个人，每台计算机，每个计算器，每部电话，每个流星，每个小狗一个IP地址？
就这样IPv6不生了。没有人再想听到vint cerf说：“我告诉你…”。但是如果下一代网际协议还没有足够的IP地址，你还是会听到。
看看这个建议怎么样？
我们需要大量的地址。我们需要的不是2个，10亿个，1000兆个，而是7900万10亿兆个；你将会见到它。
你可能会说：“Beej，这是真的吗？我不相信有这么大的数字。”
啊！32位与128位之间差别看起来并不大，只多了96位，对吗？但是记住我们讨论的是平方：32位表示40亿（2^32），123位表示大概340兆兆兆（2^128），就可以给宇宙中每个星星1百万个IPv4网络。
忘记IPv4的点分十进制吧！现在我们有一个16进制的表示方法，每2个字节使用冒号分隔，就像这样：2001:0bb8:c9d2:aee5:73e3:9349:a5ae:9551。
并不总像上面表示的那样！大多数情况下IP地址中有许多的0，你就可以使用双冒号进行压缩。如下(短线相隔为一组)：
2001:0db8:c9d2:0012:0000:0000:0000:0051
2001:0db8:c9d2:12::51
-------------------------------------------------------------------------------------------------
2001:0db8:ad00:0000:0000:0000:0000:0000
2001:0db8:ad00::
-------------------------------------------------------------------------------------------------
00000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001
::1
另外：地址::1是回环地址，它的意思是这个机器在运行。在IPv4中回环地址为：127.0.0.1。
最后，有IPv6兼容IPv4模式。如果你想这样，例如：表示一个IPv4的地址192.0.2.3为IPv6地址可以使用：“::192.0.2.3”。
我们继续讨论一些有趣的事。
确实，太有意思了。IPv6的创建者保留了数以兆计的地址，但是我们有如此多的地址，坦白的说谁需要那么多？剩余的够分给每个男人、女人、孩子、小狗、流星及银河系中的行星。
3.1.1子网
由于组织原因，为了方便声明第一部分IP地址是网络部分，余下的是主机部分。
举个例子：在IPv4中192.0.2.12我们可以说前3个字节是网络，最后一个字节是主机，或者我们可以说12号主机在192.0.2.0网络中。
现在我们说一些过时的知识！真的吗？在以前有一个经典的子网分类，前1个、2个或3个字节是网络部分。如果你够幸运有一个1字节的网络号，3字节的主机号，你可以有24位（2400万左右）之多的主机在同一个网络内。这就是A类网络，相反的是C类，它有3字节的网络号，1字节的主机号（256个主机，还有少部分保留）。
正如你看到的：一点点A类地址，大量的C类地址，处于中间的是B类地址。
IP地址的网络部分用网络掩码表示，你使用子网掩码按位与运算IP地址就得到网络部分。子网掩码通常形如：255.255.255.0（说明：如果你的IP是192.0.2.12，你的网络号是 192.0.2.12与运算255.255.255.0得到192.0.2.0）。
不幸的是C类地址很快就用完了。我可以定义A类地址，所以不要烦我。记住，子网掩码可以是任意位的，并不只能是8、16、24位。你可以定义一个子网掩码如：255.255.255.252，30位表示网络，2位表示主机号，可以容纳4台主机（注意：子网掩码总是一串“1”跟着一串“0”）。
但是位表示成一个长字符串不方便使用。如：255.192.0.0 。
首先，人们不容易知道它表示多少位，其次确实不紧凑。所以一个新的表达方式出现了，非常好用。你只需要在IP地址后加一个反斜杠，然后写上十进制表示的网络号的位数，就像：192.0.2.12/30 或在IPv6下，形如：2001:db8::/32 。
3.1.2端口
如果你记忆力不错，你可能还记得前面的分层网络模型。IP层与传输层分开了。如果不记得在看下一段之前快复习一下吧！
除了IP地址以外还有一个地址是TCP和UDP使用，这就是端口号。它是一个16位的数字，可以理解成一个连接中的本地地址。
把IP地址想象成旅馆地址，端口就是房间号。这个比喻很合适，后面可能还有一些类似比喻。
你可能用一台电脑处理邮件和浏览网页，在一个IP地址上如何区分他们？
不同的服务在互联网上有公知的端口号。你可以在LANA的端口列表中查看。如果你使用unix在/etc/services文件中，HTTP使用80端口，telnet使用23端口，SMTP使用25端口，DOOM游戏使用666端口等等。1024以下的端口有些特殊，通常需要专用的操作系统特权才能使用。