本文转自https://blog.csdn.net/albertsh/article/details/80991684，简单易懂，赞。

前言

最近在学习网络相关的知识，虽然之前代码写了不少，但是长时间不写难免会忘记，简单地复习了一下IO多路复用的方式，对比了解了一下epoll模式和select模式的异同，不过写代码的时候发现，这个socket连接中有几个结构还是挺让人头大的，用着用着突然就强转成其他的类型了，加上年前改了半天IPv6的连接，这几个结构体更加混乱，所以今天角色放到一起，从源码的角度看一下sockaddr、sockaddr_in、sockaddr_in6这三个结构体之间的联系，以及为什么有些情况可以直接强转。

代码分析

1. 看一下这三个结构的定义，先说明一下版本，操作系统为CentOS，头文件版本应该挺古老了，在’/usr/include/netinet/in.h’ 中发现版权信息：Copyright (C) 1991, 1992, 1994-2001, 2004, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010，看着很古老，但之后的版本应该没有改动很大吧，反正不太清楚，我们就分析当前这一个版本吧。

   /* /usr/include/bits/socket.h */
   /* Structure describing a generic socket address.  */
   struct sockaddr
   {
    __SOCKADDR_COMMON (sa_);    /* Common data: address family and length.  */
    char sa_data[14];           /* Address data.  */
   };
   
   /* /usr/include/netinet/in.h */
   /* Structure describing an Internet socket address.  */
   struct sockaddr_in
   {
    __SOCKADDR_COMMON (sin_);
    in_port_t sin_port;         /* Port number.  */
    struct in_addr sin_addr;    /* Internet address.  */
   
    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
               __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
               sizeof (in_port_t) -
               sizeof (struct in_addr)];
   };
   
   /* /usr/include/netinet/in.h */
   
   #ifndef __USE_KERNEL_IPV6_DEFS
   
   /* Ditto, for IPv6.  */
   struct sockaddr_in6
   {
    __SOCKADDR_COMMON (sin6_);
    in_port_t sin6_port;        /* Transport layer port # */
    uint32_t sin6_flowinfo;     /* IPv6 flow information */
    struct in6_addr sin6_addr;  /* IPv6 address */
    uint32_t sin6_scope_id;     /* IPv6 scope-id */
   };
   
   #endif /* !__USE_KERNEL_IPV6_DEFS */
   
   

2. 看到3个结构的定义想到了什么？只是看着有点像吧，真正的区别我们往下看，其中3个结构里都包含了 __SOCKADDR_COMMON 这个宏，我们先把它的定义找到，最后在’usr/inlcue/bits/sockaddr.h’中找到如下代码，

   /* POSIX.1g specifies this type name for the `sa_family' member.  */
   typedef unsigned short int sa_family_t;
   
   /* This macro is used to declare the initial common members
   of the data types used for socket addresses, `struct sockaddr',
   `struct sockaddr_in', `struct sockaddr_un', etc.  */
   
   
   #define __SOCKADDR_COMMON(sa_prefix) \
   
   sa_family_t sa_prefix##family
   
   
   #define __SOCKADDR_COMMON_SIZE  (sizeof (unsigned short int))
   

   由此我们知道，这三个结构的第一个字段都是一个unsigned short int 类型，只不过用宏来定义了三个不同的名字，至此第一个结构就清楚了，在一般环境下（short一般为2个字节），整个结构占用16个字节，变量sa_family占用2个字节，变量sa_data 保留14个字节用于保存IP地址信息。

3. 接着我们发现第二个结构中还有in_port_t和struct in_addr两个类型没有定义，继续找下去吧，在文件
   ‘/usr/include/netinet/in.h’发现以下定义

   /* Type to represent a port.  */
   typedef uint16_t in_port_t;
   
   /* Internet address.  */
   typedef uint32_t in_addr_t;
   struct in_addr
   {
    in_addr_t s_addr;
   };

   这么看来sockaddr_in这个结构也不复杂，除了一开始的2个字节表示sin_family，然后是2个字节的变量sin_port表示端口，接着是4个字节的变量sin_addr表示IP地址，最后是8个字节变量sin_zero填充尾部，用来与结构sockaddr对齐

4. 现在我们该分析结构sockaddr_in6了，这里边只有一个未知的结构in6_addr，经过寻找发现其定义也在’/usr/include/netinet/in.h’中

   
   #ifndef __USE_KERNEL_IPV6_DEFS
   
   /* IPv6 address */
   struct in6_addr
   {
    union
    {
        uint8_t __u6_addr8[16];
   
   #if defined __USE_MISC || defined __USE_GNU
   
        uint16_t __u6_addr16[8];
        uint32_t __u6_addr32[4];
   
   #endif
   
    } __in6_u;
   
   #define s6_addr         __in6_u.__u6_addr8
   
   
   #if defined __USE_MISC || defined __USE_GNU
   
   
   # define s6_addr16      __in6_u.__u6_addr16
   
   
   # define s6_addr32      __in6_u.__u6_addr32
   
   
   #endif
   
   };
   
   #endif /* !__USE_KERNEL_IPV6_DEFS */
   

   这个结构看起来有点乱，但是如果抛开其中的预编译选项，其实就是8个字节，用来表示IPV6版本的IP地址，一共128位，只不过划分字节的段数有些不同，每段字节多一点那么段数就少一点，反义亦然。

5. 那接下来我们整理一下，为了看的清楚，部分结构使用伪代码，不能通过编译，主要是方便对比，整理如下

   /* Structure describing a generic socket address.  */
   struct sockaddr
   {
    uint16 sa_family;           /* Common data: address family and length.  */
    char sa_data[14];           /* Address data.  */
   };
   
   /* Structure describing an Internet socket address.  */
   struct sockaddr_in
   {
    uint16 sin_family;          /* Address family AF_INET */ 
    uint16 sin_port;            /* Port number.  */
    uint32 sin_addr.s_addr;     /* Internet address.  */
    unsigned char sin_zero[8];  /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
   };
   
   /* Ditto, for IPv6.  */
   struct sockaddr_in6
   {
    uint16 sin6_family;         /* Address family AF_INET6 */
    uint16 sin6_port;           /* Transport layer port # */
    uint32 sin6_flowinfo;       /* IPv6 flow information */
    uint8  sin6_addr[16];       /* IPv6 address */
    uint32 sin6_scope_id;       /* IPv6 scope-id */
   };

   这么来看是不是就清晰多了，由此我们发现结构 sockaddr 和 sockaddr_in 字节数完全相同，都是16个字节，所以可以直接强转，但是结构 sockaddr_in6 有28个字节，为什么在使用的时候也是直接将地址强制转化成(sockaddr*)类型呢？

强转的可能性

其实sockaddr 和 sockaddr_in 之间的转化很容易理解，因为他们开头一样，内存大小也一样，但是sockaddr和sockaddr_in6之间的转换就有点让人搞不懂了，其实你有可能被结构所占的内存迷惑了，这几个结构在作为参数时基本上都是以指针的形式传入的，我们拿函数bind()为例，这个函数一共接收三个参数，第一个为监听的文件描述符，第二个参数是sockaddr*类型，第三个参数是传入指针原结构的内存大小，所以有了后两个信息，无所谓原结构怎么变化，因为他们的头都是一样的，也就是uint16 sa_family，那么我们也能根据这个头做处理，原本我没有看过bind()函数的源代码，但是可以猜一下:

int bind(int socket_fd, sockaddr* p_addr, int add_size)
{
    if (p_addr->sa_family == AF_INET)
    {
        sockaddr_in* p_addr_in = (sockaddr_in*)p_addr;
        //...
    }
    else if (p_addr->sa_family == AF_INET6)
    {
        sockaddr_in6* p_addr_in = (sockaddr_in6*)p_addr;
        //...
    }
    else
    {
        //...
    }
}

由以上代码完全可以实现IPv4和IPv6的版本区分，所以不需要纠结内存大小的不同

总结

1. 通过等价替换的方式我们可以更好的了解sockaddr、sockaddr_in、sockaddr_in6之间的异同。
2. 网路接口函数针对于IPv4和IPv6虽然有不同的结构，但是接口基本相同，主要是为了用户（开发者）使用方便吧。
3. 有时间可以看一下bind()、accept()等函数，看看其中对于结构的使用到底是怎样的。

本文转自:https://blog.csdn.net/albertsh/article/details/80991684

前言
最近在学习网络相关的知识，虽然之前代码写了不少，但是长时间不写难免会忘记，简单地复习了一下IO多路复用的方式，对比了解了一下epoll模式和select模式的异同，不过写代码的时候发现，这个socket连接中有几个结构还是挺让人头大的，用着用着突然就强转成其他的类型了，加上年前改了半天IPv6的连接，这几个结构体更加混乱，所以今天角色放到一起，从源码的角度看一下sockaddr、sockaddr_in、sockaddr_in6这三个结构体之间的联系，以及为什么有些情况可以直接强转。

代码分析
看一下这三个结构的定义，先说明一下版本，操作系统为CentOS，头文件版本应该挺古老了，在’/usr/include/netinet/in.h’ 中发现版权信息：Copyright (C) 1991, 1992, 1994-2001, 2004, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010，看着很古老，但之后的版本应该没有改动很大吧，反正不太清楚，我们就分析当前这一个版本吧。

/* /usr/include/bits/socket.h */
/* Structure describing a generic socket address.  */
struct sockaddr
{
 __SOCKADDR_COMMON (sa_);    /* Common data: address family and length.  */
 char sa_data[14];           /* Address data.  */
};

/* /usr/include/netinet/in.h */
/* Structure describing an Internet socket address.  */
struct sockaddr_in
{
 __SOCKADDR_COMMON (sin_);
 in_port_t sin_port;         /* Port number.  */
 struct in_addr sin_addr;    /* Internet address.  */

 /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
 unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
            __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
            sizeof (in_port_t) -
            sizeof (struct in_addr)];
};

/* /usr/include/netinet/in.h */

#ifndef __USE_KERNEL_IPV6_DEFS

/* Ditto, for IPv6.  */
struct sockaddr_in6
{
 __SOCKADDR_COMMON (sin6_);
 in_port_t sin6_port;        /* Transport layer port # */
 uint32_t sin6_flowinfo;     /* IPv6 flow information */
 struct in6_addr sin6_addr;  /* IPv6 address */
 uint32_t sin6_scope_id;     /* IPv6 scope-id */
};

#endif /* !__USE_KERNEL_IPV6_DEFS */

看到3个结构的定义想到了什么？只是看着有点像吧，真正的区别我们往下看，其中3个结构里都包含了 __SOCKADDR_COMMON 这个宏，我们先把它的定义找到，最后在’usr/inlcue/bits/sockaddr.h’中找到如下代码，

/* POSIX.1g specifies this type name for the `sa_family' member.  */
typedef unsigned short int sa_family_t;

/* This macro is used to declare the initial common members
of the data types used for socket addresses, `struct sockaddr',
`struct sockaddr_in', `struct sockaddr_un', etc.  */


#define __SOCKADDR_COMMON(sa_prefix) \

sa_family_t sa_prefix##family


#define __SOCKADDR_COMMON_SIZE  (sizeof (unsigned short int))

由此我们知道，这三个结构的第一个字段都是一个unsigned short int 类型，只不过用宏来定义了三个不同的名字，至此第一个结构就清楚了，在一般环境下（short一般为2个字节），整个结构占用16个字节，变量sa_family占用2个字节，变量sa_data 保留14个字节用于保存IP地址信息。

接着我们发现第二个结构中还有in_port_t和struct in_addr两个类型没有定义，继续找下去吧，在文件
‘/usr/include/netinet/in.h’发现以下定义

/* Type to represent a port.  */
typedef uint16_t in_port_t;

/* Internet address.  */
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
{
 in_addr_t s_addr;
};

这么看来sockaddr_in这个结构也不复杂，除了一开始的2个字节表示sin_family，然后是2个字节的变量sin_port表示端口，接着是4个字节的变量sin_addr表示IP地址，最后是8个字节变量sin_zero填充尾部，用来与结构sockaddr对齐

现在我们该分析结构sockaddr_in6了，这里边只有一个未知的结构in6_addr，经过寻找发现其定义也在’/usr/include/netinet/in.h’中

#ifndef __USE_KERNEL_IPV6_DEFS

/* IPv6 address */
struct in6_addr
{
 union
 {
     uint8_t __u6_addr8[16];

#if defined __USE_MISC || defined __USE_GNU

     uint16_t __u6_addr16[8];
     uint32_t __u6_addr32[4];

#endif

 } __in6_u;

#define s6_addr         __in6_u.__u6_addr8


#if defined __USE_MISC || defined __USE_GNU


# define s6_addr16      __in6_u.__u6_addr16


# define s6_addr32      __in6_u.__u6_addr32


#endif

};

#endif /* !__USE_KERNEL_IPV6_DEFS */

这个结构看起来有点乱，但是如果抛开其中的预编译选项，其实就是8个字节，用来表示IPV6版本的IP地址，一共128位，只不过划分字节的段数有些不同，每段字节多一点那么段数就少一点，反义亦然。

那接下来我们整理一下，为了看的清楚，部分结构使用伪代码，不能通过编译，主要是方便对比，整理如下

/* Structure describing a generic socket address.  */
struct sockaddr
{
 uint16 sa_family;           /* Common data: address family and length.  */
 char sa_data[14];           /* Address data.  */
};

/* Structure describing an Internet socket address.  */
struct sockaddr_in
{
 uint16 sin_family;          /* Address family AF_INET */ 
 uint16 sin_port;            /* Port number.  */
 uint32 sin_addr.s_addr;     /* Internet address.  */
 unsigned char sin_zero[8];  /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
};

/* Ditto, for IPv6.  */
struct sockaddr_in6
{
 uint16 sin6_family;         /* Address family AF_INET6 */
 uint16 sin6_port;           /* Transport layer port # */
 uint32 sin6_flowinfo;       /* IPv6 flow information */
 uint8  sin6_addr[16];       /* IPv6 address */
 uint32 sin6_scope_id;       /* IPv6 scope-id */
};

这么来看是不是就清晰多了，由此我们发现结构 sockaddr 和 sockaddr_in 字节数完全相同，都是16个字节，所以可以直接强转，但是结构 sockaddr_in6 有28个字节，为什么在使用的时候也是直接将地址强制转化成(sockaddr*)类型呢？

强转的可能性
其实sockaddr 和 sockaddr_in 之间的转化很容易理解，因为他们开头一样，内存大小也一样，但是sockaddr和sockaddr_in6之间的转换就有点让人搞不懂了，其实你有可能被结构所占的内存迷惑了，这几个结构在作为参数时基本上都是以指针的形式传入的，我们拿函数bind()为例，这个函数一共接收三个参数，第一个为监听的文件描述符，第二个参数是sockaddr*类型，第三个参数是传入指针原结构的内存大小，所以有了后两个信息，无所谓原结构怎么变化，因为他们的头都是一样的，也就是uint16 sa_family，那么我们也能根据这个头做处理，原本我没有看过bind()函数的源代码，但是可以猜一下:

int bind(int socket_fd, sockaddr* p_addr, int add_size)
{
    if (p_addr->sa_family == AF_INET)
    {
        sockaddr_in* p_addr_in = (sockaddr_in*)p_addr;
        //...
    }
    else if (p_addr->sa_family == AF_INET6)
    {
        sockaddr_in6* p_addr_in = (sockaddr_in6*)p_addr;
        //...
    }
    else
    {
        //...
    }
}

由以上代码完全可以实现IPv4和IPv6的版本区分，所以不需要纠结内存大小的不同

总结
通过等价替换的方式我们可以更好的了解sockaddr、sockaddr_in、sockaddr_in6之间的异同。
网路接口函数针对于IPv4和IPv6虽然有不同的结构，但是接口基本相同，主要是为了用户（开发者）使用方便吧。
有时间可以看一下bind()、accept()等函数，看看其中对于结构的使用到底是怎样的。
 

sockaddr

struct sockaddr {
unsigned  short  sa_family;     /* address family, AF_xxx */
char  sa_data[14];                 /* 14 bytes of protocol address */
};

sa_family是地址家族，一般都是“AF_xxx”的形式。通常大多用的是都是AF_INET。
sa_data是14字节协议地址。
此数据结构用做bind、connect、recvfrom、sendto等函数的参数，指明地址信息。

但一般编程中并不直接针对此数据结构操作，而是使用另一个与sockaddr等价的数据结构
在网络编程经常可以看到如此示例：

struct sockaddr_in server_sockaddr;
bind (server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr, server_len);

struct sockaddr_un server_sockaddr;
bind (server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr, server_len);

在第二个参数我们通常会将其强制转化为通用的sockaddr。以下说明

sockaddr_in

sockaddr_in（在netinet/in.h中定义）：
struct  sockaddr_in {
short  int  sin_family;                      /* Address family */
unsigned  short  int  sin_port;       /* Port number */
struct  in_addr  sin_addr;              /* Internet address */
unsigned  char  sin_zero[8];         /* Same size as struct sockaddr */
};
struct  in_addr {
unsigned  long  s_addr;
};

typedef struct in_addr {
union {
            struct{
                        unsigned char s_b1,
                        s_b2,
                        s_b3,
                        s_b4;
                        } S_un_b;
           struct {
                        unsigned short s_w1,
                        s_w2;
                        } S_un_w;
            unsigned long S_addr;
          } S_un;
} IN_ADDR;

sin_family指代协议族，在socket编程中只能是AF_INET
sin_port存储端口号（使用网络字节顺序）
sin_addr存储IP地址，使用in_addr这个数据结构
sin_zero是为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的空字节。
s_addr按照网络字节顺序存储IP地址

sockaddr_in和sockaddr是并列的结构，指向sockaddr_in的结构体的指针也可以指向
sockadd的结构体，并代替它。也就是说，你可以使用sockaddr_in建立你所需要的信息,
在最后用进行类型转换就可以了bzero((char*)&mysock,sizeof(mysock));//初始化

mysock.sin_family=AF_INET;
mysock.sin_port=htons(8080);
mysock.sin_addr.s_addr=inet_addr(“192.168.0.1”);
……
等到要做转换的时候用：
（struct sockaddr*）&mysock

sockaddr_un

struct sockaddr_un 
{

  sa_family_t sun_family; /*PF_UNIX或AF_UNIX */

  char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* 路径名 */

  };

进程间通信的一种方式是使用UNIX套接字，人们在使用这种方式时往往用的不是网络套接字，而是一种称为本地套接字的方式。这样做可以避免为黑客留下后门。

创建
使用套接字函数socket创建，不过传递的参数与网络套接字不同。本地套接字的通讯类型应该是SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM，协议为默认协议。例如：

int sockfd;
 sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);

绑定
创建了套接字后，还必须进行绑定才能使用。不同于网络套接字的绑定，本地套接字的绑定的是struct sockaddr_un结构。struct sockaddr_un结构有两个参数：sun_family、sun_path。sun_family只能是AF_LOCAL或AF_UNIX，而sun_path是本地文件的路径。通常将文件放在/tmp目录下。例如：

注意：
通常在使用前会先调用unlink 删除掉这文件保证后面正常使用

 unlink(filepath);

 struct sockaddr_un sun;
 sun.sun_family = AF_UNIX;
 strcpy(sun.sun_path, filepath);
 bind(sockfd, (struct sockaddr*)&sun, sizeof(sun));

监听
本地套接字的监听、接受连接操作与网络套接字类似。

连接
连接到一个正在监听的套接字之前，同样需要填充struct sockaddr_un结构，然后调用connect函数。

连接建立成功后，我们就可以像使用网络套接字一样进行发送和接受操作了。甚至还可以将连接设置为非阻塞模式。

附协议族

Linux kernel include:

       Name         Purpose                                    Man page
       AF_UNIX      Local communication                        unix(7)
       AF_LOCAL     Synonym for AF_UNIX
       AF_INET      IPv4 Internet protocols                    ip(7)
       AF_AX25      Amateur radio AX.25 protocol               ax25(4)
       AF_IPX       IPX - Novell protocols
       AF_APPLETALK AppleTalk                                  ddp(7)
       AF_X25       ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol             x25(7)
       AF_INET6     IPv6 Internet protocols                    ipv6(7)
       AF_DECnet    DECet protocol sockets
       AF_KEY       Key  management protocol, originally de‐
                    veloped for usage with IPsec
       AF_NETLINK   Kernel user interface device               netlink(7)
       AF_PACKET    Low-level packet interface                 packet(7)
       AF_RDS       Reliable Datagram Sockets (RDS) protocol   rds(7)
                                                               rds-rdma(7)
       AF_PPPOX     Generic PPP transport layer, for setting
                    up L2 tunnels (L2TP and PPPoE)
       AF_LLC       Logical  link  control  (IEEE 802.2 LLC)
                    protocol
       AF_IB        InfiniBand native addressing
       AF_MPLS      Multiprotocol Label Switching
       AF_CAN       Controller Area Network  automotive  bus
                    protocol
       AF_TIPC      TIPC, "cluster domain sockets" protocol
       AF_BLUETOOTH Bluetooth low-level socket protocol
       AF_ALG       Interface to kernel crypto API
       AF_VSOCK     VSOCK   (originally  "VMWare  VSockets")   vsock(7)
                    protocol for hypervisor-guest communica‐
                    tion
       AF_KCM       KCM  (kernel connection multiplexor) in‐
                    terface
       AF_XDP       XDP (express data path) interface