Windows Sockets网络编程（0）TCP In Action

在谢希仁的《计算机网络》一书中，详尽的学习了网络协议七层塔。也明白了在TCP/IP协议中，可靠性是由传输层来保证的，而传输层的两大协议UDP与TCP，都是在基于网络层IP协议的基础上首次提供端到端的通信。其中，UDP是使用数据报提供服务的，而TCP则提供可靠的流服务。UDP提供的是不可靠的服务（相当于篮球运动员，直接将球扔向篮筐，不关注结果），TCP提供的是可靠的服务（投球不中，将一直投，知道投中为止）。在网络传输过程中，TCP的可靠性很大部分是由重传与确认机制来保证的。要了解更多的知识可以看我的下一篇文章《Windows Sockets网络编程（1）TCP select & thread》、也可以去关注一下《Windows Sockets网络编程（2）TCP Stream拆分、拼接》了解更多TCP流分割知识。

---

目录：

---

“谁忽视了TCP，谁注定要推倒重来”——FTP创始人James Van Bokkelen.

---

How to create a tcp connection

client

WSAStartup

这个函数主要是用来加载Socket库，俩参数，

WSAStartup(      _In_ WORD wVersionRequired,      _Out_ LPWSADATA lpWSAData);

• wVersionRequired，指明需要的Socket版本；一般使用宏MAKEWORD(2,2)。

• lpWSAData，是一个输出变量，指系统实际返回的库信息。

SOCKET _tcp_socket;WSADATA wsa;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0){    perror("WSASartup error !");}

socket

创建socket，函数原型是这样滴，

socket (       _In_ int af,       _In_ int type,       _In_ int protocol);

• af 协议族，常用的协议族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域Socket）、AF_ROUTE等。
• type Socket类型，常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。
  
  • TCP ，流式Socket（SOCK_STREAM）是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用。
  • UDP，数据报式Socket（SOCK_DGRAM）是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
• protocol 指定协议，常用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。

注意：type和protocol不可以随意组合，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当第三个参数为0时，会自动选择第二个参数类型对应的默认协议。

_tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (_tcp_socket == INVALID_SOCKET){    perror("socket error !");    WSACleanup();}

sockaddr_in

我更喜欢将变量定义为xxx_config，因为在我看来，这很大程度上就相当于一个配置文件，

struct sockaddr_in {      short   sin_family;      u_short sin_port;      struct  in_addr sin_addr;      char    sin_zero[8];};

• sin_family 地址家族，通常大多用的是都是AF_INET,代表TCP/IP协议族。
• sin_port 端口，这里必须采用网络数据格式，
  
  • htons ，将端口号由主机字节序转换为网络字节序的整数值。
• sin_addr 存储IP地址，这里服务端和客户端是有所区别的。
  
  • inet_addr 客户端使用，将一个IP字符串转化为一个网络字节序的整数值，用于sockaddr_in.sin_addr.s_addr。
  • htonl(INADDR_ANY) 服务端使用，INADDR_ANY表示任何IP地址。

SOCKADDR_IN remote_config;remote_config.sin_port = htons(port);remote_config.sin_family = AF_INET;remote_config.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(addr);

connect

TCP客户端使用它，通过调用connect建立一个连接（虚电路），

int PASCAL FAR connect (    _In_ SOCKET s,    _In_reads_bytes_(namelen) const struct sockaddr FAR *name,    _In_ int namelen);

无需赘言，按照以下方式调用。如果调用失败（SOCKET_ERROR），不要重新调用connect，最好closesocket然后socket重新得到一个新的，继而进行connect。

如果客户端通过WSAGetLastError获得返回值（10061），可能是，

• 服务端没有运行。
• IP端口设置有误。

另外，一般UDP客户端不需要调用调用connect，但也并不是不可以。这里，如果调用两次及以上次数connect函数，将造成（10048）错误。

if (connect(_tcp_socket, (sockaddr *)&remote_config, sizeof(remote_config)) == SOCKET_ERROR){    perror("connect error !");    closesocket(_tcp_socket);    WSACleanup();}

server

bind

作为服务端，必须绑定一个固定的端口，以等待客户端的连接。

int PASCAL FAR bind (    _In_ SOCKET s,    _In_reads_bytes_(namelen) const struct sockaddr FAR *addr,    _In_ int namelen);

这里再次比较一下，客户端与服务端配置文件的写法，

客户端 服务端 SOCKADDR_IN remote_config; SOCKADDR_IN local_config; remote_config.sin_port = htons(port); local_config.sin_port = htons(port); remote_config.sin_family = AF_INET; local_config.sin_family = AF_INET; remote_config.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(addr); local_config.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);

特别注意到sin_addr.S_un.S_addr的转换关系，
如果写错了，将导致通信失败。

if (bind(_tcp_socket_listen, (struct sockaddr *)&local_config, sizeof(local_config)) == SOCKET_ERROR){    perror("bind error !");    closesocket(_tcp_socket_listen);    WSACleanup();    return;}

listen

UDP服务端无需做任何准备，因为这一切都市通过sendto/recvfrom建立起来的。但是TCP就不同了，必须使用listen为接纳来自客户端的数据做好准备。

int PASCAL FAR listen (    _In_ SOCKET s,    _In_ int backlog);

• backlog，为等待连接的队列长度，也就是当几个客户端同一时间请求时，将放入该队列中，按先后顺序逐个处理。（注意，该参数并不是服务端可接受的最大连接数）。

#define SOMAXCONN       5

系统内部，定义了一个最大正在连接，队列长度数宏SOMAXCONN。

if (listen(_tcp_socket_listen, SOMAXCONN) == SOCKET_ERROR){    perror("listen error !");    closesocket(_tcp_socket_listen);    WSACleanup();    return;}

accept

accept函数，用来接受客户端对服务器发起的连接请求。accept函数牵涉到两个socket，

• 一个是accept函数的第一个参数（In SOCKET s），这里应该传入的是服务端本身的SOCKET。
• 二个是accept函数的返回值，它一般代表着新来的客户端SOCKET，除非返回值为SOCKET_ERROR之外。

这里 (struct sockaddr*)&client_config，并不需要服务端自己配置，而是直接填充接收到的客户端的参数。

SOCKET PASCAL FAR accept (       _In_ SOCKET s,       _Out_writes_bytes_opt_(*addrlen) struct sockaddr FAR *addr,       _Inout_opt_ int FAR *addrlen);

正是由于服务端存在多个SOCKET，除了接受到的N个客户端之外，服务端本身还有一个自己的SOCKET，在做善后工作时，记得closesocket服务端本身。

SOCKADDR_IN client_config;int addr_len = sizeof(client_config);SOCKET client_tcp_socket = accept(_tcp_socket_listen, (struct sockaddr*)&client_config, &addr_len);if (client_tcp_socket == SOCKET_ERROR){    perror("accept socket error !");    break;}

send 与 sendto

以前，我总是混用，或者是不知其所以然的错误使用这两个函数。正是因为我不知道他们有什么区别，直到我阅读了《Windows Sockets网络编程》一书，

一言蔽之，

• send 在“TCP”上发送数据。
• sendto 在“UDP”上发送数据。

注意使用时相互搭配即可，send与recv互补，而sendto与recvfrom是搭档。虽然，send与sendto区别不大，除了以下两点，

• 所允许的“socket”状态。
• 从哪里获得“socket”配置。

UDP认为任何socket都是有效的，使用sendto之前不需要做任何准备。而从哪里获取socket配置呢？UDP将sendto中的参数，作为发送数据的目的地址，即使在之前你调用了connect（所以UDP根本不需要调用connect，虽然不会报错）。而TCP恰好相反，如果TCP中使用sendto发送数据，好像也不会报错，但是他会使用connect时的socket配置，而忽略sendto参数中的配置。

正是如此，总是在TCP上使用send/recv。而在UDP上使用sendto/recvfrom。

int Server::sendTcpData(SOCKET* socket, const char* data, const int dataLength){    if (data != NULL && *socket != INVALID_SOCKET && dataLength > 0){        return send(*socket, data, dataLength, 0);    }    return 0;}

• send返回值， 一般表示实际发送出去的字节数，除非发送失败。
• recv返回值，一般表示实际接收到的字节数，除非链路异常。

int Server::recvTcpData(SOCKET* socket, char* data, int bufferLength){    int ret = 0;    if (data != NULL && *socket != INVALID_SOCKET && bufferLength > 0){        ret = recv(*socket, data, bufferLength, 0);        if (ret > 0){            data[ret] = '\0';            printf("%s\n", data);        }    }    return ret;}

closesocket

TCP中，如果需要优雅的关闭，可以去研究一下shutdown函数，粗暴一点就直接调用closesocket吧。（UDP中，应该始终是只调用closesocket。虽然也可以调用shutdown但没有任何意义）。

closesocket函数一般是不会失败的，即使重复调用。因为它只是将socket资源还给协议栈，这里需要注意closesocket函数不是阻塞的，总是一调用直接就返回，不管是真的关闭了。返回值只是表示closesocket该函数有没有调用成功。

如果socket已经成功关闭，再执行任何socket调用，都会得到（10038）错误。

WSACleanup

与WSAStartup是孪生兄弟，用于加载套接字DLL库，让所有socket函数可以有效（无效）的调到，一般只需要调用一次即可。

• WSAStartup 加载套接字库。
• WSACleanup 卸载套接字库，释放所有资源，后续所有socket都会失效。

这两个函数，一般不会失败。

client code

client.h

#pragma once#include <windows.h>#pragma comment(lib,"ws2_32.lib") class Client{public:    Client(char* addr, int port);    ~Client();    int sendTcpData(const char* data, const int dataLength);    int recvTcpData(char* data, int bufferLength);private:    SOCKET _tcp_socket;};

client.cpp

#include "Client.h"#include <stdio.h>Client::Client(char* addr, int port){    WSADATA wsa;    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0){        perror("WSASartup error !");        return;    }    _tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);    if (_tcp_socket == INVALID_SOCKET){        perror("socket error !");        WSACleanup();        return;    }    SOCKADDR_IN remote_config;    remote_config.sin_port = htons(port);    remote_config.sin_family = AF_INET;    remote_config.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(addr);    if (connect(_tcp_socket, (sockaddr *)&remote_config, sizeof(remote_config)) == SOCKET_ERROR){        perror("connect error !");        closesocket(_tcp_socket);        WSACleanup();        return;    }}Client::~Client(){    if (_tcp_socket != INVALID_SOCKET){        if(closesocket(_tcp_socket) == 0){            _tcp_socket = INVALID_SOCKET;            WSACleanup();            return;        }        perror("close socket error.");    }}int Client::sendTcpData(const char* data, const int dataLength){    if (data != NULL && _tcp_socket != INVALID_SOCKET && dataLength > 0){        return send(_tcp_socket, data, dataLength, 0);    }    return 0;}int Client::recvTcpData(char* data, int bufferLength){    int ret = 0;    if (data != NULL && _tcp_socket != INVALID_SOCKET && bufferLength > 0){        ret = recv(_tcp_socket, data, bufferLength, 0);        if (ret > 0){            data[ret] = '\0';            printf("%s\n",data);        }    }    return ret;}int main(){    Client c("127.0.0.1", 8086);    char* strNum = "1234567890";    c.sendTcpData(strNum, strlen(strNum));    char recv[1024];    c.recvTcpData(recv, sizeof(recv));    char* strStr = "abcdefghi";    c.sendTcpData(strStr, strlen(strStr));    c.recvTcpData(recv, sizeof(recv));    return 0;}

server code

server.h

#pragma once#include <windows.h>#pragma comment(lib,"ws2_32.lib") class Server{public:    Server(int port);    ~Server();    void acceptTcpSocket();    int sendTcpData(SOCKET* socket, const char* data, const int dataLength);    int recvTcpData(SOCKET* socket, char* data, int bufferLength);private:    SOCKET _tcp_socket_listen;};

server.cpp

#include "Server.h"#include <stdio.h>Server::Server(int port){    WSADATA wsa;    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0){        perror("WSASartup error !");        return;    }    _tcp_socket_listen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);    if (_tcp_socket_listen == INVALID_SOCKET){        perror("socket error !");        WSACleanup();        return;    }    SOCKADDR_IN local_config;    local_config.sin_port = htons(port);    local_config.sin_family = AF_INET;    local_config.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);    if (bind(_tcp_socket_listen, (struct sockaddr *)&local_config, sizeof(local_config)) == SOCKET_ERROR){        perror("bind error !");        closesocket(_tcp_socket_listen);        WSACleanup();        return;    }    if (listen(_tcp_socket_listen, SOMAXCONN) == SOCKET_ERROR){        perror("listen error !");        closesocket(_tcp_socket_listen);        WSACleanup();        return;    }}Server::~Server(){    if (_tcp_socket_listen != INVALID_SOCKET){        if (closesocket(_tcp_socket_listen) == 0){            _tcp_socket_listen = INVALID_SOCKET;            WSACleanup();            return;        }        perror("close socket error.");    }}void Server::acceptTcpSocket(){    bool flag = true;    while (flag){        SOCKADDR_IN client_config;        int addr_len = sizeof(client_config);        SOCKET client_tcp_socket = accept(_tcp_socket_listen, (struct sockaddr*)&client_config, &addr_len);        if (client_tcp_socket == SOCKET_ERROR){            perror("accept socket error !");            break;        }        while (flag){            char recv[1024];            if (recvTcpData(&client_tcp_socket, recv, sizeof(recv)) <= 0){                perror("recv error !");                break;            }            char* data = "Hi, I'm William Aiden !";            if (sendTcpData(&client_tcp_socket, data, strlen(data)) <= 0){                perror("send error !");                break;            }        }    }}int Server::sendTcpData(SOCKET* socket, const char* data, const int dataLength){    if (data != NULL && *socket != INVALID_SOCKET && dataLength > 0){        return send(*socket, data, dataLength, 0);    }    return 0;}int Server::recvTcpData(SOCKET* socket, char* data, int bufferLength){    int ret = 0;    if (data != NULL && *socket != INVALID_SOCKET && bufferLength > 0){        ret = recv(*socket, data, bufferLength, 0);        if (ret > 0){            data[ret] = '\0';            printf("%s\n", data);        }    }    return ret;}int main(){    Server s(8086);    s.acceptTcpSocket();    return 0;}