WinSock原理

一、客户机/服务器模式

　　在TCP/IP网络中两个进程间的相互作用的主机模式是客户机/服务器模式(Client/Server model)。该模式的建立基于以下两点：1、非对等作用；2、通信完全是异步的。客户机/服务器模式在操作过程中采取的是主动请示方式：

　　首先服务器方要先启动，并根据请示提供相应服务：（过程如下）

　　1、打开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一个公认地址上接收客户请求。

　　2、等待客户请求到达该端口。

　　3、接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号。

　　4、返回第二步，等待另一客户请求

　　5、关闭服务器。

　　客户方：

　　1、打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口。

　　2、向服务器发送服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求……

　　3、请求结束后关闭通信通道并终止。

   

二、基本套接字

　　为了更好说明套接字编程原理，给出几个基本的套接字，在以后的篇幅中会给出更详细的使用说明。

　　1、创建套接字——socket()

　　功能：使用前创建一个新的套接字

　　格式：SOCKET PASCAL FAR socket(int af,int type,int procotol);

　　参数：af: 通信发生的区域

　　type: 要建立的套接字类型

　　procotol: 使用的特定协议

　　2、指定本地地址——bind()

　　功能：将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。

　　格式：int PASCAL FAR bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);

　　参数：s: 是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。

　　其它：没有错误，bind()返回0，否则SOCKET_ERROR

　　地址结构说明：

　　struct sockaddr_in

　　{

　　　　short sin_family; 　　　　//AF_INET

　　　　u_short sin_port; 　　　　//16位端口号，网络字节顺序

　　　　struct in_addr sin_addr; 　//32位IP地址，网络字节顺序

　　　　char sin_zero[8]; 　　　　//保留

　　}

　　3、建立套接字连接——connect()和accept()

　　功能：共同完成连接工作

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

　　SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s,struct sockaddr FAR * name,int FAR * addrlen);

　　参数：同上

　　4、监听连接——listen()

　　功能：用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。

　　格式：int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);

　　5、数据传输——send()与recv()

　　功能：数据的发送与接收

　　格式：int PASCAL FAR send(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);

　　int PASCAL FAR recv(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);

　　参数：buf:指向存有传输数据的缓冲区的指针。

　　6、多路复用——select()

　　功能：用来检测一个或多个套接字状态。

　　格式：int PASCAL FAR select(int nfds,fd_set FAR * readfds,fd_set FAR * writefds,

　　fd_set FAR * exceptfds,const struct timeval FAR * timeout);

　　参数：readfds:指向要做读检测的指针

　　　　　writefds:指向要做写检测的指针

　　　　　exceptfds:指向要检测是否出错的指针

　　　　　timeout:最大等待时间

　　7、关闭套接字——closesocket()

　　功能：关闭套接字s

　　格式：BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);

 

三、典型过程图

2.1 面向连接的套接字的系统调用时序图

2.2 无连接协议的套接字调用时序图

2.3 面向连接的应用程序流程图

 

四、WinSock简介

Windows Sockets 是从 Berkeley Sockets 扩展而来的，其在继承 Berkeley Sockets 的基础上，又进行了新的扩充。这些扩充主要是提供了一些异步函数，并增加了符合WINDOWS消息驱动特性的网络事件异步选择机制。

Windows Sockets由两部分组成：开发组件和运行组件。

开发组件：Windows Sockets 实现文档、应用程序接口(API)引入库和一些头文件。

运行组件：Windows Sockets 应用程序接口的动态链接库(WINSOCK.DLL)。

 

五、WinSock主要扩充说明

　　1、异步选择机制：

　　Windows Sockets 的异步选择函数提供了消息机制的网络事件选择，当使用它登记网络事件发生时，应用程序相应窗口函数将收到一个消息，消息中指示了发生的网络事件，以及与事件相关的一些信息。

　　Windows Sockets 提供了一个异步选择函数 WSAAsyncSelect()，用它来注册应用程序感兴趣的网络事件，当这些事件发生时，应用程序相应的窗口函数将收到一个消息。

　　函数结构如下：

　　int PASCAL FAR WSAAsyncSelect(SOCKET s,HWND hWnd,unsigned int wMsg,

　　　　long lEvent);

　　参数说明：

　　hWnd：窗口句柄

　　wMsg：需要发送的消息

lEvent：事件（以下为事件的内容）

值：

含义：

FD_READ

期望在套接字上收到数据（即读准备好）时接到通知

FD_WRITE

期望在套接字上可发送数据（即写准备好）时接到通知

FD_OOB

期望在套接字上有带外数据到达时接到通知

FD_ACCEPT

期望在套接字上有外来连接时接到通知

FD_CONNECT

期望在套接字连接建立完成时接到通知

FD_CLOSE

期望在套接字关闭时接到通知

例如：我们要在套接字读准备好或写准备好时接到通知，语句如下：

rc=WSAAsyncSelect(s,hWnd,wMsg,FD_READ|FD_WRITE);

　　如果我们需要注销对套接字网络事件的消息发送，只要将 lEvent 设置为0

2、异步请求函数

在 Berkeley Sockets 中请求服务是阻塞的，WINDOWS SICKETS 除了支持这一类函数外，还增加了相应的异步请求函数(WSAAsyncGetXByY();)。

3、阻塞处理方法

Windows Sockets 为了实现当一个应用程序的套接字调用处于阻塞时，能够放弃CPU让其它应用程序运行，它在调用处于阻塞时便进入一个叫“HOOK”的例程，此例程负责接收和分配WINDOWS消息，使得其它应用程序仍然能够接收到自己的消息并取得控制权。

WINDOWS 是非抢先的多任务环境，即若一个程序不主动放弃其控制权，别的程序就不能执行。因此在设计Windows Sockets 程序时，尽管系统支持阻塞操作，但还是反对程序员使用该操作。但由于 SUN 公司下的 Berkeley Sockets 的套接字默认操作是阻塞的，WINDOWS 作为移植的 SOCKETS 也不可避免对这个操作支持。

在Windows Sockets 实现中，对于不能立即完成的阻塞操作做如下处理：DLL初始化→循环操作。在循环中，它发送任何 WINDOWS 消息，并检查这个 Windows Sockets 调用是否完成，在必要时，它可以放弃CPU让其它应用程序执行（当然使用超线程的CPU就不会有这个麻烦了^_^）。我们可以调用 WSACancelBlockingCall() 函数取消此阻塞操作。

在 Windows Sockets 中，有一个默认的阻塞处理例程 BlockingHook() 简单地获取并发送 WINDOWS 消息。如果要对复杂程序进行处理，Windows Sockets 中还有 WSASetBlockingHook() 提供用户安装自己的阻塞处理例程能力；与该函数相对应的则是 WSAUnhookBlockingHook()，它用于删除先前安装的任何阻塞处理例程，并重新安装默认的处理例程。请注意，设计自己的阻塞处理例程时，除了函数 WSACancelBlockingHook() 之外，它不能使用其它的 Windows Sockets API 函数。在处理例程中调用 WSACancelBlockingHook()函数将取消处于阻塞的操作，它将结束阻塞循环。

4、出错处理

Windows Sockets 为了和以后多线程环境（WINDOWS/UNIX）兼容，它提供了两个出错处理函数来获取和设置当前线程的最近错误号。（WSAGetLastEror()和WSASetLastError()）

5、启动与终止

使用函数 WSAStartup() 和 WSACleanup() 启动和终止套接字。

 

六、Windows Sockets网络程序设计核心

我们终于可以开始真正的 Windows Sockets 网络程序设计了。不过我们还是先看一看每个 Windows Sockets 网络程序都要涉及的内容。让我们一步步慢慢走。

1、启动与终止

在所有Windows Sockets函数中，只有启动函数WSAStartup()和终止函数WSACleanup()是必须使用的。

启动函数必须是第一个使用的函数，而且它允许指定 Windows Sockets API 的版本，并获得 SOCKETS的特定的一些技术细节。本结构如下：

int PASCAL FAR WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

其中 wVersionRequested 保证 SOCKETS 可正常运行的 DLL 版本，如果不支持，则返回错误信息。

我们看一下下面这段代码，看一下如何进行 WSAStartup() 的调用

WORD wVersionRequested; // 定义版本信息变量

WSADATA wsaData; //定义数据信息变量

int err; //定义错误号变量

wVersionRequested = MAKEWORD(1,1);//给版本信息赋值

err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);//给错误信息赋值

if(err!=0)

{

　　return;//告诉用户找不到合适的版本

}

//确认 Windows Sockets DLL 支持 1.1 版本

//DLL 版本可以高于 1.1

//系统返回的版本号始终是最低要求的 1.1，即应用程序与DLL 中可支持的最低版本号

if(LOBYTE(wsaData.wVersion)!= 1|| HIBYTE(wsaData.wVersion)!=1)

{

　　WSACleanup();//告诉用户找不到合适的版本

　　return;

}

//Windows Sockets DLL 被进程接受，可以进入下一步操作

关闭函数使用时，任何打开并已连接的 SOCK_STREAM 套接字被复位，但那些已由 closesocket() 函数关闭的但仍有未发送数据的套接字不受影响，未发送的数据仍将被发送。程序运行时可能会多次调用 WSAStartuo() 函数，但必须保证每次调用时的 wVersionRequested 的值是相同的。

2、异步请求服务

Windows Sockets 除支持 Berkeley Sockets 中同步请求，还增加了了一类异步请求服务函数 WSAAsyncGerXByY()。该函数是阻塞请求函数的异步版本。应用程序调用它时，由 Windows Sockets DLL 初始化这一操作并返回调用者，此函数返回一个异步句柄，用来标识这个操作。当结果存储在调用者提供的缓冲区，并且发送一个消息到应用程序相应窗口。常用结构如下：

HANDLE taskHnd;

char hostname="rs6000";

taskHnd = WSAAsyncBetHostByName(hWnd,wMsg,hostname,buf,buflen); 

需要注意的是，由于 Windows 的内存对像可以设置为可移动和可丢弃，因此在操作内存对象是，必须保证 WIindows Sockets DLL 对象是可用的。

3、异步数据传输

使用 send() 或 sendto() 函数来发送数据，使用 recv() 或recvfrom() 来接收数据。Windows Sockets 不鼓励用户使用阻塞方式传输数据，因为那样可能会阻塞整个 Windows 环境。下面我们看一个异步数据传输实例：

假设套接字 s 在连接建立后，已经使用了函数 WSAAsyncSelect() 在其上注册了网络事件 FD_READ 和 FD_WRITE，并且 wMsg 值为 UM_SOCK，那么我们可以在 Windows 消息循环中增加如下的分支语句：

case UM_SOCK:

　　switch(lParam)

　　{

　　case FD_READ:

　　　　len = recv(wParam,lpBuffer,length,0);

　　　　break;

　　case FD_WRITE:

　　　　while(send(wParam,lpBuffer,len,0)!=SOCKET_ERROR)

　　　　break;

　　}

break;

4、出错处理

Windows 提供了一个函数来获取最近的错误码 WSAGetLastError()，推荐的编写方式如下：

len = send (s,lpBuffer,len,0);

if((len==SOCKET_ERROR)&&(WSAGetLastError()==WSAWOULDBLOCK)){...}