QT分析之温故而知新 WinSocket

网络编程是个很大的课题，这里只限Windows Socket编程。转一篇别人的文章，仅供参考。

 

一，          什么是Socket

接触网络编程当然要了解Socket，Socket（套接字）是一种网络编程接口，Socket提供了很多灵活的函数，帮助程序员写出高效的网络应用。Socket分为BSD UNIX和windows两个版本。

在win32平台上的Winsock编程都要经过下列基本步骤：

定义变量——获得Winsock版本——加载Winsock库——初始化——创建套接字——设置套接字——关闭套接字——卸载Winsock库

使用winsock2 API编程，必须包含头文件winsock2.h（链接环境WS2_32.LIB），头文件winsock.h（WSOCK32.LIB）是为了兼容winsock1程序时使用的，另外mswsock.h（MSWSOCK.DLL）是微软的扩展类，用于开发高性能的winsock程序。

准备好后，你就可以着手建立你的第一个网络程序了。

二，          Socket编程的基本过程

Socket通信分为面向连接的通信（TCP）和面向无连接的通信（UDP）.

            

1，Winsock初始化和结束

每一个winsock应用程序必须首先加载相应的winsock dll版本。方法是调用：

int WSAStartup(

   WORD wVersionRequested,     库版本，高字节副版本，低字节主版本

   LPWSADATA lpWSAData         结构指针，函数自动填充该结构。

);   函数调用成功返回0

可以用宏MAKEWORD(x, y)用来指定第一个参数的值

 

2，建立套接字

套接字是传输提供者的一个句柄。

SOCKET socket (

   int af,          

   int type,        

   int protocol      IPPROTO_TCP，IPPROTO_UDP， 0（如果不想指定）

);

第一个参数指定通信协议的协议族，AF_INET(IPv4)或 AF_INET6(IPv6)（因为Socket是网络编程接口而不是一个协议，它使用流行的网络协议（TCP/IP，IPX）为应用程序提供的一个编程接口。）

第二个参数指定要创建的套接字的类型。SOCK_STREAM(TCP流套接字), SOCK_ DGRAM(UDP 数据包套接字)，SOCK_RAW(原始套接字)

第三个参数指定应用程序所指定应用程序所使用的通信协议。

函数成功返回套接字描述符，失败返回INVALID_SOCKET

 

3，配置套接字

当创建一个套接字后，再进行网络通信之前，必须先配置Socket。面向连接的客户端Socket通过调用connect函数在Socket数据结构中保存地址和远端信息。无连接客户端，服务端以及面向连接Socket的服务端，通过调用bind函数来配置本地信息。

int bind(

   SOCKET                     s,                 创建的套接字

   const struct sockaddr FAR* name,       指向地址缓冲区的指针

   int                        namelen     地址缓冲区的大小

);

成功返回0，失败返回SOCKET_ERROR

当创建一个套接字后，套接字数据结构中有一个默认的IP地址和默认的端口号。一个服务程序必须调用bind函数来给其绑定一个IP地址和一个特定的端口号。

第二个参数指定一个sockaddr结构定义如下：

struct sockaddr {

       u_short    sa_family;

       char       sa_data[14];

};

我们通常使用另外一个等价的地址结构：

de>struct sockaddr_in {de>

de>       short   sin_family;de>

de>       u_short sin_port;de>

de>       struct  in_addr sin_addr;de>

de>       char    sin_zero[8];de>

de>};de>

de>其中sin_family是通信协议族，de>

de>sin_portde>de>指明端口号，de>

de>sin_addrde>de>结构中有一个字段s_addr，表示IP地址，该字段是一个整数，de>

de>一般用函数inet_addr把点分字符串形式的IP地址转化成unsigned long型的整数值。de>

de>de>de>如果指定为htonl(INADDR_ANY),那么无论哪个网段上的客户机都能与该服务器通信，de>

de>否则，只有与指定IP地址处于同一网段上的客户机能与该服务器通信。de>

de>sin_zero[8]de>de>为填充，使两个结构大小相同。de>

de> de>

de>有一些细节学要说明：de>  在计算机把IP地址和端口号指定成多字节时，这个数是按“主机字节”（host-byte）顺序表示的，不同的处理器对数的表示方法有“大头”（big-endian——最有意义的字节到最无意义的字节）和“小头”（little-endian）两种形式。但是如果在网络上指定IP地址和端口号时，必须按照big-endian的形式，一般称之为“网络字节”（network-byte）顺序。

以下几个函数将主机字节顺序转换成网络字节顺序：

u_long htonl(u_long hostlong);

 

int WSAHtonl(

   SOCKET s,

   u_long hostlong,

   u_long FAR * lpnetlong               通过指针返回网络字节顺序的4个字节的数

);

 

u_short htons(u_short hostshort);

 

int WSAHtons(

   SOCKET s,

   u_short hostshort,

   u_short FAR * lpnetshort        通过指针返回网络字节顺序的2个字节的数

);

以下几个函数将网络字节顺序转换成主机字节顺序：

u_long ntohl(u_long netlong);

 

int WSANtohl(

   SOCKET s,

   u_long netlong,

   u_long FAR * lphostlong

);

 

u_short ntohs(u_short netshort);

 

int WSANtohs(

   SOCKET s,

   u_short netshort,

   u_short FAR * lphostshort

);

de> de>

de>

4，实现功能

（1）      服务器端:需要对绑定的端口进行侦听，函数原型如下

      de>int listen (de>

de> SOCKETde>de> sde>de>,   de>de>de>

de>  intde>de> backlog de>de>de>

de>);de>de>de>

   de>Backlogde>de>是客户连接请求队列的最大数量，而不是客户机连接的数量限制。de>

de>处于侦听的套接字将维护一个客户连接请求队列。de>

de>   de>de>该函数执行成功返回0，失败返回de>SOCKET_ERROR

   此外，需要从连接请求队列中取出最前面的一个客户请求，需要用到accept（）函数：

        de>SOCKET accept (de>

de> SOCKETde>de> sde>de>,                  de>de>de>

de>  struct sockaddr FAR*de>de> addrde>de>, de>de>de>

de>  int FAR*de>de> addrlen           de>de>de>

de>);de>

de>该函数创建一个新的套接字来与客户套接字建立通信，如果连接成功，就返回新建的套接字描述符，de>

de>以后与客户通信的就是该套接字，而侦听套接字则继续接受新的连接；如果失败就返回de>INVALID_SOCKET

第一个参数是侦听套接字

第二个套接字用来返回新创建的套接字的地址结构

第三个套接字返回地址结构的长度

de> de>

（2）      客户端:

connect函数是客户机建立与远程服务器连接而使用的。

de>int connect (de>

de> SOCKETde>de> sde>de>,                         de>de>de>

de>  const struct sockaddr FAR*de>de> namede>de>, de>de>de>

de>  intde>de> namelen                       de>de>de>

de>);de>

de> de>

5，数据传输

      收发数据时网络编程的一切在这里我们只讨论同步函数send和recv，

不讨论异步函数WSASend和WSARecv。

数据发送要用到send函数，原型如下：

int send(

   SOCKET s,

    const char FAR * buf,   发送数据缓冲区的地址

   int len,                  要发送的字节数

   int flags                 一般为0,MSG_DONTROUTE, MSG_OOB（外带数据）

);

成功返回发送字节数，出错返回SOCKET_ERROR

注意send函数把数据从buf复制到socket发送缓冲区后就返回了，

但是这些数据并不时马上就发送到连接的另一端。

 

在已连接的套接字上接受数据，recv函数是最基本的方式。

int recv(

   SOCKET s,

    char FAR* buf,

    int len,      准备接收的字节数或buf缓冲区长度

   int flags      0, MSG_PEEK, MSG_OOB 其中MSG_PEEK表示将有用的数据复制到所提供的接收端缓冲区，

但是没有从系统缓冲区中将它删除

);

成功返回接收的数据的字节数量，失败返回SOCKET_ERROR，如果接受数据时网络中断返回0

 

 

6，关闭Socket

一旦完成任务，记得将套接字关闭以释放资源：

    int closeSocket（SOCKET s）

三，          Socket编程实例

 

讲了这么多其实还是看实例最为重要了，下面我提供了最简单的面向连接的客户端和服务端程序，

当服务端接受客户端的连接后，先是该客户机地IP地址，并向客户端发送一个回应消息，

最后关闭该连接套接字。这样的服务器当然没什么实际的用途。

设计一个基本的网络服务器有以下几个步骤：

1、初始化Windows Socket

2、创建一个监听的Socket

3、设置服务器地址信息，并将监听端口绑定到这个地址上

4、开始监听

5、接受客户端连接

6、和客户端通信

7、结束服务并清理Windows Socket和相关数据，或者返回第4步

 

#include <winsock2.h>

#include <stdio.h>

 

#define SERVPORT   5050

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

 

void main(void)

{

  WSADATA              wsaData;

  SOCKET               sListen;              // 监听socket

  SOCKET               sClient;        // 连接socket

  SOCKADDR_IN          serverAddr;              //本机地址信息

  SOCKADDR_IN          clientAddr;        // 客户端地址信息

  int                        clientAddrLen;      // 地址结构的长度

  int                  nResult;

  // 初始化Windows Socket 2.2

 

  WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);

  

  // 创建一个新的Socket来响应客户端的连接请求

 

  sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

       

  // 填写服务器绑定的地址信息

  // 端口为5150

  // IP地址为INADDR_ANY，响应每个网络接口的客户机活动

  // 注意使用htonl将IP地址转换为网络格式

            

  serverAddr.sin_family = AF_INET;

  serverAddr.sin_port = htons(SERVPORT);   

  serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

  memset(&(serverAddr.sin_zero), 0, sizeof(serverAddr.sin_zero));       

  // 绑定监听端口

       

  nResult = bind(sListen, (SOCKADDR *)&serverAddr, sizeof(SOCKADDR));

  if (nResult == SOCKET_ERROR)

  {

             printf("bind failed!\n");

 

             return;

  }

 

  // 开始监听，指定最大接受队列长度5，不是连接数的上限

 

  listen(sListen, 5);

 

  // 接受新的连接

  while(1)

  {

             clientAddrLen = sizeof (SOCKADDR);

             sClient = accept(sListen, (SOCKADDR *)&clientAddr, &clientAddrLen);

             if(sClient == INVALID_SOCKET)

             {

                    printf("Accept failed!");

             }

             else

             {

                    printf("Accepted client: %s : %d\n", inet_ntoa(clientAddr.sin_addr), ntohs(clientAddr.sin_port));

                    // 向客户端发送信息

                    nResult = send(sClient, "Connect success!", 16, 0);

                    if (nResult == SOCKET_ERROR)

                    {

                           printf("send failed!");

                    }

             }

       // 我们直接关闭连接，

             closesocket(sClient);

      } 

  

  

  // 并关闭监听Socket，然后退出应用程序

 

     closesocket(sListen);

 

  // 释放Windows Socket DLL的相关资源

 

     WSACleanup();

}

 

客户机程序如下：

#include <winsock2.h>

#include <stdio.h>

 

#define SERVPORT   5050              // 端口为5150

#define MAXDATASIZE 100

#define SERVIP     "127.0.0.1"      // 服务器IP地址为"127.0.0.1"，注意使用inet_addr将IP地址转换为网络格式

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

 

void main(int argc, char *argv[])

{

  WSADATA              wsaData;

  SOCKET               sConnect;

  SOCKADDR_IN          serverAddr;      

  int                                 recvbytes;

  char                               buf[MAXDATASIZE];

 

  //初始化Windows Socket 2.2

 

  WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);

  

  // 创建一个新的Socket来连接服务器

 

   sConnect = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

  

  // 填写连接地址信息

 

   serverAddr.sin_family = AF_INET;

   serverAddr.sin_port = htons(SERVPORT);   

   serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVIP);

 

      memset(&(serverAddr.sin_zero), 0, sizeof(serverAddr.sin_zero));

 

  // 向服务器发出连接请求

 

   if (connect(sConnect, (SOCKADDR *)&serverAddr, sizeof(SOCKADDR)) == SOCKET_ERROR)

      {

             printf("connect failed!\n");

 

             return;

      }

      // 接受服务器的回应消息

   recvbytes = recv(sConnect, buf, MAXDATASIZE, 0);

      if (recvbytes == SOCKET_ERROR)

      {

             printf("recv failed!\n");

      }

      else

      {

             buf[recvbytes] = '\0';

             printf("%s\n",buf);

      }

 

   closesocket(sConnect);

 

  // 释放Windows Socket DLL的相关资源

 

 

   WSACleanup();

}

 

四，          结束语

这里介绍的只不过是winsock最基础最基础的知识，开发网络程序从来都不是一件容易的事情，

尽管只需要遵守很少的一些规则:创建套接字,发起连接，接受连接，

发送和接受数据。真正的困难在于：让你的程序可以适应从单单一个连接到几千个连接，

即开发一个大容量，具可扩展性的Winsock应用程序。

Winscok编程很重要的一部分是IO处理，分别提供了“套接字模式”和“套接字I/O模型”，

可对一个套接字上的I/O行为进行控制。

其中，套接字模式用于决定在随一个套接字调用时，那些Winsock函数的行为，

有阻塞和非阻塞两种模式。

而另一方面，套接字模型描述了一个应用程序如何对套接字上进行的I/O进行管理及处理，

包括包括Select，WSAAsyncSelect，WSAEventSelect，IO重叠模型，完成端口等。

在这里推荐一本好书《windows网络编程技术》，有兴趣研究的同志可以去啃一啃