Winsock基础学习

来源：互联网发布：淘宝上的泡脚粉有用吗编辑：程序博客网时间：2024/06/05 08:12

使用Winsock进行网络编程的基本流程是：

（1）初始化Winsock库
（2）创建套接字
（3）绑定地址
（4）建立连接
（5）收发数据
（6）释放套接字
（7）释放Winsock库

一、初始化和释放Winsock库

使用Winsock需要包含头文件>Winsock2.h。对应的静态库是Ws2_32.lib，动态库是Ws2_32.dll

在使用Winsock之前必须调用WSAStartup初始化,只有初始化成功后才能使用Winsock，即使是WSACleanup也不例外

int WSAStartup( _In_ WORD wVersionRequested, _Out_ LPWSADATA lpWSAData);

wVersionRequested用于指定版本号，通常用MAKEWORD（2，2）创建。注意，第一个参数表示的是副版本，第二个参数表示的是主版本。pWSAData用于获取这个版本Winsock的更详细信息。wVersion表示使用的版本，wHightVersion表示系统支持最高版本，szDescription和szSystemStatus意义很明显。在版本2以后，后三个字段没有意义。如下图：

WSAStartup的返回值为0表示成功。如果失败，将返回错误代码，而没有必要也不应该调用WSAGetLastError。（事实上，调用WSAGetLastError不会返回任何错误代码）

返回的错误码：
WSASYSNOTREADY 网络没有准备好
WSAVERNOTSUPPORTED 不支持指定的版本
WSAEINPROGRESS 有阻塞的Winsock1.1操作正在进行
WSAEPROCLIM 达到支持任务的上线？
WSAEFAULT lpWSAData指针无效

int WSACleanup(void);

返回0表示成功，与WSAStartup不同的是：如果失败，需要调用WSAGetLastError获取错误码。

WSAStartup可以使用多次，每次使用增加引用计数，因此，使用完毕之后使用的WSACleanup次数要和WSAStartup一样多。仅仅在最后一次使用WSACleanup的时候真正进行清理。

要注意的是：在最后一次调用之后将所有的阻塞的和异步的socket全部取消（任何线程），不会激活任何事件，也不会发出任何通知消息。重叠的IO也不会激活IO完成例程。对于打开的socket会自动关闭，未发送完成的数据将会丢失。

二、创建套接字

SOCKET WSASocket(  _In_  int af,  _In_  int type,  _In_  int protocol,  _In_  LPWSAPROTOCOL_INFO lpProtocolInfo,  _In_  GROUP g,  _In_  DWORD dwFlags);

创建套接字使用函数WSASocket或者socket：

af 地址族，AF_INET IPv4或者AF_INET6 IPv6，其他的选项查看MSDN文档。

type Tcp 使用SOCK_STREAM， UDP使用 SOCK_DGRAM，其他的查看MSDN文档。

protocol 协议名称 IPPROTO_TCP， IPPROTO_UDP

lpProtocolInfo 协议信息，可以用WSAEnumProtocols函数获取。一般使用NULL即可。如果要使用这个参数，查MSDN。
g 组ID，一般传入0即可。
dwFlags 只介绍一个参数：WSA_FLAG_OVERLAPPED 创建一个支持重叠IO的socket，也可以使用非重叠的方式，在函数的Overlapped参数中传入NULL。

返回值如果成功返回SOCKET，失败返回INVALID_SOCKET，需要使用 WSAGetLastError获取错误码

使用socket的话，只有前3个参数，默认支持重叠方式。

三、绑定

在学习绑定之前，首先要了解几个结构和函数：

typedef struct sockaddr_in { ADDRESS_FAMILY sin_family; USHORT sin_port; IN_ADDR sin_addr; CHAR sin_zero[8];} SOCKADDR_IN, *PSOCKADDR_IN;

SOCKADDR_IN结构指定了地址和端口。
sin_family 必须为AF_INET。
sin_port 端口号
IN_ADDR IPv4地址
sin_zero 保留字段。
注意，除了sin_family字段，其他字段都应该使用网络字节序(big-endian)。

网络字节序和主机字节序（little-endian）
little-endian：内存低位保存低位值
big-endian：内存低位保存高位值
如果我们将0x1234abcd写入到以0x0000开始的内存中，则结果为：
big-endian little-endian
0x0000 0x12 0xcd
0x0001 0x34 0xab
0x0002 0xab 0x34
0x0003 0xcd 0x12
参见：http://blog.csdn.net/jjkkww/article/details/3895893

big-endian和little-endian的转换：
int WSAAPI WSAHtonl( _In_ SOCKET s, _In_ u_long hostlong, _Out_ u_long *lpnetlong);
这个函数将32位的无符号整型（IPv4）转为网络字节序。此函数并不检查传入的32位值是否为合法的Ipv4地址。函数从第一个参数传入的SOCKET检查网络字节序，以便于能使Winsock Provider支持不同形式的网路字节序，但是一般都不会改变网络字节序，因此使用没有WSA前缀的htonl函数也是很常见的。
函数成功则返回0，失败返回SOCKET_ERROR。可以用WSAGetLastError查看错误码。
剩下的三个函数是一样的用法，WSANtohs一组是用于转换端口号的。

int WSAAPI WSANtohl( _In_ SOCKET s, _In_ u_long netlong, _Out_ u_long *lphostlong);int WSAAPI WSANtohs( _In_ SOCKET s, _In_ u_short netshort, _Out_ u_short *lphostshort);int WSAAPI WSAHtons( _In_ SOCKET s, _In_ u_short hostshort, _Out_ u_short *lpnetshort);
还有一个十分有用的函数：
unsigned long inet_addr( _In_ const char *cp);
这个函数用来将"192.168.1.123"这样的字符串转换成上边提到的IPv4结构（或者看作32位无符号长整型），如果提供了非法字符串，则返回INADDR_NONE.
注意：传入空字符串的话，返回结果可能和Winsock版本有关，需要查看MSDN文档确认。

有了上边几个函数和结构的帮助，就可以绑定端口了。
int bind( _In_ SOCKET s, _In_ const struct sockaddr *name, _In_ int namelen);
s 表示上边创建的SOCKET
name socket绑定的地址，使用上边说明的SOCKADDR_IN结构。表示绑定到任意地址，在有多个网卡的时候，如果想绑定所有的地址，使用INADDR_ANY 或者 in6addr_any。对于客户端，最好给port传入0，这样能自动分派一个临时端口，如果固定端口，可能会和其他程序冲突（通常服务端有明确的端口规划，而客户端没有）。
namelen name 的长度
返回值：返回0表示成功，返回SOCKET_ERROR表示失败，用WSAGetLastError查看错误码。

绑定之后可以用getsockname函数获取主机的地址。但是如果使用的是INADDR_ANY 或者 in6addr_any就只能等socket连接之后才能获取地址（因为有多个地址）。

四、连接

对于TCP通信，服务端需要进入监听环节，客户端有一个connet过程。对于UDP通信，则无此环节。

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

s 之前创建的socket

backlog 等待连接队列长度，设为SOMAXCONN，系统会自动选择一个合适的长度。

返回值：0表示成功，SOCKET_ERROR 表示失败。通过WSAGetLastError查看错误码。

int WSAConnect(  _In_   SOCKET s,  _In_   const struct sockaddr *name,  _In_   int namelen,  _In_   LPWSABUF lpCallerData,  _Out_  LPWSABUF lpCalleeData,  _In_   LPQOS lpSQOS,  _In_   LPQOS lpGQOS);

s，name， namelen和bind中的意义相同

lpCallerData和lpCalleeData用于在连接建立的时候传输数据。

lpSQOS和lpGQOS是和传输服务质量有关的。

如果没有后四个参数提供的需求，可以简单使用connect。

返回值：0表示成功，SOCKET_ERROR 表示失败。通过WSAGetLastError查看错误码。

对于TCP，客户端发起连接之后服务端有一个接收连接过程:WSAAccept或者accept

SOCKET WSAAccept(  _In_     SOCKET s,  _Out_    struct sockaddr *addr,  _Inout_  LPINT addrlen,  _In_     LPCONDITIONPROC lpfnCondition,  _In_     DWORD_PTR dwCallbackData);

参数：
addr 客户端的地址。
addrlen 地址长度，单位为字节。
lpfnCondition 连接过滤条件回调函数。在有连接到达的时候调用，返回CF_ACCEPT表示接收连接，返回CF_REJECT表示拒绝连接。。不需要过滤调节的直接传入NULL。
dwCallbackData 连接过滤条件回调函数的参数，如果回调函数为NULL,这个参数没有用。
返回值：
成功返回客户的socket，失败返回 INVALID_SOCKET ，使用WSAGetLastError获取错误码。
accept和WSAAccept作用一样，只是没有后两个参数。

下面说一下面向连接（connection-oriented）和无连接（connectionless）的概念：面向连接和无连接指的都是协议层的。无连接协议中的分组被称为数据报（datagram），每个分组都是独立寻址，并由应用程序发送的从协议的角度来看，每个数据报都是一个独立的实体，与在两个相同的对等实体之间传送的任何其他数据报都没有关系。状态是由应用程序，而不是协议来维护的。面向连接的协议则维护了分组之间的状态，使用这种协议的应用程序通常都会进行长期的对话，面向连接的协议层就提供可靠的传输。打个比方，面向连接的协议就像打电话，而使用无连接协议就像寄信。

面向连接（connection-oriented）和无连接（connectionless）的典型协议就是TCP和UDP协议。

TCP连接过程（三次握手）：

（1）TCP客户端处于CLOSED状态，发送一个SYN报文，状态变为SYN_SENT。（报文1）

（2）TCP服务端收到SYN报文后，发送一个SYN_ACK报文，状态变为SYN_RCVD。（报文2）

（3）TCP客户端接收服务端的SYN_ACK报文，给服务端回一个ACK报文，状态变为ESTABLISHED。（报文3）

（4）TCP服务端收到客户端的ACK报文之后变为ESTABLISEHED。

TCP断开过程（四次握手）：

（1）TCP客户端发送一个FIN报文，进入FIN_WAIT_1状态。（报文4）

（2）TCP服务端接收到FIN报文后，回一个ACK报文，状态变为CLOSE_WAIT。（报文5）

（3）TCP客户端收到ACK报文之后，状态变为FIN_WAIT_2。

（4）TCP服务端也发送一个FIN报文给客户端，状态变为LAST_ACK。（报文6）

（5）TCP客户端收到FIN之后发回ACK报文确认，状态变为TIME_EAIT。（报文7）

（6）TCP服务端收到ACK报文，状态变为CLOSED。

（7）TCP客户端在TIEM_WAIT时间到之后，也变为CLOSED。

下面三幅图摘自：http://www.1398.net/blog/user1/cloudy/archives/2007/682.html

UDP：

五、数据收发

TCP通信在连接建立后，就可以进行数据收发了，UPD通信可以直接进入收发环节。

一般TCP通信使用WSARecv(recv）和WSASend（send），UDP通信使用WSARecvFrom （recvFrom）和WSASendTo（sendTo）（也可以使用WSARecv和WSASend）：

int WSARecv(  _In_     SOCKET s,  _Inout_  LPWSABUF lpBuffers,  _In_     DWORD dwBufferCount,  _Out_    LPDWORD lpNumberOfBytesRecvd,  _Inout_  LPDWORD lpFlags,  _In_     LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,  _In_     LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);

s，注意，这个socket不是WSASoket创建的socket而是WSAAccept调用成功之后返回的客户端Socket。

lpBuffers，一个指向WSABUF结构体数组的指针，WSABUF结构体表明了一个带长度的buffer。

dwBufferCount 上边说的数组的元素个数。

lpNumberOfBytesRecvd 接收的数据大小，以byte为单位。如果下边的lpOverlapped不为NULL, 最好给这个参数传入NULL。

lpFlags，在面向消息（类型为SOCK_DGRAM）的socket中，此处就是指UDP通信，MSG_PARTIAL如果被指定，当消息的长度大于缓存区大小时候，将丢弃多余的数据，函数将返回错误码：WSAEMSGSIZE。

lpOverlapped，如果被指定，将使用重叠模式，如果为NULL,将忽略系一个参数。

lpCompletionRoutine，IO完成时回调函数。

int WSARecvFrom(  _In_     SOCKET s,  _Inout_  LPWSABUF lpBuffers,  _In_     DWORD dwBufferCount,  _Out_    LPDWORD lpNumberOfBytesRecvd,  _Inout_  LPDWORD lpFlags,  _Out_    struct sockaddr *lpFrom,  _Inout_  LPINT lpFromlen,  _In_     LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,  _In_     LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);

多出来的两个参数是

lpFrom，在重叠的socket情况下，提供一个保存数据源的地址的缓存。

lpFromlen，缓存的大小。

下边一组函数的参数意义类似：

int WSASend(  _In_   SOCKET s,  _In_   LPWSABUF lpBuffers,  _In_   DWORD dwBufferCount,  _Out_  LPDWORD lpNumberOfBytesSent,  _In_   DWORD dwFlags,  _In_   LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,  _In_   LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);

int WSARecvFrom(  _In_     SOCKET s,  _Inout_  LPWSABUF lpBuffers,  _In_     DWORD dwBufferCount,  _Out_    LPDWORD lpNumberOfBytesRecvd,  _Inout_  LPDWORD lpFlags,  _Out_    struct sockaddr *lpFrom,  _Inout_  LPINT lpFromlen,  _In_     LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,  _In_     LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine);

六、服务器客户端的例子（MSDN）：

服务器：

// TcpServer.cpp : Defines the entry point for the console application.//#define WIN32_LEAN_AND_MEAN#include "stdafx.h"#include <winsock2.h>#include <ws2tcpip.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>// Need to link with Ws2_32.lib#pragma comment (lib, "Ws2_32.lib")// #pragma comment (lib, "Mswsock.lib")#define DEFAULT_BUFLEN 512#define DEFAULT_PORT "27015"int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){WSADATA wsaData;int iResult;SOCKET ListenSocket = INVALID_SOCKET;SOCKET ClientSocket = INVALID_SOCKET;struct addrinfo *result = NULL;struct addrinfo hints;int iSendResult;char recvbuf[DEFAULT_BUFLEN];int recvbuflen = DEFAULT_BUFLEN;// Initialize WinsockiResult = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);if (iResult != 0) {printf("WSAStartup failed with error: %d\n", iResult);return 1;}ZeroMemory(&hints, sizeof(hints));hints.ai_family = AF_INET;hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP;hints.ai_flags = AI_PASSIVE;// Resolve the server address and portiResult = getaddrinfo(NULL, DEFAULT_PORT, &hints, &result);if ( iResult != 0 ) {printf("getaddrinfo failed with error: %d\n", iResult);WSACleanup();return 1;}// Create a SOCKET for connecting to serverListenSocket = socket(result->ai_family, result->ai_socktype, result->ai_protocol);if (ListenSocket == INVALID_SOCKET) {printf("socket failed with error: %ld\n", WSAGetLastError());freeaddrinfo(result);WSACleanup();return 1;}// Setup the TCP listening socketiResult = bind( ListenSocket, result->ai_addr, (int)result->ai_addrlen);if (iResult == SOCKET_ERROR) {printf("bind failed with error: %d\n", WSAGetLastError());freeaddrinfo(result);closesocket(ListenSocket);WSACleanup();return 1;}freeaddrinfo(result);iResult = listen(ListenSocket, SOMAXCONN);if (iResult == SOCKET_ERROR) {printf("listen failed with error: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ListenSocket);WSACleanup();return 1;}// Accept a client socketClientSocket = accept(ListenSocket, NULL, NULL);if (ClientSocket == INVALID_SOCKET) {printf("accept failed with error: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ListenSocket);WSACleanup();return 1;}// No longer need server socketclosesocket(ListenSocket);// Receive until the peer shuts down the connectiondo {iResult = recv(ClientSocket, recvbuf, recvbuflen, 0);if (iResult > 0) {printf("Bytes received: %d\n", iResult);// Echo the buffer back to the senderiSendResult = send( ClientSocket, recvbuf, iResult, 0 );if (iSendResult == SOCKET_ERROR) {printf("send failed with error: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ClientSocket);WSACleanup();return 1;}printf("Bytes sent: %d\n", iSendResult);}else if (iResult == 0)printf("Connection closing...\n");else  {printf("recv failed with error: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ClientSocket);WSACleanup();return 1;}} while (iResult > 0);// shutdown the connection since we're doneiResult = shutdown(ClientSocket, SD_SEND);if (iResult == SOCKET_ERROR) {printf("shutdown failed with error: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ClientSocket);WSACleanup();return 1;}// cleanupclosesocket(ClientSocket);WSACleanup();return 0;}

客户端：

// TcpClient.cpp : Defines the entry point for the console application.//#include "stdafx.h"#define WIN32_LEAN_AND_MEAN#include <winsock2.h>#include <ws2tcpip.h>#include <stdlib.h>#include <stdio.h>// Need to link with Ws2_32.lib, Mswsock.lib, and Advapi32.lib#pragma comment (lib, "Ws2_32.lib")#pragma comment (lib, "Mswsock.lib")#pragma comment (lib, "AdvApi32.lib")#define DEFAULT_BUFLEN 512#define DEFAULT_PORT "27015"int __cdecl main(int argc, char **argv) {WSADATA wsaData;SOCKET ConnectSocket = INVALID_SOCKET;struct addrinfo *result = NULL,*ptr = NULL,hints;char *sendbuf = "this is a test";char recvbuf[DEFAULT_BUFLEN];int iResult;int recvbuflen = DEFAULT_BUFLEN;// Validate the parametersif (argc != 2) {printf("usage: %s server-name\n", argv[0]);return 1;}// Initialize WinsockiResult = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);if (iResult != 0) {printf("WSAStartup failed with error: %d\n", iResult);return 1;}ZeroMemory( &hints, sizeof(hints) );hints.ai_family = AF_UNSPEC;hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP;// Resolve the server address and portiResult = getaddrinfo(argv[1], DEFAULT_PORT, &hints, &result);if ( iResult != 0 ) {printf("getaddrinfo failed with error: %d\n", iResult);WSACleanup();return 1;}// Attempt to connect to an address until one succeedsfor(ptr=result; ptr != NULL ;ptr=ptr->ai_next) {// Create a SOCKET for connecting to serverConnectSocket = socket(ptr->ai_family, ptr->ai_socktype, ptr->ai_protocol);if (ConnectSocket == INVALID_SOCKET) {printf("socket failed with error: %ld\n", WSAGetLastError());WSACleanup();return 1;}// Connect to server.iResult = connect( ConnectSocket, ptr->ai_addr, (int)ptr->ai_addrlen);if (iResult == SOCKET_ERROR) {closesocket(ConnectSocket);ConnectSocket = INVALID_SOCKET;continue;}break;}freeaddrinfo(result);if (ConnectSocket == INVALID_SOCKET) {printf("Unable to connect to server!\n");WSACleanup();return 1;}// Send an initial bufferiResult = send( ConnectSocket, sendbuf, (int)strlen(sendbuf), 0 );if (iResult == SOCKET_ERROR) {printf("send failed with error: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ConnectSocket);WSACleanup();return 1;}printf("Bytes Sent: %ld\n", iResult);// shutdown the connection since no more data will be sentiResult = shutdown(ConnectSocket, SD_SEND);if (iResult == SOCKET_ERROR) {printf("shutdown failed with error: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ConnectSocket);WSACleanup();return 1;}// Receive until the peer closes the connectiondo {iResult = recv(ConnectSocket, recvbuf, recvbuflen, 0);if ( iResult > 0 )printf("Bytes received: %d\n", iResult);else if ( iResult == 0 )printf("Connection closed\n");elseprintf("recv failed with error: %d\n", WSAGetLastError());} while( iResult > 0 );// cleanupclosesocket(ConnectSocket);WSACleanup();return 0;}