WinSock API网络编程——TCP/IP协议

来源：互联网发布：网络延长器怎么用编辑：程序博客网时间：2024/05/19 20:23

WinSock API网络编程——TCP/IP协议 作者：陆军 Email：ldlujun@163.com 时间：2004-08-28

80年代初，美国政府的高级研究工程机构（ARPA）给加利福尼亚大学Berkeley分校提供了资金，为实现UNIX操作系统下的TCP/IP协议而开发了一个API（Application Programming Interface），称为Socket接口（套接字）。Socket接口是TCP/IP网络最为通用的API。

90年代初，由Microsoft联合了其他几家公司共同制定了一套Windows下的网络编程接口，即Windows Sockets规范。Windows Sockets规范是一套开放的、支持多种协议的Windows网络编程接口，并已成为Windows网络编程的事实上的标准。目前，在实际应用中的Windows Sockets规范主要有1.1版和2.0版。2.0版可以支持多协议，有良好的向后兼容性，任何使用1.1版的源代码，二进制文件，应用程序都可以不加修改在2.0规范下使用。

Socket实际上在计算机中提供了一个通信端口，可以通过这个端口与任何一个具有Socket接口的计算机通信。应用程序在网络上传输/接收的信息都通过这个Socket接口来实现的。在应用开发中可以像使用文件句柄一样来对Socket句柄进行读/写操作。目前可以使用两种套接口，即流式套接字（SOCK_STREAM）和数据报套接字（SOCK_DGRAM）。流式套接字提供了一个面向连接的、可靠的、数据无错的、无重复发送的及按发送顺序接收数据的服务；数据报套接字提供不可靠的、无连接的数据报传输服务。

套接字可分为阻塞套接字和非阻塞套接字。阻塞套接字是指执行此套接字的网络调用时，直到成功才返回，否则一直阻塞在此网络调用上；而非阻塞套接字是指执行此套接字的网络调用时，不管是否执行成功，都立即返回。实际上非阻塞套接字是用得最多的。

C/S模型，即客户机/服务器模型，是一种非对称式编程模式。对于这种模式而言，其中一部分需要作为服务端，用来响应并为客户提供固定的服务；另一部分则作为客户端用来向服务端提出请求或要求某种服务。在实际应用中，程序可以同时包含客户端和服务端。

Microsoft Visual C++提供了十分完整的Windows Sockets库函数，并且对这些库函数进行了一系列封装，继而产生了CAsynSocket、CSocket、CSocketFile等类，它们封装着有关Socket的各种功能，使网络编程变得更加简单。但是为了更好理解Winsock的通信原理，这里将介绍怎样使用底层的API函数来实现网络通讯。

面向连接协议的通信过程如下：服务端和客户端都必须建立通信套接字，而服务端套接字应先进入监听状态，然后客户端套接字发出连接请求，服务端套接字收到连接请求后，建立一个新套接字与客户端套接字进行通信，原来负责监听的套接字仍进行监听，如果再收到其它客户端套接字的连接请求，则再建立一个新套接字与之通信。通信完毕后断开连接，关闭相应套接字。

(1) 初始化通信端口。可以在程序向导中添加Windows Sockets支持，或者直接添加代码：

#include <afxsock.h>
if (!AfxSocketInit())
{
AfxMessageBox("Windows 通信端口初始化失败！");
}

(2) 初始化Windows Sockets DLL。目前Winsock有两个版本，版本号分别为1.1和2.2，对应参数为0x101和0x202。

WSADATA wsaData;
if (WSAStartup(MAKEWORD(1,1), &wsaData) != 0)
{
AfxMessageBox("加载Windows Sockets DLL失败！");
WSACleanup();
}

(3) 创建流式套接字。

套接字族： AF_UNIX： UNIX内部协议族 AF_INET： Iternet协议 AF_NS： XeroxNs协议 AF_IMPLINK： IMP链接层 套接字类型: SOCK_STREAM：流式套接字 SOCK_DGRAM：数据报套接字 SOCK_RAW：原始套接字 SOCK_SEQPACKET：定序分组套接字

SOCKET m_Socket;
m_Socket = INVALID_SOCKET;
if ((m_Socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == INVALID_SOCKET)
{
AfxMessageBox("创建套接字失败！");
}

(4) 服务端绑定端口。端口号范围：1024到65535，低于1024的端口对应着因特网上的一些常见服务。

struct sockaddr {
u_short sa_family; // 地址族地址族 address family
address family char sa_data[14]; // 14字节的协议地址 up to 14 bytes of direct address
};
typedef struct sockaddr SOCKADDR;
typedef struct sockaddr *PSOCKADDR;
typedef struct sockaddr FAR *LPSOCKADDR;

struct sockaddr_in {
    short sin_family;        // 地址族
    u_short sin_port;        // 端口号
    struct in_addr sin_addr; // IP地址
    char sin_zero[8];        // 填充0
};
typedef struct sockaddr_in SOCKADDR_IN;
typedef struct sockaddr_in *PSOCKADDR_IN;
typedef struct sockaddr_in FAR *LPSOCKADDR_IN;

字节顺序转换函数：
    htons()："Host to Network Short"
    htonl()："Host to Network long"
    ntohs()："Network to Host Short"
    ntohl()："Network to Host Long"

SOCKADDR_IN m_saAddr;
u_short     m_nPort = 20048;                // 端口号
ZeroMemory(&m_saAddr, sizeof(m_saAddr));
m_saAddr.sin_family      = AF_INET;
m_saAddr.sin_port        = htons(m_nPort); // 如果此值为0，系统将随机选择一个未被使用的端口号
m_saAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;      // 填入本机IP地址
if (bind(m_Socket, (LPSOCKADDR) &m_saAddr, sizeof(m_saAddr)) == SOCKET_ERROR)
{
    AfxMessageBox("绑定端口失败！");
}

(5) 服务端监听端口。

#define MAX_BACKLOG 5
if (listen(m_Socket, MAX_BACKLOG) == SOCKET_ERROR)
{
AfxMessageBox("监听失败！");
}

(6) 客户端请求连接。

DWORD m_dwServerIP;
char m_sServerIP[] = "127.0.0.1"; // 主机IP地址
u_short m_nServerPort = 20048;    // 主机端口号
if ((m_dwServerIP = inet_addr(m_sServerIP)) == INADDR_NONE)
{
    AfxMessageBox("无法获取主机IP！");
    return;
}
m_saAddr.sin_family = AF_INET;
m_saAddr.sin_port = htons(m_nServerPort);
m_saAddr.sin_addr.s_addr = m_dwServerIP;
if (connect(m_Socket, (LPSOCKADDR) &m_saAddr, sizeof(m_saAddr)))
{
    AfxMessageBox("连接服务器失败!");
}

(7) 注册网络事件。

网络事件定义： FD_READ：网络数据包到达 FD_WRITE：发送网络数据 FD_OOB： OOB数据到达 FD_ACCEPT：收到连接请求 FD_CONNECT：已建立连接 FD_CLOSE：断开连接 FD_QOS：服务质量(QoS)发生变化 FD_GROUP_QOS：保留事件 FD_ROUTING_INTERFACE_CHANGE：指定地址的路由接口发生变化 FD_ADDRESS_LIST_CHANGE：本地地址变化

#define WM_NETWORK_EVENT WM_USER + 101
if (WSAAsyncSelect(m_Socket, m_hWnd, WM_NETWORK_EVENT, FD_ACCEPT | FD_READ | FD_CLOSE)
== SOCKET_ERROR)
{
AfxMessageBox("注册网络事件失败！");
}

(8) 处理网络事件。

afx_msg LRESULT OnNetworkEvent(WPARAM wParam, LPARAM lParam);
ON_MESSAGE(WM_NETWORK_EVEN, OnNetworkEvent)

LRESULT OnNetworkEvent(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
    switch (WSAGETSELECTEVENT(lParam))
    {
    case FD_ACCEPT:
        // 接受连接请求
        break;
    case FD_READ:
        // 接收数据
        break;
    case FD_CLOSE:
        // 断开连接
        break;
    }
    return 0L;
}

(9) 服务端接受连接请求。（采用上叙方法处理这里的网络事件，只是不需要处理FD_ACCEPT事件。）

#define WM_CLIENT_EVENT WM_USER + 102

SOCKET m_hClientSocket[MAX_BACKLOG];
SOCKADDR_IN m_saClientAddr[MAX_BACKLOG];
for (int i = 0; i < MAX_BACKLOG; i++)
{
    ZeroMemory(&m_saClientAddr[i], sizeof(m_saClientAddr[i]));
    m_hClientSocket[i] = INVALID_SOCKET;
}

BOOL Accept(void)
{
    CString sClientIP;
    int nLength = sizeof(SOCKADDR);
    for (int i = 0; i < MAX_BACKLOG; i++)
    {
        if (m_hClientSocket[i] == INVALID_SOCKET)
        {
            m_hClientSocket[i] = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
            m_hClientSocket[i] = accept(m_Socket, (LPSOCKADDR) &m_saClientAddr[i], (LPINT) &nLength);
            WSAAsyncSelect(m_hClientSocket[i], m_hWnd, WM_CLIENT_EVENT, FD_READ | FD_CLOSE);
            // 获取客户端IP
            sClientIP.Format("%d.%d.%d.%d",
                m_saClientAddr[i].sin_addr.S_un.S_un_b.s_b1,
                m_saClientAddr[i].sin_addr.S_un.S_un_b.s_b2,
                m_saClientAddr[i].sin_addr.S_un.S_un_b.s_b3,
                m_saClientAddr[i].sin_addr.S_un.S_un_b.s_b4);
            AfxMessageBox(sClientIP);
            return TRUE;
        }
    }
    AfxMessageBox("连接资源不足！");
    return FALSE;
}

(10) 客户端断开连接。

void ClientClose(WPARAM wParam)
{
    for (int i = 0; i < MAX_BACKLOG; i++)
    {
        if (m_ClientSocket[i] == wParam)
        {
            closesocket(m_hClientSocket[i]);
            m_hClientSocket[i] = INVALID_SOCKET;
        }
    }
}

(11) 读取客户端数据。

BOOL ClientRead(WPARAM wParam)
{
    int nBytesRead;
    int nBufferLength;
    int nEnd;
    int nSpaceRemaining;
    char chIncomingDataBuffer[4096];
    nEnd = 0;
    nBufferLength = sizeof(chIncomingDataBuffer);
    nSpaceRemaining = sizeof(chIncomingDataBuffer);
    nSpaceRemaining -= nEnd;
    for (int i = 0; i < MAX_BACKLOG; i++)
    {
        if (m_hClientSocket[i] == wParam)
        {
            nBytesRead = recv(m_hClientSocket[i], (LPSTR) (chIncomingDataBuffer + nEnd), nSpaceRemaining, 0);
            nEnd += nBytesRead;
            if (nBytesRead == SOCKET_ERROR)
            {
                AfxMessageBox("读取数据出错!")
                return FALSE;
            }
            chIncomingDataBuffer[nEnd] = '/0';
            if (lstrlen(chIncomingDataBuffer) != 0)
            {
                AfxMessageBox(chIncomingDataBuffer);
            }
        }
    }
    return TRUE;
}

(12) 读取服务端数据。

BOOL Read(void)
{
    int nBytesRead;
    int nBufferLength;
    int nEnd;
    int nSpaceRemaining;
    char chIncomingDataBuffer[4096];
    nEnd = 0;
    nBufferLength = sizeof(chIncomingDataBuffer);
    nSpaceRemaining = sizeof(chIncomingDataBuffer);
    nSpaceRemaining -= nEnd;
    nBytesRead = recv(m_Socket, (LPSTR) (chIncomingDataBuffer + nEnd), nSpaceRemaining, 0);
    nEnd += nBytesRead;
    if (nBytesRead == SOCKET_ERROR)
    {
        AfxMessageBox("读取数据出错!")
        return FALSE;
    }
    chIncomingDataBuffer[nEnd] = '/0';
    if (lstrlen(chIncomingDataBuffer) != 0)
    {
        AfxMessageBox(chIncomingDataBuffer);
    }
    return TRUE;
}

(13) 发送数据。

BOOL Send(SOCKET Socket, CString sSendData)
{
    if (Socket == INVALID_SOCKET)
    {
        AfxMessageBox("套接字不可用！");
        return FALSE;
    }
    if (send(Socket, sSendData, sSendData.GetLength(), 0) == SOCKET_ERROR)
    {
        AfxMessageBox("发送数据失败！");
        return FALSE;
    }
    return TRUE;
}

(14) 关闭套接字。

if (m_Socket != INVALID_SOCKET)
{
closesocket(m_Socket);
}
m_Socket = INVALID_SOCKET;
WSACleanup();

希望本文能够对网络编程的初学者有所帮助。文中没有把服务端和客户端彻底分开，有些代码是它们共有的部分，而有的代码则专属于服务端或客户端，阅读时请注意相应的文字说明。由于时间匆忙，文中给出的代码都没有经过调试，难免有错误和不足之处，敬请大家原谅，同时也真心希望您能指出和纠正。