Windows網絡編程（一）基礎

準備工作

Windows網絡編程一般是指 Windows Socket 編程（winsocket），它從UNIX Socket 發展而來。進行Windows網絡編程，首先需要添加依賴庫WS2_32.lib 或 WSOCK_32.lib，加載動態庫ws2_32.dll，放入C:/Windows/System32。然後使用時在源文件中包含頭文件：

#include <WinSock2.h>
// #include <MSWSOCK.h>
// #include <winsock.h>

說明：
有些接口已經棄用，採用新的接口，具體是哪些，後面會慢慢指出。

如何引入依賴庫？

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib");    // 源文件中添加

也可以在配置文件中添加：屬性----鏈接器----輸入----ws2_32.lib.

socket

socket 套接字是應用層到傳輸層的接口，表示一個連接的兩端，每個端由IP地址和端口port組成，即socket是由兩端點的ip和端口port組成的。

套接字類型 SOCKET 定義

typedef unsigned int SOCKET;   // 句柄

端口

端口是傳輸層的概念，每個端口對應一個 process 進程，因此一條連接表示一個進程與另一個進程建立聯繫。
套接字類型

一般使用兩種套接字：TCP 流套接字，UDP 數據報套接字。前者提供可靠的、無重複的、有序的數據流服務，後者提供不可靠傳輸。

C/S模式

winsocket 一般採用C/S模式

Server 端流程

1、初始化winsocket
2、建立socket
3、綁定服務端地址(bind)
4、開始監聽(listen)
5、然後與客戶端建立連接(accept)
6、然後與客戶端進行通信(send, recv)
7、當通信完成以後，關閉連接
8、釋放winsocket的有關資源

Client 端流程

1、初始化winsocket
2、建立socket
3、與服務器進行連接(connect)
4、與服務器進行通信(send, recv)
5、當通信完成以後，關閉連接
6、釋放winsocket佔用的資源

話不多說，先上一段代碼，再小段分析

源代碼

源碼親測可以運行

服務端

// win_server.cpp
// compiler with: VS2017
#include "pch.h"
#include <stdio.h>  
#include <winsock2.h>  // 必須包含windwos.h之前
#include <Windows.h>
// #include <process.h>  /* _beginthreadex */

// 指定依賴庫目錄
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib") 
// 設置端口號
constexpr auto PORT = 6000;

// C/S 端連接情況分析
// Server 端收發數據情況
DWORD WINAPI clientProc(LPARAM lparam)
{
	SOCKET sockClient = (SOCKET)lparam;
	char buf[1024];
	while (TRUE)
	{
		memset(buf, 0, sizeof(buf));
		// 接收客戶端的一條數據 
		int ret_recv = recv(sockClient, buf, sizeof(buf), 0);
		//檢查是否接收失敗
		if (SOCKET_ERROR == ret_recv)
		{
			printf("socket recv failed\n");
			closesocket(sockClient);
			return -1;
		}
		// 0 代表客戶端主動斷開連接
		if (ret_recv == 0)
		{
			printf("client close connection\n");
			closesocket(sockClient);
			return -1;
		}

		// 發送數據
		int ret_send = send(sockClient, buf, strlen(buf), 0);
		//檢查是否發送失敗
		if (SOCKET_ERROR == ret_send)
		{
			printf("socket send failed\n");
			closesocket(sockClient);
			return -1;
		}
	}
	closesocket(sockClient);
	return 0;
}

// 網絡環境初始化
// 加載 dll，初始化socket
bool InitNetEnv()
{
	WSADATA wsa;
	if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0)
	{
		printf("WSAStartup failed\n");
		return false;
	}
	return true;
}

int main(int argc, char * argv[])
{
	if (!InitNetEnv())
	{
		return -1;
	}
	// 初始化完成，創建一個TCP的socket
	SOCKET sServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
	//檢查是否創建失敗
	if (sServer == INVALID_SOCKET)
	{
		printf("socket failed\n");
		return -1;
	}
	printf("Create socket OK\n");
	//進行綁定操作
	SOCKADDR_IN addrServ;
	addrServ.sin_family = AF_INET; // 協議簇爲IPV4的
    // 端口  因爲本機是小端模式，網絡是大端模式，調用htons把本機字節序轉爲網絡字節序
	addrServ.sin_port = htons(PORT); 
    // ip地址，INADDR_ANY表示綁定電腦上所有網卡IP
	addrServ.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY; 
    
	//完成綁定操作
	int ret = bind(sServer, (sockaddr *)&addrServ, sizeof(sockaddr));
	//檢查綁定是否成功
   
	if (SOCKET_ERROR == ret)
	{
		printf("socket bind failed\n");
		WSACleanup(); // 釋放網絡環境
		closesocket(sServer); // 關閉網絡連接
		return -1;
	}
	printf("socket bind OK\n");
	// 綁定成功，進行監聽
    
	ret = listen(sServer, 10);
	//檢查是否監聽成功
	if (SOCKET_ERROR == ret)
	{
		printf("socket listen failed\n");
		WSACleanup();
		closesocket(sServer);
		return -1;
	}
	printf("socket listen OK\n");
	// 監聽成功
	sockaddr_in addrClient; // 用於保存客戶端的網絡節點的信息
	int addrClientLen = sizeof(sockaddr_in);
	while (TRUE)
	{
		//新建一個socket，用於客戶端
		SOCKET *sClient = new SOCKET;
		//等待客戶端的連接
		*sClient = accept(sServer, (sockaddr*)&addrClient, &addrClientLen);
		if (INVALID_SOCKET == *sClient)
		{
			printf("socket accept failed\n");
			WSACleanup();
			closesocket(sServer);
			delete sClient;
			return -1;
		}
		//創建線程爲客戶端做數據收發
		//_beginthreadex(NULL, 0, &clientProc, NULL, CREATE_SUSPENDED, (LPVOID)*sClient);
		CreateThread(0, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)clientProc, (LPVOID)*sClient, 0, 0);
	}
	closesocket(sServer);
	WSACleanup();
	return 0;
}

客戶端

// win_client.cpp
// compile with: VS2017
#include "pch.h"
#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#include <Windows.h>

#pragma warning(disable:4996)
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
constexpr auto PORT = 6000;

int main(int argc, char * argv[])
{
	//初始化網絡環境
	WSADATA wsa;
	if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0)
	{
		printf("WSAStartup failed\n");
		return -1;
	}
	// 初始化完成，創建一個TCP的socket
	SOCKET sServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
	if (sServer == INVALID_SOCKET)
	{
		printf("socket failed\n");
		return -1;
	}
	//指定連接的服務端信息
	SOCKADDR_IN addrServ;
	addrServ.sin_family = AF_INET;
	addrServ.sin_port = htons(PORT);
	//客戶端只需要連接指定的服務器地址，127.0.0.1是本機的迴環地址
	addrServ.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");

	// 服務器 Bind 客戶端是進行連接
	int ret = connect(sServer, (SOCKADDR*)&addrServ, sizeof(SOCKADDR));//開始連接
	if (SOCKET_ERROR == ret)
	{
		printf("socket connect failed\n");
		WSACleanup();
		closesocket(sServer);
		return -1;
	}
	//連接成功後，就可以進行通信了
	char szBuf[1024];
	memset(szBuf, 0, sizeof(szBuf));
	sprintf_s(szBuf, sizeof(szBuf), "Hello server");
	//當服務端是recv的時候，客戶端就需要send，若兩端同時進行收發則會卡在這裏，因爲recv和send是阻塞的
	ret = send(sServer, szBuf, strlen(szBuf), 0);
	if (SOCKET_ERROR == ret)
	{
		printf("socket send failed\n");
		closesocket(sServer);
		return -1;
	}

	ret = recv(sServer, szBuf, sizeof(szBuf), 0);
	if (SOCKET_ERROR == ret)
	{
		printf("socket recv failed\n");
		closesocket(sServer);
		return -1;
	}
	printf("%s\n", szBuf);

	closesocket(sServer);
	WSACleanup();
	return 0;
}

源碼分析

WSAData 結構體

typedef struct WSAData {
        WORD                    wVersion;       // 版本號
        WORD                    wHighVersion;
#ifdef _WIN64
        unsigned short          iMaxSockets;
        unsigned short          iMaxUdpDg;
        char FAR *              lpVendorInfo;
        char                    szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];
        char                    szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];
#endif
} WSADATA, FAR * LPWSADATA;

SOCKADDR_IN 結構體

typedef struct sockaddr_in {
    USHORT sin_port;
    IN_ADDR sin_addr;
    CHAR sin_zero[8];
} SOCKADDR_IN;

服務端需要 bind 的原因

無連接(connect)的服務端、客戶端和面向連接的服務端通過 bind 來配置本地信息；而有連接的客戶端通過調用 connect 函數在socket 數據結構中保存本地和遠端信息，不需要調用 bind()。

需要初始化 WASStartup()的原因

之所以需要初始化winsocket，是因爲Winsock的服務是以動態連接庫Winsock DLL形式實現的，所以必須先調用初始化函數(WSAStartup)對Winsock DLL進行初始化，協商Winsock的版本支持，並分配必要的資源； // 在Linux環境中不需要該初始化步驟。

數據傳輸

在建立起連接的基礎上，發送數據可以用接口 send / WSASend，接收數據可以用 recv / WSARecv。

對於 send 而言，發送數據的長度一般有限制，因爲緩衝區或者 TCP/IP 的窗口大小有所限制，所以需要根據窗口大小來設定發送數據的長度。
對於 recv 而言，流套接字是一個不間斷的數據流，在讀取它時，應用程序通常不會關心應該讀取多少數據，如果所有消息長度都一樣，這應該簡單處理，如讀取 1024 字節。

char recvBuff[2048];
int ret;    // 讀取的數據長度
int nLeft;  // 剩餘空間
int idx;    // 緩衝區數組下標
nLeft = 1024;
idx = 0;
while (nLeft > 0)
{
    ret = recv(socket1, &recvBuff[idx], nLfet, 0);
    if (ret == SOCKET_ERROR){
        // error 讀取失敗
        std::cout << "Error when receive message.";
    }
    idx += ret;
    nLeft -= ret;
}

如果接收的消息長度不同，則按照發送端的協議來通知接收端，告知接收端即將到來的消息長度多少；比如，在消息的前幾個字節設定標記，表示數據長度。

關閉連接

數據傳輸完成，關閉套接字，釋放資源。

shutdown();    // 中斷連接
closeSocket(socket_name);
WASCleanup();  // 釋放 dll

符號解釋

WSAStartup

初始化 DLL，加載 socket，在Windows中，socket 以 dll 形式實現，dll 內部有一個計數器，第一次調用是真正加載 dll，後面再次調用 WSAStartup 是計數器加 1 ；與 WSAStartup 綁定使用的是 WSACleanup()，相反的，該函數只有最後一次調用纔是真正卸載 dll，釋放資源，前面的每次調用都是計數器減 1。

WSAStartup() 定義如下
int WSAAPI WSAStartup(              // WSAStartup 結構體
    _In_ WORD wVersionRequested,    // 高字節：指出副版本號，低字節：主版本號
    _Out_ LPWSADATA lpWSAData       // 指向win socket 實現的細節
    );

sin_family

表示地址家族。使用 TCP/IP 協議的應用程序必須設置 AF_INET，來告訴系統使用 IP 地址家族。

sin_port

指定服務的端口號。1024–49151範圍內的數據被作爲服務端口號，可以由用戶自定義。 sin_zero字段作爲填充字段。以便使得該結構與SOCKADDR結構長度相同。

inet_addr

把本機IP的主機字節序轉化爲網絡字節序。

該接口已經棄用，採用 inet_pton 或其他代替。

htonl / htons

host to net long/short htonl 和 htons 函數實現主機字節順序和網絡字節序的轉換功能。H代表host，主機。N代表net，L代表long，S代表short。不能使用htonl轉換short。

同理，網絡字節序—> 主機字節序：ntohl 、ntohs

af

表示協議使用的地址家族，創建TCP或UDP的套接字時使用AF_INET 地址家族。

type

socket套接字類型，有三種套接字類型：SOCK_STREAM / SOCKET_DGRAM / SOCK_ARM，分別表示數據流，數據包，原始套接字。

C/S 通信

Client 和Server 要進行通信，首先需要建立連接；而客戶端要連上服務端，首先需要開啓服務端 Server，bind好服務端的IP地址和端口port，並設置監聽listen，這時才能運行客戶端程序，連接上服務端，進行數據傳輸。

在Windows下進行的C/S通信，需要開啓兩個編譯器分別編譯運行 server.cpp 和 client.cpp，一般都有用 vs 吧，那就同時開啓兩個 vs ，不要將客戶端和服務端程序寫在同一個項目中。

以上僅爲個人所學所得，僅供參考，歡迎不吝指正。

Windows網絡編程（一）基礎

Table of Contents

準備工作

socket

C/S模式

源代碼

服務端

客戶端

源碼分析

數據傳輸

關閉連接

符號解釋

WSAStartup

sin_family

sin_port

inet_addr

htonl / htons

af

type

C/S 通信

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