微軟爲VC定義了Winsock類如CAsyncSocket類和派生於CAsyncSocket 的CSocket類,它們簡單易用,讀者朋友當然可以使用這些類來實現自己的網絡程序,但是爲了更好的瞭解Winsock API編程技術,我們這裏探討怎樣使用底層的API函數實現簡單的 Winsock 網絡應用程式設計,分別說明如何在Server端和Client端操作Socket,實現基於TCP/IP的數據傳送,最後給出相關的源代碼。
在VC中進行WINSOCK的API編程開發的時候,需要在項目中使用下面三個文件,否則會出現編譯錯誤。
1.WINSOCK.H: 這是WINSOCK API的頭文件,需要包含在項目中。
2.WSOCK32.LIB: WINSOCK API連接庫文件。在使用中,一定要把它作爲項目的非缺省的連接庫包含到項目文件中去。
3.WINSOCK.DLL: WINSOCK的動態連接庫,位於WINDOWS的安裝目錄下。
一、服務器端操作 socket(套接字)
1)在初始化階段調用WSAStartup()
此函數在應用程序中初始化Windows Sockets DLL ,只有此函數調用成功後,應用程序纔可以再調用其他Windows Sockets DLL中的API函數。在程式中調用該函數的形式如下:WSAStartup((WORD)((1<<8|1),(LPWSADATA)&WSAData),其中(1<<8|1)表示我們用的是WinSocket1.1版本,WSAata用來存儲系統傳回的關於WinSocket的資料。
2)建立Socket
初始化WinSock的動態連接庫後,需要在服務器端建立一個監聽的Socket,爲此可以調用Socket()函數用來建立這個監聽的Socket,並定義此Socket所使用的通信協議。此函數調用成功返回Socket對象,失敗則返回INVALID_SOCKET(調用WSAGetLastError()可得知原因,所有WinSocket 的函數都可以使用這個函數來獲取失敗的原因)。
SOCKET PASCAL FAR socket( int af, int type, int protocol )
參數: af:目前只提供 PF_INET(AF_INET);
type:Socket 的類型 (SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM);
protocol:通訊協定(如果使用者不指定則設爲0);
如果要建立的是遵從TCP/IP協議的socket,第二個參數type應爲SOCK_STREAM,如爲UDP(數據報)的socket,應爲SOCK_DGRAM。
3)綁定端口
接下來要爲服務器端定義的這個監聽的Socket指定一個地址及端口(Port),這樣客戶端才知道待會要連接哪一個地址的哪個端口,爲此我們要調用bind()函數,該函數調用成功返回0,否則返回SOCKET_ERROR。
int PASCAL FAR bind( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name,int namelen );
參 數: s:Socket對象名;
name:Socket的地址值,這個地址必須是執行這個程式所在機器的IP地址;
namelen:name的長度;
如果使用者不在意地址或端口的值,那麼可以設定地址爲INADDR_ANY,及Port爲0,Windows Sockets 會自動將其設定適當之地址及Port (1024 到 5000之間的值)。此後可以調用getsockname()函數來獲知其被設定的值。
4)監聽
當服務器端的Socket對象綁定完成之後,服務器端必須建立一個監聽的隊列來接收客戶端的連接請求。listen()函數使服務器端的Socket 進入監聽狀態,並設定可以建立的最大連接數(目前最大值限制爲 5, 最小值爲1)。該函數調用成功返回0,否則返回SOCKET_ERROR。
int PASCAL FAR listen( SOCKET s, int backlog ); 參 數: s:需要建立監聽的Socket; backlog:最大連接個數; |
服務器端的Socket調用完listen()後,如果此時客戶端調用connect()函數提出連接申請的話,Server 端必須再調用accept() 函數,這樣服務器端和客戶端纔算正式完成通信程序的連接動作。爲了知道什麼時候客戶端提出連接要求,從而服務器端的Socket在恰當的時候調用accept()函數完成連接的建立,我們就要使用WSAAsyncSelect()函數,讓系統主動來通知我們有客戶端提出連接請求了。該函數調用成功返回0,否則返回SOCKET_ERROR。
int PASCAL FAR WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd,unsigned int wMsg, long lEvent ); 參數: s:Socket 對象; hWnd :接收消息的窗口句柄; wMsg:傳給窗口的消息; lEvent:被註冊的網絡事件,也即是應用程序向窗口發送消息的網路事件,該值爲下列值FD_READ、FD_WRITE、FD_OOB、FD_ACCEPT、FD_CONNECT、FD_CLOSE的組合,各個值的具體含意爲FD_READ:希望在套接字S收到數據時收到消息;FD_WRITE:希望在套接字S上可以發送數據時收到消息;FD_ACCEPT:希望在套接字S上收到連接請求時收到消息;FD_CONNECT:希望在套接字S上連接成功時收到消息;FD_CLOSE:希望在套接字S上連接關閉時收到消息;FD_OOB:希望在套接字S上收到帶外數據時收到消息。 |
具體應用時,wMsg應是在應用程序中定義的消息名稱,而消息結構中的lParam則爲以上各種網絡事件名稱。所以,可以在窗口處理自定義消息函數中使用以下結構來響應Socket的不同事件:
switch(lParam) {case FD_READ: … break; case FD_WRITE、 … break; … } |
5)服務器端接受客戶端的連接請求
當Client提出連接請求時,Server 端hwnd視窗會收到Winsock Stack送來我們自定義的一個消息,這時,我們可以分析lParam,然後調用相關的函數來處理此事件。爲了使服務器端接受客戶端的連接請求,就要使用accept() 函數,該函數新建一Socket與客戶端的Socket相通,原先監聽之Socket繼續進入監聽狀態,等待他人的連接要求。該函數調用成功返回一個新產生的Socket對象,否則返回INVALID_SOCKET。
SOCKET PASCAL FAR accept( SCOKET s, struct sockaddr FAR *addr,int FAR *addrlen ); 參數:s:Socket的識別碼; addr:存放來連接的客戶端的地址; addrlen:addr的長度 |
6)結束 socket 連接
結束服務器和客戶端的通信連接是很簡單的,這一過程可以由服務器或客戶機的任一端啓動,只要調用closesocket()就可以了,而要關閉Server端監聽狀態的socket,同樣也是利用此函數。另外,與程序啓動時調用WSAStartup()憨數相對應,程式結束前,需要調用 WSACleanup() 來通知Winsock Stack釋放Socket所佔用的資源。這兩個函數都是調用成功返回0,否則返回SOCKET_ERROR。
int PASCAL FAR closesocket( SOCKET s ); 參 數:s:Socket 的識別碼; int PASCAL FAR WSACleanup( void ); 參 數: 無 |
1)建立客戶端的Socket
客戶端應用程序首先也是調用WSAStartup() 函數來與Winsock的動態連接庫建立關係,然後同樣調用socket() 來建立一個TCP或UDP socket(相同協定的 sockets 才能相通,TCP 對 TCP,UDP 對 UDP)。與服務器端的socket 不同的是,客戶端的socket 可以調用 bind() 函數,由自己來指定IP地址及port號碼;但是也可以不調用 bind(),而由 Winsock來自動設定IP地址及port號碼。
2)提出連接申請
客戶端的Socket使用connect()函數來提出與服務器端的Socket建立連接的申請,函數調用成功返回0,否則返回SOCKET_ERROR。
int PASCAL FAR connect( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen ); 參 數:s:Socket 的識別碼; name:Socket想要連接的對方地址; namelen:name的長度 |
三、數據的傳送
雖然基於TCP/IP連接協議(流套接字)的服務是設計客戶機/服務器應用程序時的主流標準,但有些服務也是可以通過無連接協議(數據報套接字)提供的。先介紹一下TCP socket 與UDP socket 在傳送數據時的特性:Stream (TCP) Socket 提供雙向、可靠、有次序、不重複的資料傳送。Datagram (UDP) Socket 雖然提供雙向的通信,但沒有可靠、有次序、不重複的保證,所以UDP傳送數據可能會收到無次序、重複的資料,甚至資料在傳輸過程中出現遺漏。由於UDP Socket 在傳送資料時,並不保證資料能完整地送達對方,所以絕大多數應用程序都是採用TCP處理Socket,以保證資料的正確性。一般情況下TCP Socket 的數據發送和接收是調用send() 及recv() 這兩個函數來達成,而 UDP Socket則是用sendto() 及recvfrom() 這兩個函數,這兩個函數調用成功發揮發送或接收的資料的長度,否則返回SOCKET_ERROR。
int PASCAL FAR send( SOCKET s, const char FAR *buf,int len, int flags ); 參數:s:Socket 的識別碼 buf:存放要傳送的資料的暫存區 len buf:的長度 flags:此函數被調用的方式 |
對於Datagram Socket而言,若是 datagram 的大小超過限制,則將不會送出任何資料,並會傳回錯誤值。對Stream Socket 言,Blocking 模式下,若是傳送系統內的儲存空間不夠存放這些要傳送的資料,send()將會被block住,直到資料送完爲止;如果該Socket被設定爲 Non-Blocking 模式,那麼將視目前的output buffer空間有多少,就送出多少資料,並不會被 block 住。flags 的值可設爲 0 或 MSG_DONTROUTE及 MSG_OOB 的組合。
int PASCAL FAR recv( SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags ); 參數:s:Socket 的識別碼 buf:存放接收到的資料的暫存區 len buf:的長度 flags:此函數被調用的方式 |
對Stream Socket 言,我們可以接收到目前input buffer內有效的資料,但其數量不超過len的大小。
四、自定義的CMySocket類的實現代碼:
根據上面的知識,我自定義了一個簡單的CMySocket類,下面是我定義的該類的部分實現代碼:
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有了上述類的定義,就可以在網絡程序的服務器和客戶端分別定義CMySocket對象,建立連接,傳送數據了。例如,爲了在服務器和客戶端發送數據,需要在服務器端定義兩個CMySocket對象ServerSocket1和ServerSocket2,分別用於監聽和連接,客戶端定義一個CMySocket對象ClientSocket,用於發送或接收數據,如果建立的連接數大於一,可以在服務器端再定義CMySocket對象,但要注意連接數不要大於五。
由於Socket API函數還有許多,如獲取遠端服務器、本地客戶機的IP地址、主機名等等,讀者可以再此基礎上對CMySocket補充完善,實現更多的功能。