实验3面向连接的网络点点通信套接字编程.doc

实验三、面向连接的网络点点通信套接字编程

实验目的及要求：掌握TCP/IP面向连接的网络点点通信套接字编程工作原理，学会使用Winsock编制网络会话程序。
实验方法： 1. 阅读文档，熟悉TCP/IP网络套接字编程的工作原理;
2. 参考本实验后附录的客户与服务器程序简例，使用Visual C++输入编辑、编译、运行与调试网络会话程序；
3. 在一台实验机上运行服务端程序，另一台实验机上运行客户端程序，双方利用控制台进行通信；也可在同一台机器上同时运行服务器进程、客户进程进行测试。
实验内容：(1)写出改编的 Visual C++ 网络会话源程序如下:
服务器端：

客户端：

（2）运行、测试网络会话程序，记录测试结果，分析遇到的问题与解决的办法。

编程背景材料:

1．基本概念
套接字是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。可以将套接
字看作不同主机间进程进行双向通信的端点。在Windows中使用的套接字叫Winsock。
根据网络通信的特征，套接字可分为两类：流套接字和数据报套接字。流套接字是面向
连接的，它提供双向的、有序的、无重复并且无记录边界的数据流服务，适用于处理大量数
据。数据报套接字是无连接的，它支持双向的数据流，但并不保证数据传输的可靠性、有序
性和无重复性。

2． Winsock编程原理
Winsock分1.1版和2.x版，从Windows98开始都使用2.x版。Winsock 2网络应用程序运行时通过使用系统目录中的动态链接库ws2_32.dll访问TCP/IP协议栈，用VC++6.0开发时，Winsock 2中所用的函数声明、常数等等均是在头文件winsock2.h内定义的，若想使用Winsock 2，须连接的库是ws2_32.lib。应用程序中使用流套接字和数据报套接字的方法如下框图所示：

(1) Winsock的启动和中止
由于Winsock 2提供的API服务是以动态链接库ws2_32.dll实现的，所以必须先调用
WSAStartup函数对ws2_32.dll进行加载初始化，协商Winsock的版本支持，并分配必要的资源。如果在调用Winsock函数前没有加载Winsock库，则会返回SOCKET_ERROR错误，错误信息是WSANOTINITIALISED.
在应用程序关闭套接字后，还应调用WSACleanup函数终止卸载ws2_32.dll，释放资源，以备以后使用。
我们可用以下函数来实现Winsock的启动，若Winsock启动成功则返回true,否则返回false.
bool InitSocket()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 0 ); //询问Winsock 2.0版本
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); //加载初始化Windows Sockets DLL
if ( err != 0 ) {
printf("没有Windows Socket动态库!\n");
getch();
return false;
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 0 ) {
printf("需要Windows Socket 2!\n");
getch();
WSACleanup( );
return false;
}
return true;
}

(2) 服务器进程创建套接字
流套接字的服务进程和客户进程在通信前必须创建各自的套接字并建立连接，然后才能
用相应的套接字进行“读”“写”操作，实现数据的传输。服务进程总是先于客户进程启动，
服务进程首先调用一个socket函数创建一个流套接字。Socket函数的原型如下：
SOCKET socket(int af, int type, int protocol);
其中，af用于指定网络地址类型，一般取AF_INET，表示该套接字在internet域中进行
通信。参数type用于指定套接字类型，若取SOCKET_STREAM表示要创建的套接字是流
套接字，而取SOCK_DGRAM创建数据报套接字，这里取SOCKET_STREAM。参数protocol
用于指定网络协议，一般取0，表示默认为TCP/IP协议。若套接字创建成功则该函数返回
所创建的套接字句柄SOCKET，否则产生INVALID_SOCKET错误。

(3) 在服务器上将本地地址绑定到所创建的套接字上，即将本地地址赋予该套接字。
这个过程是通过调用bind函数来完成的，该函数原型如下：
int bind(SOCKET s, const struct sockaddr* name, int nameln);
其中，第一个参数s标识一未捆绑的套接字句柄，它用来等待客户机的连接。第二个参
数name是赋予套接字的地址，它由struct sockaddr结构表示，但是一般情况下另一个与该
地址结构大小相同的sockaddr_in结构更为常用，该结构用来标识TCP/IP协议下的地址，
可以方便的通过强制类型转换把sockaddr_in结构转换为sockaddr结构。socketaddr_in结
构格式如下：
struct sockaddr_in
{
short sin_family;
unsigned short sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
其中，sin_family字段必须为AF_INET, 表示该socket处于Internet域。sin_port字段用于
指定服务器端口，这里用我们练习编程的服务器端口号，注意不要设为那些为固定服务保留的端口号。sin_addr字段用于把一个IP地址保存为一个4字节的数，它可以是无符号长整型。字段sin_zero充当填充职责，以使sockaddr_in结构和sockaddr结构长度一样。一旦出错，bind函数就会返回SOCKET_ERROR。这部分的实现代码如下：
((sockaddr_in*)&addr)->sin_family = AF_INET; //AF_INET:使用Internet 协议
((sockaddr_in*)&addr)->sin_port = htons(3000); //设练习用的服务器端口号3000
//htons()：把短整数的主机字节顺序转化成网络字节顺序
((sockaddr_in*)&addr)->sin_addr.s_addr = inet_addr("210.29.174.151"); //主机地址
// inet_addr(): 把点分十进制IP地址转换为无符号长整形数(网络字节顺序)
bind(sock, &addr, sizeof(addr)); //把套接字与该地址绑定

(4) 将套接字置为监听模式，并准备接受连接请求
我们接下来要做的是将套接字设置为监听模式。前面bind函数的作用只是将一个套接字和一个指定的IP地址关联在一起。指示服务器上的套接字进行监听方式工作的API函数则是listen，其定义如下：
int listen(SOCKET s, int backlog);
第一个参数同样是限定套接字。backlog参数指定了正在等待连接的最大队列长度。这个参数非常重要，因为完全可能同时出现几个服务器连接请求。例如，假定backlog参数为2，如果三个客户机同时发出请求，那么头两个会被放在一个等待处理的队列中，以便应用程序依次为它们提供服务。而第三个连接会造成一个WSAECONNREFUSED错误。
若无错误发生，listen函数返回0，若失败则返回SOCKET_ERROR错误。
设置监听工作方式后，通过调用accept函数使套接字等待接受客户连接，accept函数的原型为：
SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr* addr, int* addrlen);
其中，参数s是一限定套接字，它处在监听模式。第二个参数应该是一个有效的SOCKADDR结构的地址，而addrlen应该是SOCKADDR结构的长度, 通过对accept函数的调用，可为等待连接队列中的第一个进入的连接请求提供服务。accept函数返回后，addr结构中会包含发出连接请求的那个客户机的IP地址信息，而addrlen参数则指出该结构的长度。此外，accept会返回一个新的套接字描述符，它对应于已经接受的那个客户机连接。对于该客户机后续的所有操作，都应使用这个新套接字。至于原来那个监听套接字，它仍然用于接受其他客户机连接，而且仍处于监听模式。
这部分实现代码如下：
//设置监听工作方式
listen(sock,1); //监听连接：1--允许等待队列的长度

//阻塞、等待客户连接，接受网络连接，生成新的套接字sersock标识这一连接
printf("等待客户连接!\n");
len = sizeof(addr);
sersock = accept( sock, &addr, &len ); //阻塞，等待客户连接进来，从等待队列中检取客户
//接受连接，生成新Socket对应该连接；而原监听Socket继续等待其它客户连接请求
if(sersock==INVALID_SOCKET){
DWORD err = WSAGetLastError();
char txt[100];
sprintf(txt,"error when accept!---errno:%d",err);
printf(txt);
getch();
WSACleanup( );
return 0;
}
printf("有客户连接!\n输入bye通信结束\n");
over = false; //over设为结束标志，true：结束，false：点点通信中

(5) 客户进程调用socket函数创建客户端套接字
该部分代码如下：
if( !InitSocket() ) return 0; //初始化Window Sockets DLL
type = SOCK_STREAM; //面向连接
sock = socket( AF_INET, type, 0 ); //创建支持Internet协议的流式Socket
if( sock==INVALID_SOCKET ){ //不能创建，返回
printf("不能创建Socket!");
getch();
WSACleanup( );
return 0;
}

//输入想连接到的服务器IP地址
((sockaddr_in*)&addr)->sin_family = AF_INET; //AF_INET:使用Internet 协议
printf("输入服务器地址:");
gets(msg);
((sockaddr_in*)&addr)->sin_addr.s_addr = inet_addr(msg); //服务器地址
//输入想连接到的服务器端口号
printf("输入服务器端口号(3000):");
gets(msg);
if(msg[0]=='\0') portno=3000; //如果直接回车，就采用默认端口号3000
else portno=atoi(msg);
((sockaddr_in*)&addr)->sin_port = htons( portno ); //服务器端口号

(6) 客户向服务进程发出连接请求
通过connect函数可以建立一个端到端的连接。connect函数原型为：
int connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR* name, int namelen);
其中，参数s是即将在其上面建立连接的本方有效TCP套接字；name是对方服务器的地址（以SOCKADDR结构）；namelen则是地址参数的长度。如果你想连接的服务器没有监听指定端口，connect调用就会失败发生错误WSAECONNREFUSED。
该部分代码如下：
len = sizeof(addr);
printf("与服务器连接...!");
err = connect( sock, (sockaddr*)&addr, len );
//在使用面向连接协议时(TCP)，必须与服务器连接成功后，才可通信
//在无连接协议(UDP)中，可以直接向对方发数据，而无需连接
if( err==SOCKET_ERROR ){
printf("连接失败!");
getch();
WSACleanup( );
return 0;
}
printf("成功连接到服务器!\n输入bye通信结束\n");
over = false;

(7) 当连接请求到来后，被阻塞服务进程的accept函数如（4）所述生成一个新的套接字与客户套接字建立连接，并向客户返回接受信号；

(8) 进行数据传输
一旦客户机的套接字收到来自服务器的接受信号，则表示客户机与服务器已实现连接，则可以进行数据传输了。send、recv函数是在已建连接上进行数据收发的函数。
send函数的原型为：
int send(SOCKET s, const char* buf, int len, int flags);
其中，参数s是已建立连接的套接字，将在这个套接字上发送数据。第二个参数buf，则
是字符缓冲区，区内包含即将发送的数据。第三个参数len，指定即将发送的缓冲区内的字符数。最后，flags一般可设为0。对返回数据而言，send返回发送的字节数；若发生错误，就返回SOCKET_ERROR。
所以，客户端这部分代码可为：
do{
用户输入信息在msg中…
if( strcmp(msg, "bye")==0 ) over = true; //输入"bye"则结束通信
send ( sock, msg, strlen(msg)+1, 0); //发送输入信息
if(over) break;
printf("\n等待服务器响应......");
len = recv ( sock, msg, 200, 0 ); //接受信息在msg中
msg[len]=0; //接受信息末尾添串结束符null
if( strcmp(msg,"bye")==0 ) over = true; //收到"bye"则结束通信
显示接受信息…
}while( !over );
recv函数的原型为：
int recv(SOCKET s, char* buf, int len, int flags);
其中，参数s是准备接收数据的那个套接字。第二个参数buf，是即将收到数据的字符缓冲，而len则是准备接收的字节数或buf缓冲的长度。最后，flags参数一般可设为0。该函数返回读入数据的字节数。
相应，服务器端的代码可以是：
do{
printf("\n等待用户输入信息......");
len = recv ( sersock, msg, 200, 0 ); //接收用户信息
显示收到的用户信息…
if( strcmp(msg,"bye")==0 ){ //若收到bye就结束通信
printf(msg);
break;
}
输入准备响应的信息在msg中…
if( strcmp(msg,"bye")==0 ) over = true; //若发出bye就结束通信
send ( sersock, msg, strlen(msg)+1, 0 ); //发出输入信息
}while( !over );

(9) 关闭套接字
一旦任务完成，就必须释放套接字占用的所有资源。通常调用closesocket函数即可以达到目的。Closesocket()函数的原型为：
int closesocket(SOCKET s );
其中，参数s使要关闭的套接字描述字，此后若再使用该套接字，调用就会失败，并出现WSAEOTSOCK错误。
服务器端须关闭接受连接的套接字以及监听套接字，然后以WSACleanup函数卸载退出使用Winsock。客户端也须关闭相应的套接字及卸载Winsock后退出。