套接字网络编程.docx

18.3 | Windows套接字技术
套接字（Socket）是网络通信的基本构件，最初是由加利福尼亚大学Berkeley学院为UNIX开发的网络通信编程接口，它只能运行在UNIX操作系统，不支持DOS和Windows操作系统。随着Windows操作系统的日益推广，90年代初，微软和第三方厂商共同制定了一套标准，即Windows Socket规范，简称WinSock。本节将介绍有关Windows套接字的相关技术。
18.3.1 套接字概述
套接字的概念与文件句柄类似，一个套接字就是一个通信标识，由一个短整数表示，实际上就是一个句柄，代表网络协议中的一组数据，该数据包含了通信双方的IP地址和当前的连接状态等信息。我们知道，如果一个文件被打开，可以通过文件句柄对文件进行读写操作，套接字也一样，只不过套接字提供的函数更多一些。
套接字存在于通信区域中，由协议、地址、端口来描述并惟一确定，根据传输协议的不同，套接字可分为3种类型：流式套接字、数据报套接字和原始套接字。流式套接字提供了一个面向连接的、可靠的、数据无错且按顺序接收的服务，这种套接字对应的是面向连接的传输协议，如TCP/IP协议簇中的TCP。数据报套接字提供了一个无连接服务，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，且接受顺序混乱，该套接字所对应的是无连接传输协议，如TCP/IP协议簇中的UDP。原始套接字允许直接访问低层的协议，如IP、ICMP协议，该套接字常用于访问服务器中配置的新设备。
18.3.2 WinSock API相关函数
WinSock提供了许多套接字函数，它们并不代表协议的某一个层次，其实质就是一组编程接口，用户利用这些函数可以很容易地进行编程。
（1）socket函数
socket函数用于创建一个套接字。
语法：
SOCKET socket (
int af,
int type,
int protocol
);
af：标识一个地址家族，通常为AF_INET。
type：标识套接字类型，如果为SOCK_STREAM，表示流式套接字；如果为SOCK_DGRAM，表示数据报套接字。
protocol：标识一个特殊的协议被用于这个套接字，通常为0，表示采用默认的TCP/IP协议。
（2）accpet函数
accpet函数用于接受客户端的连接请求。返回值是一个新的套接字，它对应于已经接受的客户端连接，对于该客户端的所有后续操作，都应使用这个新的套接字。
语法：
SOCKET accept (
SOCKET s,
struct sockaddr FAR* addr,
int FAR* addrlen
);
s：是一个套接字，它应处于监听状态。
addr：是一个sockaddr_in结构指针，包含一组客户端的端口号、IP地址等信息。
addrlen：用于接收参数addr的长度。
（3）bind函数
bind函数用于将套接字绑定到一个已知的地址上。如果函数执行成功，返回值为0，否则为SOCKET_ERROR。
语法：
int bind (
SOCKET s,
const struct sockaddr FAR* name,
int namelen
);
s：是一个套接字。
name：是一个sockaddr结构指针，该结构中包含了要绑定的地址和端口号。
namelen：确定name缓冲区的长度。
在定义一个套接字后，需要调用bind函数为其指定本机地址、协议和端口号。
例如，创建一个套接字s，将其绑定到3010端口上，其代码如下：
int port = 3010;
SOCKET s = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_IP);
sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;　//内部网络协议TCP/UDP等
addr.sin_port = htons(port);　 //端口号
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
if (bind(s,(LPSOCKADDR)&addr,sizeof(addr))==0)
{
MessageBox("成功");
}
（4）closesocket函数
closesocket函数用于关闭某个套接字。
语法：
int closesocket (
SOCKET s
);
s：标识一个套接字。如果参数s设置有SO_DONTLINGER选项，则调用该函数后会立即返回，但此时如果有数据尚未传送完毕，会继续传递数据，然后才关闭套接字。
（5）connect函数
connect函数用于发送一个连接请求。如果函数执行成功，返回值为0，否则为SOCKET_ERROR。用户可以通过WSAGetLastError得到其错误描述。
语法：
int connect (
SOCKET s,
const struct sockaddr FAR* name,
int namelen
);
s：标识一个套接字。
name：套接字s想要连接的主机地址和端口号。
namelen：name缓冲区的长度。
（6）htons函数
htons函数将一个16位的无符号短整型数据由主机排列方式转换为网络排列方式。
语法：
u_short htons (
u_short hostshort
);
hostshort：一个主机排列方式的无符号短整型数据。
（7）htonl函数
htonl函数将一个32位的无符号长整型数据由主机排列方式转换为网络排列方式。
语法：
u_long htonl (
u_long hostlong
);
hostlong：一个主机排列方式的无符号长整型数据。
（8）inet_addr函数
inet_addr函数将一个由字符串表示的地址转换为32位的无符号长整型数据。
语法：
unsigned long inet_addr (
const char FAR * cp
);
cp：一个表示IP地址的字符串。
（9）listen函数
listen函数用于将套接字置入监听模式。
语法：
int listen (
SOCKET s,
int backlog
);
s：套接字。
backlog：表示等待连接的最大队列长度。例如，如果backlog被设置为3，此时有4个客户端同时发出连接请求，那么前3个客户端连接会放置在等待队列中，第4个客户端会得到错误信息。
（10）recv函数
recv函数用于从连接的套接字中返回数据。
语法：
int recv (
SOCKET s,
char FAR* buf,
int len,
int flags
);
recv函数参数的说明如表18.5所示。
表18.5 recv函数参数说明
参 数 名 称
参 数 描 述
S
标识一个套接字
Buf
是接收数据的缓冲区
Len
是buf的长度
Flags
表示函数的调用方式，可选值如下：
MSG_PEEK_用来查看传来的数据，在序列前端的数据会被复制一份到返回缓冲区中，但是这个数据不会从序列中移走
MSG_OOB_用来处理Out-Of-Band数据
（11）select函数
select函数用来检查一个或多个套接字是否处于可读、可写或错误状态。
语法：
int select (
int nfds,
fd_set FAR * readfds,
fd_set FAR * writefds,
fd_set FAR * exceptfds,
const struct timeval FAR * timeout
);
select函数参数说明如表18.6所示。
表18.6 select函数参数说明
参 数 名 称
参 数 描 述
nfds
没有实际意义，只是为了和UNIX下的套接字兼容
readfds
标识一组被检查可读的套接字
writefds
标识一组被检查可写的套接字
exceptfds
是被检查有错误的套接字
timeout
标识函数的等待时间
（12）send函数
send函数在已经建立连接的套接字上发送数据。
语法：
int send (
SOCKET s,
const char FAR * buf,
int len,
int flags
);
send函数参数说明如表18.7所示。
表18.7 send函数参数说明
参 数 名 称
参 数 描 述
s
标识一个套接字
buf
是存放要发送数据的缓冲区
len
标识缓冲区长度
flags
标识函数的调用方式
（13）WSAStartup函数
WSAStartup函数用于初始化WS2_32动态库。它应该是应用程序第1个调用的Windows Socket函数，用于确定Windows Socket使用的版本。
语法：
int WSAStartup (
WORD wVersionRequested,
LPWSADATA lpWSAData
);
wVersionRequested：标识调用者使用的Windows Socket的版本，高字节记录修订版本，低字节记录主版本。例如，如果Windows Socket的版本为2.1，则高字节记录1，低字节记录2。
lpWSAData：记录Windows Socket的详细信息。
下面的代码用于确定Windows Socket使用的版本。
WSADATA wsd;
WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsd);
（14）WSACleanup函数
WSACleanup函数与WSAStartup函数是相对的，用于终止使用WS2_32动态库。
语法：
int WSACleanup (void);
说明：
当Windows Socket使用完成时，应调用WSACleanup函数释放分配给应用程序或动态库的资源。
（15）WSAAsyncSelect函数
WSAAsyncSelect函数用于将网络中发生的事件关联到窗口的某个消息中。
语法：
int WSAAsyncSelect (
SOCKET s,
HWND hWnd,
unsigned int wMsg,
long lEvent
);
WSAAsyncSelect函数参数说明如表18.8所示。
表18.8 WSAAsyncSelect函数参数说明
参 数 名 称
参 数 描 述
s
标识套接字
hWnd
标识窗口句柄
wMsg
标识窗口消息
lEvent
标识网络中的事件
18.3.3 使用套接字函数设计网络聊天室
在18.3.2节中笔者介绍了常用的套接字函数，接下来将利用这些套接字函数设计一个网络聊天室程序。程序由两个实例组成，第1个实例为服务器端，负责接收用户的连接请求，并转发用户信息。第2个实例为客户端，负责连接服务器并发送信息。
服务器端程序设计步骤如下：
ch1806实例位置：mr/18/sl/06
（1）创建一个基于对话框的应用程序，设计对话框资源如图18.11所示。
（2）在对话框的头文件中引用“winsock2.h”头文件，并导入网络库文件。
#include "winsock2.h"
#pragma comment (lib,"ws2_32.lib")
（3）在应用程序的InitInstance方法中初始化套接字。
WSADATA wsd;
WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsd);
（4）在对话框类中定义成员变量，记录服务器套接字和与之连接的客户端套接字信息。
SOCKET m_server,m_client;
SOCKET m_Clients[MAXNUM]; //客户端套接字
int m_CurClient; //当前连接的客户数量
（5）在对话框类的OnInitDialog方法中创建套接字，并初始化数据。
//创建套接字
m_server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
//将网络中的事件关联到窗口的消息函数中
WSAAsyncSelect(m_server,m_hWnd,20000,FD_WRITE|FD_READ|FD_ACCEPT);
m_client = 0;
m_serverIP = "";
for (int i = 0; i< MAXNUM;i++)
m_Clients[i]= 0;
m_CurClient = 0;
（6）处理“监听”按钮的单击事件，将套接字绑定到本机地址，并开始监听套接字。
void CServerDlg::OnOK()
{
//服务器端地址
sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
m_IP.GetWindowText(m_serverIP);
//设置本机地址
serveraddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(m_serverIP);
UpdateData(TRUE);
//设置端口号
serveraddr.sin_port = htons(m_port);
//绑定地址
if (bind(m_server,(sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr)))
{
MessageBox("绑定地址失败.");
return;
}
//开始监听
listen(m_server,50);
}
（7）向对话框中添加HandleData方法，用于接受客户端的连接，并获得客户端传来的数据，将其转发给其他客户端。
void CServerDlg::HandleData()
{
sockaddr_in serveraddr;
char buffer[1024];
int len =sizeof(serveraddr);
//接收客户端的数据
int curlink = -1;
int num = -1;
for (int p = 0;p< MAXNUM; p++)
{
num= recv(m_Clients[p],buffer,1024,0);
if (num != -1)
{
curlink = p;
break;
}
}
buffer[num]= 0;
if (num==-1) //接受客户端的连接
{
if (m_CurClient < MAXNUM)
{
m_Clients[m_CurClient] = accept(m_server,(struct sockaddr*)
&serveraddr,&len);
m_CurClient+=1;
}
return;
}
//将接收的数据发送给客户端
for (int j = 0;j< m_CurClient;j++)
if (j != curlink)
send(m_Clients[j],buffer,num,0);
}
（8）改写对话框类的PreTranslateMessage方法，在服务器套接字中有事件触发时调用HandleData方法。
BOOL CServerDlg::PreTranslateMessage(MSG* pMsg)
{
if (pMsg->message==20000)
{
HandleData();
return TRUE;
}
else
return CDialog::PreTranslateMessage(pMsg);
}
客户端程序设计步骤如下。
ch1807实例位置：mr/18/sl/07
（1）创建一个基于对话框的工程，设置对话框资源如图18.12所示。

图18.12 客户端设计窗口
（2）在对话框类的头文件中引用“winsock2.h”头文件，并导入“ws2_32.lib”库文件。
#include "winsock2.h"
#pragma comment (lib,"ws2_32.lib")
（3）在应用程序的InitInstance方法中初始化套接字。
WSADATA wsd;
WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsd);
（4）在对话框的OnInitDialog方法中创建套接字。
m_client = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
（5）处理“连接”按钮的单击事件，连接服务器，并设置套接字接收数据时触发的消息。
void CClientDlg::OnOK()
{
//服务器端地址
sockaddr_in serveraddr;
UpdateData(TRUE);
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_port = htons(m_port);
serveraddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(m_IP);
if (connect(m_client,(sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))!=0)
{
MessageBox("连接失败");
return;
}
else
MessageBox("连接成功");
WSAAsyncSelect(m_client,m_hWnd,1000,FD_READ);
CString str,info ;
m_name.GetWindowText(str);
info.Format("%s------>%s",str,"进入聊天室");
int i = send(m_client,info.GetBuffer(0),info.GetLength(),0);
}
（6）处理“发送”按钮的单击事件，向服务器发送数据。
void CClientDlg::OnButton1()
{
CString str,name,info ;
m_name.GetWindowText(name);
m_info.GetWindowText(str);
if (!name.IsEmpty()&&!str.IsEmpty())
{
info.Format("%s说: %s",name,str);
//开始发送数据
int i = send(m_client,info.GetBuffer(0),info.GetLength(),0);
m_list.AddString(info);
m_info.SetWindowText("");
}
}
（7）向对话框类中添加ReceiveData方法，用于接收从服务器传来的数据。
void CClientDlg::ReceiveData()
{
char buffer[1024];
//接收服务器端传来的数据,
int num = recv(m_client,buffer,1024,0);
buffer[num] = 0;
//将接收的数据添加到列表框中
m_list.AddString(buffer);
}
（8）改写对话框的PreTranslateMessage方法，截获对话框的消息，用于接收数据。
BOOL CClientDlg::PreTranslateMessage(MSG* pMsg)
{
if (pMsg->message==1000)
{
ReceiveData();
return TRUE;
}
else
return CDialog::PreTranslateMessage(pMsg);
}