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基于Visual C++的Winsock API研究

来源:IT技术网编辑:雨天发布于:2017-03-08人围观

为了方便网络编程,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,它不是一种网络协议,而是一套开放的、支持多种协议的Windows下的网络编程接口。现在的Winsock已经基本上实现了与协议无关,你可以使用Winsock来调用多种协议的功能,但较常使用的是TCP/IP协议。Socket实际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。

微软为VC定义了Winsock类如CAsyncSocket类和派生于CAsyncSocket 的CSocket类,它们简单易用,读者朋友当然可以使用这些类来实现自己的网络程序,但是为了更好的了解Winsock API编程技术,我们这里探讨怎样使用底层的API函数实现简单的 Winsock 网络应用程式设计,分别说明如何在Server端和Client端操作Socket,实现基于TCP/IP的数据传送,最后给出相关的源代码。

在VC中进行WINSOCK的API编程开发的时候,需要在项目中使用下面三个文件,否则会出现编译错误。

1.WINSOCK.H: 这是WINSOCK API的头文件,需要包含在项目中。

2.WSOCK32.LIB: WINSOCK API连接库文件。在使用中,一定要把它作为项目的非缺省的连接库包含到项目文件中去。

3.WINSOCK.DLL: WINSOCK的动态连接库,位于WINDOWS的安装目录下。

一、服务器端操作 socket(套接字)

1)在初始化阶段调用WSAStartup()

此函数在应用程序中初始化Windows Sockets DLL ,只有此函数调用成功后,应用程序才可以再调用其他Windows Sockets DLL中的API函数。在程式中调用该函数的形式如下:WSAStartup((WORD)((1<<8|1),(LPWSADATA)&WSAData),其中(1<<8|1)表示我们用的是WinSocket1.1版本,WSAata用来存储系统传回的关于WinSocket的资料。

2)建立Socket

初始化WinSock的动态连接库后,需要在服务器端建立一个监听的Socket,为此可以调用Socket()函数用来建立这个监听的Socket,并定义此Socket所使用的通信协议。此函数调用成功返回Socket对象,失败则返回INVALID_SOCKET(调用WSAGetLastError()可得知原因,所有WinSocket 的函数都可以使用这个函数来获取失败的原因)。

SOCKET PASCAL FAR socket( int af, int type, int protocol ) 参数: af:目前只提供 PF_INET(AF_INET); type:Socket 的类型 (SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM); protocol:通讯协定(如果使用者不指定则设为0);

 

如果要建立的是遵从TCP/IP协议的socket,第二个参数type应为SOCK_STREAM,如为UDP(数据报)的socket,应为SOCK_DGRAM。

3)绑定端口

接下来要为服务器端定义的这个监听的Socket指定一个地址及端口(Port),这样客户端才知道待会要连接哪一个地址的哪个端口,为此我们要调用bind()函数,该函数调用成功返回0,否则返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR bind( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name,int namelen ); 参 数: s:Socket对象名; name:Socket的地址值,这个地址必须是执行这个程式所在机器的IP地址; namelen:name的长度;

 

如果使用者不在意地址或端口的值,那么可以设定地址为INADDR_ANY,及Port为0,Windows Sockets 会自动将其设定适当之地址及Port (1024 到 5000之间的值)。此后可以调用getsockname()函数来获知其被设定的值。

4)监听

当服务器端的Socket对象绑定完成之后,服务器端必须建立一个监听的队列来接收客户端的连接请求。listen()函数使服务器端的Socket 进入监听状态,并设定可以建立的最大连接数(目前最大值限制为 5, 最小值为1)。该函数调用成功返回0,否则返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR listen( SOCKET s, int backlog ); 参 数: s:需要建立监听的Socket; backlog:最大连接个数;

 

服务器端的Socket调用完listen()后,如果此时客户端调用connect()函数提出连接申请的话,Server 端必须再调用accept() 函数,这样服务器端和客户端才算正式完成通信程序的连接动作。为了知道什么时候客户端提出连接要求,从而服务器端的Socket在恰当的时候调用accept()函数完成连接的建立,我们就要使用WSAAsyncSelect()函数,让系统主动来通知我们有客户端提出连接请求了。该函数调用成功返回0,否则返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd,unsigned int wMsg, long lEvent ); 参数: s:Socket 对象; hWnd :接收消息的窗口句柄; wMsg:传给窗口的消息;

 

lEvent:被注册的网络事件,也即是应用程序向窗口发送消息的网路事件,该值为下列值FD_READ、FD_WRITE、FD_OOB、FD_ACCEPT、FD_CONNECT、FD_CLOSE的组合,各个值的具体含意为FD_READ:希望在套接字S收到数据时收到消息;FD_WRITE:希望在套接字S上可以发送数据时收到消息;FD_ACCEPT:希望在套接字S上收到连接请求时收到消息;FD_CONNECT:希望在套接字S上连接成功时收到消息;FD_CLOSE:希望在套接字S上连接关闭时收到消息;FD_OOB:希望在套接字S上收到带外数据时收到消息。

具体应用时,wMsg应是在应用程序中定义的消息名称,而消息结构中的lParam则为以上各种网络事件名称。所以,可以在窗口处理自定义消息函数中使用以下结构来响应Socket的不同事件:  

switch(lParam)    {case FD_READ:     …     break; case FD_WRITE、     …   break;     … }

 

5)服务器端接受客户端的连接请求

当Client提出连接请求时,Server 端hwnd视窗会收到Winsock Stack送来我们自定义的一个消息,这时,我们可以分析lParam,然后调用相关的函数来处理此事件。为了使服务器端接受客户端的连接请求,就要使用accept() 函数,该函数新建一Socket与客户端的Socket相通,原先监听之Socket继续进入监听状态,等待他人的连接要求。该函数调用成功返回一个新产生的Socket对象,否则返回INVALID_SOCKET。

SOCKET PASCAL FAR accept( SCOKET s, struct sockaddr FAR *addr,int FAR *addrlen ); 参数:s:Socket的识别码; addr:存放来连接的客户端的地址; addrlen:addr的长度

 

6)结束 socket 连接

结束服务器和客户端的通信连接是很简单的,这一过程可以由服务器或客户机的任一端启动,只要调用closesocket()就可以了,而要关闭Server端监听状态的socket,同样也是利用此函数。另外,与程序启动时调用WSAStartup()憨数相对应,程式结束前,需要调用 WSACleanup() 来通知Winsock Stack释放Socket所占用的资源。这两个函数都是调用成功返回0,否则返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR closesocket( SOCKET s ); 参 数:s:Socket 的识别码; int PASCAL FAR WSACleanup( void ); 参 数: 无

 

 

 

 

 

 

二、客户端Socket的操作

1)建立客户端的Socket

客户端应用程序首先也是调用WSAStartup() 函数来与Winsock的动态连接库建立关系,然后同样调用socket() 来建立一个TCP或UDP socket(相同协定的 sockets 才能相通,TCP 对 TCP,UDP 对 UDP)。与服务器端的socket 不同的是,客户端的socket 可以调用 bind() 函数,由自己来指定IP地址及port号码;但是也可以不调用 bind(),而由 Winsock来自动设定IP地址及port号码。

2)提出连接申请

客户端的Socket使用connect()函数来提出与服务器端的Socket建立连接的申请,函数调用成功返回0,否则返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR connect( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen ); 参 数:s:Socket 的识别码; name:Socket想要连接的对方地址; namelen:name的长度

 

三、数据的传送

虽然基于TCP/IP连接协议(流套接字)的服务是设计客户机/服务器应用程序时的主流标准,但有些服务也是可以通过无连接协议(数据报套接字)提供的。先介绍一下TCP socket 与UDP socket 在传送数据时的特性:Stream (TCP) Socket 提供双向、可靠、有次序、不重复的资料传送。Datagram (UDP) Socket 虽然提供双向的通信,但没有可靠、有次序、不重复的保证,所以UDP传送数据可能会收到无次序、重复的资料,甚至资料在传输过程中出现遗漏。由于UDP Socket 在传送资料时,并不保证资料能完整地送达对方,所以绝大多数应用程序都是采用TCP处理Socket,以保证资料的正确性。一般情况下TCP Socket 的数据发送和接收是调用send() 及recv() 这两个函数来达成,而 UDP Socket则是用sendto() 及recvfrom() 这两个函数,这两个函数调用成功发挥发送或接收的资料的长度,否则返回SOCKET_ERROR。

int PASCAL FAR send( SOCKET s, const char FAR *buf,int len, int flags ); 参数:s:Socket 的识别码 buf:存放要传送的资料的暂存区 len buf:的长度 flags:此函数被调用的方式

 

对于Datagram Socket而言,若是 datagram 的大小超过限制,则将不会送出任何资料,并会传回错误值。对Stream Socket 言,Blocking 模式下,若是传送系统内的储存空间不够存放这些要传送的资料,send()将会被block住,直到资料送完为止;如果该Socket被设定为 Non-Blocking 模式,那么将视目前的output buffer空间有多少,就送出多少资料,并不会被 block 住。flags 的值可设为 0 或 MSG_DONTROUTE及 MSG_OOB 的组合。

int PASCAL FAR recv( SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags ); 参数:s:Socket 的识别码 buf:存放接收到的资料的暂存区 len buf:的长度 flags:此函数被调用的方式

 

对Stream Socket 言,我们可以接收到目前input buffer内有效的资料,但其数量不超过len的大小。

四、自定义的CMySocket类的实现代码:

根据上面的知识,我自定义了一个简单的CMySocket类,下面是我定义的该类的部分实现代码:

////////////////////////////////////// CMySocket::CMySocket() : file://类的构造函数 {  WSADATA wsaD;  memset( m_LastError, 0, ERR_MAXLENGTH );  // m_LastError是类内字符串变量,初始化用来存放最后错误说明的字符串;  // 初始化类内sockaddr_in结构变量,前者存放客户端地址,后者对应于服务器端地址;  memset( &m_sockaddr, 0, sizeof( m_sockaddr ) );  memset( &m_rsockaddr, 0, sizeof( m_rsockaddr ) );  int result = WSAStartup((WORD)((1<<8|1), &wsaD);//初始化WinSocket动态连接库;  if( result != 0 ) // 初始化失败;  { set_LastError( "WSAStartup failed!", WSAGetLastError() );   return;  } } ////////////////////////////// CMySocket::~CMySocket() { WSACleanup(); }//类的析构函数; //////////////////////////////////////////////////// int CMySocket::Create( void )  {// m_hSocket是类内Socket对象,创建一个基于TCP/IP的Socket变量,并将值赋给该变量;   if ( (m_hSocket = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP )) == INVALID_SOCKET )   {    set_LastError( "socket() failed", WSAGetLastError() );    return ERR_WSAERROR;   }   return ERR_SUCCESS;  } /////////////////////////////////////////////// int CMySocket::Close( void )//关闭Socket对象; {  if ( closesocket( m_hSocket ) == SOCKET_ERROR )  {   set_LastError( "closesocket() failed", WSAGetLastError() );   return ERR_WSAERROR;  }  file://重置sockaddr_in 结构变量;  memset( &m_sockaddr, 0, sizeof( sockaddr_in ) );  memset( &m_rsockaddr, 0, sizeof( sockaddr_in ) );  return ERR_SUCCESS; } ///////////////////////////////////////// int CMySocket::Connect( char* strRemote, unsigned int iPort )//定义连接函数; {  if( strlen( strRemote ) == 0 || iPort == 0 )   return ERR_BADPARAM;  hostent *hostEnt = NULL;  long lIPAddress = 0;  hostEnt = gethostbyname( strRemote );//根据计算机名得到该计算机的相关内容;  if( hostEnt != NULL )  {   lIPAddress = ((in_addr*)hostEnt->h_addr)->s_addr;   m_sockaddr.sin_addr.s_addr = lIPAddress;  }  else  {   m_sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr( strRemote );  }  m_sockaddr.sin_family = AF_INET;  m_sockaddr.sin_port = htons( iPort );  if( connect( m_hSocket, (SOCKADDR*)&m_sockaddr, sizeof( m_sockaddr ) ) == SOCKET_ERROR )  {   set_LastError( "connect() failed", WSAGetLastError() );   return ERR_WSAERROR;  }  return ERR_SUCCESS; } /////////////////////////////////////////////////////// int CMySocket::Bind( char* strIP, unsigned int iPort )//绑定函数; {  if( strlen( strIP ) == 0 || iPort == 0 )   return ERR_BADPARAM;  memset( &m_sockaddr,0, sizeof( m_sockaddr ) );  m_sockaddr.sin_family = AF_INET;  m_sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr( strIP );  m_sockaddr.sin_port = htons( iPort );  if ( bind( m_hSocket, (SOCKADDR*)&m_sockaddr, sizeof( m_sockaddr ) ) == SOCKET_ERROR )  {   set_LastError( "bind() failed", WSAGetLastError() );   return ERR_WSAERROR;  }  return ERR_SUCCESS; } ////////////////////////////////////////// int CMySocket::Accept( SOCKET s )//建立连接函数,S为监听Socket对象名; {  int Len = sizeof( m_rsockaddr );  memset( &m_rsockaddr, 0, sizeof( m_rsockaddr ) );  if( ( m_hSocket = accept( s, (SOCKADDR*)&m_rsockaddr, &Len ) ) == INVALID_SOCKET )  {   set_LastError( "accept() failed", WSAGetLastError() );   return ERR_WSAERROR;  }  return ERR_SUCCESS; } ///////////////////////////////////////////////////// int CMySocket::asyncSelect( HWND hWnd, unsigned int wMsg, long lEvent ) file://事件选择函数; {  if( !IsWindow( hWnd ) || wMsg == 0 || lEvent == 0 )   return ERR_BADPARAM;  if( WSAAsyncSelect( m_hSocket, hWnd, wMsg, lEvent ) == SOCKET_ERROR )  {   set_LastError( "WSAAsyncSelect() failed", WSAGetLastError() );   return ERR_WSAERROR;  }  return ERR_SUCCESS; } //////////////////////////////////////////////////// int CMySocket::Listen( int iQueuedConnections )//监听函数; {  if( iQueuedConnections == 0 )   return ERR_BADPARAM;  if( listen( m_hSocket, iQueuedConnections ) == SOCKET_ERROR )  {   set_LastError( "listen() failed", WSAGetLastError() );   return ERR_WSAERROR;  }  return ERR_SUCCESS; } //////////////////////////////////////////////////// int CMySocket::Send( char* strData, int iLen )//数据发送函数; {  if( strData == NULL || iLen == 0 )   return ERR_BADPARAM;  if( send( m_hSocket, strData, iLen, 0 ) == SOCKET_ERROR )  {   set_LastError( "send() failed", WSAGetLastError() );   return ERR_WSAERROR;  }  return ERR_SUCCESS; } ///////////////////////////////////////////////////// int CMySocket::Receive( char* strData, int iLen )//数据接收函数; {  if( strData == NULL )   return ERR_BADPARAM;  int len = 0;  int ret = 0;  ret = recv( m_hSocket, strData, iLen, 0 );  if ( ret == SOCKET_ERROR )  {   set_LastError( "recv() failed", WSAGetLastError() );   return ERR_WSAERROR;  }  return ret; } void CMySocket::set_LastError( char* newError, int errNum ) file://WinSock API操作错误字符串设置函数; {  memset( m_LastError, 0, ERR_MAXLENGTH );  memcpy( m_LastError, newError, strlen( newError ) );  m_LastError[strlen(newError)+1] = '\0'; }

 

有了上述类的定义,就可以在网络程序的服务器和客户端分别定义CMySocket对象,建立连接,传送数据了。例如,为了在服务器和客户端发送数据,需要在服务器端定义两个CMySocket对象ServerSocket1和ServerSocket2,分别用于监听和连接,客户端定义一个CMySocket对象ClientSocket,用于发送或接收数据,如果建立的连接数大于一,可以在服务器端再定义CMySocket对象,但要注意连接数不要大于五。

由于Socket API函数还有许多,如获取远端服务器、本地客户机的IP地址、主机名等等,读者可以再此基础上对CMySocket补充完善,实现更多的功能。


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