QT分析之温故而知新 WinSocket

简介: 网络编程是个很大的课题,这里只限Windows Socket编程。转一篇别人的文章,仅供参考。
网络编程是个很大的课题,这里只限Windows Socket编程。转一篇别人的文章,仅供参考。

 

一,           什么是Socket

接触网络编程当然要了解SocketSocket(套接字)是一种网络编程接口,Socket提供了很多灵活的函数,帮助程序员写出高效的网络应用。Socket分为BSD UNIXwindows两个版本。

win32平台上的Winsock编程都要经过下列基本步骤:

定义变量——获得Winsock版本——加载Winsock——初始化——创建套接字——设置套接字——关闭套接字——卸载Winsock

使用winsock2 API编程,必须包含头文件winsock2.h (链接环境WS2_32.LIB),头文件winsock.hWSOCK32.LIB)是为了兼容winsock1程序时使用的,另外mswsock.hMSWSOCK.DLL)是微软的扩展类,用于开发高性能的winsock程序。

准备好后,你就可以着手建立你的第一个网络程序了。

二,           Socket编程的基本过程

Socket通信分为面向连接的通信(TCP)和面向无连接的通信(UDP).

            

1Winsock初始化和结束

每一个winsock应用程序必须首先加载相应的winsock dll版本。方法是调用:

int WSAStartup(

    WORD wVersionRequested,     库版本,高字节副版本,低字节主版本

    LPWSADATA lpWSAData         结构指针,函数自动填充该结构。

);    函数调用成功返回0

可以用宏MAKEWORD(x, y)用来指定第一个参数的值

 

2,建立套接字

套接字是传输提供者的一个句柄。

SOCKET socket (

    int af,          

    int type,        

    int protocol      IPPROTO_TCPIPPROTO_UDP 0(如果不想指定)

);

第一个参数指定通信协议的协议族,AF_INET(IPv4) AF_INET6(IPv6)(因为Socket是网络编程接口而不是一个协议,它使用流行的网络协议(TCP/IPIPX)为应用程序提供的一个编程接口。)

第二个参数指定要创建的套接字的类型。SOCK_STREAM(TCP流套接字), SOCK_ DGRAM(UDP 数据包套接字)SOCK_RAW(原始套接字)

第三个参数指定应用程序所指定应用程序所使用的通信协议。

函数成功返回套接字描述符,失败返回INVALID_SOCKET

 

3,配置套接字

当创建一个套接字后,再进行网络通信之前,必须先配置Socket。面向连接的客户端Socket通过调用connect函数在Socket数据结构中保存地址和远端信息。无连接客户端,服务端以及面向连接Socket的服务端,通过调用bind函数来配置本地信息。

int bind(

    SOCKET                     s,                 创建的套接字

    const struct sockaddr FAR* name,       指向地址缓冲区的指针

    int                        namelen     地址缓冲区的大小

);

成功返回0失败返回SOCKET_ERROR

当创建一个套接字后,套接字数据结构中有一个默认的IP地址和默认的端口号。一个服务程序必须调用bind函数来给其绑定一个IP地址和一个特定的端口号。

第二个参数指定一个sockaddr结构定义如下:

struct sockaddr {

        u_short    sa_family;

        char       sa_data[14];

};

我们通常使用另外一个等价的地址结构:

de> struct sockaddr_in {de>
de>         short   sin_family;de>
de>         u_short sin_port;de>
de>         struct  in_addr sin_addr;de>
de>         char    sin_zero[8];de>
de> };de>
de> 其中sin_family是通信协议族,de>
de>sin_portde>de>指明端口号,de>
de>sin_addrde>de>结构中有一个字段s_addr,表示IP地址,该字段是一个整数,de>
de>一般用函数inet_addr把点分字符串形式的IP地址转化成unsigned long型的整数值。de>
de>de> de>如果指定为htonl(INADDR_ANY),那么无论哪个网段上的客户机都能与该服务器通信,de>
de>否则,只有与指定IP地址处于同一网段上的客户机能与该服务器通信。de>
de>sin_zero[8]de>de>为填充,使两个结构大小相同。de>
de>  de>

de>有一些细节学要说明:de>   在计算机把IP地址和端口号指定成多字节时,这个数是按“主机字节”(host-byte)顺序表示的,不同的处理器对数的表示方法有“大头”(big-endian——最有意义的字节到最无意义的字节)和“小头”(little-endian)两种形式。但是如果在网络上指定IP地址和端口号时,必须按照big-endian 的形式,一般称之为“网络字节”(network-byte)顺序。

以下几个函数将主机字节顺序转换成网络字节顺序:

u_long htonl(u_long hostlong);

 

int WSAHtonl(

    SOCKET s,

    u_long hostlong,

    u_long FAR * lpnetlong               通过指针返回网络字节顺序的4个字节的数

);

 

u_short htons(u_short hostshort);

 

int WSAHtons(

    SOCKET s,

    u_short hostshort,

    u_short FAR * lpnetshort        通过指针返回网络字节顺序的2个字节的数

);

以下几个函数将网络字节顺序转换成主机字节顺序:

u_long ntohl(u_long netlong);

 

int WSANtohl(

    SOCKET s,

    u_long netlong,

    u_long FAR * lphostlong

);

 

u_short ntohs(u_short netshort);

 

int WSANtohs(

    SOCKET s,

    u_short netshort,

    u_short FAR * lphostshort

);

de>  de>
de>

4,实现功能

(1)       服务器端: 需要对绑定的端口进行侦听,函数原型如下

       de>int listen (de>
de>  SOCKETde>de> sde>de>,    de>de>de>
de>  intde>de> backlog  de>de>de>
de>);de>de>de>

    de>Backlogde>de>是客户连接请求队列的最大数量,而不是客户机连接的数量限制。de>

de>处于侦听的套接字将维护一个客户连接请求队列。de>

de>    de>de>该函数执行成功返回0,失败返回de>SOCKET_ERROR

    此外,需要从连接请求队列中取出最前面的一个客户请求,需要用到accept()函数:

         de>SOCKET accept (de>
de>  SOCKETde>de> sde>de>,                   de>de>de>
de>  struct sockaddr FAR*de>de> addrde>de>,  de>de>de>
de>  int FAR*de>de> addrlen            de>de>de>
de> );de>
de>该函数创建一个新的套接字来与客户套接字建立通信,如果连接成功,就返回新建的套接字描述符,de>
de>以后与客户通信的就是该套接字,而侦听套接字则继续接受新的连接;如果失败就返回de>INVALID_SOCKET
第一个参数是侦听套接字
第二个套接字用来返回新创建的套接字的地址结构
第三个套接字返回地址结构的长度
de>  de>

(2)       客户端:

connect函数是客户机建立与远程服务器连接而使用的。

de> int connect (de>
de>  SOCKETde>de> sde>de>,                          de>de>de>
de>  const struct sockaddr FAR* de>de> namede>de>,  de>de>de>
de>  intde>de> namelen                        de>de>de>
de> );de>
de>  de>

5,数据传输

       收发数据时网络编程的一切在这里我们只讨论同步函数sendrecv

不讨论异步函数WSASendWSARecv

数据发送要用到send函数,原型如下:

int send(
    SOCKET s,
    const char FAR * buf,    发送数据缓冲区的地址
    int len,                  要发送的字节数
    int flags                 一般为0, MSG_DONTROUTE, MSG_OOB(外带数据)
);
成功返回发送字节数,出错返回SOCKET_ERROR
注意send函数把数据从buf复制到socket发送缓冲区后就返回了,
但是这些数据并不时马上就发送到连接的另一端。
 

在已连接的套接字上接受数据,recv函数是最基本的方式。

int recv(
    SOCKET s,
    char FAR* buf,
    int len,       准备接收的字节数或buf缓冲区长度
    int flags      0, MSG_PEEK, MSG_OOB 其中MSG_PEEK表示将有用的数据复制到所提供的接收端缓冲区,
但是没有从系统缓冲区中将它删除
);

成功返回接收的数据的字节数量,失败返回SOCKET_ERROR,如果接受数据时网络中断返回0

 
 

6,关闭Socket

一旦完成任务,记得将套接字关闭以释放资源:
     int closeSocketSOCKET s

三,           Socket编程实例

 
讲了这么多其实还是看实例最为重要了,下面我提供了最简单的面向连接的客户端和服务端程序,
当服务端接受客户端的连接后,先是该客户机地IP地址,并向客户端发送一个回应消息,
最后关闭该连接套接字。这样的服务器当然没什么实际的用途。

设计一个基本的网络服务器有以下几个步骤:

1、初始化Windows Socket

2、创建一个监听的Socket

3、设置服务器地址信息,并将监听端口绑定到这个地址上

4、开始监听

5、接受客户端连接

6、和客户端通信

7、结束服务并清理Windows Socket和相关数据,或者返回第4

 

#include <winsock2.h>

#include <stdio.h>

 

#define SERVPORT    5050

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

 

void main(void)

{

   WSADATA              wsaData;

   SOCKET               sListen;              // 监听socket

   SOCKET               sClient;        // 连接socket

   SOCKADDR_IN          serverAddr;              // 本机地址信息

   SOCKADDR_IN          clientAddr;        // 客户端地址信息

   int                        clientAddrLen;       // 地址结构的长度

   int                  nResult;

   // 初始化Windows Socket 2.2

 

   WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);

  

   // 创建一个新的Socket来响应客户端的连接请求

 

   sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

        

   // 填写服务器绑定的地址信息

   // 端口为5150

   // IP地址为INADDR_ANY,响应每个网络接口的客户机活动

   // 注意使用htonlIP地址转换为网络格式

             

   serverAddr.sin_family = AF_INET;

   serverAddr.sin_port = htons(SERVPORT);   

   serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

   memset(&(serverAddr.sin_zero), 0, sizeof(serverAddr.sin_zero));        

   // 绑定监听端口

        

   nResult = bind(sListen, (SOCKADDR *)&serverAddr, sizeof(SOCKADDR));

   if (nResult == SOCKET_ERROR)

   {

              printf("bind failed!\n");

 

              return;

   }

 

   // 开始监听,指定最大接受队列长度5,不是连接数的上限

 

   listen(sListen, 5);

 

   // 接受新的连接

   while(1)

   {

              clientAddrLen = sizeof (SOCKADDR);

              sClient = accept(sListen, (SOCKADDR *)&clientAddr, &clientAddrLen);

              if(sClient == INVALID_SOCKET)

              {

                     printf("Accept failed!");

              }

              else

              {

                     printf("Accepted client: %s : %d\n", inet_ntoa(clientAddr.sin_addr), ntohs(clientAddr.sin_port));

                     // 向客户端发送信息

                     nResult = send(sClient, "Connect success!", 16, 0);

                     if (nResult == SOCKET_ERROR)

                     {

                            printf("send failed!");

                     }

              }

        // 我们直接关闭连接,

              closesocket(sClient);

       } 

  

  

   // 并关闭监听Socket,然后退出应用程序

 

      closesocket(sListen);

 

   // 释放Windows Socket DLL的相关资源

 

      WSACleanup();

}

 
客户机程序如下:

#include <winsock2.h>

#include <stdio.h>

 

#define SERVPORT    5050              // 端口为5150

#define MAXDATASIZE 100

#define SERVIP      "127.0.0.1"      // 服务器IP地址为"127.0.0.1",注意使用inet_addrIP地址转换为网络格式

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

 

void main(int argc, char *argv[])

{

   WSADATA              wsaData;

   SOCKET               sConnect;

   SOCKADDR_IN          serverAddr;      

   int                                 recvbytes;

   char                               buf[MAXDATASIZE];

 

   //初始化Windows Socket 2.2

 

   WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);

  

   // 创建一个新的Socket来连接服务器

 

    sConnect = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

  

   // 填写连接地址信息

 

    serverAddr.sin_family = AF_INET;

    serverAddr.sin_port = htons(SERVPORT);   

    serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVIP);

 

       memset(&(serverAddr.sin_zero), 0, sizeof(serverAddr.sin_zero));

 

   // 向服务器发出连接请求

 

    if (connect(sConnect, (SOCKADDR *)&serverAddr, sizeof(SOCKADDR)) == SOCKET_ERROR)

       {

              printf("connect failed!\n");

 

              return;

       }

       // 接受服务器的回应消息

    recvbytes = recv(sConnect, buf, MAXDATASIZE, 0);

       if (recvbytes == SOCKET_ERROR)

       {

              printf("recv failed!\n");

       }

       else

       {

              buf[recvbytes] = '\0';

              printf("%s\n",buf);

       }

 

    closesocket(sConnect);

 

   // 释放Windows Socket DLL的相关资源

 

 

    WSACleanup();

}

 

四,           结束语

这里介绍的只不过是winsock最基础最基础的知识,开发网络程序从来都不是一件容易的事情,

尽管只需要遵守很少的一些规则: 创建套接字,发起连接,接受连接,

发送和接受数据。真正的困难在于:让你的程序可以适应从单单一个连接到几千个连接,

即开发一个大容量,具可扩展性的Winsock应用程序。

Winscok编程很重要的一部分是IO处理,分别提供了“套接字模式”和“套接字I/O模型”,

可对一个套接字上的I/O行为进行控制。

其中,套接字模式用于决定在随一个套接字调用时,那些Winsock函数的行为,

有阻塞和非阻塞两种模式

而另一方面,套接字模型描述了一个应用程序如何对套接字上进行的I/O进行管理及处理,

包括包括SelectWSAAsyncSelectWSAEventSelect IO重叠模型,完成端口等。

在这里推荐一本好书《windows网络编程技术》,有兴趣研究的同志可以去啃一啃

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