一、TCP/IP介绍

1、TCP/IP体系结构

TCP/IP协议实际上就是在物理网上的一组完整的网络协议。其中TCP是提供传输层服务，而IP则是提供网络层服务。TCP/IP协议包括如下协议，其结构如图所示。

IP：网间协议（Internet Protocol）负责主机间数据的路由和网络上数据的存储。同时为ICMP，TCP，UDP提供分组发送服务。用户进程通常不需要涉及这一层。

ARP：地址解析协议（Address Resolution Protocol），此协议将网络地址映射到硬件地址。

RARP：反向地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol），此协议将硬件地址映射到网络地址。

ICMP：网间报文控制协议（Internet Control Message Protocol），此协议处理信关和主机的差错和传送控制。

TCP：传送控制协议（Transmission Control Protocol），这是一种提供给用户进程的可靠的全双工字节流面向连接的协议。它要为用户进程提供虚电路服务，并为数据可靠传输建立检查。

UDP：用户数据报协议（User Datagram Protocol），这是提供给用户进程的无连接协议，用于传送数据而不执行正确性检查。

FTP：文件传输协议（File Transfer Protocol），允许用户以文件操作的方式（文件的增、删、改、查、传送等）与另一主机相互通信。

SMTP：简单邮件传送协议（Simple Mail Transfer Protocol），SMTP协议为系统之间传送电子邮件。

TELNET：终端协议（Telnet Terminal Procotol），允许用户以虚终端方式访问远程主机。

HTTP：超文本传输协议（Hypertext Transfer Procotol）。

TFTP：简单文件传输协议（Trivial File Transfer Protocol）。

2、TCP/IP特点

TCP/IP协议的核心部分是传输层协议（TCP、UDP）、网络层协议（IP）和物理接口层，这三层通常是在操作系统内核中实现，因此用户一般不涉及。编程时，编程界面有两种形式：

第一种是由内核心直接提供的系统调用；

第二种是使用以库函数方式提供的各种函数。前者为核内实现，后者为核外实现。用户服务要通过核外的应用程序才能实现，所以要使用套接字（socket）来实现。 TCP/IP协议核心与应用程序关系如图所示。

3、TCP/IP协议与WinSock网络编程接口的关系

WinSock并不是一种网络协议，它只是一个网络编程接口，也就是说，它不是协议，但是它可以访问很多种网络协议，可以把它当作一些协议的封装。现在的WinSock已经基本上实现了与协议无关。可以使用WinSock来调用多种协议的功能。那么，WinSock和TCP/IP协议到底是什么关系呢？实际上，WinSock就是TCP/IP协议的一种封装，可通过调用WinSock的接口函数来调用TCP/IP的各种功能。

二、套接字原理

1、客户机/服务器模式

在TCP/IP网络中两个进程间的相互作用的主机模式是客户机/服务器模式

（Client/Server model）。该模式的建立基于以下两点：

第一，非对等作用；

第二，通信完全是异步的。

客户机/服务器模式在操作过程中采取的是主动请示方式：

服务器端：

首先服务器方要先启动，并根据请示提供相应服务，过程如下：

打开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一个公认地址上接收-客户请求；

等待客户请求到达该端口；

接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号；

返回第二步，等待另一客户请求；

关闭服务器。

客户端：

打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口；

向服务器发送服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求……；

请求结束后关闭通信通道并终止。

2、基本套接字

为了更好说明套接字编程原理，这里介绍几个基本的套接字。

创建套接字——socket()

功能：使用前创建一个新的套接字。

格式：SOCKET PASCAL FAR socket（int af,int type,int procotol）;

参数：af：通信发生的区域

type：要建立的套接字类型

procotol：使用的特定协议

指定本地地址——bind()

功能：将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。

格式：int PASCAL FAR bind（SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen）;

参数：s是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。

其它：没有错误，bind()返回0，否则SOCKET_ERROR。

建立套接字连接——connect()和accept()

功能：共同完成连接工作。

格式：int PASCAL FAR connect（SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen）;

SOCKET PASCAL FAR accept（SOCKET s,struct sockaddr FAR *name,int FAR * addrlen）;

参数：同上

监听连接——listen()

功能：用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。

格式：int PASCAL FAR listen（SOCKET s, int backlog）;

数据传输——send()与recv()

功能：数据的发送与接收。

格式：int PASCAL FAR send（SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags）;

int PASCAL FAR recv（SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags）;

参数：buf指向存有传输数据的缓冲区的指针。

多路复用——select()

功能：用来检测一个或多个套接字状态。

格式：int PASCAL FAR select（int nfds,fd_set FAR * readfds,fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds,const struct timeval FAR * timeout）;

参数：readfds指向要做读检测的指针

writefds指向要做写检测的指针

exceptfds指向要检测是否出错的指针

timeout为最大等待时间

关闭套接字——closesocket()

功能：关闭套接字s。

格式：BOOL PASCAL FAR closesocket（SOCKET s）;

3、典型过程图

面向连接(基于TCP)socket 编程

为了实现服务器与客户机的通信，服务器和客户机都必须建立套接字。服务器与客户机的工作原理可以用下面的过程来描述：

面向无连接（基于UDP）的socket 编程

无连接服务器一般都是面向事务处理的,一个请求一个应答就完成了客户程序与服务程序之间的相互作用。

三、Windows Socket 程序设计

1、Windows Socket网络程序设计核心

1．启动与终止

在所有Windows Sockets 函数中，只有启动函数WSAStartup()和终止函数 WSACleanup()是必须使用的。启动函数必须是第一个使用的函数，而且它允许指定 Windows Sockets API 的版本，并获得 SOCKETS的特定的一些技术细节。函数原型如下：

int PASCAL FAR WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA  lpWSAData);

其中：wVersionRequested保证SOCKETS可正常运行的DLL版本，如果不支持，则返回错误信息。

下面这段代码，说明如何进行WSAStartup()的调用。

WORD wVersionRequested; // 定义版本信息变量 
WSADATA wsaData;    //定义数据信息变量
int err;        //定义错误号变量
wVersionRequested = MAKEWORD（1,1）;  //给版本信息赋值
err = WSAStartup（wVersionRequested, &wsaData）; //给错误信息赋值 if（err!=0）
{
return;     //通知用户找不到合适的版本
}
//确认 Windows Sockets DLL 支持 1.1 版本
//DLL 版本可以高于 1.1
//系统返回的版本号始终是最低要求的 1.1，即应用程序与DLL 中可支持的最低版 本号
if（LOBYTE（wsaData.wVersion）!= 1|| HIBYTE（wsaData.wVersion）!=1）
{
  WSACleanup(); //通知用户找不到合适的版本
  return;
}
//Windows Sockets DLL 被进程接受，可以进入下一步操作

关闭函数使用时，任何打开并已连接的 SOCK_STREAM 套接字被复位，但那些已由 closesocket()函数关闭的但仍有未发送数据的套接字不受影响，未发送的数据仍将被发送。程序运行时可能会多次调用WSAStartuo()函数，但必须保证每次调用时的 wVersionRequested 的值是相同的。

2．异步请求服务

Windows Sockets 除支持Berkeley Sockets中同步请求，还增加了一类异步请求服务函数WSAAsyncGerXByY()。该函数是阻塞请求函数的异步版本。应用程序调用它时，由 Windows Sockets DLL初始化这一操作并返回调用者，此函数返回一个异步句柄，用来标识这个操作。当结果存储在调用者提供的缓冲区，并且发送一个消息到应用程序相应窗口。

常用结构如下：

HANDLE taskHnd;
char hostname="rs6000";
taskHnd = WSAAsyncBetHostByName（hWnd,wMsg,hostname,buf,buflen）;

需要注意，由于Windows 的内存对像可以设置为可移动和可丢弃，因此在操作内存对象时，必须保证WIindows Sockets DLL对象是可用的。

3．异步数据传输

使用send()或sendto()函数来发送数据，使用recv()或recvfrom()来接收数据。 Windows Sockets不鼓励用户使用阻塞方式传输数据，因为那样可能会阻塞整个 Windows 环境。下面看一个异步数据传输实例：

假设套接字s 在连接建立后，已经使用了函数 WSAAsyncSelect()在其上注册了网络事件FD_READ和FD_WRITE，并且wMsg值为UM_SOCK，那么就可以在 Windows 消息循环中增加如下的分支语句：

case UM_SOCK:
switch（lParam）
{
case FD_READ:
len = recv（wParam,lpBuffer,length,0）;  break;
case FD_WRITE:  while（send（wParam,lpBuffer,len,0）!=SOCKET_ERROR）  break;
}
break;

4．出错处理

Windows提供了一个函数来获取最近的错误码WSAGetLastError()，推荐的编写方式如下：

len = send （s,lpBuffer,len,0）;
of（（len==SOCKET_ERROR）&&
  （WSAGetLastError()==WSAWOULDBLOCK））
{ 
  ...
}

2、WinSock编程基本流程

WinSock编程分为服务器端和客户端两部分，TCP服务器端的大体流程如下：

对于任何基于WinSock的编程首先必须要初始化WinSock DLL库，使用接口函数：

int WSAStarup( WORD wVersionRequested,LPWSADATA lpWsAData )

初始化WinSock 。参数wVersionRequested是要求使用的WinSock的版本。

然后必须创建一个套接字（Socket），使用函数：

SOCKET Socket（int af,int type,int protocol）。

来实现。套接字可以说是WinSock通讯的核心。WinSock通讯的所有数据传输，都是通过套接字来完成的，套接字包含了两个信息，一个是IP地址，一个是Port 端口号，使用这两个信息，就可以确定网络中的任何一个通讯节点。

当调用了Socket()接口函数创建了一个套接字后，必须把套接字与你需要进行通讯的地址建立联系，可以通过绑定函数来实现这种联系：

int bind（SOCKET s,const struct sockaddr FAR* name,int namelen）;  struct sockaddr_in
{
short sin_family ;  u_short sin_prot ;
struct in_addr sin_addr ;  char sin_sero[8] ;
}

这就包含了需要建立连接的本地的地址，包括地址族、IP和端口信息。 sin_family字段必须把它设为AF_INET，这是告诉WinSock使用的是IP地址族。 sin_prot就是要用来通讯的端口号。sin_addr就是要用来通讯的IP地址信息。

由于各种不同的计算机处理数据时的方法是不一样的，Intel X86处理器表示多字节的编号时，把低字节放在前面，把高字节放在后面，而互联网标准却正好相反，所以，必须把主机字节转换成网络字节的顺序。

WinSock API提供了几个函数：

把主机字节转化成网络字节的函数：

u_long htonl（u_long hostlong）;

u_short htons（u_short hostshort）;

把网络字节转化成主机字节的函数：

u_long ntohl（u_long netlong）;

u_short ntohs（u_short netshort） ;

这样，设置IP地址和port端口时，就必须把主机字节转化成网络字节后，才能用 Bind()函数来绑定套接字和地址。当绑定完成之后，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。

int listen（SOCKET s,int backlog）;

这个函数可以把套接字转成监听模式。

如果客户端有了连接请求，还必须使用：

int accept（SOCKET s,struct sockaddr FAR* addr,int FAR* addrlen）;

来接受客户端的请求。

现在基本上已经完成了一个服务器的建立，而客户端的建立的流程则是初始化WinSock，然后创建Socket套接字，再使用：

int connect（SOCKET s,const struct sockaddr FAR* name,int namelen）;

来连接服务端。

下面是一个最简单的创建服务器端和客户端的例子。

服务器端的创建：

WSADATA wsd;
SOCKET sListen;  
SOCKET sclient;  
UINT port = 800;  
int iAddrSize;
struct sockaddr_in local , client;  
WSAStartup(0x11 , &wsd);
sListen = Socket ( AF_INET , SOCK_STREAM , IPPOTO_IP);  local.sin_family = AF_INET;
local.sin_addr = htonl(INADDR_ANY );  
local.sin_port = htons（ port ）;
bind( sListen , (struct sockaddr*）&local , sizeof( local ));  listen(sListen , 5);
sClient = accept(sListen , (struct sockaddr*)&client ,&iAddrSize);

客户端的创建：

WSADATA wsd;  
SOCKET sClient;  
UINT port = 800;// 此端口根据服务器提供
char szIp[] = "127.0.0.1";  
int iAddrSize;
struct sockaddr_in server;
WSAStartup( 0x11 , &wsd);
sClient = Socket( AF_INET , SOCK_STREAM , IPPOTO_IP);  server.sin_family = AF_INET;
server.sin_addr = inet_addr( szIp );  
server.sin_port = htons( port );
connect(sClient , (struct sockaddr*)&server , sizeof( server));

当服务器端和客户端建立连接以后，无论是客户端，还是服务器端都可以使用：

int send(SOCKET s,const char FAR* buf,int len,int flags); 
int recv( SOCKET s,char FAR* buf,int len,int flags);

函数来接收和发送数据，因为，TCP连接是双向的。

当要关闭通讯连接的时候，任何一方都可以调用：

int shutdown（SOCKET s,int how）;

来关闭套接字的指定功能，再调用：

int closeSocket（SOCKET s）;

Windows 网络通信套接字技术