套接字网络编程

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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WindowsSocket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。18.3.2WinSockAPI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： SOCKETsocket(intaf,inttype,intprotocol);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：SOCKETaccept(SOCKETs,structsockaddrFAR*addr,intFAR*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：intbind(SOCKETs,conststructsockaddrFAR*name,intnamelen);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：intport=3010;SOCKETs=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_IP);sockaddr_inaddr;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：intclosesocket(SOCKETs);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：intconnect(SOCKETs,conststructsockaddrFAR*name,intnamelen);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_shorthtons(u_shorthostshort);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_longhtonl(u_longhostlong);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：unsignedlonginet_addr(constcharFAR*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：intlisten(SOCKETs,intbacklog);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：intrecv(SOCKETs,charFAR*buf,intlen,intflags); recv函数参数的说明如表18.5所示。表18.5recv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：intselect(intnfds,fd_setFAR*readfds,fd_setFAR*writefds,fd_setFAR*exceptfds,conststructtimevalFAR*timeout);select函数参数说明如表18.6所示。表18.6select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：intsend(SOCKETs,constcharFAR*buf,intlen,intflags);send函数参数说明如表18.7所示。表18.7send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WindowsSocket函数，用于确定WindowsSocket使用的版本。语法：intWSAStartup(WORDwVersionRequested,LPWSADATAlpWSAData );wVersionRequested：标识调用者使用的WindowsSocket的版本，高字节记录修订版本，低字节记录主版本。例如，如果WindowsSocket的版本为2.1，则高字节记录1，低字节记录2。lpWSAData：记录WindowsSocket的详细信息。下面的代码用于确定WindowsSocket使用的版本。WSADATAwsd;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：intWSACleanup(void);说明：当WindowsSocket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：intWSAAsyncSelect(SOCKETs,HWNDhWnd,unsignedintwMsg, longlEvent);WSAAsyncSelect函数参数说明如表18.8所示。表18.8WSAAsyncSelect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"#pragmacomment(lib,"ws2_32.lib")（3）在应用程序的InitInstance方法中初始化套接字。WSADATAwsd; 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。SOCKETm_server,m_client;SOCKETm_Clients[MAXNUM];//客户端套接字intm_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(inti=0;imessage==20000){HandleData();returnTRUE;}elsereturnCDialog::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"#pragmacomment(lib,"ws2_32.lib")（3）在应用程序的InitInstance方法中初始化套接字。WSADATAwsd;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。 voidCClientDlg::OnOK(){//服务器端地址sockaddr_inserveraddr;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;}elseMessageBox("连接成功");WSAAsyncSelect(m_client,m_hWnd,1000,FD_READ);CStringstr,info;m_name.GetWindowText(str);info.Format("%s------>%s",str,"进入聊天室");inti=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。voidCClientDlg::OnButton1(){CStringstr,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inti=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。voidCClientDlg::ReceiveData(){charbuffer[1024];//接收服务器端传来的数据,intnum=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。BOOLCClientDlg::PreTranslateMessage(MSG*pMsg){if(pMsg->message==1000){ReceiveData();returnTRUE;}elsereturnCDialog::PreTranslateMessage(pMsg);}