(转)Windows sockets编程指南

xiaoxiao2021-02-28  18

以下是Windows Sockets编程的入门指南,提供帮助理解最基础的Winsock函数和数据结构,以及它们是如何一起运作。

零、关于服务器和客户端

有两种截然不同网络应用程序:服务器(Servers)和客户端(Clients)。服务器和客户端有着不同的行为,因此建立它们的过程也是不一样的,下面是建立一个TCP/IP服务器和客户端的一般模型。 服务器 1. 初始化Winsock 2. 建立一个套接字(Socket) 3. 绑定Socket 4. 在Socket上为客户端监听 5. 接受(Accept)一个来自客户端的连接 6. 接收和发送数据 7. 断开连接 客户端 1. 初始化Winsock 2. 建立一个Socket 3. 连接到服务器 4. 发送和接收数据 5. 断开连接 注意:对于二者来说有几步是一样的,这几步实现起来几乎完全一样,指南中这几步会具体的根据所建立程序的类型说明的。

一、建立一个基础的 Winsock程序

建立一个基础的 Winsock程序 1. 建立一个空的工程 2. 添加一个空的C++源文件 3. 确保构建环境对微软SDK的Lib、Include和Src的文件夹正确引用 4. 确保构建环境的连接器依赖项包含了WS2_32.lib,使用Winsock的程序必须连接此文件 5. 开始进行Winsock编程,通过包含Winsock2.h来使用Winsock的API。(Winsock2.h头文件已经包含了大部分Winsock函数、数据结构和定义,Ws2tcpip.h头文件包含了在Winsock2协议兼容文档中为TCP/IP用于检索IP地址的新函数和数据结构。

#include <winsock2.h> #include <ws2tcpip.h> #include <stdio.h> int main() { return 0; }<br>

注意:如果需要使用IP Helper APIs的话需要引用Iphlpapi.h头文件,当Iphlpapi.h被引用的时候,引用Winsock2.h的#include引用行应置于Iphlpapi.h行之上。Winsock2.h头文件已经内在的引用了 Windows.h的核心元素,所以通常在 Winsock程序中不包含 Windows.h文件。如果需要包含Windows.h头文件,应定义#define WIN32_LEAN_AND_MEAN宏。因为一些历史原因,Windows.h包含有1.1版的Winsock.h头文件,所以Winsock.h和Winsock2.h会因为定义而冲突。WIN32_LEAN_AND_MEAN宏阻止了Winsock.h被Windows.h包含进来。下面是例子:

#ifndef WIN32_LEAN_AND_MEAN #define WIN32_LEAN_AND_MEAN #endif #include <windows.h> #include <winsock2.h> #include <ws2tcpip.h> #include <iphlpapi.h> #include <stdio.h> int main() { return 0; }

二、初始化 Winsock

所有的进程(程序和 DLLs)在使用Winsock函数之前必须用一些函数来使用 Windows Sockets DLL,这也需要弄清楚Winsock在系统上是被支持的。(CB版:所有的Winsock程序必须初始化来确保Windows socket被系统支持。) 初始化Winsock 1. 建立一个WSADATA对象,叫做wsaData WSADATA wsaData; 2. 调用WSAStartup,并返回一个整数值,使用它来查错

int iResult; //初始化Winsock iResult = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData); if (iResult != 0) { printf(“WSAStartup 失败:%d\n”, iResult); return 1; }

WSAStartup函数被调用来使用WS2_32.lib,WSADATA结构体包含着有关 Winsock的实现信息,参数MAKEWORD(2,2)向系统声明使用2.2版本的Winsock,从而使得高版本的Winsock可以使用。

三、建立一个 Socket

MSDN和C++Builder的文档在这里就分道扬镳了,虽然内容基本一样,但结构不同。以下以MSDN为主。

(一)客户端版

初始化之后,一个SOCKET对象必须被客户端实例化,建立一个 Socket 1.声明一个addrinfo对象,它包含着一个 sockaddr结构,并且初始化这些值。在这个程序中,互联网地址族(Internet address family)没有明确的指出返回IPv6还是IPv4。程序请求Socket的类型是一个TCP协议 流套接字(stream socket)。

#define DEFAULT_PORT "27015" struct addrinfo *result = NULL, *ptr = NULL, hints; ZeroMemory( &hints, sizeof(hints) );hints.ai_family = AF_UNSPEC;//未指明返回类型 hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP;

2.调用getaddrinfo函数获取从命令行传输来的服务器名字的IP地址,getaddrinfo函数返回一个整数用来查错 //分析服务器地址和端口

iResult = getaddrinfo(argv[1], DEFAULT_PORT, &hints, &result); if ( iResult != 0 ) { printf("getaddrinfo 失败: %d\n", iResult); WSACleanup(); return 1; }

3.建立一个叫ConnectSocket的SOCKET对象

SOCKET ConnectSocket = INVALID_SOCKET;

4.调用socket函数,将返回值赋予ConnectSocket。在本程序中,使用通过调用getaddrinfo得到的hints参数中的第一个IP地址,hints中包含了地址族、套接字类型和指定的协议类型。在本例中 TCP 流套接字被指定为 SOCK_STREAM,协议类型被指定为IPPROTO_TCP。地址族是未指定的(AF_UNSPEC),所以服务器的返回值可能是IPv4或IPv6。如果客户端想只使用IPv6或IPv4,hints参数中的地址族应设置为AF_INET6或AF_INET。

//试图用调用getaddrinfo返回的第一个地址连接 ptr = result; //建立一个SOCKET来连接服务器 ConnectSocket = socket(ptr->ai_family, ptr->ai_socktype, ptr->ai_protocol);

5.检查错误确保这个socket是有效的

if (ConnectSocket == INVALID_SOCKET) { printf(“调用socket时发生错误:%d\n”, WSAGetLastError()); freeaddrinfo(result); WSACleanup(); return 1; }

socket函数的参数可以根据不同的需要而改变。检错是一个成功的网络程序的关键,如果socket函数调用失败,它会返回INVALID_SOCKET,所以上面的if语句被用来抓住在建立套接字时任何可能发生的错误。WSAGetLastError返回最后发生的错误的代码。 注意 大量的检错取决于你的程序,WSACleanup用于停止WS2_32.DLL的使用

(二)服务器版

初始化后,套接字必须被服务器实例化 为服务器建立一个 socket 1. getaddrinfo函数用来确定sockaddr结构中的值: AF_INET表示IPv4地址族 SOCK_STREAM表示一个流套接字(stream socket) IPPROTO_TCP表示使用TCP协议 AI_PASSIVE 标志指出调用者将要在 bind 函数中使用返回的套接字地址结构体。当 AI_PASSIVE 标志被设置,而getaddrinfo函数的参数nodename是NULL指针的时候,如果是IPv4地址,套接字的IP地址部分将被设置成INADDR_ANY,而IPv6将会是IN6ADDR_ANY_INIT。27015是服务器将要和客户端连接的端口

#define DEFAULT_PORT "27015" struct addrinfo *result = NULL, *ptr = NULL, Hints; ZeroMemory( &hints, sizeof(hints) ); hints.ai_family = AF_INET; hints.ai_socktype = SOCK_STREAM; hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP; hints.ai_flags = AI_PASSIVE; //分析在服务器已使用的本地地址和端口 iResult = getaddrinfo(NULL, DEFAULT_PORT, &hints, &result); if ( iResult != 0 ) { printf(“getaddrinfo调用失败:%d\n”, iResult); WSAClearnup(); return 1; }

2.为服务器端建立一个名为ListenSocket的SOCKET对象用来监听客户端的连接

SOCKET ListenSocket = INVALID_SOCKET;

3.调用socket函数并将返回值赋予ListenSocket。对于这个服务器程序使用第一个由getaddrinfo返回IP地址,其中参数hints包含了地址族、连接类型和协议类型。在本例中一个IPv4的TCP流套接字被建立,类型是SOCK_STREAM,协议是IPPROTO_TCP。所以ListenSocket返回IPv4地址。 如果服务器程序想要使用IPv6监听,参数hints中地址族应该设为AF_INET6,如果服务器想要同时监听IPv4和IPv6,就必须建立两个socket,一个监听IPv4,一个监听IPv6。两个套接字必须被程序独立分开处理。 Windows Vista以及其后版本提供了双重方法来建立一个单独的IPv6套接字来同时监听Ipv4和IPv6。有关此特性的更多信息,参看MSDN上“Dual-Stack Sockets”。

//在服务器建立一个socket用来监听客户端连接 LisitenSocket = socket( result->ai_family, result->ai_socktype, result->ai_protocol);

4.检错确保此套接字是有效的

if (ListenSocket == INVLID_SOCKET) { printf(“Error at socket(): %ld\n”, WSAGetLastError()); freeaddrinfo(result); WSACleanup(); return 1; }

四、数据交换前的行为

(一)客户端版:连接 Socket

为了客户端能够通过网络交流,它必须连接到一个服务器。 连接到 Socket调用connect函数,将已建立的socket和一个sockaddr结构体作为参数,然后检错。

//连接到服务器<br> iResult = connect( ConnectSocket, ptr->ai_addr, (int)pter->ai_addrlen); if (iResult == SOCKET_ERROR) { closesocket(ConnectSocket); ConnectSocket = INVALID_SOCKET; } //如果连接失败,将会尝试getaddrinfo返回的下一个地址 //但在这个简单的例子中,我们只是释放由getaddrinfo返回的资源并且打印错误信息 freeaddrinfo(result); if (ConnectSocket == INVALID_SOCKET) { printf(“无法连接到服务器!\n”);WSACleanup(); return 1; }

函数getaddrinfo用来确定socketaddr结构中的值,在本例中由 getaddrinfo返回的第一个IP地址被用来表述传递到 connect函数的sockaddr结构体,如果connect调用第一个IP地址失败,尝试由getaddrinfo返回的链表的下一个addrinfo结构体。 在sockaddr结构体中描述的信息包括: 1 客户端尝试连接的服务器的IP地址 2 客户端将要连接的服务器端口,像上面的27015就是客户端调用getaddrinfo函数时的端口

(二)服务器端版:绑定 Socket、监听端口、接受连接

为了服务器能够接受来自客户端的连接,它一定要有一个网络地址。下面的代码展示了如何绑定一个已经由IP地址和端口创建的套接字,客户端通过IP地址和端口来连接到主机网络。绑定一个 Socket,调用bind函数,将已经建立的socket和从getaddrinfo函数返回的sockaddr作为参数传入,然后检错。

//设置TCP监听套接字 iResult = bind( ListenSocket, result->ai_addr, (int)result->ai_addrlen); if (iResult == SOCKET_ERROR) { printf(“绑定失败:%d\n”, WSAGetLastError()); freeaddrinfo(result); closesocket(ListenSocket); WSACleanup(); return 1; }

监听一个 Socket 在绑定了Socket之后,服务器一定要为来到的客户端请求监听IP地址和端口。调用listen函数,将建立好的ListenSocket和backlog的值——表示待定的需要接受的连接队列的最大数,作为参数传入。在本例中,参数backlog被设为SOMAXCONN。这个特别的常数告诉Winsock提供给这个socket允许的最大待连接队列数。然后检错。

if ( listen( ListenSocket, SOMAXCONN ) == SOCKET_ERROR ) { printf(“监听错误:%d\n”, WSAGetLastError()); closesocket(ListenSocket); WSACleanup(); return 1; }

接受连接 一旦套接字开始监听连接,程序就必须处理套接字上的连接请求接受套接字的连接 1. 为接受来自客户端的连接建立一个临时的SOCKET对象叫做ClientSocket SOCKET ClientSocket; 2. 通常服务器程序会通过listen函数建立一个持续的循环来检测连接请求。如果发生了连接请求,调用accept函数处理这个连接。注意在这个基础例子中,代码只接受一个连接。

ClientSocket = INVALID_SOCKET; //接受一个客户端套接字 ClientSocket = accept(ListenSocket, NULL, NULL); if ( ClientSocket == INVALID_SOCKET) { printf(“接受连接失败:%d\n”, WSAGetLastError()); closesocket(ListenSocket); WSACleanup(); return 1; }

3.当客户端连接被接受之后,服务器通常将接受的连接转移到另一个工作的线程或I/O工作端口,并继续接受其他连接。在这个基础例子中,服务器将会直接进行下一步。

五、数据交换

(一)客户端版:发送和接收数据

下面的代码展示了一旦连接完成,客户端如何使用send和recv函数。

#define DEFAULT_BUFF 512 char *sendbuf = “this is a test”; char recvbuf[DEFAULT_BUFF]; int recvbuflen = DEFAULT_BUFF; int iResult; //发送数据 iResult = send ( ConnectSocket, sendbuff, (int)strlen(sendbuff) ); if ( iResult == SOCKET_ERROR ) { printf(“Send error: %d\n”, WSAGetLastError()); closesocket(ConnectSocket); WSACleanup(); return 1; } printf(“已经发送:%ld\n”, iResult); //一旦没有更多数据需要发送,关闭发送连接,客户端仍然可以用ClientSocket来接收数据 iResult = shutdown(ConnectSocket, SD_SEND); if (iResult == SOCKET_ERROR) { printf(“关闭发送连接失败:%d\n” WSAGetLastError()); closesocket(ConnectSocket); WSACleanup(); return 1; } //接受数据,知道服务器关闭连接 do { iResult = recv(ConnectSocket, recvbuff, recvbuflen, 0); if ( iResult &gt; 0 ) printf(“接收到字节:%d\n”, iResult); else if ( iResult == 0 ) printf(“连接关闭\n”); else printf(“recv失败:%d\n”, WSAGetLastError()); } while ( iResult > 0 );

函数send和recv的返回值已发送或已接受的字节数目值,或不同的错误。两个函数都有相同的参数:活动的socket,一个char类型 的缓冲区,发送或接受的字节长度,或任何可以使用的标志。

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