Windows编程 网络编程基础

Winsock介绍

Winsock 是一个基本的编程接口，它允许两个或更多程序（或者进程）进行本机通信和网络通信。理解Winsock是一个网络编程接口（而非协议）非常重要。Winsock接口从执行于UNIX平台上的BSD套接字那里继承了大量特性。在Windows环境中，Winsock2真正意义上实现了协议无关性。
Winsock 1和Winsock 2两个不同的版本的API函数。对比一下WSA前缀你就可以发现这一点：若Winsock 2升级或新增了API函数 该函数名也会相应的加上WSA前缀。 比如： Winsock 1用于创建一个新的套接字的函数是“socket”,而Winsock2则命名为“WSASocket”,同时也意味着您可以使用它的一些新特性。当然这种命名规律也不是绝对的，还有一些例外情况如： WSAStartup, WSACleanup, WSARecvEx, and WSAGetLastError 这些函数实际上在Winsock 1.1 标准中就定义了。 在你使用Winsock编程前，你还得知道哪些文件以及库是构造一个项目必须包含和引用的。

Winsock头文件和库

前面曾提到， Winsock目前有两个主要版本—— Winsock 1 以及 Winsock 2。除了Windows CE外，的所有Windows平台都同时兼容二者，而WindowsCE只兼容Winsock 1。在开发一个新的项目时，可以通过包含WINSOCK2.H来使用Winsock 2 API。为了能够和其它Winsock项目兼容，或者你要开发一个 WindowsCE项目，可以包含WINSOCK.H。还有另外一个头文件MSWSOCK.H ，它作为微软特有扩展，经常用于开发高性能Winsock项目。当你编译包含WINSOCK2.H的程序时，你首先要连接WS2_32.LIB库。若使用WINSOCK.H那就得连接WSOCK32.LIB库。若你要用MSWSOCK.H中的扩展API函数，那么你必须连接MSWSOCK.DLL。一旦你包含了必须的头文件并且连接了合适的库，你就可以开始为你的项目编写Winsock代码了。

Winsock初始化

每个Winsock程序都会加载相应的Winsock DLL。假如你没能正确加载Winsock 库，而试图调用Winsock函数，将返回一个错误；该错误可能是WSANOTINITIALISED（WSA没有初始化）。这时你就得通过调用WSAStartup函数来加载Winsock 库。 该函数定义如下： int WSAStartup( WORD wVersionRequested,LPWSADATAlpWSAData);
wVersionRequested参数用于说明你想加载的Winsock版本。高字节指定副版本，低字节指定主版本。我们一般用现成的宏MAKEWORD(x, y)来填充该参数，其中x代表高字节，y代表低字节。 LpWSAData参数是一个指向LPWSADATA 结构体的指针。我们用LPWSADATA结构体来描述Winsock版本相关信息。 LPWSADATA定义如下:

typedef struct WSAData { 

WORD wVersion;

WORD wHighVersion;

char szDescription[WSADESCRIPTION_LEN + 1];

char szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN + 1];

unsigned short iMaxSockets;unsigned short iMaxUdpDg;

char FAR * lpVendorInfo;

} WSADATA, * LPWSADATA;

wVersion，用于说明你将使用的Winsock版本。 wHighVersion ，用于说明现存最高Winsock库。切记在上述两个字段中，高字节描述Winsock副版本，低字节描述主版本。
SzDescription和szSystemStatus字段是具体执行的时候才填充的，对于我们来说并不用去设置。
更不要去设置后面的iMaxSockets和iMaxUdpDg字段。这两个字段是为最大并发套接字数以及最大数据报长度而预留的；那，如果你要想知道最大数据报长度怎么办呢？这时你应该通过调用WSAEnumProtocols来实现。最大并发套接字数也并非你想的那么神秘——它物理资源的多少有关。至于最后那个lpVendorInfo字段是为了向前兼容而保留的，一般我们都不予理睬。

除了每种Windows平台支持的Winsock的版本。 实际上，只需记住主版本的不同就行了。 不同平台支持的Winsock版本
Platform Winsock Version Windows 95 1.1 (2.2) Windows 98 2.2
Windows Me 2.2 Windows NT4.0 2.2 Windows 2000 2.2 Windows XP 2.2
Windows CE 1.1

正如你看到的，几乎所有的平台只支持2.2。但是，你也不是必须要使用最新的版本。比如，你要写一个适用于大多数Windows平台的程序，就得使用Winsock 1.1。这个程序就会很好的运行在NT 4.0平台上,因为所有的Winsock 1.1调用都将映射到Winsock 2 DLL 来执行。同样的如果将来推出的平台支持更高级的Winsock库，你目前的程序仍然可以很好的在新平台上跑起来——至少理论上如此。但在某些情况下，Winsock的堆栈操作并不完全依照规范所说明的那样执行。而结果是，许多程序员在写程序时，是依照目标平台的规范来进行开发的。
大多数情况下，写一个新的程序时，你最好加载目前最新的版本。我们假设若支持Winsock 3的新平台发布了，而你在NT4.0下进行开发。那么，你的Winsock2.2程序会在新平台上按预期那样运行。但如果你试图使用比你目前平台所支持更高的Winsock版本，WSAStartup 将会失败。回忆一下前面讲的， WSADATA 的wHighVersion参数就是用来说明你目前开发平台所支持的最高Winsock版本的。
当你的程序使用Winsock接口完成了通信，就应该调用WSACleanup函数来释放相关资源和取消任何被挂起的Winsock调用。WSACleanup定义如下：
int WSACleanup(void);
若你的程序因为其它原因而终止，而没来得及调用WSACleanup也不会有什么危害，因为操作系统会自动释放相关资源；当然你要做的是在每一个WSAStartup建立的通信使用完毕后调用WSACleanup来释放资源。

错误检测及处理

一开始就讲错误检测和处理,是因为它对于写出一个成功的Winsock项目来说非常重要。事实上Winsock函数报错是很常见的事情；当然，一些错误并不会被自动发现，而通信调用仍然占用socket。大多数非成功的Winsock调用会抛出“SOCKET_ERROR”错误，当然这也不是绝对的。当涉及到具体的API调用时，我们会指出返回错误代码。“SOCKET_ERROR”实际上是一个代表-1的常量。 使用函数WSAGetLastError可以得到由Winwock函数抛出的错误信息。WSAGetLastError函数定义如下： int WSAGetLastError (void);
在一个错误出现时调用该函数会返回一个int型的代码来标志一个特定的错误。这些错误代码是在WINSOCK.H或WINSOCK2.H中预先约定好的常量。这两个库中的错误代码唯一不同的是WINSOCK2为新的API增加了一些新错误代码，而已有的那些并没有变。此类常量定义了各种错误代码 (用#号指明)通常以WSAE开头。当然，你也可以自己在程序中定义符合自己习惯的错误代码常量。
下面这段程序描述了如何利用现有知识构造一个Winsock程序的骨架：

#include <winsock2.h> void main(void)

{

WSADATA wsaData; // 初始化

Winsock 2.2if ((Ret = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData)) != 0) {

    // 注意：若Winsock加载失败我们就没法继续使用

        printf("WSAStartup failed with error %d\n", Ret);

        //WSAGetLastError可以用于检测加载失败的具体原因 

        return; 

} //这里放置Winsock通信的具体代码 // 当你的程序调用完Winsock后，要调用
  

WSACleanup()来释放资源 

if (WSACleanup() == SOCKET_ERROR) {
     printf("WSACleanup failed with error %d\n",WSAGetLastError()); 
}

}

好，接下来我们就要开始讨论如何使用网络协议建立通信。

协议地址

为简单起见，接下来只讨论如何使用基本的Winsock调用来实现通过IP协议进行基本的网络通信。之所以选择IP协议，是因为今天大多Winsock程序都使用该协议，IP协议是Internet上最流行的协议。我们之前提到过，Winsock是一种协议无关的接口，这里IP协议的讨论只限于IPV4。

将会给出一个通过IPV4建立Winsock链接并通信。IP协议受到绝大部分计算机操作系统的支持，不仅可以用做局域网通信，更能用于广域网的通信（如Inernet）。在设计之初，IP协议就是基于非链接的，并且不保证数据的正确传送。另外两个高层协议——传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）以及用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）——分别是用于基于链接和非链接的数据通信协议。这两个协议我们稍后再讲。TCP协议和UDP协议都是基于IP协议进行同信的，所以我们通常把他们合起来称呼为TCP/IP协议和UDP/IP 。要在Winsock中使用IPV4，你就必须理解IPV4的编址方案。 IPv4地址
在IPv4中，网络上的计算机地址被定义为32位长。当一个客户端想要与服务端通过TCP或UDP进行同信时，必须指定服务端的IP地址和服务端口号。同时，当服务端要监听来自客户的请求，它就必须预先制定指定端口号。SOCKADDR_IN 结构体定义如下：

struct sockaddr_in { 

short sin_family;

u_short sin_port;

struct in_addr sin_addr;

char sin_zero[8];

};

sin_family字段必须设置为AF_INET，以告诉Winsock我们使用的是IP协议簇。
sin_port字段定义了TCP或UDP通信用于唯一标志一个服务的端口号。程序可能会经常小心的选择一个端口，因为也许某一个端口正被未知程序所占用。

SOCKADDR_IN结构体中的sin_addr字段用于存放一个4字节的IPV4地址。根据使用情况的不同，有两种不同的地址格式，分别为本地地字节序格式和网络字节序格式。IP地址通常以“a.b.c.d”的形式表示，每一个字母都代表了一个数字（十进制、八进制或十六进制）用于表示一个字节的数据。按照从左到右的顺序四个字节表示了一个完整长整型的地址（32位）
sin_zero字段只用于把SOCKADDR_IN结构体填充成和SOCKADDR结构体相同的大小。
有一个很有用的函数名叫inet_addr能够将点分的IP地址字符串转化为32位无符号长整形数。该函数定义如下：

unsigned long inet_addr(const char FAR *cp );

Cp字段是一个以空结束的字符串，用于接受点分形式的IP地址。要注意，这个函数返回的IP地址是一个网络字节序的32位无符号长整形数据。

字节序

不同的计算机系统（处理器）处理字节的顺序是不同的，分为big-endian字节序和little-endian字节序两种形式。这两者的区别在于little-endian是高地址字节表示高位，低地址字节表示低位，读的时候从高地址字节读向低地址字节；而big-endian正好相反，即低地址字节表示高位，高地址字节表示低位，读的时候从低地址字节读向高地址字节。在Winsock编程中，我们把litle-endian字节序称为“本地字节序”，把big-endian字节序又称为“网络字节序”。
下面四个函数可以进行网络字节序到本地字节序的转化:

u_long htonl(u_long hostlong);

int WSAHtonl( SOCKET s,u_long hostlong,u_long FAR * lpnetlong);

u_short htons(u_short hostshort);

int WSAHtons(SOCKET s,u_short hostshort,u_short FAR * lpnetshort);

htonl函数和WSAHtonl函数中的参数hostlong是一个本地字节序的四字节数字。htonl函数返回相应的网络字节序，而WSAHtonl函数返回有多少个本地字节转化为网络字节，并且填充指向转化后字节序的指针。而下面两个函数操作的就不是四字节，而是两字节了，功能和上述两个函数类似。
相应的，下面四个函数何以进行网络字节序到网络本地序的转化：

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);

不用多说了吧，只不过是反过来了而已，参数意义都很类似的。
我们紧接着就要给出一个给IPV4编址，并且使用iet_addr和htons函数将其填入SOCKADDR_IN结构的例子：

SOCKADDR_IN InternetAddr;

INT nPortId = 5150; 
InternetAddr.sin_family = AF_INET; // 转化IP 127.0.0.1为长整型数 
InternetAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 变量nPortId以本地字节序存储 // 把nPortId转化为网络字节序
InternetAddr.sin_port = htons(nPortId);

这时你可能会说：这样以来IP地址就不好记啦！毕竟我们经常使用点分法表示IP地址，这下换成长整型表示很不习惯。那有没有一个函数可以帮我们进行“翻译”呢？当然！不过先不告诉你，等到以后再讨论这类问题（这类问题还包括如何将一个主机名转化为IP地址和端口号）。
好啦，现在你已经对编址(如IPV4)有了一个基本印象，接下来就可以了解一下怎样创建一个sorekt。那就先到这儿吧！

参考书籍《Windows网络编程》第二版