win32 socket 编程（三）——TCP/IP

　　一、TCP/IP解析

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：

　　1.1、是由内核直接提供的系统调用；

　　1.2、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。

二、TCP/IP服务器及客户端操作流程

2.1服务器操作流程

　　2.1.1 加载套接字库。在初始化阶段调用 WSAStartup()

此函数在应用程序中初始化 Windows Sockets DLL,只有此函数调用成功后,应用程序才可以再调用其他Windows Sockets DLL 中的 API 函数。该函数原型

int WSAStartup(WORD wVersionRequested,  LPWSADATA lpWSAData);

参数：

　　 wVersionRequested：Socket的版本号；

　　WORD 类型、MAKEWORD、LOBYTE、HIBYTE 宏  ；

　　WORD 类型是一个 16 位的无符号整型， 在 WTYPES.H 中被定义为：  typedef unsigned short  WORD;  

其目的是提供两个字节的存储， 在 Socket 中这两个字节可以表示主版本号和副版本号。  使用 MAKEWORD 宏可以给一个 WORD 类型赋值。例如要表示主版本号 2，副版本号 0，可以使用如下代码：  

　

　WORD wVersionRequested;  

　wVersionRequested = MAKEWORD(2, 0);  

 

注意：低位内存存储主版本号2，高位内存存储副版本号0，其值为 0x0002。  使用宏 LOBYTE 可以读取 WORD 的低位字节HIBYTE 可以读取 WORD 的高位字节。　　　　lpWSAData：指向一个用于存储 Socket 库信息的WSAStartup结构。

返回值：

　　a) 等于0，初始化成功;

　　b)不等于0， 初始化失败;

　　2.1.2 创建套接字 Socket

　　初始化 WinSockt 的动态连接库后,需要在服务器端建立一个监听的 Socket,为此可以调用 Socket()函数用来建立这个监听的 Socket,并定义此 Socket 所使用的通信协议.此函数调用成功返回 Socket 对象,失败则返回 INVALID_SOCKET.调用 WSAGetLastError()可得知原因,所有 WinSocket 的 API 函数都可以使用这个函数来获取失败的原因。函数原型如下：

SOCKET socket(int af,int type,int protocol)

参数:

a)af: 代表网络地址族，目前只有一种取值有效，即 AF_INET, 代表 internet 地址族。

b) type: 代表网络协议类型， SOCK_DGRAM 代表 UDP 协议， SOCK_STREAM 代表 TCP 协议。   

c) protocol: 指定网络地址族特殊协议，目前无用，赋值0即可。

如果要建立的是遵从 TCP/IP 协议的 socket,第二个参数 type 应为 SOCK_STREAM，如为 UDP(数据报)的socket,应为 SOCK_DGRAM。sockets(套接字)编程有三种:流式套接字(SOCK_STREAM),数据报套接字(SOCK_DGRAM),原始套接字(SOCK_RAW)。基于 TCP 的 socket 编程是采用的流式套接字。

返回值：SOCKET 类型

SOCKET 是 socket 套接字类型，在 WINSOCK2.H 中有如下定义：  

typedef unsigned u_int;  

typedef u_int    SOCKET;  

可知套接字实际上就是一个无符号整形，它将被 Socket 环境管理和使用。  套接字将被创建、设置、用来发送和接收数据，最后会被关闭。 

　　2.1.3绑定端口（blind）

　　将创建的套接字绑定到本机地址的某一端口上，接下来要为服务器端定义的这个监听的 Socket 指定一个地址及端口(Port),这样客户端才知道待会要连接哪一个地址的哪个端口,为此要调用 bind()函数,该函数调用成功返回 0,否则返回 SOCKET_ERROR.

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

参 数:

a)s:被绑定的套接字

b) 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。

c) namelen：第二个参数name 的长度;

　　如果使用者不在意地址或端口的值,那么可以设定地址为 INADDR_ANY,及 Port 为 0。对于多接口主机使用INADDR_ANY指定了一个通配地址,让该主机的任何一个IP地址都匹配。Windows Sockets会自动将其设定适当之地址及 Port(1024 到 5000 之间的值)。此后可以调用 getsockname()函数来获知其被设定的值。

下面对其涉及的类型作一番解析：  

(1) sockaddr_in类型： 

sockaddr_in 定义了socket发送和接收数据包的地址，其定义如下：  

strucrt  sockaddr_in  

{  

    short       sin_family;  

    u_short      sin_port;  

    struct in_addr  sin_addr;  

    char        sin_zero[8];  

};  

其中 in_addr 定义如下：  

struct in_addr  

{  

    union  

    {  

        struct {u_char   s_b1, s_b2, s_b3, s_b4} S_un_b;  

        struct {u_short  s_w1, s_w2} S_un_w;  

        u_long S_addr;  

    }S_un;  

};  

首先阐述 in_addr 的信义。  很显然它是一个存储 ip 地址的联合体，有三种表达方式：  

a)第一种用四个字节来表示IP地址的四个数字；  

b) 第二种用两个双字节来表示IP地址；  

c) 第三种用一个长整型来表示IP地址；  

给 in_addr 赋值的一种最简单方法是使用 inet_addr 函数，它可以把一个代表IP地址的字符串赋值。转换为in_addr类型。如：  

addrServer.sin_addr = inet_addr("192.168.0.2");  

其反函数是 inet_ntoa，可以把一个 in_addr 类型转换为一个字符串。  

sockaddr_in的含义比in_addr的含义要广泛，其各个字段的含义和取值如下：  

a)第一字段 short sin_family，代表网络地址族，如前所述，只能取值AF_INET;  

b) 第二字段 u_short  sin_port，代表IP地址端口，由程序员指定；  

c) 第三字段 struct in_addr  sin_addr，代表IP地址；  

d)第四个字段char sin_zero[8]，是为了保证sockaddr_in与SOCKADDR类型的长度相等而填充进来的字段。  

(2) sockaddr 类型

sockaddr 类型是用来表示 Socket 地址的类型，同 socketaddr_in 类型相比，sockaddr 的适用范围更广。

TCP/IP 地址。sockaddr 的定义如下：

struct sockaddr  
{  
     ushort  sa_family;  
     char    sa_data[14];  
}; 

可知sockaddr 的16个字节，而sockaddr_in也有16个字节，所以sockaddr_in是可以强制类型转换为sockadddr的。事实上也往往使用这种方法。

　　2.1.4为套接字设置监听模式，准备客户请求。

　　当服务器端的 Socket 对象绑定完成之后,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.listen()函数使服务器端的 Socket 进入监听状态,并设定可以建立的最大连接数(目前最大值限制为 5,最小值为 1).该函数调用成功返回 0,否则返回 SOCKET_ERROR。

int listen(SOCKET s,int backlog );

参 数:

a) s:需要建立监听的 Socket;

b) backlog:最大连接个数;

　　2.1.5  接受连接请求

　　当 Client 提出连接请求时,Server 端 hwnd 视窗会收到 Winsock Stack 送来自定义的一个消息,这时可以分析 lParam,然后调用相关的函数来处理此事件。为了使服务器端接受客户端的连接请求,就要使用accept()函数,该函数新建一 Socket 与客户端的 Socket 相通,原先监听之 Socket 继续进入监听状态,等待他人的连接要求。该函数调用成功返回一个新产生的 Socket 对象,否则返回 INVALID_SOCKET。

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

参数:

a) s: 监听套接字

b) addr:存放来连接的客户端的地址、端口信息;

c) addrlen:addr 的长度

　　2.1.6  用新返回的套接字和客户端进行通信。send/recv

send函数通过一个已建立连接的套接字发送数据，函数声明如下：

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

参数:

a) s: 是一个已建立连接的套接字。

b) buf：指向一个缓冲区，该缓冲区包含将要传递的数据。

c) len：缓冲区的长度。

d) flags：收发数据方式的标识，如果不需要特殊要求可以设置为0。

调用send函数向客户端发送数据，注意这个函数使用的套接字需要使用已建立连接的那个套接字，而不是用于监听的那个套接字。

recv函数从一个已连接的套接字接收数据。函数原型如下：

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

参数：

a) s:建立连接之后准备接收数据的那个套接字。

b) buf：指向缓冲区的指针，用来保存接收的数据。

c)len：缓冲区的长度。

d)flags：收发数据方式的标识，如果不需要特殊要求可以设置为0。

发送完数据之后还可以从客户端接收数据，这可以使用recv函数，应注意该函数的第一个参数也应该是建立连接之后的那个套接字，并且定义一个字符数组recvBuf，用来保存接收的数据。

　　2.1.6 关闭套接字

　　结束服务器和客户端的通信连接是很简单的,这一过程可以由服务器或客户机的任一端启动,只要调用closesocket()就可以了,而要关闭 Server 端监听状态的 socket,同样也是利用此函数.另外,与程序启动时调用 WSAStartup()函数相对应,程式结束前,需要调用 WSACleanup()来通知 Winsock Dll 释放 Socket 所占用的资源.这两个函数都是调用成功返回 0,否则返回 SOCKET_ERROR

int PASCAL FAR closesocket( SOCKET s );

参数:

s:Socket 的识别码;

int PASCAL FAR WSACleanup( void );