【vc】14_网络编程_socket编程
1、计算机网络基本知识
最简单的网络程序如图：
提示：IP地址就相当于一个公司的总机号码，端口号就相当于分机号码。在打电话时，拨通总机后，还需要转到分机上。
（1）协议
·为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定（=语义+语法+规则）；
·不同层具有各自不同的协议；
（2）网路的状况
·多种通信媒介---有线、无线···
·不同种类的设备---通用、专用···
·不同的操作系统---UNIX、Windows···
·不同的应用环境---固定、移动···
·不同的业务种类---分时、交互、实时···
·宝贵的投资和积累---有形、无形···
·用户业务的延续性---不允许出现大的跌岩起伏；
他们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。
（3）ISO/OSI七层参考模型
·物理层：提供二进制传输，确定在通信信道上如何传输比特流；
·数据链路层：提供介质访问，加强物理层的传输功能，建立一条无差错的传输线路；
·网络层：提供IP寻址和路由（网络上数据可以经由多条线路到达目的地，网络层负责找出最佳的传输线路）；
·传输层：为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务，隔离网络的上下层协议，使得网络应用与下层协议无关；
·会话层：在两个相互通信的应用进程之间建立、组织和协调其相互之间的通信；
·表示层：处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义；如有必要，可使用一种通用的数据表示格式，在多种数据表示之间进行转换。例如在日期、货币、数值等本地数据表示格式和标准数据表示格式之间进行转换，还有数据的加解密、压缩和解压缩等；
·应用层：为用户的网络应用程序提供网络通信的服务；
注意：在进行一次网络通信时，每一层为本次通信提供本次的服务（通信实体的对等体之间不允许直接通信）；
各层之间是严格单向依赖；
上层使用下层提供的服务---Service user；
下层向上层提供服务---Service provider；
（图片引用于别处）
应用层、传输层、网络层各使用的协议：
应用层：Telnet（远程登录协议）、FTP（文件传输协议）、HTTP（超文本传输协议）、DNS（域名服务）、SMTP（简单邮件传输协议）、POP3（邮局协议）等；
传输层：TCP（传输控制协议）、UDP（用户数据报协议）;
网络层：网际协议IP、Internet互联网控制报文协议ICMP、Internet组管理协议IGMP；
（4）数据封装
·一台计算机要想另一台计算机发送数据，首先必须将该数据打包，打包的过程成为封装（即：在数据前面加上特定的协议头部）；
·PDU(协议数据单元)：对等层协议之间交换的信息单元的统称；
·头部含有的数据中含有王城数据传输所需的控制信息；
（5）TCP/IP模型
（6）端口
·传输层提供进程（活动的应用程序）通信的能力；为了标识通信实体中进行通信的进程（应用程序），TCP/IP协议提出了协议端口（protocol port，简称端口）的概念；
·端口用一个整数型标识符来表示，即端口号；端口号跟协议相关，TCP/IP传输层的两个协议TCP和UDP是完全独立的两个软件模块，因此各自的端口号也相互独立；
·我们在编写网络应用程序时，要为程序指定1024以上的端口号；1024以下端口号保留给预定义的服务；
（7）套接字的引入
·套接字存在于通信区域中；通信区域也叫地址族，主要用于将通过套接字通信的进程的共有特性综合在一起；
·套接字通常只与同一区域的套接字交换数据（也有可能跨区域通信，但这只在执行了某种转换进程后才能实现）；
·Windows Sockets只支持一个通信区域：网际域（AF_INET），这个域被使用网际协议簇通信的进程使用；
（8）网络字节顺序
·不同的计算机存放多字节的顺序不同；
·基于Inter的CPU，采用的是低位先存。为保证数据的正确性，在网络协议中需要指定网络字节顺序，TCP/IP协议使用16位整数和32位整数的高位先存格式；
·网络中不同主机间进行通信时，要同一采用网络字节顺序；
（9）客户机/服务器模式
图片来自：http://pic002.cnblogs.com/images/2012/387401/2012111509190090.jpg
客户机/服务器在操作过程中采用主动请求的方式，首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应的服务：
①打开一个通信通道并告知本地主机，他愿意在某一地址可端口上接收客户请求；
②等待客户请求到达该端口；
③接收到重复服务请求，处理请求并发送应答信息。接收到并发起服务请求，要激活一个新的进程（或线程）来处理这个客户请求。新进程（或线程）处理此客户请求，并不需要对其他请求做出应答。服务完成后，关闭此新进程与客户的通信链接，并终止；
④返回第二步，等待另一客户请求；
⑤关闭服务器；
客户方：
①打开一个通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口；
②想服务器发送服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求；
③请求结束后关闭通信通道并终止；
2、Windows Sockets的实现
Socket是连接应用程序与网络驱动程序的桥梁，Socket在应用程序中创建，通过绑定操作与驱动程序建立关系。此后，应用程序送给Socket的数据，由Socket交给驱动程序向网络上发送出去。计算机从网络上收到与该Socket绑定的IP地址和端口号相关的数据后，由驱动程序交给Socket。应用程序便可从该Socket中提取接收到的数据。
（1）套接字的类型
·流式套接字（SOCK_STREAM）
提供面向连接、可靠的数据传输服务，数据乌差错、无重复的发送，且按接发送顺序接收；SOCK_STREAM是基于TCP协议实现的；
·数据报式套接字（SOCK_DGRAM）
提供无连接服务；数据包以独立包形式发送，不提供无差错保证，数据可能丢失和重复，并且接收顺序混乱；SOCK_DGRAM是基于 UDP协议实现的；
·原始套接字（SOCK_RAW）
（2）基于TCP（面向连接）的Socket编程
基于基于TCP（面向连接）的Socket编程的服务端程序流程如下：
①创建套接字（socket）；
②将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）；（解释：告诉本地主机它打算在哪个IP地址和哪个端口上等待客户请求）
③将套接字设为监听模式，准备接收客户请求（listen）；
④等待客户请求到来；当请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此连接的套接字（accept）；
⑤用返回的套接字和客户端进行通信（send/recv）；
⑥返回，等待另一个客户请求；
⑦关闭套接字；
基于基于TCP（面向连接）的Socket编程的客户端程序流程如下：
①创建套接字（socket）；
②向服务器发出连接请求（connect）；
③和服务器端进行通信（send/recv）；
④关闭套接字；
在服务器端，当调用accept函数时，程序就会等待，等待客户端调用connect函数发出连接请求，然后服务器端接收该请求，于是双方就建立了连接，之后，服务器端和客户端就可以利用send和recv函数进行通信了。
（3）基于UDP（面向无连接）的socket编程
接收端（服务器端）：先启动的一端；发送端（客户端）：发送数据的一端；
接收端程序的编写：
①创建套接字（socket）；
②将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）；（解释：接收端告诉本地主机，它是在哪个地址和端口上等待数据的到来）
③等待接收数据（recvfrom）；
④关闭套接字；
客户端程序的编写：
①创建套接字（socket）；
②向服务器发送数据（sendto）；
③关闭套接字；
提示：套接字表示了通信的端点；利用套接字通信与利用电话机通信是一样的，套接字相当于电话机，IP地址相当于总机号码，端口号相当于分机。
3、相关函数
（1）WSAStartup函数
int WSAStartup( WORD wVersionRequested, //指定准备加载的Winsock库的版本； LPWSADATA lpWSAData //是一个返回值，指向WSADATA结构的指针 ); //lpWSAdata：这是一个返回值，指向WSADATA结构的指针，WSAStartup函数用其加载的库版本有关的信息填在这个结构中；
·功能：①加载套接字库；
②进行套接字库的版本的协商（确定将使用的socket版本）；
·对于每一个WSAStartup函数的成功调用（即成功加载WinSock动态库后），在最后对应一个WASCleanUp调用，来释放该程序占用的资源，终止对WinSock动态库的使用。
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;
·WSAStartup函数把WSADate结构中的第一个字段wVersion设置为打算使用的Winsock版本，wHighVersion字段容纳的是现有的Winsock库的最高版本；
·注意：这两个字段中，高位字节代表的是Winsock副版本，而低字节代表的则是Winsock朱版本；
（2）socket函数
SOCKET socket( int af, //指定地址簇，对于TCP/IP协议的套接字，它只能是AF_INET（或PF_INET）； int type, //指定socket类型（SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM） int protocol //与特定的地址家族相关的协议； );
·如果socket函数调用成功，它就会返回一个新的SOCKET数据类型的套接字描述符；调用失败，返回一个INVALID_SOCKET值，错误信息可以通过WSAGetLastError函数返回。
（3）bind函数
int bind( SOCKET s, //指定要绑定的套接字； const struct sockaddr FAR *name, //指向sockaddr结构的指针变量，指定了该套接字的本地地址信息； int namelen //指定sockaddr地址结构的长度； );
·name：指定了该套接字的本地地址信息；指向sockaddr结构的指针变量，由于该地址结构是为所有的地址家族准备的，这个结构可能随所使用的网络协议不同而不同，故：第三个参数（namelen）指定改地址结构的长度；
·功能：创建套接字成功之后，将该套接字绑定到本地的某个地址和端口上；
sockaddr结构定义如下：
struct sockaddr { u_short sa_family; char sa_data[14]; };
·sockaddr结构的第一个字段（sa_family）指定地址家族，对于TCP/IP协议的套接字，必须设置为AF_INET；
·第二个地段（sa_data）仅仅是表示要求一块内存分配区，起到占用的作用，该区域中指定与协议相关的具体地址信息；
·注意：由于实际要求的只是内存去，所以对于不同的协议家族，用不同的结构来替代sockaddr。处理sa_family外，sockaddr是按网络字节顺序表示的。
**在基于TCP/IP的socket编辑过程中，可以用sockaddr_in结构替换sockaddr以方便我们填写地址信息**。
sockaddr_in结构体的定义如下：
struct sockaddr_in{ short sin_family; //表示地址族；（对于IP地址，改变量一直是AF_INET） unsigned short sin_port; //指定将要分配给套接字的端口； IN_ADDR sin_addr; //给出套接字的主机IP地址； char sin_zero[8];}; //填充数（使sockaddr_in和sockaddr长度一样）；
·sockaddr_in结构中sin_addr成员的类型是in_addr，该结构的定义如下所示：
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; };
·提示：in_addr结构实际上是一个联合，通常利用这个结构将一个点分十进制格式的IP地址转换为u_long类型，并将结果赋给成员S_addr。
（4）inet_addr和inet_intoa函数
unsigned long inet_addr( const char FAR *cp );
·inet_addr函数需要一个字符串作为其参数，该字符串指定了以点分十进制格式表示的IP地址（如192.168.0.16）；而且inet_addr函数会返回一个适合分配给S_addr的u_long类型的数值；
char FAR * inet_ntoa( struct in_addr in );
·inet_ntoa函数完成与inet_addr相反的转换，它接收一个in_addr结构体类型的参数并返回一个以点分十进制格式表示的IP地址字符串；
（5）listen函数
int listen( SOCKET s, // 套接字描述符； int backlog // 等待**连接队列**的最大长度； );
·作用：将指定的套接字设置为监听模式；
（6）accept函数
SOCKET accept( SOCKET s, //套接字描述符，该套接字已经通过listen函数将其设置为监听状态； struct sockaddr FAR *addr, int FAR *addrlen //是一个返回值，指向一个整型的指针，返回包含地址信息的长度； );
·功能：接受客户端发出的连接请求；
·addr参数：指向一个缓冲区的指针，该缓冲区用来接收连接实体的地址，也就是当客户端服务器发起连接，服务器接受这个连接时，保存发起连接的这个客户端的IP地址信息和端口信息；
（7）send函数
int send( SOCKET s, //一个已经建立连接的套接字； const char FAR *buf, //buf指向一个缓冲区，该缓冲区包含将要传递的数据； int len, //len是缓冲区的长度； int flags //flogs：设定的值将影响函数的行为，一般将器设置为0即可； );
·功能：通过一个已建立连接的套接字发送数据；
（8）recv函数
int recv( SOCKET s, //s：建立连接后准备接收数据的那个套接字； char FAR *buf, //buf：指向缓冲区的指针，用来保存接收的数据； int len, //len：缓冲区的长度； int flags //同send的flags； );
·功能：从一个已连接的套接字接收数据；
（9）connect
int connect( SOCKET s, //s:即将在其上建立连接的那个套接字； const struct sockaddr FAR *name, //name：设定连接的服务器地址信息； int namelen //namelen：指定服务器端地址的长度； );
·功能：将与一个特定的套接字建立连接；
（10）recvfrom
int recvfrom( SOCKET s, //s:准备接收数据的套接字； char FAR* buf, //buf:指向缓冲区的指针，该缓冲区用来接收数据； int len, //len：缓冲区长度； int flags, //不解释 struct sockaddr FAR *from, //from：是一个指向地址结构的指针，主要是用来接收发送数据方的地址信息； int FAR *fromlen //整型指针，且是一个in/out类型的参数； )；
·功能：将接收一个数据报信息并保存源地址；
·fromlen：是一个in/out类型的参数，表明在调用前需要给它指定一个初始值，当函数调用之后，会通过这个参数返回一个值，该返回值是底地址结构的大小；
（11）sendto
int sendto( SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags, const struct sockaddr FAR *to, //可选的指针，指定目标套接字的地址； int tolen //tolen：是参数to中指定的地址的长度； );
·功能：将向一个特定的目的方发送数据；
（12）htons 和htonl 函数
u_short htons( u_short hostshort //hostshort：是一个以主机字节顺序表示的16为数值； );
·功能：（Windows Sockets的htons函数）将把一个u_short类型的值从主机字节顺序转换为TCP/IP网络字节顺序；
u_long htonl( u_long hostlong //是一个以主机字节顺序表示的32位数值； );
·功能：将把一个u_long类型的值从主机字节顺序转换为TCP/IP网络字节顺序；
4、基于TCP的网络应用程序的编写
服务器端程序：
#include <stdio.h> #include <Winsock2.h> void main() { //加载套接字库 WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData; int err; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); //MAKEWORD宏创建一个包含一个请求版本号的WORD值； //MAKEWORD(x,y)宏(x是高位字节, y是低位字节)可以方便的获取wVersionRequested的正确值； err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); if ( err != 0 ) { return; } if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) { WSACleanup( ); return; } //①创建用于监听的套接字 SOCKET sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); SOCKADDR_IN addrSrv; addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); addrSrv.sin_family = AF_INET; addrSrv.sin_port = htons(6000); bind(sockSrv, (sockaddr*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR) ); //②绑定套接字 listen(sockSrv, 5); //③将套接字设为监听模式，准备就收客户请求 SOCKADDR_IN addrClient; int len = sizeof(SOCKADDR); while(1) { SOCKET sockConn = accept(sockSrv, (SOCKADDR*)&addrClient, &len); //④等待客户请求到来 char sendBuf[100]; sprintf(sendBuf, "welcome %s to http://www.cnblog.com.aze-003", inet_ntoa(addrClient.sin_addr)); send( sockConn, sendBuf, strlen(sendBuf)+1, 0); //发送数据 注意：“+1”：表示增加1个“\0”结尾标志； char recvBuf[100]; recv( sockConn, recvBuf, 100, 0); //接收数据 printf("%s\n", recvBuf); //打印接收的数据 closesocket(sockConn); //⑦关闭套接字 } } /* ④等待客户请求到来;当请求到来后，接收连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字（accept） ⑤用返回的套接字和客户端进行连接通信（send/recv）； ⑥返回，等待另一客户请求； 注意：在调用accept函数前，必须为它的第三个参数赋予一个初始值，即：SOCKADDR_IN结构体的长度； 进入循环，首先调用accept函数等待并接收客户的连接请求，其中第一个参数是处于监听状态的套接字； 第二个参数利用addrClient变量接收客户端的地址信息。当客户端连接请求到来时，该函数接受该请求，建 立连接，同时它将返回一个相对于当前这个新连接的一个套接字描述符，保存于sockConn变量中，然后利用 这个套i蛾子就可以与客户端进行通信了，而我们先前的套接字仍然继续监听客户端的连接请求； */
客户端程序：
#include <stdio.h> #include <Winsock2.h> void main() { //加载套接字库 WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData; int err; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); if ( err != 0 ) { return; } if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) { WSACleanup( ); return; } //①创建套接字 SOCKET sockClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); SOCKADDR_IN addrSrv; addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1"); addrSrv.sin_family = AF_INET; addrSrv.sin_port = htons(6000); //②向服务器发出连接请求 connect(sockClient, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR)); //③和服务器进行通信（send/recv） char recvBuf[100]; recv(sockClient, recvBuf, 100, 0); //接收数据 printf("%s\n", recvBuf); send(sockClient, "this is lisi", strlen("this is lisi")+1, 0); //发送数据 closesocket(sockClient); //④关闭套接字 WSACleanup(); }
5、基于UDP的网络应用程序的编写
服务器端程序：
//UDP_Srv.cpp #include <stdio.h> #include <Winsock2.h> void main() { //加载套接字库 WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData; int err; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); if ( err != 0 ) { return; } if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) { WSACleanup( ); return; } //①创建套接字 SOCKET sockSrv = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); SOCKADDR_IN addrSrv; addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(ADDR_ANY); addrSrv.sin_family = AF_INET; addrSrv.sin_port = htons(6000); //②绑定套接字 bind(sockSrv, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR)); //③等待并接收数据 （UDP服务器就是一个接收端） SOCKADDR_IN addrClient; int len = sizeof(SOCKADDR); char recvBuf[100]; recvfrom(sockSrv, recvBuf, 100, 0, (SOCKADDR*)&addrClient, &len); printf("%s\n", recvBuf); closesocket(sockSrv); //④关闭套接字 WSACleanup(); }
客户端程序：
//UDP_Client.cpp #include<WINSOCK2.H> #include<STDIO.H> void main() { //加载套接字库 WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData; int err; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); if ( err != 0 ) { return; } if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) { WSACleanup( ); return; } //创建套接字 SOCKET sockClient = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); SOCKADDR_IN sockSrv; sockSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1"); sockSrv.sin_family = AF_INET; sockSrv.sin_port = htons(6000); //发送数据 sendto(sockClient, "hello!", strlen("hello!")+1, 0, (SOCKADDR*)&sockSrv, sizeof(SOCKADDR)); //关闭套接字 closesocket(sockClient); WSACleanup(); }
2014-08-14
23:56:21
