windows socket网络编程基础知识

下面介绍网络7层协议在WINDOWS的实现: 

7层协议 WIN系统 
________________________________________ 
7 应用层 7 应用程序 
________________________________________________ 
6 表示层 6 WINSOCK API(DLL) 
___________________________________________ 
5 会话层 5 SPI(DLL) 
__________________________________________________ 
4 传输层 4 TDI(VXD,SYS) 
___________________________________________________ 
3 网络层 3 NDIS(VXD,SYS) 
__________________________________________________ 
2 数据链路层 2 网卡驱动程序(VXD,SYS) 
___________________________________________ 
1 物理层 1 网卡 
_________________________________________________ 
相信这个映射图可以让大家比较清楚了解他们的对应关系 


TCP协议图示 

应用程序协议 HTTP FTP TELNET 
传输协议 TCP UDP 
网际协议 IP 
物理层协议 网卡 

IP协议保证数据的传输,TCP协议保证数据传输的质量. 
TCP/IP协议基于四层结构:应用层,传输层,网络层,接口层,数据在传输时每通过一层就要在数据上加个头,其中的数据供接受端同层使用,在 
接收端,每经过一层就把头去掉,来保证传输数据格式的一致. 


TCP头部结构: 
16位源端口号 16位目的端口号 
_______________________________________________________________________________ 
32位序列号 
___________________________________________________________________________ 
32位确认号 
_____________________________________________________________________________________ 
4位首部长度+6位保留字 6位标志 16位窗口大小 
_______________________________________________________________________________________ 
16位效验和 16位紧急数据偏移量 
_____________________________________________________________________________________ 
数据段 
_______________________________________________________________________________ 


IP头部结构: 
4位IP版本号 4位首部长度 8位服务类型 16位总长度 
___________________________________________________________________________________________ 
16位标示 3位标志和偏移 
__________________________________________________________________________ 
8位生存时间 8位协议 16位IP首部效验和 
_________________________________________________________________________________________ 
32位源IP地址 
___________________________________________________________________________________________ 
32位目的IP地址 
________________________________________________________________________________________ 
TCP头和数据 

____________________________________________________________________________ 
第四节 关于服务器和客户端编程 


在网络编程中,最常用和最基础的就是WINSOCK. 现在我们讨论WINDOWS下的SOCKET编程. 

大凡在WIN32平台上的WINSOCK编程都要经过下列步骤: 
定义变量->获得WINDOCK版本->加载WINSOCK库->初始化->创建套接字->设置套接字选项->关闭套接字>卸载WINSOCK库->释放资源 

下面介绍WINSOCK C/S的建立过程: 

服务器 客户端 
________________________________________________ 
1 初始化WSA 1 初始化WSA 
____________________________________________________ 
2 建立一个SOCKET 2 建立一个SOCKET 
_____________________________________________________ 
3 绑定SOCKET 3 连接到服务器 
_____________________________________________________ 
4 在指定的端口监听 4 发送和接受数据 
_____________________________________________________ 
5 接受一个连接 5 断开连接 
______________________________________________________- 
6 发送和接受数据 
___________________________________________________ 
7 断开连接 
__________________________________________________ 

大家注意,在VC中进行WINSOCK编程时,需要引入如下两个库文件:WINSOCK.H(这个是WINSOCK API的头文件,WIN2K以上支持WINSOCK2,所以 
可以用WINSOCK2.H);Ws2_32.lib(WINSOCK API连接库文件). 
使用方式如下: 
#include 
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

大家注意,在VC中进行WINSOCK编程时,需要引入如下两个库文件:WINSOCK.H(这个是WINSOCK API的头文件,WIN2K以上支持WINSOCK2,所以 
可以用WINSOCK2.H);Ws2_32.lib(WINSOCK API连接库文件). 
使用方式如下: 
#include 
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib") 

下面我们通过具体的代码演示服务器和客户端的工作流程: 

首先,建立一个WSADATA结构,通常用wsaData 
WSADATA wsaData; 

然后,调用WSAStartup函数,这个函数是连接应用程序与winsock.dll的第一个调用.其中,第一个参数是WINSOCK 版本号,第二个参数是指向 
WSADATA的指针.该函数返回一个INT型值,通过检查这个值来确定初始化是否成功.调用格式如下:WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData),其中 
MAKEWORD(2,2)表示使用WINSOCK2版本.wsaData用来存储系统传回的关于WINSOCK的资料. 

if(iResuit=WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)!=0) 
{ 
printf("WSAStartup failed:%d",GetLastError()); //返回值不等与0,说明初始化失败 
ExitProcess(); //退出程序 
} 

应用程序在完成对请求的SOCKET库使用后,要调用WSACleanup函数来接触SOCKET库的绑定,并且释放资源. 

注意WSAStartup初始化后,必须建立一个SOCKET结构来保存SOCKET句柄. 

下面我们建立一个SOCKET. 

首先我们建立一个m_socket的SOCKET句柄,接着调用socket()函数,函数返回值保存在m_socket中.我们使用AF_INFE,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP 
三个参数.第一个表示地址族,AF_INFE表示TCP/IP族,第二个表示服务类型,在WINSOCK2中,SOCKET支持以下三种类型; 

SOCK_STREAM 流式套接字 
SOCK_DGRAM 数据报套接字 
SOCK_RAW 原始套接字 

第三个参数表示协议: 

IPPROTO_UDP UDP协议 用于无连接数据报套接字 
IPPROTO_TCP TCP协议 用于流式套接字 
IPPROTO_ICMP ICMP协议用于原始套接字 

m_socket=socket(AF_INFE,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); //创建TCP协议 

以下代码用于检查返回值是否有错误: 

if(m_scoket==INVALID_SOCKET) 
{ 
prinrf("Error at socket():%d ",GetLastError()); 
WSACleanup(); //释放资源 
return; 
} 
说明,如果socket()调用失败,他将返回INVALID_SOCKET. 


为了服务器能接受一个连接,他必须绑定一个网络地址,下面的代码展示如何绑定一个已经初始化的IP和端口的Socket.客户端程序用这个 
IP地址和端口来连接服务器. 

sockaddr_in service; 
service.sin_family=AF_INET; //INTERNET地址族 
service.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1"); //将要绑定的本地IP地址 
service.sin_port=htons(27015); //27015将要绑定的端口 


下面我们调用BIND函数,把SOCKET和SOCKADDR以参数的形式传入,并检查错误. 

if(bind(m_socket,(SOCKADDR*)&SERVICE,sizeof(service))==SOCKET_ERROR) 
{ 
printf("bind() failed. "); 
closesocket(m_socket); 
return; 
} 

当绑定完成后,服务器必须建立一个监听队列,以接受客户端的请求.listen()使服务器进入监听状态,该函数调用成功返回0,否则返回 
SOCKET_ERROR.代码如下: 

if(listen(m_socket,1)==SOCKET-ERROR) 
{ 
printf("error listening on socket. "); 
} 

服务器端调用完LISTEN()后,如果此时客户端调用CONNECT()函数,服务器端必须在调用ACCEPT().这样服务器和客户端才算正式完成通信程序的 
连接动作. 

一旦服务器开始监听,我们就要指定一个句柄来表示利用ACCEPT()函数接受的连接,这个句柄是用来发送和接受数据的表示.建立一个SOCKET句柄 
Socket AcceptSocket 然后利用无限循环来检测是否有连接传入.一但有连接请求,ACCEPT()函数就会被调用,并且返回这次连接的句柄. 

printf("waitong for a client to connect... "); 
while(1) 
{ 
AcceptSocket=SOCKET_ERROR; 
while(AcceptSocket==SOCKET_ERROR) 
{ 
AcceptSocket=accept(m_socket,NULL,NULL); 
} 
} 


下面看客户端端代码: 

sockaddr_in clientService; 
clientService.sin_family=AF_INET; //INTERNET地址族 
clientService.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1"); //将要绑定的本地IP地址 
clientService.sin_port=htons(27015); //27015将要绑定的端口 

下面调用CONNECT()函数: 

if ( connect( m_socket, (SOCKADDR*) &clientService, sizeof(clientService) ) == SOCKET_ERROR) 
{ 
printf( "Failed to connect. " ); 
WSACleanup(); 
return; 
} //如果调用失败清理退出 
//调用成功继续读写数据 

_____________________________________________________________________________________ 
到这里,服务器和客户端的基本流程介绍完毕,下面我们介绍数据交换. 


send(): 
int send 
{ 
SOCKET s, //指定发送端套接字 
const char FAR?*buf, //指明一个存放应用程序要发送的数据的缓冲区 
int len, //实际要发送的数据字节数 
int flags //一般设置为0 
}; 
C/S都用SEND函数向TCP连接的另一端发送数据. 

recv(): 
int recv 
{ 
SOCKET s, //指定发送端套接字 
char FAR?*buf, //指明一个缓冲区 存放RECC受到的数据 
int len, //指明BUF的长度 
int flags //一般设置为0 

}; 
C/S都使用RECV函数从TCP连接的另一端接受数据 

_______________________________________________________________________________________________ 


下面将完整的程序代码提供如下,大家可直接编译运行 


首先看客户端的代码: 

#include<winsock2.h>
#include<stdio.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") 
void main() { 

// 初始化 Winsock. 
WSADATA wsaData; 
int iResult = WSAStartup( MAKEWORD(2,2), &wsaData ); 
if ( iResult != NO_ERROR ) 
printf("Error at WSAStartup() "); 

// 建立socket socket. 
SOCKET client; 
client = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP ); 

if ( client == INVALID_SOCKET ) { 
printf( "Error at socket(): %ld ", WSAGetLastError() ); 
WSACleanup(); 
return; 
} 

// 连接到服务器. 
sockaddr_in clientService; 

clientService.sin_family = AF_INET; 
clientService.sin_addr.s_addr = inet_addr( "127.0.0.1" ); 
clientService.sin_port = htons( 27015 ); 

if ( connect( client, (SOCKADDR*) &clientService, sizeof(clientService) ) == SOCKET_ERROR) { 
printf( "Failed to connect. " ); 
WSACleanup(); 
return; 
} 

// 发送并接收数据. 
int bytesSent; 
int bytesRecv = SOCKET_ERROR; 
char sendbuf[32] = "Client: Sending data."; 
char recvbuf[32] = ""; 

bytesSent = send( client, sendbuf, strlen(sendbuf), 0 ); 
printf( "Bytes Sent: %ld ", bytesSent ); 

while( bytesRecv == SOCKET_ERROR ) { 
bytesRecv = recv( client, recvbuf, 32, 0 ); 
if ( bytesRecv == 0 || bytesRecv == WSAECONNRESET ) { 
printf( "Connection Closed. "); 
break; 
} 
if (bytesRecv < 0) 
return; 
printf( "Bytes Recv: %ld ", bytesRecv ); 
} 

return; 
} 


下面是服务器端代码: 

#include<winsock2.h>
#include<stdio.h> 
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib") 
void main() { 

// 初始化 
WSADATA wsaData; 
int iResult = WSAStartup( MAKEWORD(2,2), &wsaData ); 
if ( iResult != NO_ERROR ) 
printf("Error at WSAStartup() "); 

// 建立socket 
SOCKET server; 
server = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP ); 

if ( server == INVALID_SOCKET ) { 
printf( "Error at socket(): %ld ", WSAGetLastError() ); 
WSACleanup(); 
return; 
} 

// 绑定socket 
sockaddr_in service; 

service.sin_family = AF_INET; 
service.sin_addr.s_addr = inet_addr( "127.0.0.1" ); 
service.sin_port = htons( 27015 ); 

if ( bind( server, (SOCKADDR*) &service, sizeof(service) ) == SOCKET_ERROR ) { 
printf( "bind() failed. " ); 
closesocket(server); 
return; 
} 

// 监听 socket 
if ( listen( server, 1 ) == SOCKET_ERROR ) 
printf( "Error listening on socket. "); 

// 接受连接 
SOCKET AcceptSocket; 

printf( "Waiting for a client to connect... " ); 
while (1) { 
AcceptSocket = SOCKET_ERROR; 
while ( AcceptSocket == SOCKET_ERROR ) { 
AcceptSocket = accept( server, NULL, NULL ); 
} 
printf( "Client Connected. "); 
server = AcceptSocket; 
break; 
} 

// 发送接受数据 
int bytesSent; 
int bytesRecv = SOCKET_ERROR; 
char sendbuf[32] = "Server: Sending Data."; 
char recvbuf[32] = ""; 

bytesRecv = recv( server, recvbuf, 32, 0 ); 
printf( "Bytes Recv: %ld ", bytesRecv ); 

bytesSent = send( server, sendbuf, strlen(sendbuf), 0 ); 
printf( "Bytes Sent: %ld ", bytesSent ); 

return; 
} 
本程序仅仅描述了同步的情况! 

第五节 多线程编程介绍 

对于多线程的基本概念,我不在赘述,是个只要学习过一门编程语言就应该多进程和线程有个基本的了解.这里重点介绍一下如何实现多线程. 

通常一个程序的主线程有操作系统创建,如果想让其创建额外的线程,可以调用CreateThread()函数来完成.函数原形如下: 

HANDLE CreateThread() 
{ 
LPSECURITY_ATTRIBUTES LPThreadAttributes, //指向SECURITY_ATTRIBUTES的指针 
SIZE_T dwStackSize, //表示线程为自己所用堆栈分配的地址空间的大小 系统缺省值为0 
LPTHREAD_START-TOUTINE lpStartAddress, //表示新线程开始执行时代码所在函数的地址 即线程函数名 
LPVOID lpParameter, //是传入线程函数的参数 
DWORD dwCreationFlags, //指定控制线程创建的附加标志 取0线程立即执行 取CREATE_SUSPENDED线程挂起 
LPDWORD lpThreadld //是个DWORD类型的地址,返回赋给该新线程的ID 
} 

线程函数lpParameter必须有以下原形: 

DWORD WINAPI XXXThreadFun(LPVOID lpParameter) 
{ 
return(0); 
} 

________________________________________________________________________________________ 
下面我们来创建一个线程: 

#include 
#include 
DWORD WINAPI ThreadFunc( LPVOID lpParam ) //线程函数，跟普通的函数没什么两样 
{ 
printf( "Parameter = %d.", *(DWORD*)lpParam ); 
return 0; 
} 

VOID main( VOID ) 
{ 
DWORD dwThreadId, dwThrdParam = 1; 
HANDLE hThread; 
hThread = CreateThread( NULL,0,ThreadFunc,&dwThrdParam, 0,&dwThreadId); 
if (hThread == NULL) 
{ 
printf( "CreateThread failed (%d) ", GetLastError() ); 
} 
else 
{ 
_getch(); 
CloseHandle( hThread ); 
} 
} 

关于线程同步的问题,这里就不再讲解,请大家自己查阅资料,不查阅以后可能会有困难啊.培养一下各位的自己动手能力.