• Winsocket原理


    一、客户机/服务器模式
    在TCP/IP网络中两个进程间的相互作用的主机模式是客户机/服务器模式(Client/Server model)。该模式的建立基于以下两点:1、非对等作用;2、通信完全是异步的。客户机/服务器模式在操作过程中采取的是主动请示方式:

    首先服务器方要先启动,并根据请示提供相应服务:(过程如下)
    1、打开一通信通道并告知本地主机,它愿意在某一个公认地址上接收客户请求。
    2、等待客户请求到达该端口。
    3、接收到重复服务请求,处理该请求并发送应答信号。
    4、返回第二步,等待另一客户请求
    5、关闭服务器。
    客户方:
    1、打开一通信通道,并连接到服务器所在主机的特定端口。
    2、向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。

    二、基本套接字
    为了更好说明套接字编程原理,给出几个基本的套接字,在以后的篇幅中会给出更详细的使用说明。
    1、创建套接字——socket()
    功能:使用前创建一个新的套接字
    格式:SOCKET PASCAL FAR socket(int af,int type,int procotol);
    参数:af: 通信发生的区域
    type: 要建立的套接字类型
    procotol: 使用的特定协议

    2、指定本地地址——bind()
    功能:将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。
    格式:int PASCAL FAR bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
    参数:s: 是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。
    其它:没有错误,bind()返回0,否则SOCKET_ERROR
    地址结构说明:
    struct sockaddr_in
    {
    short sin_family;//AF_INET
    u_short sin_port;//16位端口号,网络字节顺序
    struct in_addr sin_addr;//32位IP地址,网络字节顺序
    char sin_zero[8];//保留
    }

    3、建立套接字连接——connect()和accept()
    功能:共同完成连接工作
    格式:int PASCAL FAR connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
    SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s,struct sockaddr FAR * name,int FAR * addrlen);
    参数:同上

    4、监听连接——listen()
    功能:用于面向连接服务器,表明它愿意接收连接。
    格式:int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);

    5、数据传输——send()与recv()
    功能:数据的发送与接收
    格式:int PASCAL FAR send(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);
    int PASCAL FAR recv(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);
    参数:buf:指向存有传输数据的缓冲区的指针。

    6、多路复用——select()
    功能:用来检测一个或多个套接字状态。
    格式:int PASCAL FAR select(int nfds,fd_set FAR * readfds,fd_set FAR * writefds,
    fd_set FAR * exceptfds,const struct timeval FAR * timeout);
    参数:readfds:指向要做读检测的指针
    writefds:指向要做写检测的指针
    exceptfds:指向要检测是否出错的指针
    timeout:最大等待时间

    7、关闭套接字——closesocket()
    功能:关闭套接字s
    格式:BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);


    三、典型过程图
    2.1 面向连接的套接字的系统调用时序图



    2.2 无连接协议的套接字调用时序图



    2.3 面向连接的应用程序流程图
     
    补充,转自:http://blog.csdn.net/lost_hunter/archive/2007/04/03/1551055.aspx

    四、WinSock简介

    Windows Sockets 是从 Berkeley Sockets 扩展而来的,其在继承 Berkeley Sockets 的基础上,又进行了新的扩充。这些扩充主要是提供了一些异步函数,并增加了符合WINDOWS消息驱动特性的网络事件异步选择机制。

    Windows Sockets由两部分组成:开发组件和运行组件。

    开发组件:Windows Sockets 实现文档、应用程序接口(API)引入库和一些头文件。

    运行组件:Windows Sockets 应用程序接口的动态链接库(WINSOCK.DLL)

     

    五、WinSock主要扩充说明

      1、异步选择机制:

      Windows Sockets 的异步选择函数提供了消息机制的网络事件选择,当使用它登记网络事件发生时,应用程序相应窗口函数将收到一个消息,消息中指示了发生的网络事件,以及与事件相关的一些信息。

      Windows Sockets 提供了一个异步选择函数 WSAAsyncSelect(),用它来注册应用程序感兴趣的网络事件,当这些事件发生时,应用程序相应的窗口函数将收到一个消息。

      函数结构如下:

      int PASCAL FAR WSAAsyncSelect(SOCKET s,HWND hWnd,unsigned int wMsg,

        long lEvent);

      参数说明:

      hWnd:窗口句柄

      wMsg:需要发送的消息

    lEvent:事件(以下为事件的内容)

    值:

    含义:

    FD_READ

    期望在套接字上收到数据(即读准备好)时接到通知

    FD_WRITE

    期望在套接字上可发送数据(即写准备好)时接到通知

    FD_OOB

    期望在套接字上有带外数据到达时接到通知

    FD_ACCEPT

    期望在套接字上有外来连接时接到通知

    FD_CONNECT

    期望在套接字连接建立完成时接到通知

    FD_CLOSE

    期望在套接字关闭时接到通知

    例如:我们要在套接字读准备好或写准备好时接到通知,语句如下:

    rc=WSAAsyncSelect(s,hWnd,wMsg,FD_READ|FD_WRITE);

      如果我们需要注销对套接字网络事件的消息发送,只要将 lEvent 设置为0

    2、异步请求函数

    Berkeley Sockets 中请求服务是阻塞的,WINDOWS SICKETS 除了支持这一类函数外,还增加了相应的异步请求函数(WSAAsyncGetXByY();)

    3、阻塞处理方法

    Windows Sockets 为了实现当一个应用程序的套接字调用处于阻塞时,能够放弃CPU让其它应用程序运行,它在调用处于阻塞时便进入一个叫“HOOK”的例程,此例程负责接收和分配WINDOWS消息,使得其它应用程序仍然能够接收到自己的消息并取得控制权。

    WINDOWS 是非抢先的多任务环境,即若一个程序不主动放弃其控制权,别的程序就不能执行。因此在设计Windows Sockets 程序时,尽管系统支持阻塞操作,但还是反对程序员使用该操作。但由于 SUN 公司下的 Berkeley Sockets 的套接字默认操作是阻塞的,WINDOWS 作为移植的 SOCKETS 也不可避免对这个操作支持。

    Windows Sockets 实现中,对于不能立即完成的阻塞操作做如下处理:DLL初始化→循环操作。在循环中,它发送任何 WINDOWS 消息,并检查这个 Windows Sockets 调用是否完成,在必要时,它可以放弃CPU让其它应用程序执行(当然使用超线程的CPU就不会有这个麻烦了^_^)。我们可以调用 WSACancelBlockingCall() 函数取消此阻塞操作。

    Windows Sockets 中,有一个默认的阻塞处理例程 BlockingHook() 简单地获取并发送 WINDOWS 消息。如果要对复杂程序进行处理,Windows Sockets 中还有 WSASetBlockingHook() 提供用户安装自己的阻塞处理例程能力;与该函数相对应的则是 WSAUnhookBlockingHook(),它用于删除先前安装的任何阻塞处理例程,并重新安装默认的处理例程。请注意,设计自己的阻塞处理例程时,除了函数 WSACancelBlockingHook() 之外,它不能使用其它的 Windows Sockets API 函数。在处理例程中调用 WSACancelBlockingHook()函数将取消处于阻塞的操作,它将结束阻塞循环。

    4、出错处理

    Windows Sockets 为了和以后多线程环境(WINDOWS/UNIX)兼容,它提供了两个出错处理函数来获取和设置当前线程的最近错误号。(WSAGetLastEror()WSASetLastError()

    5、启动与终止

    使用函数 WSAStartup() WSACleanup() 启动和终止套接字。

     

    六、Windows Sockets网络程序设计核心

    我们终于可以开始真正的 Windows Sockets 网络程序设计了。不过我们还是先看一看每个 Windows Sockets 网络程序都要涉及的内容。让我们一步步慢慢走。

    1、启动与终止

    在所有Windows Sockets函数中,只有启动函数WSAStartup()和终止函数WSACleanup()是必须使用的。

    启动函数必须是第一个使用的函数,而且它允许指定 Windows Sockets API 的版本,并获得 SOCKETS的特定的一些技术细节。本结构如下:

    int PASCAL FAR WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

    其中 wVersionRequested 保证 SOCKETS 可正常运行的 DLL 版本,如果不支持,则返回错误信息。

    我们看一下下面这段代码,看一下如何进行 WSAStartup() 的调用

    WORD wVersionRequested; // 定义版本信息变量

    WSADATA wsaData; //定义数据信息变量

    int err; //定义错误号变量

    wVersionRequested = MAKEWORD(1,1);//给版本信息赋值

    err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);//给错误信息赋值

    if(err!=0)

    {

      return;//告诉用户找不到合适的版本

    }

    //确认 Windows Sockets DLL 支持 1.1 版本

    //DLL 版本可以高于 1.1

    //系统返回的版本号始终是最低要求的 1.1,即应用程序与DLL 中可支持的最低版本号

    if(LOBYTE(wsaData.wVersion)!= 1|| HIBYTE(wsaData.wVersion)!=1)

    {

      WSACleanup();//告诉用户找不到合适的版本

      return;

    }

    //Windows Sockets DLL 被进程接受,可以进入下一步操作

    关闭函数使用时,任何打开并已连接的 SOCK_STREAM 套接字被复位,但那些已由 closesocket() 函数关闭的但仍有未发送数据的套接字不受影响,未发送的数据仍将被发送。程序运行时可能会多次调用 WSAStartuo() 函数,但必须保证每次调用时的 wVersionRequested 的值是相同的。

    2、异步请求服务

    Windows Sockets 除支持 Berkeley Sockets 中同步请求,还增加了了一类异步请求服务函数 WSAAsyncGerXByY()。该函数是阻塞请求函数的异步版本。应用程序调用它时,由 Windows Sockets DLL 初始化这一操作并返回调用者,此函数返回一个异步句柄,用来标识这个操作。当结果存储在调用者提供的缓冲区,并且发送一个消息到应用程序相应窗口。常用结构如下:

    HANDLE taskHnd;

    char hostname="rs6000";

    taskHnd = WSAAsyncBetHostByName(hWnd,wMsg,hostname,buf,buflen); 

    需要注意的是,由于 Windows 的内存对像可以设置为可移动和可丢弃,因此在操作内存对象是,必须保证 WIindows Sockets DLL 对象是可用的。

    3、异步数据传输

    使用 send() sendto() 函数来发送数据,使用 recv() recvfrom() 来接收数据。Windows Sockets 不鼓励用户使用阻塞方式传输数据,因为那样可能会阻塞整个 Windows 环境。下面我们看一个异步数据传输实例:

    假设套接字 s 在连接建立后,已经使用了函数 WSAAsyncSelect() 在其上注册了网络事件 FD_READ FD_WRITE,并且 wMsg 值为 UM_SOCK,那么我们可以在 Windows 消息循环中增加如下的分支语句:

    case UM_SOCK:

      switch(lParam)

      {

      case FD_READ:

        len = recv(wParam,lpBuffer,length,0);

        break;

      case FD_WRITE:

        while(send(wParam,lpBuffer,len,0)!=SOCKET_ERROR)

        break;

      }

    break;

    4、出错处理

    Windows 提供了一个函数来获取最近的错误码 WSAGetLastError(),推荐的编写方式如下:

    len = send (s,lpBuffer,len,0);

    if((len==SOCKET_ERROR)&&(WSAGetLastError()==WSAWOULDBLOCK)){...}


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