Winsock API 编程介绍
作者：table email: tablejiang@21cn.com
相信很多人都对网络编程感兴趣，下面我们就来介绍，在网络编程 中应用最广泛的编程接口Winsock API.
使用Winsock API的编程,应该了解一些TCP/IP的基础知识.虽然你可 以直接使用Winsock API来写网络应用程序,但是,要写出优秀的网络 应用程序,还是必须对TCP/IP协议有一些了解的.
1. TCP/IP协议与Winsock网络编程接口的关系.
在开始之前,我们先说一下Winsock和TCP/IP到底是什么关系.
我碰到很多人问我:怎样使用Winsock协议编程? 其实,这话说的有点 错误,Winsock并不是一种网络协议,他只是一个网络编程接口,也就 是说,他不是协议,但是他可以访问很多种网络协议,你可以把他当作 一些协议的封装.现在的Winsock已经基本上实现了与协议无关.你可 以使用Winsock来调用多种协议的功能.
那么,Winsock和TCP/IP协议到底是什么关系呢?实际上,Winsock就是 tcp/ip协议的一种封装,你可以通过调用winsock的接口函数来调用 tcp/ip的各种功能.例如我想用Tcp/ip协议发送数据,你就可以使用 winsock的接口函数send()来调用tcp/ip的发送数据功能,至于具体 怎么发送数据,Winsock已经帮你封装好了这种功能.
2.TCP/IP协议介绍
现在来介绍一些tcp/ip的原理.tcp/ip协议包含的范围非常的广,他 是一种四层协议,包含了各种,硬件软件需求的定义,我们这里只介绍 软件方面的知识.tcp/ip协议确切的说法应该是tcp/udp/ip协议.
udp协议(User Datagram Protocol 用户数据报协议).是一种保护消 息边界的,不保障可靠数据的传输. tcp协议(Transmission Control Protocol 传输控制协议).是一种 流传输的协议.他提供可靠的,有序的,双向的,面向连接的传输.
3.保护消息边界和流
那么什么是保护消息边界和流呢?
保护消息边界，就是指传输协议把数据当作一条独立的消息在网上 传输,接收端只能接收独立的消息.也就是说存在保护消息边界,接收 端一次只能接收发送端发出的一个数据包. 而面向流则是指无保护消息保护边界的,如果发送端连续发送数据, 接收端有可能在一次接收动作中,会接收两个或者更多的数据包.
我们举个例子来说,例如,我们连续发送三个数据包,大小分别是2k, 4k , 8k,这三个数据包,都已经到达了接收端的网络堆栈中,如果使 用UDP协议,不管我们使用多大的接收缓冲区去接收数据,我们必须有 三次接收动作,才能够把所有的数据包接收完.而使用TCP协议,我们 只要把接收的缓冲区大小设置在14k以上,我们就能够一次把所有的 数据包接收下来.只需要有一次接收动作.
这就是因为UDP协议的保护消息边界使得每一个消息都是独立的.而 流传输,却把数据当作一串数据流,他不认为数据是一个一个的消息.
所以有很多人在使用tcp协议通讯的时候,并不清楚tcp是基于流的 传输,当连续发送数据的时候,他们时常会认识tcp会丢包.其实不然, 因为当他们使用的缓冲区足够大时,他们有可能会一次接收到两个甚 至更多的数据包,而很多人往往会忽视这一点,只解析检查了第一个 数据包,而已经接收的其他数据包却被忽略了.所以大家如果要作这 类的网络编程的时候,必须要注意这一点.
4。Winsock编程简单流程
下面我们介绍一下Win32平台的Winsock编程方法. 通讯则必须有服务器端,和客户端. 我们简单介绍tcp服务器端的大体流程.
对于任何基于Winsock的编程首先我们必须要初始化Winsock DLL库. int WSAStarup( WORD wVersionRequested , LPWSADATA lpWsAData ). wVersionRequested是我们要求使用的Winsock的版本. 调用这个接口函数可以帮我们初始化Winsock .然后我们必须创建一 个套接字(socket). SOCKET socket( int af , int type , int protocol ); 套接字可以说是Winsock通讯的核心.Winsock通讯的所有数据传输, 都是通过套接字来完成的,套接字包含了两个信息,一个是IP地址,一 个是Port端口号,使用这两个信息,我们就可以确定网络中的任何一 个通讯节点.
当我们调用了socket()接口函数创建了一个套接字后,我们必须把套 接字与你需要进行通讯的地址建立联系,我们可以通过绑定函数来实 现这种联系. int bind(SOCKET s , const struct sockaddr FAR* name , int namelen ) ; struct sockaddr_in { short sin_family ; u_short sin_prot ; struct in_addr sin_addr ; char sin_sero[8] ; } 就包含了我们需要建立连接的本地的地址,包括,地址族,ip和端口信 息.sin_family字段我们必须把他设为AF_INET,这是告诉Winsock使 用的是IP地址族.sin_prot 就是我们要用来通讯的端口号.sin_addr 就是我们要用来通讯的ip地址信息.
在这里,必须还得提一下有关'大头(big-endian)'小头(little-endian)'. 因为各种不同的计算机处理数据时的方法是不一样的,Intel 86处理 器上是用'小头'形势来表示多字节的编号,就是把低字节放在前面, 把高字节放在后面,而互联网标准却正好相反,所以,我们必须把主机 字节转换成网络字节的顺序.Winsock API提供了几个函数.
把主机字节转化成网络字节的函数; u_long htonl( u_long hostlong ); u_short htons( u_short hostshort ); 把网络字节转化成主机字节的函数; u_long ntohl( u_long netlong ) ; u_short ntohs( u_short netshort ) ; 这样,我们设置ip地址,和port端口时,就必须把主机字节转化成网络 字节后,才能用bind()函数来绑定套接字和地址.
当绑定完成之后,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. int listen( SOCKET s ,int backlog ); 这个函数可以让我们把套接字转成监听模式. 如果客户端有了连接请求,我们还必须使用 int accept( SOCKET s , struct sockaddr FAR* addr , int FAR* addrlen ); 来接受客户端的请求. 现在我们基本上已经完成了一个服务器的建立, 而客户端的建立的流程则是初始化WinSock ,然后创建socket套接字 ,再使用 int connect( SOCKET s , const struct sockaddr FAR* name , int namelen ) ; 来连接服务端.
下面是一个最简单的创建服务器端和客户端的例子: 服务器端的创建 : WSADATA wsd ; SOCKET sListen ; SOCKET sclient ; UINT port = 800 ; int iAddrSize ; struct sockaddr_in local , client ; WSAStartup( 0x11 , &wsd ); sListen = socket ( AF_INET , SOCK_STREAM , IPPOTO_IP ) ; local.sin_family = AF_INET ; local.sin_addr = htonl( INADDR_ANY ) ; local.sin_port = htons( port ) ; bind( sListen , (struct sockaddr*)&local , sizeof( local ) ) ; listen( sListen , 5 ) ; sClient = accept( sListen , (struct sockaddr*)&client , &iAddrSize ) ;
客户端的创建: WSADATA wsd ; SOCKET sClient ; UINT port = 800 ; char szIp[] = "127.0.0.1" ; int iAddrSize ; struct sockaddr_in server ; WSAStartup( 0x11 , &wsd ); sClient = socket ( AF_INET , SOCK_STREAM , IPPOTO_IP ) ; server.sin_family = AF_INET ; server.sin_addr = inet_addr( szIp ) ; server.sin_port = htons( port ); connect( sClient , (struct sockaddr*)&server , sizeof( server ) ) ;
当服务器端和客户端建立连接以后,无论是客户端,还是服务器端都 可以使用 int send( SOCKET s , const char FAR* buf , int len , int flags ); int recv( SOCKET s , char FAR* buf , int len , int flags ); 函数来接收和发送数据,因为,TCP连接是双向的. 当要关闭通讯连结的时候，任何一方都可以调用 int shutdown( SOCKET s , int how ) ; 来关闭套接字的指定功能。再调用 int closesocket( SOCKET s) ; 来关闭套接字句柄。这样一个通讯过程就算完成了。
注意：上面的代码没有任何检查函数返回值,如果你作网络编程就一定要 检查任何一个Winsock API函数的调用结果,因为很多时候函数调用 并不一定成功.上面介绍的函数,返回值类型是int的话,如果函数调 用失败的话,返回的都是SOCKET_ERROR.
5。Winsock编程的五种模型
上面介绍的仅仅是最简单的winsock通讯的方法,而实际中很多网络 通讯的却很多难以解决的意外情况.
例如,Winsock提供了两种套接字模式:锁定和非锁定.当我们使用锁 定套接字的时候,我们使用的很多函数,例如accpet,send,recv等等, 如果没有数据需要处理,这些函数都不会返回,也就是说,你的应用程 序会阻塞在那些函数的调用处.而 如果使用非阻塞模式,调用这些函 数,不管你有没有数据到达,他都会返回,所以,有可能我们在非阻塞 模式里,调用这些函数大部分的情况下会返回失败,所以就需要我们 来处理很多的意外出错.
这显然不是我们想要看到的情况.我们可以采用Winsock的通讯模型 来避免这些情况的发生。
Winsock提供了五种套接字I/O模型来解决这些问题.他们分别是 select(选择),WSAAsyncSelect(异步选择), WSAEventSelect (事件选择), overlapped(重叠) , completion port(完成端口) .
我们在这里详细介绍一下select,WSAASyncSelect两种模型.
select模型是最常见的I/O模型. 使用 int select( int nfds , fd_set FAR* readfds , fd_set FAR* writefds , fd_set FAR* exceptfds , const struct timeval FAR * timeout ) ; 函数来检查你要调用的socket套接字是否已经有了需要处理的数据. select包含三个socket队列,分别代表: readfds ,检查可读性,writefds,检查可写性,exceptfds,例外数据. timeout是select函数的返回时间. 例如,我们想要检查一个套接字是否有数据需要接收,我们可以把套 接字句柄加入可读性检查队列中,然后调用select,如果,该套接字没 有数据需要接收,select函数会把该套接字从可读性检查队列中删除 掉,所以我们只要检查该套接字句柄是否还存在于可读性队列中,就 可以知道到底有没有数据需要接收了.
Winsock提供了一些宏用来操作套接字队列fd_set. FD_CLR( s,*set) 从队列set删除句柄s. FD_ISSET( s, *set) 检查句柄s是否存在与队列set中. FD_SET( s,*set )把句柄s添加到队列set中. FD_ZERO( *set ) 把set队列初始化成空队列.
WSAAsyncSelect(异步选择)模型: WSAASyncSelect模型就是把一个窗口和套接字句柄建立起连接,套接 字的网络事件发生时时候,就会把某个消息发送到窗口,然后可以在 窗口的消息响应函数中处理数据的接收和发送. int WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd , unsigned int wMsg , long lEvent ) ; 这个函数可以把套接字句柄和窗口建立起连接, wMsg 是我们必须自定义的一个消息. lEvent就是制定的网络事件.包括FD_READ , FD_WRITE , FD_ACCEPT , FD_CONNECT , FD_CLOSE . 几个事件. 例如,我需要接收FD_READ , FD_WRITE , FD_CLOSE 的网络事件.可 以调用 WSAAsyncSelect( s , hWnd , WM_SOCKET , FD_READ | FD_WRITE | FD_CLOSE ) ; 这样,当有FD_READ , FD_WRITE 或者 FD_CLOSE网络事件时,窗口 hWnd将会收到WM_SOCKET消息,消息参数的lParam标志了是什么事件 发生.
其实大家应该见过这个模型,因为MFC的CSocket类,就是使用这个模 型.
上面为大家介绍了Winsock编程的一些方法.
