WinSock编程
Winsock介绍
Socket
- 独立于具体协议的网络编程接口
- 在ISO模型中，主要位于会话层和传输层之间
- BSD Socket（伯克利套接字）是通过标准的UNIX文件描述符和其它程序通讯的一个方法，目前已经被广泛移植到各个平台。
- 不同操作系统中的Socket：Windows Socket (Winsock)，Linux Socket (BSD Socket)
Socket类型
- 流式套接字(SOCK_STREAM)：提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送且按发送顺序接收。内设置流量控制，避免数据流淹没慢的接收方。数据被看作是字节流，无长度限制。
- 数据报套接字(SOCK_DGRAM)：提供无连接服务。数据包以独立数据包的形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失或重复，顺序发送，可能乱序接收。
- 原始套接字(SOCK_RAW)：可以对较低层次协议，如IP、ICMP直接访问。
Windows下的socket简称Winsock，是在Windows环境下使用的一套网络编程接口，基于4.3BSD的BSD Socket API制定
- 1991年Winsock 1.1，16位，由WINSOCK.DLL支持，主要用在Windows 95中，只支持TCP/IP网络
- 1997年Winsock 2.2 版，32位，由WSOCK32.DLL支持，主要用在Windows 98及以后的版本中，Winsock2.2增加了对更多协议的支持
三类函数
- 与BSD Socket相兼容的基本函数
- 与BSD Socket相兼容的网络信息检索函数
- Windows专用扩展函数
在工程中例用Winsock
- 包含头文件 Winsock2.h
- 导入库ws2_32.lib：1、#pragma comment(lib,”ws2_32.lib”); 2、可以打开工程属性页，配置属性->链接器->输入->附加依赖项中加入ws2_32.lib，以上两种方法任选其一
基本函数
网络连接函数
- socket 创建套接字
- bind 绑定本机端口
- listen 监听端口
- accept 接受连接
- connect 建立连接
- recv, recvfrom 数据接收
- send, sendto 数据发送
- closesocket, shutdown 关闭套接 （在linux中用close）
转换函数
IP地址转换函数
- inet_addr() 点分十进制数表示的IP地址转换为网络字节序的IP地址
- inet_ntoa() 网络字节序的IP地址转换为点分十进制数表示的IP地址
- htonl 4字节主机字节序转换为网络字节序
- ntohl 4字节网络字节序转换为主机字节序
- htons 2字节主机字节序转换为网络字节序
- ntohs 2字节网络字节序转换为主机字节序
在linux中没有WSAStartup,在linux中recv()可以用read(),send()可以用write().
Windows Socket的启动
使用Winsock API编制的网络应用程序中，在调用任何一个Winsock函数之前都必须检查协议栈安装情况。
函数原型：
int WSAStartup( WORD wVersionRequested,LPWSADATA lpWSAData );
函数参数：
- wVersionRequested是一个WORD型(双字节型)数值，指定使用的版本号，对Winsock2.2而言，此参数的值为0x0202，也可以用宏MAKEWORD(2,2)来获得
- lpWSAData是一个指向WSADATA结构的指针，它返回关于Winsock实现的详细信息
#include
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
wVersionRequested = MAKEWORD(2,2);
if(WSAStartup(wVersionRequested,&wsaData) != 0)
{
//Winsock初始化错误
return;
}
if(wsaData.wVersion != wVersionRequested)
{
//Winsock版本不匹配
WSACleanup();
return;
}
//说明WinsockDLL正确加载，可以执行以下代码
应用程序在使用套接口通信前，必须要拥有一个套接口。
函数原型：SOCKET socket(int af,int type,int protocol);
函数参数：
函数原型：SOCKET socket(int af,int type,int protocol);
函数参数：
- af参数：说明套接字接口要使用的协议地址族，地址族与协议族含义相同。如果想建立一个TCP或UDP，只能用常量AF_INET表示使用互联网协议(IP)地址。
- type参数：描述套接口的类型，af是AF_INET的时候只能为SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM或SOCK_RAW
- protocol：说明该套接口使用的特定协议，当协议地址族af和协议类型type确定后，协议字段可以使用的值是限定的
- 返回值：成功返回一个整型代表创建成功的socket编号；失败返回INVALID_SOCKET，可以使用WSAGetLastError()获得错误编号
指定本地地址－bind()
将套接口与该主机上提供服务的某端口联系在一起。
函数原型：
int bind( SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);
返回值：成功返回0，失败返回SOCKET_ERROR，使用WSAGetLastError()获得具体的错误号。
函数参数：
- s标识一个未绑定的套接口描述字，它是socket()函数调用成功时返回的值
- name是一个与指定协议有关的地址结构指针，存储了套接口的地址信息，Winsock中使用sockaddr_in结构指定IP地址和端口信息
- struct sockaddr_in{
short sin_family; //sin_family一般为AF_INET，表示使用IP地址族；
u_short sin_port; //sin_port是以网络字节序表示的16位端口号；
struct in_addr sin_addr; //sin_addr是网络字节序的32位IP地址；
char sin_zero[8]; //sin_zero字段一般不用，用0填充
} - namelen表示地址参数(name)的长度
- IP地址参数为INADDR_ANY，则由系统内核来自动指定，port为0，则由系统自动指派一个1024~5000之间惟一的端口号
IP地址转换函数－inet_addr()
把"xxx.xxx.xxx.xxx"的10进制的IP地址转换为32位整数表示方法
函数原型：
unsigned long inet_addr( const char FAR *cp);
函数参数：cp代表IP地址的点格式的字符串。
返回值：成功返回用32位整数表示的IP地址（按网络字节排列顺序），失败返回INADDR_NONE
服务器端启动监听－listen()
在一个服务器端用socket()调用成功创建了一个套接口，并用bind()函数和一个指定的地址关联后，就需要指示该套接口进入监听连接请求状态，这需要通过listen()函数来实现
函数原型：
int listen(SOCKET s,int backlog);
函数参数：
- s代表一个已绑定了地址，但还未建立连接的套接口描述字
- backlog指定了正在等待连接的最大队列长度
客户端请求连接－connect()
当服务器端建立好套接口并与一个本地地址绑定后，就进入监听状态，等待客户发出连接请求。在客户端套接口建立好之后，就调用connect()函数来与服务器建立连接。
函数原型：
int connect( SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
函数参数：
- s将要建立连接的套接口描述字
- name是一个指向远端套接口地址结构(sockaddr_in)的指针，表示s套接口欲与其建立一条连接
- namelen是服务器端的地址长度，即name的长度
在客户端使用该函数请求建立连接时，将激活建立连接的三次握手，用来建立一条到服务器TCP的连接。如果调用该函数前没有调用bind()来绑定本地地址，则由系统隐式绑定一个地址到该套接口
该函数用在UDP的客户端时，connect()函数并不是真正地发出建立请求连接的请求，调用将从本地操作系直接返回。这样可以将服务器的地址信息保存下来，在后续UDP端口发送数据时，由套接口自动在发送函数中填入服务器地址，而不需要由应用程序在调用发送函数时填入.
服务器端接受连接－accept()
在服务器端通过listen()函数调用表示服务器进入监听客户的连接请求状态，而在服务器端调用accept()函数时表示可以接收来自客户端由connect()发出的连接请求，双方进入连接状态。
函数原型：
SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR * addr, int FAR * addrlen);
函数参数：
- s标识一个套接字，该套接口处于监听状态
- addr是一个地址结构的指针，用来存放发出连接请求的那个客户机的IP地址信息
- addrlen指出客户套接口地址结构的长度
返回值：请参考socket()函数。
备注：该函数用于面向连接的服务器端，在IP协议族中，只用于TCP服务器端
发送数据-send()
在已经建立连接的套接口上发送数据，可以使用send()函数
函数原型：int send( SOCKET s, const char FAR * buf, int len, int flags);
函数参数：
- s用于标识已建立连接的套接字
- buf是一个字符缓冲区，内有将要发送的数据
- len即将发送的缓冲区中的字符数
- flags用于控制数据传输方式，0表示按正常方式发送数据；宏MSG_DONTROUTE说明系统目标主机就在直接连接的本地网络中，无需路由选择；MSG_OOB指出数据是按带外数据发送的
接收数据－recv()函数
对于已建立连接的套接口来说，要从套接口上接收数据，就要使用recv()函数。
函数原型：int recv(SOCKET s,char FAR * buf, int len,int flags);
函数参数：
- s为已建立连接的套接口
- buf为用于接收数据的缓冲区
- len为缓冲区的长度
- flags指定调用的方式。0表示接收的是正常数据，无特殊行为。MSG_PEEK表示会使有用的数据复制到所提供的接收端缓冲区内，但是没有从系统缓冲区中将数据删除。MSG_OOB表示处理带外数据。
关闭读写通道-shutdown()
在一个套接口上的读写操作完成后，应该首先使用shutdown()函数来关闭套接口的读通道、写通道或读写通道，这样做的好处是当双方不再有数据要发送或接收时，可以通知对方，以防止数据丢失，并能“优雅”地关闭连接。
函数原型：
int shutdown(SOCKET s,int how );
返回值：请参考bind()函数。
- s标识一个套接口的描述字
- how是一个标志，用于描述禁止哪些操作，取值如下表所示
关闭套接口-closesocket()
shutdown函数只关闭读写通道，并不关闭套接口，且套接口所占有的资源将被一直保留到closesocket()调用之前。一个套接口不再使用时一定要关闭这个套接口，以释放与该套接口关联的所有资源，包括等候处理的数据。
函数原型：
int closesocket(SOCKET s );
函数参数：s表示即将被关闭的套接口
返回值：请参考bind()函数
无连接的C/S程序工作流程图
recvfrom()
对于无连接的套接口来说，要从套接口上接收一个数据报并保存发送数据的源地址，就要使用recvfrom()函数。
函数原型：int recvfrom( SOCKET s,char FAR * buf,
int len,int flags,
struct sockaddr FAR * from,
int FAR * fromlen);
函数参数：
- s标识一个套接口的描述字
- buf接收数据的缓冲区
- len接收数据缓冲区的长度
- flags调用操作方式，同recv()中的flags
- from可选指针，指向装有源地址的缓冲区
- fromlen可选指针，指向from缓冲区的长度值
sendto()
对于无连接的套接口来说，要从套接口上发送一个数据报，就要使用sendto()函数
函数原型：int sendto(SOCKET s,const char FAR * buf,
int len,int flags,
const struct sockaddr FAR * to,int tolen);
函数参数：
- s本机的套接字
- buf待发送数据的缓冲区
- len指明buf缓冲区中要发送的数据长度
- flags调用方式标志位，同send()中的flags
- to可选指针，指向接收数据的目的套接口地址
- tolen是to所指的地址的长度
- 函数说明：该函数的使用方法类似send()函数，当用于无连接套接字接口，调用函数前要设置，指出目标IP地址和目标端口号。如果用于有连接的套接口时，则不能指定目标地址和目标端口，将to设置为空，地址长度设为0。当然在有连接的情况下很少使用该函数
下面是一个简单的服务器端与客户端的实现
//Server
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#include
#include
using namespace std;
//处理服务
void do_service(SOCKET conn)
{
char buf[1024] = { 0 };
while (1)
{
//接收
int ret = recv(conn, buf, sizeof(buf), 0);
if (ret == SOCKET_ERROR)
{
cout << "error with code = " << WSAGetLastError() << endl;
exit(1);
}
if (ret == 0)
{
cout << "client close" << endl;
break;
}
if (ret > 0)
{
cout << buf << endl;
send(conn, buf, strlen(buf), 0); //回射回去
}
memset(buf, 0, sizeof buf); //置0
}
closesocket(conn);
}
int main(void)
{
WORD wVersionRequested; //两个字节,指定使用的版本号
WSADATA wsaData; //WSADATA 结构存储 Windows 套接字调用返回的初始化信息对
int err;
//makeword(a,b)是将两个byte型合并成一个word型，一个在高8位(b)，一个在低8位(a)
wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2); //指定版本号
err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData); //启动Windows Socket
if (err != 0) {
return 1;
}
//检查协议栈的安装信息
if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 ||
HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2) {
WSACleanup();
return 1;
}
//或者使用下面的方法
//if (wsaData.wVersion != wVersionRequested)
//{
// //Winsock版本不匹配
// WSACleanup();
// return 1;
//}
SOCKET listenfd; //创建socket
listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); //TCP协议
if (listenfd == INVALID_SOCKET) //创建失败
{
cout << "error with code = " << WSAGetLastError() << endl; //WSAGetLastError()获取错误码
exit(1);
}
sockaddr_in servaddr; //服务器地址
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET; //地址族
//servaddr.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //指定IP地址 4字节主机字节序转换为网络字节序
servaddr.sin_port = htons(8888); //端口号 2字节主机字节序转换为网络字节序
int ret;
int opt = 1;
ret = setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char*)&opt, sizeof(opt)); //设置地址重复利用
if (ret == SOCKET_ERROR)
{
cout << "error with code = " << WSAGetLastError() << endl;
exit(1);
}
//绑定
ret = bind(listenfd, (sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
if (ret == SOCKET_ERROR)
{
cout << "error with code = " << WSAGetLastError() << endl;
exit(1);
}
//监听
ret = listen(listenfd, SOMAXCONN);
if (ret == SOCKET_ERROR)
{
cout << "error with code = " << WSAGetLastError() << endl;
exit(1);
}
SOCKET conn;
sockaddr_in peeraddr;
int peerlen;
while (1)
{
peerlen = sizeof(peeraddr);
conn = accept(listenfd, (sockaddr*)&peeraddr, &peerlen);
if (conn == INVALID_SOCKET)
{
cout << "error with code = " << WSAGetLastError() << endl;
exit(1);
}
//将一个十进制网络字节序转换为点分十进制IP格式的字符串 2字节网络字节序转换为主机字节序
cout << inet_ntoa(peeraddr.sin_addr) << " " << ntohs(peeraddr.sin_port) << endl;
//cout << inetNtop(peeraddr.sin_addr) << " " << ntohs(peeraddr.sin_port) << endl;
do_service(conn);
}
WSACleanup();
return 0;
} //Client
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#include
#include
using namespace std;
int main(void)
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2); //514
err = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
if (err != 0) {
return 1;
}
if (LOBYTE(wsaData.wVersion) != 2 ||
HIBYTE(wsaData.wVersion) != 2) {
WSACleanup();
return 1;
}
SOCKET sock;
sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (sock == INVALID_SOCKET)
{
cout << "1error with code = " << WSAGetLastError() << endl;
exit(1);
}
sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
//servaddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
servaddr.sin_port = htons(8888);
int ret;
ret = connect(sock, (sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
if (ret == -1)
{
cout << "2error with code = " << WSAGetLastError() << endl;
exit(1);
}
char buf[1024] = { 0 };
char recvbuf[1024] = { 0 };
while (1)
{
cin >> buf;
if (strcmp(buf, "quit") == 0)
break;
//发送
ret = send(sock, buf, strlen(buf), 0);
if (ret == -1)
{
cout << "3error with code = " << WSAGetLastError() << endl;
exit(1);
}
//接收
ret = recv(sock, recvbuf, sizeof(buf), 0);
if (ret == -1)
{
cout << "4error with code = " << WSAGetLastError() << endl;
exit(1);
}
if (ret == 0)
{
cout << "server close" << endl;
break;
}
if (ret > 0)
{
cout << recvbuf << endl;
}
memset(buf, 0, sizeof buf);
memset(recvbuf, 0, sizeof recvbuf);
}
//关闭
closesocket(sock);
return 0;
}