Winsock

Winsock

• 编译采用了WINSOCK.H的应用程序时，需要链接到WS2_32.LIB库
• 使用WINSOCK.H时，需要链接到WSOCK32.LIB
• 使用MSWSOCK.H时，需要链接到MSWCOCK.DLL

初始化、反初始化

1. 加载Winsock库：
示例：

	WSADATA wsaData;
	WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

原型：

int
WSAAPI
WSAStartup(
    __in WORD wVersionRequested,	//用于指定准备加载的Winsock库的版本，高位字节是次版本，低字节是主版本。通常使用MAKEWORD(x,y)来指定【x是高位字节，y是低位字节】
    __out LPWSADATA lpWSAData	//用与其加载的库版本有关的信息填充这个结构
    );
    
//WSADATA
typedef struct WSAData {
        WORD                    wVersion;	//设置为将要使用的Winsock版本
        WORD                    wHighVersion;	//包含了现有的Winsock库的最高版本
#ifdef _WIN64
        unsigned short          iMaxSockets;
        unsigned short          iMaxUdpDg;
        char FAR *              lpVendorInfo;
        char                    szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];
        char                    szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];
#else
        char                    szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];
        char                    szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];
        unsigned short          iMaxSockets;	//可以同时打开的最大套接字数量，不固定，尽量不要用这个值
        unsigned short          iMaxUdpDg;	//数据报的最大长度，不固定，尽量不要用这个值
        char FAR *              lpVendorInfo;
#endif
} WSADATA, FAR * LPWSADATA;

2. 释放：
使用后需要调用WSACleanup函数，来使Winsock释放所有由Winsock分配的资源，并取消这个应用程序挂起的Winsock调用。
原型:
int WSAAPI WSACleanup( void );

错误检查和处理

出现错误时（比如SOCKET_ERROR），可以调用WSAGetLastError函数来获得一段代码，这段代码专用来说明错误
原型：

#if INCL_WINSOCK_API_PROTOTYPES
WINSOCK_API_LINKAGE
int
WSAAPI
WSAGetLastError(
    void
    );
#endif /* INCL_WINSOCK_API_PROTOTYPES */

• 如果想要手动设置WSAGetLastError获取的错误代码，可以调用WSASetLastError。
• 注意：WSAStartup函数的调用不能使用WSAGetLastError来确定导致故障的特定错误（因为Winsock没有加载），用WSAStartup的返回状态判断（0是成功）

使用IP协议创建基本的Winsock调用来建立通信

• Winsock是一种独立于协议的接口
• IP是一种无连接协议，它不能确保数据传输的成功
• TCP和UDP通过IP进行面向连接和无连接的数据通信

IPv4寻址

程序通过sockaddr_in结构来指定IP地址和服务端口信息
示例：

	sockaddr_in sockAddr;
	memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));
	sockAddr.sin_family = PF_INET;		//#define PF_INET         AF_INET，该字段设为AF_INET，以告知Winsock此时正在使用IP地址族。
	sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
	sockAddr.sin_port = htons(1234);	//端口号在选择的时候，需要特别注意，某些端口是“已知的”服务保留的

sockaddr_in结构：

struct sockaddr_in {
        short   sin_family;		//协议族
        u_short sin_port;		//端口号
        struct  in_addr sin_addr;	//ip
        char    sin_zero[8];		//填充项，以使SOCKADDR_IN结构和SOCKADDR结构的长度一样
};

inet_addr函数可以将一个点分的IP转换成一个32位的无符号长整数。

字节排序

网络字节（network-byte）顺序：从最有意义到最无意义的字节排序（big-endian）
将一个数从主机字节顺序转换成网络字节顺序API(具体用法用到的时候再补充吧)：

htol
WSAHtol
htons
WSAHtons

创建套接字

SOCKET servSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

函数原型：

#if INCL_WINSOCK_API_PROTOTYPES
WINSOCK_API_LINKAGE
__checkReturn
SOCKET
WSAAPI
socket(
    __in int af,			//协议的地址族
    __in int type,		//协议的套接字类型。TCP/IP对应SOCK_STREAM；UDP/IP对应SOCK_DGRAM
    __in int protocol	//用于在给定地址族和套接字类型具有多重入口时，对具体的传送作限定。TCP--IPPROTO_TCP；UDP--IPPROTO_UDP
    );
#endif /* INCL_WINSOCK_API_PROTOTYPES */

面向连接的通信

• 在IP中，面向连接的通信是通过TCP/IP协议完成的。
• TCP提供两个计算机间可靠无误的数据传输。

在Winsock中，建立通信的步骤：

服务器：

1. 用Socket或WSASocker将给定的协议的套接字绑定到它已知的名称上

bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));

函数原型：

#if INCL_WINSOCK_API_PROTOTYPES
WINSOCK_API_LINKAGE
int
WSAAPI
bind(
    __in SOCKET s,		//等待客户机连接的套接字
    __in_bcount(namelen) const struct sockaddr FAR * name,	//缓冲区，根据使用的协议，将实际地址填充到一个地址缓冲区，并在调用bind的时候将其转换为一个struct sockaddr
    __in int namelen	//要传递的、由协议决定的地址结构的长度
    );
#endif /* INCL_WINSOCK_API_PROTOTYPES */

• 一旦出错，bind会返回SOCKET_ERROR。
• 对于bind而言，最常见的错误是WSAEADDINUSE。
• 如果使用的是TCP/IP，WSAEADDINUSE表示的是另一个进程已经同本地的IP接口及端口号绑定到了一起，或者那个IP和端口号处于TIME_WAIT状态。
• 假如对一个已被绑定的套接字调用bind，返回的会是WSAEFAULT错误。

2. 将套接字置为监听模式
listen(servSock, 20);
函数原型：

#if INCL_WINSOCK_API_PROTOTYPES
WINSOCK_API_LINKAGE
int
WSAAPI
listen(
    __in SOCKET s,	//被绑定的套接字
    __in int backlog		//指定了被搁置的连接的最大队列长度。
    );
#endif /* INCL_WINSOCK_API_PROTOTYPES */

• 因为在同一时间，可能会有多个服务器的连接请求，如果请求的数量过backlog，那么前面的backlog个请求被放在一个“挂起”队列中，以便应用程序（服务器）依次为他们提供服务。而backlog之后的连接请求都会失败，错误为WSAECONNREFUSED。
• 一旦服务器接收了一个连接，那个连接请求就会从队列中删去，以便别人可以继续发出请求。
• WSAEINVAL通常意味着，在调用listen之前没有调用bind。

3. 若一台客户机试图创立连接，服务器必须通过accept或WSAAccept调用来接受连接

	SOCKADDR clntAddr;
	int nSize = sizeof(SOCKADDR);
	SOCKET clntSock = accept(servSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &nSize);

函数原型：

#if INCL_WINSOCK_API_PROTOTYPES
WINSOCK_API_LINKAGE
__checkReturn
SOCKET		//返回值：一个新的套接字，用于已经被接受的那个客户机的连接。（后续的消息发送什么的应该用这个套接字）
WSAAPI
accept(
    __in SOCKET s,	//监听的套接字
    __out_bcount_opt(*addrlen) struct sockaddr FAR * addr,	//新连接的地址信息（输出）
    __inout_opt int FAR * addrlen	//连接结构体的大小
    );
#endif /* INCL_WINSOCK_API_PROTOTYPES */

• 对于连接成功的客户机，在后续的操作中应该使用accept返回的新的套接字
• 原本的监听套接字仍然用于接受其他客户机的连接，并且仍处于监听模式
• WSAAccept可以根据指定条件接受一个连接

客户机：

客户机的创建步骤：

1. 创建一个套接字
2. 建立一个SOCKADDR地址结构，结构名称为准备连接到的服务器名。（对于TCP/IP，这是客户机应用程序锁监听的服务器的IP地址和端口号）
3. 用connect或WSAConnect初始化客户机与服务器的连接

套接字状态

连接：

• 对于每个套接字来说，它的初始状态都是CLOSED。
• 若客户机初始化了一个连接，就会向服务器发送一个SYN包，同时将客户机套接字的状态置为SYN_SENT。
• 服务器收到SYN包后，会发出一个SYN-ACK包，客户机需要用一个ACK包对它做出响应。此时，客户机的套接字将处于ESTABLISHED状态。
• 如果服务器一直不发送SYN-ACK包，客户机就会超时，并返回CLOSED状态。
• 服务器的套接字同本地接口及端口绑定起来，并在它上面进行监听，那么套接字的状态便是LISTEN。
• 客户机试图与服务器连接时，服务器就会收到一个SYN包，并用一个SYN-ACK包作出回应。此时，服务器套接字的状态就编程SYN_RCVD。
• 最后，客户机发出一个ACK包，它将使服务器套接字的状态变成ESTABLISHED。

关闭连接：
一旦应用程序处于ESTABLISHED状态，就可以通过两种方法来关闭它。
主动关闭：

• 应用程序会发出一个FIN包（应用程序调用closesocket或shutdown），并且套接字编程FIN_WAIT_1。
• 通信的对方会用一个ACK包作为回应，套接字的状态随之编程FIN_WAIT_2