Windows网络编程

第一章 序言

 

              我写这个专题的目的,一方面是为了通过对网络编程再一次系统的总结,提高自己的网络编程水平,特别是Windows下的网络编程水平。同一时候,我也希望,能为众多初学网络编程的人提供一点帮助,由于我開始学习网络编程的时候,能找到的资料就非常少。当然,花钱能够买到翻译版本号的书:)

              首先向大家推荐一本非常好的參考书,Network Programming for Microsoft Windows 2nd

初学网络编程的时候我还不知道有这样一本好书,仅仅是上各大论坛把能找到的网络编程方面的文章和代码下载下来,然后自己研究。后来看到别人推荐这一本书,下载了一个,看了感觉非常好,里面的内容写得非常规范,条理也非常清楚,英文好的朋友能够直接阅读,不然就仅仅好去弄一本翻译好的来研究了。、

              我试着从Windows编程的基础開始,一直到探索建立高性能的网络应用程序。我说过,我并非以高手的身份写这本书,而是以和大家一起学习的心态学习网络编程,写书仅仅是让自己的思路更清晰,以后还能够翻阅。所以,我不保证书中全部的内容都是绝对正确和标准的,有不妥的地方,还希望高手批评指正。

              这本书是全然免费的,读者能够随意使用书中的代码。可是假设须要转载,请注明原作者和出处。假设有商业运作的需求,请直接和我联系。

 

 

第二章 Windows网络编程基础

 

              这本书主要探索Windows网络编程,开发平台是Windows 2000 Visual C++.NET,从一个合格的C++程序猿到网络编程高手,还是须要花不少功夫,至少我觉得写一个聊天程序非常easy,而要写一个能同一时候响应成千上万用户的高性能网络程序,的确不容易。这篇文章所介绍的方法也并非能直接应用于每个详细的应用程序,仅仅能作为学习的參考资料。

              开发高性能网络游戏恐怕是促使非常多程序猿研究网络编程的原因(包含我),如今的大型网络游戏对同一时候在线人数的要求比較高,真正的项目往往採取多个server(组)负荷分担的方式工作,我将首先把注意力放到单个server的情况。

              大家都知道,我们用得最多的协议是UDPTCPUDP是不可靠传输服务,TCP是可靠传输服务。UDP就像点对点的传输数据一样,发送者把数据打包,包上有收信者的地址和其它必要信息,至于收信者能不能收到,UDP协议并不保证。而TCP协议就像(实际他们是一个层次的网络协议)是建立在UDP的基础上,添�了校验和重传等复杂的机制来保证数据可靠的传达到收信者。关于网络协议的详细内容,读者能够參考专门介绍网络协议的书籍,或者查看RFC中的有关内容。本书直接探讨编程实现网络程序的问题。

             

 

 

21 Window Socket介绍

 

              Windows Socket是从UNIX Socket继承发展而来,最新的版本号是2.2。进行Windows网络编程,你须要在你的程序中包括WINSOCK2.HMSWSOCK.H,同一时候你须要加入�引入库WS2_32. LIBWSOCK32.LIB。准备好后,你就能够着手建立你的第一个网络程序了。

              Socket编程有堵塞和非堵塞两种,在操作系统I/O实现时又有几种模型,包含SelectWSAAsyncSelectWSAEventSelect IO重叠模型,完毕port等。要学习主要的网络编程概念,能够选择从堵塞模式開始,而要开发真正有用的程序,就要进行非堵塞模式的编程(非常难想象一个大型server採用堵塞模式进行网络通信)。在选择I/O模型时,我建议刚開始学习的人能够从WSAAsyncSelect模型開始,由于它比較简单,并且有一定的有用性。可是,差点儿全部人都认识到,要开发同一时候响应成千上万用户的网络程序,完毕port模型是最好的选择。

              既然完毕port模型是最好的选择,那为什么我们不直接写出一个使用完毕port的程序,然后大家稍加改动就OK了。我觉得这确实是一个好的想法,可是真正做项目的时候,不同的情况对程序有不同的要求,假设不深入学习网络编程的各方面知识,是不可能写出符合要求的程序,在学习网络编程曾经,我建议读者先学习一下网络协议。

 

 

 

22 第一个网络程序

 

因为server/client模式的网络应用比較多,并且server端的设计是重点和难点。所以我想首先探讨server的设计方法,在完毕server的设计后再探讨其它模式的网络程序。

设计一个主要的网络server有下面几个步骤:

1、初始化Windows Socket

2、创建一个监听的Socket

3、设置server地址信息,并将监听port绑定到这个地址上

4、開始监听

5、接受client连接

6、和client通信

7、结束服务并清理Windows Socket和相关数据,或者返回第4

 

              我们能够看出设计一个最简单的server并不须要太多的代码,它全然能够做一个小型的聊天程序,或进行数据的传输。可是这仅仅是我们的開始,我们的终于目的是建立一个有大规模响应能力的网络server。假设读者对操作系统部分的线程使用还有疑问,我建议你如今就開始复习,由于我们常常使用线程来提高程序性能,事实上线程就是让CPU不停的工作,而不是总在等待I/O,或者是一个CPI,累死了还是一个CPU。千万不要以为线程越多的server,它的性能就越好,线程的切换也是须要消耗时间的,对于I/O等待少的程序,线程越多性能反而越低。

              以下是简单的server和client源码。(堵塞模式下的,供刚開始学习的人理解)

 

 

TCPServer

 

#include <winsock2.h> 
      

   
      
        
     
void main(void) 
      
{ 
      
   WSADATA              wsaData; 
      
   SOCKET               ListeningSocket; 
      
   SOCKET               NewConnection; 
      
   SOCKADDR_IN          ServerAddr; 
      
   SOCKADDR_IN          ClientAddr; 
      
   int                  Port = 5150; 
      
    
      
   // 初始化Windows Socket 2.2 
      
   WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData); 
      
    
      
   // 创建一个新的Socket来响应client的连接请求 
      
   ListeningSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); 
      
    
      
   // 填写server地址信息 
      
   // port为5150 
      
   // IP地址为INADDR_ANY,注意使用htonlIP地址转换为网络格式 
      
   ServerAddr.sin_family = AF_INET; 
      
   ServerAddr.sin_port = htons(Port);     
      
   ServerAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 
      
           
      
   // 绑定监听port 
      
   bind(ListeningSocket, (SOCKADDR *)&ServerAddr, sizeof(ServerAddr)); 
      

   
      
        
     
   // 開始监听,指定最大同一时候连接数为5 
      
      listen(ListeningSocket, 5); 
      

   
      
        
     
   // 接受新的连接 
      
   NewConnection = accept(ListeningSocket, (SOCKADDR *) &ClientAddr,&ClientAddrLen)); 
      

   
      
        
     
   // 新的连接建立后,就能够互相通信了,在这个简单的样例中,我们直接关闭连接, 
      
   // 并关闭监听Socket,然后退出应用程序 
      
   //   
      
      closesocket(NewConnection); 
      
      closesocket(ListeningSocket); 
      

   
      
        
     
   // 释放Windows Socket DLL的相关资源 
      
      WSACleanup(); 
      
} 
      

 

 

TCPClient

 

# include <winsock2.h> 
      

   
      
        
     
void main(void) 
      
{ 
      
   WSADATA              wsaData; 
      
   SOCKET               s; 
      
   SOCKADDR_IN          ServerAddr; 
      
   int                  Port = 5150; 
      
    
      
   //初始化Windows Socket 2.2 
      
   WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData); 
      
    
      
   // 创建一个新的Socket来连接server 
      
      s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); 
      
    
      
   // 填写client地址信息 
      
   // port为5150 
      
   // serverIP地址为"136.149.3.29",注意使用inet_addrIP地址转换为网络格式 
      
      ServerAddr.sin_family = AF_INET; 
      
      ServerAddr.sin_port = htons(Port);     
      
      ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("136.149.3.29"); 
      

   
      
        
     
   // 向server发出连接请求 
      
      connect(s, (SOCKADDR *) &ServerAddr, sizeof(ServerAddr)); 
      
       
      
   // 新的连接建立后,就能够互相通信了,在这个简单的样例中,我们直接关闭连接, 
      
   // 并关闭监听Socket,然后退出应用程序 
      
      closesocket(s); 
      

   
      
        
     
   // 释放Windows Socket DLL的相关资源 
      
      WSACleanup(); 
      

}

 

23 WSAAsyncSelect模式

              前面说过,Windows网络编程模式有好几种,他们各有特点,实现起来复杂程度各不同样,适用范围也不一样。下图是Network Programming for Microsoft Windows 2nd 一书中对不同模式的一个性能測试结果。server採用Pentium 4 1.7 GHz XeonCPU768M内存;client有3PC,配置各自是Pentium 2 233MHz 128 MB 内存,Pentium 2 350 MHz 128 MB内存,Itanium 733 MHz 1 GB内存。

              详细的结果分析大家能够看看原书中作者的叙述,我关心的是哪种模式是我须要的。首先是server,勿庸置疑,肯定是完毕port模式。那么client呢,当然也能够採用完毕port,可是不同模式是在不同的操作系统下支持的,看下图:

              完毕port在Windows 98下是不支持的,尽管我们能够假定全部的用户都已经装上了Windows 2000Windows XP,。可是,假设是商业程序,这样的想法在现阶段不应该有,我们不能让用户为了使用我们的client而去升级他的操作系统。Overlapped I/O能够在Windows 98下实现,性能也不错,可是实现和理解起来快赶上完毕port了。并且,最关键的一点,client程序不是用来进行大规模网络响应的,client的主要工作应该是进行诸如图形运算等非网络方面的任务。原书作者,包含我强烈推荐大家使用WSAAsyncSelect模式实现client,由于它实现起来比較直接和easy,并且他全然能够满足client编程的需求。

              以下是一段源码,尽管我们是用它来写client,我还是把它的服务端代码放上来,一方面是有兴趣的朋友能够用他做測试和了解怎样用它实现server;还有一方面是client的代码能够非常easy的从它改动而成,不同的地方仅仅要參考一下2.1节里的代码就知道了。

 

#define WM_SOCKET WM_USER + 1 
      
#include <winsock2.h> 
      
#include <windows.h> 
      

   
      
        
     
int WINAPI WinMain(HINSTANCE hInstance, 
      
    HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, 
      
    int nCmdShow) 
      
{ 
      
    WSADATA wsd; 
      
    SOCKET Listen; 
      
    SOCKADDR_IN InternetAddr; 
      
    HWND Window; 
      
    // 创建主窗体 
      

   
      
        
     
    Window = CreateWindow(); 
      
    // 初始化Windows Socket 2.2 
      
WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd); 
      

   
      
        
     
// 创建监听Socket 
      
    Listen = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); 
      

   
      
        
     
    // 设置server地址 
      
    InternetAddr.sin_family = AF_INET; 
      
    InternetAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 
      
    InternetAddr.sin_port = htons(5150); 
      

   
      
        
     
    // 绑定Socket 
      
    bind(Listen, (PSOCKADDR) &InternetAddr, sizeof(InternetAddr)); 
      

   
      
        
     
    // 设置Windows消息,这样当有Socket事件发生时,窗体就能收到相应的消息通知 
      
// server一般设置 FD_ACCEPT │ FD_READ | FD_CLOSE 
      
// client一般设置 FD_CONNECT │ FD_READ | FD_CLOSE 
      
    WSAAsyncSelect(Listen, Window, WM_SOCKET, FD_ACCEPT │ FD_READ | FD_CLOSE); 
      

   
      
        
     
   // 開始监听 
      
   listen(Listen, 5); 
      

   
      
        
     
    // Translate and dispatch window messages 
      
    // until the application terminates 
      
    while (1) { 
      
     // ... 
      
 } 
      
} 
      

   
      
        
     
BOOL CALLBACK ServerWinProc(HWND hDlg,UINT wMsg, 
      
    WPARAM wParam, LPARAM lParam) 
      
{ 
      
    SOCKET Accept; 
      

   
      
        
     
    switch(wMsg) 
      
    { 
      
        case WM_PAINT: 
      
            // Process window paint messages 
      
            break; 
      

   
      
        
     
        case WM_SOCKET: 
      
            // Determine whether an error occurred on the 
      
            // socket by using the WSAGETSELECTERROR() macro 
      

   
      
        
     
            if (WSAGETSELECTERROR(lParam)) 
      
            { 
      
                 // Display the error and close the socket 
      
                closesocket( (SOCKET) wParam); 
      
                break; 
      
            } 
      

   
      
        
     
            // Determine what event occurred on the 
      
            // socket 
      

   
      
        
     
            switch(WSAGETSELECTEVENT(lParam)) 
      
            { 
      
                case FD_ACCEPT: 
      

   
      
        
     
                    // Accept an incoming connection 
      
                    Accept = accept(wParam, NULL, NULL); 
      

   
      
        
     
                    // Prepare accepted socket for read, 
      
                    // write, and close notification 
      

   
      
        
     
                    WSAAsyncSelect(Accept, hDlg, WM_SOCKET, 
      
                        FD_READ │ FD_WRITE │ FD_CLOSE); 
      
                    break; 
      

   
      
        
     
                case FD_READ: 
      
                    // Receive data from the socket in 
      
                    // wParam 
      
                    break; 
      

   
      
        
     
                case FD_WRITE: 
      
                    // The socket in wParam is ready 
      
                    // for sending data 
      
                    break; 
      

   
      
        
     
                case FD_CLOSE: 
      
                    // The connection is now closed 
      
                    closesocket( (SOCKET)wParam); 
      
                    break; 
      
            } 
      
            break; 
      
    } 
      
    return TRUE; 
      

}

 

 

24 小节

              眼下为止,我非常简要的介绍了Windows网络编程的一些东西,附上了一些源码。能够说,读者特别是刚開始学习的人,看了后不一定就能立即写出程序来,而那些代码也不是能够直接应用于实际的项目。别急,万里长征才開始第一步呢,非常多书里都是依照基础到应用的顺序来写的,可是我喜欢更直接一点,更有用一些的方式。并且,我写的这个专题,毕竟不是商业化的,时间上不能投入过多,仅仅是作为给刚開始学习的人的一个小小帮助。很多其它的还是希望读者自己刻苦研究,有问题的时候能够到我的论坛上给我留言,以后有机会我也会发布一些实际的代码。希望结交很多其它热爱编程和中国游戏事业的朋友。下一章里我将主要解说完毕port编程,这也是我写这篇文章的初衷,希望对大家能有所帮助。

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