Windows Socket TCP/UDP

Windows Socket编程，发现这篇文章不错，就拿过来分享下，转载地址：http://www.cnblogs.com/fantasy-blog/archive/2013/04/21/3033935.html

SOCKET网络编程

(WINDOWS SOCKET)

1.前言

网上看了很多Socket的资料，将理解的知识总结下，详细介绍下VC下windows sockets编程，并结合服务器和客户端的两个实例（TCP/UDP）讲解下。

2.SOCKET相关原理

在网络编程中最常用的方案便是Client/Server (客户机/服务器)模型。在这种方案中客户应用程序向服务器程序请求服务。一个服务程序通常在一个众所周知的地址监听对服务的请求，也就是说，服务进程一直处于休眠状态（简单的说就是死循环），直到一个客户向这个服务的地址提出了连接请求。在这个时刻，服务程序被"惊醒"并且为客户提供服务－对客户的请求作出适当的反应。

在VC中进行WINSOCK的API编程开发的时候，需要在项目中使用下面的三个文件，否则会出现编译错误。
　　1．WINSOCK.H: 这是WINSOCK API的头文件，需要包含在项目中。
　　2．WSOCK32.LIB: WINSOCK API连接库文件。在使用中，一定要把它作为项目的非缺省的连接库包含到项目文件中去。 
　　3．WINSOCK.DLL: WINSOCK的动态连接库，位于WINDOWS的安装目录下。

3.SOCKET API

下面讲解的都是在实例中使用的接口，了解相关定义后我们结合实例讲解。

1.WSAStartup()

此函数在应用程序中初始化Windows Sockets DLL ，只有此函数调用成功后，应用程序才可以再调用其他Windows Sockets DLL中的API函数。

int PASCAL FAR WSAStartup(WORD wVersionRequired, LPWSADATA lpWSAData);
其返回值为整型，调用方式为PASCAL（即标准类型，PASCAL等于__stdcall），参数有两个，第一个参数为WORD类型，指明了Socket的版本号，第二个参数为WSADATA类型的指针。
若返回值为0，则初始化成功，若不为0则失败。

在程式中调用该函数的形式如下：WSAStartup(MAKEWORD(1,1), &WSAData)，其中MAKEWORD(1,1)表示我们用的是WinSocket1.1版本，WSAata用来存储系统传回的关于WinSocket的资料。

(1) WORD类型、MAKEWORD、LOBYTE和HIBYTE宏

WORD类型是一个16位的无符号整型，在WTYPES.H中被定义为：
typedef unsigned short WORD;
其目的是提供两个字节的存储，在Socket中这两个字节可以表示主版本号和副版本号。使用MAKEWORD宏可以给一个WORD类型赋值。例如要表示主版本号2，副版本号0，可以使用以下代码：
WORD wVersionRequested;  

wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 0 );
注意低位内存存储主版本号2，高位内存存储副版本号0，其值为0x0002。使用宏LOBYTE可以读取WORD的低位字节，HIBYTE可以读取高位字节。在后面的实例中会应用。

(2)WSADATA类型和LPWSADATA类型

    WSADATA类型是一个结构，描述了Socket库的一些相关信息，其结构定义如下：
typedef struct WSAData {
        WORD                  wVersion;
        WORD                 wHighVersion;
        char                    szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];
        char                     szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];
        unsigned short           iMaxSockets;
        unsigned short          iMaxUdpDg;
        char FAR *              lpVendorInfo;
} WSADATA;
typedef WSADATA FAR *LPWSADATA;
    值得注意的就是wVersion字段，存储了Socket的版本类型。LPWSADATA是WSADATA的指针类型。它们通过Socket的初始化函数WSAStartup读取出来。

2.WSACleanup()

这是Socket环境的退出函数。返回值为0表示成功，SOCKET_ERROR表示失败。

3.socket()

SOCKET是socket套接字类型，在WINSOCK2.H中有如下定义：
typedef unsigned int    u_int;
typedef u_int           SOCKET;
可知套接字实际上就是一个无符号整型，它将被Socket环境管理和使用。

初始化WinSock的动态连接库后，需要在服务器端建立一个监听的Socket，为此可以调用Socket()函数用来建立这个监听的Socket，并定义此Socket所使用的通信协议。此函数调用成功返回Socket对象，失败则返回INVALID_SOCKET(调用WSAGetLastError()可得知原因，所有WinSocket 的API函数都可以使用这个函数来获取失败的原因。

　　SOCKET PASCAL FAR socket( int af, int type, int protocol )

参数: 

af: 目前只提供 PF_INET(AF_INET)；
type： Socket 的类型 (SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM)；
protocol： 通讯协定(如果使用者不指定则设为0)；

如果要建立的是遵从TCP/IP协议的socket，第二个参数type应为SOCK_STREAM，为UDP（数据报）的socket，应为SOCK_DGRAM。

l SOCK_STREAM:这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连接。这是一个使用最多的socket类型，这个socket是使用TCP来进行传输。

l SOCK_DGRAM:这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。

套接字将被创建、设置、用来发送和接收数据，最后会被关闭。

4.bind()

接下来要为服务器端定义的这个监听的Socket指定一个地址及端口（Port），这样客户端才知道待会要连接哪一个地址的哪个端口，为此我们要调用bind()函数，该函数调用成功返回0，否则返回SOCKET_ERROR。

　　int PASCAL FAR bind( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name,int namelen );

参 数： 

s：Socket对象名；
name：Socket的地址值，这个地址必须是执行这个程式所在机器的IP地址；
namelen：name的长度； 

如果使用者不在意地址或端口的值，那么可以设定地址为INADDR_ANY，及Port为0，Windows Sockets 会自动将其设定适当之地址及Port (1024 到 5000之间的值)。此后可以调用getsockname()函数来获知其被设定的值。

5.sockaddr_in、in_addr类型，inet_addr、inet_ntoa函数，sockaddr

sockaddr_in定义了socket发送和接收数据包的地址，定义：
struct sockaddr_in

{
        short     sin_family;
        u_short  sin_port;
        struct in_addr  sin_addr;
        char     sin_zero[8];
};
其中in_addr的定义如下：
struct in_addr 

{
         union {
                 struct { u_char s_b1,s_b2,s_b3,s_b4; } S_un_b;
                 struct { u_short s_w1,s_w2; } S_un_w;
                 u_long S_addr;

} S_un;
首先阐述in_addr的含义，很显然它是一个存储ip地址的联合体（union），有三种表达方式：
第一种用四个字节来表示IP地址的四个数字；
第二种用两个双字节来表示IP地址；
第三种用一个长整型来表示IP地址。
给in_addr赋值的一种最简单方法是使用inet_addr函数，它可以把一个代表IP地址的字符串赋值转换为in_addr类型，如
addrto.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.0.2");
其反函数是inet_ntoa，可以把一个in_addr类型转换为一个字符串。
sockaddr_in的含义比in_addr的含义要广泛，其各个字段的含义和取值如下：
第一个字段short   sin_family，代表网络地址族，如前所述，只能取值AF_INET；
第二个字段u_short sin_port，代表IP地址端口，由程序员指定；
第三个字段struct in_addr sin_addr，代表IP地址；
第四个字段char    sin_zero[8]，是为了保证sockaddr_in与SOCKADDR类型的长度相等而填充进来的字段。

sockaddr类型是用来表示Socket地址的类型，同上面的sockaddr_in类型相比，sockaddr的适用范围更广，因为sockaddr_in只适用于TCP/IP地址。Sockaddr的定义如下：
struct sockaddr {
 u_short    sa_family;
 char       sa_data[14];
};  
可知sockaddr有16个字节，而sockaddr_in也有16个字节，所以sockaddr_in是可以强制类型转换为sockaddr的。事实上也往往使用这种方法。

6.listen()

当服务器端的Socket对象绑定完成之后,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。listen()函数使服务器端的Socket 进入监听状态，并设定可以建立的最大连接数(目前最大值限制为 5, 最小值为1)。该函数调用成功返回0，否则返回SOCKET_ERROR。
　　int PASCAL FAR listen( SOCKET s, int backlog );

参 数： 

s：需要建立监听的Socket；
backlog：最大连接个数；
　 　服务器端的Socket调用完listen（）后，如果此时客户端调用connect（）函数提出连接申请的话，Server 端必须再调用accept() 函数，这样服务器端和客户端才算正式完成通信程序的连接动作。为了知道什么时候客户端提出连接要求，从而服务器端的Socket在恰当的时候调用 accept()函数完成连接的建立，我们就要使用WSAAsyncSelect（）函数，让系统主动来通知我们有客户端提出连接请求了。该函数调用成功 返回0，否则返回SOCKET_ERROR。

　　int PASCAL FAR WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd,unsigned int wMsg, long lEvent );

参数： 

s：Socket 对象；
hWnd ：接收消息的窗口句柄；
wMsg：传给窗口的消息；
lEvent：被注册的网络事件，也即是应用程序向窗口发送消息的网路事件，该值为下列值FD_READ、FD_WRITE、FD_OOB、 FD_ACCEPT、FD_CONNECT、FD_CLOSE的组合，各个值的具体含意为FD_READ：希望在套接字S收到数据时收到消 息；FD_WRITE：希望在套接字S上可以发送数据时收到消息；FD_ACCEPT：希望在套接字S上收到连接请求时收到消息；FD_CONNECT： 希望在套接字S上连接成功时收到消息；FD_CLOSE：希望在套接字S上连接关闭时收到消息；FD_OOB：希望在套接字S上收到带外数据时收到消息。 具体应用时，wMsg应是在应用程序中定义的消息名称，而消息结构中的lParam则为以上各种网络事件名称。所以，可以在窗口处理自定义消息函数中使用 以下结构来响应Socket的不同事件：　　

switch(lParam)　 { 　case FD_READ: 　　 …　　 　　 break; 　case FD_WRITE: 　　 … 　　 break; 　… }

 

7.accept()

当Client提出连接请求时，Server 端hwnd视窗会收到Winsock Stack送来我们自定义的一个消息，这时，我们可以分析lParam，然后调用相关的函数来处理此事件。为了使服务器端接受客户端的连接请求，就要使用 accept() 函数，该函数新建一Socket与客户端的Socket相通，原先监听之Socket继续进入监听状态，等待他人的连接要求。该函数调用成功返回一个新产 生的Socket对象，否则返回INVALID_SOCKET。

　　SOCKET PASCAL FAR accept( SCOKET s, struct sockaddr FAR *addr,int FAR *addrlen );
参数：

s：Socket的识别码；

addr：存放来连接的客户端的地址；
addrlen：addr的长度

8.connect()

Connect用于客户端想服务器发起连接。

格 式： int PASCAL FAR connect( SOCKET s,const struct sockaddr FAR *name,int namelen );
参 数： s Socket 的识别码
name 此 Socket 想要连接的对方位址
namelen name的长度
传回值：成功 - 0
失败 - SOCKET_ERROR (呼叫WSAGetLastError()可得知原因)
说明： 此函式用来向对方要求建立连接。若是指定的对方位址为 0 的话，会传回错误值。当连接建立完成後，使用者即可利用此一 Socket 来做传送或接收资料之用了。

9.sendto()，send()函数

在Socket中有两套发送和接收函数，一是sendto和recvfrom；二是send和recv。前一套在函数参数中要指明地址（UDP协议）；而后一套需要先将套接字和一个地址绑定，然后直接发送和接收，不需绑定地址。
sendto的定义如下：
int PASCAL FAR sendto (SOCKET s, const char FAR * buf, int len, int flags, const struct sockaddr FAR *to, int tolen);
第一个参数就是套接字；
第二个参数是要传送的数据指针；
第三个参数是要传送的数据长度（字节数）；
第四个参数是传送方式的标识，如果不需要特殊要求则可以设置为0，其它值请参考MSDN；
第五个参数是目标地址，注意这里使用的是sockaddr的指针；
第六个参数是地址的长度；
返回值为整型，如果成功，则返回发送的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR。
send函数有四个参数与sendto函数的前四个参数是一样的。

 

10.recvfrom()，recv()函数

int WSAAPI recvfrom(IN SOCKET s,char FAR * buf,int len,int flags,sockaddr FAR * from,int  * fromlen );
第一个参数就是套接字；
第二个参数是要接收消息的char数组的指针；
第三个参数是要接收的数据长度（字节数）；
第四个参数是接收方式的标识，如果不需要特殊要求则可以设置为0；
第五个参数是接收地址的结构指针，存放接收到对方的的地址信息；
第六个参数是地址的长度的指针（&）；
返回值为整型，如果成功，则返回接收的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR。
recv函数有四个参数与recvfrom函数的前四个参数是一样的。

11.sleep()函数

线程挂起函数，表示线程挂起一段时间。Sleep(1000)表示挂起一秒。定义于WINBASE.H头文件中。WINBASE.H又被包含于WINDOWS.H中，然后WINDOWS.H被WINSOCK2.H包含。

12.recvfrom()，recv()函数

int WSAAPI recvfrom(IN SOCKET s,char FAR * buf,int len,int flags,sockaddr FAR * from,int  * fromlen );
第一个参数就是套接字；
第二个参数是要接收消息的char数组的指针；
第三个参数是要接收的数据长度（字节数）；
第四个参数是接收方式的标识，如果不需要特殊要求则可以设置为0；
第五个参数是接收地址的结构指针，存放接收到对方的的地址信息；
第六个参数是地址的长度的指针（&）；
返回值为整型，如果成功，则返回接收的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR。
recv函数有四个参数与recvfrom函数的前四个参数是一样的。

13.closesocket()

关闭套接字，其参数为SOCKET类型。成功返回0，失败返回SOCKET_ERROR。

4.TCP/UDP Socket流程图

1.UDP流程图

 

2.TCP流程图

 

以下实现在我本地测试通过

1. UDP实现

(1) UDP Server

#include <stdio.h>

/* Windows socket头文件 */

#include <Winsock2.h>

/* 网络API的动态链接库 */

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

void main()

{

    SOCKET uiFdSocket;

    WSADATA wsaData;

    char szbuffer[1024] = "\0";

    struct sockaddr_in stServerAddr;

    struct sockaddr_in stClientAddr;

    int iAddrlen = sizeof(sockaddr_in);

    /* 调用Windows Sockets DLL,成功后才能使用socket系列函数 */

    if (0 != WSAStartup(MAKEWORD(2,1), &wsaData))

    {

        printf("Winsock init failed!\r\n");

        WSACleanup();

        return;

    }

    memset(&stServerAddr, 0, sizeof(stServerAddr));

    memset(&stClientAddr, 0, sizeof(stClientAddr));

    /* 服务器地址 */

    stServerAddr.sin_family = AF_INET;

    /* 监听端口 */

    stServerAddr.sin_port = htons(6000);

    stServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    /* 服务器端创建socket, 报文模式(UDP)*/

    uiFdSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    /* 绑定端口号 */

    bind(uiFdSocket, (struct sockaddr*)&stServerAddr, sizeof(sockaddr_in));

    while(true)

    {

        printf("waiting client send msg now...\r\n");

        if (SOCKET_ERROR != recvfrom(uiFdSocket,szbuffer,sizeof(szbuffer),0,(struct  sockaddr*)&stClientAddr, &iAddrlen))

        {

            printf("Received datagram from %s--%s\n", inet_ntoa(stClientAddr.sin_addr), 	 szbuffer);

            sendto(uiFdSocket, szbuffer, sizeof(szbuffer), 0, (struct sockaddr*)&stClientAddr, 	 iAddrlen);

        }

    }

    closesocket(uiFdSocket);

}

(2) UDP Client

#include <stdio.h>

/* Windows socket头文件 */

#include <Winsock2.h>

/* 网络API的动态链接库 */

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

void main()

{

    SOCKET uiFdsocket;

    WSADATA wsaData;

    struct sockaddr_in stServerAddr;

    int iAddrlen = sizeof(sockaddr_in);

    char szbuffer[1024] = "\0";

    if (0 != WSAStartup(MAKEWORD(2,1),&wsaData))

    {

        printf("Winsock init faied!\r\n");

        WSACleanup();

        return;

    }

    /* 服务器监听的端口和地址 */

    memset(&stServerAddr, 0, sizeof(stServerAddr));

    stServerAddr.sin_family = AF_INET;

    stServerAddr.sin_port = htons(6000);

    stServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    printf("Now connecting the server...\r\n");

    uiFdsocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    while(true)

    {

        printf("Input message here...\r\n");

//        scanf("%s", szbuffer);

        gets(szbuffer);

        if(strcmp(szbuffer, "bye") == 0)

        {

            printf("exit\r\n");

            Sleep(100);

            closesocket(uiFdsocket);

            break;

        }

        if(SOCKET_ERROR != sendto(uiFdsocket, szbuffer,sizeof(szbuffer), 0, (struct  sockaddr*)&stServerAddr, iAddrlen))

        {

            Sleep(100);

            if (SOCKET_ERROR != recvfrom(uiFdsocket, szbuffer, sizeof(szbuffer), 0, (struct sockaddr*)&stServerAddr, &iAddrlen))

            {

                printf("recive from server:%s\r\n", szbuffer);

            }

        }

    }

    closesocket(uiFdsocket);

    return;

}

2. TCP 实现

(1) TCP Server

#include <winsock2.h>

#include <stdio.h>

#include <windows.h>

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

int main(int argc, char* argv[]){

    //判断是否输入了端口号

    if(argc!=2){

        printf("Usage: %s PortNumber\n",argv[0]);

        exit(-1);

    }

    //把端口号转化成整数

    short port;

    if((port = atoi(argv[1]))==0){

        printf("端口号有误\n");

        exit(-1);

    }

    WSADATA wsa;

    //初始化套接字DLL

    if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsa)!=0){

        printf("套接字初始化失败!\n");

        exit(-1);

    }

    //创建套接字

    SOCKET serverSocket;

    if((serverSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP))==INVALID_SOCKET){

        printf("创建套接字失败!\n");

        exit(-1);

    }

    struct sockaddr_in serverAddress;

    memset(&serverAddress,0,sizeof(sockaddr_in));

    serverAddress.sin_family=AF_INET;

    serverAddress.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);

    serverAddress.sin_port = htons(port);

    //绑定

    if(bind(serverSocket,(sockaddr*)&serverAddress,sizeof(serverAddress))==SOCKET_ERROR){

        printf("套接字绑定到端口失败! 端口: %d\n",port);

        exit(-1);

    }

    //进入侦听状态

    if(listen(serverSocket,SOMAXCONN)==SOCKET_ERROR){

        printf("侦听失败!");

        exit(-1);

    }

    printf("Server %d is listening......\n",port);

    SOCKET clientSocket;//用来和客户端通信的套接字

    struct sockaddr_in clientAddress;//用来和客户端通信的套接字地址

    memset(&clientAddress,0,sizeof(clientAddress));

    int addrlen = sizeof(clientAddress);

    //接受连接

    if((clientSocket=accept(serverSocket,(sockaddr*)&clientAddress,&addrlen))==INVALID_SOCKET){

        printf("接受客户端连接失败！");

        exit(-1);

    }

    printf("Accept connection from %s\n",inet_ntoa(clientAddress.sin_addr));

    char buf[4096];

    while(1){

        //接收数据

        memset(buf,0x00,sizeof(buf));

        int bytes;

        if((bytes=recv(clientSocket,buf,sizeof(buf),0))==SOCKET_ERROR){

            printf("接收数据失败!\n");

            exit(-1);

        }

        buf[bytes]='\0';

        printf("Message from %s: %s\n",inet_ntoa(clientAddress.sin_addr),buf);

        if(send(clientSocket,buf,bytes,0)==SOCKET_ERROR){

            printf("发送数据失败!");

            exit(-1);

        }

    }

    //清理套接字占用的资源

    WSACleanup();

    return 0;

}

(2) TCP Client

#include <winsock2.h>

#include <stdio.h>

#include <windows.h>

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

int main(int argc, char* argv[]){

    //判断是否输入了IP地址和端口号

    if(argc!=3){

        printf("Usage: %s IPAddress PortNumber\n",argv[0]);

        exit(-1);

    }

    //把字符串的IP地址转化为u_long

    unsigned long ip;

    if((ip=inet_addr(argv[1]))==INADDR_NONE){

        printf("不合法的IP地址：%s",argv[1]);

        exit(-1);

    }

    //把端口号转化成整数

    short port;

    if((port = atoi(argv[2]))==0){

        printf("端口号有误!");

        exit(-1);

    }

    printf("Connecting to %s:%d......\n",inet_ntoa(*(in_addr*)&ip),port);

    WSADATA wsa;

    //初始化套接字DLL

    if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsa)!=0){

        printf("套接字初始化失败!");

        exit(-1);

    }

    //创建套接字

    SOCKET sock;

    if((sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP))==INVALID_SOCKET){

        printf("创建套接字失败!");

        exit(-1);

    }

    struct sockaddr_in serverAddress;

    memset(&serverAddress,0,sizeof(sockaddr_in));

    serverAddress.sin_family=AF_INET;

    serverAddress.sin_addr.S_un.S_addr = ip;

    serverAddress.sin_port = htons(port);

    //建立和服务器的连接

    if(connect(sock,(sockaddr*)&serverAddress,sizeof(serverAddress))==SOCKET_ERROR){

        printf("建立连接失败!");

        exit(-1);

    }

    char buf[4096];

    while(1){

        printf(">");

        //从控制台读取一行数据

        memset(buf,0,sizeof(buf));

        gets(buf);

        buf[strlen(buf)] = '\0';

        //发送给服务器

       if(send(sock,buf,strlen(buf),0)==SOCKET_ERROR){

            printf("发送数据失败!\n");

            exit(-1);

        }

       int bytes;

        if((bytes=recv(sock,buf,strlen(buf),0))==SOCKET_ERROR){

            printf("接收数据失败!\n");

            exit(-1);

        }

        buf[bytes]='\0';

        printf("Message from %s: %s\n",inet_ntoa(serverAddress.sin_addr),buf);

    }

    //清理套接字占用的资源

    WSACleanup();

    return 0;

}