Winsock网络编程快速入门

转自： http://blog.csdn.net/zhao_yin/article/details/6982382

一、基本知识

 

1、Winsock，一种标准API，一种网络编程接口，用于两个或多个应用程序（或进程）之间通过网络进行数据通信。具有两个版本：

Winsock 1:

Windows CE平台支持。

头文件：WinSock.h

库：wsock32.lib

 

Winsock 2:

部分平台如Windows CE貌似不支持。通过前缀WSA可以区别于Winsock 1版本。个别函数如WSAStartup、WSACleanup、WSARecvEx、WSAGetLastError都属于Winsock 1.1规范的函数；

头文件：WinSock2.h

库：ws2_32.lib

 

mswsock.h用于编程扩展，使用时必须链接mswsock.dll。

 

2、网络协议：

IP (Internet Protocol)  网际协议，无连接协议；

TCP (Transmission Control Protocol)  传输控制协议；

UDP (User Datagram Protocol)  用户数据协议；

FTP (File Transfer Protocol)  文件传输协议；

HTTP (Hypertext Transfer Protocol)  超文本传输协议；

 

3、字节存储顺序：

big_endian:大端存储，存储顺序从高位到低位，地址指向最高有效字节。在网络中将IP和端口指定为多字节时使用大端存储，也称为网络字节顺序(network_byte)。貌似MAC OS使用的是大端存储方式；

 

little_endian:小端存储，存储顺序从低位到高位，地址指向最低有效字节。本地主机存储IP和端口制定的多字节时使用，也称为主机字节顺序(host_byte)。大多数系统都是小端存储；

 

用下面的方式可以检测是否为大端存储：

 bool IsBig_endian()
 {
     unsigned short test = 0x1122;
     if ( *( (unsigned char*)&test ) == 0x11 )
     {
         return true;
     }
     else
     {
         return false;
     }
 }

 

此外有很多函数可以用来进行 主机字节和网络字节之间的转换，如:

u_long htonl( u_long hostlong );

int WSAHtonl( SOCKET s, u_long hostlong, u_long FAR *lpnetlong );

而有时网络IP是点分法表示的，如:192.168.0.1，使用函数 unsigned long inet_addr( const char FAR *cp ); 可以将点分法的IP字符串作为一个网络字节顺序的32位u_long返回。

 

 

二、快速了解

 

1、Winsock初始化：

首先确保包含对应版本的头文件，然后保证链接对应的库文件（可以在代码中使用#pragma comment(lib, "WS2_32")，或在编译器项目属性中链接器->输入->附加依赖项中添加ws2_32.lib）；

 通过调用WSAStartup函数来实现加载Winsock库：

 int
 WSAAPI
 WSAStartup(
     IN WORD wVersionRequested,
     OUT LPWSADATA lpWSAData
     );

其中参数wVersionRequested用来指定加载Winsock库的版本，高位字节为次版本，低位字节为主版本，使用宏 MAKEWORD(x,y)来生成一个WORD；

参数lpWSAData是指向WASDATA结构指针，加载的版本库信息将会填充这个结构，详细内容自查。

在使用Winsock后需要释放资源，并取消应用程序挂起的Winsock操作。使用 int WASCleanup();

 

 

2、错误处理：

如果已经加载了Winsock库，则调用Winsock函数出错后，通常会返回SOCKET_ERROR，而通过使用函数 int WSAGetLastError() 可以获得具体信息值，例如：

 if ( SOCKET_ERROR == WSACleanup() )
 {
     cout << "WSACleanup error " << WSAGetLastError() << endl;
     return 0;
 }

根据获取错误信息值，可以知道错误原因，并进行相应的处理。

3、寻址：

想要进行通信就需要知道彼此的地址，一般来说这个地址由IP和端口号来决定。在Winsock中使用SOCKADDR_IN结构来指定地址信息：

 struct sockaddr_in {
         short   sin_family;
         u_short sin_port;
         struct  in_addr sin_addr;
         char    sin_zero[8];
 };

sin_family字段通常设置为AF_INET，表示Winsock此时正在使用IP地址族；

sin_port用于标示TCP或UDP通信端口，部分端口是为一些服务保留的，如FTP和HTTP使用要注意；

sin_adr字段把地址(例如是IPv4地址)作为一个4字节的量来存储起来，它是u_long类型，且是网络字节顺序的。可以使用inet_addr来处理点分法表示的IP地址；

sin_zero只充当填充项，以使SOCKADDR_IN结构和SOCKADDR结构长度一样。

以下简单的使用SOCKADDR_IN来指定地址：

 //创建一个地址
 int serverPort      = 5150;

 char FAR serverIP[] = "192.168.1.102"; //本机ip，不知道就ipconfig

 SOCKADDR_IN serverAddr;
 serverAddr.sin_family   = AF_INET;
 serverAddr.sin_port = htons( serverPort );
 serverAddr.sin_addr.s_addr  = inet_addr( serverIP );
 int serverAddr_size = static_cast<int>( sizeof(serverAddr) );

有时作为一个连接通信的服务端来说，在设置监听socket的地址结构时sin_addr.s_addr的值可以是htonl( INADDR_ANY )，INADDR_ANY允许将socket绑定到系统中所有可用的接口，以便传到任意接口的连接（端口必须正确）都可以被监听socket接受。

4、socket套接字：

套接字是通信时为传输提供的句柄，Winsock的操作都是基于套接字实现的。创建一个套接字有socket和WSASocket方法：

 SOCKET
 WSAAPI
 socket(
        IN int af,       //协议的地址族，使用IPv4来描述Winsock，设置为AF_INET
        IN int type,     //套接字类型，TCP/IP设置为SOCK_STREAM，UDP/IP设置为SOCK_DGRAM
        IN int protocol      //用于给定地址族和类型具有多重入口的传送限定，TCP设置为IPPROTO_TCP，UDP设置为IPPROTO_UDP
        );

如果创建成功，函数会返回一个有效的SOCKET，否则会返回INVALID_SOCKET，可以用WSAGetLastError()函数获得错误信息。

5、连接通信实现过程：

连结通信是基于TCP/IP实现的，进行数据传输前，通信双方要进行连接。

服务端：

初始化Winsock后，创建一个监听socket和一个要接受连接的地址结构；

使用bind将监听socket与地址结构进行关联；

 int
 WSAAPI
 bind(
      IN SOCKET s,               //一个用于监听的socket
      IN const struct sockaddr FAR * name,   //指向进行绑定的地址结构
      IN int namelen             //进行绑定的地址结构的大小
      );

使用listen将bind成功的监听socket状态设置为监听状态；

 int
 WSAAPI
 listen(
        IN SOCKET s,     //一个用于监听的socket，已经进行bind
        IN int backlog       //允许挂起连接的队列的最大长度，超过这个长度后，再有连接将会失败
        );

使用accept接受通过监听socket获取的连接，成功后将返回的新的连接socket进行保存以便数据传输；

 SOCKET
 WSAAPI
 accept(
        IN SOCKET s,         //处于监听模式的socket
        OUT struct sockaddr FAR * addr,  //指向一个地址结构，用来接受连接后获得对方地址信息
        IN OUT int FAR * addrlen     //指向一个整数，表示参数2指向地址结构的大小
        );

客户端：

初始化Winsock后，创建一个监听socket和一个要连接的服务器地址结构；

使用connect将socket和服务器地址结构进行初始化连接，成功后将使用socket进行数据传输；

 int
 WSAAPI
 connect(
         IN SOCKET s,            //要建立连接的socket
         IN const struct sockaddr FAR * name,    //指向保存要建立连接信息的地址结构
         IN int namelen          //参数2指向地址结构的大小
         );

连接成功后，使用send、recv来进行数据传输；

 int
 WSAAPI
 send(
      IN SOCKET s,       //进行连接的socket
      IN const char FAR * buf,   //指向发送数据的缓冲区
      IN int len,        //发送数据的字符数
      IN int flags       //一个标志位，可以是0、MSG_DONTROUTE、MSG_OOB还可以是他们的或运算结果
      );         //返回已经发送的数据长度


 int
 WSAAPI
 recv(
      IN SOCKET s,       //进行连接的socket
      OUT char FAR * buf,    //指向接受数据的缓冲区
      IN int len,        //准备接受数据字节数或缓冲区的长度
      IN int flags       //可以是0、MSG_PEEK、MSG_OOB还可以是他们的或运算结果
      );         //返回已接受的数据长度

连接结束后，使用shutdown和closesocket来断开连接和释放资源；

 int
 WSAAPI
 shutdown(
          IN SOCKET s,   //要关闭的socket
          IN int how //关闭标志：SD_RECEIVE、SD_SEND、SD_BOTH
          );

6、无连接通信实现过程：

无连接通信是基于UDP/IP实现的，UDP不能确保可靠的数据传输，但能将数据发送到多个目标，或者接受多个源的数据。

初始化Winsock后，可以创建socket和用以进行通信任意地址结构；

使用recvfrom通过socket和通信的地址结构接受数据；

使用sendto通过socket和通信的地址结构发送数据；

 int
 WSAAPI
 recvfrom(
          IN SOCKET s,
          OUT char FAR * buf,
          IN int len,
          IN int flags,
          OUT struct sockaddr FAR * from,
          IN OUT int FAR * fromlen
          );

 int
 WSAAPI
 sendto(
        IN SOCKET s,
        IN const char FAR * buf,
        IN int len,
        IN int flags,
        IN const struct sockaddr FAR * to,
        IN int tolen
        );

同样通信结束后，使用shutdown和closesocket来断开连接和释放资源

上述使用函数都有多个版本，而且相关的一些标志位参数可以提供设置选项，另外，返回的错误处理等也有待于详细研究；

7、select函数：

select()用于确定一个或多个套接口的状态。对每一个套接口，调用者可查询它的可读性、可写性及错误状态信息。

 int
 WSAAPI
 select(
        IN int nfds,         //指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，在Windows中值无所谓。
        IN OUT fd_set FAR * readfds, //可选指针，指向一组等待可读性检查的套接字。
        IN OUT fd_set FAR * writefds,    //可选指针，指向一组等待可写性检查的套接字。
        IN OUT fd_set FAR *exceptfds,    //可选指针，指向一组等待错误检查的套接字。
        IN const struct timeval FAR * timeout    //select()最多等待时间，对阻塞操作则为NULL。
        );

 //用fd_set结构来表示一组等待检查的套接口。在调用返回时，这个结构存有满足一定条件的套接口组的子集：

 typedef struct fd_set {
     u_int fd_count;               //其中set元素数目
     SOCKET  fd_array[FD_SETSIZE]; //保存set元素的数组
 } fd_set;

 fd_set set;
 FD_ZERO(&set);      /*将set清零使集合中不含任何fd*/
 FD_SET(fd, &set);       /*将fd加入set集合*/
 FD_CLR(fd, &set);       /*将fd从set集合中清除*/
 FD_ISSET(fd, &set);     /*测试fd是否在set集合中*/

select的返回值：

select()调用返回处于就绪状态并且已经包含在fd_set结构中的描述字总数；

如果超时则返回0；否则的话，返回SOCKET_ERROR错误，通过WSAGetLastError获取相应错误代码。

当返回位0时，所有描述符集清0；

当返回为-1时，不修改任何描述符集；

当返回为非0时，在3个描述符集里，依旧是1的位就是准备好的描述符。这也就是为什么，每次用select后都要用FD_ISSET的原因。

 

 

三、简单实践

利用上述内容，实现一个基于TCP/IP的连接通信。

服务端：

//******************************************************************

 #include "stdafx.h"

 #include <iostream>

 #include <WinSock2.h>

 #pragma comment(lib, "WS2_32")


 using namespace std;



 # define REQUEST_BACKLOG 5


 //******************************
 //好吧不用写这些纠结的函数，就是看着清晰些
 //初始化Winsock
 bool InitWSA( const WORD &wVersion, WSADATA *wsadata )
 {
     int Ret = 0;
     if ( ( Ret = WSAStartup( wVersion,wsadata ) ) != 0 )
     {
         cout << "WSAStartup failed, error "  << Ret << endl;

         return false;
     }

     return true;
 }


 //结束Winsock
 void cleanWSA()
 {
     if ( WSACleanup() == SOCKET_ERROR )
     {
         cout << "WSACleanup failed, error "  << WSAGetLastError() << endl;
     }
 }



 //IPv4寻址，通过ip填充SOCKADDR_IN结构
 void InitSockAddrByIP( SOCKADDR_IN *pSockAddr, const char FAR *strIP, const INT &nPortID )
 {
     pSockAddr->sin_family            = AF_INET;

     pSockAddr->sin_port              = htons( nPortID );

     if ( 0 != strlen(strIP) )
     {
         pSockAddr->sin_addr.s_addr       = inet_addr( strIP );
     }
     else
     {
         pSockAddr->sin_addr.s_addr       = htonl( INADDR_ANY );
     }
 }


 //bind
 bool bindAddr( const SOCKADDR_IN *pSockAddr, SOCKET *pSocket )
 {
     int bindResult = bind( *pSocket, (sockaddr *)(pSockAddr), sizeof(*pSockAddr));

     if ( SOCKET_ERROR == bindResult )
     {
         cout << "bind error :" << WSAGetLastError() << endl;
         return false;
     }
     return true;
 }


 //listen
 bool setListener( SOCKET *pSocket, int backlog )
 {
     int nResult = listen( *pSocket, backlog );

     if ( SOCKET_ERROR == nResult )
     {
         cout << "listen error :" << WSAGetLastError() << endl;
         return false;
     }
     return true;
 }





 //******************************


 //程序入口
 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
 {

     //初始化Winsock
     WSADATA wsadata;
     if ( !InitWSA( MAKEWORD(2,2), &wsadata ) )
     {
         return 0;
     }


     //指定连接ip地址和服务器口

     SOCKADDR_IN InternetAddr;
     //char FAR strIP[]  = "198.0.0.0";
     char FAR strIP[]    = "";
     INT nPortID         = 5150;
     InitSockAddrByIP( &InternetAddr, strIP, nPortID );



     //创建listener_socket
     SOCKET listener_socket = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP );
     if ( INVALID_SOCKET == listener_socket )
     {
         cout << "listener_socket creat failed " << endl;
         return 0;
     }


     //bind
     if ( !bindAddr( &InternetAddr, &listener_socket ) )
     {
         return 0;
     }


     //监听
     if ( !setListener( &listener_socket, REQUEST_BACKLOG ) )
     {
         return 0;
     }

     cout << "server started~~~ " << endl;



     //创建 socket保存结构
     fd_set fdSocket;
     FD_ZERO( &fdSocket );
     FD_SET( listener_socket, &fdSocket );


     //查找可读的 socket
     while( true )
     {
         fd_set fdSocket_temp;
         fdSocket_temp = fdSocket;

         fd_set fdRead;
         fdRead = fdSocket;

         fd_set fdExceptds;
         fdExceptds = fdSocket;

         int nResult_select = select( 0, &fdRead, NULL, &fdExceptds, NULL );

         if ( 0 < nResult_select )
         {
             unsigned int socket_count = fdSocket_temp.fd_count;
             for ( unsigned int i=0; i< socket_count; i++ )
             {

                 //可读的

                 if ( FD_ISSET( fdSocket_temp.fd_array[i], &fdRead ) )
                 {
                     //找到所有可读连接
                     if ( fdSocket_temp.fd_array[i] == listener_socket )
                     {
                         if ( fdSocket.fd_count < FD_SETSIZE )
                         {


                             //接受新的连接
                             SOCKADDR_IN ClientAddr;
                             int addrlen = static_cast<int>(sizeof(ClientAddr));   //一定要赋值

                             SOCKET newClient_socket = accept( listener_socket, (sockaddr *)&ClientAddr, &addrlen );
                             if ( INVALID_SOCKET == newClient_socket )
                             {
                                 cout << " accept error " << WSAGetLastError() << endl;
                             }
                             else
                             {
                                 FD_SET( newClient_socket, &fdSocket );
                                 cout << "find new connect: " << inet_ntoa( ClientAddr.sin_addr ) << endl;
                             }
                         }

                         else
                         {
                             cout<<"too much connections"<<endl;
                             continue;
                         }

                     }
                     else
                     {

                         //接收数据

                         char recvbuff[1024];
                         int  ret = 0;

                         ret = recv( fdSocket_temp.fd_array[i], recvbuff, static_cast<int>( strlen(recvbuff) ), 0 );
                         if ( 0 < ret )
                         {
                             recvbuff[ret] = '\0';
                             cout << "recv : " << recvbuff << endl;
                             //回复
                             char backbuf[1024] = "receive info!";
                             send( fdSocket_temp.fd_array[i], backbuf, static_cast<int>( strlen(backbuf) ), 0 );

                         }
                         else
                         {
                             //该连接断开
                             closesocket( fdSocket_temp.fd_array[i] );
                             FD_CLR( fdSocket_temp.fd_array[i], &fdSocket );
                         }

                     }

                 }
                 else if( fdSocket_temp.fd_array[i] != listener_socket )
                 {
                     //该连接断开
                     closesocket( fdSocket_temp.fd_array[i] );
                     FD_CLR( fdSocket_temp.fd_array[i], &fdSocket );
                 }


                 if ( FD_ISSET( fdSocket_temp.fd_array[i], &fdExceptds )  &&  (fdSocket_temp.fd_array[i] != listener_socket) )
                 {
                     //该连接断开
                     closesocket( fdSocket_temp.fd_array[i] );
                     FD_CLR( fdSocket_temp.fd_array[i], &fdSocket );
                 }

             }//end for
         }


         else if( SOCKET_ERROR == nResult_select )
         {
             cout << "select error : " << WSAGetLastError() << endl;
             return 0;
         }


         Sleep( 50 );    //不要挑战你的机器

     }//end while


     closesocket( listener_socket );
     cleanWSA();

     return 0;
 }

 

 

客户端：
 
//******************************************************************

 #include "stdafx.h"

 #include <WinSock2.h>

 #include <iostream>

 #pragma comment(lib, "WS2_32")

 using namespace std;




 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
 {
     int result = 0;

     //初始化winsock

     WSADATA wsadata;
     result = WSAStartup( MAKEWORD(2,2), &wsadata );

     if ( 0 != result )
     {
         cout << "WSAStartup error " << result << endl;
         return 0;
     }

     //创建一个地址
     int serverPort      = 5150;

     char FAR serverIP[] = "192.168.1.102"; //本机ip，不知道就ipconfig

     SOCKADDR_IN serverAddr;
     serverAddr.sin_family       = AF_INET;
     serverAddr.sin_port         = htons( serverPort );
     serverAddr.sin_addr.s_addr  = inet_addr( serverIP );
     int serverAddr_size         = static_cast<int>( sizeof(serverAddr) );

     //创建一个socket
     SOCKET socket_toServer;
     socket_toServer = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP );
     if ( INVALID_SOCKET == socket_toServer )
     {
         cout << "socket_toServer creat failed " << WSAGetLastError() << endl;
         return 0;
     }


     //连接
     result = connect( socket_toServer, (sockaddr *)&serverAddr, serverAddr_size );
     if ( SOCKET_ERROR == result )
     {
         cout << "connect error :" << WSAGetLastError() << endl;
         return 0;
     }


     char sendbuff[2048];
     char recvbuff[2048];

     while( true )
     {
         cout << "input send info:" << endl;
         cin >> sendbuff;

         int ret = send( socket_toServer, sendbuff, static_cast<int>( strlen(sendbuff) ), 0 );
         if ( SOCKET_ERROR == ret )
         {
             cout << "send error " << WSAGetLastError() <<  endl;
             break;
         }

         //处理接受的消息,由于之前没有accept和listen，这里使用recvfrom来接受
         int nRecv = 0;
         nRecv = recvfrom( socket_toServer, recvbuff, static_cast<int>( strlen(recvbuff) ), 0, (sockaddr *)&serverAddr, &serverAddr_size );
         if ( 0 < nRecv )
         {
             recvbuff[nRecv] = '\0';
             cout << "receive : " << recvbuff << endl;
             cout << "from : " << inet_ntoa( serverAddr.sin_addr ) << endl;
             cout << " " << endl;
         }
     }


     //清除各种数据和链接

     closesocket( socket_toServer );

     if ( SOCKET_ERROR == WSACleanup() )
     {
         cout << "WSACleanup error " << WSAGetLastError() << endl;
         return 0;
     }


     return 0;
 }

 

如题，上述内容只是帮助快速入门，要掌握Winsock还要经过大量的学习和实践。