初探Socket网络编程.pdf

初探初探初探初探 SocketSocketSocketSocket 网络编程网络编程网络编程网络编程出处：dschool 开发者学院 http:/学 C+之前，就想用 C+写一个网络软件，到达目的地的路很多，但我选择了学 C+来达到我的目的。虽然用 VB 或 Delphi 来写我的这个网络软件，会更快更便捷，不过我还是选择了 C+。走上 C+之路，要想写一个 Windows 下的软件，要学的实在太多了。首先要学 SDK，学会用 API 函数来写软件的界面，但学 SDK 要有 C 语言的 基础，如果 C 语言基础不好，还得返回去恶补 C 语言基础。学了 SDK，虽然能写 Windows 界面软件，但制作流程太复杂，想要省事儿还得学 MFC总 之，这是一个漫长的过程。用 C+写网络程序，以前想都没想过，认为只用 C+既不能写 Windows 界面，也没有网络控件可用。说来惭愧，小弟我接触程序的时间也不短了，但编程水平仍然停留菜鸟水平，对程序的认识也不是一清二楚。最近一段时间一直在学习 C+和 SDK，也一直在调整自己的学习计划。C+看了本C+Primer Plus，对 C+面向对象的诸多特性有一定的认识，但动手能力差。后来又学了几天 SDK，其实我到是挺喜欢 SDK 的，看了几章Windows 程序设计，最大的难点是消息机制，虽然对消息机制的概念容易理解，但真要熟悉对消息的控制还需要大量的实践。对 SDK 有了一定了解，又不想学 MFC，而到了这一步，最多也就能用 SDK 画个界面，写些一般的应用，虽然对我来说仍然有些困难，但到目前至少了解 了实现的方法。写界面，用 VB 或 Delphi 更容易，所以目前也没必要花时间在这上面。接下来就是怎样仅不用控件又不用 MFC 类库来实现网络编程，于是认 识了 socket。什么是 socket，它是一种实现方法，当然你也可以理解为是一种接口或是一种工具。就像我们从一个城市到达另一个城市，你可以选择坐火车去还是坐飞机去。进行网络编程有多种实现方法，但我只知道 socket 这一种方法，而这也是最普遍使用的一种方法。有了实现方法，根据需求还会对这种方法进行改良，比如坐火车从一个城市到另一个城市，会对火车的速度进行改进，以便我们能更快的到达目的地。而 socket 从出现在现在，也有过一进改良，最初是 socket1.1，现在有了 socket2.1。我们可以使用 socket1.1也可以使用socket2.1，当然，经过改良后的 socket2.1比 socket1.1有多更多的功能。了解了 socket 的概念，那么怎样用 socket 来实现网络编程呢？socket 具体的实现代码是放在动态链接库文件（DLL）里的，这个文件名称为 wsock32.dll 和 WS2_32.dll，位于“windows/system32/”文件夹下，其中 wsock32.dll 是 socket1.1的实现代码，WS2_32.dll 是socket2.1的实现代码。这两个DLL文件提供了socket网络编程的接口，在编译器的 winsock.h和 winsock2.h 中声明了这两个版本的接口函数，只要包含了其中一个头文件，就能调用 DLL来进行 socket 网络编程。或许因为某些文字的描述，导致上面这段话的解释有些不清不楚，但至少也能明白个大概。第一步是了解，那第二步就是实现了，怎么进行 socket 编 程，这主要是熟悉 winsock.h 和winsock2.h 头文件中声明的这些函数，比如 socket、bind、listen、accept、send、recv 这些函数，不过要弄清这些函数的作用还得有一定的网络知识，这些网络知识包括什么是 TCP/IP协议、IPX/SPX 协议和 NetBIOS 协议，还有 HTTP、FTP、SMTP、POP3这些网络协议。下面该说说正题了，怎样用 socket 来进行网络编程，就是怎么使用 winsock.h 和 winsock2.h中的那些函数。本来前阵子也下了不少网络编 程的书，每本书都有讲 socket 编程，但一打开书目录，看到的全都是一些陌生的技术术语，让我有了畏惧心理，一直没认真看过。今晚发现在孙鑫的 VC+深入详解里有一章是讲 socket 网络编程的，所以就准备认真的学习一下，因为孙鑫的书是以通俗易懂闻名的。一、七步实现服务器端程序的编写一、七步实现服务器端程序的编写第一步：选择 socket 版本，加载 socket 库(使用 WSAStartup 函数)第二步：创建套接字(使用 socket 函数)第三步：绑定 IP 和端口(使用 bind 函数)第四步：指定创建的套接字为监听模式(使用 listen 函数)第五步：接受客户端请求(使用 accept 函数)第六步：发送/接受数据(使用 send/recv 函数)第七步：关闭套接字(使用 closesocket 函数)以上是一个服务器端程序的编写流程，步骤虽然简单，每一步的作用都好理解，但难的是熟悉这些函数的使用，这些函数里的参数设置搞得人头晕脑涨的，下面来一步一步的解释。第一步：使用 WSAStarup 函数选择 socket 库前面已经说到，socket 有两个版本，所以我们需要选择一个使用的版本，WSAPStarup 函数就是用来选择 socket 库版本的，其声明原型如下：1int WSAStartup(WSAStartup(WSAStartup(WSAStartup(2WORDWORDWORDWORD wVersionRequested,wVersionRequested,wVersionRequested,wVersionRequested,3LPWSADATALPWSADATALPWSADATALPWSADATAlpWSADatalpWSADatalpWSADatalpWSAData4););););第一个参数是选择要加载的版本，确定套接字库，第二个参数是指定要使用的套接字库，该函数会返回执行状态，成功则返回0。注意这句话中的“选择”和“指定”，这就好比我们在设置密码时要输入两次，第一次是设置密码，第二次是确认密码。在使用 WSAStartup 函数时，发现了一个问题，就是当为第一 个参数胡乱设置一个版本时，仍然为返回0，即成功选择了套接字库。经过实践证明，当 WSAStartup 找不到选择要加载的版本时，会自动选择socket1.1。第二步：使用 socket 函数创建套接字为什么要创建套接字？这就好比问人为什么要吃饭一样。socket 函数的声明原型如下：5SOCKET socket(6int af,7int type,8int protocol9);第一个参数是设置地址簇，啥是地址簇呀，我不知道，只知道对于 TCP/IP 的套接字，这里必须设置为 AF_INET 或 PF_INET。第二个参数是指定套接字类型，在 socket1.1中有 SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM 两种套接字类型，关于套接字类型的介绍可查看Internet 套接字的两种类型 一文，我的理解是设置套接字类型就是设置数据的传送方式，是以流格式传送还是打包后传送。其中流格式套接字只发送一次，保证数据的完整性，且按发送顺序接 受，基于 TCP 协议；而数据报式套接字是打包发送，不保证数据完整性，可重复发送，直到接收方收到为止，基于 UDP 协议。第三个参数是指定使用地址簇相关的协议，比如 af 参数设为 AF_INET 或 PF_INET，就该指定为 TCP/IP 协议，不过我们可以将其值设置为0，让系统自动选择协议类型。如果需要指定协议时，这个值该怎么设置呢?可以用 getprotobyname 函数。socket 函数的使用示例代码如下：10 SOCKET socketServer;11 socketServer=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,getprotobyname(tcp);这才刚接触 socket 的第二个函数，就搞得晕晕的了，涉及的知识点不少，比如地址簇、套接字类型等，很明显要学网络编程，还得学好网络方面的理论知识，不过现在用不着花大量时间去打基础了，只要会用一些常用函数，了解函数中各类参数的大概作用就行了。第三步：使用 bind 函数绑定 IP 地址和端口IP 地址和端口的概念接触得比较多，IP 地址是互联网上一台计算机的名称，而端口，我们知道 HTTP 服务默认用的是80端口，FTP 服务用的是21 端口。要进行通信，就必须指定 IP地址和端口，就像要找到一个人必须要知道他的姓名和住址一样。说到网络服务，我们知道的就比较多了，Telnet 服务默 认使用23端口，DNS 服务默认使用53端口，如果更多的了解常见的网络服务和使用的端口可看看以下几篇文章：网络服务常用网络端口列表之 udp 协议端口http:/ 协议端口大全http:/ CMD 命令提示符窗口中使用“netstat-an”命令来看一下自己的电脑当前使用了多少端口。其中1024以下的端口是分配给预定义的服务，如HTTP/FTP 之类的，我们编写网络程序时，要为程序指定1024以上的端口号。现在来看看 bind 函数的声明原型：12 int bind(13SOCKET s,14const struct sockaddr FAR*name,15int namelen16);第一个参数是选择要绑定的套接定。第二个参数是一个结构体，在这个结构体中设置 IP 地址和端口，在这个参数中有一个“FAR”，这个好像是设置内存地址寻址方式，用于 DOS 和16位 Windows，可以无视，还是详细说说sockaddr 这个结构体吧，下面是 sockaddr 结构体的定义：17 struct sockaddr 18unsigned short sa_family;/地址簇19charsa_data14;/分配内存块20;21其中 sa_data14是指定分配14个字节来存储 IP 地址和端口信息，刚开始看到这个参数时有些纳闷，要存储 IP 地址和端口信息，14个字节 怎么够呢，后来才发现这里保存的信息是转换过的，不是原始信息。在这个结构体中你会发现没有设置 IP 地址和端口的结构体成员，这是我们需要使用 sockaddr_in 结构体来接受 IP 地址和端口的设置，然后再将 sockaddr_in结构体转换为 sockaddr 结构体，这样在 sockaddr 结构体的 sa_data14成员分配的内存块中就保存了 IP 地址和端口的数据。下面是 sockaddr_in 结构体的定义：22 struct sockaddr_in23shortsin_family;24unsigned shortsin_port;25structin_addrsin_addr;26charsin_zero8;27;28在这个结构体中又有一个成员是结构体，in_addr 结构体的定义如下：29 struct in_addr 30union 31struct u_char s_b1,s_b2,s_b3,s_b4;S_un_b;32struct u_short s_w1,s_w2;S_un_w;33u_longS_addr;34 S_un;35;在 in_addr 结构体中，实际上是分别以 unsigned char，unsigned short 和 unsigned long 类型来保存 IP 地址信息，我们通常使用的都是保存在 S_addr 中的值。对于 bind 函数第二个参数的设置，一口气用到了三个结构体，但最终在 bind 函数中设置的应该是一个 sockaddr 结构体。下面来个设置 bind 函数第二个参数的伪代码：36 SOCKADDR_IN addrSrv;37 addrSrv.sin_family=AF_INET;38 addrSrv.sin_port=端口号;39 addrSrv.sin_addr.S_addr=IP 地址;4041 bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR);42之所以写成伪代码，是因为我们不能直接为 addrSrv.sin_port 和 addrSrv.sin_addr.S_addr 赋于类似“218.1.2.120”和“80”这样的字符串值或数值，因为 sin_port 是一个 unsigned short 类型，S_addr 是一个 unsigned long 类型。除此之外，对于这两个值的设置还涉及到一个叫字节顺序的概念。字节顺序是什么？以前从来没接触过这个概念，第一次接触是在 SDK 中，知道了高位字和低位字。对于高位字和低位字，我的理解是一个字节的数据分为低 位字和高位字，即低位字高位字等于一个字节的数据，再说得通俗一点，就像一个人的名字，分为姓和名，组合起来就是一个人的姓名，有了姓和名才是一个有意 义的人名。但不同国家的人，姓名的表示方法也不同，中国人是姓在前，名在后，而外国人是名在前，姓在后。而在计算机中存储一个字节的数据使用不同的 CPU 也有不同的存储顺序，有的是高位字在前，低位字在后，有的是低位字在前，高位字在后，但对于基于 Intel 的 CPU，是低位字在前，高位字在后。这就是所 说的字节顺序。由此可知，不同的计算机其字节顺序也不同，对于计算机字节顺序，我们称之为主机字节顺序；而网络数据在传输时，也要保存数据，这些数据的存储也有字节顺序，其顺序为高位字在前低位字在后，。所以我们在用网络传输数据时，需要首先将主机字节顺序转换为网络字节顺序。好了，回到 bind 函数第二个参数的设置，我们现在需要设置 sin_port 和 S_addr 的值，就得分二个步骤，第一步是将如“218.1.2.120”和“80”这样的字符串或数值转换为 sin_port 和S_addr 相应的数据类型，第二步是将转换后的数据类型中的数据从主 机字节顺序转换为网络字节顺序，不过使用 socket 中的函数可以将这两个步骤合二为一。下面是几个字节顺序转换函数：43 u_long htonl(u_long hostlong);/主机字节转换为网络字节，32比特整数4445 u_short htons(u_short hostshort);/主机字节转换为网络字节，16比特整数4647 u_long ntohl(u_long netlong);/网络字节转换为主机字节，32比特整数4849 u_short ntohs(u_short netshort);/网络字节转换为主机字节，16比特整数50515253 unsigned long inet_addr(const char FAR*cp);/将字符串值转换为 unsigned long 的网络字节5455 char FAR*inet_ntoa(struct in_addr in);/与 inet_addr 相反，转换为主机字节56那么设置 S_addr 和 sin_port 中的值该如何转换呢？IP 地址得用字符串来表示，所以得用inet_addr 函数；端口号是一个数值，而 sin_port 是一个 unsigned short 数据类型的值，所以得用 htons 函数来转换。这下 bind 函数我们就可以设置第二个参数的值了，看下面的代码：57 SOCKADDR_IN addrSrv;58 addrSrv.sin_family=AF_INET;59 addrSrv.sin_port=htons(6000);60 addrSrv.sin_addr.S_addr=inet_addr(127.0.0.1);6162 bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR);费了这么大的劲儿来解释 bind 函数的第二个参数，真累人。bind 函数的第三个参数是设置第二个参数中 SOCKADDR 结构体的大小。第四步：用 listen 函数设置套接字为监听模式listen 函数的作用就好理解了，通过监听模式可以监控 bind 绑定的 IP 地址和端口上是否有数据请求，该函数的声明原型如下：63 int listen(64SOCKET s,65int backlog66);第二个参数是设置同一端口上可同时连接的数目，即同时接受多少个请求。第五步：用 accept 函数接受请求当客户端想要发送一个字符串到服务器端，通过 listen 函数可监听到这个请求，如果要接收客户端发送过来的字符串，就要用 accept 函数来接受客户端的请求。accept 函数的声明原型如下：67 SOCKET accept(68SOCKET s,69struct sockaddr FAR*addr,70int FAR*addrlen71);accept 函数会返回一个对于此次连接的套接字类型，并将客户端的 IP 地址和端口信息存放到 sockaddr 结构体中。第三个参数是给 sockaddr 结构体分配一块内存，accept 函数的使用如下：72 SOCKET sockConn;73 SOCKADDR_IN addrClient;74 int len;7576 sockConn=accept(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrClient,sizeof(SOCKADDR);服务器端接受了客户端的请求，那么两者就建立了连接，即可以进行数据传输了。第六步：用 send/recv 函数来发送和接收数据其函数声明原型如下：77 int send(78SOCKET s,79const char FAR*buf,80int len,81int flags82);8384 int recv(85SOCKET s,86char FAR*buf,87int len,88int flags89);这两个函数的使用就勿须多说了，只是想解释一个小问题。在前面已经说到，通过网络传输数据，需要将主机字节转换为网络字节，那么使用 send 或 recv 函数来发送和接收数据是否也要进行字节顺序转换呢？答案是不。因为 send/recv 是 socket 的函数，会自动将主机字节转换为网络字节，照 目前来看，需要转换的就是 bind 函数中的 IP 地址字符器和端口数值。第七步：(1)用 closesocket 函数关闭套接字(2)用 WSACleanup 函数结束 socket 库的使用我们打开一个文件不用以后需要关闭这个文件，而使用了套接字和 socket 库后也要做个扫尾工作。二、五步实现客户端程序的编写二、五步实现客户端程序的编写第一步：选择 socket 版本，加载 socket 库(使用 WSAStartup 函数)第二步：创建套接字(使用 socket 函数)第三步：接受客户端请求(使用 accept 函数)第四步：发送/接受数据(使用 send/recv 函数)第五步：关闭套接字(使用 closesocket 函数)很明显，客户端程序的编写少了两个步骤，分别是用 bind 函数绑定 IP 地址和端口以及设置套接字的监听模式，为什么？要弄清这个问题，可以回头看看 服务器端的 accept 函数，该函数的第二个参数是一个 sockaddr 结构体，这里面保存的就是客户端程序的 IP 地址和端口，服务器端在接受通信请求时 就获取了客户端的 IP 地址和端口。三、结束语三、结束语这是一个基于 TCP 的 socket 编程例子，弄清这个例子的使用我花了三个晚上，第一个晚上把书上的这部分内容看了一遍，有些犯晕，只了解了大致的 步骤，但弄不清这些函数里面各个参数的作用和设置，记不到脑子里，于是把书上的代码敲了一遍。这段代码敲得比较慢，每到一个函数的使用时都回头看看书中对 该函数的解释，这段代码敲下来后思路清晰些许，但记得还是不牢靠。第二个晚上和第三个晚上就是打字了，打了上面这么一大篇，又把整个过程理了一遍。看来这 写读书笔记确实如人所说，很费时，不过结果是我现在可以把书扔了也能写出这个例子的代码。