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技术文章

DTU如何通过socket实现网络通信

 

为了方便网络编程,90年代初,由Microsoft联合了其他几家公司共同制定了一套WINDOWS下的网络编程接口,即WindowsSockets规范,它不是一种网络协议,而是一套开放的、支持多种协议的Windows下的网络编程接口。现在的Winsock已经基本上实现了与协议无关,你可以使用Winsock来调用多种协议的功能,但较常使用的是TCP/IP协议。Socket实际在计算机中提供了一个通信端口,可以通过这个端口与任何一个具有Socket接口的计算机通信。应用程序在网络上传输,接收的信息都通过这个Socket接口来实现。

 

    先介绍几个基本概念,同步(Sync)/异步(Async),阻塞(Block)/非阻塞(Unblock)。同步方式指的是发送方不等接收方响应,便接着发下个数据包的通信方式;而异步指发送方发出数据后,等收到接收方发回的响应,才发下一个数据包的通信方式。阻塞套接字是指执行此套接字的网络调用时,直到成功才返回,否则一直阻塞在此网络调用上,比如调用recv()函数读取网络缓冲区中的数据,如果没有数据到达,将一直挂在recv()这个函数调用上,直到读到一些数据,此函数调用才返回;而非阻塞套接字是指执行此套接字的网络调用时,不管是否执行成功,都立即返回。比如调用recv()函数读取网络缓冲区中数据,不管是否读到数据都立即返回,而不会一直挂在此函数调用上。在实际Windows网络通信软件开发中,异步非阻塞套接字是用的*多的。平常所说的C/S(客户端/服务器)结构的软件就是异步非阻塞模式的。

 

创建TCP通信的过程及相关函数

 

服务器端

 

  一、创建服务器套接字(socket)。

 

  二、服务器套接字进行信息绑定(bind),并开始监听连接(listen)。

 

  三、接受来自用户端的连接请求(accept)。

 

  四、开始数据传输(send/receive)。

 

  五、关闭套接字(closesocket)。

 

   客户端

 

  一、创建用户套接字(socket)。

 

  二、与远程服务器进行连接(connect),如被接受则创建接收进程。

 

  三、开始数据传输(send/receive)。

 

  四、关闭套接字(closesocket)。

 

  微软为VC定义了Winsock类如CAsyncSocket类和派生于CAsyncSocket 的CSocket类,它们简单易用,可以使用这些类来实现自己的网络程序,但是为了更好的了解Winsock API编程技术,我们这里探讨怎样使用底层的API函数实现简单的 Winsock网络应用程序设计,分别说明如何在Server端和Client端操作Socket,实现基于TCP/IP的数据传送,*后给出部分源代码。

 

  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三个文件,否则会出现编译错误。

 

  1.WINSOCK.H:这是WINSOCKAPI的头文件,需要包含在项目中。可在stdafx.h中加入#include"winsock2.h"。

  

2.WSOCK32.LIB:WINSOCKAPI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。打开选择菜单Project->Setting (ALT+F7),进入ProjectSetting 对话框,在Link下的Object/librarymodules 输入ws2_32.lib,然后点OK,或者在头文件中添加:#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")。

 

  3.WINSOCK.DLL:WINSOCK的动态连接库,位于WINDOWS的安装目录下。

  一、服务器端操作 socket(套接字)

 

  1)在初始化阶段调用WSAStartup()

 

  此函数在应用程序中初始化WindowsSocketsDLL,只有此函数调用成功后,应用程序才可以再调用其他WindowsSocketsDLL中的API函数。在程式中调用该函数的形式如下:WSAStartup(0x0202,(LPWSADATA)&WSAData),其中0x0202表示我们用的是WinSocket2.0版本,WSAata用来存储系统传回的关于WinSocket的资料。

 

  2)建立Socket

 

  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,**个参数type应为SOCK_STREAM,如为UDP(数据报)的socket,应为SOCK_DGRAM。

 

  3)绑定端口

 

  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 sockaddrFAR*name,intnamelen );

参 数: s:Socket对象名,即通过Socket函数创建的Socket对象;

 

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,这个地址为地址结构,其中包含了本机的IP地址和监听端口号;

 

namelen:name的长度,即地址结构的长度;

 

  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。

 

  4)监听

 

  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*大连接数(目前*大值限制为 5,*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:*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,unsignedintwMsg,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;

    …

}

5)服务器端接受客户端的连接请求

 

  当Client提出连接请求时,Server 端hwnd视窗会收到WinsockStack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,intFAR*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

 

6)结束 socket 连接

 

  结束服务器和客户端的通信连接是很简单的,这一过程可以由服务器或客户机的任一端启动,只要调用closesocket()就可以了,而要关闭Server端监听状态的socket,同样也是利用此函数。另外,与程序启动时调用WSAStartup()憨数相对应,程式结束前,需要调用 WSACleanup() 来通知WinsockStack释放Socket所占用的资源。这两个函数都是调用成功返回0,否则返回SOCKET_ERROR。

 

int PASCAL FAR closesocket( SOCKET s );

参 数:s:Socket的识别码;

int PASCAL FAR WSACleanup( void );

参 数: 无

 

二、客户端Socket的操作

 

  1)建立客户端的Socket

 

  客户端应用程序首先也是调用WSAStartup()函数来与Winsock的动态连接库建立关系,然后同样调用socket() 来建立一个TCP或UDP socket(相同协定的 sockets 才能相通,TCP 对 TCP,UDP 对 UDP)。与服务器端的socket 不同的是,客户端的socket 可以调用 bind() 函数,由自己来指定IP地址及port号码;但是也可以不调用 bind(),而由 Winsock来自动设定IP地址及port号码。

 

  2)提出连接申请

 

  客户端的Socket使用connect()函数来提出与服务器端的Socket建立连接的申请,函数调用成功返回0,否则返回SOCKET_ERROR。

 

int PASCAL FAR connect( SOCKET s, const struct sockaddrFAR*name,int namelen );

参 数:s:Socket的识别码;

name:Socket想要连接的对方地址;

namelen:name的长度

 

三、数据的传送

 

  虽然基于TCP/IP连接协议(流套接字)的服务是设计客户机/服务器应用程序时的主流标准,但有些服务也是可以通过无连接协议(数据报套接字)提供的。先介绍一下TCP socket 与UDPsocket在传送数据时的特性:Stream(TCP)Socket提供双向、可靠、有次序、不重复的资料传送。Datagram(UDP)Socket虽然提供双向的通信,但没有可靠、有次序、不重复的保证,所以UDP传送数据可能会收到无次序、重复的资料,甚至资料在传输过程中出现遗漏。由于UDP Socket 在传送资料时,并不保证资料能完整地送达对方,所以绝大多数应用程序都是采用TCP处理Socket,以保证资料的正确性。一般情况下TCPSocket的数据发送和接收是调用send()及recv() 这两个函数来达成,而UDPSocket则是用sendto()及recvfrom()这两个函数,这两个函数调用成功返回发送或接收的资料的长度,否则返回SOCKET_ERROR。

 

int PASCAL FAR send( SOCKET s, const char FAR *buf,int len,intflags);

参数:s:Socket的识别码

buf:存放要传送的资料的暂存区

len buf:的长度

flags:此函数被调用的方式

 

  对于Datagram Socket而言,若是 datagram 的大小超过限制,则将不会送出任何资料,并会传回错误值。对Stream Socket 言,Blocking 模式下,若是传送系统内的储存空间不够存放这些要传送的资料,send()将会被block住,直到资料送完为止;如果该Socket被设定为 Non-Blocking 模式,那么将视目前的output buffer空间有多少,就送出多少资料,并不会被 block 住。flags 的值可设为 0 或 MSG_DONTROUTE及 MSG_OOB 的组合。

int PASCAL FAR recv( SOCKET s, char FAR *buf, int len,intflags);

参数:s:Socket的识别码

buf:存放接收到的资料的暂存区

len buf:的长度

flags:此函数被调用的方式

对Stream Socket 言,我们可以接收到目前input buffer内有效的资料,但其数量不超过len的大小。

 

  四、自定义的CMySocket类的实现代码:

  根据上面的知识,我自定义了一个简单的CMySocket类,下面是我定义的该类的部分实现代码:

//////////////////////////////////////

CMySocket::CMySocket() : //file://类的构造函数

{

 WSADATA wsaD;

 memset( m_LastError,0,ERR_MAXLENGTH);

 // m_LastError是类内字符串变量,初始化用来存放*后错误说明的字符串;

 // 初始化类内sockaddr_in结构变量,前者存放客户端地址,后者对应于服务器端地址;

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

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

 int result =WSAStartup(0x0202,&wsaD);//初始化WinSocket动态连接库;

 if( result != 0 ) // 初始化失败;

 { set_LastError("WSAStartupfailed!",WSAGetLastError() );

  return;

 }

}

//////////////////////////////

CMySocket::~CMySocket() { WSACleanup(); }//类的析构函数;

////////////////////////////////////////////////////

int CMySocket::Create( void )

 {// m_hSocket是类内Socket对象,创建一个基于TCP/IP的Socket变量,并将值赋给该变量;

  if ( (m_hSocket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP )) == INVALID_SOCKET)

  {

   set_LastError("socket()failed",WSAGetLastError() );

   return ERR_WSAERROR;

  }

  return ERR_SUCCESS;

 }

///////////////////////////////////////////////

int CMySocket::Close( void )//关闭Socket对象;

{

 if ( closesocket( m_hSocket )==SOCKET_ERROR)

 {

  set_LastError("closesocket()failed",WSAGetLastError() );

  return ERR_WSAERROR;

 }

 //file://重置sockaddr_in 结构变量;

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

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

 return ERR_SUCCESS;

}

/////////////////////////////////////////

int CMySocket::Connect( char* strRemote, unsignedintiPort)//定义连接函数;

{

 if( strlen( strRemote ) == 0 || iPort==0)

  return ERR_BADPARAM;

 hostent *hostEnt = NULL;

 long lIPAddress = 0;

 hostEnt =gethostbyname(strRemote);//根据计算机名得到该计算机的相关内容;

 if( hostEnt != NULL )

 {

  lIPAddress=((in_addr*)hostEnt->h_addr)->s_addr;

  m_sockaddr.sin_addr.s_addr=lIPAddress;

 }

 else

 {

  m_sockaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(strRemote );

 }

 m_sockaddr.sin_family = AF_INET;

 m_sockaddr.sin_port =htons(iPort);

 if(connect(m_hSocket,(SOCKADDR*)&m_sockaddr, sizeof( m_sockaddr )) ==SOCKET_ERROR)

 {

  set_LastError("connect()failed",WSAGetLastError() );

  return ERR_WSAERROR;

 }

 return ERR_SUCCESS;

}

///////////////////////////////////////////////////////

int CMySocket::Bind( char* strIP, unsignedintiPort)//绑定函数;

{

 if( strlen( strIP ) == 0 || iPort==0)

  return ERR_BADPARAM;

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

 m_sockaddr.sin_family = AF_INET;

 m_sockaddr.sin_addr.s_addr =inet_addr(strIP);

 m_sockaddr.sin_port =htons(iPort);

 if ( bind(m_hSocket,(SOCKADDR*)&m_sockaddr,sizeof( m_sockaddr ) ) ==SOCKET_ERROR)

 {

  set_LastError("bind()failed",WSAGetLastError() );

  return ERR_WSAERROR;

 }

 return ERR_SUCCESS;

}

//////////////////////////////////////////

int CMySocket::Accept( SOCKET s )//建立连接函数,S为监听Socket对象名;

{

 int Len = sizeof( m_rsockaddr );

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

 if( ( m_hSocket =accept(s,(SOCKADDR*)&m_rsockaddr, &Len ) )==INVALID_SOCKET)

 {

  set_LastError("accept()failed",WSAGetLastError() );

  return ERR_WSAERROR;

 }

 return ERR_SUCCESS;

}

/////////////////////////////////////////////////////

int CMySocket::asyncSelect( HWND hWnd, unsigned int wMsg,longlEvent)

//file://事件选择函数;

{

 if( !IsWindow( hWnd ) || wMsg == 0 || lEvent==0)

  return ERR_BADPARAM;

 if( WSAAsyncSelect( m_hSocket, hWnd,wMsg,lEvent) == SOCKET_ERROR )

 {

  set_LastError("WSAAsyncSelect()failed",WSAGetLastError() );

  return ERR_WSAERROR;

 }

 return ERR_SUCCESS;

}

////////////////////////////////////////////////////

int CMySocket::Listen( int iQueuedConnections )//监听函数;

{

 if( iQueuedConnections == 0 )

  return ERR_BADPARAM;

 if( listen( m_hSocket, iQueuedConnections)==SOCKET_ERROR )

 {

  set_LastError("listen()failed",WSAGetLastError() );

  return ERR_WSAERROR;

 }

 return ERR_SUCCESS;

}

////////////////////////////////////////////////////

int CMySocket::Send( char* strData, int iLen )//数据发送函数;

{

 if( strData == NULL || iLen == 0)

  return ERR_BADPARAM;

 if( send( m_hSocket, strData, iLen, 0)==SOCKET_ERROR )

 {

  set_LastError("send()failed",WSAGetLastError() );

  return ERR_WSAERROR;

 }

 return ERR_SUCCESS;

}

/////////////////////////////////////////////////////

int CMySocket::Receive( char* strData, intiLen)//数据接收函数;

{

 if( strData == NULL )

  return ERR_BADPARAM;

 int len = 0;

 int ret = 0;

 ret = recv( m_hSocket, strData,iLen,0);

 if ( ret == SOCKET_ERROR )

 {

  set_LastError("recv()failed",WSAGetLastError() );

  return ERR_WSAERROR;

 }

 return ret;

}

void CMySocket::set_LastError( char* newError, int errNum )

//file://WinSock API操作错误字符串设置函数;

{

 memset( m_LastError,0,ERR_MAXLENGTH);

 memcpy( m_LastError, newError, strlen(newError));

 m_LastError[strlen(newError)+1]='

 

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