Socket编程基础

1、Socket 编程基础 套接字的概念与编程原理 Winsock API基本函数套接口与连接的建立 Winsock API基本函数数据传输 Winsock API基本函数套接口与连接的关闭 面向连接的客户/服务器程序工作流程以及举例 无连接的客户/服务器程序工作流程以及举例Socket编程接口来源 Socket编程接口是对TCP/IP协议的一种封装Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。 加利福尼亚大学伯克利分校为UNIX系统开发出了伯克利套接字（BSD socket），在此基础上扩展形成了windows套接字。套接口的概念套接口的

2、概念程序A基于TCP/IP的网络程序B网络管理软件网络接口卡(NIC)主机A主机B套接口套接口套接口的本质 通信过程中所要使用一些缓冲区和一些相关的数据结构 在TCP/IP协议中，“IP地址+TCP或UDP端口号”唯一标识网络通讯中的一个进程，“IP地址+端口号”就称为socket。 在TCP协议中，建立连接的两个进程各自有一个socket来标识，那么这两个socket组成的socket pair就唯一标识一个连接。Socket的服务方式和类型 流式套接口(SOCK_STREAM) 数据报套接口(SOCK_DGRAM) 原始套接口(SOCK_RAW) 比较项目流式套接字数据报式套接字建立和释放

3、连接建立和释放连接保证数据到达保证数据到达按发送顺序接收数据按发送顺序接收数据通讯数据包含完整的目的地通讯数据包含完整的目的地址信息址信息原始套接字 原始套接字是公开的套接字编程接口，使用它可以在IP层上对套接字进行编程，发送和接收IP层上的原始数据包。 ICMP、TCP和UDP等协议的数据包。网络字节顺序 不同的主机对字节值的存储顺序不同。 在存储由多个字节组成的一个字时，计算机在起始地址处存放整数的低序号字节，这种存储格式叫“小序在前”(Little-endian)； 在存储由多个字节组成的一个字时，计算机在起始地址处存放整数的高序号字节，这种存储格式叫“大序在前”(Big-endian)

4、。网络字节顺序 在计算机中，TCP/IP协议使用的16位整数(如端口号)和32位整数(如IP地址)是按计算机各自的“主机字节”(Host-byte)来表示的。 在网络中，为了保证数据的正确性，网络通信协议中必须指定网络字节顺序。如果在网络中使用IP地址和端口号，按“互联网联网标准”的要求，指定的多字节值必须用“大序在前”的形式来表示，一般称之为“网络字节”(Network-byte)顺序。 4个API函数 htonl()：参数是主机字节顺序的一个4字节数，函数返回网络字节顺序的数； WSAHtonl()：参数是主机字节顺序的一个4字节数，函数返回网络字节顺序的数； htons()：参数是主机字

5、节顺序的一个2字节数，函数返回网络字节顺序的数； WSAHtons()：参数是主机字节顺序的一个2字节数，函数返回网络字节顺序的数。sockaddr结构体 通用结构，用来保存socket信息struct sockaddr u_short sa_family;charsa_data14;sockaddr_in结构体 指定IPv4地址结构struct sockaddr_in shortsin_family;u_shortsin_port;structin_addr sin_addr;charsin_zero8;in_addr结构体IP地址常用点分法来表示： 192.168.0.1计算机中使用无符号

6、长整数（unsigned long）来存储和表示IP地址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;#define s_addr S_un.S_addr#define s_host S_un.S_un_b.s_b2#define s_net S_un.S_un_b.s_b1#define s_imp S_un.S_un_w.s_w2#define s_impno S_un.S_un_b.s_b4#define

7、 s_lh S_un.S_un_b.s_b3;inet_addr() 将点分法IP地址字符串转换为in_addr结构体中的IP地址格式：unsigned long inet_addr( const char* cp );参数cp表示点分法IP地址字符串。如果调用inet_addr()函数时没有出现错误，则函数返回unsignedlong类型的网络字节顺序格式IP地址；如果参数cp不是有效的IP地址字符串，则inet_addr()函数返回INADDR_NONE。inet_ntoa() 将in_addr结构体中的IP地址转换为点分法IP地址字符串 char FAR* inet_ntoa(struc

8、t in_addr in); 参数in是in_addr结构体类型，表示要进行转换的IP地址，返回结果为char*类型的IP地址。sa_familysa_datasockaddr结构体s_b1s_b2s_b3s_b4s_w1s_w2S_addrin_addr结构体sin_familysin_portsin_addrsin_zerosockaddr_in结构体Winsock版本 WinSock1和WinSock2。平台WinSock版本Windows 951 . 1（2 . 2）Windows 982 . 2Windows NT 4.02 . 2Windows 20002 . 2Windows X

9、P2 . 2 套接字的概念与编程原理 Winsock API基本函数套接口与连接的建立 Winsock API基本函数数据传输 Winsock API基本函数套接口与连接的关闭 面向连接的客户/服务器程序工作流程以及举例 无连接的客户/服务器程序工作流程以及举例Winsock2的使用 通常使用WinSock 2.2实现网络通信的功能，则需要引用头文件winsock2.h和库文件ws2_32.lib，代码如下： #include #pragma comment(lib, ws2_32.lib) 告诉连接器连接的时候要找ws2_32.lib WSAStartup函数 作用：启动win_socket

10、的dll库，初始化winsock所对应的ws2_32.dll，完成套接字初始化 加载WinSock DLL的相应版本int WSAStartup ( WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);返回一个WSADATA结构WinSock库的版本高位字节指定副版本号低位字节指定主版本号可以用宏MAKEWORD(X, Y) 方便地设置WSACleanup() 中止Windows Sockets DLL的使用 ，卸载所加载的库 int WSACleanup (void); 返回值 成功：返回0 失败：返回SOCKET_ERROR.WSAGetLastErr

11、or() 调用任何一个WinSock函数之后可用WSAGetLastError函数来获得详细的错误代码 int WSAGetLastError (void); 返回值 :详细的错误代码不成功的Winsock函数调用返回的最常见的值是宏定义SOCKET_ERROR WSAStartup()函数调用失败能不能用WSAGetLastError()获取详细错误代码？ 通常依靠应用程序调用WSAGetLastError()机制获得的错误代码是不能使用的，因为Windows Sockets DLL可能没有建立“上一错误”信息储存的客户数据区域。 Socket()或WSASocket()Winsock 1中

12、提供的创建套接口函数的格式： SOCKET socket(int af, int type, int protocol );在Winsock 2中提供的该函数的扩展格式SOCKET WSASocket( int af, int type, int protocol, LPWSAPROTOCOL_INFO lpProtocolInfo, Group g, int iFlags);创建一个流套接字三种格式 SOCKET sockid=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); SOCKET sockid=WSASocket(AF_INET,SOCK_STREA

13、M,0);SOCKET sockid=WSASocket(AF_INET,SOCK_STREAM,0,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED); 创建一个数据报套接口 SOCKET sockid=socket(AF_INET,SOCK_GDRAM,IPPROTO_UDP); 创建一个原始套接口 SOCKET sockid=socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP); 指定本地地址bind()函数int bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR* name,int namelen);把一个套接口与一个主机地址和端

14、口号联系起来socket()套接字IP地址端口sockaddr_in结构体bind()、connect()绑定了IP地址/端口的套接字监听连接listen()listen(函数格式：int listen(SOCKET s, int backlog ); s：标识一个已绑定地址，未建立连接套 接字。backlog：指定正在等待连接的最大队列长度。请求连接connect()或WSAConnect()Winsock 1中提供的connect()函数：int connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR* name,int namelen );Winsock 2

15、中提供的扩展格式是： int WSAConnect( SOCKET s,const struct sockaddr FAR* name,int namelen,LPWSABUF lpCallerData,LPWSABUF lpCalleeData, LPQOS lpSQOS,LPQOS lpGQOS); S：将要建立连接的套接口描述字。 name：是一个指向远端套接口地址结构(sockaddr_in)的指针，表示s套接口欲与其建立一条连接。 namelen：name名字的长度。接受连接accept()或WSAAccept() Winsock 1提供的accept()函数的格式：SOCKET a

16、ccept(SOCKET s,struct sockaddr FAR* addr,int FAR* addrlen); Winsock 2提供的accept()函数的扩展格式：SOCKET WSAAccept(SOCKET s, struct sockaddr FAR * addr, int FAR * addrlen,LPCONDITIONPROC lpfnCondition,DWORD dwCallbackData ); s：标识一个套接口描述字，该套接口处于监听连接的状态。 addr：是一个地址结构的指针,用来存放发出连接请求的那个客户机的IP地址信息。addr参数的实际格式由套接口创建

17、时所使用的地址族确定。 addrlen：该参数指出客户套接口地址结构的长度。 该函数就返回一个新的套接口字，它对应于已经接受的那个客户机的连接。对该客户机后续的所有操作，都使用这个新的套接字，成为已连接套接字(Connected Socket)。 原来那个监听套接字仍然用于接收其他客户机发送的连接请求，仍处于监听模式，因此把它叫监听套接字(Listening Socket)。 套接字的概念与编程原理 Winsock API基本函数套接口与连接的建立 Winsock API基本函数数据传输 Winsock API基本函数套接口与连接的关闭 面向连接的客户/服务器程序工作流程以及举例 无连接的客户

18、/服务器程序工作流程以及举例在已建立连接的套接口上发送数据send()或WSASend()在Winsock 1中提供的格式： Int send(SOCKET s, const char FAR* buf, int len, int flags); 在Winsock 2中提供的WSASend()函数的扩展格式： int WSASend(SOCKET s, LPWSABUF lpBuffers, DWORD dwBufferCount, LPDWORD lpNumberOfBytesSent, DWORD dwFlags, LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped, LPWSAOV

19、ERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine); s：用于标识已建立连接的套接口描述字。 buf：它是一个字符缓冲区，内有将要发送的数据。 len：即将发送的缓冲区中的字符数。 flags：用于控制数据传输方式，它可以是0、宏定义MSG_DONTROUTE或MSG_OOB。 0表示按正常方式发送数据； MSG_DONTROUTE标志说明系统目标主机就在直接连接的本地网络中，无需路由选择，但如果传输协议的实现不支持该选项，则该标志被忽略； MSG_OOB标志指出数据是按带外数据发送的。在已建立连接的套接口上接收数据recv()或WSARecv()

20、在Winsock 1中提供的recv()函数的格式是： int recv(SOCKET s, char FAR* buf, int len, int flags); 在Winsock 2中提供的WSARecv()函数扩展格式是：int WSARecv(SOCKET s, LPWSABUF lpBuffers, DWORD dwBufferCount, LPDWORD lpNumberOfBytesRecvd, LPINT lpFlags, LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped, LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionR

21、outine); s：已建立连接的套接口描述字。 buf：用于接收数据的缓冲区。 len：缓冲区长度。 flags：指定调用方式。flags参数可以是下面的值：0、MSG_PEEK或MSG_OOB。 0 表 示 接 收 的 是 正 常 数 据 ， 无 特 殊 行 为 。MSG_PEEK表示会使有用的数据复制到所提供的接收端缓冲区内，但是没有从系统缓冲区中将数据删除。 MSG_OOB标志表示处理带外数据。在无连接的套接口上接收数据recvfrom()或WSARecvFrom()Winsock 1中提供的recvfrom()函数的格式：int recvfrom(SOCKET s,char FAR*

22、 buf,int len, int flags, struct sockaddr FAR* from,int FAR* fromlen);Winsock 2中提供的WSARecvFrom()函数的扩展格式：int WSARecvFrom(SOCKET s,LPWSABUF lpBuffers,DWORD dwBufferCount, LPDWORD lpNumberOfBytesRecvd, LPINT lpFlags,LPVOID lpFrom,LPINT lpFromlen,LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped,LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_RO

23、UTINElpCompletionRoutine ); s：标识一个套接口的描述字； buf：接收数据缓冲区； len：缓冲区长度； flags：调用操作方式，同recv()中的flags； from：(可选)指针，指向装有源地址的缓冲区，对监听套 接 字 的 具 体 协 议 来 说 ， f r o m 参 数 是 一 个 指 向SOCKADDR结构的指针，它的长度由指针fromlen指向的数确定，这个API调用返回数据时，SOCKADDR结构内便填入发送数据的那个工作站的地址； fromlen：(可选)指针，指向from缓冲区长度值； 在无连接的套接口上发送数据sendto()或WSASen

24、dTo()Winsock 1中提供的sendto()函数的格式：int sendto(SOCKET s, const char FAR* buf, int len, int flags, const struct sockaddr FAR* to, int tolen);Winsock 2中提供的WSASendTo()函数的扩展格式： int WSASendTo(SOCKET s,LPWSABUF lpBuffers,DWORD dwBufferCount,LPDWORD lpNumberOfBytesSent,int iFlags,LPVOID lpTo,int iToLen, LPWSAO

25、VERLAPPED lpOverlapped, LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionRoutine ); s：一个标识套接口的描述字； buf：待发送数据的缓冲区； len：指明buf缓冲区中要发送的数据长度； flags：调用方式标志位，同send()中该参数的含义相同； to：指针，指向接收数据的目的套接口的地址；tolen：to所指地址的长度 套接字的概念与编程原理 Winsock API基本函数套接口与连接的建立 Winsock API基本函数数据传输 Winsock API基本函数套接口与连接的关闭 面向连接的客户/服务器程序

26、工作流程以及举例 无连接的客户/服务器程序工作流程以及举例关闭读写通道shutdown() shutdown()函数的格式：int shutdown( SOCKET s, int how );s：标识一个套接口的描述字；how：用于描述禁止哪些操作标志关闭方式对应的参数值说 明SD_RECEIVE0表示不允许再调用接收函数，它关闭读通道。套接口接收缓冲区中的所有数据都被丢失，并且有新数据到达套接口时，也被 TCP 协议层丢失，但它对发送缓冲区没有影响，进程仍然可以在套接口上发送数据SD_SEND1表示不允许再调用发送函数，它关闭写通道。在套接口发送缓冲区中的数据都被发送出去，得到接收端确认之后

27、，就生成一个 FIN 包关闭连接。但它对接收缓冲区没有影响，进程仍然可以在套接口上接收数据SD_BOTH2关闭读写通道，相当于执行了上面 SD_RECEIVE 和 SD_SEND 两个命令关闭套接口closesocket() 一个套接口不再使用时一定要关闭这个套接口，以释放与该套接口关联的所有资源，包括等候处理的数据。 closesocket()函数的格式如下： int closesocket(SOCKET s); 套接字的概念与编程原理 Winsock API基本函数套接口与连接的建立 Winsock API基本函数数据传输 Winsock API基本函数套接口与连接的关闭 面向连接的客户/

28、服务器程序工作流程以及举例 无连接的客户/服务器程序工作流程以及举例WSAStartup()socket()bind()listen()accept()等待客户连接请求的到来recv()send()closesocket()WSACleanup()用三次握手过程建立TCP连接send()recv()closesocket()WSACleanup()关闭TCP连接交换数据交换数据connect()socket()WSAStartup()面向连接的客户面向连接的客户/服务器程序工作模型服务器程序工作模型面向连接的面向连接的服务器端程序调试环境：Visual C+6.0服务器IP地址：由系统指定服务

29、器端口号：5050程序名称：server.cpp程序功能：服务器端的程序当有客户提出连接请求时，在端口5050与客户端进行TCP连接，连接成功后，显示客户IP地址和端口号，并给客户端发送 Hello! I am a server.字符串。如果发送正确则显示所发送的字节数命令格式：server面向连接的客户面向连接的客户端程序调试环境：VC+6.0程序名称：client.cpp客户IP地址和端口：由系统指定程序功能：客户端程序向服务器提出TCP连接的请求，当连接建立后，从服务器的端口5050接收数据并进行显示，然后断开与服务器的连接命令格式：client 服务器IP地址命令举例：client 192.168.0.1说 明 ： 上 面 设 将 要 连 接 的 服 务 器 I P 地 址 为192.168.0.1，端口号为5050面向连接的通信过程中五元组的建立五元组服务器端五元组 由socket()确定由服务器端调用bind()时确定由accept()确定客户端五元组由socket()确定由客户端的bind()调用确定。 如果客户端没有进行bind()调用， 或调用了 bind()但没有指定具体地址或端口，则由系统内核自动确定地址和端口由connect()确定 套接字的概念与编程原理 Winsock API基本函数套接口与连接的建立 Winsock