韓玉坤，邵國(guó)強(qiáng)，楊 紅

(大慶師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院，大慶 黑龍江 163712)

0 引言

網(wǎng)絡(luò)程序是對(duì)速度要求高、對(duì)硬件操作較多的程序，利用Windows C編程方式編寫的程序源代碼量雖然較大，但可執(zhí)行代碼效率高，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序是用Windows C編程方式開發(fā)的。用Windows C進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程，最核心的內(nèi)容就是使用套接字(socket)函數(shù)。

1 套接字(socket)概念

1.1 套接字

套接字是支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元。可以將套接字看作是不同主機(jī)間的進(jìn)程進(jìn)行雙向通信的端點(diǎn)，在一個(gè)雙方可以通信的套接字實(shí)例中，既保存了本機(jī)的IP地址和端口，也保存了對(duì)方的通信采用的協(xié)議等信息。應(yīng)用程序在使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信之前，必須向操作系統(tǒng)申請(qǐng)創(chuàng)建一個(gè)套接字用于通信。如果申請(qǐng)成功，系統(tǒng)返回一個(gè)短整型數(shù)作為描述符，以標(biāo)識(shí)該socket。應(yīng)用程序在調(diào)用函數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，就將這個(gè)socket描述符作為參數(shù)，而不必在每次傳輸數(shù)據(jù)時(shí)都指明遠(yuǎn)程目標(biāo)細(xì)節(jié)。

1.2 Winsock

為了方便網(wǎng)絡(luò)編程，Microsoft在90年代初，聯(lián)合了其他幾家公司共同制定的一套WINDOWS下的網(wǎng)絡(luò)編程接口Winsock，它是通過(guò)C語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)方式提供的，主要由winsock.h頭文件和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)winsock.dll組成。用Visual C++6.0編譯Windows C程序，使用Winsock API函數(shù)時(shí)，首先要把wsock32.lib添加到它的庫(kù)模塊中。添加的方法有兩種：①直接添加到庫(kù)模塊中，步驟：工程-設(shè)置-link選項(xiàng)卡-在對(duì)象/庫(kù)模塊文本框中添加wsock32.lib；②用預(yù)處理命令：#pragma comment(lib,”wsock32.lib”)。

1.3 套接字工作原理

要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，至少需要一對(duì)套接字，其中一個(gè)運(yùn)行于客戶機(jī)端，稱之為ClientSocket；另一個(gè)運(yùn)行于服務(wù)器端，稱之為ServerSocket。根據(jù)連接啟動(dòng)的方式以及本地套接字要連接的目標(biāo)，套接字之間的連接過(guò)程可以分為三個(gè)步驟：服務(wù)器監(jiān)聽，客戶端請(qǐng)求，連接確認(rèn)。

所謂服務(wù)器監(jiān)聽，指服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，所謂客戶端請(qǐng)求，指由客戶端的套接字提出連接請(qǐng)求，要連接的目標(biāo)是服務(wù)器端的套接字。為此，客戶端的套接字指出服務(wù)器端套接字的地址和端口號(hào)，然后向服務(wù)器端套接字提出連接請(qǐng)求；所謂連接確認(rèn)，指當(dāng)服務(wù)器端套接字監(jiān)聽到或者說(shuō)接收到客戶端套接字的連接請(qǐng)求，就響應(yīng)客戶端套接字的請(qǐng)求，連接就建立好了。

2 Windows下Socket函數(shù)的使用

在Windows下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程主要使用Winsock提供的API函數(shù)。

1)初始化DLL庫(kù)WSAStartup()函數(shù)和釋放DLL庫(kù)WSAClenaup()函數(shù)。不管是客戶端還是服務(wù)器，開發(fā)Windows C網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時(shí)，必須先用WSAStartup()函數(shù)加載Winsock動(dòng)態(tài)庫(kù)(DLL)。只有該函數(shù)在調(diào)用成功之后才能使用其它的Winsock網(wǎng)絡(luò)操作函數(shù)。函數(shù)原型為：int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData)，其中，參數(shù)WVersionRequired：<輸入>表示欲使用的Winsock版本，這是一個(gè)WORD類型的整數(shù)，它的高位字節(jié)定義的是次版本號(hào)，低位字節(jié)定義的是主版本號(hào)。參數(shù)LpWSAData：<輸出>是一個(gè)指向WSADATA資料的指針。當(dāng)Windows C網(wǎng)絡(luò)程序在完成對(duì)請(qǐng)求的Winsock庫(kù)的使用后，要調(diào)用WSACleanup函數(shù)來(lái)解除與Winsock庫(kù)的綁定并且釋放Winsock庫(kù)所占用的系統(tǒng)資源。

2)創(chuàng)建套接字socket()和關(guān)閉套接字closesocket()函數(shù)。應(yīng)用程序在使用套接字前，首先必須擁有一個(gè)套接字，系統(tǒng)調(diào)用socket()向應(yīng)用程序提供創(chuàng)建套接字的手段。函數(shù)原型為：SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol)，其中，參數(shù)af指定通信發(fā)生的區(qū)域，Windows中用AF_INET；參數(shù)type 描述要建立的套接字的類型；參數(shù)protocol說(shuō)明該套接字使用的特定協(xié)議，如果不希望特別指定使用的協(xié)議，即使用默認(rèn)的連接模式，closesocket()關(guān)閉套接字s，并釋放分配給該套接字的資源；如果s涉及一個(gè)打開的TCP連接，則該連接被釋放。closesocket()的調(diào)用格式為：BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s)，其中,參數(shù)s為待關(guān)閉的套接字描述符。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，closesocket()返回0；否則返回值SOCKET_ERROR。

3)指定本地地址bind()。bind()將套接字地址(包括本地主機(jī)地址和本地端口地址)與所創(chuàng)建的套接字號(hào)聯(lián)系起來(lái)，即將名字賦予套接字，以指定本地半相關(guān)。函數(shù)原型為：int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen)，其中，參數(shù)s是由socket()調(diào)用返回的，并且作為連接的套接字描述符(套接字號(hào))；參數(shù)name 是賦予給套接字s的本地地址(名字)，其長(zhǎng)度可變，結(jié)構(gòu)隨通信域的不同而不同；namelen表明了name的長(zhǎng)度。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，bind()返回0；否則返回值SOCKET_ERROR。

4)監(jiān)聽連接listen()、建立套接字連接accept()和connect()函數(shù)。listen()用于服務(wù)器，表明它愿意接收連接。listen()需在accept()之前調(diào)用，其調(diào)用格式為：int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog)，其中，參數(shù)s標(biāo)識(shí)一個(gè)本地已建立、尚未連接的套接字號(hào)，服務(wù)器從它上面接收請(qǐng)求。backlog表示請(qǐng)求連接隊(duì)列的最大長(zhǎng)度，用于限制排隊(duì)請(qǐng)求的個(gè)數(shù)。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，listen()返回0；否則返回SOCKET_ERROR。

accept()和connect()這兩個(gè)函數(shù)用于完成一個(gè)完整相關(guān)的建立。accept()用于服務(wù)器，在調(diào)用過(guò)listen ()之后，它使服務(wù)器等待來(lái)自某客戶進(jìn)程的實(shí)際連接。函數(shù)原型為：SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR*addr, int FAR*addrlen)，其中，參數(shù)s為本地套接字描述符；addr 指向客戶端套接字地址結(jié)構(gòu)的指針，用來(lái)接收連接實(shí)體的地址，addr的格式由套接字創(chuàng)建時(shí)建立的地址族決定；addrlen 為客戶端套接字地址的長(zhǎng)度(字節(jié)數(shù))。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，accept()返回一個(gè)SOCKET類型的值，表示接收到的套接字的描述符，否則返回值INVALID_SOCKET。

connect()用于客戶端，它使客戶端與服務(wù)器之間建立連接。函數(shù)原型為：int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR*name, int namelen)。其中，參數(shù)s是欲建立連接的本地套接字描述符；參數(shù)name說(shuō)明對(duì)方套接字地址結(jié)構(gòu)的指針；對(duì)方套接字地址長(zhǎng)度由namelen說(shuō)明。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，connect()返回0，否則返回值SOCKET_ERROR。

5)數(shù)據(jù)傳輸send()和recv()。當(dāng)一個(gè)連接建立以后，就可以傳輸數(shù)據(jù)了。常用的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)有send()和recv()。send()調(diào)用用于參數(shù)s指定的已連接的數(shù)據(jù)包或流套接字上發(fā)送輸出數(shù)據(jù)，格式為int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR*buf, int len, int flags)，其中，參數(shù)s為已連接的本地套接字描述符；buf 指向存有發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的指針，其長(zhǎng)度由len 指定；flags 指定傳輸控制方式。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，send()返回所有發(fā)送的字節(jié)數(shù)；否則返回SOCKET_ERROR。recv()調(diào)用用于參數(shù)s指定的已連接的數(shù)據(jù)包或流套接字上接收輸入數(shù)據(jù)，格式為：int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR*buf, int len, int flags)，其中，參數(shù)s 為已連接的套接字描述符；buf指向接收輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針，其長(zhǎng)度由len 指定；flags 指定傳輸控制方式。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，recv()返回所有接收的字節(jié)數(shù)；如果連接被關(guān)閉，返回0；否則返回SOCKET_ERROR。

6)輸入/輸出多路復(fù)用select()。select()調(diào)用用于檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)套接字的狀態(tài)。對(duì)每一個(gè)套接字來(lái)說(shuō)，該調(diào)用可以請(qǐng)求讀、寫或錯(cuò)誤狀態(tài)方面的信息。請(qǐng)求給定狀態(tài)的套接字集合由fd_set結(jié)構(gòu)指示。在返回時(shí)，此結(jié)構(gòu)被更新，以反映那些滿足特定條件的套接字的子集。同時(shí)，select()調(diào)用返回滿足條件的套接字的數(shù)目，其調(diào)用格式為：int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR*readfds, fd_set FAR*writefds,{fd_set} FAR*exceptfds, const struct timeval FAR*timeout)，其中，參數(shù)nfds指明被檢查的套接字描述符的值域，此變量一般被忽略；參數(shù)readfds指向要進(jìn)行讀檢測(cè)的套接字描述符集合的指針，調(diào)用者希望從中讀取數(shù)據(jù)，參數(shù)writefds 指向要進(jìn)行寫檢測(cè)的套接字描述符集合的指針；exceptfds指向要檢測(cè)是否出錯(cuò)的套接字描述符集合的指針；timeout指向select()函數(shù)等待的最大時(shí)間，如果設(shè)為NULL則為阻塞操作。select()返回包含在fd_set結(jié)構(gòu)中已準(zhǔn)備好的套接字描述符的總數(shù)目，若發(fā)生錯(cuò)誤則返回SOCKET_ERROR。

3 Windows C網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)例

為了更直觀說(shuō)明C/S模式下的通信，下面給出一個(gè)面向TCP協(xié)議簡(jiǎn)單的控制臺(tái)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序?qū)嵗?/p>

實(shí)例：當(dāng)服務(wù)器端程序啟動(dòng)后，服務(wù)器端馬上進(jìn)入偵聽狀態(tài)，這時(shí)當(dāng)客戶端程序啟動(dòng)后，客戶端立即與服務(wù)器建立了連接。此時(shí)，客戶端就可與服務(wù)器進(jìn)行通信了。當(dāng)一端發(fā)送出”bye”信息時(shí)結(jié)束通信。

//服務(wù)器端Server.cpp

#include

#include

#include

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

#define PORT 3333

int main()

{WSADATA wsa;

if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsa) != 0)//初始化套接字DLL

{printf("套接字初始化失敗! ");return(-1); }

SOCKET serverSock;

//創(chuàng)建套接字

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

{printf("創(chuàng)建套接字失敗! "); return(-1);}

struct sockaddr_in sserverAddr;

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

sserverAddr.sin_family = AF_INET;

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

sserverAddr.sin_port = htons(PORT);

…

}

4 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程是近年來(lái)非常流行的編程技術(shù)，它不僅要求具備熟練的編程功底，而且還要求有堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)基礎(chǔ)，在程序設(shè)計(jì)思路上也與傳統(tǒng)編程不同。通過(guò)文中給出的簡(jiǎn)單實(shí)例，能夠得出用Windows C編寫網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的一個(gè)模式。因此，掌握網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，就要深入研究和熟練掌握Windows下的 Socket函數(shù)的用法，才能更好地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的開發(fā)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王艷平.Windows網(wǎng)絡(luò)與通信程序設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2] 侯俊杰.深入淺出Visual C++ 6程序設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.