肖季烈 肖維

摘要：本文介紹了Sockets通信原理，從程序員的角度著重討論了Windows Sockets的功能擴(kuò)充，并列舉了運(yùn)用 Windows Sockets實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信的一個(gè)程序?qū)嵗?/p>

關(guān)鍵詞：Windows Sockets 異步通信 阻塞

一、Socket網(wǎng)絡(luò)編程原理

Socket是BSD UNIX提供的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程接口，它采用客戶——服務(wù)器的通訊機(jī)制，使網(wǎng)絡(luò)客戶方和服務(wù)器方通過Socket實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的連接和數(shù)據(jù)交換。Socket提供了一系列的系統(tǒng)調(diào)用，可以實(shí)現(xiàn)TCP、UDP、ICMP和IP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的通訊。

Socket有三種主要類型：Stream sockets、Datagram sockets 和Raw sockets。Stream socket接口定義了一種可靠的面向連接的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了無差錯(cuò)、無重復(fù)的順序數(shù)據(jù)傳輸，它通過內(nèi)置的流量控制解決了數(shù)據(jù)的擁堵，應(yīng)用程序可以發(fā)送任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)；Datagram socket接口定義了一種無連接的服務(wù)，數(shù)據(jù)通過相互獨(dú)立的包進(jìn)行傳輸，包的傳輸是無序的，但是不能保證包的正確率。包長(zhǎng)度是有限的（隱含長(zhǎng)度為8，192字節(jié)，最大長(zhǎng)度可設(shè)為32，768字節(jié)）；Raw socket接口允許對(duì)低層協(xié)議（如IP和ICMP）的直接存取，它主要用于實(shí)現(xiàn)新網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的測(cè)試等。

下面，我們通過一個(gè)面向連接的傳輸發(fā)生的典型情況來說明Socket網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)。

從圖1中我們可以看出，客戶和服務(wù)器的關(guān)系不是對(duì)稱的，服務(wù)器首先啟動(dòng)，然后在某一時(shí)間 從

從圖1中我們可以看出，客戶與服務(wù)器的關(guān)系不是對(duì)稱的，服務(wù)器首先啟動(dòng)，然后在某一時(shí)間啟動(dòng)客戶與服務(wù)器的連接。服務(wù)器和客戶開始都必須用調(diào)用socket（）建立一個(gè)套接字（socket），然后服務(wù)器調(diào)用bind（）將套接字與一個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)地址捆綁在一起，再用調(diào)用listen（）使套接字處于一種被動(dòng)的準(zhǔn)備接收狀態(tài)，同時(shí)規(guī)定它的請(qǐng)求隊(duì)列長(zhǎng)度，之后服務(wù)器就可以調(diào)用accept（）來接收連接了?？蛻粼诮⑻捉幼种螅涂梢酝ㄟ^調(diào)用connect（）和服務(wù)器建立連接。建立連接后，客戶和服務(wù)器之間就可以通過連接發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（調(diào)用read（）和write（））。最后，待數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，雙方調(diào)用close（）關(guān)閉套接字。

二、WINSOCK對(duì)Socket的擴(kuò)充

BSD Socket支持阻塞（blocking）和非阻塞（non_blocking）兩種工作方式。在阻塞方式下工作，connect（）、accept（）、read（）和recv（）等調(diào)用在執(zhí)行時(shí)都處于阻塞狀態(tài)，直到它成功或出錯(cuò)返回；在非阻塞方式下工作，這些調(diào)用是立即返回的，但是必須通過查詢才能知道它們是否完成。

WINSOCK對(duì)BSD Socket的擴(kuò)充主要基于消息、對(duì)網(wǎng)絡(luò)事件的異步存取接口上。表1列出了WINSOCK擴(kuò)充的函數(shù)功能。

從表1中我們可以看出，WINSOCK的擴(kuò)充功能可以分為如下幾類：

1.異步選擇機(jī)制

異步選擇函數(shù)WSAAsyncSelect（）允許應(yīng)用程序提名一個(gè)或多個(gè)感興趣的網(wǎng)絡(luò)事件，所有非阻塞的網(wǎng)絡(luò)I/O例程（如send（）和resv（）），不管它是已經(jīng)使用，還是即將使用，都可作為WSAAsyncSelect（）函數(shù)選擇的候選。當(dāng)被提名的網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時(shí)，Windows應(yīng)用程序的窗口函數(shù)將收到一個(gè)消息，消息附帶的參數(shù)指示被提名過的某一網(wǎng)絡(luò)事件。

2.異步請(qǐng)求例程

異步請(qǐng)求例程允許應(yīng)用程序用異步方式獲取請(qǐng)求的信息，如WSAAsyncGetXByY（）類函數(shù)允許用戶請(qǐng)求異步服務(wù)，這些功能在使用標(biāo)準(zhǔn)Berkeley函數(shù)時(shí)是阻塞的。

3.阻塞處理方法

WINSOCK在調(diào)用處于阻塞時(shí)會(huì)進(jìn)入一個(gè)叫“Hook”的例程，它負(fù)責(zé)處理Windows消息，使得Windows的消息循環(huán)能夠繼續(xù)。WINSOCK還提供了兩個(gè)函數(shù)[WSASetBlockingHook（）和WSAUnhookBlockingHook（）]讓用戶能夠設(shè)置和取消自己的阻塞處理例程。另外，函數(shù)WSAIsBlocking（）可以檢測(cè)調(diào)用是否阻塞，函數(shù)WSACancelBlockingCall（）可以取消一個(gè)阻塞的調(diào)用。

4.出錯(cuò)處理

為了和以后的多線索環(huán)境（如Windows/NT）兼容，WINSOCK提供了兩個(gè)出錯(cuò)處理函數(shù)WSAGetLastError（）和WSASetLastError（）來獲取和設(shè)置本線索的最近錯(cuò)誤號(hào)。

5.啟動(dòng)與終止

WINSOCK的應(yīng)用程序在使用上述WINSOCK函數(shù)前，必須先調(diào)用WSAStartup（）函數(shù)對(duì)Windows Sockets DLL進(jìn)行初始化，以協(xié)商WINSOCK的版本支持，并分配必要的資源。在應(yīng)用程序退出之前，應(yīng)該先調(diào)用函數(shù)WSAClearnup（）終止對(duì)Windows Sockets DLL的使用，并釋放資源，將有利于下一次使用。

三、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信的實(shí)現(xiàn)

我們來設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的基于連接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信程序：服務(wù)器首先啟動(dòng)，它建立套接字之后等待客戶的連接；客戶在啟動(dòng)后建立套接字，然后和服務(wù)器建立連接；連接建立后，客戶通過連接給服務(wù)器發(fā)送一段數(shù)據(jù)，服務(wù)器接收后又將它發(fā)送回來，客戶再發(fā)送，如此循環(huán)，直至用戶命令客戶退出或網(wǎng)絡(luò)出錯(cuò)；客戶關(guān)閉連接和套接字后退出，服務(wù)器在檢測(cè)到連接關(guān)閉后，關(guān)閉套接字自動(dòng)結(jié)束。

我們的實(shí)例是UNIX下基于BSD Socket的服務(wù)器程序和Windows下基于WINSOCK的客戶程序之間的通信。我們先來看客戶程序，首先定義幾個(gè)宏、菜單資源和部分全局變量：

程序1：部分Windows程序源代碼（宏、菜單和變量）

#define USERPORT3333/* 用戶定義端口號(hào) */

#define IDM_START 101/* “啟動(dòng)”菜單項(xiàng)標(biāo)志 */

#define IDM_EXIT102 /* “退出”菜單項(xiàng)標(biāo)志 */

#define UM_SOCK WM_USER+0x100/* 用戶定義網(wǎng)絡(luò)消息 */

ClientMenu MENU/* 客戶菜單 */

BEGIN

POPUP "&Server"

BEGIN

MENUITEM "&Start..."， IDM_START

MENUITEM "S&top"， IDM_STOP

END

END

#include/* 必須包含winsock.h頭文件 */

HANDLE hInst；

char server_address[256] = {0}； /* 服務(wù)器地址緩沖區(qū) */

char buffer[1024]； /* 接收發(fā)送緩沖區(qū) */

char FAR * lpBuffer = &buffer[0]；

SOCKET s = 0； /* 套接字 */

struct sockaddr_in dst_addr；/* 目標(biāo)地址 */

struct hostent *hostaddr； /* 主機(jī)地址 */

struct hostent hostnm；

int count = 0；/* 發(fā)送接收循環(huán)計(jì)數(shù)器 */

客戶程序的窗口主函數(shù)很簡(jiǎn)單，它在注冊(cè)窗口類、建立窗口后，只是給主窗口函數(shù)發(fā)送一個(gè)用戶消息，然后就進(jìn)入Windows消息處理循環(huán)。

程序2：部分Windows程序源代碼（窗口主函數(shù)）

int PASCAL WinMain（ HANDLE hInstance，HANDLE hPrevInstance，LPSTR lpCmdLine， int nCmdShow）

{

HWND hWnd；

MSG msg；

lstrcpy（（LPSTR） server_address， lpCmdLine）； /* 取主機(jī)名字 */

if （！hPrevInstance）

if （！InitApplication（hInstance））

return （FALSE）；

hInst = hInstance；

hWnd = CreateWindow（"ClientClass"，"Windows ECHO Client"，

WS_OVERLAPPEDWINDOW，CW_USEDEFAULT，CW_USEDEFAULT，

CW_USEDEFAULT，CW_USEDEFAULT，

NULL， NULL， hInstance， NULL）；

if （！hWnd）

return （FALSE）；

ShowWindow（hWnd， nCmdShow）；

UpdateWindow（hWnd）；

/* 給主窗口函數(shù)發(fā)送WM_USER消息 */

PostMessage（hWnd，WM_USER，（WPARAM） 0， （LPARAM） 0）；

while （GetMessage（&msg， NULL， NULL， NULL）） {

TranslateMessage（&msg）；

DispatchMessage（&msg）；

}

return （msg.wParam）；

}

我們用最簡(jiǎn)單的語句編制一個(gè)UNIX下基于BSD SOCKET的服務(wù)器程序，它在建立連接后，只負(fù)責(zé)將收到的數(shù)據(jù)發(fā)回去，在連接斷開后，服務(wù)器關(guān)閉套接字返回。

四、結(jié)束語

我們可以看出，WINSOCK提供的異步選擇機(jī)制使Socket強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)編程功能能夠在Windows下得到應(yīng)用。相信隨著INTERNET的推廣，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的廣泛使用，使用WINSOCK編制Windows網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通信軟件將能得到較大的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫義等，UNIX環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)[M].北京：希望公司，1991.

[2]梁振軍等，新編TCP/IP協(xié)議與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)[M].北京：希望公司，1992.

（作者單位：江西省萍鄉(xiāng)市萍鄉(xiāng)廣播電視大學(xué)）