Winsock解析

一、基本知识

1、Winsock，一种标准API，一种网络编程接口，用于两个或多个应用程序（或进程）之间通过网络进行数据通信。具有两个版本：

Winsock 1:

Windows CE平台支持。

头文件：WinSock.h

库：wsock32.lib

Winsock 2:

部分平台如Windows CE貌似不支持。通过前缀WSA可以区别于Winsock 1版本。个别函数如WSAStartup、WSACleanup、WSARecvEx、WSAGetLastError都属于Winsock 1.1规范的函数；

头文件：WinSock2.h

库：ws2_32.lib

mswsock.h用于编程扩展，使用时必须链接mswsock.dll。

2、网络协议：

IP (Internet Protocol)  网际协议，无连接协议；

TCP (Transmission Control Protocol)  传输控制协议；

UDP (User Datagram Protocol)  用户数据协议；

FTP (File Transfer Protocol)  文件传输协议；

HTTP (Hypertext Transfer Protocol)  超文本传输协议；

3、字节存储顺序：

big_endian:大端存储，存储顺序从高位到低位，地址指向最高有效字节。在网络中将IP和端口指定为多字节时使用大端存储，也称为网络字节顺序(network_byte)。貌似MAC OS使用的是大端存储方式；

little_endian:小端存储，存储顺序从低位到高位，地址指向最低有效字节。本地主机存储IP和端口制定的多字节时使用，也称为主机字节顺序(host_byte)。大多数系统都是小端存储；

用下面的方式可以检测是否为大端存储：

bool IsBig_endian()

{

unsigned short test = 0x1122;

if ( *( (unsigned char*)&test ) == 0x11 ) //force unsigned short pointer to ussigned char pointer

{

return true;

}

else

{

return false;

}

}

此外有很多函数可以用来进行 主机字节和网络字节之间的转换，如:

u_long htonl( u_long hostlong );

int WSAHtonl( SOCKET s, u_long hostlong, u_long FAR *lpnetlong );

而有时网络IP是点分法表示的，如:192.168.0.1，使用函数unsigned long inet_addr( const char FAR *cp ); 可以将点分法的IP字符串作为一个网络字节顺序的32位u_long返回。

二、快速了解

1、Winsock初始化：

首先确保包含对应版本的头文件，然后保证链接对应的库文件（可以在代码中使用#pragma comment(lib, "WS2_32")，或在编译器项目属性中链接器->输入->附加依赖项中添加ws2_32.lib）；

通过调用WSAStartup函数来实现加载Winsock库：

print?

int

WSAAPI

WSAStartup(

IN WORD wVersionRequested,

OUT LPWSADATA lpWSAData

);

其中参数wVersionRequested用来指定加载Winsock库的版本，高位字节为次版本，低位字节为主版本，使用宏MAKEWORD(x,y)来生成一个WORD；

参数lpWSAData是指向WASDATA结构指针，加载的版本库信息将会填充这个结构，详细内容自查。

在使用Winsock后需要释放资源，并取消应用程序挂起的Winsock操作。使用int WASCleanup();

2、错误处理：

如果已经加载了Winsock库，则调用Winsock函数出错后，通常会返回SOCKET_ERROR，而通过使用函数int WSAGetLastError() 可以获得具体信息值，例如：

if ( SOCKET_ERROR == WSACleanup() )

{

cout << "WSACleanup error " << WSAGetLastError() << endl;

return 0;

}

根据获取错误信息值，可以知道错误原因，并进行相应的处理。

3、寻址：

想要进行通信就需要知道彼此的地址，一般来说这个地址由IP和端口号来决定。在Winsock中使用SOCKADDR_IN结构来指定地址信息：

struct sockaddr_in {

short   sin_family;

u_short sin_port;

struct  in_addr sin_addr;

char    sin_zero[8];

};

sin_family字段通常设置为AF_INET，表示Winsock此时正在使用IP地址族；

sin_port用于标示TCP或UDP通信端口，部分端口是为一些服务保留的，如FTP和HTTP使用要注意；

sin_adr字段把地址(例如是IPv4地址)作为一个4字节的量来存储起来，它是u_long类型，且是网络字节顺序的。可以使用inet_addr来处理点分法表示的IP地址；

sin_zero只充当填充项，以使SOCKADDR_IN结构和SOCKADDR结构长度一样。

以下简单的使用SOCKADDR_IN来指定地址：

print?

//创建一个地址

int serverPort      = 5150;

char FAR serverIP[] = "192.168.1.102"; //本机ip，不知道就ipconfig

SOCKADDR_IN serverAddr;

serverAddr.sin_family   = AF_INET;

serverAddr.sin_port = htons( serverPort );

serverAddr.sin_addr.s_addr  = inet_addr( serverIP );

int serverAddr_size = static_cast<int>( sizeof(serverAddr) );

有时作为一个连接通信的服务端来说，在设置监听socket的地址结构时sin_addr.s_addr的值可以是htonl( INADDR_ANY )，INADDR_ANY允许将socket绑定到系统中所有可用的接口，以便传到任意接口的连接（端口必须正确）都可以被监听socket接受。

4、socket套接字：

套接字是通信时为传输提供的句柄，Winsock的操作都是基于套接字实现的。创建一个套接字有socket和WSASocket方法：

SOCKET

WSAAPI

socket(

IN int af,       //协议的地址族，使用IPv4来描述Winsock，设置为AF_INET

IN int type,     //套接字类型，TCP/IP设置为SOCK_STREAM，UDP/IP设置为SOCK_DGRAM

IN int protocol      //用于给定地址族和类型具有多重入口的传送限定，TCP设置为IPPROTO_TCP，UDP设置为IPPROTO_UDP

);

如果创建成功，函数会返回一个有效的SOCKET，否则会返回INVALID_SOCKET，可以用WSAGetLastError()函数获得错误信息。

5、连接通信实现过程：

连结通信是基于TCP/IP实现的，进行数据传输前，通信双方要进行连接。

服务端：

初始化Winsock后，创建一个监听socket和一个要接受连接的地址结构；

使用bind将监听socket与地址结构进行关联；

int

WSAAPI

bind(

IN SOCKET s,               //一个用于监听的socket

IN const struct sockaddr FAR * name,   //指向进行绑定的地址结构

IN int namelen             //进行绑定的地址结构的大小

);

使用listen将bind成功的监听socket状态设置为监听状态；

int

WSAAPI

listen(

IN SOCKET s,     //一个用于监听的socket，已经进行bind

IN int backlog       //允许挂起连接的队列的最大长度，超过这个长度后，再有连接将会失败

);

使用accept接受通过监听socket获取的连接，成功后将返回的新的连接socket进行保存以便数据传输；

print?

SOCKET

WSAAPI

accept(

IN SOCKET s,         //处于监听模式的socket

OUT struct sockaddr FAR * addr,  //指向一个地址结构，用来接受连接后获得对方地址信息

IN OUT int FAR * addrlen     //指向一个整数，表示参数2指向地址结构的大小

);

客户端：

初始化Winsock后，创建一个监听socket和一个要连接的服务器地址结构；

使用connect将socket和服务器地址结构进行初始化连接，成功后将使用socket进行数据传输；

print?

int

WSAAPI

connect(

IN SOCKET s,            //要建立连接的socket

IN const struct sockaddr FAR * name,    //指向保存要建立连接信息的地址结构

IN int namelen          //参数2指向地址结构的大小

);

连接成功后，使用send、recv来进行数据传输；

print?

int

WSAAPI

send(

IN SOCKET s,       //进行连接的socket

IN const char FAR * buf,   //指向发送数据的缓冲区

IN int len,        //发送数据的字符数

IN int flags       //一个标志位，可以是0、MSG_DONTROUTE、MSG_OOB还可以是他们的或运算结果

);         //返回已经发送的数据长度

int

WSAAPI

recv(

IN SOCKET s,       //进行连接的socket

OUT char FAR * buf,    //指向接受数据的缓冲区

IN int len,        //准备接受数据字节数或缓冲区的长度

IN int flags       //可以是0、MSG_PEEK、MSG_OOB还可以是他们的或运算结果

);         //返回已接受的数据长度

连接结束后，使用shutdown和closesocket来断开连接和释放资源；

print?

int

WSAAPI

shutdown(

IN SOCKET s,   //要关闭的socket

IN int how //关闭标志：SD_RECEIVE、SD_SEND、SD_BOTH

);

6、无连接通信实现过程：

无连接通信是基于UDP/IP实现的，UDP不能确保可靠的数据传输，但能将数据发送到多个目标，或者接受多个源的数据。

初始化Winsock后，可以创建socket和用以进行通信任意地址结构；

使用recvfrom通过socket和通信的地址结构接受数据；

使用sendto通过socket和通信的地址结构发送数据；

print?

int

WSAAPI

recvfrom(

IN SOCKET s,

OUT char FAR * buf,

IN int len,

IN int flags,

OUT struct sockaddr FAR * from,

IN OUT int FAR * fromlen

);

int

WSAAPI

sendto(

IN SOCKET s,

IN const char FAR * buf,

IN int len,

IN int flags,

IN const struct sockaddr FAR * to,

IN int tolen

);

同样通信结束后，使用shutdown和closesocket来断开连接和释放资源

上述使用函数都有多个版本，而且相关的一些标志位参数可以提供设置选项，另外，返回的错误处理等也有待于详细研究；

7、select函数：

select()用于确定一个或多个套接口的状态。对每一个套接口，调用者可查询它的可读性、可写性及错误状态信息。

print?

int

WSAAPI

select(

IN int nfds,         //指集合中所有文件描述符的范围，即所有文件描述符的最大值加1，在Windows中值无所谓。

IN OUT fd_set FAR * readfds, //可选指针，指向一组等待可读性检查的套接字。

IN OUT fd_set FAR * writefds,    //可选指针，指向一组等待可写性检查的套接字。

IN OUT fd_set FAR *exceptfds,    //可选指针，指向一组等待错误检查的套接字。

IN const struct timeval FAR * timeout    //select()最多等待时间，对阻塞操作则为NULL。

);

//用fd_set结构来表示一组等待检查的套接口。在调用返回时，这个结构存有满足一定条件的套接口组的子集：

typedef struct fd_set {

u_int fd_count;               //其中set元素数目

SOCKET  fd_array[FD_SETSIZE]; //保存set元素的数组

} fd_set;

fd_set set;

FD_ZERO(&set);      /*将set清零使集合中不含任何fd*/ 　　

FD_SET(fd, &set);       /*将fd加入set集合*/ 　　

FD_CLR(fd, &set);       /*将fd从set集合中清除*/ 　　

FD_ISSET(fd, &set);     /*测试fd是否在set集合中*/

select的返回值：

select()调用返回处于就绪状态并且已经包含在fd_set结构中的描述字总数；

如果超时则返回0；否则的话，返回SOCKET_ERROR错误，通过WSAGetLastError获取相应错误代码。

当返回位0时，所有描述符集清0；

当返回为-1时，不修改任何描述符集；

当返回为非0时，在3个描述符集里，依旧是1的位就是准备好的描述符。这也就是为什么，每次用select后都要用FD_ISSET的原因。

参考：http://www.2cto.com/kf/201111/111568.html