程式師世界 >> 編程語言 >> C語言 >> C++ >> C++入門知識 >> 【vc】14_網絡編程_socket編程，網絡編程_socket

【vc】14_網絡編程_socket編程，網絡編程_socket

編輯：C++入門知識

【vc】14_網絡編程_socket編程，網絡編程_socket

1、計算機網絡基本知識

　　最簡單的網絡程序如圖：

　　提示：IP地址就相當於一個公司的總機號碼，端口號就相當於分機號碼。在打電話時，撥通總機後，還需要轉到分機上。

（1）協議

　　　　·為進行網絡中的數據交換（通信）而建立的規則、標准或約定（=語義+語法+規則）；

　　　　·不同層具有各自不同的協議；

（2）網路的狀況

　　　　·多種通信媒介---有線、無線···

　　　　·不同種類的設備---通用、專用···

　　　　·不同的操作系統---UNIX、Windows···

　　　　·不同的應用環境---固定、移動···

　　　　·不同的業務種類---分時、交互、實時···

　　　　·寶貴的投資和積累---有形、無形···

　　　　·用戶業務的延續性---不允許出現大的跌巖起伏；

　　　他們互相交織，形成了非常復雜的系統應用環境。　　　　

（3）ISO/OSI七層參考模型

　　　　·物理層：提供二進制傳輸，確定在通信信道上如何傳輸比特流；

　　　　·數據鏈路層：提供介質訪問，加強物理層的傳輸功能，建立一條無差錯的傳輸線路；

　　　　·網絡層：提供IP尋址和路由（網絡上數據可以經由多條線路到達目的地，網絡層負責找出最佳的傳輸線路）；

　　　　·傳輸層：為源端主機到目的端主機提供可靠的數據傳輸服務，隔離網絡的上下層協議，使得網絡應用與下層協議無關；

　　　　·會話層：在兩個相互通信的應用進程之間建立、組織和協調其相互之間的通信；

　　　　·表示層：處理被傳送數據的表示問題，即信息的語法和語義；如有必要，可使用一種通用的數據表示格式，在多種數據表示之間進行轉換。例如在日期、貨幣、數值等本地數據表示格式和標准數據表示格式之間進行轉換，還有數據的加解密、壓縮和解壓縮等；

　　　　·應用層：為用戶的網絡應用程序提供網絡通信的服務；

　　　注意：在進行一次網絡通信時，每一層為本次通信提供本次的服務（通信實體的對等體之間不允許直接通信）；

　　　　　　各層之間是嚴格單向依賴；

　　　　　　上層使用下層提供的服務---Service user；

　　　　　　下層向上層提供服務---Service provider；

（圖片引用於別處）

　　應用層、傳輸層、網絡層各使用的協議：

　　　　應用層：Telnet（遠程登錄協議）、FTP（文件傳輸協議）、HTTP（超文本傳輸協議）、DNS（域名服務）、SMTP（簡單郵件傳輸協議）、POP3（郵局協議）等；

　　　　傳輸層：TCP（傳輸控制協議）、UDP（用戶數據報協議）;

　　　　網絡層：網際協議IP、Internet互聯網控制報文協議ICMP、Internet組管理協議IGMP；

（4）數據封裝

　　　　·一台計算機要想另一台計算機發送數據，首先必須將該數據打包，打包的過程成為封裝（即：在數據前面加上特定的協議頭部）；

　　　　·PDU(協議數據單元)：對等層協議之間交換的信息單元的統稱；

　　　　·頭部含有的數據中含有王城數據傳輸所需的控制信息；

（5）TCP/IP模型

（6）端口

　　　　·傳輸層提供進程（活動的應用程序）通信的能力；為了標識通信實體中進行通信的進程（應用程序），TCP/IP協議提出了協議端口（protocol port，簡稱端口）的概念；

　　　　·端口用一個整數型標識符來表示，即端口號；端口號跟協議相關，TCP/IP傳輸層的兩個協議TCP和UDP是完全獨立的兩個軟件模塊，因此各自的端口號也相互獨立；

　　　　·我們在編寫網絡應用程序時，要為程序指定1024以上的端口號；1024以下端口號保留給預定義的服務；

（7）套接字的引入

　　　　·套接字存在於通信區域中；通信區域也叫地址族，主要用於將通過套接字通信的進程的共有特性綜合在一起；

　　　　·套接字通常只與同一區域的套接字交換數據（也有可能跨區域通信，但這只在執行了某種轉換進程後才能實現）；

　　　　·Windows Sockets只支持一個通信區域：網際域（AF_INET），這個域被使用網際協議簇通信的進程使用；

（8）網絡字節順序

　　　　·不同的計算機存放多字節的順序不同；

　　　　·基於Inter的CPU，采用的是低位先存。為保證數據的正確性，在網絡協議中需要指定網絡字節順序，TCP/IP協議使用16位整數和32位整數的高位先存格式；

　　　　·網絡中不同主機間進行通信時，要同一采用網絡字節順序；

（9）客戶機/服務器模式

圖片來自：http://pic002.cnblogs.com/images/2012/387401/2012111509190090.jpg

　　客戶機/服務器在操作過程中采用主動請求的方式，首先服務器方要先啟動，並根據請求提供相應的服務：

　　　　①打開一個通信通道並告知本地主機，他願意在某一地址可端口上接收客戶請求；

　　　　②等待客戶請求到達該端口；

　　　　③接收到重復服務請求，處理請求並發送應答信息。接收到並發起服務請求，要激活一個新的進程（或線程）來處理這個客戶請求。新進程（或線程）處理此客戶請求，並不需要對其他請求做出應答。服務完成後，關閉此新進程與客戶的通信鏈接，並終止；

　　　　④返回第二步，等待另一客戶請求；

　　　　⑤關閉服務器；

　　客戶方：

　　　　①打開一個通信通道，並連接到服務器所在主機的特定端口；

　　　　②想服務器發送服務請求報文，等待並接收應答；繼續提出請求；

　　　　③請求結束後關閉通信通道並終止；

2、Windows Sockets的實現

　　Socket是連接應用程序與網絡驅動程序的橋梁，Socket在應用程序中創建，通過綁定操作與驅動程序建立關系。此後，應用程序送給Socket的數據，由Socket交給驅動程序向網絡上發送出去。計算機從網絡上收到與該Socket綁定的IP地址和端口號相關的數據後，由驅動程序交給Socket。應用程序便可從該Socket中提取接收到的數據。

（1）套接字的類型

　　　　·流式套接字（SOCK_STREAM）

　　　　　　　提供面向連接、可靠的數據傳輸服務，數據烏差錯、無重復的發送，且按接發送順序接收；SOCK_STREAM是基於TCP協議實現的；

　　　　·數據報式套接字（SOCK_DGRAM）

　　　　　　　提供無連接服務；數據包以獨立包形式發送，不提供無差錯保證，數據可能丟失和重復，並且接收順序混亂；SOCK_DGRAM是基於 UDP協議實現的；

　　　　·原始套接字（SOCK_RAW）

（2）基於TCP（面向連接）的Socket編程

　　基於基於TCP（面向連接）的Socket編程的服務端程序流程如下：

　　　　①創建套接字（socket）；

　　　　②將套接字綁定到一個本地地址和端口上（bind）；（解釋：告訴本地主機它打算在哪個IP地址和哪個端口上等待客戶請求）

　　　　③將套接字設為監聽模式，准備接收客戶請求（listen）；

　　　　④等待客戶請求到來；當請求到來後，接受連接請求，返回一個新的對應於此連接的套接字（accept）；

　　　　⑤用返回的套接字和客戶端進行通信（send/recv）；

　　　　⑥返回，等待另一個客戶請求；

　　　　⑦關閉套接字；

　　基於基於TCP（面向連接）的Socket編程的客戶端程序流程如下：

　　　　①創建套接字（socket）；

　　　　②向服務器發出連接請求（connect）；

　　　　③和服務器端進行通信（send/recv）；

　　　　④關閉套接字；

　　在服務器端，當調用accept函數時，程序就會等待，等待客戶端調用connect函數發出連接請求，然後服務器端接收該請求，於是雙方就建立了連接，之後，服務器端和客戶端就可以利用send和recv函數進行通信了。

（3）基於UDP（面向無連接）的socket編程

　　接收端（服務器端）：先啟動的一端；發送端（客戶端）：發送數據的一端；

　　接收端程序的編寫：

　　　　①創建套接字（socket）；

　　　　②將套接字綁定到一個本地地址和端口上（bind）；（解釋：接收端告訴本地主機，它是在哪個地址和端口上等待數據的到來）

　　　　③等待接收數據（recvfrom）；

　　　　④關閉套接字；

　　客戶端程序的編寫：

　　　　①創建套接字（socket）；

　　　　②向服務器發送數據（sendto）；

　　　　③關閉套接字；

提示：套接字表示了通信的端點；利用套接字通信與利用電話機通信是一樣的，套接字相當於電話機，IP地址相當於總機號碼，端口號相當於分機。

3、相關函數

　　（1）WSAStartup函數

int WSAStartup(
  WORD wVersionRequested,  //指定准備加載的Winsock庫的版本；
  LPWSADATA lpWSAData       //是一個返回值，指向WSADATA結構的指針
);
//lpWSAdata：這是一個返回值，指向WSADATA結構的指針，WSAStartup函數用其加載的庫版本有關的信息填在這個結構中；

　　　　·功能：①加載套接字庫；

　　　　　　　 ②進行套接字庫的版本的協商（確定將使用的socket版本）；

　　　　·對於每一個WSAStartup函數的成功調用（即成功加載WinSock動態庫後），在最後對應一個WASCleanUp調用，來釋放該程序占用的資源，終止對WinSock動態庫的使用。

typedef struct WSAData { WORD wVersion; WORD wHighVersion; char szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1]; char szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1]; unsigned short iMaxSockets; unsigned short iMaxUdpDg; char FAR * lpVendorInfo; } WSADATA, *LPWSADATA; View Code

　　　　·WSAStartup函數把WSADate結構中的第一個字段wVersion設置為打算使用的Winsock版本，wHighVersion字段容納的是現有的Winsock庫的最高版本；

　　　　·注意：這兩個字段中，高位字節代表的是Winsock副版本，而低字節代表的則是Winsock朱版本；

　　（2）socket函數

SOCKET socket(
  int af,       //指定地址簇，對於TCP/IP協議的套接字，它只能是AF_INET（或PF_INET）；
  int type,     //指定socket類型（SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM）
  int protocol  //與特定的地址家族相關的協議；
);

　　　　·如果socket函數調用成功，它就會返回一個新的SOCKET數據類型的套接字描述符；調用失敗，返回一個INVALID_SOCKET值，錯誤信息可以通過WSAGetLastError函數返回。

　　（3）bind函數

int bind(
  SOCKET s,   //指定要綁定的套接字；                       
  const struct sockaddr FAR *name,  //指向sockaddr結構的指針變量，指定了該套接字的本地地址信息； 
  int namelen    //指定sockaddr地址結構的長度；                    
);

　　　　·name：指定了該套接字的本地地址信息；指向sockaddr結構的指針變量，由於該地址結構是為所有的地址家族准備的，這個結構可能隨所使用的網絡協議不同而不同，故：第三個參數（namelen）指定改地址結構的長度；

　　　　·功能：創建套接字成功之後，將該套接字綁定到本地的某個地址和端口上；

sockaddr結構定義如下：

struct sockaddr {
  u_short    sa_family;
  char       sa_data[14];
};

　　　　·sockaddr結構的第一個字段（sa_family）指定地址家族，對於TCP/IP協議的套接字，必須設置為AF_INET；
　　　　·第二個地段（sa_data）僅僅是表示要求一塊內存分配區，起到占用的作用，該區域中指定與協議相關的具體地址信息；

　　·注意：由於實際要求的只是內存去，所以對於不同的協議家族，用不同的結構來替代sockaddr。處理sa_family外，sockaddr是按網絡字節順序表示的。

　　　　　 **在基於TCP/IP的socket編輯過程中，可以用sockaddr_in結構替換sockaddr以方便我們填寫地址信息**。

sockaddr_in結構體的定義如下：

struct sockaddr_in{
 short sin_family;         //表示地址族；（對於IP地址，改變量一直是AF_INET）
 unsigned short sin_port; //指定將要分配給套接字的端口；
 IN_ADDR sin_addr;      //給出套接字的主機IP地址；
 char sin_zero[8];};      //填充數（使sockaddr_in和sockaddr長度一樣）；

　　　　·sockaddr_in結構中sin_addr成員的類型是in_addr，該結構的定義如下所示：

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;
};

　　·提示：in_addr結構實際上是一個聯合，通常利用這個結構將一個點分十進制格式的IP地址轉換為u_long類型，並將結果賦給成員S_addr。

　　（4）inet_addr和inet_intoa函數

unsigned long inet_addr(  const char   FAR *cp  );

　　　　·inet_addr函數需要一個字符串作為其參數，該字符串指定了以點分十進制格式表示的IP地址（如192.168.0.16）；而且inet_addr函數會返回一個適合分配給S_addr的u_long類型的數值；

char FAR * inet_ntoa(  struct   in_addr in  );

　　　　·inet_ntoa函數完成與inet_addr相反的轉換，它接收一個in_addr結構體類型的參數並返回一個以點分十進制格式表示的IP地址字符串；

　　（5）listen函數

int listen( SOCKET s, // 套接字描述符； int backlog // 等待**連接隊列**的最大長度； ); View Code

　　　　·作用：將指定的套接字設置為監聽模式；

　　（6）accept函數

SOCKET accept(
  SOCKET s,   //套接字描述符，該套接字已經通過listen函數將其設置為監聽狀態；
  struct sockaddr FAR *addr,  
  int FAR *addrlen  //是一個返回值，指向一個整型的指針，返回包含地址信息的長度；
);

　　　　·功能：接受客戶端發出的連接請求；

　　　　·addr參數：指向一個緩沖區的指針，該緩沖區用來接收連接實體的地址，也就是當客戶端服務器發起連接，服務器接受這個連接時，保存發起連接的這個客戶端的IP地址信息和端口信息；

　　（7）send函數

int send(
  SOCKET s,             //一個已經建立連接的套接字；     
  const char FAR *buf,  //buf指向一個緩沖區，該緩沖區包含將要傳遞的數據；
  int len,              //len是緩沖區的長度；
  int flags             //flogs：設定的值將影響函數的行為，一般將器設置為0即可；
);

　　　　·功能：通過一個已建立連接的套接字發送數據；

　　（8）recv函數

int recv(
  SOCKET s,       //s：建立連接後准備接收數據的那個套接字；
  char FAR *buf,  //buf：指向緩沖區的指針，用來保存接收的數據；
  int len,        //len：緩沖區的長度；
  int flags       //同send的flags；
);

　　　　·功能：從一個已連接的套接字接收數據；

　　（9）connect

int connect(
  SOCKET s,                        //s:即將在其上建立連接的那個套接字； 
  const struct sockaddr FAR *name, //name：設定連接的服務器地址信息；
  int namelen                      //namelen：指定服務器端地址的長度；
);

　　　　·功能：將與一個特定的套接字建立連接；

　　（10）recvfrom

int recvfrom(
  SOCKET s,                   //s:准備接收數據的套接字；
  char FAR* buf,              //buf:指向緩沖區的指針，該緩沖區用來接收數據；
  int len,                    //len：緩沖區長度；
  int flags,                  //不解釋
  struct sockaddr FAR *from,  //from：是一個指向地址結構的指針，主要是用來接收發送數據方的地址信息；
  int FAR *fromlen            //整型指針，且是一個in/out類型的參數；
)；

　　　　·功能：將接收一個數據報信息並保存源地址；

　　　　·fromlen：是一個in/out類型的參數，表明在調用前需要給它指定一個初始值，當函數調用之後，會通過這個參數返回一個值，該返回值是底地址結構的大小；

　　（11）sendto

int sendto(
  SOCKET s,                        
  const char FAR *buf,            
  int len,                         
  int flags,                       
  const struct sockaddr FAR *to,  //可選的指針，指定目標套接字的地址；
  int tolen                       //tolen：是參數to中指定的地址的長度； 
);

　　　　·功能：將向一個特定的目的方發送數據；

　　（12）htons 和htonl 函數

u_short htons(
  u_short hostshort  //hostshort：是一個以主機字節順序表示的16為數值；
);

　　　　·功能：（Windows Sockets的htons函數）將把一個u_short類型的值從主機字節順序轉換為TCP/IP網絡字節順序；

u_long htonl(
  u_long hostlong  //是一個以主機字節順序表示的32位數值；
);

　　　　·功能：將把一個u_long類型的值從主機字節順序轉換為TCP/IP網絡字節順序；

4、基於TCP的網絡應用程序的編寫

　　服務器端程序：

#include <stdio.h> #include <Winsock2.h> void main() { //加載套接字庫 WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData; int err; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); //MAKEWORD宏創建一個包含一個請求版本號的WORD值； //MAKEWORD(x,y)宏(x是高位字節, y是低位字節)可以方便的獲取wVersionRequested的正確值； err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); if ( err != 0 ) { return; } if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) { WSACleanup( ); return; } //①創建用於監聽的套接字 SOCKET sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); SOCKADDR_IN addrSrv; addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); addrSrv.sin_family = AF_INET; addrSrv.sin_port = htons(6000); bind(sockSrv, (sockaddr*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR) ); //②綁定套接字 listen(sockSrv, 5); //③將套接字設為監聽模式，准備就收客戶請求 SOCKADDR_IN addrClient; int len = sizeof(SOCKADDR); while(1) { SOCKET sockConn = accept(sockSrv, (SOCKADDR*)&addrClient, &len); //④等待客戶請求到來 char sendBuf[100]; sprintf(sendBuf, "welcome %s to http://www.cnblog.com.aze-003", inet_ntoa(addrClient.sin_addr)); send( sockConn, sendBuf, strlen(sendBuf)+1, 0); //發送數據注意：“+1”：表示增加1個“\0”結尾標志； char recvBuf[100]; recv( sockConn, recvBuf, 100, 0); //接收數據 printf("%s\n", recvBuf); //打印接收的數據 closesocket(sockConn); //⑦關閉套接字 } } /* ④等待客戶請求到來;當請求到來後，接收連接請求，返回一個新的對應於此次連接的套接字（accept） ⑤用返回的套接字和客戶端進行連接通信（send/recv）； ⑥返回，等待另一客戶請求；注意：在調用accept函數前，必須為它的第三個參數賦予一個初始值，即：SOCKADDR_IN結構體的長度；進入循環，首先調用accept函數等待並接收客戶的連接請求，其中第一個參數是處於監聽狀態的套接字；第二個參數利用addrClient變量接收客戶端的地址信息。當客戶端連接請求到來時，該函數接受該請求，建立連接，同時它將返回一個相對於當前這個新連接的一個套接字描述符，保存於sockConn變量中，然後利用這個套i蛾子就可以與客戶端進行通信了，而我們先前的套接字仍然繼續監聽客戶端的連接請求； */ TCP_Srv

　　客戶端程序：

#include <stdio.h> #include <Winsock2.h> void main() { //加載套接字庫 WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData; int err; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); if ( err != 0 ) { return; } if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) { WSACleanup( ); return; } //①創建套接字 SOCKET sockClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); SOCKADDR_IN addrSrv; addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1"); addrSrv.sin_family = AF_INET; addrSrv.sin_port = htons(6000); //②向服務器發出連接請求 connect(sockClient, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR)); //③和服務器進行通信（send/recv） char recvBuf[100]; recv(sockClient, recvBuf, 100, 0); //接收數據 printf("%s\n", recvBuf); send(sockClient, "this is lisi", strlen("this is lisi")+1, 0); //發送數據 closesocket(sockClient); //④關閉套接字 WSACleanup(); } TCP_Client

5、基於UDP的網絡應用程序的編寫

　　服務器端程序：　

//UDP_Srv.cpp #include <stdio.h> #include <Winsock2.h> void main() { //加載套接字庫 WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData; int err; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); if ( err != 0 ) { return; } if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) { WSACleanup( ); return; } //①創建套接字 SOCKET sockSrv = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); SOCKADDR_IN addrSrv; addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(ADDR_ANY); addrSrv.sin_family = AF_INET; addrSrv.sin_port = htons(6000); //②綁定套接字 bind(sockSrv, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR)); //③等待並接收數據（UDP服務器就是一個接收端） SOCKADDR_IN addrClient; int len = sizeof(SOCKADDR); char recvBuf[100]; recvfrom(sockSrv, recvBuf, 100, 0, (SOCKADDR*)&addrClient, &len); printf("%s\n", recvBuf); closesocket(sockSrv); //④關閉套接字 WSACleanup(); } UDP_Srv.cpp

　　客戶端程序：

//UDP_Client.cpp #include<WINSOCK2.H> #include<STDIO.H> void main() { //加載套接字庫 WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData; int err; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); if ( err != 0 ) { return; } if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) { WSACleanup( ); return; } //創建套接字 SOCKET sockClient = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); SOCKADDR_IN sockSrv; sockSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1"); sockSrv.sin_family = AF_INET; sockSrv.sin_port = htons(6000); //發送數據 sendto(sockClient, "hello!", strlen("hello!")+1, 0, (SOCKADDR*)&sockSrv, sizeof(SOCKADDR)); //關閉套接字 closesocket(sockClient); WSACleanup(); } UDP_Client.cpp

2014-08-14　　

23:56:21