【vc】14_網絡編程_socket編程

時間 2019-11-19

標籤網絡編程 socket 欄目 C&C++ 简体版

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一、計算機網絡基本知識

　　最簡單的網絡程序如圖：編程

　　提示：IP地址就至關於一個公司的總機號碼，端口號就至關於分機號碼。在打電話時，撥通總機後，還須要轉到分機上。服務器

（1）協議網絡

　　　　·爲進行網絡中的數據交換（通訊）而創建的規則、標準或約定（=語義+語法+規則）；併發

　　　　·不一樣層具備各自不一樣的協議；socket

（2）網路的情況ide

　　　　·多種通訊媒介---有線、無線···函數

　　　　·不一樣種類的設備---通用、專用···this

　　　　·不一樣的操做系統---UNIX、Windows···spa

　　　　·不一樣的應用環境---固定、移動···操作系統

　　　　·不一樣的業務種類---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---不容許出現大的跌巖起伏；

　　　他們互相交織，造成了很是複雜的系統應用環境。　　　　

（3）ISO/OSI七層參考模型

　　　　·物理層：提供二進制傳輸，肯定在通訊信道上如何傳輸比特流；

　　　　·數據鏈路層：提供介質訪問，增強物理層的傳輸功能，創建一條無差錯的傳輸線路；

　　　　·網絡層：提供IP尋址和路由（網絡上數據能夠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：爲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：在兩個相互通訊的應用進程之間創建、組織和協調其相互之間的通訊；

　　　　·表示層：處理被傳送數據的表示問題，即信息的語法和語義；若有必要，可以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準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：爲用戶的網絡應用程序提供網絡通訊的服務；

　　　注意：在進行一次網絡通訊時，每一層爲本次通訊提供本次的服務（通訊實體的對等體之間不容許直接通訊）；

　　　　　　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（遠程登陸協議）、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

　　　　·一臺計算機要想另外一臺計算機發送數據，首先必須將該數據打包，打包的過程成爲封裝（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）通訊的能力；爲了標識通訊實體中進行通訊的進程（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是徹底獨立的兩個軟件模塊，所以各自的端口號也相互獨立；

　　　　·咱們在編寫網絡應用程序時，要爲程序指定1024以上的端口號；1024如下端口號保留給預約義的服務；

（7）套接字的引入

　　　　·套接字存在於通訊區域中；通訊區域也叫地址族，主要用於將經過套接字通訊的進程的共有特性綜合在一塊兒；

　　　　·套接字一般只與同一區域的套接字交換數據（也有可能跨區域通訊，但這隻在執行了某種轉換進程後才能實現）；

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

（8）網絡字節順序

　　　　·不一樣的計算機存放多字節的順序不一樣；

　　　　·基於Inter的CPU，採用的是低位先存。爲保證數據的正確性，在網絡協議中須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；

　　　　·網絡中不一樣主機間進行通訊時，要同一採用網絡字節順序；

（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/服務器在操做過程當中採用主動請求的方式，首先服務器方要先啓動，並根據請求提供相應的服務：

　　　　①打開一個通訊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接收到重複服務請求，處理請求併發送應答信息。接收到併發起服務請求，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，並不須要對其餘請求作出應答。服務完成後，關閉此新進程與客戶的通訊連接，並終止；

　　　　④返回第二步，等待另外一客戶請求；

　　　　⑤關閉服務器；

　　客戶方：

　　　　①打開一個通訊通道，並鏈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請求結束後關閉通訊通道並終止；

二、Windows Sockets的實現

　　Socket是鏈接應用程序與網絡驅動程序的橋樑，Socket在應用程序中建立，經過綁定操做與驅動程序創建關係。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。應用程序即可從該Socket中提取接收到的數據。

（1）套接字的類型

　　　　·流式套接字（SOCK_STREAM）

　　　　　　　提供面向鏈接、可靠的數據傳輸服務，數據烏差錯、無重複的發送，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）

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

　　　　·原始套接字（SOCK_RAW）

（2）基於TCP（面向鏈接）的Socket編程

　　基於基於TCP（面向鏈接）的Socket編程的服務端程序流程以下：

　　　　①建立套接字（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一個IP地址和哪一個端口上等待客戶請求）

　　　　③將套接字設爲監聽模式，準備接收客戶請求（listen）；

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

　　　　⑤用返回的套接字和客戶端進行通訊（send/recv）；

　　　　⑥返回，等待另外一個客戶請求；

　　　　⑦關閉套接字；

　　基於基於TCP（面向鏈接）的Socket編程的客戶端程序流程以下：

　　　　①建立套接字（socket）；

　　　　②向服務器發出鏈接請求（connect）；

　　　　③和服務器端進行通訊（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函數發出鏈接請求，而後服務器端接收該請求，因而雙方就創建了鏈接，以後，服務器端和客戶端就能夠利用send和recv函數進行通訊了。

（3）基於UDP（面向無鏈接）的socket編程

　　接收端（服務器端）：先啓動的一端；發送端（客戶端）：發送數據的一端；

　　接收端程序的編寫：

　　　　①建立套接字（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，它是在哪一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建立套接字（socket）；

　　　　②向服務器發送數據（sendto）；

　　　　③關閉套接字；

提示：套接字表示了通訊的端點；利用套接字通訊與利用電話機通訊是同樣的，套接字至關於電話機，IP地址至關於總機號碼，端口號至關於分機。

三、相關函數

　　（1）WSAStartup函數

int WSAStartup(
  WORD wVersionRequested,  //指定準備加載的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（肯定將使用的socket版本）；

　　　　·對於每個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，來釋放該程序佔用的資源，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設置爲打算使用的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，高位字節表明的是Winsock副版本，而低字節表明的則是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；
);

　　　　·若是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，錯誤信息能夠經過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，因爲該地址結構是爲全部的地址家族準備的，這個結構可能隨所使用的網絡協議不一樣而不一樣，故：第三個參數（namelen）指定改地址結構的長度；

　　　　·功能：建立套接字成功以後，將該套接字綁定到本地的某個地址和端口上；

sockaddr結構定義以下：

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，必須設置爲AF_INET；
　　　　·第二個地段（sa_data）僅僅是表示要求一塊內存分配區，起到佔用的做用，該區域中指定與協議相關的具體地址信息；

　　·注意：因爲實際要求的只是內存去，因此對於不一樣的協議家族，用不一樣的結構來替代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編輯過程當中，能夠用sockaddr_in結構替換sockaddr以方便咱們填寫地址信息**。

sockaddr_in結構體的定義以下：

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長度同樣）；

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

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結構其實是一個聯合，一般利用這個結構將一個點分十進制格式的IP地址轉換爲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函數須要一個字符串做爲其參數，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）；並且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**鏈接隊列**的最大長度；
);

View Code

　　　　·做用：將指定的套接字設置爲監聽模式；

　　（6）accept函數

SOCKET accept(
  SOCKET s,   //套接字描述符，該套接字已經經過listen函數將其設置爲監聽狀態；
  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：接受客戶端發出的鏈接請求；

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

　　（7）send函數

int send(
  SOCKET s,             //一個已經創建鏈接的套接字；     
  const char FAR *buf,  //buf指向一個緩衝區，該緩衝區包含將要傳遞的數據；
  int len,              //len是緩衝區的長度；
  int flags             //flogs：設定的值將影響函數的行爲，通常將器設置爲0便可；
);

　　　　·功能：經過一個已創建鏈接的套接字發送數據；

　　（8）recv函數

int recv(
  SOCKET s,       //s：創建鏈接後準備接收數據的那個套接字；
  char FAR *buf,  //buf：指向緩衝區的指針，用來保存接收的數據；
  int len,        //len：緩衝區的長度；
  int flags       //同send的flags；
);

　　　　·功能：從一個已鏈接的套接字接收數據；

　　（9）connect

int connect(
  SOCKET s,                        //s:即將在其上創建鏈接的那個套接字； 
  const struct sockaddr FAR *name, //name：設定鏈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創建鏈接；

　　（10）recvfrom

int recvfrom(
  SOCKET s,                   //s:準備接收數據的套接字；
  char FAR* buf,              //buf:指向緩衝區的指針，該緩衝區用來接收數據；
  int len,                    //len：緩衝區長度；
  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，代表在調用前須要給它指定一個初始值，當函數調用以後，會經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爲數值；
);

　　　　·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爲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爲TCP/IP網絡字節順序；

四、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宏建立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)能夠方便的獲取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建立用於監聽的套接字
    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將套接字設爲監聽模式，準備就收客戶請求
    
    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」：表示增長1個「\0」結尾標誌；
        
        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，接收鏈接請求，返回一個新的對應於這次鏈接的套接字（accept）
    ⑤用返回的套接字和客戶端進行鏈接通訊（send/recv）；
    ⑥返回，等待另外一客戶請求；
    注意：在調用accept函數前，必須爲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鏈接請求，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。當客戶端鏈接請求到來時，該函數接受該請求，建
    立鏈接，同時它將返回一個相對於當前這個新鏈接的一個套接字描述符，保存於sockConn變量中，而後利用
    這個套i蛾子就能夠與客戶端進行通訊了，而咱們先前的套接字仍然繼續監聽客戶端的鏈接請求；
  */

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建立套接字
    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向服務器發出鏈接請求
    connect(sockClient, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));    
    
    //③和服務器進行通訊（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

五、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建立套接字
    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; 
    }
    //建立套接字
    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();

}