Winsock编程入门

什么是Winsock

    Winsock是Windows下的网络编程接口，它是由Unix下的BSD Socket发展而来,是一个与网络协议无关的编程接口。

构建编程环境

    Winsock在常见的Windows平台上有两个主要的版本，即Winsock1和Winsock2。编写与Winsock1兼容的程序你需要引用头文件WINSOCK.H，如果编写使用Winsock2的程序，则需要引用WINSOCK2.H。此外还有一个MSWSOCK.H头文件，它是专门用来支持在Windows平台上高性能网络程序扩展功能的。使用WINSOCK.H头文件时，同时需要库文件WSOCK32.LIB，使用WINSOCK2.H时，则需要WS2_32.LIB，如果使用MSWSOCK.H中的扩展API，则需要MSWSOCK.LIB。正确引用了头文件，并链接了对应的库文件，你就构建起编写WINSOCK网络程序的环境了。

初始化Winsock

    每个Winsock程序必须使用WSAStartup载入合适的Winsock动态链接库，如果载入失败，WSAStartup将返回SOCKET_ERROR，这个错误就是WSANOTINITIALISED，WSAStartup的定义如下：

int WSAStartup(
    WORD wVersionRequested,
    LPWSADATA lpWSAData
);

wVersionRequested指定了你想载入的Winsock版本，其高字节指定了次版本号，而低字节指定了主版本号。你可以使用宏MAKEWORD(x, y)来指定版本号，这里x代表主版本，而y代表次版本。lpWSAData是一个指向WSAData结构的指针，WSAStartup会向该结构中填充其载入的Winsock动态链
库的信息。

lpWSAData是一个指向WSAData结构的指针，WSAStartup会向该结构中填充其载入的Winsock动态链
库的信息。

lpWSAData是一个指向WSAData结构的指针，WSAStartup会向该结构中填充其载入的Winsock动态链
库的信息。

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; 

    wVersion为你将使用的Winsock版本号，wHighVersion为载入的Winsock动态库支持的最高版本，注意，它们的高字节代表次版本，低字节代表主版本。
    szDescription与szSystemStatus由特定版本的Winsock设置，实际上没有太大用处。
    iMaxSockets表示最大数量的并发Sockets，其值依赖于可使用的硬件资源。
    iMaxUdpDg表示数据报的最大长度;然而，获取数据报的最大长度，你需要使用WSAEnumProtocols对协议进行查询。
    最大数量的并发Sockets并不是什么神奇的数字,它是由可用的物理资源来决定的.
    lpVendorInfo是为Winsock实现而保留的制造商信息,这个在Windows平台上并没有什么用处.

    自Windows 95以后的操作系统都支持Winsock 2.2的版本.即使是这样，你也不能认为这些Windows平台支持最新的Winsock版本，为了让你的程序能够运行于大多数平台，最好使用Winsock1.1规范.
    
    当你使用完Winsock接口后，要调用下面的函数对其占用的资源进行释放：

    int WSACleanup(void);

    如果调用该函数失败也没有什么问题，因为操作系统为自动将其释放，对应于每一个WSAStartup调用都应该有一个WSACleanup调用.

错误处理
    
   Winsock函数调用失败大多会返回 SOCKET_ERROR(实际上就是-1),你可以调用WSAGetLastError得到错误的详细信息：

    int WSAGetLastError (void);

    对该函数的调用将返回一个错误码，其码值在WINSOCK.H或WINSOCK2.H(根据其版本)中已经定义,这些预定义值都以WSAE开头.同时你还可以使用WSASetLastError来自定义错误码值.

以下是一个使用上述知识初始化Winsock的一个例子(记得要引用Winsock的lib库).

#include

void main(void)
{
   WSADATA wsaData;

   // Initialize Winsock version 2.2

   if ((Ret = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData)) != 0)
   {
      // NOTE: Since Winsock failed to load we cannot use
      // WSAGetLastError to determine the specific error for
      // why it failed. Instead we can rely on the return
      // status of WSAStartup.

      printf("WSAStartup failed with error %d\n", Ret);
      return;
   }

   // Setup Winsock communication code here

   // When your application is finished call WSACleanup
   if (WSACleanup() == SOCKET_ERROR)
   {
      printf("WSACleanup failed with error %d\n", WSAGetLastError());
   }
}

 

Winsock是与协议无关的接口,这里我们主要介绍广泛使用的IP协议,其版本为当前的IPv4(IPv6暂不介绍).

IPv4寻址

    IPv4中,计算机的地址用32位的二进制表示,称为IP地址.当客户机使用TCP或UDP与服务器通讯时,必须指定其IP地址及通讯端口.服务器想要侦听客户机请求时,也要指定IP地址与端口.Winsock中使用SOCKADDR_IN结构来设置这些信息:

struct sockaddr_in
{
short           sin_family;
u_short         sin_port;
struct in_addr  sin_addr;
char            sin_zero[8];
};

    sin_family必须为AF_INET,设定Winsock使用IP地址族.

    sin_port定义TCP或UDP的通讯端口. 端口要认真选择,一些知名服务使占用了特定的端口,如FTP及HTTP

    sin_addr记录了IPv4的4字节地址,它是无符号长整型,IP地址通常以"a.b.c.d"表示,每个字母表示一个数字与IP地址的每个字节对应(从左到右)
    
    sin_zero只是用来占用字节空间使得SOCKADDR_IN结构与SOCKADDR结构一样.

   函数 inet_addr可以将字符串"a.b.c.d"格式的IP地址转换为32位无符号长整型的IP地址.
    
    unsigned long inet_addr(const char FAR *cp); 

    cp就是指向null结尾的字符串形式IP地址.返回以网络字符顺序表示的IP地址.

字节顺序
    
    不同计算机的处理器以big-endian或little-endian形式来表示数字.而IP地址与端口需要多个字节来表示,它们在不同计算机上的表示顺序称为主机字节顺序.而IP地址与端口在网络中的表示不应该有差异,必须以big-endian形式表示,称为网络字节顺序.

    下面的Winsock API可以将主机字节顺序转换为网络字节顺序:

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

    u_short htons(u_short hostshort);

    int WSAHtons( SOCKET s, u_short hostshort, u_short FAR * lpnetshort);

    而下而的API则将网络字节顺序转换为主机字节顺序:

    u_long ntohl(u_long netlong);

    int WSANtohl(SOCKET s,u_long netlong, u_long FAR * lphostlong);

    u_short ntohs(u_short netshort);

    int WSANtohs(SOCKET s, u_short netshort, u_short FAR * lphostshort);

    下面代码说明了如何用SOCKADDR_IN结构来设置地址与端口:

     SOCKADDR_IN InternetAddr;
     INT nPortId = 5150;
     InternetAddr.sin_family = AF_INET;
     // Convert the proposed dotted Internet address 136.149.3.29
     // to a four-byte integer, and assign it to sin_addr
     InternetAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("136.149.3.29");
     // The nPortId variable is stored in host-byte order. Convert
     // nPortId to network-byte order, and assign it to sin_port.
     InternetAddr.sin_port = htons(nPortId);

 IP地址不是那么容易记忆,可以使用更友好的主机名来代替IP地址,比如,用FTP来表示文件传输协议端口号21.与之相关的函数有:getaddrinfo, getnameinfo, gethostbyaddr, gethostbyname, gethostname, getprotobyname, getprotobynumber, get-servbyname, 及getservbyport. 这些函数的异步版本有: WSAAsyncGetHostByAddr, WSAAsyncGetHostByName, WSAAsyncGetProtoByName, WSAAsyncGetProtoByNumber, WSAAsyncGetServBy- Name,及WSAAsyncGetServByPort.

使用socket函数来创建一个socket,其类型SOCKET在WINSOCK.H中定义:

SOCKET socket (int af,int type,int protocol);

af为协议地址族,这里我们使用IPv4,必须为AF_INET

type为socket类型,如果使用TCP/IP,type设为SOCK_STREAM,如果使用UDP,则为SOCK_DGRAM

protocol在给定的地址族及socket类型有多个入口的情况下用来限定特定的传输,对于TCP其值为IPPROTO_TCP,而UDP则为IPPROTO_UDP

Winsock通过函数setsockopt, getsockopt, ioctlsocket及WSAIoctl来控制socket的各种选项及行为,对于简单的Winsock应用,我们可能不需要用到.一旦成功建立了socket,你就可以准备在socket上进行通讯收发数据.Winsock有两种通讯方式:面向连接的通讯方式与无连接的通讯方式.