使用WINSOCK 实现Windows下网络通信
2013-04-29肖季烈肖维
肖季烈 肖维
摘要：本文介绍了Sockets通信原理，从程序员的角度着重讨论了Windows Sockets的功能扩充，并列举了运用 Windows Sockets实现网络实时通信的一个程序实例。
关键词：Windows Sockets 异步通信 阻塞
一、Socket网络编程原理
Socket是BSD UNIX提供的网络应用编程接口，它采用客户——服务器的通讯机制，使网络客户方和服务器方通过Socket实现网络之间的连接和数据交换。Socket提供了一系列的系统调用，可以实现TCP、UDP、ICMP和IP等多种网络协议之间的通讯。
Socket有三种主要类型：Stream sockets、Datagram sockets 和Raw sockets。Stream socket接口定义了一种可靠的面向连接的服务，实现了无差错、无重复的顺序数据传输，它通过内置的流量控制解决了数据的拥堵，应用程序可以发送任意长度的数据；Datagram socket接口定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的包进行传输，包的传输是无序的，但是不能保证包的正确率。包长度是有限的（隐含长度为8，192字节，最大长度可设为32，768字节）；Raw socket接口允许对低层协议（如IP和ICMP）的直接存取，它主要用于实现新网络协议的测试等。
下面，我们通过一个面向连接的传输发生的典型情况来说明Socket网络通信的实现。
从图1中我们可以看出，客户和服务器的关系不是对称的，服务器首先启动，然后在某一时间 从
从图1中我们可以看出，客户与服务器的关系不是对称的，服务器首先启动，然后在某一时间启动客户与服务器的连接。服务器和客户开始都必须用调用socket（）建立一个套接字（socket），然后服务器调用bind（）将套接字与一个本地网络地址捆绑在一起，再用调用listen（）使套接字处于一种被动的准备接收状态，同时规定它的请求队列长度，之后服务器就可以调用accept（）来接收连接了。客户在建立套接字之后，就可以通过调用connect（）和服务器建立连接。建立连接后，客户和服务器之间就可以通过连接发送和接收数据（调用read（）和write（））。最后，待数据传送结束，双方调用close（）关闭套接字。
二、WINSOCK对Socket的扩充
BSD Socket支持阻塞（blocking）和非阻塞（non_blocking）两种工作方式。在阻塞方式下工作，connect（）、accept（）、read（）和recv（）等调用在执行时都处于阻塞状态，直到它成功或出错返回；在非阻塞方式下工作，这些调用是立即返回的，但是必须通过查询才能知道它们是否完成。
WINSOCK对BSD Socket的扩充主要基于消息、对网络事件的异步存取接口上。表1列出了WINSOCK扩充的函数功能。
从表1中我们可以看出，WINSOCK的扩充功能可以分为如下几类：
1.异步选择机制
异步选择函数WSAAsyncSelect（）允许应用程序提名一个或多个感兴趣的网络事件，所有非阻塞的网络I/O例程（如send（）和resv（）），不管它是已经使用，还是即将使用，都可作为WSAAsyncSelect（）函数选择的候选。当被提名的网络事件发生时，Windows应用程序的窗口函数将收到一个消息，消息附带的参数指示被提名过的某一网络事件。
2.异步请求例程
异步请求例程允许应用程序用异步方式获取请求的信息，如WSAAsyncGetXByY（）类函数允许用户请求异步服务，这些功能在使用标准Berkeley函数时是阻塞的。
3.阻塞处理方法
WINSOCK在调用处于阻塞时会进入一个叫“Hook”的例程，它负责处理Windows消息，使得Windows的消息循环能够继续。WINSOCK还提供了两个函数[WSASetBlockingHook（）和WSAUnhookBlockingHook（）]让用户能够设置和取消自己的阻塞处理例程。另外，函数WSAIsBlocking（）可以检测调用是否阻塞，函数WSACancelBlockingCall（）可以取消一个阻塞的调用。
4.出错处理
为了和以后的多线索环境（如Windows/NT）兼容，WINSOCK提供了两个出错处理函数WSAGetLastError（）和WSASetLastError（）来获取和设置本线索的最近错误号。
5.启动与终止
WINSOCK的应用程序在使用上述WINSOCK函数前，必须先调用WSAStartup（）函数对Windows Sockets DLL进行初始化，以协商WINSOCK的版本支持，并分配必要的资源。在应用程序退出之前，应该先调用函数WSAClearnup（）终止对Windows Sockets DLL的使用，并释放资源，将有利于下一次使用。
三、网络实时通信的实现
我们来设计一个简单的基于连接的点对点网络实时通信程序：服务器首先启动，它建立套接字之后等待客户的连接；客户在启动后建立套接字，然后和服务器建立连接；连接建立后，客户通过连接给服务器发送一段数据，服务器接收后又将它发送回来，客户再发送，如此循环，直至用户命令客户退出或网络出错；客户关闭连接和套接字后退出，服务器在检测到连接关闭后，关闭套接字自动结束。
我们的实例是UNIX下基于BSD Socket的服务器程序和Windows下基于WINSOCK的客户程序之间的通信。我们先来看客户程序，首先定义几个宏、菜单资源和部分全局变量：
程序1：部分Windows程序源代码（宏、菜单和变量）
#define USERPORT3333/* 用户定义端口号 */
#define IDM_START 101/* “启动”菜单项标志 */
#define IDM_EXIT102 /* “退出”菜单项标志 */
#define UM_SOCK WM_USER+0x100/* 用户定义网络消息 */
ClientMenu MENU/* 客户菜单 */
BEGIN
POPUP "&Server"
BEGIN
MENUITEM "&Start..."， IDM_START
MENUITEM "S&top"， IDM_STOP
END
END
#include
HANDLE hInst；
char server_address[256] = {0}； /* 服务器地址缓冲区 */
char buffer[1024]； /* 接收发送缓冲区 */
char FAR * lpBuffer = &buffer[0]；
SOCKET s = 0； /* 套接字 */
struct sockaddr_in dst_addr；/* 目标地址 */
struct hostent *hostaddr； /* 主机地址 */
struct hostent hostnm；
int count = 0；/* 发送接收循环计数器 */
客户程序的窗口主函数很简单，它在注册窗口类、建立窗口后，只是给主窗口函数发送一个用户消息，然后就进入Windows消息处理循环。
程序2：部分Windows程序源代码（窗口主函数）
int PASCAL WinMain（ HANDLE hInstance，HANDLE hPrevInstance，LPSTR lpCmdLine， int nCmdShow）
{
HWND hWnd；
MSG msg；
lstrcpy（（LPSTR） server_address， lpCmdLine）； /* 取主机名字 */
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）；
/* 给主窗口函数发送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）；
}
我们用最简单的语句编制一个UNIX下基于BSD SOCKET的服务器程序，它在建立连接后，只负责将收到的数据发回去，在连接断开后，服务器关闭套接字返回。
四、结束语
我们可以看出，WINSOCK提供的异步选择机制使Socket强大的网络编程功能能够在Windows下得到应用。相信随着INTERNET的推广，TCP/IP网络协议的广泛使用，使用WINSOCK编制Windows网络实时通信软件将能得到较大的发展。
参考文献：
[1]孙义等，UNIX环境下的网络程序设计[M].北京：希望公司，1991.
[2]梁振军等，新编TCP/IP协议与计算机网络互联技术[M].北京：希望公司，1992.
（作者单位：江西省萍乡市萍乡广播电视大学）
