使用WINSOCK 實現Windows下網絡通信

肖季烈 肖維

摘要：本文介紹了Sockets通信原理，從程序員的角度著重討論了Windows Sockets的功能擴充，并列舉了運用 Windows Sockets實現網絡實時通信的一個程序實例。

關鍵詞：Windows Sockets 異步通信 阻塞

一、Socket網絡編程原理

Socket是BSD UNIX提供的網絡應用編程接口，它采用客戶——服務器的通訊機制，使網絡客戶方和服務器方通過Socket實現網絡之間的連接和數據交換。Socket提供了一系列的系統調用，可以實現TCP、UDP、ICMP和IP等多種網絡協議之間的通訊。

Socket有三種主要類型：Stream sockets、Datagram sockets 和Raw sockets。Stream socket接口定義了一種可靠的面向連接的服務，實現了無差錯、無重復的順序數據傳輸，它通過內置的流量控制解決了數據的擁堵，應用程序可以發送任意長度的數據；Datagram socket接口定義了一種無連接的服務，數據通過相互獨立的包進行傳輸，包的傳輸是無序的，但是不能保證包的正確率。包長度是有限的（隱含長度為8，192字節，最大長度可設為32，768字節）；Raw socket接口允許對低層協議（如IP和ICMP）的直接存取，它主要用于實現新網絡協議的測試等。

下面，我們通過一個面向連接的傳輸發生的典型情況來說明Socket網絡通信的實現。

從圖1中我們可以看出，客戶和服務器的關系不是對稱的，服務器首先啟動，然后在某一時間 從

從圖1中我們可以看出，客戶與服務器的關系不是對稱的，服務器首先啟動，然后在某一時間啟動客戶與服務器的連接。服務器和客戶開始都必須用調用socket（）建立一個套接字（socket），然后服務器調用bind（）將套接字與一個本地網絡地址捆綁在一起，再用調用listen（）使套接字處于一種被動的準備接收狀態，同時規定它的請求隊列長度，之后服務器就可以調用accept（）來接收連接了。客戶在建立套接字之后，就可以通過調用connect（）和服務器建立連接。建立連接后，客戶和服務器之間就可以通過連接發送和接收數據（調用read（）和write（））。最后，待數據傳送結束，雙方調用close（）關閉套接字。

二、WINSOCK對Socket的擴充

BSD Socket支持阻塞（blocking）和非阻塞（non_blocking）兩種工作方式。在阻塞方式下工作，connect（）、accept（）、read（）和recv（）等調用在執行時都處于阻塞狀態，直到它成功或出錯返回；在非阻塞方式下工作，這些調用是立即返回的，但是必須通過查詢才能知道它們是否完成。

WINSOCK對BSD Socket的擴充主要基于消息、對網絡事件的異步存取接口上。表1列出了WINSOCK擴充的函數功能。

從表1中我們可以看出，WINSOCK的擴充功能可以分為如下幾類：

1.異步選擇機制

異步選擇函數WSAAsyncSelect（）允許應用程序提名一個或多個感興趣的網絡事件，所有非阻塞的網絡I/O例程（如send（）和resv（）），不管它是已經使用，還是即將使用，都可作為WSAAsyncSelect（）函數選擇的候選。當被提名的網絡事件發生時，Windows應用程序的窗口函數將收到一個消息，消息附帶的參數指示被提名過的某一網絡事件。

2.異步請求例程

異步請求例程允許應用程序用異步方式獲取請求的信息，如WSAAsyncGetXByY（）類函數允許用戶請求異步服務，這些功能在使用標準Berkeley函數時是阻塞的。

3.阻塞處理方法

WINSOCK在調用處于阻塞時會進入一個叫“Hook”的例程，它負責處理Windows消息，使得Windows的消息循環能夠繼續。WINSOCK還提供了兩個函數[WSASetBlockingHook（）和WSAUnhookBlockingHook（）]讓用戶能夠設置和取消自己的阻塞處理例程。另外，函數WSAIsBlocking（）可以檢測調用是否阻塞，函數WSACancelBlockingCall（）可以取消一個阻塞的調用。

4.出錯處理

為了和以后的多線索環境（如Windows/NT）兼容，WINSOCK提供了兩個出錯處理函數WSAGetLastError（）和WSASetLastError（）來獲取和設置本線索的最近錯誤號。

5.啟動與終止

WINSOCK的應用程序在使用上述WINSOCK函數前，必須先調用WSAStartup（）函數對Windows Sockets DLL進行初始化，以協商WINSOCK的版本支持，并分配必要的資源。在應用程序退出之前，應該先調用函數WSAClearnup（）終止對Windows Sockets DLL的使用，并釋放資源，將有利于下一次使用。

三、網絡實時通信的實現

我們來設計一個簡單的基于連接的點對點網絡實時通信程序：服務器首先啟動，它建立套接字之后等待客戶的連接；客戶在啟動后建立套接字，然后和服務器建立連接；連接建立后，客戶通過連接給服務器發送一段數據，服務器接收后又將它發送回來，客戶再發送，如此循環，直至用戶命令客戶退出或網絡出錯；客戶關閉連接和套接字后退出，服務器在檢測到連接關閉后，關閉套接字自動結束。

我們的實例是UNIX下基于BSD Socket的服務器程序和Windows下基于WINSOCK的客戶程序之間的通信。我們先來看客戶程序，首先定義幾個宏、菜單資源和部分全局變量：

程序1：部分Windows程序源代碼（宏、菜單和變量）

#define USERPORT3333/* 用戶定義端口號 */

#define IDM_START 101/* “啟動”菜單項標志 */

#define IDM_EXIT102 /* “退出”菜單項標志 */

#define UM_SOCK WM_USER+0x100/* 用戶定義網絡消息 */

ClientMenu MENU/* 客戶菜單 */

BEGIN

POPUP "&Server"

BEGIN

MENUITEM "&Start..."， IDM_START

MENUITEM "S&top"， IDM_STOP

END

END

#include/* 必須包含winsock.h頭文件 */

HANDLE hInst；

char server_address[256] = {0}； /* 服務器地址緩沖區 */

char buffer[1024]； /* 接收發送緩沖區 */

char FAR * lpBuffer = &buffer[0]；

SOCKET s = 0； /* 套接字 */

struct sockaddr_in dst_addr；/* 目標地址 */

struct hostent *hostaddr； /* 主機地址 */

struct hostent hostnm；

int count = 0；/* 發送接收循環計數器 */

客戶程序的窗口主函數很簡單，它在注冊窗口類、建立窗口后，只是給主窗口函數發送一個用戶消息，然后就進入Windows消息處理循環。

程序2：部分Windows程序源代碼（窗口主函數）

int PASCAL WinMain（ HANDLE hInstance，HANDLE hPrevInstance，LPSTR lpCmdLine， int nCmdShow）

{

HWND hWnd；

MSG msg；

lstrcpy（（LPSTR） server_address， lpCmdLine）； /* 取主機名字 */

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）；

/* 給主窗口函數發送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）；

}

我們用最簡單的語句編制一個UNIX下基于BSD SOCKET的服務器程序，它在建立連接后，只負責將收到的數據發回去，在連接斷開后，服務器關閉套接字返回。

四、結束語

我們可以看出，WINSOCK提供的異步選擇機制使Socket強大的網絡編程功能能夠在Windows下得到應用。相信隨著INTERNET的推廣，TCP/IP網絡協議的廣泛使用，使用WINSOCK編制Windows網絡實時通信軟件將能得到較大的發展。

參考文獻：

[1]孫義等，UNIX環境下的網絡程序設計[M].北京：希望公司，1991.

[2]梁振軍等，新編TCP/IP協議與計算機網絡互聯技術[M].北京：希望公司，1992.

（作者單位：江西省萍鄉市萍鄉廣播電視大學）