Winsock API 编程介绍_简述winsock2api编程基本模型

相信很多人都对网络编程感兴趣，下面我们就来介绍，在网络编程中应用最广泛的编程接口WinSock API。

使用WinSock API的编程，应该了解一些TCP/IP的基础知识。虽然你可以直接使用WinSock API来写网络应用程序，但是，要写出优秀的网络应用程序，还是必须对TCP/IP协议有一些了解的。

1、TCP/IP协议与WinSock网络编程接口的关系

在开始之前，我们先说一下WinSock和TCP/IP到底是什么关系。

我碰到很多人问我：怎样使用WinSock协议编程？其实，这话说的有点错误，WinSock并不是一种网络协议，他只是一个网络编程接口，也就是说，他不是协议，但是他可以访问很多种网络协议，你可以把他当作一些协议的封装。现在的WinSock已经基本上实现了与协议无关。你可以使用WinSock来调用多种协议的功能。

那么，WinSock和TCP/IP协议到底是什么关系呢？实际上，WinSock就是TCP/IP协议的一种封装，你可以通过调用WinSock的接口函数来调用TCP/IP的各种功能.例如我想用TCP/IP协议发送数据，你就可以使用WinSock的接口函数Send()来调用TCP/IP的发送数据功能，至于具体怎么发送数据，WinSock已经帮你封装好了这种功能。

2、TCP/IP协议介绍

现在来介绍一些TCP/IP的原理。TCP/IP协议包含的范围非常的广，他是一种四层协议，包含了各种硬件、软件需求的定义，我们这里只介绍软件方面的知识。TCP/IP协议确切的说法应该是TCP/UDP/IP协议。

UDP协议(User Datagram Protocol 用户数据报协议)，是一种保护消息边界的，不保障可靠数据的传输。
TCP协议(Transmission Control Protocol 传输控制协议)，是一种流传输的协议。他提供可靠的、有序的、双向的、面向连接的传输。

3、保护消息边界和流

那么什么是保护消息边界和流呢？

保护消息边界，就是指传输协议把数据当作一条独立的消息在网上传输，接收端只能接收独立的消息。也就是说存在保护消息边界，接收端一次只能接收发送端发出的一个数据包。
而面向流则是指无保护消息保护边界的，如果发送端连续发送数据，接收端有可能在一次接收动作中，会接收两个或者更多的数据包。

我们举个例子来说，例如，我们连续发送三个数据包，大小分别是2k、4k、8k，这三个数据包都已经到达了接收端的网络堆栈中，如果使用UDP协议，不管我们使用多大的接收缓冲区去接收数据，我们必须有三次接收动作，才能够把所有的数据包接收完。而使用TCP协议，我们只要把接收的缓冲区大小设置在14k以上，我们就能够一次把所有的数据包接收下来，只需要有一次接收动作。

这就是因为UDP协议的保护消息边界使得每一个消息都是独立的。而流传输，却把数据当作一串数据流，他不认为数据是一个一个的消息。所以有很多人在使用TCP协议通讯的时候，并不清楚TCP是基于流的传输，当连续发送数据的时候，他们时常会认识TCP会丢包。其实不然，因为当他们使用的缓冲区足够大时，他们有可能会一次接收到两个甚至更多的数据包，而很多人往往会忽视这一点，只解析检查了第一个数据包，而已经接收的其他据包却被忽略了。所以大家如果要作这类的网络编程的时候，必须要注意这一点。

4、WinSock编程简单流程

下面我们介绍一下Win32平台的WinSock编程方法。
通讯必须有服务器端和客户端。我们简单介绍TCP服务器端的大体流程。

对于任何基于WinSock的编程首先我们必须要初始化WinSock DLL库。
int WSAStarup( WORD wVersionRequested,LPWSADATA lpWsAData )。
wVersionRequested是我们要求使用的WinSock的版本。
调用这个接口函数可以帮我们初始化WinSock 。然后我们必须创建一个套接字(Socket)。
SOCKET Socket(int af,int type,int protocol);
套接字可以说是WinSock通讯的核心。WinSock通讯的所有数据传输，都是通过套接字来完成的，套接字包含了两个信息，一个是IP地址，一个是Port端口号，使用这两个信息，我们就可以确定网络中的任何一个通讯节点。

当我们调用了Socket()接口函数创建了一个套接字后，我们必须把套接字与你需要进行通讯的地址建立联系，我们可以通过绑定函数来实现这种联系。
int bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR* name,int namelen) ;
struct sockaddr_in{
short sin_family ;
u_short sin_prot ;
struct in_addr sin_addr ;
char sin_sero[8] ;
}
就包含了我们需要建立连接的本地的地址，包括地址族、IP和端口信息。sin_family字段我们必须把他设为AF_INET，这是告诉WinSock使用的是IP地址族。sin_prot就是我们要用来通讯的端口号。sin_addr就是我们要用来通讯的IP地址信息。

在这里，必须还得提一下有关'大头(big-endian)'小头(little-endian)'。因为各种不同的计算机处理数据时的方法是不一样的，Intel X86处理器上是用'小头'形式来表示多字节的编号，就是把低字节放在前面，把高字节放在后面，而互联网标准却正好相反，所以，我们必须把主机字节转换成网络字节的顺序。WinSock API提供了几个函数。

把主机字节转化成网络字节的函数;
u_long htonl(u_long hostlong);
u_short htons(u_short hostshort);
把网络字节转化成主机字节的函数;
u_long ntohl(u_long netlong);
u_short ntohs(u_short netshort) ;
这样，我们设置IP地址和port端口时，就必须把主机字节转化成网络字节后，才能用Bind()函数来绑定套接字和地址。

当绑定完成之后，服务器端必须建立一个监听的队列来接收客户端的连接请求。
int listen(SOCKET s,int backlog);
这个函数可以让我们把套接字转成监听模式。
如果客户端有了连接请求，我们还必须使用
int accept(SOCKET s,struct sockaddr FAR* addr,int FAR* addrlen);
来接受客户端的请求。
现在我们基本上已经完成了一个服务器的建立，而客户端的建立的流程则是初始化WinSock，然后创建Socket套接字，再使用
int connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR* name,int namelen) ;
来连接服务端。

下面是一个最简单的创建服务器端和客户端的例子：
服务器端的创建：
WSADATA wsd;
SOCKET sListen;
SOCKET sclient;
UINT port = 800;
int iAddrSize;
struct sockaddr_in local , client;
WSAStartup( 0x11 , &wsd );
sListen = Socket ( AF_INET , SOCK_STREAM , IPPOTO_IP );
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_addr = htonl( INADDR_ANY );
local.sin_port = htons( port );
bind( sListen , (struct sockaddr*)&local , sizeof( local ) );
listen( sListen , 5 );
sClient = accept( sListen , (struct sockaddr*)&client , &iAddrSize );

客户端的创建：
WSADATA wsd;
SOCKET sClient;
UINT port = 800;
char szIp[] = "127.0.0.1";
int iAddrSize;
struct sockaddr_in server;
WSAStartup( 0x11 , &wsd );
sClient = Socket ( AF_INET , SOCK_STREAM , IPPOTO_IP );
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_addr = inet_addr( szIp );
server.sin_port = htons( port );
connect( sClient , (struct sockaddr*)&server , sizeof( server ) );

当服务器端和客户端建立连接以后，无论是客户端，还是服务器端都可以使用
int send( SOCKET s,const char FAR* buf,int len,int flags);
int recv( SOCKET s,char FAR* buf,int len,int flags);
函数来接收和发送数据，因为，TCP连接是双向的。
当要关闭通讯连结的时候，任何一方都可以调用
int shutdown(SOCKET s,int how);
来关闭套接字的指定功能。再调用
int closeSocket(SOCKET s) ;
来关闭套接字句柄。这样一个通讯过程就算完成了。

注意：上面的代码没有任何检查函数返回值，如果你作网络编程就一定要检查任何一个WinSock API函数的调用结果，因为很多时候函数调用并不一定成功。上面介绍的函数，返回值类型是int的话，如果函数调用失败的话，返回的都是SOCKET_ERROR。

5、WinSock编程的模型

上面介绍的仅仅是最简单的WinSock通讯的方法，而实际中很多网络通讯的却很多难以解决的意外情况。

例如，WinSock提供了两种套接字模式：锁定和非锁定。当我们使用锁定套接字的时候，我们使用的很多函数，例如accpet、send、recv等等，如果没有数据需要处理，这些函数都不会返回，也就是说，你的应用程序会阻塞在那些函数的调用处。而如果使用非阻塞模式，调用这些函数，不管你有没有数据到达，他都会返回。所以有可能我们在非阻塞模式里，调用这些函数大部分的情况下会返回失败，所以就需要我们来处理很多的意外出错。

这显然不是我们想要看到的情况。我们可以采用WinSock的通讯模型来避免这些情况的发生。

WinSock提供了五种套接字I/O模型来解决这些问题。他们分别是select(选择)，WSAAsyncSelect(异步选择)，WSAEventSelect (事件选择，overlapped(重叠) ， completion port(完成端口) 。

我们在这里详细介绍一下select，WSAASyncSelect两种模型。

Select模型是最常见的I/O模型。
使用
int select( int nfds , fd_set FAR* readfds , fd_set FAR* writefds,fd_set FAR* exceptfds,const struct timeval FAR * timeout ) ;
函数来检查你要调用的Socket套接字是否已经有了需要处理的数据。
select包含三个Socket队列，分别代表：
readfds ，检查可读性，writefds，检查可写性，exceptfds，例外数据。
timeout是select函数的返回时间。
例如，我们想要检查一个套接字是否有数据需要接收，我们可以把套接字句柄加入可读性检查队列中，然后调用select，如果，该套接字没有数据需要接收，select函数会把该套接字从可读性检查队列中删除掉，所以我们只要检查该套接字句柄是否还存在于可读性队列中，就可以知道到底有没有数据需要接收了。

WinSock提供了一些宏用来操作套接字队列fd_set。
FD_CLR( s,*set) 从队列set删除句柄s。
FD_ISSET( s, *set) 检查句柄s是否存在与队列set中。
FD_SET( s,*set )把句柄s添加到队列set中。
FD_ZERO( *set ) 把set队列初始化成空队列。

WSAAsyncSelect(异步选择)模型：
WSAASyncSelect模型就是把一个窗口和套接字句柄建立起连接，套接字的网络事件发生时时候，就会把某个消息发送到窗口，然后可以在窗口的消息响应函数中处理数据的接收和发送。
int WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd , unsigned int wMsg , long lEvent ) ;
这个函数可以把套接字句柄和窗口建立起连接，
wMsg 是我们必须自定义的一个消息。
lEvent就是制定的网络事件。包括FD_READ , FD_WRITE , FD_ACCEPT,FD_CONNECT,FD_CLOSE 。
几个事件。
例如，我需要接收FD_READ , FD_WRITE , FD_CLOSE 的网络事件。可以调用
WSAAsyncSelect( s , hWnd , WM_SOCKET , FD_READ | FD_WRITE | FD_CLOSE ) ;
这样，当有FD_READ ， FD_WRITE 或者 FD_CLOSE网络事件时，窗口hWnd将会收到WM_SOCKET消息，消息参数的lParam标志了是什么事件发生。

其实大家应该见过这个模型，因为MFC的CSocket类，就是使用这个模型。

上面为大家介绍了WinSock编程的一些方法。当然，WinSock编程远不止这些知识，如果想要学好网络编程，还是需要不断的学习和研究的