WinSock函数简介

简单的 Winsock 应用程式设计（1） 林 军 鼐 相信各位读者现在对於 Winsock 的定义、系统环境，以及一些 Winsock Stack 及 Winsock 应用程式，都有基本的认识了。接下来笔者希望能分几期为各位读者 介绍一下简单的 Winsock 网路应用程式设计。 我们将以 Winsock 1.1 规格所定义的 46 个应用程式介面（API）为基础，逐 步来建立一对 TCP socket 主从架构（Client / Server）的程式。在这两个程式中， Server 将使用 Winsock 提供的「非同步」（asynchronous）函式来建立 socket 连 结、关闭、及资料收送等等；而 Client 则采类似传统 UNIX 的「阻拦式」 （blocking）。由於我们的重点并不在於 MS Windows SDK 的程式设计，所以我 们将使用最简便的方式来显示讯息；有关 MS Windows 程式的技巧，请各位读者 自行研究相关的书籍及文章。 今天我们先要看一下主从架构 TCP socket 的建立连结（connect）及关闭 （close）。（参见图 1.） （图 1. 主从架构的 TCP socket 连接建立与关闭） 以前笔者曾简单地介绍过主从架构的概念，现在我们再以生活上更浅显的例 子来说明一下，读者稍後也较容易能明白笔者的叙述。我们可以假设 Server 就像 是电信局所提供的一些服务，比如「104 查号台」或「112 障碍台」。 （1）电信局先建立好了一个电话总机，这就像是呼叫 socket() 函式开启了一 个 socket。 （2）接著电信局将这个总机的号码定为 104，就如同我们呼叫 bind() 函式， 将 Server 的这个 socket 指定（bind）在某一个 port。当然电信局必须让用户知道 这个号码；而我们的 Client 程式同样也要知道 Server 所用的 port，待会才有办法 与之连接。 （3）电信局的 104 查号台底下会有一些自动服务的分机，但是它的数量是有 限的，所以有时你会拨不通这个号码（忙线）。同样地，我们在建立一个 TCP 的 Server socket 时，也会呼叫 listen() 函式来监听等待；listen() 的第二个参数即是 waiting queue 的数目，通常数值是由 1 到 5。（事实上这两者还是有点不一 样。） （4）用户知道了电信局的这个 104 查号服务，他就可以利用某个电话来拨号 连接这个服务了。这就是我们 Client 程式开启一个相同的 TCP socket，然後呼叫 connect() 函式去连接 Server 指定的那个 port。当然了，和电话一样，如果 waiting queue 满了、与 Server 间线路不通、或是 Server 没提供此项服务时，你的连接就 会失败。 （5）电信局查号台的总机接受了这通查询的电话後，它会转到另一个分机做 服务，而总机本身则再回到等待的状态。Server 的 listening socket 亦是一样，当 你呼叫了 accept() 函式之後，Server 端的系统会建立一个新的 socket 来对此连接 做服务，而原先的 socket 则再回到监听等待的状态。 （6）当你查询完毕了，你就可以挂上电话，彼此间也就离线了。Client 和 Server 间的 socket 关闭亦是如此；不过这个关闭离线的动作，可由 Client 端或 Server 端任一方先关闭。有些电话查询系统不也是如此吗？ 接下来，我们就来看主从架构的 TCP socket 是如何利用这些 Winsock 函式来 达成的；并利用资策会资讯技术处的「WinKing」这个 Winsock Stack 中某项功能 来显示 sockets 状态的变化。文章中仅列出程式的片段，完整的程式请看附录的程 式。 【Server 端建立 socket 并进入监听等待状态】 首先我们先看 Server 端如何建立一个 TCP socket，并使其进入监听等待的状 态。 在图 1. 上，我们可以看到最先被呼叫到的是 WSAStartup() 函式。说明如下： WSAStartup()：连结应用程式与 Winsock.DLL 的第一个函式。 格 式： int PASCAL FAR WSAStartup( WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData ); 参 数： wVersionRequested 欲使用的 Windows Sockets API 版本 lpWSAData 指向 WSADATA 资料的指标 传回值： 成功 - 0 失败 - WSASYSNOTREADY / WSAVERNOTSUPPORTED / WSAEINVAL 说明： 此函式「必须」是应用程式呼叫到 Windows Sockets DLL 函式中的第一 个，也唯有此函式呼叫成功後，才可以再呼叫其他 Windows Sockets DLL 的函式。 此函式亦让使用者可以指定要使用的 Windows Sockets API 版本，及获取设计者的 一些资讯。 程式中我们要用 Winsock 1.1，所以我们在程式中有一段为： WSAStartup((WORD)((1<<8)|1),(LPWSADATA) &WSAData) 其中 ((WORD)((1<<8)|1) 表示我们要用的是 Winsock 「1.1」版本，而 WSAData 则是用来储存由系统传回的一些有关此一 Winsock Stack 的资料。 再来我们呼叫 socket() 函式来开启 Server 端的 TCP socket。 socket()：建立Socket。 格 式： SOCKET PASCAL FAR socket( int af, int type, int protocol ); 参 数： af 目前只提供 PF_INET(AF_INET) type Socket 的型态 (SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM) protocol 通讯协定(如果使用者不指定则设为0) 传回值： 成功 - Socket 的识别码 失败 - INVALID_SOCKET(呼叫 WSAGetLastError() 可得知原因) 说明： 此函式用来建立一 Socket，并为此 Socket 建立其所使用的资源。 Socket 的型态可为 Stream Socket 或 Datagram Socket. 我们要建立的是 TCP socket，所以程式中我们的第二个参数为 SOCK_STREAM，我们并将开启的这个 socket 号码记在 listen_sd 这个变数。 listen_sd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0) 接下来我们要指定一个位址及 port 给 Server 的这个 socket，这样 Client 才知 道待会要连接哪一个位址的哪个 port；所以我们呼叫 bind() 函式。 bind()：指定 Socket 的 Local 位址 (Address)。 格 式： int PASCAL FAR bind( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen ); 参 数： s Socket的识别码 name Socket的位址值 namelen name的长度 传回值： 成功 - 0 失败 - SOCKET_ERROR (呼叫 WSAGetLastError() 可得知原因) 说明： 此一函式是指定 Local 位址及 Port 给某一未定名之 Socket。使用者若不 在意位址或 Port 的值，那麽他可以设定位址为 INADDR_ANY，及 Port 为 0；那麽 Windows Sockets 会自动将其设定适当之位址及 Port (1024 到 5000之间的值)，使用 者可以在此 Socket 真正连接完成後，呼叫 getsockname() 来获知其被设定的值。 bind() 函式要指定位址及 port，这个位址必须是执行这个程式所在机器的 IP 位址，所以如果读者在设计程式时可以将位址设定为 INADDR_ANY，这样 Winsock 系统会自动将机器正确的位址填入。如果您要让程式只能在某台机器上 执行的话，那麽就将位址设定为该台机器的 IP 位址。由於此端是 Server 端，所 以我们一定要指定一个 port 号码给这个 socket。 读者必须注意一点，TCP socket 一旦选定了一个位址及 port 後，就无法再呼 叫另一次 bind 来任意更改它的位址或 port。 在程式中我们将 Server 端的 port 指定为 7016，位址则由系统来设定。 struct sockaddr_in sa; sa.sin_family = PF_INET; sa.sin_port = htons(7016); /* port number */ sa.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* address */ bind(listen_sd, (struct sockaddr far *)&sa, sizeof(sa)) 我们在指定 port 号码时会用到 htons() 这个函式，主要是因为各机器的数值读 取方式不同（PC 与 UNIX 系统即不相同），所以我们利用这个函式来将 host order 的排列方式转换成 network order 的排列方式；相同地，我们也可以呼叫 ntohs() 这个相对的函式将其还原。（host order 各机器不同，但 network order 都 相同）（htons 是针对 short 数值，对於 long 数值则用 hotnl 及 ntohl） 指定完位址及 port 之後，我们呼叫 listen() 函式，让这个 socket 进入监听状 态。一个 Server 端的 TCP socket 必须在做完了 listen 的呼叫後，才能接受 Client 端的连接。 listen()：设定 Socket 为监听状态，准备被连接。 格 式： int PASCAL FAR listen( SOCKET s, int backlog ); 参 数： s Socket 的识别码 backlog 未真正完成连接前(尚未呼叫 accept 前)彼端的连接要求的最大个数 传回值： 成功 - 0 失败 - SOCKET_ERROR (呼叫 WSAGetLastError() 可得知原因) 说明： 使用者可利用此函式来设定 Socket 进入监听状态，并设定最多可有多少 个在未真正完成连接前的彼端的连接要求。(目前最大值限制为 5, 最小值为1) 程式中我们将 backlog 设为 1 。 listen(listen_sd, 1) 呼叫完 listen 後，此时 Client 端如果来连接的话，Client 端的连接动作 （connect）会成功，不过此时 Server 端必须再呼叫 accept() 函式，才算正式完成 Server 端的连接动作。但是我们什麽时候可以知道 Client 端来连接，而适时地呼 叫 accept 呢？在这里我们就要利用一个很好用的 WSAAsyncSelect 函式，将 Server 端的这个 socket 转变成 Asynchronous 模式，让系统主动来通知我们有 Client 要连接了。（图1. 中并未将此函式绘出） WSAAsyncSelect()：要求某一 Socket 有事件 (event) 发生时通知使用者。 格 式： int PASCAL FAR WSAAsyncSelect( SOCKET s, HWND hWnd, unsigned int wMsg, long lEvent ); 参 数： s Socket 的编号 hWnd 动作完成後，接受讯息的视窗 handle wMsg 传回视窗的讯息 lEvent 应用程式有兴趣的网路事件 传回值： 成功 - 0 失败 - SOCKET_ERRO