TCP/IP协议学习笔记(三)Window下socket编程(一)

Visual Studio实现socket通信

DLL的加载

使用#pragma命令&＃xff0c;在编译时加载&＃xff1a;
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib") //加载 ws2_32.dll

使用DLL之前&＃xff0c;还需要调用 WSAStartup() 函数进行初始化&＃xff0c;以指明 WinSock 规范的版本&＃xff0c;它的原型为&＃xff1a;

int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

1. wVersionRequested 为 WinSock 规范的版本号&＃xff0c;低字节为主版本号&＃xff0c;高字节为副版本号&＃xff08;修正版本号&＃xff09;&＃xff1b;
2. lpWSAData 为指向 WSAData 结构体的指针。
3. 返回 0 则成功&＃xff0c;否则返回错误代码。

MAKEWORD(1, 2); //主版本号为1&＃xff0c;副版本号为2&＃xff0c;返回 0x0201
MAKEWORD(2, 2); //主版本号为2&＃xff0c;副版本号为2&＃xff0c;返回 0x0202


WSAData 结构体

typedef struct WSAData {WORD wVersion; //ws2_32.dll 建议我们使用的版本号WORD wHighVersion; //ws2_32.dll 支持的最高版本号//一个以 null 结尾的字符串&＃xff0c;用来说明 ws2_32.dll 的实现以及厂商信息char szDescription[WSADESCRIPTION_LEN&＃43;1];//一个以 null 结尾的字符串&＃xff0c;用来说明 ws2_32.dll 的状态以及配置信息char szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN&＃43;1];unsigned short iMaxSockets; //2.0以后不再使用unsigned short iMaxUdpDg; //2.0以后不再使用char FAR *lpVendorInfo; //2.0以后不再使用
} WSADATA, *LPWSADATA;


获取版本号与配置信息

#include
#include
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib") //加载 ws2_32.dlltypedef struct sockaddr_in sockaddr_in;
typedef struct WSAData WSAData;
typedef struct sockaddr sockaddr;int main()
{/* 初始化DLL */WSADATA wsaData;//版本为2.2WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);//低字节为主版本printf("wVersion: %d.%d\n", LOBYTE(wsaData.wVersion), HIBYTE(wsaData.wVersion));printf("wHighVersion: %d.%d\n", LOBYTE(wsaData.wHighVersion), HIBYTE(wsaData.wHighVersion));printf("szDescription: %s\n", wsaData.szDescription);printf("szSystemStatus: %s\n", wsaData.szSystemStatus);return 0;
}/* 输出结构
wVersion: 2.2
wHighVersion: 2.2
szDescription: WinSock 2.0
szSystemStatus: Running
*/


在工程下添加ws2_32.lib

常见问题

1. 错误 C4996 ‘inet_addr’: Use inet_pton() or InetPton() instead or define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS to disable deprecated API
   解决方法
2. unknown type name ‘sockaddr_in’ 显示未定义改类型
   原因有两个&＃xff0c;其一是未添加ws2_32.lib库&＃xff0c;可以通过手动在工程的link设置里添加&＃xff0c;其二是头文件中只定义了该结构名称&＃xff0c;但是没有定义它的别名&＃xff0c;所以不能直接用sockaddr_in来定义类型&＃xff0c;而需要用struct sockaddr_in定义&＃xff0c;也可以添加别名定义 typedef struct sockaddr_in sockaddr_in;这样就能运行了。

typedef struct sockaddr_in sockaddr_in;
typedef struct WSAData WSAData;
typedef struct sockaddr sockaddr;


套接字socket

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

1. af 为地址族&＃xff08;Address Family&＃xff09;&＃xff0c;也就是 IP 地址类型&＃xff0c;常用的有 AF_INET 和 AF_INET6。AF 是“Address Family”的简写&＃xff0c;INET是“Inetnet”的简写。AF_INET 表示 IPv4 地址
2. type 为数据传输方式&＃xff0c;常用的有 SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM&＃xff0c;SOCKE_STREAM指定产生流式套接字,SOCK_DGRAM产生数据报套接字
3. protocol 表示传输协议&＃xff0c;常用的有 IPPROTO_TCP 和 IPPTOTO_UDP&＃xff0c;分别表示 TCP 传输协议和 UDP 传输协议。
4. 成功时返回一个小的非负整数值&＃xff0c;他与文件描述符类似&＃xff0c;我们称为套接字描述符&＃xff0c;简称sockfd。否则&＃xff0c;将返回INVALID_SOCKET 的值&＃xff0c;并且可以通过调用WSAGetLastError检索特定的错误代码。

SOCKET的定义为typedef UINT_PTR SOCKET;
UINT_PTR为unsigned long long。

//创建TCP套接字
SOCKET servSock &＃61; socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
SOCKET servSock &＃61; socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);


//创建UDP套接字
SOCKET servSock &＃61; socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
SOCKET servSock &＃61; socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);


上面两种情况都只有一种协议满足条件&＃xff0c;可以将 protocol 的值设为 0&＃xff0c;系统会自动推演出应该使用什么协议。

bind()和connect()函数

socket() 函数用来创建套接字&＃xff0c;确定套接字的各种属性&＃xff0c;然后服务器端要用 bind() 函数将套接字与特定的IP地址和端口绑定起来&＃xff0c;只有这样&＃xff0c;流经该IP地址和端口的数据才能交给套接字处理&＃xff1b;
而客户端要用 connect() 函数建立连接。

bind() 函数

int bind(SOCKET sock, const struct sockaddr *addr, int addrlen);

1. sock 为 socket 文件描述符&＃xff0c;
2. addr 为 sockaddr 结构体变量的指针&＃xff0c;
3. addrlen 为 addr 变量的大小&＃xff0c;可由 sizeof() 计算得出。
4. 返回值&＃xff1a;成功则返回0 &＃xff0c;否则&＃xff0c;它将返回SOCKET_ERROR&＃xff0c;并且可以通过调用WSAGetLastError来检索特定的错误代码。

sockaddr_in结构体

struct sockaddr_in{sa_family_t sin_family; //地址族&＃xff08;Address Family&＃xff09;&＃xff0c;也就是地址类型uint16_t sin_port; //16位的端口号struct in_addr sin_addr; //32位IP地址char sin_zero[8]; //不使用&＃xff0c;一般用0填充
};


其中in_addr结构体的定义


typedef struct in_addr {union {struct { UCHAR s_b1,s_b2,s_b3,s_b4; } S_un_b;struct { USHORT s_w1,s_w2; } S_un_w;ULONG S_addr;} S_un;
} IN_ADDR;


将创建的套接字与IP地址 127.0.0.1、端口 1234 绑定&＃xff1a;

/* bind */
sockaddr_in sockAddr;
memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr)); //每个字节都用0填充
sockAddr.sin_family &＃61; AF_INET; //使用IPv4地址
sockAddr.sin_addr.S_un.S_addr &＃61; inet_addr("127.0.0.1"); //具体的IP地址
sockAddr.sin_port &＃61; htons(1234); //端口
bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));


有一些端口号也被正式注册。它们分布在1024到49151的数字之间&＃xff0c;这些端口号可用于任何通信用途。
发送数据需要按照网络序发送数据&＃xff0c;故需要调用inet_addr和htons

connect() 函数

int connect(SOCKET sock, const struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);
各个参数的说明和 bind() 相同&＃xff0c;
连接成功&＃xff0c;返回0&＃xff0c;否则的话&＃xff0c;返回SOCKET_ERROR错误

listen()和accept()函数

对于服务器端程序&＃xff0c;使用 bind() 绑定套接字后&＃xff0c;还需要使用 listen() 函数让套接字进入被动监听状态&＃xff0c;再调用 accept() 函数&＃xff0c;就可以随时响应客户端的请求了。

listen() 函数

int listen(SOCKET sock, int backlog);

1. sock 为需要进入监听状态的套接字
2. backlog 为请求队列的最大长度。
   我们一般填写这个参数为SOMAXCONN&＃xff0c;让系统自动选择最合适的个数
3. 成功返回0&＃xff0c;失败返回SOCKET_ERROR

所谓被动监听&＃xff0c;是指当没有客户端请求时&＃xff0c;套接字处于“睡眠”状态&＃xff0c;只有当接收到客户端请求时&＃xff0c;套接字才会被“唤醒”来响应请求。

注意&＃xff1a;listen() 只是让套接字处于监听状态&＃xff0c;并没有接收请求。接收请求需要使用 accept() 函数。

accept() 函数

当套接字处于监听状态时&＃xff0c;可以通过 accept() 函数来接收客户端请求。
SOCKET accept(SOCKET sock, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

它的参数与 listen() 和 connect() 是相同的&＃xff1a;sock 为服务器端套接字&＃xff0c;addr 为 sockaddr_in 结构体变量&＃xff0c;addrlen 为参数 addr 的长度&＃xff0c;可由 sizeof() 求得。

accept() 返回一个新的套接字来和客户端通信&＃xff0c;addr 保存了客户端的IP地址和端口号&＃xff0c;而 sock 是服务器端的套接字&＃xff0c;注意区分。
后面和客户端通信时&＃xff0c;要使用这个新生成的套接字&＃xff0c;而不是原来服务器端的套接字。

accept() 会阻塞程序执行&＃xff08;后面代码不能被执行&＃xff09;&＃xff0c;直到有新的请求到来。

socket数据的发送和接收

发送数据使用 send() 函数&＃xff0c;它的原型为&＃xff1a;
int send(SOCKET sock, const char *buf, int len, int flags);

1. sock 为要发送数据的套接字
2. buf 为要发送的数据的缓冲区地址&＃xff0c;
3. len 为要发送的数据的字节数&＃xff0c;
4. flags 为发送数据时的选项。一般置为0。
   其他&＃xff1a;MSG_OOB&＃xff1a;传输一段数据&＃xff0c;再外带一个额外的特殊数据&＃xff0c;但不建议使用&＃xff0c;一般忽略就行 &＃xff1b;MSG_DONTROUTE&＃xff1a;指定数据不应受路由限制&＃xff0c;windows套接字服务提供。程序可以选择忽略
5. 成功返回写入的字节数&＃xff0c;失败返回SOCKET_ERROR&＃xff1a;通过函数得到相应的错误码&＃xff0c;做出相应处理

send()并不立即向网络中传输数据&＃xff0c;而是先将数据写入缓冲区中&＃xff0c;再由TCP协议将数据从缓冲区发送到目标机器。一旦将数据写入到缓冲区&＃xff0c;函数就可以成功返回&＃xff0c;不管它们有没有到达目标机器&＃xff0c;也不管它们何时被发送到网络&＃xff0c;这些都是TCP协议负责的事情。

接收数据使用 recv() 函数&＃xff0c;它的原型为&＃xff1a;
int recv(SOCKET sock, char *buf, int len, int flags);
成功则返回接收到的字符数, 失败则返回SOCKET_ERROR。

输入输出缓冲区的默认大小一般都是 8K&＃xff0c;可以通过 getsockopt() 函数获取&＃xff1a;

unsigned optVal;
int optLen &＃61; sizeof(int);
getsockopt(servSock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char*)&optVal, &optLen);
printf("Buffer length: %d\n", optVal);


阻塞模式

对于TCP套接字&＃xff08;默认情况下&＃xff09;&＃xff0c;当使用 send() 发送数据时&＃xff1a;

1. 首先会检查缓冲区&＃xff0c;如果缓冲区的可用空间长度小于要发送的数据&＃xff0c;那么 write()/send() 会被阻塞&＃xff08;暂停执行&＃xff09;&＃xff0c;直到缓冲区中的数据被发送到目标机器&＃xff0c;腾出足够的空间&＃xff0c;才唤醒 write()/send() 函数继续写入数据。

2. 如果TCP协议正在向网络发送数据&＃xff0c;那么输出缓冲区会被锁定&＃xff0c;不允许写入&＃xff0c;write()/send() 也会被阻塞&＃xff0c;直到数据发送完毕缓冲区解锁&＃xff0c;write()/send() 才会被唤醒。

3. 如果要写入的数据大于缓冲区的最大长度&＃xff0c;那么将分批写入。

4. 直到所有数据被写入缓冲区 write()/send() 才能返回。

当使用 read()/recv() 读取数据时&＃xff1a;

1. 首先会检查缓冲区&＃xff0c;如果缓冲区中有数据&＃xff0c;那么就读取&＃xff0c;否则函数会被阻塞&＃xff0c;直到网络上有数据到来&＃xff0c;输入缓冲区有数据。

2. 如果要读取的数据长度小于缓冲区中的数据长度&＃xff0c;那么就不能一次性将缓冲区中的所有数据读出&＃xff0c;剩余数据将不断积压&＃xff0c;直到有 read()/recv() 函数再次读取。

3. 直到读取到数据后 read()/recv() 函数才会返回&＃xff0c;否则就一直被阻塞。

注意&＃xff1a;TCP的粘包问题以及数据的无边界性

参考资料

socket、connect、bind函数详解

WSAStartup百度百科

C/C&＃43;&＃43; socket编程教程&＃xff1a;1天玩转socket通信技术

Visual Studio 2019 C&＃43;&＃43;实现socket通信&＃xff0c;添加ws2_32.lib库

C语言socket编程