Winsock网络编程笔记：基于TCP的Server

左手的ㄟ右手 2023-07-10 05:23 71阅读 0赞

面向连接的server和client，其工作流程如下图所示：

![format_png][]

服务器和客户端将按照这个流程就行开发。。（个人觉得：通过这个流程图，Server应该要先于Client启动，不然Client的connect函数的执行就会出错啦，不知道我的个人感觉对不对，后面试试就知道了。。O(∩\_∩)O~）

注意：上图的Server和Client的工作流程是基于面向有连接通信的工作流程，如果是无连接的通信，则不必调用listen和accept。 在无连接的通信中，Server调用recvfrom函数来接收消息

在编写服务器和客户端之前，需要对TCP状态有所了解。。在server和client通信之间，二者都是通过发送/接收不同的信号来改变自己的状态，其tcp状态转换图如下：

![format_png 1][]

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每次写网络程序都必须编写代码载入和释放winsock库，为了以后方便使用，我们将封装一个CInitSock类来管理Winsock库：

// initsock.h文件
     
    #include <winsock2.h>
    #pragma comment(lib, "WS2_32")	// 链接到WS2_32.lib
     
    class CInitSock		
    {
    public:
    	CInitSock(BYTE minorVer = 2, BYTE majorVer = 2)
    	{
    		// 初始化WS2_32.dll
    		WSADATA wsaData;
    		WORD sockVersion = MAKEWORD(minorVer, majorVer);
    		if(::WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)
    		{
    			exit(0);
    		}
    	}
    	~CInitSock()
    	{	
    		::WSACleanup();	
    	}
    };

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwNzYzOTI5_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

#include"../common/initsock.h"
    #include<iostream>
    #include<string>
    #include<cstring>
    using namespace std;
    
    CInitSock initSock;//初始化winsock函数
    
    int main()
    {
    	SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); //创建socket套接字，用于监听
    	if (sListen == INVALID_SOCKET)
    	{
    		cout << "创建socket失败！" << endl;
    		return 0;
    	}
    	
    	sockaddr_in address;
    	address.sin_family = AF_INET;
    	address.sin_port = htons(4567);//端口号
    	address.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY; //IP地址为任何地址
    
    	if (::bind(sListen, (LPSOCKADDR)&address, sizeof(address)) == SOCKET_ERROR) //将address绑定sListen
    	{
    		cout << "服务器绑定端口失败！" << endl;
    		return 0;
    	}
    	cout << "创建服务端socket成功，等待连接..." << endl;
    
    	if (::listen(sListen, 2) == SOCKET_ERROR)   //让sListen套接字处于监听状态，listen函数使用主动连接套接字变为被连接套接口，使得一个进程可以接受其它进程的请求，从而成为一个服务器进程。
    	{
    		cout << "监听失败！" << endl;
    		return 0;
    	}
    
    	sockaddr_in remoteAddress;
    	int nAddrLen = sizeof(remoteAddress);
    	SOCKET CLIENT;
    	char sendMessage[] = "服务器端收到信息！\n";
    
    	while (true)
    	{
    		//接受一个新的客户端连接
    		CLIENT = ::accept(sListen, (SOCKADDR*)&remoteAddress, &nAddrLen); //接受一个remoteAddress套接口
    		if (CLIENT == INVALID_SOCKET)
    		{
    			cout << "接收客户端连接失败！" << endl;
    			continue;
    		}
    		printf( "接收到一个连接 , IP地址为:%s , 端口号为:%d\n",inet_ntoa(remoteAddress.sin_addr) ,ntohs(remoteAddress.sin_port));   
    
    		::send(CLIENT, sendMessage, strlen(sendMessage), 0);
    		::closesocket(CLIENT);
    	}
    	::closesocket(sListen);
    	return 0;
    }

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# 部分函数介绍： #

### bind  　服务端将socket与地址关联 ###

int bind(
         SOCKET s,
         const struct sockaddr* name,
         int namelen
    );

bind()函数通过给一个未命名套接口分配一个本地名字来为套接口建立本地捆绑（主机地址/端口号）。

参数列表中：  
s 表示已经建立的socket编号（描述符）；  
name 是一个指向sockaddr结构体类型的指针；  
namelen表示name结构的长度，可以用sizeof操作符获得。

在Internet地址族中，一个名字包括几个组成部分，对于SOCK\_DGRAM和SOCK\_STREAM类套接口，名字由三部分组成：主机地址，协议号（显式设置为UDP和TCP）和用以区分应用的端口号。如果一个应用并不关心分配给它的地址，则可将Internet地址设置为INADDR\_ANY，或将端口号置为0。如果Internet地址段为INADDR\_ANY，则可使用任意网络接口，且在有多种主机环境下可简化编程。如果端口号置为0，则Windows套接口实现将给应用程序分配一个值在1024到5000之间的唯一的端口。应用程序可在bind()后用getsockname()来获知所分配的地址，但必需注意的是，getsockname()只有在套接口连接成功后才会填写Internet地址，这是由于在多种主机环境下若干种Internet地址都是有效的。

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### listen   在套接字函数中表示让一个套接字处于监听到来的连接请求的状态 ###

int listen(SOCKET s, int backlog);

**s             **一个已绑定未被连接的[套接字][Link 1]描述符

**backlog   **连接[请求队列][Link 2](queue of pending connections)的最大长度（一般由2到4）

listen函数使用主动连接[套接字][Link 3]变为被连接[套接口][Link 4]，使得一个进程可以接受其它进程的请求，从而成为一个服务器进程。在[TCP][]服务器编程中listen函数把进程变为一个服务器，并指定相应的套接字变为被动连接。

listen函数一般在调用bind之后-调用accept之前调用。

无错误，返回0，

否则，返回SOCKET ERROR，windows上可以调用函数WSAGetLastError取得[错误代码][Link 5]，在Linux可使用errno。

(1) 执行listen 之后[套接字][Link 1]进入被动模式。

(2) 队列满了以后，将拒绝新的连接请求。客户端将出现连接D 错误WSAECONNREFUSED。

(3) 在正在listen的套接字上执行listen不起作用。

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### accept（） ###

accept()是在一个套接口接受的一个连接。accept（）是c语言中网络编程的重要的函数，本函数从s的等待连接队列中抽取第一个连接，创建一个与s同类的新的套接口并返回句柄。

SOCKET accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

**参数**

sockfd：套接字描述符，该套接口在[listen()][listen]后监听连接。

addr：（可选）指针，指向一缓冲区，其中接收为通讯层所知的连接实体的地址。Addr参数的实际格式由套接口创建时所产生的地址族确定。

addrlen：（可选）指针，输入参数，配合addr一起使用，指向存有addr地址长度的整型数。

本函数从s的等待连接队列中抽取第一个连接，创建一个与s同类的新的套接口并返回句柄。如果队列中无等待连接，且套接口为阻塞方式，则accept()阻塞调用进程直至新的连接出现。如果套接口为非阻塞方式且队列中无等待连接，则accept()返回一错误代码。已接受连接的套接口不能用于接受新的连接，原套接口仍保持开放。

**返回值：**

如果没有错误产生，则accept()返回一个描述所接受包的SOCKET类型的值。否则的话，返回INVALID\_SOCKET错误，应用程序可通过调用WSAGetLastError()来获得特定的错误代码。

addrlen所指的整形数初始时包含addr所指地址空间的大小，在返回时它包含实际返回地址的字节长度。

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### send()    不论是客户还是服务器应用程序都用send函数来向TCP连接的另一端发送数据。 ###

int send( SOCKET s, const char *buf, int len, int flags );

客户程序一般用send函数向服务器发送请求，而服务器则通常用send函数来向客户程序发送应答。

（1）第一个参数指定发送端套接字描述符；

（2）第二个参数指明一个存放应用程序要发送数据的缓冲区；

（3）第三个参数指明实际要发送的数据的字节数；

（4）第四个参数一般置0。

若无错误发生，send()返回所发送数据的总数（请注意这个数字可能小于len中所规定的大小）。否则的话，返回SOCKET\_ERROR错误，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应[错误代码][Link 5]。

这里只描述同步Socket的send函数的执行流程。当调用该函数时，send先比较待发送数据的长度len和套接字s的发送缓冲的长度， 如果len大于s的发送缓冲区的长度，该函数返回SOCKET\_ERROR；如果len小于或者等于s的发送缓冲区的长度，那么send先检查协议是否正在发送s的发送缓冲中的数据，如果是就等待协议把数据发送完，如果协议还没有开始发送s的发送缓冲中的数据或者s的发送缓冲中没有数据，那么send就比较s的发送缓冲区的剩余空间和len，如果len大于剩余空间大小send就一直等待协议把s的发送缓冲中的数据发送完，如果len小于剩余空间大小send就仅仅把buf中的数据copy到剩余空间里（注意并不是send把s的发送缓冲中的数据传到连接的另一端的，而是协议的，send仅仅是把buf中的数据copy到s的发送缓冲区的剩余空间里） \[1\]  。

如果send函数copy数据成功，就返回实际copy的字节数，如果send在copy数据时出现错误，那么send就返回SOCKET\_ERROR；如果send在等待协议传送数据时网络断开的话，那么send函数也返回SOCKET\_ERROR。

要注意send函数把buf中的数据成功copy到s的发送缓冲的剩余空间里后它就返回了，但是此时这些数据并不一定马上被传到连接的另一端。如果协议在后续的传送过程中出现网络错误的话，那么下一个Socket函数就会返回SOCKET\_ERROR。（每一个除send外的Socket函数在执行的最开始总要先等待套接字的发送缓冲中的数据被协议传送完毕才能继续，如果在等待时出现网络错误，那么该Socket函数就返回SOCKET\_ERROR）。

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### inet\_ntoa()      功能是将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式 ###

char*  inet_ntoa( struct in_addr  in);
    
    in：一个表示Internet主机地址的结构。

**注释：**

本函数将一个用in参数所表示的Internet地址结构转换成以“.” 间隔的诸如“a.b.c.d”的字符串形式。请注意inet\_ntoa()返回的字符串存放在WINDOWS[套接口][Link 6]实现所分配的内存中。应用程序不应假设该内存是如何分配的。在同一个线程的下一个WINDOWS套接口调用前，数据将保证是有效。

**返回值：**

若无错误发生，inet\_ntoa()返回一个字符[指针][Link 7]。否则的话，返回NULL。其中的数据应在下一个WINDOWS套接口调用前复制出来。

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### ntohs()      是一个函数名，作用是将一个16位数由网络[字节顺序][Link 8]转换为主机字节顺序 ###

注释

本函数将一个16位数由网络[字节顺序][Link 9]转换为主机字节顺序。

返回值

ntohs()返回一个以主机[字节顺序][Link 9]表达的数。

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参考博客：[https://www.cnblogs.com/LCCRNblog/p/3838365.html][https_www.cnblogs.com_LCCRNblog_p_3838365.html]

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[Link 4]: https://baike.baidu.com/item/%E5%A5%97%E6%8E%A5%E5%8F%A3/10058888
[TCP]: https://baike.baidu.com/item/TCP/33012
[Link 5]: https://baike.baidu.com/item/%E9%94%99%E8%AF%AF%E4%BB%A3%E7%A0%81
[listen]: https://baike.baidu.com/item/listen%28%29
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[Link 7]: https://baike.baidu.com/item/%E6%8C%87%E9%92%88
[Link 8]: https://baike.baidu.com/item/%E5%AD%97%E8%8A%82%E9%A1%BA%E5%BA%8F/10059170
[Link 9]: https://baike.baidu.com/item/%E5%AD%97%E8%8A%82%E9%A1%BA%E5%BA%8F
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