摘 要 该文介绍了sockets通信原理,从程序员角度着重讨论了windows sockets为支持异步通信对sockets的功能扩充,并给出了应用windows sockets实现网络实时通信的一个程序实例。关
ibm公司于1994年4月推出的tcp/ip for dos v2.1.1所提供的开发软件包programmer's tool kit不仅带有dos下网络编程接口,而且提供了windows下网络异步通信接口winsock。
一、socket网络编程原理socket是bsd unix提供的网络应用编程接口,它采用客户机/服务器的通信机制,使网络客户机方和服务器方通过socket实现网络之间的连接和数据交换。socket提供了一系列的系统调用,使用这些系统调用可以实现tcp、udp、icmp和ip等多种网络协议之间的通信。
socket有三种主要类型:stream sockets,datagram sockets和raw sockets。streamsocket接口定义了一种可靠的面向连接的服务,它实现了无差错无重复的顺序数据传输。它通过内置的流量控制解决了数据的拥塞,应用程序可以发送任意长度的数据,将数据当作字节流。datagram socket接口定义了一种无连接的服务,数据通过相互独立的包进行传输,包的传输是无序的,并且不保证是否出错、丢失和重复。包长度是有限的(隐含长度为8192字节,最大长度可设为32768字节)。raw socket接口允许对低层协议如ip和icmp的直接存取,它主要用于新的网络协议实现的测试等。
下面我们通过一个面向连接的传输发生的典型情况来说明socket网络通信的实现。
由图我们可以看出,客户机和服务器的关系不是对称的。服务器首先启动,然后在某一时间启动客户机与服务器建立连接。服务器和客户机开始都必须用调用socket ()建立一个套接字(socket),然后服务器调用bind()将套接字与一个本地网络地址捆扎在一起,再用调用listen()使套接字处于一种被动的准备接收状态,同时规定它的请求队列长度,之后服务器就可以调用accept()来接收连接了。客户机在建立套接字之后,便可以通过调用connect()和服务器建立连接。连接建立后,客户机和服务器之间就可以通过连接发送和接收数据(调用read()和write())。最后,待数据传送结束,双方调用close()关闭套接字。
@@t8s10700.gif;面向连接的协议实现的socket调用图@@
二、winsock对socket的扩充
bsd socket支持阻塞(blocking)和非阻塞(non-blocking)两种工作方式。在阻塞方式下,connect()、accept()、read()和recv()等调用在执行时都处于阻塞状态直到它成功或出错返回。在非阻塞方式下,这些调用是立即返回的,但是它们是否完成得靠查询才能知道。对于windows这种非抢先多任务操作系统来说,这两种工作方式都是难以接受的,为此,winsock在尽量与bsd socket保持一致的前提下,又对它作了必要的扩充。
winsock对bsd socket的扩充主要是在基于消息、对网络事件的异步存取接口上。表1列出了winsock扩充的函数功能。
从表1可以看出,winsock的扩充功能可以分为如下几类。
(1)异步选择机制
异步选择函数wsaasyncselect()允许应用程序提名一个或多个感兴趣的网络事件,所有非阻塞的网络i/o例程(如send()和resv()),不管它是已经使用还是即将使用,都可作为wsaasyncselect()函数选择的候选。当被提名的网络事件发生时,windows应用程序的窗口函数将收到一个消息,消息附带的参数指示被提名过的某一网络事件。
@@t8s10701.gif;表1 winsock扩充函数功能@@
(2)异步请求例程
异步请求例程允许应用程序用异步方式获取请求的信息,如wsaasyncgetxbyy()类函数允许用户请求异步服务,这些功能在使用标准berkeley函数时是阻塞的。函数wsacancelasyncrequest()允许用户终止一个正在执行的异步请求。
(3)阻塞处理方法
winsock在调用处于阻塞时进入一个叫“hook”的例程,它负责处理windows消息,使得windows的消息循环能够继续。winsock还提供了两个函数(wsasetblockinghook()和wsaunhookblockinghook())让用户能够设置和取消自己的阻塞处理例程。另外,函数wsaisblocking()可以检测调用是否阻塞,函数wsacancelblockingcall()可以取消一个阻塞的调用。
(4)出错处理
为了和以后的多线索环境(如windows nt)兼容,winsock提供了两个出错处理函数wsagetlasterror()和wsasetlasterror()来获取和设置本线索的最近错误号。
(5)启动与终止
winsock的应用程序在使用上述winsock函数前,必须先调用wsastartup()函数对windows sockets dll进行初始化,以协商winsock的版本支持,并分配必要的资源。在应用程序退出之前,应该先调用函数wsacleanup()终止对windows sockets dll的使用,并释放资源,以利下一次使用。
在这些函数中,实现windows网络实时通信的关键是异步选择函数wsaasyncselect()的使用,其原型如下:int pascal far wsaasyncselect(socket s,hwnd hwnd, unsigned intwmsg, long levent);它请求windows sockets dll在检测到在套接字s上发生的levent事件时,向窗口hwnd发送一个消息wmsg。它自动地设置套接字s处于非阻塞工作方式。参数levent由表2所列事件的一个或多个组成。
@@t8s10702.gif;表2 异步选择网络事件@@
例如,我们要在套接字s读准备好或写准备好时接到通知,可以使用下面的语句:
rc=wsaasyncselect(s,hwnd,wmsg,fd-read | fd-write);
当套接字s上被提名的一个网络事件发生时,窗口hwnd将收到消息wmsg,变量lparam的低字指示网络发生的事件,高字指示错误码。应用程序就可以通过这些信息来决定自己的下一步动作。
三、网络实时通信的实现
我们来设计一个简单的基于连接的点对点网络实时通信程序。服务器首先启动,它建立套接字之后等待客户机的连接;客户机在启动后,建立套接字,然后和服务器建立连接;连接建立后,客户机通过连接给服务器发送一段数据,服务器接收后又将它发送回来,客户机再发送,如此循环,直至用户命令客户机退出或网络出错;客户机关闭连接和套接字后退出,服务器在检测到连接关闭后,关闭套接字自动结束。
我们的实例是unix下基于bsd socket的服务器程序和windows下基于winsock的客户机程序之间的通信。服务器在主机unix下直接运行,前台和后台均可;客户机在windows下运行,带一个参数,即主机的名字。如win client rs6000,rs6000是在hosts文件中已定义好的主机名。
我们先看客户机程序,首先定义几个宏、菜单资源和部分全局变量。
程序1:部分windows程序源代码(宏、菜单和变量)
#define userport 3333/*用户定义端口号*/
#define idm-start101/*“启动”菜单项标志*/
#define idm-exit102/*“退出”菜单项标志*/
#define um-sockwm-user+0x100/*用户定义网络消息*/
clientmenu menu/*客户机菜单*/
begin
popup "&server"
begin
menuitem "&start...", idm-start
menuitem "&stop",idm-stop
end
end
#include <winsock.h>/*必须包含winsock.h头文件*/
handlehinst;
charserver-address = {0};/*服务器地址缓冲区*/
charbuffer;/*接收发送缓冲区*/
char far *lpbuffer=&buffer;
sockets=0;/*套接字*/
struct sockaddr-in dst-addr;/*目标地址*/
struct hostent *hostaddr;/*主机地址*/
struct hostent hostnm;
intcount=0;/*发送接收循环计数器*/
客户机程序的窗口主函数很简单,它在注册窗口类、建立窗口后,只是给主窗口函数发送一个用户消息,然后就进入windows消息处理循环。
程序2:部分windows程序源代码(窗口主函数)
int pascal winmain(handle hinstance, handle hprevinstance, lpstr lp
cmdl
ine, int ncmdshow)
{
hwnd hwnd;
msgmsg;
lstrcpy((lpstr) server-address, lpcmdline);/*取主机名字*/
if (!hprevinstance)
if (!initapplication(hinstance))
return (false);
hinst=hinstance;
hwnd=createwindow("clientclass","windows echo clie