基于TCP/IP的SOCKET接口实现网络通信

基于TCP/IP的SOCKET接口实现网络通信

基于TCP/IP的SOCKET通令编程接口由4BSD　UNIX首先提出，它只能用于UNIX系统。随着微机应和越来越广泛，SOCKET在UNIX的成功应用使得将SOCKET移植到DOS和WIDOWS下成为一件有意义的工作，因此在90年代初，SUN MICROSYSTEM、JSB CORPORATION、FTP SOFTWARE、MICRODYNE以及MICROSOFT等共同制定了一套标准，即WIDOWS SOCKETS规范，把SOCKET机制引入了WIDOWS，先后推出了WINSOCK 1.0、WINSOCK 1.1、WINSOCK 2.0，由于WIDOWS操作系统与UNIX系统任务调度方式的区别，WINSOCK除了可以兼容UNIX和SOCKET编程接口外，又把它加以扩展以适合WIDOWS文件驱动特性。由于WINDOWS编程方法相对复杂，为此，现在提供的编程语言中，都将该机制封装到类中，通过类来编写基于WINDOWS/NT下的网络通信程序。下面我们分别介绍SOCKET通信的有关概念，以及UNIX下的SOCKET编程和基于WINDOWS/NT开发工具提供的SOCKET编程方法。　

　　一、基于TCP/IP的SOCKET编程的基本原理

利用基于TCP/IP的SOCKET通信编程接口编写程序，其目的是在TCP/IP所组建网络的不同机器之间利用客户/服务器模式建立通信连接。为建立该连接，开发人员只要提供一些基本的连接信息，其余由操作系统内核来完成。下面我们来讨论建立一个完整通信连接开发者需要提供的信息。以机器A通过TCP/IP与机器B进行网络通信为例，对于机器A来说我们需要知道如下信息：(1)机器B的TCP/IP地址；(2)与机器B中哪一个进程(或软件系统)联系。

以上两个需要的参数，第一个显然可以被大家理解，但第二个也许有人存在疑问，因为象电子邮件收发、TELNET、PING等基本的TCP/IP网络应用程序，在建立连接时都只要提供TCP/IP地址(或者对应域名地址)，根本没有必要提供第二个参数，这是为什么呢?其实原因很简单，就是它们使用的是一些标准接口，第二个参数早就定义了，这些应用系统在发出呼叫请求前，自己已经知道该与对方怎样联系，在发请求前，自动将第二个参数加入请求中。如果开发者也要开发这样的系统，就需要知道这些标准接口；对于那些需要建立专用系统网络连接的，却需要双方协商。

以上两个需要提供的参数，在套接字中分别表示为机器B的地址和机器B的通信端口。通过在同一机器的不同通信软件中定义不同端口地址，来表示机器A是与机器B中哪套系统通信。不管是利用何种协议，完全建立一个网络连接需要五个基本信息。它们分别是双方的地址、约定的通讯端口和协议类型。SOCKET通信编程接口并不是专门为TCP/IP通信提供的，因此套接字通信编程需要在参数中指明通信协议类型。套接字是利用客户/服务器模式来实现通信的，客户端软件和服务器端软件的具体实现也有所不同。

具体来说，在客户端利用基于TCP/IP和SOCKET通信编程的基本步骤是：①声明一个套接字类型的变量，需要在该变量定义中提供本机IP地址和通信端口并指明协议类型，由于在此介绍的是基于TCP/IP的套接字通信，因此协议类型应该是TCP/IP，在编程接口中该类型用AF-INET来表示；②向对方发出连接请求，连接时编程者需要提供对方TCP/IP地址和通信端口，同时SOCKET实现程序自动向对提供本机TCP/IP地址和通信端口；③如果连接成功，会收到对方的应答信号，这以后的通信就可以通过套接字的相关操作来实现了。

利用SOCKET来实现服务器端通信软件的步骤是：①同客户端程序第1个步骤；②服务器端通信软件进入等待客户端连接的状态，如果收到连接，则从对方连接请求中获取对方的IP地址和通信端口，并向对方发送连接成功的应答信号。

由上面的介绍可知，客户端与服务器端通过SOCKET通信都需要知道5个基本信息，不同的是客户端软件开发者需要向编程接口全部提供5个参数，而服务器端软件开发者只需要提供3个。

需要注意的是客户端和服务器端所提供的本地端口地址可以相同，可以不同，但客户端口地址可以动态分配，而服务器端端口地址必须固定，否则连接就不能建立。

下面介绍在不同编程语言中编写与客户端和服务器端的通信模块。

　　二、UNIX下通过SOCKET实现面向连接的网络通信

　　下面分别介绍在UNIX环境下编程时，怎样编写客户端和服务器端的通信模块。

1.客户端通信模块
　　(1)步骤一，定义套接字变量

在UNIX中是通过结构sockaddr_in来定义套接字通信的基本信息(该结构的详细内容请参见有关资料)，然后通过该结构由系统分配一套接字。

我们声明客户端相关变量如下：

struct sockaddr_in ClientSocketAddr;/*本机通信地址信息变量*/
　　struct sockaddr_in ServerSocketAddr;/*服务器通信地址信息*/
　　int　　ClientSocket;　/*套接字句柄变量，也就是系统分配的套接字*/
　　int ret，socklen；

(2)步骤二，初始化相关信息，并向系统请求分配套接字

对应程序如下：

ClientSocketAddr.sin_port=htons(2086);/*指定通信端口为2086，并将端口号转换成为网络字节顺序*/

ClientSocketAddr.sin_addr.s_addr=0x81010101f；/*本机IP地址：129.1.1.31，该语句赋值也可用inet_addr(“129.1.1.31”)代替*/

ClientSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)；/*分配套接字，参数含义见有关参考书，对于基于TCP/IP编程来说，固定使用该格式调用就可以了*/

if(ClientSocket<0)/*分配失败的原因一般是系统资源不够引起的*/
　　｛
　　perror(“Can't allocate a new socket! ＼ n”)；
　　return；
　　｝

socklen=sizeof(ClientSocketAddr)；/* sockaddr_in结构的长度是在不同环境下是不同的，故在此取其大小*/

ret=bind(socketid,&ClientSocketAddr,socklen)；/*将套接字与本机的地址信息结合(绑定)起来*/

if(ret==-1)/*绑定失败一般是由于IP地址不正确或者对应通信端口已经与别的套接字绑定了引起的*/
　　｛
　　perror(“Can't bind the new socket to socketaddress”)；
　　close(socketid)；
　　return；
　　｝

指定通信端口为2086时，如果不指定一具体端口，该值可以用系统定义常量INADDR_ANY来代替，表示由系统分配任意一个空闲的套接字，这种方式对于客户端来说应该还要保险些。因为指定端口可能被别的系统占用，这时系统就不能分配该端口对应的套接字给本部分程序，导致下面的分配失败。

(3)向服务器端发出连接请求

ServerSocketAddr.sin_port=1088；/*指定服务器通信端口为1088*/

ServerSocketAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(“129.1.1.10”)；/*服务器IP地址：129.1.1.10*/

connect(ClientSocket,&ServerSocketAddr，sizeof(ServerSocketAddr))；

2.服务器端通信模块

(1)步骤一和二同客户端程序

下面列出对应C程序：

int ServerSocket，ret，socklen，newsocket，clientsocklen；+struct sockaddr_in ServerSocketAddr，ClientSocketAddr；
　　ServerSocketAddr.sin_family=AF_INET；
　　ServerSocketAddr.sin_port=htons(1088)；/*将端口号转换成为网络字节顺序*/
　　ServerSocketAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(“129.1.1.10”)；/*将IP地址串转换成为内部表示地址信息*/

ServerSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)；/*分配服务器套接字*/

if(ServerSocket<0)
　　｛
　　perror(“Can't allocate a new socket! n”)；
　　return；
　　｝
　　socklen=sizeof(ServerSocketAddr)；
　　ret=bind(ServerSocket,& ServerSocketAddr,Socklen)；/*将该套接字与服务器通信地址信息绑定*/
　　if(ret==-1)
　　｛
　　perror(“Can't bind the new socket to socketaddress”)；
　　close(ServerSocket)；
　　return；
　　｝

(2)步骤三，进入监听客户端连接请求状态，并进入等待客户连接请求状态
　　if(listen(ServerSocket,5)<0)/*建立长度为5的请求队列，以允许多个五个客户端同时连接/*
　　｛
　　perror(“Listen error；”)；
　　close(ServerSocket)；
　　return；
　　｝
　　for(；；)
　　｛
　　newsocket=accept(ServerSocket,&sockaddr,&socklen)；/*监听客户连接请求，如果没客户端连接，程序将一直在此等待*/
　　/*连接建立后，用生成的新套接字来处理当前连接请求，而原来监听的套接字继续监听别的连接请求*/
　　if(newsocket<0)
　　｛
　　perror(“Accept request failure”)；
　　close(ServerSocket)；
　　return；
　　｝
　　if (fork()==0)/*生产子进程来处理连接后的任务*/
　　｝
　　close(ServerSocket)；
　　DO｛
　　……　/*执行连接以后的通信任务*/
　　
　　｝/*fork　结束*/
　　｝/*循环体结束*/

　　三、Visul C++ 5.0提供的SOCKET编程机制

在Visul C++ 5.0中提供了CAsyncSocket、CSocket 等MFC类来实现网络通信，其中CSocet类是CAsyncSocket的派生类，它更适合于不需要对网络编程了解太深的应用开发。下面以CAsyncSocket类为例来介绍Visul C++ 5.0中套接字编程的实现。

在使用CAsyncSocket时，最好是从该类派生一新类，以便于开发者接管CAsyncSocket的消息机制，这样开发者可以重写这些消息响应方法，以进行适合自己的处理，这些响应方法包括：

virtual void OnClse(int nErrorCode)；//收到对方端开连接时的响应方法

virtual void OnConnect(int nErrorCode)；//客户端向对方发出连接请求后收到对方应答时的响应方法

virtual void OnAccept(int nErrorCode)；//服务器端可以接收客户连接请求时的响应方法

virtual void OnReceive(int nErrorCode)；//收到对端传送数据消息时的响应方法

virtual void OnSend(int nErrorCode)；//可以向对端发送数据时的响应消息

下面具体介绍利用CAsyncSocket来实现网络通信的编程方法。在介绍时，将同时介绍服务器端与客户端实现的有关内容。为此，下面分别介绍类CMySocket、CClientSocket、CServerSocket，其中类CMySocket是从CAsyncSocket派生的，而后两者都是从CMySocket派生的，分别用来开发客户端和服务器通信程序。

在此首先介绍CMySocket的定义文件内容：

//Definition of CMysocket File：Socket.h
　　class CMySocket：public CAsyncSocket
　　｛
　　//Attributes
　　public；
　　char　　LocalIP［20］；//本机IP地址
　　char　　RemoteIP［20］；//对端IP地址
　　//Operations
　　public；
　　CMySocket(LPCTSTR LIP,INT LPort=0,LPCTSTR RIP=NULL,INT RPort=0)；//构造函数，参数分别为本机IP地址、本地端口、对端IP地址、对端端口
　　virtual ^CMySocket()；//析构函数
　　BOOL accept()；
　　BOOL connect()；
　　assWizard generated virtual function overrides
　　//｛｛AFX_VIRTUAL(CMySocket)
　　public：//重写的响应方法
　　virtual void OnClose(int nErrorCode)；
　　virtual void OnConnect(int nErrorCode)；
　　virtual void OnAccept(int nErrorCode)；
　　virtual void OnReceive(int nErrorCode)；
　　virtual void OnSend(int nErrorCode)；
　　//｝｝AFX_VIRTUAL
　　protected；
　　UINT　　RemotePort；
　　UINT　　LocalPort；
　　SOCKADDR_IN　RemoteAddress；
　　int　　　　　　AddressLen；
　　class CMySocket NewSocket；//服务器端监听连接使用
　　｝；
　　CMySocket实现文件的内容：
　　//implemention of CMySocket：Socket.cpp
　　#include“Socket.h”
　　CMySocket；；^CMySocket()
　　｛
　　｝

CMySocket：：CMySocket(IPCTSTR LIP，INT LPort，IPCTSTR LIP，INT RPort)
　　｛
　　strcpy(LocalIP，LIP)；
　　LocalPort=LPort；
　　if(RIP)
　　｛
　　Strcpy(RemoteIP,RIP)；
　　RemotePort=htons(RPort)；
　　RemoteAddress.sin_addr.s_addr=inet_addr(RemoteIP)；
　　RemoteAddress.sin_family=AF_INET；
　　RemoteADDress.sin_port=RemotePort；
　　｝
　　else
　　strcpy (RemoteIP，“ 0”)；
　　IF(!Create(LPort，SOCK_STREAM,FD_READ｜FD_ACCEPT｜FD_CONNECT｜FD_CLOSE,LocalIP))
　　｛
　　//创建套接字失败则
　　……
　　　　｝
　　｝
　　void CMySocket：：OnClose(int nErrorCode)
　　｛
　　//收到对方端开连接信息时的相关处理
　　……
　　CAsyncSocket：：OnClose(nErrorCode)；
　　｝
　　void CMySocket：：OnClose(int nErrorCode)
　　｛
　　//TODO:Add your specialized code here and /or call the base class
　　char my_buff［180］；
　　strcpy(my_buff－“运行信息 n n”)；
　　IsConnectingFront=false；
　　if(nErrorCode)
　　｛
　　//不能建立连接时的处理
　　……
　　｝
　　else
　　｛
　　//连接建立成功后的处理
　　……
　　｝
　　CAsyncSocket：：OnClose(nErrorCode)；
　　｝
　　void CMySocket：：OnClose(int nErrorCode)
　　｛
　　accpt()；
　　CAsyncSocket：：OnClose(nErrorCode)；
　　｝
　　void CMySocket：：OnClose(int nErrorCode)
　　｛
　　char buff［1024］；
　　int i；
　　if (nErrorCode==0)
　　｛
　　memset(buff,0,1024)；
　　i=Receive(buff,1024,!MSG_OOB)；
　　……//收到数据后的相关处理
　　｝
　　CAsyncSocket：：OnClose(nErrorCode)；
　　｝
　　void CMySocket：：OnClose(int nErrorCode)
　　｛
　　……//可以发送时的相关处理
　　CAsyncSocket：：OnClose(nErrorCode)；
　　｝
　　BOOL ClientSocket：：connect()｛return Connect(RemoteIP，RemotePort)；｝)
　　BOOL ClientSocket：：accept()
　　｛
　　BOOL i；
　　AddressLen=sizeof(RemoteAddress)+8；
　　i=Accept(NewSocket,(struct sockaddr *)&RemoteAddress，&AddressLen)；
　　return i；
　　｝

在定义了CMySocket类的基础上，就可以正式编写通信代码。
　　(1)客户端代码

CMySocket ClientSocket(“129.1.1.31”，2086，“129.1.1.10”，1088)；//分配并初始化套接字

ClientSocket.connect()；//向服务器端发出连接请求

在连接成功后，基于响应方法进行有关通信处理。

(2)服务器端代码

CMySocket ClientSocket(“129.1.1.10”，1088)；//分配并初始化
　　ServerSocket.Listen()；//创建监听队列

此后，基于响应方法进行有关通信处理。