Windows 上的网络通信编程-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Windows 上的网络通信编程。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1. 关于 Servers 和 Clients

有两种不同类型的套接字网络应用程序：服务器和客户端。

服务器和客户端的行为不同；因此，创建它们的流程也是不一样的。以下是用于创建流式 TCP/IP 服务器和客户端的一般模型。

1.1 Server

Initialize Winsock.
Create a socket.
Bind the socket.
Listen on the socket for a client.
Accept a connection from a client.
Receive and send data.
Disconnect.

1.2 Client

Initialize Winsock.
Create a socket.
Connect to the server.
Send and receive data.
Disconnect.

2. Create a Basic Winsock Application

创建一个基本的 Winsock 应用需要基于以下条件：

确保编译环境可以引用 SDK 的 include,Lib 和 Src 目录。
确保编译环境可以链接到 Winsock 库文件（Ws2_32.lib）。可以通过 #pragma comment(lib, “ws2_32.lib”) 显式的链接。
编程开始前，使用 Winsock API 要包含 Winsock2.h 头文件，它包含了常用的 Winsock 的函数，结构体和定义。Ws2tcpip.h 头文件包含 WinSock 2 协议特定附件文档中针对 TCP/IP 引入的定义，其中包括用于检索 IP 地址的较新的函数和结构。

#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>

#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")

int main() 
{
   
  return 0;
}

Note: 如果需要使用 IP Helper APIs，需要包含 lphlpapi.h 头文件，但必须置于 Winsock2.h 头文件之后。 Winsock2.h 头文件内部包含了 Windows.h 中的核心元素，因此不需要再包含 Windows.h 头文件。如果需要包含 Windows.h 头文件，则需要定义宏 #define WIN32_LEAN_AND_MEAN。由于历史原因，Windows.h 标头默认包含 Windows Socket 1.1 的 Winsock.h 头文件。Winsock.h 头文件中的声明将与 Windows Socket 2.0 所需的Winsock2.h 头文件中的声明冲突。WIN32_LEAN_AND_MEAN 宏可防止 Winsock.h 包含在 Windows.h 头文件中。下面示例了一个说明这一点。

#ifndef WIN32_LEAN_AND_MEAN
#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#endif

#include <windows.h>
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iphlpapi.h>

#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")

int main() 
{
   
  return 0;
}

3. Initializing Winsock

调用 Winsock 函数的所有进程（应用或者 DLLs）都必须先初始化 Windows Sockets DLL。

这也用于确认系统是否支持 Winsock。

3.1 初始化 Winsock

创建一个 WSADATA 对象，名为 wsaData。

WSADATA wsaData;

调用 WSAStartup 函数并检查其返回值。

int iResult;

// Initialize Winsock
iResult = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);
if (iResult != 0)
{
   
    printf("WSAStartup failed: %d\n", iResult);
    return 1;
}

调用 WSAStartup 函数以启用 WS2_32.dll。

WSADATA 结构体包含 Windows Sockets 的信息。WSAStartup 的 MAKEWORD（2，2）参数在系统上发出对 Winsock 版本 2.2 的请求，并将传递的版本设置为调用方可以使用的最高版本的 Windows Sockets 支持。

4A. Winsock server application

4A.1 Create a Socket for Server

在初始化后，必须实例化 SOCKET 对象以供服务器使用。

4A.1.1 To create a socket for the server

[getaddrinfo](getaddrinfo function (ws2tcpip.h) - Win32 apps | Microsoft Learn) 函数用于决定 [sockaddr](sockaddr - Win32 apps | Microsoft Learn) 结构体中的值：

AF_INET 用于指定 IPv4 地址家族。
SOCK_STREAM 用于指定一个流 socket。
IPPROTO_TCP 用于指定 TCP 协议。
AI_PASSIVE flag 表明调用方打算在调用 bind 函数时使用返回 socket 地址结构。当 AI_PASSOVE flag 置位，并传给 getaddrinfo 函数的 nodename 参数为 NULL 指针，对于 IPv4 地址，socket 地址结构的 IP 地址部分为 INADDR_ANY。而 IPv6 地址，socket 地址结构的 IP 地址部分为 IN6ADDR_ANY_INIT。
27015 是与客户端将连接到的服务器关联的端口号。

// addrinfo 结构体被 getaddrinfo 函数使用。
#define DEFAULT_PORT "27015"

struct addrinfo *result = NULL, *ptr = NULL, hints;

ZeroMemory(&hints, sizeof (hints));
hints.ai_family = AF_INET;
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
hints.ai_protocol = IPPROTO_TCP;
hints.ai_flags = AI_PASSIVE;

// Resolve the local address and port to be used by the server
iResult = getaddrinfo(NULL, DEFAULT_PORT, &hints, &result);
if (iResult != 0) 
{
   
    printf("getaddrinfo failed: %d\n", iResult);
    WSACleanup();
    return 1;
}

创建一个 SOCKET 对象，名为 ListenSocket，用于服务器监听客户端的连接。

SOCKET ListenSocket = INVALID_SOCKET;

调用 socket 函数，ListenSocket 变量用于接收函数返回值。对于这个服务器应用程序，采用 getaddrinfo 函数返回的第一个与 hints 参数设置相匹配的 IP 地址。

如果服务器应用程序希望监听 IPv6，则将 hints.ai_family = AF_INET6 即可。如果一个服务器希望同时监听 IPv4 和 IPv6，则必须创建两个监听 sockets。一个 IPv4，一个 IPv6，并且应用程序必须单独处理这两个 sockets 。

// Create a SOCKET for the server to listen for client connections
ListenSocket = socket(result->ai_family, result->ai_socktype, result->ai_protocol);

检查 socket，确保创建的 socket 有效。

if (ListenSocket == INVALID_SOCKET) 
{
   
    printf("Error at socket(): %ld\n", WSAGetLastError());
    freeaddrinfo(result);
    WSACleanup();
    return 1;
}

4A.2 Binding a Socket

要使服务器接受客户端连接，它必须绑定到系统中的网络地址。客户端应用程序使用 IP 地址和端口连接到主机网络。

sockaddr 结构体保存着 address family, IP address 和 port number。

调用 bind 函数，传入已创建的 socket 和从 getaddrinfo 函数返回的sockaddr 结构体。

// Setup the TCP listening socket
iResult = bind( ListenSocket, result->ai_addr, (int)result->ai_addrlen);
if (iResult == SOCKET_ERROR) 
{
   
    printf("bind failed with error: %d\n", WSAGetLastError());
    freeaddrinfo(result);
    closesocket(ListenSocket);
    WSACleanup();
    return 1;
}

Note: 一旦 bind 函数被调用，getaddrinfo 函数返回的 address 信息将不再需要。调用 freeaddrinfo 函数释放 getaddrinfo 函数分配的内存空间。

freeaddrinfo(result);

4A.3 Listening on a Socket

将 socket 绑定到系统上的 IP 地址和端口后，服务器必须侦听该 IP 地址和端口以接收传入的连接请求。

调用 listen 函数，将创建的 socket 和 blacklog（要接受的挂起连接的队列的最大长度）值作为参数传递给 listen 函数。以下示例中，backlog 值设置为 SOMAXCONN。该值是一个特殊常量，指示 Winsock 提供程序为该 socket 允许队列中最大数量的挂起连接。检查常规错误的返回值。

if ( listen( ListenSocket, SOMAXCONN ) == SOCKET_ERROR ) 
{
   
    printf( "Listen failed with error: %ld\n", WSAGetLastError() );
    closesocket(ListenSocket);
    WSACleanup();
    return 1;
}