VC++环境下基于WinSock的网络通信

  引言

　　随着Internet的迅猛发展，网络通信应用程序的开发成为研究热点。Windows环境下进行通讯程序设计的基本方法是应用Windows Sockets实现进程间通讯。

　　1 TCP/IP协议、应用程序与套接字

　　TCP/IP协议是众多网络协议中比较完善的一种，它的部分是传输层协议（TCP，UDP）、网络协议层（IP）和物理接口层。 这三层通常在操作系统内核中实现。操作系统的内核是不能为用户所感受到的，一般用户感受到的只有应用程序。应用程序通过程序界面与操作系统内核打交道。TCP/IP网络环境下的应用程序是通过网络系统编程界面套接字Socket（在Windows操作系统下称之为WiNSock）来实现的。Socket构成了协议的用户视图。通过Socket，应用程序可访问通信协议。TPC/IP协议与应用程序之间的关系如图1.

图1 应用程序与Windows Sockets的关系

　　套接字（Socket）是网络通信的基本构件。套接字是可以被命名的通信端点，应用程序通过它在网络上发送和接收数据。每个套接字都有其类型，并有一个与之相连的进程。TCP/IP提供3种类型套接字：

　　1.1 流式套接字（SOCK—STREAM）

　　该接口提供一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收。 内设流量控制，避免数据流超限；数据被看作字节流，无长度限制。流式套接字提供了一种可靠的面向连接的数据传输方式，如果想发送大批量数据或想让数据按顺序无重复地到达目的地，流式套接字为有用。本文使用流式套接字。

　　1.2 数据包套接字（SOCK—DGRAM）

　　该接口提供一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。数据包套接字比较适用于数据包或记录型数据的传输，数据包的发送不能得到保证，而且不能排序到达。

　　1.3 原始式套接字（SOCK—RAW）

　　该接口允许对较低层协议，如IP、ICMP直接访问。

　　套接字至少在客户机/服务器模式；点对点模式；远程程序调用（RPc）三种通信环境下广泛应用。

　　2 Windows Sockets介绍

　　Sockets初只是UNIX系统中的网络通信接口之一。1992年制定出Windows Sockets规范1.0版。 目前实际应用中的Windows Sockets规范主要有1.1版和2.0版，其中1.1版只支持TCP/IP协议，而2.0版支持多协议，并具有良好的向后兼容性。 Windows Sockets 是MicrosoftWindows的网络程序设计接口，使在Windows下开发高性能的网络程序成为可能。

　　Windows Sockets实现一般由两部分组成：开发组件和运行组件。 开发组件包括介绍WindowsSockets实现的文档、Windows Sockets应用程序接口（API）引入库和一些头文件。 运行组件是Windows Sockets应用程序接口的动态链接库（DLL），文件名为WINSOCK.DLL，应用程序在执行时通过装入它实现网络通信功能。

　　Windows Sockets是Berkelery Sockets 在Windows环境下的扩充[5]，它为Windows下网络异步通信提供了一种方便的开发和运行环境，现在已经成为Windows标准下的网络程序设计接口，Windows下各种开发平台都支持Windows Sockets上的网络程序设计，提供了网络编程接口。

　　Windows Sockets API是Windows Sockets的网络程序接口，它包括一个标准的BerkelerySockets功能调用*，以及为Windows所作的扩充功能。 扩充功能的调用都冠以WSA（windowssockets asnchronous）前缀，表明它们都允许异步的I/O操作，并采用符合Windows消息机制的网络事件异步选择机制。这些扩充功能有利于开发者更好地利用Windows的消息驱动特性来设计出高性能的网络程序。

　　3 网络通信的实现

　　通过一个客户机/服务器模式的网络应用程序，实现对CSocket类的派生和应用为例介绍网络通信的实现。

　　3.1 客户机/服务器模式

　　数据集中管理需要融合各控制系统的不同数据，由于各控制系统连接在不同的网络上，要融合其中的实时信息需要解决异种网联的问题，而TCP/IP协议无疑是一个很好的选择。

　　对于各集中监测系统，与数据集中管理系统同在中央调度室，因此可以在遵循TCP/IP协议的局域网中进行实时通信。 在TCP/IP协议下利用Socket进行网络编程，自然就会涉及到C/S（客户机/服务器）模式，即客户端向服务器发出请求，服务器接收到请求后提供相应的服务。客户机/服务器模式在操作过程中采取的是主动请求方式。

　　3.1.1 服务器方

　　首先服务器方要启动，侦听客户方是否有连接请求，并根据请求提供相应服务：

　　1）打开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一公认地址端口上接受客户请求，或者由开发人员自己指定端口地址；

       2）等待客户请求到达该端口；

       3）接收到重复服务请求时，处理该请求并发送应答信号。接收并发送服务请求，需要激活一个新进程来处理这个客户请求，并不需要对其他请求作出应答。服务完成后，关闭此新进程与客户的通信链路，并终止；

       4）返回第二步，等待另外的客户请求；

       5）关闭服务器。

　　3.1.2 客户方

　   1）打开一通信通道，并连接到服务器所在的主机的特定端口；

　　2）向服务器发出服务请求报文，等待并接收应答，继续提出请求；

　　3）请求结束后关闭通信通道并终止。

　　从以上描述过程可以看出：客户机与服务器进程的作用是非对称的，因此编码不同，而且服务进程要先于客户请求启动。基于面向连接的Socket的客户机/N务器应用程序基本结构如图2.

　　图2 面向连接的套接字应用程序的时序

　　3.2 用Winsock进行网络编程

　　为了简化WinSock网络编程，使用户专注于应用程序算法的设计，Microsoft的基本类库（microsoft foundation class或MFC）提供了两种利用Windows Sockets进行网络通信的编程模式，这两种模式即为用CAsyncSocket类和派生于CAsyncSocket的CSocket类 来编程。这两个类在不同程度上对WinSock API的函数进行了封装，在编程时使用经过封装的MFC WinSock类使编程工作大大简化，而且，这两个类都提供了事件处理函数，通过对事件处理函数进行重载，用户可以在应用程序中很方便地对套接字发送、接收数据等事件进行处理。

　　CAsyncSocket类封装了Windows SocketsAPI函数，提供了较低层的与Windows Sockets对话接口，一般适合于有相当水平的网络编程基础者使用，可方便地进行底层的网络事件通知及信息回叫控制等操作。

　　3.2.1 程序设计思想

　　虽然MFC本身提供了CSocket类用于实现客户机与服务器之间的通信，但是为了增强程序的可 客户端也建立一个类CSocketClient用于与服扩展性和提高性能，在服务器端建立了 务器端通信，也继承自CSocket类。

　　ClisteningSocket类用于协议端口，通过对 CSocket类的listen（）函数重载使得当客户端提出连接请求时，可以做出应答，同时建立了客户端类CClientSocket，它继承自CSocket类，通过重载Accept（）函数与客户端建立连接，用于处理服务器客户端数据的发送和接收。

　　3.2.2 程序实现

　　服务器端Socket程序是在CSocketServer类中实现的，数据的接收和处理都是在这个类中实现的。

　　主要步骤如下：

　　1）服务器端创建Socket以及客户端创建Socke

　　在类ClisteningSocket中创建端口，一旦有数据到达它将通知Socket，实现如下：

　　2）客户端与服务器端的连接

　　当listen（）函数到有客户端程序建立连接时，服务器端就新建一个CClientSocket用于与客户端进行数据交换传输，并把它链到链表的尾部，需要进行数据传输时通过链表进行连接，这样就可以实现一个服务器与多个客户端的连接，然后通过重载CSocket类的OnAccept（）函数进行处理。服务器端程序如下：

　　当客户端需要与服务器通信时，客户端指定端口和服务器名，创建一个CSocketClient，如果连接成功，那么就用这个CSocketClient与服务器端进行通信，如果连接不成功，则删除这个建立的Socket，以节省资源。客户端程序还是在函数OnSetup（）中实现，如下：

　　3）客户端与服务器端数据的处理

　　当需要进行数据接收时，是通过重载CSocket类的函数OnReceive（）来实现的，用于显示给用户或是引发其它的动作。 服务器端程序如下：

　　其中函数DoProcessData为数据处理函数，对接收到的数据进行校验、解析后生成新的实时数据库类对象，存入动态数组中。

　　4）结束处理把所有不用的Socket删除，释放资源。

　　4 结束语

　　网络的优点使其应用逐渐广泛，利用网络互传信息进行技术开发的项目越来越多。WindowsSockets是Windows下的标准程序设计接口。

　　VC++环境下，利用MFC的CSocket类，派生出所需要的套接字，利用套接字建立连接、传输数据，对套接字事件进行处理，是一种简洁高效的网络编程方法。