总结网络编程一些要点

端口
按照OSI七层模型的描述，传输层提供进程（应用程序）通信的能力。为了标识通信实体中进行通信的进程（应用程序），TCP/IP协议提出了协议端口（protocol port，简称端口）的概念。
端口是一种抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区）。应用程序通过系统调用与某端口建立连接（binding）后，传输层传给该端口的数据都被相应的进程所接收，相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。
端口用一个整数型标识符来表示，即端口号。端口号跟协议相关，TCP/IP传输层的两个协议TCP和UDP是完全独立的两个软件模块，因此各自的端口号也相互独立。
端口使用一个16位的数字来表示，它的范围是0~65535，1024以下的端口号保留给预定义的服务。例如：http使用80端口。

套接字(socket)的引入
为了能够方便的开发网络应用软件，由美国伯克利大学在Unix上推出了一种应用程序访问通信协议的操作系统调用socket(套接字)。socket的出现，使程序员可以很方便地访问TCP/IP，从而开发各种网络应用的程序。
随着Unix的应用推广，套接字在编写网络软件中得到了极大的普及。后来，套接字又被引进了Windows等操作系统，成为开发网络应用程序的非常有效快捷的工具。
套接字存在于通信区域中。通信区域也叫地址族，它是一个抽象的概念，主要用于将通过套接字通信的进程的共有特性综合在一起。套接字通常只与同一区域的套接字交换数据（也有可能跨区域通信，但这只在执行了某种转换进程后才能实现）。Windows Sockets只支持一个通信区域：网际域( AF_INET)，这个域被使用网际协议簇通信的进程使用。
网络字节顺序
    不同的计算机存放多字节值的顺序不同，有的机器在起始地址存放低位字节(低位先存)，有的机器在起始地址存放高位字节(高位先存)。基于Intel的CPU，即我们常用的PC机采用的是低位先存。为保证数据的正确性，在网络协议中需要指定网络字节顺序。TCP/IP协议使用16位整数和32位整数的高位先存格式。
客户机／服务器模式
在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户机/服务器模式(client/server)，即客户向服务器提出请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。
客户机/服务器模式的建立基于以下两点：首先，建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等，需要共享，从而造就拥有众多资源的主机提供服务，资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次，网间进程通信完全是异步的，相互通信的进程间既不存在父子关系，又不共享内存缓冲区，因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系，为二者的数据交换提供同步，这就是基于客户机/服务器模式的TCP/IP。
客户机/服务器模式在操作过程中采取的是主动请求的方式。
首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应的服务：
①打开一个通信通道并告知本地主机，它愿意在某一地址和端口上接收客户请求。
②等待客户请求到达该端口。
③接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求，要激活一个新的进程(或线程)来处理这个客户请求。新进程(或线程) 处理此客户请求，并不需要对其它请求作出应答。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，等待另一客户请求。
⑤关闭服务器。
客户方：
①打开一个通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口。
②向服务器发服务请求报文，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。
Windows Sockets的实现
Windows Sockets是Microsoft Windows的网络程序设计接口，它是从Berkeley Sockets扩展而来的，以动态链接库的形式提供给我们使用。Windows Sockets在继承了Berkeley Sockets主要特征的基础上，又对它进行了重要扩充。这些扩充主要是提供了一些异步函数，并增加了符合Windows消息驱动特性的网络事件异步选择机制。
Windows Sockets 1.1和Berkeley Sockets都是基于TCP/IP协议的；Windows Sockets 2从Windows Sockets 1.1发展而来，与协议无关并向下兼容，可以使用任何底层传输协议提供的通信能力，来为上层应用程序完成网络数据通讯，而不关心底层网络链路的通讯情况，真正实现了底层网络通讯对应用程序的透明。
套接字的类型
流式套接字（SOCK_STREAM）
提供面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送，且按发送顺序接收。基于TCP实现
数据报式套接字（SOCK_DGRAM）提供无连接服务。数据包以独立包形式发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。基于UDP实现原始套接字（SOCK_RAW）。
基于TCP(面向连接)的socket编程
服务器端程序：
1、创建套接字（socket）。   
2、将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）。
3、将套接字设为监听模式，准备接收客户请求（listen）。
4、等待客户请求到来；当请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字（accept）。
5、用返回的套接字和客户端进行通信（send/recv）。已经保存了客户端信息
6、返回，等待另一客户请求。
7、关闭套接字。
客户端程序：
1、创建套接字（socket）。   
2、向服务器发出连接请求（connect）。
3、和服务器端进行通信（send/recv）。
4、关闭套接字。
不需要调用bind函数
基于UDP(面向无连接)的socket编程
服务器端（接收端）程序：
1、创建套接字（socket）。   
2、将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）。
3、等待接收数据（recvfrom）。
4、关闭套接字。
客户端（发送端）程序：
1、创建套接字（socket）。   
2、向服务器发送数据（sendto）。
3、关闭套接字。
相关函数说明
int WSAStartup( WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData );
wVersionRequested参数用于指定准备加载的Winsock库的版本。高位字节指定所需要的Winsock库的副版本，而低位字节则是主版本。可用MAKEWORD(x,y)(其中，x是高位字节，y是低位字节)方便地获得wVersionRequested的正确值。
lpWSAData参数是指向WSADATA结构的指针，WSAStartup用其加载的库版本有关的信息填在这个结构中。
WSADATA结构定义如下：
typedef struct WSAData {
WORD wVersion;
WORD wHighVersion;
char szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];
char szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];
unsigned short iMaxSockets;
unsigned short iMaxUdpDg;
char FAR * lpVendorInfo;
} WSADATA, *LPWSADATA;
WSAStartup把第一个字段wVersion设成打算使用的Winsock版本。wHighVersion 参数容纳的是现有的Winsock库的最高版本。记住，这两个字段中，高位字节代表的是Winsock副版本，而低位字节代表的则是Winsock主版本。szDescription和szSystemStatus这两个字段由特定的Winsock实施方案设定，事实上没有用。不要使用下面这两个字段：iMaxSockets和iMaxUdpDg，它们是假定同时最多可打开多少套接字和数据报的最大长度。然而，要知道数据报的最大长度应该通过WSAEnumProtocols来查询协议信息。同时最多可打开套接字的数目不是固定的，很大程度上和可用物理内存的多少有关。最后，lpVendorInfo字段是为Winsock实施方案有关的指定厂商信息预留的。任何一个Win32平台上都没有使用这个字段。
如果WinSock.dll或底层网络子系统没有被正确初始化或没有被找到，WSAStartup将返回WSASYSNOTREADY。此外这个函数允许你的应用程序协商使用某种版本的WinSock规范，如果请求的版本等于或高于DLL所支持的最低版本，WSAData的wVersion成员中将包含你的应用程序应该使用的版本，它是DLL所支持的最高版本与请求版本中较小的那个。反之，如果请求的版本低于DLL所支持的最低版本，WSAStartup将返回WSAVERNOTSUPPORTED。关于WSAStartup更详细的信息，请查阅MSDN中的相关部分。
对于每一个WSAStartup的成功调用(成功加载WinSock DLL后)，在最后都对应一个WSACleanUp调用，以便释放为该应用程序分配的资源。
SOCKET socket( int af, int type, int protocol );
该函数接收三个参数。第一个参数af指定地址族，对于TCP/IP协议的套接字，它只能是AF_INET(也可写成PF_INET)。第二个参数指定Socket类型，对于1.1版本的Socket，它只支持两种类型的套接字，SOCK_STREAM指定产生流式套接字，SOCK_DGRAM产生数据报套接字。第三个参数是与特定的地址家族相关的协议，如果指定为0，那么它就会根据地址格式和套接字类别，自动为你选择一个合适的协议。这是推荐使用的一种选择协议的方法。
如果这个函数调用成功，它将返回一个新的SOCKET数据类型的套接字描述符。如果调用失败，这个函数就会返回一个INVALID_SOCKET，错误信息可以通过WSAGetLastError函数返回。
int bind( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen );
这个函数接收三个参数。第一个参数s指定要绑定的套接字，第二个参数指定了该套接字的本地地址信息，是指向sockaddr结构的指针变量，由于该地址结构是为所有的地址家族准备的，这个结构可能（通常会）随所使用的网络协议不同而不同，所以，要用第三个参数指定该地址结构的长度。 sockaddr结构定义如下：
struct sockaddr {
u_short sa_family;
char sa_data[14];
};
sockaddr的第一个字段sa_family指定该地址家族，在这里必须设为AF_INET。sa_data仅仅是表示要求一块内存分配区，起到占位的作用，该区域中指定与协议相关的具体地址信息。由于实际要求的只是内存区，所以对于不同的协议家族，用不同的结构来替换sockaddr。除了sa_family外，sockaddr是按网络字节顺序表示的。在TCP/IP中，我们可以用sockaddr_in结构替换sockaddr，以方便我们填写地址信息。
sockaddr_in的定义如下：
struct sockaddr_in{
short sin_family;
unsigned short sin_port;
struct   in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
其中，sin_family表示地址族，对于IP地址，sin_family成员将一直是AF_INET。成员sin_port指定的是将要分配给套接字的端口。成员sin_addr给出的是套接字的主机IP地址。而成员sin_zero只是一个填充数，以使sockaddr_in结构和sockaddr结构的长度一样。如果这个函数调用成功，它将返回0。如果调用失败，这个函数就会返回一个SOCKET_ERROR，错误信息可以通过WSAGetLastError函数返回。
将IP地址指定为INADDR_ANY，允许套接字向任何分配给本地机器的IP地址发送或接收数据。多数情况下，每个机器只有一个IP地址，但有的机器可能会有多个网卡，每个网卡都可以有自己的IP地址，用INADDR_ANY可以简化应用程序的编写。将地址指定为INADDR_ANY，允许一个独立应用接受发自多个接口的回应。如果我们只想让套接字使用多个IP中的一个地址，就必须指定实际地址，要做到这一点，可以用inet_addr()函数，这个函数需要一个字符串作为其参数，该字符串指定了以点分十进制格式表示的IP地址(如192.168.0.16)。而且inet_addr()函数会返回一个适合分配给S_addr的u_long类型的数值。inet_ntoa()函数会完成相反的转换，它接受一个in_addr结构体类型的参数并返回一个以点分十进制格式表示的IP地址字符串。
The htonl function converts a u_long from host to TCP/IP network byte order (which is big endian).
u_long htonl(u_long hostlong);
The htons function converts a u_short from host to TCP/IP network byte order (which is big-endian).
u_short htons(
  u_short hostshort
);
基于TCP服务器端程序
经过3步握手建立连接
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 )
{
return;
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;
}
//  创建套接字
SOCKET sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
// 绑定到本地地址和端口
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);
addrSrv.sin_family=AF_INET;
addrSrv.sin_port=htons(6000);
bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
listen(sockSrv,5);
// 接受客户端的地址信息
SOCKADDR_IN addrClient;
int len=sizeof(SOCKADDR);
while(1)
{
SOCKET sockConn=accept(sockSrv,// 监听状态的Socket
(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
// 开始通信
char sendBuf[100];
sprintf(sendBuf,"Welcome %s to http://blog.csdn.net/persuper",
inet_ntoa(addrClient.sin_addr));
send(sockConn,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0);
char recvBuf[100];
recv(sockConn,recvBuf,100,0);
printf("%s\n",recvBuf);
closesocket(sockConn);
}}
在工程设置中加入ws2_32.lib

基于TCP客户端程序
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return;
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;
}
SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1");//服务器端地址
addrSrv.sin_family=AF_INET;
addrSrv.sin_port=htons(6000);
connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
char recvBuf[100];
recv(sockClient,recvBuf,100,0);
printf("%s\n",recvBuf);
send(sockClient,"This is lisi",strlen("This is lisi")+1,0);
closesocket(sockClient);
WSACleanup();
}
基于UDP服务器端程序（接收端）
不需要监听和连接步骤，绑定后即可接收数据了
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return;
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;
}
SOCKET sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);
addrSrv.sin_family=AF_INET;
addrSrv.sin_port=htons(6000);
bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
SOCKADDR_IN addrClient;
int len=sizeof(SOCKADDR);
char recvBuf[100];
recvfrom(sockSrv,recvBuf,100,0,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
printf("%s\n",recvBuf);
closesocket(sockSrv);
WSACleanup();
}
基于UDP客户端程序（发送端）
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return;
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;
}
SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1");
addrSrv.sin_family=AF_INET;
addrSrv.sin_port=htons(6000);
sendto(sockClient,"Hello",strlen("Hello")+1,0,
(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
closesocket(sockClient);
WSACleanup();
}
基于TCP和UDP的发送和接受函数不同

基于字符界面的聊天程序
服务器端程序
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return;
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;
}
SOCKET sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); // 创建数据包套接字
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);
addrSrv.sin_family=AF_INET;
addrSrv.sin_port=htons(6000);
bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
char recvBuf[100];
char sendBuf[100];
char tempBuf[200];
SOCKADDR_IN addrClient;
int len=sizeof(SOCKADDR);
while(1)
{
recvfrom(sockSrv,recvBuf,100,0,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
if('q'==recvBuf[0])
{
sendto(sockSrv,"q",strlen("q")+1,0,(SOCKADDR*)&addrClient,len);
printf("Chat end!\n");
break;
}
sprintf(tempBuf,"%s say : %s",inet_ntoa(addrClient.sin_addr),recvBuf);
printf("%s\n",tempBuf);
printf("Please input data:\n");
gets(sendBuf); // 等待用户输入，从标准输入流中获取一行数据，一般回车为界
sendto(sockSrv,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0,(SOCKADDR*)&addrClient,len);
}
closesocket(sockSrv);
WSACleanup();
}
客户端聊天程序
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return;
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
        HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;
}
SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1");
addrSrv.sin_family=AF_INET;
addrSrv.sin_port=htons(6000);

char recvBuf[100];
char sendBuf[100];
char tempBuf[200];
int len=sizeof(SOCKADDR);
while(1) // 死循环
{
printf("Please input data:\n");
gets(sendBuf);
sendto(sockClient,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0,(SOCKADDR*)&addrSrv,len);
recvfrom(sockClient,recvBuf,100,0,(SOCKADDR*)&addrSrv,&len);
if('q'==recvBuf[0])
{
sendto(sockClient,"q",strlen("q")+1,0,(SOCKADDR*)&addrSrv,len);
printf("Chat end!\n");
break;
}
sprintf(tempBuf,"%s say : %s",inet_ntoa(addrSrv.sin_addr),recvBuf);
printf("%s\n",tempBuf);
}
closesocket(sockClient);
WSACleanup();
}
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