應(yīng)用SOCKET實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信

李光明

（西安政治學(xué)院，陜西 西安710068）

0 引 言

衛(wèi)星遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是基于C/S的體系結(jié)構(gòu)，分為遙測(cè)參數(shù)處理軟件和遙測(cè)參數(shù)處理結(jié)果顯示軟件，兩個(gè)軟件模塊可在同一機(jī)器上或不同機(jī)器上獨(dú)立運(yùn)行，通過SOCKET鏈路交換數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)接收有效載荷管理工作站中的遙測(cè)數(shù)據(jù)，完成實(shí)時(shí)處理。處理結(jié)果實(shí)時(shí)回送有效載荷管理工作站進(jìn)行入庫處理，同時(shí)以組廣播的形式向所有的顯示工作站實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)，供監(jiān)視衛(wèi)星運(yùn)行情況。本文將詳細(xì)討論這項(xiàng)技術(shù)，同時(shí)列舉出筆者在SOCKET編程過程中的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1 SOCKET編程的基本概念

Windows NT提供了一個(gè)最重要的通信程序設(shè)計(jì)機(jī)制——Windows Sockets（WinSock），使我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)通信編程上有很大的發(fā)揮空間。

一個(gè)套接字（Socket）是一個(gè)通信端點(diǎn)。典型的通信發(fā)生于一個(gè)客戶和一個(gè)服務(wù)器之間，就有兩個(gè)端點(diǎn)，一個(gè)在客戶端，一個(gè)在服務(wù)器端。對(duì)應(yīng)的就有兩個(gè)套接字，且這兩個(gè)套接字在客戶和服務(wù)器之間建立了雙向數(shù)據(jù)傳送的連接。

套接字基本上分為兩類：流套接字、數(shù)據(jù)報(bào)套接字。流套接字（Stream Sockets）用于大流量數(shù)據(jù)的雙向傳輸，數(shù)據(jù)流可分為記錄流或字節(jié)流，這取決于協(xié)議。流通常用于無重復(fù)（UnDuplicated）的和順序（Sequenced，保持包發(fā)送順序）的傳送和接收數(shù)據(jù)。流套接字保證數(shù)據(jù)發(fā)送。數(shù)據(jù)報(bào)套接字（Datagram Sockets）主要用于廣播功能。數(shù)據(jù)報(bào)套接字支持雙向數(shù)據(jù)流，不保證可靠、有序、無重復(fù)性，是面向無連接的傳輸機(jī)制。

套接字應(yīng)用程序可以使用一個(gè)端口（port）與其它套接字應(yīng)用程序通信。端口的含義可以這樣理解：它的作用是可以實(shí)現(xiàn)在具有一個(gè)IP地址的單臺(tái)機(jī)器上同時(shí)有效地運(yùn)行多個(gè)客戶或演示軟件，各個(gè)到達(dá)的TCP包或UDP包都被指定給某一特定的端口。例如，可以在一個(gè)窗口中執(zhí)行FTP，同時(shí)在另一個(gè)窗口運(yùn)行自己的套接字應(yīng)用程序或其它通信程序，確保不同通信程序的數(shù)據(jù)不被混淆在一起的機(jī)制就是端口。公用通信功能使用保留端口，用戶可指定未被保留且未被使用的端口，或傳遞0作為端口值由Sockets自動(dòng)分配端口。

每個(gè)套接字還有一個(gè)套接字地址，通常是應(yīng)用程序運(yùn)行所在計(jì)算機(jī)的IP地址。

Socket實(shí)際上代表了IP地址和端口號(hào)的組合，變成了通信中一種抽象化的終端節(jié)點(diǎn)。

套接字通信通常分為三個(gè)階段：

（1）執(zhí)行安裝功能。創(chuàng)建并綁定一個(gè)套接字，定位并與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)建立一個(gè)套接字連接。

（2）發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。若正在編寫一個(gè)服務(wù)類型的套接字應(yīng)用程序，則可創(chuàng)建一個(gè)套接字并監(jiān)聽從客戶來的套接字連接輸入。若有多個(gè)用戶想同步的建立連接，則可請(qǐng)求積壓連接請(qǐng)求。

（3）執(zhí)行清除功能。斷開和關(guān)閉套接字連接。

與其它的Windows程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域一樣，可用API或MFC庫對(duì)Windows Sockets編程。WinSock使用TCP/IP協(xié)議，但TCP/IP并不是 WinSock支持的唯一協(xié)議，它還支持 Novell的IPX/SPX、Digital的DECNet和除TCP/IP之外的其它協(xié)議。在TCP/IP協(xié)議組中，TCP是一種面向連接的協(xié)議，為用戶提供可靠的、全雙工的字節(jié)流服務(wù)，具有確認(rèn)、流控制、多路復(fù)用和同步等功能，適于數(shù)據(jù)傳輸。而UDP協(xié)議則是無連接的，每個(gè)分組都攜帶完整的目的地址，各分組在系統(tǒng)中獨(dú)立傳送。它不能保證分組的先后順序，不進(jìn)行分組出錯(cuò)的恢復(fù)與重傳，因此不能保證傳輸?shù)目煽啃裕?，它提供高傳輸效率的?shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，適于實(shí)時(shí)的語音、圖像傳輸、廣播消息等網(wǎng)絡(luò)傳輸。

本文主要以 MFC下 Windows Sockets編程為例，介紹一般使用方法及注意事項(xiàng)。

2 編程基本流程

MFC下提供兩種SOCKET類型供用戶使用：SOCK＿STREAM、SOCK＿DGRAM，相應(yīng)有兩種類CasyncSocket、Csocket可供使用。

Csocket封裝的socket使用TCP協(xié)議，提供有序的、可靠的、雙向的、連接的、無重復(fù)并且無記錄邊界的比特流傳輸機(jī)制。CasyncSocket封裝的socket使用UDP協(xié)議，支持雙向數(shù)據(jù)流，但并不保證是可靠、有序、無重復(fù)的，為面向無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制。

MFC下客戶和服務(wù)器利用面向連接的Csocket進(jìn)行通信的過程、具體編程細(xì)節(jié)參考MFC下Chatter、Chatsrvr程序示例。

一般來說，客戶方在OnReceive（）中處理數(shù)據(jù)，服務(wù)器方在監(jiān)聽Socket的OnAccept（）中處理客戶連接，并在其中建立數(shù)據(jù)處理Socket，數(shù)據(jù)處理Socket在OnReceive（）中處理數(shù)據(jù)。

客戶和服務(wù)器利用CasyncSocket進(jìn)行通信的過程，UDP協(xié)議下的通信較簡(jiǎn)單，不需要事先建立連接，而是通過數(shù)據(jù)定向發(fā)送、接收實(shí)現(xiàn)服務(wù)器/客戶通信。

3 編程點(diǎn)滴

3.1 SOCKET創(chuàng)建

3.1.1 一般過程

以MFC下異步SOCKET創(chuàng)建為例：

（1）首先聲明SOCKET對(duì)象

CAsyncSocket socket。

（2）創(chuàng)建SOCKET

socket.Create（UINT nSocketPort ＝ 0，int nSocketType＝SOCK＿DGRAM，long lEvent＝ FD＿READ｜FD＿WRITE｜FD＿OOB｜FD＿ACCEPT｜FD＿CONNECT｜FD＿CLOSE，LPCTSTR lpszSocketAddress＝NULL）；

其中，nSocketPort是此socket綁定的端口號(hào)，區(qū)分不同的應(yīng)用程序；nSocketType是socket類型，此處應(yīng)用UDP協(xié)議，選用數(shù)據(jù)報(bào)類型；lEvent指明此socket需要反應(yīng)的消息，可重載相應(yīng)的消息映射函數(shù)做出動(dòng)作。

下面的討論主要針對(duì)nSocketPort、lpszSocket－Address兩個(gè)參數(shù)的指定，為敘述簡(jiǎn)便，標(biāo)識(shí)nSocket－Port為端口，標(biāo)識(shí)lpszSocketAddress為IP地址。記住，使用該類進(jìn)行socket創(chuàng)建后，不要再調(diào)用bind（）函數(shù)，因?yàn)镸FC的CasyncSocket類已經(jīng)將socket的create（）和bind（）封裝在一起，形成Create（）。

3.1.2 注意事項(xiàng)

（1）在同一計(jì)算機(jī)、同一應(yīng)用程序中創(chuàng)建兩個(gè)CAsyncSocket：socket1、socket2

a.socket1、socket2不能指定同一端口、同一地址；

b.socket1、socket2指定相同端口、但地址必須不同；

c.socket1、socket2指定相同地址、但端口必須不同；

d.若socket1調(diào)用Create（）創(chuàng)建，指明端口，但未指明IP地址。則socket1的IP地址不能再改變，除非它是已連接的或I/O正在產(chǎn)生，否則得不到地址；socket2不能指定該端口、指定本機(jī)任一IP地址創(chuàng)建；socket2可以更換端口、指定本機(jī)任一IP地址創(chuàng)建；socket2可以更換端口、不指定IP地址創(chuàng)建。

（2）創(chuàng)建一個(gè)CAsyncSocket：socket

不要試圖嘗試以任何方式再次創(chuàng)建同一個(gè)socket，任何方式指端口、IP地址的組合方式，即：

不能以相同端口、不同IP地址再次創(chuàng)建該socket；

不能以相同端口、相同IP地址再次創(chuàng)建該socket；

不能以不同端口、相同IP地址再次創(chuàng)建該socket；

不能以不同端口、不同IP地址再次創(chuàng)建該socket。

3.2 組廣播SOCKET的建立

組廣播通信可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器向網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)機(jī)器發(fā)送數(shù)據(jù)信息，且這種方式對(duì)發(fā)送端來說編程簡(jiǎn)潔，通過向一個(gè)單一組地址發(fā)送來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。

3.2.1 組廣播通信原理

TCP/IP協(xié)議地址分配中的D類地址即為多目地址（multicast address），范圍是224.0.0.0～239.255.255.255。組廣播通信雙方認(rèn)知一個(gè)D類地址中的組廣播地址，發(fā)送數(shù)據(jù)向目的端口。該地址發(fā)送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)方將本機(jī)IP地址加入該組地址中，并在該端口上建立SOCKET等待數(shù)據(jù)接收。數(shù)據(jù)以廣播方式發(fā)送到各臺(tái)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)，由協(xié)議判斷該由哪臺(tái)計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)，判斷的依據(jù)就是本機(jī)IP地址與組廣播地址的關(guān)系。

3.2.2 組廣播實(shí)現(xiàn)

組廣播SOCKET的建立涉及到SOCKET屬性的設(shè)置，即函數(shù)

int setsockopt （SOCKET s，int level，int optname，const char FAR ＊ optval，int optlen）

設(shè)置了SOCKET的屬性，創(chuàng)建組SOCKET時(shí)，level設(shè)置為IPPROTO＿IP，optname設(shè)置為IP＿ADD＿M(jìn)EMBERSHIP，optval類型為struct ip＿mreq，組地址和本機(jī)地址就在該結(jié)構(gòu)中指定，下面具體給出實(shí)例，函數(shù)和結(jié)構(gòu)的具體信息可查VC幫助。

//接收方加入組地址實(shí)例

CAsyncSocket Socket； //聲明異步SOCKET

Socket.Create（5000，SOCK＿DGRAM）； //以端口5000，缺省地址創(chuàng)建SOCKET

struct ip＿mreq bindGroup； //聲明結(jié)構(gòu)

bindGroup.imr＿multiaddr.s＿addr＝inet＿addr（“232.20.1.1”）； //填充組地址

bindGroup.imr＿interface.s＿addr＝inet＿addr（“10.3.17.13”）； //填充本機(jī)地址

//設(shè)置SOCKET屬性

int status＝ setsockopt（Socket－＞m＿h(yuǎn)Socket，IPPROTO＿IP，

IP＿ADD＿M(jìn)EMBERSHIP，

（char＊）＆bindGroup，sizeof（struct ip＿mreq））；

if（status＝＝SOCKET＿ERROR）//出錯(cuò)處理

｛

int err＝ GetLastError（）；

CString mes；

mes.Format（"Add Group Failed，Error Code：%d."，err）；

MessageBox（mes）；

｝

3.3 Winsock的編程特點(diǎn)與異步選擇機(jī)制

3.3.1 阻塞及其處理方式

在網(wǎng)絡(luò)通訊中，由于網(wǎng)絡(luò)擁擠或一次發(fā)送的數(shù)據(jù)量過大等原因，經(jīng)常會(huì)發(fā)生交換的數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)不能傳送完，收發(fā)數(shù)據(jù)的函數(shù)因此不能返回，這種現(xiàn)象叫做阻塞。Winsock對(duì)有可能阻塞的函數(shù)提供了兩種處理方式：阻塞和非阻塞方式。在阻塞方式下，收發(fā)數(shù)據(jù)的函數(shù)在被調(diào)用后一直要到傳送完畢或者出錯(cuò)才能返回。在阻塞期間，被阻的函數(shù)不斷會(huì)調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)GetMessage（）來保持消息循環(huán)的正常進(jìn)行。對(duì)于非阻塞方式，函數(shù)被調(diào)用后立即返回，當(dāng)傳送完成后由Winsock給程序發(fā)一個(gè)事先約定好的消息。

編程時(shí)應(yīng)盡量使用非阻塞方式。因?yàn)樵谧枞绞较?，用戶可能?huì)長(zhǎng)時(shí)間的等待過程中試圖關(guān)閉程序，因?yàn)橄⒀h(huán)還在起作用，所以程序的窗口可能被關(guān)閉。這樣當(dāng)函數(shù)從Winsock的動(dòng)態(tài)連接庫中返回時(shí)，主程序已經(jīng)從內(nèi)存中刪除，這顯然是極其危險(xiǎn)的。

3.3.2 異步選擇函數(shù) WSAAsyncSelect（）的使用

Winsock通過WSAAsyncSelect（）自動(dòng)地設(shè)置套接字處于非阻塞方式。使用 Windows Sockets實(shí)現(xiàn)Windows網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是它提供了對(duì)網(wǎng)絡(luò)事件基于消息的異步存取，用于注冊(cè)應(yīng)用程序感興趣的網(wǎng)絡(luò)事件。它請(qǐng)求 Windows Sockets DLL在檢測(cè)到套接字上發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)事件時(shí)，向窗口發(fā)送一個(gè)消息。對(duì)UDP協(xié)議，這些網(wǎng)絡(luò)事件主要為：

FD＿READ期望在套接字收到數(shù)據(jù)（即讀準(zhǔn)備好）時(shí)接收通知；

FD＿WRITE期望在套接字可發(fā)送數(shù)（即寫準(zhǔn)備好）時(shí)接收通知；

FD＿CLOSE期望在套接字關(guān)閉時(shí)接電通知；消息變量wParam指示發(fā)生網(wǎng)絡(luò)事件的套接字，變量1Param的低字節(jié)描述發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)事件，高字包含錯(cuò)誤碼。如在窗口函數(shù)的消息循環(huán)中均加一個(gè)分支：

int ok＝sizeof（SOCKADDR）；

case wMsg；

switch（1Param）

｛

case FD＿READ：//套接字上讀數(shù)據(jù)

if（recvfrom（sr.lpPlayData［j］，dwDataSize，0，（struct sockaddr FAR＊）＆there1，

（int FAR＊）＆ok）＝＝SOCKET＿ERROR0

｛

MessageBox｝hwnd，“數(shù)據(jù)接收失??！”，“”，MB＿OK）；

return（FALSE）；

）

case FD＿WRITE：//套接字上寫數(shù)據(jù)

）

break；

在程序的編制中，應(yīng)根據(jù)需要靈活地將WSAAsyncSelect（）函數(shù)放在相應(yīng)的消息循環(huán)之中。同時(shí)，按照程序容錯(cuò)誤設(shè)計(jì)，應(yīng)建立一個(gè)專門的容錯(cuò)處理函數(shù)。程序中可能出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤都將由該函數(shù)進(jìn)行處理，依據(jù)錯(cuò)誤的危害程度不同，建立幾種不同的處理措施。這樣，才能保證雙方通信的順利和可靠。

［1］ ［美］Douglas E Comer.Internet Working with TCP/IP［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1998.

［2］ 蔣東興.Windows Sockets網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)大全［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1999.

［3］ ［美］Kate Gregory.Visual C＋＋5開發(fā)使用手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

［4］ ［美］Robert D Thompson.MFC開發(fā)人員參考手冊(cè)［M］.前導(dǎo)工作室，1998.