開發(fā)WindowsSockets通信應(yīng)用程序的經(jīng)驗與實踐

1、開發(fā)Windows Sockets通信應(yīng)用程序的經(jīng)驗與實踐一、引言套接字(Socket最初是由加利福尼亞大學(xué)Berkeley分校為UNIX操作系統(tǒng)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信接口,隨著UNIX操作系統(tǒng)的廣泛使用,套接字成為當前最流行的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序接口之一。90年代初,由Sun Microsystems,JSB Corporation,FTP software,Microdyne和Microsoft等幾家公司共同制定了一套標準,即Windows Sockets規(guī)范。Windows Sockets API是Microsoft Windows的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計接口,它在繼承了Berkeley Sockets主要特

2、征的基礎(chǔ)上,又對它進行了重要擴充。這些擴充主要是提供了一些異步函數(shù),并增加了符合Windows消息驅(qū)動特性的網(wǎng)絡(luò)事件異步選擇機制。這些擴充有利于應(yīng)用程序開發(fā)者編制符合Windows編程模式的軟件,它使在Windows下開發(fā)高性能的網(wǎng)絡(luò)通信程序成為可能。Socket實際上是指一個通信端點,借助于它,用戶所開發(fā)的Socket應(yīng)用程序,可以通過網(wǎng)絡(luò)與其它Socket應(yīng)用程序進行通信。近年來,隨著計算機網(wǎng)絡(luò)與Windows 95的流行,許多用戶所開發(fā)的應(yīng)用程序需要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)通信,在此,筆者根據(jù)在Windows 95環(huán)境下,利用Visual C+ 4.0進行Windows Sockets應(yīng)用程序的

3、開發(fā)經(jīng)驗,闡述一下有關(guān)網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)通信程序的開發(fā)內(nèi)容。二、開發(fā)Windows Sockets網(wǎng)絡(luò)通信程序的軟、硬件環(huán)境所采用的操作系統(tǒng)軟件可以是Windows 95,也可以是Windows NT,因為它們都支持Windows Sockets API,在以下的介紹中,我們將以在Windows 95環(huán)境下的開發(fā)為例。所采用的編程語言一般可選目前較流行使用的可視化和采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的Microsoft Visual C+ 4.0。Visual C+ 4.0可在Windows 95或Windows NT 環(huán)境下運行,其開發(fā)系統(tǒng)增加了全面集成的基于Windows 的開發(fā)工具以及一個基于傳統(tǒng)C/C+開發(fā)過程

4、的“可視化”用戶界面驅(qū)動模型。Visual C+ 4.0中的Microsoft基類(MFC,即Microsoft Foundation Class庫是一系列C+類,其中封裝著為Microsoft Windows操作系統(tǒng)系列編寫應(yīng)用程序的各種功能。在有關(guān)套接字方面,Visual C+ 4.0對原來的Windows Sockets庫函數(shù)進行了一系列封裝,繼而產(chǎn)生了CSocket 、CSocketFile等類,它們封裝著有關(guān)Socket的各種功能。所采用的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議一般是TCP / IP。Windows 95和Windows NT都帶有該協(xié)議。但是,所開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序并不能直接與TCP /

5、IP核心打交道,而是與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程界面Windows Sockets API打交道。Windows Sockets API則可直接與TCP/IP核心進行溝通。TCP / IP核心協(xié)議連同網(wǎng)絡(luò)物理介質(zhì)(如網(wǎng)卡一起,都是提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序間相互通信的設(shè)施。其關(guān)系如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序Windows Sockets APITCP / IP核心協(xié)議物理介質(zhì)圖1 TCP / IP協(xié)議核心與網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序關(guān)系圖在采用TCP / IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的應(yīng)用中,各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點計算機之上的Windows Sockets 網(wǎng)絡(luò)通信程序之間相互作用的主要模式為客戶 / 服務(wù)器(Client / Server 模式。即客戶

6、向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求,服務(wù)器接收到請求后,提供相應(yīng)的服務(wù)。采用這種模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序在進行通信時,服務(wù)器方的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序需首先啟動,并打開一通信通道告知本地主機,它可以在某一公認地址上(保留端口,如文件傳送協(xié)議FTP為21接收客戶請求。而客戶方的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序隨后啟動,并打開一通信通道,連接到服務(wù)器所在主機的保留端口。圖2是客戶方的PC機1、PC機2和PC機3上的Windows Sockets通信程序,與服務(wù)器方的PC機0上的Windows Sockets通信程序,采用客戶 / 服務(wù)器模式進行通信的典型拓撲結(jié)構(gòu)。PC機0以太網(wǎng)交換機或集線器PC機1 PC機2 PC機3圖2 采用客戶/ 服務(wù)器模式

7、相互作用的Windows Sockets通信程序所采用的典型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的所采用的計算機應(yīng)滿足Windows 95運行的配置要求。如果有條件,最好采用Pentium或其以上檔次的微機,將內(nèi)存配置到16MB,并采用1GB左右的硬盤。網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點上的計算機需安裝網(wǎng)卡,并通過Windows 95或其它途徑安裝上該網(wǎng)卡的驅(qū)動程序。此外,象圖2那樣的網(wǎng)絡(luò)若采用以太網(wǎng)交換機(SWITCH,需購買一臺帶有一個100Mbps端口和數(shù)個10Mbps端口的以太網(wǎng)交換機,如3COM公司的SWITCH 1000 ,并通過5類線(UTP將各計算機上的網(wǎng)卡連接入交換機中相應(yīng)的端口,即:將帶有100Mbps以太網(wǎng)卡的

8、PC 0接入100Mbps端口,將其它各計算機接入3個10Mbps 端口。在配置網(wǎng)絡(luò)時,首先應(yīng)通過Windows 95控制面板中的網(wǎng)絡(luò)配置項及Windows 95資源管理器中文件屬性共享性的設(shè)置,使各計算機節(jié)點能在“網(wǎng)上鄰居”中找到自己和其它各計算機,并能實現(xiàn)文件資源相互共享。有關(guān)這方面內(nèi)容介紹的文章已有不少,在此筆者不再贅述。要實現(xiàn)Windows Sockets應(yīng)用程序在網(wǎng)上的數(shù)據(jù)通信,僅僅達到文件資源相互共享還不夠,還必須在Windows 95控制面板中的網(wǎng)絡(luò)配置項添加上TCP / IP協(xié)議,同時給定相應(yīng)的IP地址,這些IP地址在所建的局域網(wǎng)中,不能有重復(fù)。象圖2中的網(wǎng)絡(luò),一般要采用C類地

9、址。以圖2網(wǎng)絡(luò)為例,在對TCP / IP的屬性進行設(shè)置的對話框中,在“IP地址”一項可選“指定IP地址” ,在將“子網(wǎng)屏蔽”都設(shè)置為的情況下,PC機0、PC機1、PC 機2、PC機3各計算機的IP地址可依此設(shè)置為01, 02,03,04。三、進行Windows Sockets通信程序開發(fā)的基本步驟Windows Sockets支持兩種類型的套接字,即流式套接字(SOCK_STREAM、和數(shù)據(jù)報套接字(SOCK_DGRAM。對于要求精確傳輸數(shù)據(jù)的Windows Socke

10、ts通信程序,一般采用流式套接字。流式套接字提供了一個面向連接的、可靠的、數(shù)據(jù)無錯的、無重復(fù)發(fā)送的及按發(fā)送順序接收數(shù)據(jù)的服務(wù)。其內(nèi)設(shè)流量控制,避免數(shù)據(jù)流超限,同時,數(shù)據(jù)被看作是字節(jié)流,無長度限制。采用流式套接字的應(yīng)用程序的開發(fā)都有其基本步驟,圖3是服務(wù)器方及客戶方通信程序的基本流程及作用關(guān)系。服務(wù)器方客戶機方創(chuàng)建流式套接字s1=socket(.將本地地址與s1相連bind(s1, . 監(jiān)聽來自客戶方的連接listen(s1, .建立流式套接字s=socket(.接收連接,并得到新的套接字s2s2=accept(s1, .將套接字s與服務(wù)器建立連接方主機連接connect(s, .在套接字s2上

11、,讀/ 寫數(shù)據(jù),直至在套接字s上寫/讀數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)交換完直到數(shù)據(jù)交換完recv(s2, . 數(shù)據(jù)傳輸 send(s, .send(s2, . recv(s, .關(guān)閉套接字s2 關(guān)閉套接字sclosesocket ( s2 closesocket( s 關(guān)閉套接字s1closesocket(s1圖3 服務(wù)器及客戶機方通信程序基本流程及作用關(guān)系盡管Visual C+ 4.0對原來的Windows Sockets庫函數(shù)進行了一系列封裝,但利用Visual C+ 4.0進行Windows Sockets應(yīng)用程序開發(fā),其基本流程及作用關(guān)系仍然同圖3類似。以在Visual C+ 4.0中,經(jīng)常結(jié)合使用CSo

12、cket、CSocketFile、CArchive等類開發(fā)通信程序的方法為例,闡述其基本步驟,如圖4所示。服務(wù)器方(SERVER客戶方(CLIENT1、構(gòu)造一個套接字 1、構(gòu)造一個套接字CSocket ser_s1; CSocketcli_s;2、創(chuàng)建該套接字 2、創(chuàng)建該套接字ser_s1.Create (port ; cli_s.Create ( ;其中,port為服務(wù)器方打開的通信通道號3、開始監(jiān)聽來自客戶機的連接ser_s1.Listen( ;3、客戶機方套接字cli_s向服務(wù)器方套接字ser_s1發(fā)出連接請求cli_s .Connect (Addr,port;(其中,Addr是欲連接服

13、務(wù)器方套接字地址結(jié)構(gòu)指針,可采用IP地址或機器名。port即打開的通道號,其值與服務(wù)器方的一致。4、構(gòu)造一個新的套接字Csocket ser_s2 ； 5、服務(wù)器等待從 ser_s2 上 接受客戶連接請求 ser_s1.Accept (ser_s2 ； 6、構(gòu)造一個類 CSocketFile 的對象 4、構(gòu)造一個類 CSocketFile 的對象 CSocketFile file(&ser_s2 ； CSocketFile file(&cli_s ； 7、 構(gòu)造類 CArchive 的對象 arIn、 arOut 5、 構(gòu)造類 CArchive 的對象 arIn、 arOut

14、，以用于數(shù)據(jù)的收和發(fā)。 ，以用于數(shù)據(jù)的收和發(fā)。 CArchivearIn(&file , CArchive :load ； CArchivearIn(&file , CArchive :load ； CArchivearOut(&file , CArchive :store ；CArchivearOut(&file , CArchive :store ； 8、使用 arIn 和 arOut 進行收或發(fā)數(shù)據(jù) 6、使用 arIn 和 arOut 進行發(fā)或收數(shù) 據(jù) arIn>> value ； arOut<< value ； arOut<

15、< value ； arIn>> value ； 其中，value 是所傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 9、摧毀所創(chuàng)建的 CSocket、 7、摧毀所創(chuàng)建的 CSocket、 CSocketFile 、CArchive 等類的對象 CSocketFile 、CArchive 等類的對象 圖 4 使用 Visual C+ 4.0 進行 Windows Sockets 應(yīng)用程序開發(fā)的基本步驟 四、使用 Visual C+ 4.0 進行 Windows Sockets 程序開發(fā)的其 它技術(shù)要點 針對使用 Visual C+ 4.0 進行 Windows Sockets 應(yīng)用程序開發(fā)，需要注意以下 幾點

16、： 1、 同常規(guī)編程一樣，無論服務(wù)器方還是客戶方應(yīng)用程序都要進行所謂的初始化 處理，如圖 4 中 Addr、port 缺省值的設(shè)定等，這部分工作仍可采用消息驅(qū)動機 制來先期完成。 2、一般情況下，網(wǎng)絡(luò)通信程序是某應(yīng)用程序中的一模塊。在單獨調(diào)試網(wǎng)絡(luò)通信 程序 時，要盡量與采用該通信模塊的其它應(yīng)用程序開發(fā)者約定好，統(tǒng)一采用一種界面 形式， 即單文檔界面 SDI、多文檔界面 MDI 和基于對話框界面中的一種（這在使用 AppWizard 形 成項目Project文件時有提示），盡管這并非必須，但可使通信模塊在移植到 所需 的應(yīng)用程序時省時省力，因為 Visual C+ 4.0 這種可視化語言在給我們

17、提供方 便的同時 ，也給我們帶來某些不便，譬如所形成的項目文件中的許多相關(guān)文件與所采用的 界面形 式密切聯(lián)系，許多消息驅(qū)動功能，隨所采用的界面形式不同而各異。 當然，也可將通信模塊函數(shù)化，并形成一個動態(tài)連接庫文件(DLL 文件），供主 程序調(diào)用。 3、以通信程序作為其中一個模塊的應(yīng)用程序往往不是在等待數(shù)據(jù)發(fā)送或接收完 之后再 做其它工作，因而在主程序中要采用多線程（Multithreaded）技術(shù)。即將數(shù)據(jù) 的發(fā)或 收，放在一個具有一定優(yōu)先級（一般宜取較高優(yōu)先級）的輔助線程中，在數(shù)據(jù)發(fā) 或收期 間，主程序仍可進行其它工作，譬如利用上一個周期收到的數(shù)據(jù)繪制曲線 。 Visual C+ 4.0 中的 MFC 提供了許多有關(guān)啟動線程、管理線程、同步化線程、終止線程等功能函 數(shù)。 4、在許多情況下，要求通信模塊應(yīng)實時地收、發(fā)數(shù)據(jù)。譬如調(diào)用之的主程序以 0.5 秒為一周期，在這段時間內(nèi) ，要進行如下工作：接收數(shù)據(jù)，利用收到的數(shù)據(jù)進 行運 算，將運算結(jié)果發(fā)送到其它計算機節(jié)點，周而復(fù)始。我們在充分利用 Windows Sockets 的 基于消息的網(wǎng)絡(luò)事件異步選擇機制，用消息來驅(qū)動數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的基礎(chǔ)上， 結(jié)合使 用其他措施， 如將數(shù)據(jù)的收和發(fā)放在高優(yōu)先級線程， 在軟件設(shè)計上， 安排好時序， 盡量 避免在同一時間內(nèi)，雙方都在向?qū)Ψ桨l(fā)送大量數(shù)據(jù)的情況發(fā)生，保證網(wǎng)絡(luò)要有足 夠的 帶寬等，成功地