基于TCPIP的SOCKET接口实现网络通信.doc

基于TCP/IP的SOCKET接口实现网络通信姜 文 平谭晖(湖北省邮电科学研究院430010)摘要在简单说明基于TCP/IP的SOCKET编程的基本原理的基础上，介绍了在UNIX环境下怎样编写客户端和服务器端的通信模块的方法，以及Visul C+ 5.0提供的SOCKET编程机制。关键词TCP/IPSOCKET接口编程计算机软件网络通信基于TCP/IP的SOCKET通令编程接口由4BSDUNIX首先提出，它只能用于UNIX系统。随着微机应和越来越广泛，SOCKET在UNIX的成功应用使得将SOCKET移植到DOS和WIDOWS下成为一件有意义的工作，因此在90年代初，SUN MICROSYSTEM、JSB CORPORATION、FTP SOFTWARE、MICRODYNE以及MICROSOFT等共同制定了一套标准，即WIDOWS SOCKETS规范，把SOCKET机制引入了WIDOWS，先后推出了WINSOCK 1.0、WINSOCK 1.1、WINSOCK 2.0，由于WIDOWS操作系统与UNIX系统任务调度方式的区别，WINSOCK除了可以兼容UNIX和SOCKET编程接口外，又把它加以扩展以适合WIDOWS文件驱动特性。由于WINDOWS编程方法相对复杂，为此，现在提供的编程语言中，都将该机制封装到类中，通过类来编写基于WINDOWS/NT下的网络通信程序。下面我们分别介绍SOCKET通信的有关概念，以及UNIX下的SOCKET编程和基于WINDOWS/NT开发工具提供的SOCKET编程方法。一、基于TCP/IP的SOCKET编程的基本原理利用基于TCP/IP的SOCKET通信编程接口编写程序，其目的是在TCP/IP所组建网络的不同机器之间利用客户/服务器模式建立通信连接。为建立该连接，开发人员只要提供一些基本的连接信息，其余由操作系统内核来完成。下面我们来讨论建立一个完整通信连接开发者需要提供的信息。以机器A通过TCP/IP与机器B进行网络通信为例，对于机器A来说我们需要知道如下信息：(1)机器B的TCP/IP地址；(2)与机器B中哪一个进程(或软件系统)联系。以上两个需要的参数，第一个显然可以被大家理解，但第二个也许有人存在疑问，因为象电子邮件收发、TELNET、PING等基本的TCP/IP网络应用程序，在建立连接时都只要提供TCP/IP地址(或者对应域名地址)，根本没有必要提供第二个参数，这是为什么呢?其实原因很简单，就是它们使用的是一些标准接口，第二个参数早就定义了，这些应用系统在发出呼叫请求前，自己已经知道该与对方怎样联系，在发请求前，自动将第二个参数加入请求中。如果开发者也要开发这样的系统，就需要知道这些标准接口；对于那些需要建立专用系统网络连接的，却需要双方协商。以上两个需要提供的参数，在套接字中分别表示为机器B的地址和机器B的通信端口。通过在同一机器的不同通信软件中定义不同端口地址，来表示机器A是与机器B中哪套系统通信。不管是利用何种协议，完全建立一个网络连接需要五个基本信息。它们分别是双方的地址、约定的通讯端口和协议类型。SOCKET通信编程接口并不是专门为TCP/IP通信提供的，因此套接字通信编程需要在参数中指明通信协议类型。套接字是利用客户/服务器模式来实现通信的，客户端软件和服务器端软件的具体实现也有所不同。具体来说，在客户端利用基于TCP/IP和SOCKET通信编程的基本步骤是：声明一个套接字类型的变量，需要在该变量定义中提供本机IP地址和通信端口并指明协议类型，由于在此介绍的是基于TCP/IP的套接字通信，因此协议类型应该是TCP/IP，在编程接口中该类型用AF-INET来表示；向对方发出连接请求，连接时编程者需要提供对方TCP/IP地址和通信端口，同时SOCKET实现程序自动向对提供本机TCP/IP地址和通信端口；如果连接成功，会收到对方的应答信号，这以后的通信就可以通过套接字的相关操作来实现了。利用SOCKET来实现服务器端通信软件的步骤是：同客户端程序第1个步骤；服务器端通信软件进入等待客户端连接的状态，如果收到连接，则从对方连接请求中获取对方的IP地址和通信端口，并向对方发送连接成功的应答信号。由上面的介绍可知，客户端与服务器端通过SOCKET通信都需要知道5个基本信息，不同的是客户端软件开发者需要向编程接口全部提供5个参数，而服务器端软件开发者只需要提供3个。需要注意的是客户端和服务器端所提供的本地端口地址可以相同，可以不同，但客户端口地址可以动态分配，而服务器端端口地址必须固定，否则连接就不能建立。下面介绍在不同编程语言中编写与客户端和服务器端的通信模块。二、UNIX下通过SOCKET实现面向连接的网络通信下面分别介绍在UNIX环境下编程时，怎样编写客户端和服务器端的通信模块。1.客户端通信模块(1)步骤一，定义套接字变量在UNIX中是通过结构sockaddr_in来定义套接字通信的基本信息(该结构的详细内容请参见有关资料)，然后通过该结构由系统分配一套接字。我们声明客户端相关变量如下：struct sockaddr_in ClientSocketAddr;/*本机通信地址信息变量*/struct sockaddr_in ServerSocketAddr;/*服务器通信地址信息*/intClientSocket;/*套接字句柄变量，也就是系统分配的套接字*/int ret，socklen；(2)步骤二，初始化相关信息，并向系统请求分配套接字对应程序如下：ClientSocketAddr.sin_port=htons(2086);/*指定通信端口为2086，并将端口号转换成为网络字节顺序*/ClientSocketAddr.sin_addr.s_addr=0x81010101f；/*本机IP地址：1，该语句赋值也可用inet_addr(“1”)代替*/ClientSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)；/*分配套接字，参数含义见有关参考书，对于基于TCP/IP编程来说，固定使用该格式调用就可以了*/if(ClientSocket0)/*分配失败的原因一般是系统资源不够引起的*/perror(“Cant allocate a new socket! n”)；return；socklen=sizeof(ClientSocketAddr)；/* sockaddr_in结构的长度是在不同环境下是不同的，故在此取其大小*/ret=bind(socketid,&ClientSocketAddr,socklen)；/*将套接字与本机的地址信息结合(绑定)起来*/if(ret=-1)/*绑定失败一般是由于IP地址不正确或者对应通信端口已经与别的套接字绑定了引起的*/perror(“Cant bind the new socket to socketaddress”)；close(socketid)；return；指定通信端口为2086时，如果不指定一具体端口，该值可以用系统定义常量INADDR_ANY来代替，表示由系统分配任意一个空闲的套接字，这种方式对于客户端来说应该还要保险些。因为指定端口可能被别的系统占用，这时系统就不能分配该端口对应的套接字给本部分程序，导致下面的分配失败。(3)向服务器端发出连接请求ServerSocketAddr.sin_port=1088；/*指定服务器通信端口为1088*/ServerSocketAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(“0”)；/*服务器IP地址：0*/connect(ClientSocket,&ServerSocketAddr，sizeof(ServerSocketAddr)；2.服务器端通信模块(1)步骤一和二同客户端程序下面列出对应C程序：int ServerSocket，ret，socklen，newsocket，clientsocklen；+struct sockaddr_in ServerSocketAddr，ClientSocketAddr；ServerSocketAddr.sin_family=AF_INET；ServerSocketAddr.sin_port=htons(1088)；/*将端口号转换成为网络字节顺序*/ServerSocketAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(“0”)；/*将IP地址串转换成为内部表示地址信息*/ServerSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)；/*分配服务器套接字*/if(ServerSocket0)perror(“Cant allocate a new socket! n”)；return；socklen=sizeof(ServerSocketAddr)；ret=bind(ServerSocket,& ServerSocketAddr,Socklen)；/*将该套接字与服务器通信地址信息绑定*/if(ret=-1)perror(“Cant bind the new socket to socketaddress”)；close(ServerSocket)；return；(2)步骤三，进入监听客户端连接请求状态，并进入等待客户连接请求状态if(listen(ServerSocket,5)0)/*建立长度为5的请求队列，以允许多个五个客户端同时连接/*perror(“Listen error；”)；close(ServerSocket)；return；for(；)newsocket=accept(ServerSocket,&sockaddr,&socklen)；/*监听客户连接请求，如果没客户端连接，程序将一直在此等待*/*连接建立后，用生成的新套接字来处理当前连接请求，而原来监听的套接字继续监听别的连接请求*/if(newsocketClentType=cnNonBlocking；ClientSocket1-Port=8088；ClientSocket1-Address=”00”；if(ClientSocket1-Active!=true) /*判断该连接是否可用*/ClientSocket1-Open()；/*若不可用，建立该连接*/void_fastcall TForm1:ClentSockt1Read(Tobject Sender，/* OnReading事件响应函数*/TCustomWinsocket*Socket)char buff1024；memset(buff，0，1024)；/*初始化授受缓冲区*/ClientSocket1-Socket-ReceiveBuf(buff，1024)；/*接受数据*/if(ClientSocket1-Active=true)/*判断该连接是否可用*/ClientSocket1-Socket-ReceiveBuf(buff，strlen(buff)+1)；/*若可用，发送数据*/elseClientSocketl-Open():/*若不可用，建立连接*/void_fastcall TForm1:ClentSockt1Read(Tobject Sender，TCustomWinsocket*Socket)/* OnReading事件响应函数*/ClientSocket1-Socket-ReceiveBuf(buff，strlen(buff)+1)；/*发送数据*/void_fastcall TForm1:ClentSockt1Read(Tobject Sender，TCustomWinsocket*Socket,TErrorEvent ErrorEvent,int &ErrorCode)/*OnError 事件响应函数*/switch (ErrorCode)/*判断错误号，作出相应处理*/2.服务器端程序编制步骤(1)设置ServerType属性为ctNonBloc-king，设置所要监听的端口号；(2)将Active属性置为true或利用TServerSocket抽象类中的Open方法开始监听；(3)在OnAccept事件响应函数中加入相应处理函数，并记录下连接客户端的IP地址；(4)在OnClientRead事件响应函数中，加入响应接收网络数据的处理方法；(5)利用ServerSocket1-Socket-Connectionsi-SendBuff方法向相应客户端发送数据；(6)利用ServerSocket1-Socket-Connectionsi-Close方法关闭与相应客户端的连接；(7)Active属性置为false或利用TServerSocket抽象类中的Close方法。服务器端程序如下：TServerSocket ServerSocket1；char cConnect10020；int iConnectCount；ServerSocket1-ServerType=cnNonBlocking；ServerSocket1-Port=8088；iConnectCount=0；for(i=0；iActive!=true)/*判断是否在监听*/ServerSocket1-Open()；/*若不在临听，启动监听*/void_fastcall TForm1:ServerSocket1Accept(TO