揭開Socket編程的面紗

        對TCP/IP、UDP、Socket編程這些詞你不會很陌生吧？隨著網路技術的發展，這些詞充斥著我們的耳朵。那麼我想問：

1.         什麼是TCP/IP、UDP？
2.         Socket在哪裡呢？
3.         Socket是什麼呢？
4.         你會使用它們嗎？

什麼是TCP/IP、UDP？

         TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即傳輸控制通訊協定/網間協議，是一個工業標準的協議集，它是為廣域網路（WANs）設計的。
         UDP（User Data Protocol，使用者資料包通訊協定）是與TCP相對應的協議。它是屬於TCP/IP協議族中的一種。
        這裡有一張圖，表明了這些協議的關係。

                                                                               

                                                                        圖1

       TCP/IP協議族包括運輸層、網路層、鏈路層。現在你知道TCP/IP與UDP的關係了吧。
Socket在哪裡呢？
       在圖1中，我們沒有看到Socket的影子，那麼它到底在哪裡呢？還是用圖來說話，一目瞭然。

圖2

       原來Socket在這裡。
Socket是什麼呢？
       Socket是應用程式層與TCP/IP協議族通訊的中間軟體抽象層，它是一組介面。在設計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把複雜的TCP/IP協議族隱藏在Socket介面後面，對使用者來說，一組簡單的介面就是全部，讓Socket去組織資料，以符合指定的協議。
你會使用它們嗎？
       前人已經給我們做了好多的事了，網路間的通訊也就簡單了許多，但畢竟還是有挺多工作要做的。以前聽到Socket編程，覺得它是比較高深的編程知識，但是只要弄清Socket編程的工作原理，神秘的面紗也就揭開了。
       一個生活中的情境。你要打電話給一個朋友，先撥號，朋友聽到電話鈴聲後提起電話，這時你和你的朋友就建立起了串連，就可以講話了。等交流結束，掛斷電話結束此次交談。    生活中的情境就解釋了這工作原理，也許TCP/IP協議族就是誕生於生活中，這也不一定。

      

圖3

       先從伺服器端說起。伺服器端先初始化Socket，然後與連接埠綁定(bind)，對連接埠進行監聽(listen)，調用accept阻塞，等待用戶端串連。在這時如果有個用戶端初始化一個Socket，然後串連伺服器(connect)，如果串連成功，這時用戶端與伺服器端的串連就建立了。用戶端發送資料請求，伺服器端接收請求並處理請求，然後把回應資料發送給用戶端，用戶端讀取資料，最後關閉串連，一次互動結束。
       在這裡我就舉個簡單的例子，我們走的是TCP協議這條路（見圖2）。例子用MFC編寫，啟動並執行介面如下：

圖4

圖5

       在用戶端輸入伺服器端的IP地址和發送的資料，然後按發送按鈕，伺服器端接收到資料，然後回應用戶端。用戶端讀取回應的資料，顯示在介面上。
       下面是接收資料和發送資料的函數：

int    Receive(SOCKET fd,char *szText,int len)

{
       int cnt;
       int rc;
       cnt=len;

       while(cnt>0)
       {
              rc=recv(fd,szText,cnt,0);
              if(rc==SOCKET_ERROR)
              {
                     return -1;
             }

             if(rc==0)

                     return len-cnt;

              szText+=rc;

              cnt-=rc;

       }

       return len;

}

int Send(SOCKET fd,char *szText,int len)
{

       int cnt;

       int rc;

       cnt=len;

       while(cnt>0)

       {

              rc=send(fd,szText,cnt,0);

              if(rc==SOCKET_ERROR)

              {

                     return -1;

              }

              if(rc==0)

                     return len-cnt;

              szText+=rc;

              cnt-=rc;

       }

       return len;

}

伺服器端：

       在伺服器端，主要是啟動Socket和監聽線程。

#define DEFAULT_PORT      2000

void CServerDlg::OnStart()

{

       sockaddr_in local;

       DWORD dwThreadID = 0;

      

       local.sin_family=AF_INET;

       //設定的連接埠為DEFAULT_PORT。

       local.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);

       //IP地址設定成INADDR_ANY,讓系統自動擷取原生IP地址。

       local.sin_addr.S_un.S_addr=INADDR_ANY;

 

       //初始化Socket

       m_Listening = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

       if(m_Listening == INVALID_SOCKET)

       {

              return ;

       }

       //將本地地址綁定到所建立的通訊端上

       if(bind(m_Listening,(LPSOCKADDR)&local,sizeof(local)) == SOCKET_ERROR )

       {

              closesocket(m_Listening);

              return ;

       }

       //建立監聽線程，這樣也能響應介面上操作。

       m_hListenThread = ::CreateThread(NULL,0,ListenThread,this,0,&dwThreadID);

       m_StartBtn.EnableWindow(FALSE);

       m_StopBtn.EnableWindow(TRUE);

}

監聽線程函數：
DWORD WINAPI CServerDlg::ListenThread(LPVOID lpparam)
{

       CServerDlg* pDlg = (CServerDlg*)lpparam;

       if(pDlg == NULL)

              return 0;

 

       SOCKET  Listening = pDlg->m_Listening;

       //開始監聽是否有用戶端串連。

       if(listen(Listening,40) == SOCKET_ERROR)

       {

              return 0;

       }

       char szBuf[MAX_PATH];

       //初始化

       memset(szBuf,0,MAX_PATH);

       while(1)

       {

              SOCKET ConnectSocket;

              sockaddr_in    ClientAddr;

              int                  nLen = sizeof(sockaddr);

              //阻塞直到有用戶端串連，不然多浪費CPU資源。

              ConnectSocket = accept(Listening,(sockaddr*)&ClientAddr,&nLen);

              //都到用戶端的IP地址。

              char *pAddrname = inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr);

              pDlg->Receive(ConnectSocket,szBuf,100);

              //介面上顯示請求資料。

              pDlg->SetRequestText(szBuf);

              strcat(szBuf," :我是老貓，收到（");

              strcat(szBuf,pAddrname);

              strcat(szBuf,"）");

              //向用戶端發送回應資料

              pDlg->Send(ConnectSocket,szBuf,100);

       }

       return 0;

}

       伺服器端一直在監聽是否有用戶端串連，如有串連，處理用戶端的請求，給出回應，然後繼續監聽。

用戶端：

       用戶端的發送函數：

#define DEFAULT_PORT      2000

void CClientDlg::OnSend()

{

       DWORD dwIP = 0;      

       TCHAR szText[MAX_PATH];

       memset(szText,0,MAX_PATH);

       m_IP.GetWindowText(szText,MAX_PATH);

       //把字串形式的IP地址轉成IN_ADDR結構需要的形式。

       dwIP = inet_addr(szText);

       m_RequestEdit.GetWindowText(szText,MAX_PATH);

 

       sockaddr_in local;

       SOCKET socketTmp;

       //必須是AF_INET,表示該socket在Internet域中進行通訊

       local.sin_family=AF_INET;

       //連接埠號碼

       local.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);

       //伺服器的IP地址。

       local.sin_addr.S_un.S_addr=dwIP;

      

       ////初始化Socket

       socketTmp=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

       //串連伺服器

       if(connect(socketTmp,(LPSOCKADDR)&local,sizeof(local)) < 0)

       {

              closesocket(socketTmp);

              MessageBox("串連伺服器失敗。");

              return ;

       }

       //發送請求，為簡單只發100位元組，在伺服器端也規定100位元組。

       Send(socketTmp,szText,100);

       //讀取伺服器端返回的資料。

       memset(szText,0,MAX_PATH);

       //接收伺服器端的回應。

       Receive(socketTmp,szText,100);

 

       TCHAR szMessage[MAX_PATH];

       memset(szMessage,0,MAX_PATH);

       strcat(szMessage,szText);

       //介面上顯示回應資料。

       m_ReplyBtn.SetWindowText(szMessage);

       closesocket(socketTmp);

}

       用戶端就一個函數完成了一次通訊。在這裡IP地址為何用127.0.0.1呢？使用這個IP地址，伺服器端和用戶端就能運行在同一台機器上，這樣調試方便多了。當然你可以在你朋友的機器上運行Server程式(本人在區域網路中測試過)，在自己的機器上運行Client程式，當然輸入的IP地址就該是你朋友機器的IP地址了。
       簡單的理論和實踐都說了，現在Socket編程不神秘了吧？希望對你有些協助。