引言

　　隨著Internet的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)成為研究熱點(diǎn)。Windows環(huán)境下進(jìn)行通訊程序設(shè)計(jì)的基本方法是應(yīng)用Windows Sockets實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通訊。

　　1 TCP/IP協(xié)議、應(yīng)用程序與套接字

　　TCP/IP協(xié)議是眾多網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中比較完善的一種，它的部分是傳輸層協(xié)議（TCP，UDP）、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層（IP）和物理接口層。 這三層通常在操作系統(tǒng)內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)。操作系統(tǒng)的內(nèi)核是不能為用戶(hù)所感受到的，一般用戶(hù)感受到的只有應(yīng)用程序。應(yīng)用程序通過(guò)程序界面與操作系統(tǒng)內(nèi)核打交道。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用程序是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)編程界面套接字Socket（在Windows操作系統(tǒng)下稱(chēng)之為WiNSock）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Socket構(gòu)成了協(xié)議的用戶(hù)視圖。通過(guò)Socket，應(yīng)用程序可訪問(wèn)通信協(xié)議。TPC/IP協(xié)議與應(yīng)用程序之間的關(guān)系如圖1.

圖1 應(yīng)用程序與Windows Sockets的關(guān)系

　　套接字（Socket）是網(wǎng)絡(luò)通信的基本構(gòu)件。套接字是可以被命名的通信端點(diǎn)，應(yīng)用程序通過(guò)它在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。每個(gè)套接字都有其類(lèi)型，并有一個(gè)與之相連的進(jìn)程。TCP/IP提供3種類(lèi)型套接字：

　　1.1 流式套接字（SOCK—STREAM）

　　該接口提供一個(gè)面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)、無(wú)重復(fù)地發(fā)送，且按發(fā)送順序接收。 內(nèi)設(shè)流量控制，避免數(shù)據(jù)流超限；數(shù)據(jù)被看作字節(jié)流，無(wú)長(zhǎng)度限制。流式套接字提供了一種可靠的面向連接的數(shù)據(jù)傳輸方式，如果想發(fā)送大批量數(shù)據(jù)或想讓數(shù)據(jù)按順序無(wú)重復(fù)地到達(dá)目的地，流式套接字為有用。本文使用流式套接字。

　　1.2 數(shù)據(jù)包套接字（SOCK—DGRAM）

　　該接口提供一個(gè)無(wú)連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨(dú)立包形式被發(fā)送，不提供無(wú)錯(cuò)保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，并且接收順序混亂。數(shù)據(jù)包套接字比較適用于數(shù)據(jù)包或記錄型數(shù)據(jù)的傳輸，數(shù)據(jù)包的發(fā)送不能得到保證，而且不能排序到達(dá)。

　　1.3 原始式套接字（SOCK—RAW）

　　該接口允許對(duì)較低層協(xié)議，如IP、ICMP直接訪問(wèn)。

　　套接字至少在客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式；點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式；遠(yuǎn)程程序調(diào)用（RPc）三種通信環(huán)境下廣泛應(yīng)用。

　　2 Windows Sockets介紹

　　Sockets初只是UNIX系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)通信接口之一。1992年制定出Windows Sockets規(guī)范1.0版。 目前實(shí)際應(yīng)用中的Windows Sockets規(guī)范主要有1.1版和2.0版，其中1.1版只支持TCP/IP協(xié)議，而2.0版支持多協(xié)議，并具有良好的向后兼容性。 Windows Sockets 是MicrosoftWindows的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)接口，使在Windows下開(kāi)發(fā)高性能的網(wǎng)絡(luò)程序成為可能。

　　Windows Sockets實(shí)現(xiàn)一般由兩部分組成：開(kāi)發(fā)組件和運(yùn)行組件。 開(kāi)發(fā)組件包括介紹WindowsSockets實(shí)現(xiàn)的文檔、Windows Sockets應(yīng)用程序接口（API）引入庫(kù)和一些頭文件。 運(yùn)行組件是Windows Sockets應(yīng)用程序接口的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL），文件名為WINSOCK.DLL，應(yīng)用程序在執(zhí)行時(shí)通過(guò)裝入它實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。

　　Windows Sockets是Berkelery Sockets 在Windows環(huán)境下的擴(kuò)充[5]，它為Windows下網(wǎng)絡(luò)異步通信提供了一種方便的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行環(huán)境，現(xiàn)在已經(jīng)成為Windows標(biāo)準(zhǔn)下的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)接口，Windows下各種開(kāi)發(fā)平臺(tái)都支持Windows Sockets上的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)，提供了網(wǎng)絡(luò)編程接口。

　　Windows Sockets API是Windows Sockets的網(wǎng)絡(luò)程序接口，它包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的BerkelerySockets功能調(diào)用*，以及為Windows所作的擴(kuò)充功能。 擴(kuò)充功能的調(diào)用都冠以WSA（windowssockets asnchronous）前綴，表明它們都允許異步的I/O操作，并采用符合Windows消息機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)事件異步選擇機(jī)制。這些擴(kuò)充功能有利于開(kāi)發(fā)者更好地利用Windows的消息驅(qū)動(dòng)特性來(lái)設(shè)計(jì)出高性能的網(wǎng)絡(luò)程序。

　　3 網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)

　　通過(guò)一個(gè)客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)CSocket類(lèi)的派生和應(yīng)用為例介紹網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)。

　　3.1 客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式

　　數(shù)據(jù)集中管理需要融合各控制系統(tǒng)的不同數(shù)據(jù)，由于各控制系統(tǒng)連接在不同的網(wǎng)絡(luò)上，要融合其中的實(shí)時(shí)信息需要解決異種網(wǎng)聯(lián)的問(wèn)題，而TCP/IP協(xié)議無(wú)疑是一個(gè)很好的選擇。

　　對(duì)于各集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與數(shù)據(jù)集中管理系統(tǒng)同在中央調(diào)度室，因此可以在遵循TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。 在TCP/IP協(xié)議下利用Socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，自然就會(huì)涉及到C/S（客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器）模式，即客戶(hù)端向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器接收到請(qǐng)求后提供相應(yīng)的服務(wù)。客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器模式在操作過(guò)程中采取的是主動(dòng)請(qǐng)求方式。

　　3.1.1 服務(wù)器方

　　首先服務(wù)器方要啟動(dòng)，偵聽(tīng)客戶(hù)方是否有連接請(qǐng)求，并根據(jù)請(qǐng)求提供相應(yīng)服務(wù)：

　　1）打開(kāi)一通信通道并告知本地主機(jī)，它愿意在某一公認(rèn)地址端口上接受客戶(hù)請(qǐng)求，或者由開(kāi)發(fā)人員自己指定端口地址；

       2）等待客戶(hù)請(qǐng)求到達(dá)該端口；

       3）接收到重復(fù)服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，處理該請(qǐng)求并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。接收并發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求，需要激活一個(gè)新進(jìn)程來(lái)處理這個(gè)客戶(hù)請(qǐng)求，并不需要對(duì)其他請(qǐng)求作出應(yīng)答。服務(wù)完成后，關(guān)閉此新進(jìn)程與客戶(hù)的通信鏈路，并終止；

       4）返回第二步，等待另外的客戶(hù)請(qǐng)求；

       5）關(guān)閉服務(wù)器。

　　3.1.2 客戶(hù)方

　   1）打開(kāi)一通信通道，并連接到服務(wù)器所在的主機(jī)的特定端口；

　　2）向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求報(bào)文，等待并接收應(yīng)答，繼續(xù)提出請(qǐng)求；

　　3）請(qǐng)求結(jié)束后關(guān)閉通信通道并終止。

　　從以上描述過(guò)程可以看出：客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器進(jìn)程的作用是非對(duì)稱(chēng)的，因此編碼不同，而且服務(wù)進(jìn)程要先于客戶(hù)請(qǐng)求啟動(dòng)?；诿嫦蜻B接的Socket的客戶(hù)機(jī)/N務(wù)器應(yīng)用程序基本結(jié)構(gòu)如圖2.

　　圖2 面向連接的套接字應(yīng)用程序的時(shí)序

　　3.2 用Winsock進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程

　　為了簡(jiǎn)化WinSock網(wǎng)絡(luò)編程，使用戶(hù)專(zhuān)注于應(yīng)用程序算法的設(shè)計(jì)，Microsoft的基本類(lèi)庫(kù)（microsoft foundation class或MFC）提供了兩種利用Windows Sockets進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的編程模式，這兩種模式即為用CAsyncSocket類(lèi)和派生于CAsyncSocket的CSocket類(lèi) 來(lái)編程。這兩個(gè)類(lèi)在不同程度上對(duì)WinSock API的函數(shù)進(jìn)行了封裝，在編程時(shí)使用經(jīng)過(guò)封裝的MFC WinSock類(lèi)使編程工作大大簡(jiǎn)化，而且，這兩個(gè)類(lèi)都提供了事件處理函數(shù)，通過(guò)對(duì)事件處理函數(shù)進(jìn)行重載，用戶(hù)可以在應(yīng)用程序中很方便地對(duì)套接字發(fā)送、接收數(shù)據(jù)等事件進(jìn)行處理。

　　CAsyncSocket類(lèi)封裝了Windows SocketsAPI函數(shù)，提供了較低層的與Windows Sockets對(duì)話(huà)接口，一般適合于有相當(dāng)水平的網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)者使用，可方便地進(jìn)行底層的網(wǎng)絡(luò)事件通知及信息回叫控制等操作。

　　3.2.1 程序設(shè)計(jì)思想

　　雖然MFC本身提供了CSocket類(lèi)用于實(shí)現(xiàn)客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器之間的通信，但是為了增強(qiáng)程序的可 客戶(hù)端也建立一個(gè)類(lèi)CSocketClient用于與服擴(kuò)展性和提高性能，在服務(wù)器端建立了 務(wù)器端通信，也繼承自CSocket類(lèi)。

　　ClisteningSocket類(lèi)用于協(xié)議端口，通過(guò)對(duì) CSocket類(lèi)的listen（）函數(shù)重載使得當(dāng)客戶(hù)端提出連接請(qǐng)求時(shí)，可以做出應(yīng)答，同時(shí)建立了客戶(hù)端類(lèi)CClientSocket，它繼承自CSocket類(lèi)，通過(guò)重載Accept（）函數(shù)與客戶(hù)端建立連接，用于處理服務(wù)器客戶(hù)端數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

　　3.2.2 程序?qū)崿F(xiàn)

　　服務(wù)器端Socket程序是在CSocketServer類(lèi)中實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)的接收和處理都是在這個(gè)類(lèi)中實(shí)現(xiàn)的。

　　主要步驟如下：

　　1）服務(wù)器端創(chuàng)建Socket以及客戶(hù)端創(chuàng)建Socke

　　在類(lèi)ClisteningSocket中創(chuàng)建端口，一旦有數(shù)據(jù)到達(dá)它將通知Socket，實(shí)現(xiàn)如下：

　　2）客戶(hù)端與服務(wù)器端的連接

　　當(dāng)listen（）函數(shù)到有客戶(hù)端程序建立連接時(shí)，服務(wù)器端就新建一個(gè)CClientSocket用于與客戶(hù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換傳輸，并把它鏈到鏈表的尾部，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)通過(guò)鏈表進(jìn)行連接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)服務(wù)器與多個(gè)客戶(hù)端的連接，然后通過(guò)重載CSocket類(lèi)的OnAccept（）函數(shù)進(jìn)行處理。服務(wù)器端程序如下：

　　當(dāng)客戶(hù)端需要與服務(wù)器通信時(shí)，客戶(hù)端指定端口和服務(wù)器名，創(chuàng)建一個(gè)CSocketClient，如果連接成功，那么就用這個(gè)CSocketClient與服務(wù)器端進(jìn)行通信，如果連接不成功，則刪除這個(gè)建立的Socket，以節(jié)省資源?？蛻?hù)端程序還是在函數(shù)OnSetup（）中實(shí)現(xiàn)，如下：

　　3）客戶(hù)端與服務(wù)器端數(shù)據(jù)的處理

　　當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)接收時(shí)，是通過(guò)重載CSocket類(lèi)的函數(shù)OnReceive（）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用于顯示給用戶(hù)或是引發(fā)其它的動(dòng)作。 服務(wù)器端程序如下：

　　其中函數(shù)DoProcessData為數(shù)據(jù)處理函數(shù)，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、解析后生成新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)對(duì)象，存入動(dòng)態(tài)數(shù)組中。

　　4）結(jié)束處理把所有不用的Socket刪除，釋放資源。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)使其應(yīng)用逐漸廣泛，利用網(wǎng)絡(luò)互傳信息進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目越來(lái)越多。WindowsSockets是Windows下的標(biāo)準(zhǔn)程序設(shè)計(jì)接口。

　　VC++環(huán)境下，利用MFC的CSocket類(lèi)，派生出所需要的套接字，利用套接字建立連接、傳輸數(shù)據(jù)，對(duì)套接字事件進(jìn)行處理，是一種簡(jiǎn)潔高效的網(wǎng)絡(luò)編程方法。