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C++调用WinSock api实现UDP传输

2017-09-11

C++调用WinSock api实现UDP传输。1,网络部分:实验室使用较多的是UDP

1,网络部分

实验室使用较多的是UDP

0)首先,加入需要使用库的头文件

#include 
#pragma comment(lib,"Ws2_32.lib ")

1) WSAStartup   初始化Ws2_32.dll的函数

//函数原型
int WSAStartup(
   __in          WORD wVersionRequested,//标识了用户调用的Winsock的版本号。高字节指明辅版本编号,低字节指明主版本编号。通常使用MAKEWORD来生成一个版本号。 当前Winsock sockets的版本号为2.2,用到的dll是 Ws2_32.dll。
   __out         LPWSADATA lpWSAData//指向WSADATA结构体的指针,lpWSAData返回了系统对Windows Sockets 的描述。
 );

//使用方式
WSAData wsa;
if (::WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsa) != 0)
{
     cout<<"WSAStartup error"<

2) WSACleanup   释放Ws2_32.dl的l函数

int WSACleanup(void);//返回值0表示正常退出,返回值SOCKET_ERROR表示异常。返回值是SOCKET_ERROR,可以调用 WSAGetLastError.查看错误代码。需要注意的是,在多线程环境下,WSACleanup 函数将终止所有线程的socket操作。

3)socket   创建socket的函数

SOCKET WSAAPI socket(
__in          int af,
__in          int type,
__in          int protocol
);

af:
指明地址簇类型,常用的地址簇如下,其余地址簇在Winsock2.h中定义。
AF_UNSPEC(未指明)、AF_INET(IPv4)、AF_NETBIOS(NETBIOS地址簇)、AF_INET6(IPv6)、AF_IRDA(Infrared Data Association (IrDA)地址簇)、AF_BTM(Bluetooth)。

type:
指明socket的类型,Windows Sockets 2常见类型如下:
SOCK_STREAM(流套接字,使用TCP协议)、SOCK_DGRAM(数据报套接字,使用UDP协议)、SOCK_RAW(原始套接字)、SOCK_RDM(提供可靠的消息数据报文,reliable message datagram)、SOCK_SEQPACKET(Provides a pseudo-stream packet based on datagrams,在UDP的基础上提供了伪流数据包)。

protocol:
指明数据传输协议,该参数取决于af和type参数的类型。protocol参数在Winsock2.h and Wsrm.h定义。通常使用如下3中协议:
IPPROTO_TCP(TCP协议,使用条件,af是AF_INET or AF_INET6、type是SOCK_STREAM )
IPPROTO_UDP(UDP协议,使用条件,af是AF_INET or AF_INET6、type是SOCK_DGRAM)
IPPROTO_RM(PGM(Pragmatic General Multicast,实际通用组播协议)协议,使用条件,af是AF_INET 、type是SOCK_RDM)

return value:
如果不出错,socket函数将返回socket的描述符(句柄),否则,将返回INVALID_SOCKET。

//使用方法
SOCKET s = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
    if (s == INVALID_SOCKET)
    {
        int er = WSAGetLastError();
        return 0;
    }

4)bind   将socket与地址关联

int bind(
__in          SOCKET s,//指定一个未绑定的socket。
__in          const struct sockaddr* name,//指向sockaddr地址的指针,该结构含有IP和PORT
__in          int namelen//参数name的字节数。
); //无错误返回0,有错误返回SOCKET_ERROR。
//使用示例
sockaddr_in service;
  service.sin_family = AF_INET;//表示协议簇是IPV4
  service.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//将点分十进制表示的ip地址转化为网络字节序
  service.sin_port = htons(27015);//将端口号转化为网络字节序

  //----------------------
  // Bind the socket.
  if (bind( ListenSocket, (SOCKADDR*) &service,sizeof(service)) == SOCKET_ERROR) {
    closesocket(ListenSocket);
    return;
  }

sockaddr内部使用数组来参数,赋值不方便,一般使用格式化后的结构体SOCKADDR_IN来赋值。

struct sockaddr
{
__SOCKADDR_COMMON (sa_);    /* Common data: address family and length.  协议族*/
char sa_data[14];       /* Address data.  地址+端口号*/
};

struct sockaddr_in
{
__SOCKADDR_COMMON (sin_);           /* 协议族 */
in_port_t sin_port;         /* Port number. 端口号 */
struct in_addr sin_addr;        /* Internet address. IP地址 */

/* Pad to size of `struct sockaddr&#39;.  用于填充的0字节 */
unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
__SOCKADDR_COMMON_SIZE -
sizeof (in_port_t) -
sizeof (struct in_addr)];
};

typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;
};

htons(host to unsigned short)和htonl(host to unsigned long)

各个机器cpu对数据存储和表示的方法不通,intel机器用littele-endian存数据,而IBM机器用big-endian存数据。网络协议为取消这种差异,一致采用big-endian方式。htons用于将unsigned short的数值从littele-endian转换为big-endian,由于short只有2字节,常用语port数值的转换。htons用于将unsigned long的数值从littele-endian转换为big-endian,long有4字节,常用于ipv4地址的转换。

inet_addr和inet_ntoa

inet_addr用于将ipv4格式的字符串转换为unsigned long的数值。inet_ntoa用于将struct in_addr的地址转换为ipv4格式的字符串。

INADDR_ANY
用INADDR_ANY来配置IP地址,意味着不需要知道当前服务器的IP地址。对于多网卡的服务器,INADDR_ANY允许你的服务接收一个服务器上所有网卡发来的数据。下面例子也有写,如果某个socket使用INADDR_ANY和8000端口,那么它将接收该所有网卡传来的数据。而其他socket将无法再使用8000端口。

sockaddr_in service;
ZeroMemory((char *)&service,sizeof(sockaddr_in));
service.sin_family = AF_INET;
service.sin_addr.s_addr  = INADDR_ANY;
service.sin_port = htons(8278);
if (bind(s,(sockaddr*)&service,sizeof(service)) == SOCKET_ERROR)
{
    int er = WSAGetLastError();
    closesocket(s);
}

5)UDP的发送函数sendto

int PASCAL FAR sendto( SOCKET s, const char FAR* buf, int len, int flags,
  const struct sockaddr FAR* to, int tolen);

s:一个标识套接口的描述字。
buf:包含待发送数据的缓冲区。
len:buf缓冲区中数据的长度。
flags:调用方式标志位。
to:(可选)指针,指向目的套接口的地址。
tolen:to所指地址的长度。

注释:
sendto()适用于已连接的数据报或流式套接口发送数据。对于数据报类套接口,必需注意发送数据长度不应超过通讯子网的IP包最大长度。IP包最大长度在WSAStartup()调用返回的WSAData的iMaxUdpDg元素中。如果数据太长无法自动通过下层协议,则返回WSAEMSGSIZE错误,数据不会被发送。
请注意成功地完成sendto()调用并不意味着数据传送到达。
sendto()函数主要用于SOCK_DGRAM类型套接口向to参数指定端的套接口发送数据报。对于SOCK_STREAM类型套接口,to和tolen参数被忽略;这种情况下sendto()等价于send()。
为了发送广播数据(仅适用于SOCK_DGRAM),in参数所含地址应该把特定的IP地址INADDR_BROADCAST(winsock.h中有定义)和终端地址结合起来构造。通常建议一个广播数据报的大小不要大到以致产生碎片,也就是说数据报的数据部分(包括头)不超过512字节。
如果传送系统的缓冲区空间不够保存需传送的数据,除非套接口处于非阻塞I/O方式,否则sendto()将阻塞。对于非阻塞SOCK_STREAM类型的套接口,实际写的数据数目可能在1到所需大小之间,其值取决于本地和远端主机的缓冲区大小。可用select()调用来确定何时能够进一步发送数据。
在相关套接口的选项之上,还可通过标志位flag来影响函数的执行方式。也就是说,本函数的语义既取决于套接口的选项也取决于标志位。后者由以下一些值组成:

值 意义
MSG_DONTROUTE 指明数据不选径。一个WINDOWS套接口供应商可以忽略此标志;参见2.4节中关于SO_DONTROUTE的讨论。
MSG_OOB 发送带外数据(仅适用于SO_STREAM;参见2.2.3节)。

返回值:
若无错误发生,send()返回所发送数据的总数(请注意这个数字可能小于len中所规定的大小)。否则的话,返回SOCKET_ERROR错误,应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。

6)UDP的接收函数recvfrom

int PASCAL FAR recvfrom( SOCKET s, char FAR* buf, int len, int flags,
  struct sockaddr FAR* from, int FAR* fromlen);

s:标识一个已连接套接口的描述字。
buf:接收数据缓冲区。
len:缓冲区长度。
flags:调用操作方式。
from:(可选)指针,指向装有源地址的缓冲区。
fromlen:(可选)指针,指向from缓冲区长度值。

注释:
本函数由于从(已连接)套接口上接收数据,并捕获数据发送源的地址。
对于SOCK_STREAM类型的套接口,最多可接收缓冲区大小个数据。如果套接口被设置为线内接收带外数据(选项为SO_OOBINLINE),且有带外数据未读入,则返回带外数据。应用程序可通过调用ioctlsocket()的SOCATMARK命令来确定是否有带外数据待读入。对于SOCK_STREAM类型套接口,忽略from和fromlen参数。
对于数据报类套接口,队列中第一个数据报中的数据被解包,但最多不超过缓冲区的大小。如果数据报大于缓冲区,那么缓冲区中只有数据报的前面部分,其他的数据都丢失了,并且recvfrom()函数返回WSAEMSGSIZE错误。
若from非零,且套接口为SOCK_DGRAM类型,则发送数据源的地址被复制到相应的sockaddr结构中。fromlen所指向的值初始化时为这个结构的大小,当调用返回时按实际地址所占的空间进行修改。
如果没有数据待读,那么除非是非阻塞模式,不然的话套接口将一直等待数据的到来,此时将返回SOCKET_ERROR错误,错误代码是WSAEWOULDBLOCK。用select()或WSAAsynSelect()可以获知何时数据到达。
如果套接口为SOCK_STREAM类型,并且远端“优雅”地中止了连接,那么recvfrom()一个数据也不读取,立即返回。如果立即被强制中止,那么recv()将以WSAECONNRESET错误失败返回。
在套接口的所设选项之上,还可用标志位flag来影响函数的执行方式。也就是说,本函数的语义既取决于套接口选项,也取决于标志位参数。标志位可取下列值:
值 意义
MSG_PEEK 查看当前数据。数据将被复制到缓冲区中,但并不从输入队列中删除。
MSG_OOB 处理带外数据(参见2.2.3节具体讨论)。

返回值:
若无错误发生,recvfrom()返回读入的字节数。如果连接已中止,返回0。否则的话,返回SOCKET_ERROR错误,应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。
错误代码:
WSANOTINITIALISED:在使用此API之前应首先成功地调用WSAStartup()。
WSAENETDOWN:WINDOWS套接口实现检测到网络子系统失效。
WSAEFAULT:fromlen参数非法;from缓冲区大小无法装入端地址。
WSAEINTR:阻塞进程被WSACancelBlockingCall()取消。
WSAEINPROGRESS:一个阻塞的WINDOWS套接口调用正在运行中。
WSAEINVAL:套接口未用bind()进行捆绑。
WSAENOTCONN:套接口未连接(仅适用于SOCK_STREAM类型)。
WSAENOTSOCK:描述字不是一个套接口。
WSAEOPNOTSUPP:指定了MSG_OOB,但套接口不是SOCK_STREAM类型的。
WSAESHUTDOWN:套接口已被关闭。当一个套接口以0或2的how参数调用shutdown()关闭后,无法再用recv()接收数据。
WSAEWOULDBLOCK:套接口标识为非阻塞模式,但接收操作会产生阻塞。
WSAEMSGSIZE:数据报太大无法全部装入缓冲区,故被剪切。
WSAECONNABORTED:由于超时或其他原因,虚电路失效。
WSAECONNRESET:远端强制中止了虚电路。

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