引言

　　隨著Internet的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡通信應用程序的開發(fā)成為研究熱點。Windows環(huán)境下進行通訊程序設計的基本方法是應用Windows Sockets實現(xiàn)進程間通訊。

　　1 TCP/IP協(xié)議、應用程序與套接字

　　TCP/IP協(xié)議是眾多網(wǎng)絡協(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)核中實現(xiàn)。操作系統(tǒng)的內(nèi)核是不能為用戶所感受到的，一般用戶感受到的只有應用程序。應用程序通過程序界面與操作系統(tǒng)內(nèi)核打交道。TCP/IP網(wǎng)絡環(huán)境下的應用程序是通過網(wǎng)絡系統(tǒng)編程界面套接字Socket（在Windows操作系統(tǒng)下稱之為WiNSock）來實現(xiàn)的。Socket構成了協(xié)議的用戶視圖。通過Socket，應用程序可訪問通信協(xié)議。TPC/IP協(xié)議與應用程序之間的關系如圖1.

圖1 應用程序與Windows Sockets的關系

　　套接字（Socket）是網(wǎng)絡通信的基本構件。套接字是可以被命名的通信端點，應用程序通過它在網(wǎng)絡上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。每個套接字都有其類型，并有一個與之相連的進程。TCP/IP提供3種類型套接字：

　　1.1 流式套接字（SOCK—STREAM）

　　該接口提供一個面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務，數(shù)據(jù)無差錯、無重復地發(fā)送，且按發(fā)送順序接收。 內(nèi)設流量控制，避免數(shù)據(jù)流超限；數(shù)據(jù)被看作字節(jié)流，無長度限制。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)按順序無重復地到達目的地，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）

　　該接口提供一個無連接服務。數(shù)據(jù)包以獨立包形式被發(fā)送，不提供無錯保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復，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。

　　1.3 原始式套接字（SOCK—RAW）

　　該接口允許對較低層協(xié)議，如IP、ICMP直接訪問。

　　套接字至少在客戶機/服務器模式；點對點模式；遠程程序調(diào)用（RPc）三種通信環(huán)境下廣泛應用。

　　2 Windows Sockets介紹

　　Sockets初只是UNIX系統(tǒng)中的網(wǎng)絡通信接口之一。1992年制定出Windows Sockets規(guī)范1.0版。 目前實際應用中的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)絡程序設計接口，使在Windows下開發(fā)高性能的網(wǎng)絡程序成為可能。

　　Windows Sockets實現(xiàn)一般由兩部分組成：開發(fā)組件和運行組件。 開發(fā)組件包括介紹WindowsSockets實現(xiàn)的文檔、Windows Sockets應用程序接口（API）引入庫和一些頭文件。 運行組件是Windows Sockets應用程序接口的動態(tài)鏈接庫（DLL），文件名為WINSOCK.DLL，應用程序在執(zhí)行時通過裝入它實現(xiàn)網(wǎng)絡通信功能。

　　Windows Sockets是Berkelery Sockets 在Windows環(huán)境下的擴充[5]，它為Windows下網(wǎng)絡異步通信提供了一種方便的開發(fā)和運行環(huán)境，現(xiàn)在已經(jīng)成為Windows標準下的網(wǎng)絡程序設計接口，Windows下各種開發(fā)平臺都支持Windows Sockets上的網(wǎng)絡程序設計，提供了網(wǎng)絡編程接口。

　　Windows Sockets API是Windows Sockets的網(wǎng)絡程序接口，它包括一個標準的BerkelerySockets功能調(diào)用*，以及為Windows所作的擴充功能。 擴充功能的調(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消息機制的網(wǎng)絡事件異步選擇機制。這些擴充功能有利于開發(fā)者更好地利用Windows的消息驅動特性來設計出高性能的網(wǎng)絡程序。

　　3 網(wǎng)絡通信的實現(xiàn)

　　通過一個客戶機/服務器模式的網(wǎng)絡應用程序，實現(xiàn)對CSocket類的派生和應用為例介紹網(wǎng)絡通信的實現(xiàn)。

　　3.1 客戶機/服務器模式

　　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)絡上，要融合其中的實時信息需要解決異種網(wǎng)聯(lián)的問題，而TCP/IP協(xié)議無疑是一個很好的選擇。

　　對于各集中監(jiān)測系統(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)中進行實時通信。 在TCP/IP協(xié)議下利用Socket進行網(wǎng)絡編程，自然就會涉及到C/S（客戶機/服務器）模式，即客戶端向服務器發(fā)出請求，服務器接收到請求后提供相應的服務?？蛻魴C/服務器模式在操作過程中采取的是主動請求方式。

　　3.1.1 服務器方

　　首先服務器方要啟動，偵聽客戶方是否有連接請求，并根據(jù)請求提供相應服務：

　　1）打開一通信通道并告知本地主機，它愿意在某一公認地址端口上接受客戶請求，或者由開發(fā)人員自己指定端口地址；

       2）等待客戶請求到達該端口；

       3）接收到重復服務請求時，處理該請求并發(fā)送應答信號。接收并發(fā)送服務請求，需要激活一個新進程來處理這個客戶請求，并不需要對其他請求作出應答。服務完成后，關閉此新進程與客戶的通信鏈路，并終止；

       4）返回第二步，等待另外的客戶請求；

       5）關閉服務器。

　　3.1.2 客戶方

　   1）打開一通信通道，并連接到服務器所在的主機的特定端口；

　　2）向服務器發(fā)出服務請求報文，等待并接收應答，繼續(xù)提出請求；

　　3）請求結束后關閉通信通道并終止。

　　從以上描述過程可以看出：客戶機與服務器進程的作用是非對稱的，因此編碼不同，而且服務進程要先于客戶請求啟動?；诿嫦蜻B接的Socket的客戶機/N務器應用程序基本結構如圖2.

　　圖2 面向連接的套接字應用程序的時序

　　3.2 用Winsock進行網(wǎng)絡編程

　　為了簡化WinSock網(wǎng)絡編程，使用戶專注于應用程序算法的設計，Microsoft的基本類庫（microsoft foundation class或MFC）提供了兩種利用Windows Sockets進行網(wǎng)絡通信的編程模式，這兩種模式即為用CAsyncSocket類和派生于CAsyncSocket的CSocket類 來編程。這兩個類在不同程度上對WinSock API的函數(shù)進行了封裝，在編程時使用經(jīng)過封裝的MFC WinSock類使編程工作大大簡化，而且，這兩個類都提供了事件處理函數(shù)，通過對事件處理函數(shù)進行重載，用戶可以在應用程序中很方便地對套接字發(fā)送、接收數(shù)據(jù)等事件進行處理。

　　CAsyncSocket類封裝了Windows SocketsAPI函數(shù)，提供了較低層的與Windows Sockets對話接口，一般適合于有相當水平的網(wǎng)絡編程基礎者使用，可方便地進行底層的網(wǎng)絡事件通知及信息回叫控制等操作。

　　3.2.1 程序設計思想

　　雖然MFC本身提供了CSocket類用于實現(xiàn)客戶機與服務器之間的通信，但是為了增強程序的可 客戶端也建立一個類CSocketClient用于與服擴展性和提高性能，在服務器端建立了 務器端通信，也繼承自CSocket類。

　　ClisteningSocket類用于協(xié)議端口，通過對 CSocket類的listen（）函數(shù)重載使得當客戶端提出連接請求時，可以做出應答，同時建立了客戶端類CClientSocket，它繼承自CSocket類，通過重載Accept（）函數(shù)與客戶端建立連接，用于處理服務器客戶端數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

　　3.2.2 程序實現(xiàn)

　　服務器端Socket程序是在CSocketServer類中實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)的接收和處理都是在這個類中實現(xiàn)的。

　　主要步驟如下：

　　1）服務器端創(chuàng)建Socket以及客戶端創(chuàng)建Socke

　　在類ClisteningSocket中創(chuàng)建端口，一旦有數(shù)據(jù)到達它將通知Socket，實現(xiàn)如下：

　　2）客戶端與服務器端的連接

　　當listen（）函數(shù)到有客戶端程序建立連接時，服務器端就新建一個CClientSocket用于與客戶端進行數(shù)據(jù)交換傳輸，并把它鏈到鏈表的尾部，需要進行數(shù)據(jù)傳輸時通過鏈表進行連接，這樣就可以實現(xiàn)一個服務器與多個客戶端的連接，然后通過重載CSocket類的OnAccept（）函數(shù)進行處理。服務器端程序如下：

　　當客戶端需要與服務器通信時，客戶端指定端口和服務器名，創(chuàng)建一個CSocketClient，如果連接成功，那么就用這個CSocketClient與服務器端進行通信，如果連接不成功，則刪除這個建立的Socket，以節(jié)省資源?？蛻舳顺绦蜻€是在函數(shù)OnSetup（）中實現(xiàn)，如下：

　　3）客戶端與服務器端數(shù)據(jù)的處理

　　當需要進行數(shù)據(jù)接收時，是通過重載CSocket類的函數(shù)OnReceive（）來實現(xiàn)的，用于顯示給用戶或是引發(fā)其它的動作。 服務器端程序如下：

　　其中函數(shù)DoProcessData為數(shù)據(jù)處理函數(shù)，對接收到的數(shù)據(jù)進行校驗、解析后生成新的實時數(shù)據(jù)庫類對象，存入動態(tài)數(shù)組中。

　　4）結束處理把所有不用的Socket刪除，釋放資源。

　　4 結束語

　　網(wǎng)絡的優(yōu)點使其應用逐漸廣泛，利用網(wǎng)絡互傳信息進行技術開發(fā)的項目越來越多。WindowsSockets是Windows下的標準程序設計接口。

　　VC++環(huán)境下，利用MFC的CSocket類，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)，對套接字事件進行處理，是一種簡潔高效的網(wǎng)絡編程方法。