[网络协议]（初学者的福音）windows下实现socket通信(TCP/IP)代码详解——服务端篇

? ? ? ? 目前关于 socket 通信的教程并不少，但是存在一个现象：贴了代码的文章，对于代码的注释不够详细，导致读者频繁的去搜索某个函数的参数构成、使用方法等，十分地麻烦。我在进行学习的时候，在程序中的注释写得实在是太过于密密麻麻了，索性写个更详细的笔记，对用到的知识点进行一个综合的整理吧，省得一下子开十几个网页。。。

? ? ? ??本文的详解是基于windows环境下用c++实现socket编程这篇文章进行的。因此对于TCP/IP以及socket通信的基础知识就不在赘述了，本文着重于带你一行一行地对代码进行详细解释。具体的解释由网络搜集整理而成，感谢大佬们。

? ? ? ? 首先贴一个服务器端的完整代码：（注释写了一半，实在写不下去了，太多了）

/*****************************************************************************************************************************
*	1、加载套接字库，创建套接字（WSAStartup()/socket()）;
*	2、绑定套接字到一个IP地址和一个端口上（bind()）;
*	3、将套接字设置为监听模式等待连接请求；
*	4、请求到来之后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字(accept());
*	5、用返回的套接字和客户端进行通信（send()/recv()）;
*	6、返回，等待另一个连接请求
*	7、关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup());
*****************************************************************************************************************************/
#include<iostream>
#include<WinSock2.h>
using namespace std;
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

int main()
{
	//初始化WSA
	WORD sockVersion=MAKEWORD(2,2);
	WSADATA wsaData;//WSADATA结构体变量的地址值

	//int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);
	//成功时会返回0，失败时返回非零的错误代码值
	if(WSAStartup(sockVersion,&wsaData)!=0)
	{
		cout<<"WSAStartup() error!"<<endl;
		return 0;
	}

	//创建套接字
	SOCKET slisten=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
	if(slisten==INVALID_SOCKET)
	{
		cout<<"socket error !"<<endl;
		return 0;
	}

	//绑定IP和端口
	sockaddr_in sin;//ipv4的指定方法是使用struct sockaddr_in类型的变量
	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_port = htons(8888);//设置端口。htons将主机的unsigned short int转换为网络字节顺序
	sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;//IP地址设置成INADDR_ANY，让系统自动获取本机的IP地址
	//bind函数把一个地址族中的特定地址赋给scket。
	if(bind(slisten, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
	{
		printf("bind error !");
	}

	//开始监听
	if(listen(slisten,5)==SOCKET_ERROR)
	{
		cout<<"listen error !"<<endl;
		return -1;
	}

	//循环接收数据
	SOCKET sclient;
	sockaddr_in remoteAddr;//sockaddr_in常用于socket定义和赋值,sockaddr用于函数参数
	int nAddrlen=sizeof(remoteAddr);
	char revData[255];
	while(true)
	{
		cout<<"等待连接。。。"<<endl;
		sclient=accept(slisten,(sockaddr *)&remoteAddr,&nAddrlen);
		if(sclient==INVALID_SOCKET)
		{
			cout<<"accept error !"<<endl;
			continue;
		}
		cout<<"接收到一个连接："<<inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr)<<endl;
		//接收数据
		int ret=recv(sclient,revData,255,0);
		if(ret>0)
		{
			revData[ret]=0x00;
			cout<<revData<<endl;
		}
		//发送数据
		const char * sendData = "你好，TCP客户端！\n";
		send(sclient, sendData, strlen(sendData), 0);
		closesocket(sclient);
	}
	closesocket(slisten);
	WSACleanup();
	system("pause");
	//return 0;
}

接下来开始按行解释：

#include<WinSock2.h>

????????使用 socket 通信必须包含对应的头文件 <WinSock2.h> 。在添加头文件的时候能看到自动补全中还存在一个 <WinSock.h> 的头文件，那么这两者有啥区别呢？

????????<WinSock2.h> 设计的目的是替代 <WinSock.h>，而不是扩展它。在 <WinSock.h> 中定义的所有内容在 <WinSock2.h> 中也都定义了.

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

????????#pragma ? comment(lib,"Ws2_32.lib")表示链接 Ws2_32.lib 这个库。 ?

????????这种方式和在工程设置_链接库里面添加 Ws2_32.lib 的效果一样，不过这种方法写的 ?
? 程序,别人在使用你的代码的时候就不用再设置工程了。

int main()
{
	//初始化WSA
	WORD sockVersion=MAKEWORD(2,2);
    WSADATA wsaData;//WSADATA结构体变量的地址值
}

?????????MAKEWORD?语法如下：

????????WORD MAKEWORD（

? ? ? ????????? BYTE below;? //指定一个低位的新值

? ? ????????? ? BYTE high;? //指定一个高位的新值

????????);

????????先将两个参数转换为二进制，然后将第一个参数放在低位，第二个参数放在高位，最后转换为十进制,赋给 sockVersion。

? ? ? ? 这一步是为了声明调用不同的WinSock版本。例如MAKEWORD(2,2)就是调用2.2版本，MAKEWORD(1,1) 就是调用1.1版。
????????不同版本是有区别的，例如1.1版只支持TCP/IP协议，而2.0版可以支持多协议。2.0版有良好的向后兼容性，任何使用1.1版的源代码、二进制文件、应用程序都可以不加修改地在2.0规范下使用。此外 WinSock 2.0 支持异步,1.1不支持异步。

? ? ? ? WSADATA 是一个结构体，用于存放 socket 的初始化信息。wsaData 用于存放结构体变量的地址值。

if(WSAStartup(sockVersion,&wsaData)!=0)
	{
		cout<<"WSAStartup() error!"<<endl;
		return 0;
	}

????????WSAStartup()的原型如下：?int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

? ? ? ? 如果WSA初始化成功，函数会返回0，失败时会返回非零的错误代码值。所以如果函数返回值不等于0，则打印错误信息，程序终止。

	//创建套接字
	SOCKET slisten=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
	if(slisten==INVALID_SOCKET)
	{
		cout<<"socket error !"<<endl;
		return 0;
	}

????????socket 函数的原型为： int socket(int af, int type, int protocol);

????????socket 函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个 socket 。这个socket 描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。

????????af :即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET（IPv4)、AF_INET6(IPv6)、AF_LOCAL（或称 AF_UNIX，Unix 域 socket）、AF_ROUTE 等等协议族决定了 socket 的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如 AF_INET 决定了要用 ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX 决定了要用一个绝对路径名作为地址。?

? ? ? ? type：指定 socket 类型。常用的 socket 类型有，SOCK_STREAM（流式套接字）、SOCK_DGRAM（数据报式套接字）、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等。

??????? protocol：就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、PPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC 等，它们分别对应 TCP 传输协议、UDP 传输协议、STCP 传输协议、TIPC 传输协议。

//绑定IP和端口
	sockaddr_in sin;//ipv4的指定方法是使用struct sockaddr_in类型的变量
	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_port = htons(8888);//设置端口。htons将主机的unsigned short int转换为网络字节顺序
	sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;//IP地址设置成INADDR_ANY，让系统自动获取本机的IP地址
	

? ? ? ? 在上面的套接字类型选择的是 SOCK_STREAM。这种类型需要通信双方均具有地址，其中服务器端的地址需要明确指定，而 ipv4 的指定方法是使用 struct sockaddr_in 类型的变量。

? ? ? ? 因此我们先实例化一个 sockaddr_in类型的?sin ,用它来进行端口和 IP 地址的设置。

? ? ? ? sockaddr_in这个结构体的参数如下：

? ? ? ? ?在程序中，我们用 sin 来分别进行三个参数的设置。具体内容已写在程序的注释中。

    //bind函数把一个地址族中的特定地址赋给scket。
	if(bind(slisten, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
	{
		printf("bind error !");
	}

?? ? ? ? bind() 函数把一个地址族中的特定地址赋给 socket。例如对应 AF_INET、AF_INET6 就是把一个 ipv4 或 ipv6 地址和端口号组合赋给 socket。

int bind(SOCKET s, const struct sockaddr * name,int namelen);

? ? ? ??SOCKET: 即 socket 描述字，它是通过 socket() 函数创建了，唯一标识一个 socket。bind() 函数就是将给这个描述字绑定一个名字。?

? ? ? ??sockaddr: 一个 const struct sockaddr *指针，指向要绑定给 sockfd 的协议地址。

? ? ? ? namelen: 对应的是地址的长度。?通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，由系统自动分配一个端口号和自身的 ip 地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen 之前会调用 bind()，而客户端就不会调用，而是在 connect() 时由系统随机生成一个。

    //开始监听
	if(listen(slisten,5)==SOCKET_ERROR)
	{
		cout<<"listen error !"<<endl;
		return -1;
	}

?????????作为一个服务器，在调用 socket() 、bind() 之后就会调用 listen() 来监听这个 socket，如果客户端这时调用 connect() 发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。函数原型如下：

int listen(int sockfd, int backlog);

? ? ? ? sockfd: 要监听的 socket 描述字。

? ? ? ? backlog: 相应 socket 可以排队的最大连接个数。

    //循环接收数据
	SOCKET sclient;
	sockaddr_in remoteAddr;//sockaddr_in常用于socket定义和赋值,sockaddr用于函数参数
	int nAddrlen=sizeof(remoteAddr);
	char revData[255];
	while(true)
	{
		cout<<"等待连接。。。"<<endl;
		sclient=accept(slisten,(sockaddr *)&remoteAddr,&nAddrlen);
		if(sclient==INVALID_SOCKET)
		{
			cout<<"accept error !"<<endl;
			continue;
		}
		cout<<"接收到一个连接："<<inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr)<<endl;
		//接收数据
		int ret=recv(sclient,revData,255,0);
		if(ret>0)
		{
			revData[ret]=0x00;
			cout<<revData<<endl;
		}
		//发送数据
		const char * sendData = "你好，TCP客户端！\n";
		send(sclient, sendData, strlen(sendData), 0);
		closesocket(sclient);
	}

?????????TCP服务器端依次调用 socket()、bind()、listen() 之后，就会监听指定的 socket 地址了。TCP 客户端依次调用 socket() 、connect() 之后就向 TCP 服务器发送了一个连接请求。TCP 服务器监听到这个请求之后，就会调用 accept() 函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络 I/O 操作了，即类同于普通文件的读写 I/O 操作。

? ? ? ? ? ?首先看看 accept() 函数的定义:

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

? ? ? ? 不知道大家发现没有，accept 函数的第二个参数定义的是一个sockaddr 的结构体，但是在程序中传入的参数确是由结构体 sockeraddr_in 来定义的，这是为什么呢？

? ? ? ? 其实， struct sockadd r和 struct sockaddr_in 这两个结构体都是用来处理网络通信的地址。sockaddr 常用于 bind、connect、recvfrom、sendto等 函数的参数，指明地址信息，是一种通用的套接字地址。sockaddr_in 是 internet 环境下套接字的地址形式。所以在网络编程中我们会对 sockaddr_in 结构体进行操作，使用 sockaddr_in 来建立所需的信息，最后使用类型转化就可以了。一般先把 sockaddr_in 变量赋值后，强制类型转换后传入用 sockaddr 做参数的函数：sockaddr_in用于socket定义和赋值；sockaddr用于函数参数。

? ? ? ? recv() 和 send() 函数分别用于接受和发送数据。如果是在 linux 下，则分别为 read() 和 send() 函数 。

    closesocket(slisten);

?????????closesocket() 函数关闭一个套接口。更确切地说，它释放套接口描述字 s，以后对 s 的访问均以 WSAENOTSOCK 错误返回。若本次为对套接口的最后一次访问，则相应的名字信息及数据队列都将被释放。

WSACleanup();

?????????WSACleanup() 与开头的 WSAStartup() 函数是成对使用的，用于解除与 Socket 库的绑定并且释放 Socket 库所占用的系统资源。

????????在 Windows 下，Socket 是以 DLL 的形式实现的。在 DLL 内部维持着一个计数器，只有第一次调用 WSAStartup 才真正装载DLL，以后的 调用只是简单的增加计数器，而WSACleanup 函数的功能则刚好相反，每调用一次使计数器减1，当计数器减到0时，DLL 就从内存中被卸载！因此，你调用了多少次 WSAStartup ，就应相应的调用多少次的WSACleanup。

?到此结束！本文于链接这篇博客中搬运了大量的知识！