[java]局域网简易聊天

第十四课
网络的相关知识，网络程序的编写，Socket是连接应用程序与网络驱动程序的桥梁，Socket在应用程序中创建，通过bind与驱动程序建立关系。此后，应用程序送给Socket的数据，由Socket交给驱动程序向网络上发送出去。计算机从网络上收到与该Socket绑定的IP+Port相关的数据后，由驱动程序交给Socket，应用程序便可从该Socket中提取接收到的数据。网络应用程序就是这样通过socket进行数据的发送与接收的。TCP与UDP的工作原理与编写过程，如何在程序中链接库文件。一个字符界面的聊天程序。

套接字(socket)的引入
为了能够方便的开发网络应用软件，由美国伯克利大学在Unix上推出了一种应用程序访问通信协议的操作系统调用socket(套接字)。socket的出现，使程序员可以很方便地访问TCP/IP，从而开发各种网络应用的程序。
随着Unix的应用推广，套接字在编写网络软件中得到了极大的普及。后来，套接字又被引进了Windows等操作系统，成为开发网络应用程序的非常有效快捷的工具。
套接字存在于通信区域中。通信区域也叫地址族，它是一个抽象的概念，主要用于将通过套接字通信的进程的共有特性综合在一起。套接字通常只与同一区域的套接字交换数据（也有可能跨区域通信，但这只在执行了某种转换进程后才能实现）。Windows Sockets只支持一个通信区域：网际域( AF_INET)，这个域被使用网际协议簇通信的进程使用。

网络字节顺序
不同的计算机存放多字节值的顺序不同，有的机器在起始地址存放低位字节(低位先存)，有的机器在起始地址存放高位字节(高位先存)。基于Intel的CPU，即我们常用的PC机采用的是低位先存。为保证数据的正确性，在网络协议中需要指定网络字节顺序。TCP/IP协议使用16位整数和32位整数的高位先存格式。

客户机／服务器模式
在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户机/服务器模式(client/server)，即客户向服务器提出请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。
客户机/服务器模式的建立基于以下两点：首先，建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等，需要共享，从而造就拥有众多资源的主机提供服务，资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次，网间进程通信完全是异步的，相互通信的进程间既不存在父子关系，又不共享内存缓冲区，因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系，为二者的数据交换提供同步，这就是基于客户机/服务器模式的TCP/IP。
客户机/服务器模式在操作过程中采取的是主动请求的方式。
首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应的服务：
①打开一个通信通道并告知本地主机，它愿意在某一地址和端口上接收客户请求。
②等待客户请求到达该端口。
③接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求，要激活一个新的进程(或线程)来处理这个客户请求。新进程(或线程) 处理此客户请求，并不需要对其它请求作出应答。服务完成后，关闭此新进程与客户的通信链路，并终止。
④返回第二步，等待另一客户请求。
⑤关闭服务器。
客户方：
①打开一个通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口。
②向服务器发服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求。
③请求结束后关闭通信通道并终止。

套接字的类型
流式套接字（SOCK_STREAM）
提供面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送，且按发送顺序接收。
数据报式套接字（SOCK_DGRAM）
提供无连接服务。数据包以独立包形式发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。
原始套接字（SOCK_RAW）。

基于TCP(面向连接)的socket编程
服务器端程序：
1、创建套接字（socket）。
2、将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）。
3、将套接字设为监听模式，准备接收客户请求（listen）。
4、等待客户请求到来；当请求到来后，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，等待另一客户请求。
7、关闭套接字。
客户端程序：
1、创建套接字（socket）。
2、向服务器发出连接请求（connect）。
3、和服务器端进行通信（send/recv）。
4、关闭套接字。
基于UDP(面向无连接)的socket编程
服务器端（接收端）程序：
1、创建套接字（socket）。
2、将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）。
3、等待接收数据（recvfrom）。
4、关闭套接字。
客户端（发送端）程序：
1、创建套接字（socket）。
2、向服务器发送数据（sendto）。
3、关闭套接字。

相关函数说明
nt WSAStartup( WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData );
wVersionRequested参数用于指定准备加载的Winsock库的版本。高位字节指定所需要的Winsock库的副版本，而低位字节则是主版本。可用MAKEWORD(x,y)(其中，x是高位字节，y是低位字节)方便地获得wVersionRequested的正确值。
lpWSAData参数是指向WSADATA结构的指针，WSAStartup用其加载的库版本有关的信息填在这个结构中。
WSADATA结构定义如下：
typedef struct WSAData {
WORD wVersion;
WORD wHighVersion;
char szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];
char szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];
unsigned short iMaxSockets;
unsigned short iMaxUdpDg;
char FAR * lpVendorInfo;
} WSADATA, *LPWSADATA;
WSAStartup把第一个字段wVersion设成打算使用的Winsock版本。wHighVersion 参数容纳的是现有的Winsock库的最高版本。记住，这两个字段中，高位字节代表的是Winsock副版本，而低位字节代表的则是Winsock主版本。szDescription和szSystemStatus这两个字段由特定的Winsock实施方案设定，事实上没有用。不要使用下面这两个字段：iMaxSockets和iMaxUdpDg，它们是假定同时最多可打开多少套接字和数据报的最大长度。然而，要知道数据报的最大长度应该通过WSAEnumProtocols来查询协议信息。同时最多可打开套接字的数目不是固定的，很大程度上和可用物理内存的多少有关。最后，lpVendorInfo字段是为Winsock实施方案有关的指定厂商信息预留的。任何一个Win32平台上都没有使用这个字段。
如果WinSock.dll或底层网络子系统没有被正确初始化或没有被找到，WSAStartup将返回WSASYSNOTREADY。此外这个函数允许你的应用程序协商使用某种版本的WinSock规范，如果请求的版本等于或高于DLL所支持的最低版本，WSAData的wVersion成员中将包含你的应用程序应该使用的版本，它是DLL所支持的最高版本与请求版本中较小的那个。反之，如果请求的版本低于DLL所支持的最低版本，WSAStartup将返回WSAVERNOTSUPPORTED。关于WSAStartup更详细的信息，请查阅MSDN中的相关部分。
对于每一个WSAStartup的成功调用(成功加载WinSock DLL后)，在最后都对应一个WSACleanUp调用，以便释放为该应用程序分配的资源。
SOCKET socket( int af, int type, int protocol );
该函数接收三个参数。第一个参数af指定地址族，对于TCP/IP协议的套接字，它只能是AF_INET(也可写成PF_INET)。第二个参数指定Socket类型，对于1.1版本的Socket，它只支持两种类型的套接字，SOCK_STREAM指定产生流式套接字，SOCK_DGRAM产生数据报套接字。第三个参数是与特定的地址家族相关的协议，如果指定为0，那么它就会根据地址格式和套接字类别，自动为你选择一个合适的协议。这是推荐使用的一种选择协议的方法。
如果这个函数调用成功，它将返回一个新的SOCKET数据类型的套接字描述符。如果调用失败，这个函数就会返回一个INVALID_SOCKET，错误信息可以通过WSAGetLastError函数返回。
int bind( SOCKET s, const struct sockaddr FAR *name, int namelen );
这个函数接收三个参数。第一个参数s指定要绑定的套接字，第二个参数指定了该套接字的本地地址信息，是指向sockaddr结构的指针变量，由于该地址结构是为所有的地址家族准备的，这个结构可能（通常会）随所使用的网络协议不同而不同，所以，要用第三个参数指定该地址结构的长度。 sockaddr结构定义如下：
struct sockaddr {
u_short sa_family;
char sa_data[14];
};
sockaddr的第一个字段sa_family指定该地址家族，在这里必须设为AF_INET。sa_data仅仅是表示要求一块内存分配区，起到占位的作用，该区域中指定与协议相关的具体地址信息。由于实际要求的只是内存区，所以对于不同的协议家族，用不同的结构来替换sockaddr。除了sa_family外，sockaddr是按网络字节顺序表示的。在TCP/IP中，我们可以用sockaddr_in结构替换sockaddr，以方便我们填写地址信息。
sockaddr_in的定义如下：
struct sockaddr_in{
short sin_family;
unsigned short sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
其中，sin_family表示地址族，对于IP地址，sin_family成员将一直是AF_INET。成员sin_port指定的是将要分配给套接字的端口。成员sin_addr给出的是套接字的主机IP地址。而成员sin_zero只是一个填充数，以使sockaddr_in结构和sockaddr结构的长度一样。如果这个函数调用成功，它将返回0。如果调用失败，这个函数就会返回一个SOCKET_ERROR，错误信息可以通过WSAGetLastError函数返回。
将IP地址指定为INADDR_ANY，允许套接字向任何分配给本地机器的IP地址发送或接收数据。多数情况下，每个机器只有一个IP地址，但有的机器可能会有多个网卡，每个网卡都可以有自己的IP地址，用INADDR_ANY可以简化应用程序的编写。将地址指定为INADDR_ANY，允许一个独立应用接受发自多个接口的回应。如果我们只想让套接字使用多个IP中的一个地址，就必须指定实际地址，要做到这一点，可以用inet_addr()函数，这个函数需要一个字符串作为其参数，该字符串指定了以点分十进制格式表示的IP地址(如192.168.0.16)。而且inet_addr()函数会返回一个适合分配给S_addr的u_long类型的数值。inet_ntoa()函数会完成相反的转换，它接受一个in_addr结构体类型的参数并返回一个以点分十进制格式表示的IP地址字符串。

基于tcp/ip的网络连接程序
//得用控制台应用程序编写一个基于TCP的面向连接的服务端应用程序

服务器
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;                     //
int err;            // MAKEWORD( 高位, 低位 )这个宏创建一个被指定变量
连接而成的WORD变量。返回一个WORD变量。
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );//版本号1.1,高位副版本，地位主版本

//1.加载套接字库
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );//加载套接字库，进行套接字库
的版本协商
if ( err != 0 ) {
return; }///...if
//判断是否我们请求的winsocket版本，如果不是
//则调用WSACleanup终止winsocket的使用并返回
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );//终止对winsock的使用
return;     }///...if

//2.创建套接字
SOCKET sockSrv = socket(AF_INET,
SOCK_STREAM,  //创建流式套接字
0);  //零表示自动选择协议

//3.将套接字绑定到本地地址与端口上
SOCKADDR_IN addrSrv;   //定义一个地址结构体的变量
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);//用htonl()方法将
INADDR_ANY转换为网络字节序

addrSrv.sin_family = AF_INET;
addrSrv.sin_port = htons(6000); //指定端口号，htons把u_short类型从主机字节序
转换为网络字节序
bind(sockSrv,(SOCKADDR *) &addrSrv,sizeof(SOCKADDR));//绑定套接字，
SOCKADDR大小写是一样的

//4.设置监听
listen(sockSrv,5); // 第二个参数连接请求队列的最大长度（一般由2到4）
SOCKADDR_IN addrClient;
int len = sizeof(SOCKADDR);
while(1)
{   SOCKET sockConn = accept(sockSrv,
(SOCKADDR *) &addrClient,//客户端地址
&len);//返回地址结构的长度
char sendBuf[100];
//      memset(sendBuf,0,sizeof(recvBuf));
sprintf (sendBuf,"Welcome %s to \ http://blog.csdn.net/teshorse", inet_ntoa(addrClient.sin_addr));
send(sockConn,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0); //发送数据
char recvBuf[100];
//      memset(recvBuf,0,sizeof(recvBuf));
recv(sockConn,recvBuf,100,0);
printf("%s\n",recvBuf);
closesocket(sockConn);
}
}

客服端
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{   WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );//版本号1.1
//1.加载套接字库
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return; }//endof if
//判断是否我们请求的winsocket版本，如果不是
//则调用WSACleanup终止winsocket的使用并返回
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;     }///endof if
//2.创建套接字
SOCKET sockClient = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//3.连接服务器端，无须绑定
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
//设定服务器端IP地址，"127.0.0.1"是本地回路地址
//不管本地主机上有没有网卡，都可以用这个IP测试网络
addrSrv.sin_family = AF_INET;
addrSrv.sin_port = htons(6000); //端口号要与服务器端保持一致
connect(sockClient,(SOCKADDR *)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
//4.接收服务器端发送的数据,并且向服务器端发送数据
char recvBuf[100];
recv(sockClient,recvBuf,100,0);
printf("%s \n", recvBuf);
send(sockClient,"I'm teshorse",strlen("I'm teshorse")+1,0);
//5.关闭套接字，释放资源,并且终止对套接字库的使用
closesocket(sockClient);
WSACleanup();
}//endof main()

基于UDp的网络连接
//接收端代码
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );//版本号1.1
//1.加载套接字库
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return; }//endof if
//判断是否我们请求的winsocket版本，如果不是
//则调用WSACleanup终止winsocket的使用并返回
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;     }///endof if
//2.创建套接字
SOCKET sockSrv = socket (AF_INET,
SOCK_DGRAM/*数据报套接字*/, 0);
//3.在本地地址与端口绑定
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
addrSrv.sin_family = AF_INET;
addrSrv.sin_port = htons(6000);
bind(sockSrv, (SOCKADDR *)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
//4.接收数据
SOCKADDR_IN addrClient;
int len=sizeof(SOCKADDR);
char recvBuf[100];
recvfrom(sockSrv,recvBuf,100,0,
(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
printf("%s\n",recvBuf);
closesocket(sockSrv);
WSACleanup();
}//endof main()

//发送端代码
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );//版本号1.1
//1.加载套接字库
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return; }//endof if
//判断是否我们请求的winsocket版本，如果不是
//则调用WSACleanup终止winsocket的使用并返回
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;     }///endof if
//2.创建套接字
SOCKET sockClient = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
//2.发送消息
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
addrSrv.sin_family = AF_INET;
addrSrv.sin_port = htons(6000);
sendto(sockClient,"hello",strlen("hello")+1,0,
(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
closesocket(sockClient);
WSACleanup();
}//endof main()

一个聊天程序
//编写一个基于UDP的聊天工具
//发送端代码
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );//版本号1.1
//1.加载套接字库
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return; }//endof if
//判断是否我们请求的winsocket版本，如果不是
//则调用WSACleanup终止winsocket的使用并返回
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;     }///endof if
//2.创建套接字
SOCKET sockSrv = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
addrSrv.sin_family = AF_INET;
addrSrv.sin_port = htons(6000);
bind (sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
char recvBuf[100];
char sendBuf[100];
char tempBuf[100];
SOCKADDR_IN addrClient;
int len = sizeof(SOCKADDR);
while(1)
{
recvfrom(sockSrv,recvBuf,100,0,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
if('#'==recvBuf[0])//表示客户端想要退出
{
sendto(sockSrv,"#",strlen("#")+1,0,(SOCKADDR*)&addrClient,len);
printf("Chat end!\n");
break;
}
sprintf(tempBuf,"%s say: %s", inet_ntoa(addrClient.sin_addr),recvBuf);
printf("%s\n",tempBuf);
printf("Please input data:\n");

gets(sendBuf);//可以得到一行数据
sendto (sockSrv,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0,
(SOCKADDR*)&addrClient,len);//发送数据
}///..while
closesocket(sockSrv);
WSACleanup();
}//endof main()

//发送端代码
#include <Winsock2.h>
#include <stdio.h>
void main()
{
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );//版本号1.1
//1.加载套接字库
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return; }//endof if
//判断是否我们请求的winsocket版本，如果不是
//则调用WSACleanup终止winsocket的使用并返回
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
WSACleanup( );
return;     }///endof if
//2.创建套接字
SOCKET sockClient = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
//  char IPaddr[16];
//  printf("please input you IP address!");
//  gets(IPaddr);
//3.发送消息
SOCKADDR_IN addrSrv;
//  if(''==IPaddr[0])
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("172.16.16.95");
//  else
//      addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(IPaddr);
addrSrv.sin_family = AF_INET;
addrSrv.sin_port = htons(6000);

char recvBuf[100];
char sendBuf[100];
char tempBuf[200];
int len = sizeof(SOCKADDR);
while (1)
{
printf("Please input data:\n");
gets(sendBuf);
sendto(sockClient,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0,
(SOCKADDR*)&addrSrv,len);
recvfrom(sockClient,recvBuf,100,0,(SOCKADDR*) &addrSrv,&len);
if('#' ==recvBuf[0])
{
sendto(sockClient,"#",strlen("#")+1,0,
(SOCKADDR*) &addrSrv,len);
printf("chat end!\n");
break;
}
sprintf(tempBuf,"%s say: %s",inet_ntoa(addrSrv.sin_addr),recvBuf);
printf("%s\n",tempBuf);

}

closesocket(sockClient);
WSACleanup();
}//endof main()

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