?第二部分Winsock API
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?Wi n s o c k是網(wǎng)絡(luò)編程接口，而不是協(xié)議。它從U n i x平臺(tái)的B e r k e l e y（B S D）套接字方案借鑒了許多東西，后者能訪問多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在Wi n 3 2環(huán)境中，Wi n s o c k接口最終成為一個(gè)真正的“與協(xié)議無(wú)關(guān)”接口，尤其是在Winsock 2發(fā)布之后。
本部分開始之前，我們假定大家已具備了Wi n s o c k（或B S D套接字）的基本知識(shí)，而且多少熟悉一些客戶機(jī)／服務(wù)器的Wi n s o c k基本知識(shí)。

第5章網(wǎng)絡(luò)原理和協(xié)議

建立Winsock 2規(guī)范的主要目的是提供一個(gè)與協(xié)議無(wú)關(guān)的傳送接口。

5.1 協(xié)議的特征
本章第一小節(jié)著重講解目前常用網(wǎng)絡(luò)傳送協(xié)議的一些基本特征。通過這里的學(xué)習(xí)，大家可掌握與協(xié)議行為類型有關(guān)的一些背景知識(shí)。同時(shí)，作為程序員，可大致知道特定協(xié)議在程序中的行為方式。

5.1.1 面向消息
對(duì)每個(gè)離散寫命令來(lái)說(shuō)，如果傳送協(xié)議把它們（而且只有它們）當(dāng)做一條獨(dú)立的消息在網(wǎng)上傳送，我們就說(shuō)該協(xié)議是面向協(xié)議的。同時(shí)，還意味著接收端在接收數(shù)據(jù)時(shí)，返回的數(shù)據(jù)是發(fā)送端寫入的一條離散消息。接收端不能得到更多的消息，僅此而已。比如，在圖5 - 1中，
左邊的工作站向右邊的工作站提交了三條分別是1 2 8、6 4和3 2字節(jié)的消息。作為接收端的工作站發(fā)出三條讀取命令，緩沖區(qū)是2 5 6個(gè)字節(jié)。后來(lái)的各次調(diào)用返回的分別是1 2 8、 6 4 和3 2個(gè)字節(jié)。第一次讀取調(diào)用不會(huì)將這所有的三個(gè)數(shù)據(jù)包都返回，即使這些數(shù)據(jù)包已經(jīng)收到也如此。這稱為“保護(hù)消息邊界”（preserving message boundaries），，一般出現(xiàn)在交換結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)時(shí)。
網(wǎng)絡(luò)游戲是“保護(hù)消息邊界”的較好范例。每個(gè)玩家均向別的玩家發(fā)出一個(gè)帶有地圖信息的數(shù)據(jù)包。這種通信后面的代碼很簡(jiǎn)單：一個(gè)玩家請(qǐng)求一個(gè)數(shù)據(jù)包，另一個(gè)玩家又準(zhǔn)確地從別的玩家處獲得一個(gè)地圖信息數(shù)據(jù)包。

無(wú)保護(hù)消息邊界的協(xié)議通常稱作“基于流的協(xié)議”。大家要知道“基于流的協(xié)議”這一術(shù)語(yǔ)常用來(lái)指代附加特性。流服務(wù)的定義是連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸；不管消息邊界是否存在，接收端都會(huì)盡量地讀取有效數(shù)據(jù)。對(duì)發(fā)送端來(lái)說(shuō)，意味著允許系統(tǒng)將原始消息分解成小消息或把幾條消息積累在一起，形成一個(gè)較大的數(shù)據(jù)包。對(duì)接收端來(lái)說(shuō)，則是數(shù)據(jù)一到達(dá)網(wǎng)絡(luò)堆棧，
網(wǎng)絡(luò)堆棧就開始讀取它，并將它緩存下來(lái)等候進(jìn)程處理。在進(jìn)程請(qǐng)求處理大量數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在不溢出為客戶請(qǐng)求提供的緩沖區(qū)這一前提下，盡量返回更多的數(shù)據(jù)。在圖5 - 2中，發(fā)送端提交了三個(gè)數(shù)據(jù)包：分別是1 2 8、6 4和3 2個(gè)字節(jié)；但是，本地系統(tǒng)堆棧自由地把這些數(shù)據(jù)聚合在一起，形成一個(gè)大的數(shù)據(jù)包。這種情況下，重組后的2個(gè)數(shù)據(jù)包就會(huì)一起傳輸。是否將各個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)包累積在一起受許多因素的影響，比如最大傳輸單元或N a g l e算法。在T C P / I P中，在將積累起來(lái)的數(shù)據(jù)發(fā)到線上之前， N a g l e算法在等候數(shù)據(jù)積累的主機(jī)中進(jìn)行。
在需要發(fā)送的數(shù)據(jù)積累到一定數(shù)量或預(yù)定時(shí)間已超過之前，這個(gè)主機(jī)會(huì)一直等下去。實(shí)施N a g l e算法時(shí)，主機(jī)的通信方在發(fā)送主機(jī)確認(rèn)之前，會(huì)等一等外出數(shù)據(jù)，主機(jī)的通信方就不必發(fā)送一個(gè)只有確認(rèn)的數(shù)據(jù)包。發(fā)送小數(shù)據(jù)包不僅沒有多少意義，而且還會(huì)徒增錯(cuò)誤檢查和確認(rèn)，相當(dāng)煩人。
在接收端，網(wǎng)絡(luò)堆棧把所有進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)包聚集在一起，歸入既定進(jìn)程。我們來(lái)看看圖5 - 2。
如果接收端執(zhí)行一次2 5 6字節(jié)緩沖區(qū)的讀取，系統(tǒng)馬上就會(huì)返回2 2 4個(gè)字節(jié)。如果接收端只要求讀取2 0個(gè)字節(jié)，系統(tǒng)就會(huì)只返回2 0個(gè)字節(jié)。

偽流
偽流（ p s e u d o - s t r e a m）這個(gè)術(shù)語(yǔ)常用于某種系統(tǒng)中，該系統(tǒng)使用的協(xié)議是基于消息的，
發(fā)送的數(shù)據(jù)分別在各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)包內(nèi)，接收端讀取并把消息緩存在一起，  這樣，接收應(yīng)用
程序便可讀取任意大小的數(shù)據(jù)塊。把圖5 - 1中的發(fā)送端和圖5 - 2中的接收端結(jié)合起來(lái)，便可說(shuō)明
偽流的工作原理。發(fā)送端必須分別發(fā)送各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)包，但接收端可以對(duì)收到的數(shù)據(jù)包自
由組合。一般情況下，可把偽流視作一個(gè)普通的“面向流的協(xié)議”。

5.1.2 面向連接和無(wú)連接
通常情況下，一個(gè)協(xié)議提供面向連接的服務(wù)，或提供無(wú)連接的服務(wù)。面向連接的服務(wù)中，
進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，必須與通信方建立一條路徑。這樣既確定了通信方之間存在路由，又保證了通信雙方都是活動(dòng)的、都可彼此響應(yīng)，但其特點(diǎn)是在通信雙方之間建立一個(gè)通信信道需要很多開支。除此以外，大部分面向連接的協(xié)議為保證投遞無(wú)誤，可能會(huì)因?yàn)閳?zhí)行額外的計(jì)算來(lái)驗(yàn)證正確性，因此，進(jìn)一步增加開支。而無(wú)連接協(xié)議卻不保證接收端是否正在收聽。無(wú)連接服務(wù)類似于郵政服務(wù)：發(fā)信人把信裝入郵箱即可。至于收信人是否想收到這封信或郵局是否會(huì)因?yàn)楸╋L(fēng)雨未能按時(shí)將信件投遞到收信人處等等，發(fā)信人都不得而知。

5.1.3 可靠性和次序性
在設(shè)計(jì)用于特定協(xié)議的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，可靠性和次序性是我們必須了解的最具決定性的特性。大多數(shù)情況下，可靠性和次序性與協(xié)議是無(wú)連接的，還是面向連接的密切相關(guān)。

5.1.4 從容關(guān)閉
從容關(guān)閉只出現(xiàn)在面向連接的協(xié)議中。在這種關(guān)閉過程中，一方開始關(guān)閉通信會(huì)話，但另一方仍然可以讀取線上或網(wǎng)絡(luò)堆棧上已掛起的數(shù)據(jù)。如果面向連接的協(xié)議不支持從容關(guān)閉，
只要其中一方關(guān)閉了通信信道，都會(huì)導(dǎo)致連接立即中斷，數(shù)據(jù)丟失，接收端不能讀取數(shù)據(jù)這些情況出現(xiàn)。

5.1.5 廣播數(shù)據(jù)
廣播數(shù)據(jù)即數(shù)據(jù)從一個(gè)工作站發(fā)出，局域網(wǎng)內(nèi)的其他所有工作站都能收到它。這一特征
適用于無(wú)連接協(xié)議，因?yàn)長(zhǎng) A N上的所有機(jī)器都可獲得并處理廣播消息。。一般情況下，路由器都不會(huì)傳送廣播包。 ?

5.1.6 多播數(shù)據(jù)
多播是指一個(gè)進(jìn)程發(fā)送數(shù)據(jù)的能力，這些數(shù)據(jù)即將由一個(gè)或多個(gè)接收端進(jìn)行接收。進(jìn)程加入一個(gè)多播會(huì)話的方法和采用的基層協(xié)議有關(guān)。視頻會(huì)議應(yīng)用常常使用多播。

5.1.7 服務(wù)質(zhì)量
服務(wù)質(zhì)量（ Q o S）是應(yīng)用的一種能力，用以請(qǐng)求針對(duì)專門用途分配特定的帶寬。

5.1.8 部分消息
部分消息只用于面向消息的協(xié)議。

5.1.9 路由選擇的考慮
一個(gè)重要考慮就是協(xié)議是否可路由。如果協(xié)議可路由，就可在兩個(gè)工作站之間建立一條成功的通信路徑（要么是面向連接的回路，要么是數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)路徑），不管這兩個(gè)工作站之間存在的網(wǎng)絡(luò)硬件是什么。路由器不對(duì)發(fā)自非路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，即便數(shù)據(jù)包的既定目的地在其連接的子網(wǎng)上。

5.2 支持的協(xié)議
Wi n 3 2平臺(tái)提供的最有用的特征之一是能夠同步支持多種不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
利用Wi n s o c k編程接口的好
處之一是因?yàn)樗且粋€(gè)與協(xié)議無(wú)關(guān)的接口。不管使用的是哪一種協(xié)議，它們的操作大多數(shù)是
相通的。

要想獲得系統(tǒng)中安裝的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的相關(guān)信息，調(diào)用這個(gè)函數(shù)W S A E n u m P r o t o c o l s即可，
打開Winsock在可以調(diào)用一個(gè)Wi n s o c k函數(shù)之前，必須先加載一個(gè)版本正確的Wi n s o c k庫(kù)。Wi n s o c k
啟動(dòng)例程是W S A S t a r t u p，它的定義是：
int WSAStartup(WORD wVe r s i o n R e q u e s t e d , L P W S A D ATA lpWSAData)
第一個(gè)參數(shù)是準(zhǔn)備加載的Wi n s o c k庫(kù)的版本號(hào)。就目前的Wi n 3 2平臺(tái)而言，Winsock 2
庫(kù)的最新版本是2 . 2。唯一的例外是Windows CE，它只支持Winsock 1.1版。如果需要
Winsock 2.2版，指定這個(gè)值（ 0 x 0 2 0 2）或使用宏M A K E W O R D ( 2 , 2 )即可。高位字節(jié)指定
副版本，而低位字節(jié)則指定主版本。
第二個(gè)參數(shù)是W S A D ATA結(jié)構(gòu)，它是調(diào)用完成之后立即返回的。W S A D ATA包含了W S A S t a r t u p加載的關(guān)于Wi n s o c k版本的信息。
大致說(shuō)來(lái)，在W S A D ATA結(jié)構(gòu)中，返回的唯一有用的信息是w Ve r s i o n和w H i g h Ve r s i o n。
屬于最大套接字和最大U D P長(zhǎng)度的條目應(yīng)該從自己正在使用的特定協(xié)議目錄條目中獲取。

在結(jié)束Wi n s o c k庫(kù)，而且不再需要調(diào)用任何Wi n s o c k函數(shù)時(shí)，會(huì)卸載這個(gè)庫(kù)，并釋放資源。這個(gè)函數(shù)的定義是：
int WSACleanup (void);
記住，每次調(diào)用W S A S t a r t u p，都需要調(diào)用相應(yīng)的W S A C l e a n u p，因?yàn)槊看螁?dòng)調(diào)用都
會(huì)增加對(duì)加載Winsock DLL的引用次數(shù)，它要求調(diào)用同樣多次的W S A C l e a n u p，以此抵消
引用次數(shù)。

5.4 Windows套接字

。所謂套接字，就是一個(gè)指向傳輸提
供者的句柄。Wi n 3 2中，套接字不同于文件描述符，所以它是一個(gè)獨(dú)立的類型—S O C K E T。
套接字是由兩個(gè)函數(shù)建立的：
SOCKET WSASocket(int af,
???????? int type,
???????? int protocol,
???????? LPWSAPROTOCOL_INOF lpProtocolInfo,
???????? GROUP g,
???????? DWORD dwFlag
???????? );
SOCKET socket(int af,
???????int type,
???????int protocol
???????);
第一個(gè)參數(shù)a f，是協(xié)議的地址家族。比如，如果想建立一個(gè)U D P或T C P套接字，可用常量A F _ I N E T來(lái)指代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（ I P）。
第二個(gè)參數(shù)t y p e，是協(xié)議的套接字類型。套接字的類型可以是下面五個(gè)值：
?S O C K _ S T R E A M、S O C K _ D G R A M、S O C K _ S E Q PA C K E T、S O C K _ R AW和S O C K _ R D M。
第三個(gè)參數(shù)是p r o t o c o l。指定的地址家族和套接字類型有多個(gè)條目時(shí)，就可用
這個(gè)字段來(lái)限定使用特定傳輸。

最后兩個(gè)W S A S o c k e t標(biāo)志很簡(jiǎn)單。組參數(shù)始終為0，因?yàn)槟壳吧袩o(wú)可支持套接字組的
Wi n s o c k版本。要指定一個(gè)或多個(gè)下列標(biāo)志，可用d w F l a g s參數(shù)：
■ W S A _ F L A G _ O V E R L A P P E D
■ W S A _ F L A G _ M U LT I P O I N T _ C _ R O O T
■ W S A _ F L A G _ M U LT I P O I N T _ C _ L E A F
■ W S A _ F L A G _ M U LT I P O I N T _ D _ R O O F
■ W S A _ F L A G _ M U LT I P O I N T _ D _ L E A F
第一個(gè)標(biāo)志W(wǎng) S A _ F L A G _ O V E R L A P P E D，用于指定這個(gè)套接字具備重疊I / O（是適用于
Wi n s o c k的可能實(shí)現(xiàn)的通信模式之一）。這個(gè)主題將在第8章詳細(xì)討論。調(diào)用s o c k e t建立一個(gè)套
接字時(shí)， W S A _ F L A G _ O V E R L A P P E D便是默認(rèn)設(shè)置。一般說(shuō)來(lái)，在使用W S A S o c k e t時(shí)，最好
始終保持設(shè)定該標(biāo)志。后面四個(gè)標(biāo)志用于處理多播套接字。

原始套接字
利用W S A S o c k e t建立套接字時(shí)，可向函數(shù)調(diào)用傳送一個(gè)W S A P R O TO CO L _ I N F O結(jié)構(gòu)，以
定義準(zhǔn)備建立的那個(gè)套接字的類型；盡管如此，還是可建立一些套接字類型（在傳輸提供者
目錄中，它們沒有相應(yīng)的條目）。最佳示例是I P協(xié)議下的原始套接字。原始套接字一種通信，
允許你把其他協(xié)議封裝在U D P數(shù)據(jù)包中，比如說(shuō)“互聯(lián)網(wǎng)控制消息協(xié)議”（I C M P）。I C M P的
目的是投遞互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)間的控制、錯(cuò)誤和信息型消息。由于I C M P不提供任何數(shù)據(jù)傳輸功能，
因此不能把它與U D P或T C P同等看待，但它和I P本身屬于同一個(gè)級(jí)別。

Winsock API安裝在“會(huì)話層”和“傳送層”之間。

5.6 選擇適當(dāng)?shù)膮f(xié)議
T C P / I P就是首選協(xié)議之一，至少?gòu)闹С帜芰臀④浀馁澲@一角度來(lái)看，是
這樣的

5.7 小結(jié)
通過本章的學(xué)習(xí)，大家已了解為應(yīng)用程序選擇網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)應(yīng)該知道的基本特性。在為指100計(jì)計(jì)第二部分附Winsock API
下載定的協(xié)議開發(fā)成功的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序時(shí)，了解這些特性是至關(guān)重要的。我們還有計(jì)劃地深入探討了如何獲得安裝在系統(tǒng)中的傳輸提供者列表和如何查詢特定屬性。最后，我們還學(xué)習(xí)了如何為指定的傳輸建立套接字，方法是為W S A S o c k e t或s o c k e t函數(shù)指定正確的參數(shù)，再利用
W S A E n u m P r o t o c o l s查詢目錄條目以及通過W S A P R O TO C O L _ I N F O結(jié)構(gòu)，把函數(shù)投遞到W S A S o c k e t。下一章，我們將進(jìn)一步探討各主要協(xié)議的定址方法。

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