3.填空题
第15章 MFC网络通信
互联网网络通信的基础是TCP/IP，即传输控制协议（Transmission Control Protocol）和网络互联协议（Internet Protocol）。每台连接在互联网上的计算机，都分配一个32位编号的IP地址。就如同一条大街上每个大厦和房屋都有一个门牌号，这样邮递员才能按照门牌号将包裹准确送达。按照TCP/IP规定，32位IP地址用4个字节来表示，例如，“192.168.1.100”。
在Windows中查看本机IP地址的方法是，在控制台内输入“ipconfig”命令，如图15-1所示。
图15-1 通过命令查看本机网络配置
在“本地连接”的属性设置对话框中，双击“Internet协议（TCP/IP）”，如图15-2所示。
每台计算机的IP地址必须是独立的，在同一个网络中不能有重复的IP地址，否则会造成IP冲突，如图15-3所示。
图15-2 查看网络邻居属性
图15-3 TCP/IP属性设置
在TCP/IP中计算机软件通信必须依赖于通信端口，端口号的范围是0～65535。每个进程启动后可以申请一个或多个端口号，但在一台计算机内每个端口号同时只能被一个进程占用，否则就会造成端口冲突。如果把网络中多台计算机的IP地址比作火车站，那么端口就是每个火车站的站台。如同要去北京的从4号站台上车，去深圳的从5号站台上车等一样，一台计算机上QQ和360等软件分别使用不同的端口与服务器通信。
第1节 TCP/IP的层次
从整体架构上TCP/IP分为四个层次，即网络接口层、网络层、传输层和应用层。TCP/IP也可以再细分为OSI七层结构，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。在计算机网络产生之初，每个计算机厂商都有一套自己的网络体系结构的概念，它们之间互不相容。国际标准化组织（ISO）在1979年建立了一个分委员会，为此专门研究出一种用于开放系统互连的体系结构，即OSI（Open Systems Interconnection）。TCP/IP两种分层结构的关系见表15-1。
表15-1 TCP/IP两种分层结构的关系
TCP/IP包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNETFTP、SMTP、ARP、TFTP等许多子协议，这些协议一起称为TCP/IP协议族。OSI七层协议及子协议族见表15-2。
表15-2 OSI七层协议及子协议族
第2节 简单UDP通信
Socket的中文称为“套接字”，是专门用于开发通信程序的句柄。在软件通信过程中，Socket管理端口的创建、侦听、连接和数据收发等功能。
创建一个工程名为“u”的对话框程序，用于演示创建UDP端口并进行简单的数据通信。
1）在主对话框中增加一些控件，如图15-4所示。
图15-4编辑主对话框资源
2）修改控件属性，见表15-3。
表15-3 主对话框的控件属性
3）新建一个CSocket派生类CSocku，用于截获接收到的网络通信数据，如图15-5所示。
图15-5 添加新类
4）在新建的CSocku类的头文件中包含基类头文件。
5）在CSocku类中添加虚函数OnReceive，用于截获接收到的网络数据，如图15-6所示。
图15-6 添加虚函数
6）修改虚函数代码。
7）在主对话框类的头文件中，添加一个CSocku类型的成员变量。
8）修改主对话框初始化函数代码。
9）编译并运行，测试代码，启动后弹出Socket错误号码是10093。
10）在主菜单中，执行Tools-＞Error Lookup命令，如图15-7所示。
图15-7 查看错误代码
11）在错误查找对话框中，可以看到错误原因是未执行Socket初始化，如图15-8所示。
图15-8 错误代码说明
12）在App类的进程启动函数InitInstance开头，添加一行代码初始化Socket。
13）在主对话框类中，添加“发送（&S）”按钮的消息映射函数OnOK。
14）编译并运行，测试代码，如图15-9所示。
输入本机IP地址以及8828的端口号后，在输入编辑框内输入一些文字再按＜Enter＞键。发送数据的目标是本机，因此，在本机接收到了单击“发送”按钮时发出的数据。
图15-9 查看运行结果
15）继续修改主对话框类的OnOK函数，在函数末尾追加以下代码。
16）再次修改CSocku类中的OnReceive函数，将收到的数据和对方IP添加到历史编辑框内。
17）编译并运行，测试代码，如图15-10所示。
将生成的可执行文件在多台计算机中运行，分别输入不同的IP地址进行数据发送测试。
图15-10 查看运行结果
18）如果只有一台计算机，也可以使用VMware软件安装一台虚拟机，如图15-11所示。
图15-11 使用虚拟机进行网络测试
第3节 简单TCP通信
TCP的通信过程比UDP复杂得多，必须依据C/S架构基础进行开发，一般TCP通信软件都分为服务器端和客户端两部分。.TCP服务器端由一个侦听Socket和多个用于应答的Socket组成，每个应答Socket与客户端建立一对一的数据流通道。客户端程序只包含一个连接Socket，它在成功连接服务器后与某一个应答Socket进行一对一的数据通信。
服务器的侦听Socket就如同公司的前台接待员，不参与客户的订单买卖。当有上门联系的客户时引荐给客户经理，每一个应答Socket就代表一个客户经理。具体的数据交互过程，必须由应答Socket与客户端之间一对一地进行，如图15-12所示。
图15-12 TCP服务器的侦听和应答结构
创建工程名为“Server”和“Client”的两个对话框程序，用于演示通过CSocket类实现简单的TCP数据通信。在创建应用程序向导的第2页，选中“Windows Sockets”复选框。该选项在创建工程时自动向stdafx.h预编译头文件中增加afxsock.h头文件，并在App类的InitInstance进程启动函数中调用AfxSocketInit函数，如图15-13所示。
图15-13 MFC应用程序向导
1）创建工程完毕后查看stdafx.h预编译头文件，如图15-14所示。
2）再查看InitInstance函数。
图15-14 程序向导自动添加的代码
3）在Server工程中创建一个CSocket类的派生类CListenSocket，如图15-15所示。
图15-15 添加新类
4）用同样的方法再创建一个CScoket类的派生类CClientSocket，如图15-16所示。
图15-16 创建后的CSocket派生类
5）在CServerApp类的头文件中，添加一个指针链表类型的成员变量。
6）在CListenSocket类中添加虚函数OnAccept，用于截获客户端的连接。
7）在CClientSocket类中添加虚函数OnReceive，用于截获客户端发来的网络数据。
8）在CClientSocket类中添加虚函数OnClose，用于监测某个客户端是否断开了连接。
9）在主对话框类中，添加CListenSocket类型的成员变量。
10）修改主对话框初始化函数代码，创建Socket并开始侦听。
11）在Client工程的主对话框中增加一些控件，如图15-17所示。
图15-17 编辑主对话框资源
12）修改控件属性，见表15-4。
表15-4 主对话框的控件属性
13）创建一个CSocket的派生类CConnectSocket，如图15-18所示。
图15-18 创建后的CSocket派生类
14）在CConnectSocket类中添加虚函数OnReceive，用于截获服务器发来的网络数据。
15）在主对话框类的头文件中，添加一个CConnectSocket类型的成员变量。
16）修改主对话框初始化函数的代码。
17）在主对话框类中，添加“发送（&S）”按钮的消息映射函数OnOK。
18）编译并运行，测试服务器和客户端代码，如图15-19所示。
首先开启服务器程序，再在一台或多台计算机开启多个客户端程序进行测试，很明显这是一个简易的聊天室软件框架。
图15-19 查看运行结果
第4节 一般TCP通信
任何通信协议的格式都是由命令号和附带数据两部分组成，包括网络通信协议和硬件通信协议。命令号也叫协议号或协议编号，就是用一个数字或字符串通知对方执行一个对应的命令。大部分协议在发送命令号后还要发送附带数据，例如，登录协议要附带账号和密码等数据。
创建工程名为“s”和“c”的两个对话框程序，演示C/S结构的网络版信息管理软件开发过程。客户端通过TCP对服务器上的数据进行增、删、改、查等功能。在应用程序向导的第2页，选中“Windows Sockets”复选框。如果没有选择该选项，那么可以在stdafx.h中包含“afxsock.h”头文件，并在App类的InitInstance函数中调用AfxSocketInit函数。
1）在服务器“s”工程的CSApp类头文件中，添加一个用于数据管理的链表变量。
2）在“s”工程中创建两个CSocket类的派生类CListenSocket和CClientSocket，如图15-20所示。
图15-20 创建后的CSocket派生类
3）在侦听类（CListenSocket）中添加虚函数OnAccept，用于截获客户端的连接。
4）在应答类（CClientSocket）中添加虚函数OnClose，在客户端连接断开后及时清理堆空间。
5）在应答类（CClientSocket）中添加虚函数OnReceive，用于接收和解析客户端协议。
6）在CClientSocket类中，添加两个私有函数AddData和Browse作为协议处理函数。
7）在主对话框类的头文件中，添加一个CListenSocket类型的成员变量。
8）修改主对话框初始化函数的代码。
9）编译并运行，测试服务器端代码。
服务器端代码就完成了，接下来编写客户端代码。
10）在客户端“c”工程的主对话框中增加一些控件，如图15-21所示。
图15-21 编辑主对话框资源
11）修改控件属性，见表15-5。
表15-5 主对话框的控件属性
12）通过类向导为列表控件建立控件型关联变量，如图15-22所示。
(https://www.daowen.com)
图15-22 添加控件型关联变量
13）在主对话框类的头文件中，添加一个CSocket类型的成员变量，以及通信数据和协议定义。
14）修改主对话框初始化函数的代码。
15）在主对话框类中添加一个私有成员函数OnRefresh，用于从服务器接收数据来刷新列表。
16）建立“添加”按钮的消息映射函数OnAdd。
17）编译并运行，测试服务器端和客户端代码，如图15-23所示。
首先开启服务器程序，再在一台或多台计算机开启多个客户端程序进行测试。所有客户端添加的数据都统一保存在服务器上，并且在各个客户端中都能正常显示。
图15-23 查看运行结果
第5节 UDP通信
UDP的格式也是由命令号和附带数据两部分组成。但是UDP必须先使用结构体对命令号和数据进行打包后再发送，因为UDP不执行正确性检查。如果不打包则可能出现用户协议或协议数据不能完整到达，或者到达的顺序颠倒等问题。
创建工程名为“f”的对话框程序，用于演示UDP打包以及局域网P2P软件的开发过程。在应用程序向导的第2页，选中“Windows Sockets”复选框。如果没有选择该选项，那么也可以在stdafx.h中包含“afxsock.h”头文件，并在App类的InitInstance函数中调用AfxSocketInit函数。
1）添加一个异步通信派生类CSocku，用于收发UDP网络协议数据，如图15-24所示。
图15-24 添加新类
2）在CFApp类的头文件中，添加一些数据定义和类成员变量。
3）在主对话框中只使用一个列表控件（ID是IDC_LIST），用于显示在线的计算机，如图15-25所示。
图15-25 编辑主对话框资源
4）通过类向导为列表控件建立控件型关联变量，如图15-26所示。
图15-26 添加控件型关联变量
5）修改主对话框初始化函数的代码。
6）在CFApp类中添加一个公有成员函数InitInfo，用于初始化本机信息。
7）在CSocku类中添加一个虚函数OnReceive，用于接收UDP通信数据。
8）在主对话框类中，添加一个公有成员函数InsertHost。
9）编译并运行，测试代码，如图15-27所示。
在多台计算机上运行可执行程序，列表显示的是所有在线用户的信息。
图15-27 查看运行结果
10）在CFApp类中添加虚函数ExitInstance，用于进程退出时群发离线消息。
11）在CSocku：：OnReceive函数的switch语句中，添加一个case条件。
12）在主对话框类中，添加一个公有成员函数RemoveHost。
13）编译并运行，测试代码。
在多台计算机上运行启动和关闭进程，查看用户上线和下线时列表是否显示正常。
14）在资源视图中插入一个对话框资源，用于向其他在线用户发送文字消息，如图15-28所示。
图15-28 编辑聊天对话框资源
15）修改对话框ID为IDD_CHAT_DLG，修改外观和字体并插入一些控件，见表15-6。
表15-6 聊天对话框的控件属性
16）创建与IDD_CHAT_DLG关联的CDialog派生类，并添加WM_INITDIALOG消息映射函数。
17）在主对话框类中，添加“发送（&S）”按钮的消息映射函数OnOK。
18）在主对话框类中添加双击列表项（NM_DBLCLK）的消息反射函数。
19）在CSocku：：OnReceive函数的switch语句中，添加一个case条件。
20）在主对话框类中，添加一个公有成员函数OnText。
21）编译并运行，测试代码。在多台计算机上相互发送聊天文字进行测试，如图15-29所示。
图15-29 查看运行结果
第6节 TCP的短连接模式
TCP开发可以分为长连接和短连接两种模式。长连接就是客户端与服务器端一直保持连接状态，直到客户端进程退出时才断开连接。短连接就是客户端每次发送请求前连接服务器，完成一系列请求和应答之后立即断开连接。一般客户端数量较少而且与服务器通信频繁的情况下使用长连接，例如，第3节的C/S结构项目使用的就是长连接。如果每个客户端与服务器的通信并不频繁，而且客户端数量非常庞大的情况下则最好使用短连接模式。TCP短连接模式在保证稳定传输的前提下，大大降低了服务器的资源占用。例如，Web网站的HTTP服务使用的就是短连接模式，每次下载完成一个网页后立即关闭与服务器的连接。
打开第4节建立的客户端工程“c”继续修改代码，用于演示TCP短连接模式的协议开发。
1）修改主对话框头文件cDlg.h，添加一个CSocket类的派生类CSockc。
2）删除头文件中用于长连接的成员变量m_sock，并删除对话框初始化时的长连接代码。
3）使用短连接类CSockc修改OnRefresh和OnAdd函数的代码。
4）编译并运行，测试代码。先启动服务器程序，再启动多个客户端进行并发测试。
在客户端数量较少的情况下，测试短连接模式的C/S架构通信程序还体现不出太大的优势。但是当数量庞大的客户端程序与服务器通信时，例如，几万到几百万的客户端程序，使用短连接模式可以大大降低服务器的资源消耗。
第7节 相关类库介绍
1）CAsyncSocket类，如图15-30所示。CAsyncSocket类的常用成员见表15-7。
CAsyncSocket类封装了Windows套接字API，提供了面向对象的网络通信功能。
图15-30 CAsyncSocket类
①TCP服务器端通信流程。
a）调用CAsyncSocket：：Create函数，创建套接字并绑定端口。
b）调用CAsyncSocket：：Listen函数，开始侦听，等待客户端连接。
c）调用CAsyncSocket：：Accept函数，接收客户端连接并获取用于数据收发的套接字。
d）调用CAsyncSocket：：Send/Receive函数，发送数据到客户端或接收客户端数据。
e）调用CAsyncSocket：：Close函数，关闭数据收发套接字和侦听套接字。
②TCP客户端通信流程。
a）调用CAsyncSocket：：Create函数，创建套接字并绑定端口（客户端一般使用随机端口）。
b）调用CAsyncSocket：：Connect函数，使用套接字与服务器端连接。
c）调用CAsyncSocket：：Send/Receive函数，发送数据到服务器端或接收服务器端数据。
d）调用CAsyncSocket：：Close函数，关闭套接字并断开与服务器的连接。
③UDP通信流程。
a）调用CAsyncSocket：：Create函数，创建套接字并绑定端口（指定SOCK_DGRAM类型）。
b）调用CAsyncSocket：：SendTo/ReceiveFrom函数，发送数据到其他计算机或接收其他计算机发来的数据。
c）调用CAsyncSocket：：Close函数，关闭套接字。
表15-7 CAsyncSocket类常用成员
2）CSocket类，如图15-31所示。CSocket类的常用成员见表15-8。
图15-31 CSocket类
CSocket类是从CAsyncSocket类派生而来的，它继承了基类中的Receive、Send、ReceiveFrom、SendTo和Accept等所有操作函数。CSocket对象在执行Receive、ReceiveFrom和Accept函数时是阻塞的，而CAsyncSocket对象在执行以上函数时是非阻塞的，会返回WSAEWOULDBLOCK错误。当以上函数正在以阻塞模式执行时，如果调用CancelBlockingCall函数，则该函数调用将因为WSAEINTR错误而终止。
表15-8 CSocket类的常用成员
本章作业
1.测试题
测试本章列表中的CAsyncSocket类和CSocket类成员函数，每个按钮对应测试一个类成员函数。
2.上机作业
1）完善第5节中的局域网P2P软件。
①开发个人资料修改功能，包括姓名、性别、年龄以及头像和备注信息等。
②把修改好的个人资料群发给每个在线用户，每次群发信息时以姓名代替计算机名。
③在列表中的每个在线用户上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中内容包括发送信息和查看个人资料等。
④使用TCP短连接模式开发文字发送协议，因为UDP发送文字会发生丢包问题。
⑤思考如何实现新建用户组、加入组和分组显示在线用户的功能。
2）完善第3节中的聊天室软件。
①使用TCP长连接模式开发用户注册、登录、注销等功能。
②使用TCP长连接模式开发用户聊天室的创建、删除和列表浏览功能。
③使用TCP长连接模式开发用户进入、退出聊天室和在聊天室内发言的功能。
④使用TCP长连接模式开发获取聊天室内人员信息列表、查看个人资料和修改个人资料的功能。
3）完善第6节中信息管理系统的客户端和服务器端（参照第5章中的单机版信息管理软件“QQ”）。
①使用TCP短连接模式开发登录账户信息管理，包括账户名称、登录密码和管理权限等信息管理。
②使用TCP短连接模式开发账户添加、删除、修改和登录功能，账户不存在或密码不匹配无法登录。
③只有账户名和密码匹配才能进入主界面，主界面包括账户管理和信息管理两部分。
④普通权限的账户登录只能进行信息管理操作，高级权限的账户登录还可以进行账户信息管理操作。
3.填空题
1）互联网网络通信的基础是TCP/IP，即传输控制（____）和网络互联协议（____）。
2）每台计算机的____必须是独立的，在同一个网络内不能有重复的____，否则会造成____。
3）每个进程启动后可以申请一个或多个____，但在一台计算机内每个____同时只能被一个进程占用，否则就会造成____。
4）从整体架构上TCP/IP分为四个层次，即____、____、____和____。
5）TCP/IP也可以再细分为OSI七层结构，包括____、____、____、____、____、____和____。
6）服务器的____就如同公司的前台接待员，不参与客户的订单买卖。当有上门联系的客户时引荐给客户经理，每一个____就代表一个客户经理。具体的数据交互过程，必须由____与客户端之间一对一地进行。
7）在创建应用程序向导的第2页，选中“Windows Sockets”复选框。该选项在创建工程时自动向stdafx.h预编译头文件中包含____头文件，并在App类的InitInstance进程启动函数中调用____函数。
8）任何通信协议的格式都是由____和____两部分组成，包括网络通信协议和硬件通信协议。____也叫____或____，就是用一个数字或字符串通知对方执行一个对应的命令。大部分协议在发送____后还要发送____，例如，登录协议要附带账号和密码等数据。
9）UDP的格式也是由____和____两部分组成。但是UDP必须先使用结构体对____和____进行打包后再发送，因为UDP不执行正确性检查。如果不打包则可能出现用户协议或协议数据不能____，或者到达的____等问题。
10）TCP开发可以分为____和____两种模式。____就是客户端与服务器端一直保持连接状态，直到客户端进程退出时才断开连接。____就是客户端每次发送请求前连接服务器，完成一系列请求和应答之后立即断开连接。
11）TCP服务器端通信流程。
①调用CAsyncSocket：：____函数，创建套接字并绑定端口。
②调用CAsyncSocket：：____函数，开始侦听，等待客户端连接。
③调用CAsyncSocket：：____函数，接收客户端连接并获取用于数据收发的套接字。
④调用CAsyncSocket：：____/____函数，发送数据到客户端或接收客户端数据。
⑤调用CAsyncSocket：：____函数，关闭数据收发套接字和侦听套接字。
12）TCP客户端通信流程。
①调用CAsyncSocket：：____函数，创建套接字并绑定端口（客户端一般使用随机端口）。
②调用CAsyncSocket：：____函数，使用套接字与服务器端连接。
③调用CAsyncSocket：：____/____函数，发送数据到服务器端或接收服务器端数据。
④调用CAsyncSocket：：____函数，关闭套接字并断开与服务器的连接。
13）UDP通信流程。
①调用CAsyncSocket：：____函数，创建套接字并绑定端口（指定SOCK_DGRAM类型）。
②调用CAsyncSocket：：____/____函数，发送数据到其他计算机或接收其他计算机发来的数据。
③调用CAsyncSocket：：____函数，关闭套接字。
14）请在表15-9中填写CAsyncSocket类的成员说明。
表15-9 CAsyncSocket类的成员说明
（续）
15）请在表15-10中填写CSocket类的成员说明。
表15-10 CSocket类的成员说明
