Winsock套接字的工作模式有两种,分别是阻塞模式(同步模式)和非阻塞模式(异步模式)。阻塞模式下的Winsock函数会将程序的某个线程(如果程序中只有一个主线程,那么会导致整个程序处于“等待”状态)处于“等待”状态。非阻塞模式的Winsock函数不会发生需要等待的情况。在异步模式下,当一个函数执行后会立刻返回,即使是操作没有完成也会返回;当函数执行完成时,会以某种方式通知应用程序。显然,异步模式更适合于Windows下的开发。本文介绍异步模式的Winsock编程。
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当一个套接字通过socket()函数创建后,默认工作在阻塞模式下。为了使得套接字工作在非阻塞模式状态下,就需要对套接字进行设置,将其改编为非阻塞模式。改变套接字工作模式的方法有多种,为了基于Windows应用程序的消息驱动机制,这里只介绍常用的改变套接字的函数。该函数是WSAAsyncSelect()函数,其定义如下:
- int WSAAsyncSelect(
- SOCKET s,
- HWND hWnd,
- unsigned int wMsg,
- long lEvent
- );
WSAAsyncSelect()函数会把套接字设置为非阻塞模式,该函数会绑定指定套接字到一个窗口。当该套接字有网络事件发生时,会向绑定窗口发送相应的消息。该函数的参数含义说明如下。
S:指定要改变工作模式为非阻塞模式的套接字。
hWnd:指定当发生网络事件时接收消息的窗口。
wMsg:指定当网络事件发生时向窗口发送的消息。该消息是一个自定义消息,定义自定义消息的方法是在 WM_USER 的基础上加一个数值,比如(WM_USER + 1)。
lEvent:指定应用程序感兴趣的通知码。它可以被指定为多个通知码的组合。常用的通知码有 FD_READ(套接字收到对端发来的数据包)、FD_ACCEPT(监听中的套接字有连接请求)、FD_CONNECT(套接字成功连接到对方)和 FD_CLOSE(套接字对应的连接被关闭)。在指定通知码时不需要全部将其指定。对于基于 TCP 协议的客户端来说,FD_ACCEPT 是没有意义的;对于基于 TCP 的服务端来说,FD_CONNECT 是没有意义的;对于基于 UDP 协议的客户端和服务器端来说,FD_ACCEPT、FD_CONNECT 和 FD_CLOSE 都是没有意义的。
在了解如何将套接字设置为非阻塞模式以后,这里完成一个简单的远程控制工具。这里要编写的远程控制工具是基于C/S模式的,即客户端/服务器端模式的架构。客户端通过发送控制命令,操作服务器端接收到控制命令后响应相应的事件,完成特定的功能。
这个远程控制的服务器端只简单实现以下几个功能。
1. 远程控制软件框架设计
远程控制分为控制端和被控制端,控制端通常为客户端,而被控制端通常为服务器端。对于客户端来说,它需要3种通知码,即FD_CONNECT、FD_CLOSE和FD_READ。对于服务器端来说,它需要3种通知码,即FD_ACCEPT、FD_CLOSE和FD_READ,如图1所示。
图1 服务器端和客户端通信
这里解释一下图1,并对它的框架设计进行补充。对于服务器端(Server端)来说,它需要处于监听状态等待客户端(Client端)发起的连接(FD_ACCEPT),在连接后会等待接收客户端发来的控制命令(FD_READ),当客户端断开连接后就可以结束此次通信了(FD_CLOSE)。对于客户端来说,它需要等待确认连接是否成功(FD_CONNET);当连接成功后就可以向服务器端发送控制命令,并等待接收命令响应结果(FD_READ);当服务器端被关闭后,通信则强制被结束了(FD_CLOSE)。因此,服务器端需要的通知码有FD_ACCEPT、FD_READ和FD_CLOSE,客户端需要的通知码有FD_CONNECT、FD_READ和FD_CLOSE。
客户端向服务器端发送的命令为“字符串”类型的数据。当服务器接收到客户端发来的命令后,需要判断命令,然后执行相应的功能。
服务器向客户端反馈的执行结果可能为字符串,也可能为其他的数据结构类型的内容。由于反馈数据的格式无法确定,那么对于服务器向客户端反馈的信息必须做特殊的标记,通过标记判断发送的数据格式。而客户端接收到服务器端发来的数据后,必须对格式进行解析,以便正确读取服务器端返回的命令反馈结果。服务器端的反馈数据协议格式如图2所示。
图2 服务器端反馈数据协议格式
从图2可以看出,服务器对于客户端的反馈数据协议格式有3部分内容,第1部分bType用于区分是文本数据和特定数据结构的数据,第2部分bClass用于区分不同的特定数据结构,第3部分szValue是真正的数据部分。对于服务器反馈的数据,如果是文本数据,那么客户端直接将szValue中的字符串显示输出;如果反馈的是特定的数据结构,则必须区分是何种数据结构,最后按照直接的数据结构解析szValue中的数据。将该协议格式定义为数据结构体,如下:
- #define TEXTMSG 't' // 表示文本信息
- #define BINARYMSG 'b' // 表示特定的数据结构
- typedef struct _DATA_MSG
- {
- BYTE bType; // 数据的类型
- BYTE bClass; // 数据类型的补充
- char szValue[0x200]; // 数据的信息
- }DATA_MSG, *PDATA_MSG;
2. 远程控制软件代码要点
前面介绍了WSAAsyncSelect()函数原型和参数的含义,下面具体介绍WSAAsyncSelect()函数的使用。WSAAsyncSelect()函数在使用时会将指定的套接字、窗口句柄、自定义消息和通知码关联在一起,使用如下:
- // 初始化 Winsock 库
- WSADATA wsaData;
- WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
- // 创建套接字并将其设置为非阻塞模式
- m_ListenSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
- WSAAsyncSelect(m_ListenSock, GetSafeHwnd(), UM_SERVER, FD_ACCEPT);
在代码的WSAAsyncSelect()函数中,第1个参数是新创建的用于监听的套接字m_ListenSock,第2个参数使用MFC的成员函数GetSafeHwnd()来得到当前窗体的句柄,第3个参数UM_SERVER是一个自定义的类型,最后一个参数FD_ACCEPT是该套接字要接收的通知码。函数中的第3个参数是一个自定义的消息。在服务器端,该消息的定义如下:
- #define UM_SERVER (WM_USER + 200)
当有客户端与服务器端连接时,系统会发送UM_SERVER消息到与监听套接字关联的句柄指定的窗口。当窗口收到该消息后,需要对该消息进行处理。该处理函数也需要手动进行添加,添加有3处地方。
第1处是在类定义中添加,代码如下:
- // 生成的消息映射函数
- //{{AFX_MSG(CServerDlg)
- virtual BOOL OnInitDialog();
- afx_msg void OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam);
- afx_msg void OnPaint();
- afx_msg HCURSOR OnQueryDragIcon();
- afx_msg VOID OnSock(WPARAM wParam, LPARAM lParam);
- afx_msg void OnClose();
- //}}AFX_MSG
- DECLARE_MESSAGE_MAP()
在这里添加afx_msg VOID OnSock(WPARAM wParam, LPARAM lParam);
第2处在类实现中添加对应的函数实现代码,如下:
- VOID CServerDlg::OnSock(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
- {
- }
第3处是要添加消息映射,代码如下:
- BEGIN_MESSAGE_MAP(CServerDlg, CDialog)
- //{{AFX_MSG_MAP(CServerDlg)
- ON_WM_SYSCOMMAND()
- ON_WM_PAINT()
- ON_WM_QUERYDRAGICON()
- ON_MESSAGE(UM_SERVER, OnSock)
- ON_WM_CLOSE()
- //}}AFX_MSG_MAP
- END_MESSAGE_MAP()
在这里添加ON_MESSAGE(UM_SERVER, OnSock)。
通过以上3步,在程序中就可以接收并响应对UM_SERVER消息的处理。
3. 远程控制界面布局
首先来看远程控制客户端与服务器端的窗口界面,如图3所示。
图3 远程控制端与服务器端界面布局
在图3中,SERVER表示服务器端,Client表示客户端。服务器端(Server)运行在虚拟机中,客户端(Client)运行在物理机中。通过图3可以看出,物理机中客户端与服务器端是可以正常进行通信的。
服务器端的软件只有一个用于显示多行文本的编辑框。该界面比较简单。
客户端软件在IP地址后的编辑框中输入服务器端的IP地址,然后单击“连接”按钮,客户端会与远端的服务器进行连接。当连接成功后,输入IP地址的编辑框会处于只读状态,“连接”按钮变为“断开连接”按钮。对于发送命令后的编辑框变为可用状态,“发送”按钮也变为可用状态。
对于软件界面的布局,大家可以自行调整。
4. 服务器端代码的实现
当服务器启动时,需要创建套接字,并将套接字设置为异步模式,绑定IP地址和端口号并使其处于监听状态,代码如下:
- BOOL CServerDlg::OnInitDialog()
- {
- ……
- // 添加其他初始化代码
- // 初始化 Winsock 库
- WSADATA wsaData;
- WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
- // 创建套接字并将其设置为非阻塞模式
- m_ListenSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
- WSAAsyncSelect(m_ListenSock, GetSafeHwnd(), UM_SERVER, FD_ACCEPT);
- sockaddr_in addr;
- addr.sin_family = AF_INET;
- addr.sin_addr.S_un.S_addr = ADDR_ANY;
- addr.sin_port = htons(5555);
- // 绑定 IP 地址及 5555 端口,并处于监听状态
- bind(m_ListenSock, (SOCKADDR*)&addr, sizeof(addr));
- listen(m_ListenSock, 1);
- return TRUE; // return TRUE unless you set the focus to a control
- }
当客户端与服务器端进行连接时,需要处理通知码FD_ACCEPT,并且创建与客户端进行通信的新的套接字。对于新的套接字也需要设置为异步模式,并且需要设置FD_READ和FD_CLOSE两个通知码。代码如下:
- VOID CServerDlg::OnSock(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
- {
- if ( WSAGETSELECTERROR(lParam) )
- {
- return ;
- }
- switch ( WSAGETSELECTEVENT(lParam))
- {
- // 处理 FD_ACCEPT
- case FD_ACCEPT:
- {
- sockaddr_in ClientAddr;
- int nSize = sizeof(ClientAddr);
- m_ClientSock = accept(m_ListenSock, (SOCKADDR*)&ClientAddr, &nSize);
- WSAAsyncSelect(m_ClientSock, GetSafeHwnd(), UM_SERVER, FD_READ | FD_CLOSE);
- m_StrMsg.Format("请求地址是%s:%d",
- inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr), ntohs(ClientAddr.sin_port));
- DATA_MSG DataMsg;
- DataMsg.bType = TEXTMSG;
- DataMsg.bClass = 0;
- lstrcpy(DataMsg.szValue, HELPMSG);
- send(m_ClientSock, (const char *)&DataMsg, sizeof(DataMsg), 0);
- break;
- }
- // 处理 FD_READ
- case FD_READ:
- {
- char szBuf[MAXBYTE] = { 0 };
- recv(m_ClientSock, szBuf, MAXBYTE, 0);
- DispatchMsg(szBuf);
- m_StrMsg = "对方发来命令: ";
- m_StrMsg += szBuf;
- break;
- }
- // 处理 FD_CLOSE
- case FD_CLOSE:
- {
- closesocket(m_ClientSock);
- m_StrMsg = "对方关闭连接";
- break;
- }
- }
- InsertMsg();
- }
在代码中,当响应FD_READ通知码时会接收客户端发来的命令,并通过DispatchMsg()函数处理客户端发来的命令。在OnSock()函数的最后有一个InsertMsg()函数,该函数用于将接收的命令显示到界面上对应的消息编辑框中。
DispatchMsg()函数用于处理客户端发来的命令,该代码如下:
- VOID CServerDlg::DispatchMsg(char *szBuf)
- {
- DATA_MSG DataMsg;
- ZeroMemory((void*)&DataMsg, sizeof(DataMsg));
- if ( !strcmp(szBuf, "help") )
- {
- DataMsg.bType = TEXTMSG;
- DataMsg.bClass = 0;
- lstrcpy(DataMsg.szValue, HELPMSG);
- }
- else if ( !strcmp(szBuf, "getsysinfo"))
- {
- SYS_INFO SysInfo;
- GetSysInfo(&SysInfo);
- DataMsg.bType = BINARYMSG;
- DataMsg.bClass = SYSINFO;
- memcpy((void *)DataMsg.szValue, (const char *)&SysInfo, sizeof(DataMsg));
- }
- else if ( !strcmp(szBuf, "open") )
- {
- SetCdaudio(TRUE);
- DataMsg.bType = TEXTMSG;
- DataMsg.bClass = 0;
- lstrcpy(DataMsg.szValue, "open 命令执行完成");
- }
- else if ( !strcmp(szBuf, "close") )
- {
- SetCdaudio(FALSE);
- DataMsg.bType = TEXTMSG;
- DataMsg.bClass = 0;
- lstrcpy(DataMsg.szValue, "close 命令执行完成");
- }
- else if ( !strcmp(szBuf, "swap") )
- {
- SetMouseButton(TRUE);
- DataMsg.bType = TEXTMSG;
- DataMsg.bClass = 0;
- lstrcpy(DataMsg.szValue, "swap 命令执行完成");
- }
- else if ( !strcmp(szBuf, "restore") )
- {
- SetMouseButton(FALSE);
- DataMsg.bType = TEXTMSG;
- DataMsg.bClass = 0;
- lstrcpy(DataMsg.szValue, "restore 命令执行完成");
- }
- else
- {
- DataMsg.bType = TEXTMSG;
- DataMsg.bClass = 0;
- lstrcpy(DataMsg.szValue, "无效的指令");
- }
- // 发送命令执行情况给客户端
- send(m_ClientSock, (const char *)&DataMsg, sizeof(DataMsg), 0);
- }
在DispatchMsg()函数中,通过if()…else if()…else()比较客户端发来的命令执行相应的功能,并将执行的结果发送给客户端。
命令功能的实现函数如下:
- VOID CServerDlg::GetSysInfo(PSYS_INFO SysInfo)
- {
- unsigned long nSize = 0;
- SysInfo->OsVer.dwOSVersionInfoSize = sizeof(OSVERSIONINFO);
- GetVersionEx(&SysInfo->OsVer);
- nSize = NAME_LEN;
- GetComputerName(SysInfo->szComputerName, &nSize);
- nSize = NAME_LEN;
- GetUserName(SysInfo->szUserName, &nSize);
- }
- VOID CServerDlg::SetCdaudio(BOOL bOpen)
- {
- if ( bOpen )
- {
- // 打开光驱
- mciSendString("set cdaudio door open", NULL, NULL, NULL);
- }
- else
- {
- // 关闭光驱
- mciSendString("set cdaudio door closed", NULL, NULL, NULL);
- }
- }
- VOID CServerDlg::SetMouseButton(BOOL bSwap)
- {
- if ( bSwap)
- {
- // 交换
- SwapMouseButton(TRUE);
- }
- else
- {
- // 恢复
- SwapMouseButton(FALSE);
- }
- }
这里面对于getsysinfo命令,需要定义一个结构体,具体如下:
- #define HELPMSG "帮助信息: \r\n" \
- "\t help : 显示帮助菜单 \r\n" \
- "\t getsysinfo : 获得对方主机信息\r\n" \
- "\t open : 打开光驱 \r\n" \
- "\t close : 关闭光驱 \r\n" \
- "\t swap : 交换鼠标左右键 \r\n" \
- "\t restore : 恢复鼠标左右键" \
- #define NAME_LEN 20
- typedef struct _SYS_INFO
- {
- OSVERSIONINFO OsVer; // 保存操作系统信息
- char szComputerName[NAME_LEN]; // 保存计算机名
- char szUserName[NAME_LEN]; // 保存当前登录名
- }SYS_INFO, *PSYS_INFO;
该结构体不是文本类型的数据,需要在反馈协议中填充bClass字段。对于getsysinfo命令,该bClass字段填充的内容为“SYSINFO”。SYSINFO的定义如下:
- #define SYSINFO 0x01L
调用mciSendString()函数需要添加头文件和库文件,具体如下:
- #include
- #pragma comment (lib, "Winmm")
至此,服务器端的主要功能就介绍完了,最后还有两个函数没有列出,分别是InsertMsg()函数和释放Winsock库的部分,代码如下:
- void CServerDlg::OnClose()
- {
- // 添加处理程序代码或调用默认方法
- // 关闭监听套接字,并释放 Winsock 库
- closesocket(m_ClientSock);
- closesocket(m_ListenSock);
- WSACleanup();
- CDialog::OnClose();
- }
- VOID CServerDlg::InsertMsg()
- {
- CString strMsg;
- GetDlgItemText(IDC_MSG, strMsg);
- m_StrMsg += "\r\n";
- m_StrMsg += "----------------------------------------\r\n";
- m_StrMsg += strMsg;
- SetDlgItemText(IDC_MSG, m_StrMsg);
- m_StrMsg = "";
- }
5. 客户端代码的实现
客户端的代码基本与服务端的代码类似,这里就不再说明。
连接远程服务器的代码如下:
- void CClientDlg::OnBtnConnect()
- {
- // 添加处理程序代码
- char szBtnName[10] = { 0 };
- GetDlgItemText(IDC_BTN_CONNECT, szBtnName, 10);
- // 断开连接
- if ( !lstrcmp(szBtnName, "断开连接") )
- {
- SetDlgItemText(IDC_BTN_CONNECT, "连接");
- (GetDlgItem(IDC_SZCMD))->EnableWindow(FALSE);
- (GetDlgItem(IDC_BTN_SEND))->EnableWindow(FALSE);
- (GetDlgItem(IDC_IPADDR))->EnableWindow(TRUE);
- closesocket(m_Socket);
- m_StrMsg = "主动断开连接";
- InsertMsg();
- return ;
- }
- // 连接远程服务器端
- char szIpAddr[MAXBYTE] = { 0 };
- GetDlgItemText(IDC_IPADDR, szIpAddr, MAXBYTE);
- m_Socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
- WSAAsyncSelect(m_Socket,GetSafeHwnd(),UM_CLIENT, FD_READ | FD_CONNECT | FD_CLOSE);
- sockaddr_in ServerAddr;
- ServerAddr.sin_family = AF_INET;
- ServerAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(szIpAddr);
- ServerAddr.sin_port = htons(5555);
- connect(m_Socket, (SOCKADDR*)&ServerAddr, sizeof(ServerAddr));
- }
响应通知码的函数如下:
- VOID CClientDlg::OnSock(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
- {
- if ( WSAGETSELECTERROR(lParam) )
- {
- return ;
- }
- switch ( WSAGETSELECTEVENT(lParam))
- {
- // 处理 FD_ACCEPT
- case FD_CONNECT:
- {
- (GetDlgItem(IDC_SZCMD))->EnableWindow(TRUE);
- (GetDlgItem(IDC_BTN_SEND))->EnableWindow(TRUE);
- (GetDlgItem(IDC_IPADDR))->EnableWindow(FALSE);
- SetDlgItemText(IDC_BTN_CONNECT, "断开连接");
- m_StrMsg = "连接成功";
- break;
- }
- // 处理 FD_READ
- case FD_READ:
- {
- DATA_MSG DataMsg;
- recv(m_Socket, (char *)&DataMsg, sizeof(DataMsg), 0);
- DispatchMsg((char *)&DataMsg);
- break;
- }
- // 处理 FD_CLOSE
- case FD_CLOSE:
- {
- (GetDlgItem(IDC_SZCMD))->EnableWindow(FALSE);
- (GetDlgItem(IDC_BTN_SEND))->EnableWindow(FALSE);
- (GetDlgItem(IDC_IPADDR))->EnableWindow(TRUE);
- closesocket(m_Socket);
- m_StrMsg = "对方关闭连接";
- break;
- }
- }
- InsertMsg();
- }
发送命令到远程服务器端的代码如下:
- void CClientDlg::OnBtnSend()
- {
- // 添加处理程序代码
- char szBuf[MAXBYTE] = { 0 };
- GetDlgItemText(IDC_SZCMD, szBuf, MAXBYTE);
- send(m_Socket, szBuf, MAXBYTE, 0);
- }
处理服务器端反馈结果的代码如下:
- VOID CClientDlg::DispatchMsg(char *szBuf)
- {
- DATA_MSG DataMsg;
- memcpy((void*)&DataMsg, (const void *)szBuf, sizeof(DATA_MSG));
- if ( DataMsg.bType == TEXTMSG )
- {
- m_StrMsg = DataMsg.szValue;
- }
- else
- {
- if ( DataMsg.bClass == SYSTEMINFO )
- {
- ParseSysInfo((PSYS_INFO)&DataMsg.szValue);
- }
- }
- }
解析服务器端信息的代码如下:
- VOID CClientDlg::ParseSysInfo(PSYS_INFO SysInfo)
- {
- if ( SysInfo->OsVer.dwPlatformId == VER_PLATFORM_WIN32_NT )
- {
- if ( SysInfo->OsVer.dwMajorVersion == 5 && SysInfo->OsVer.dwMinorVersion == 1 )
- {
- m_StrMsg.Format("对方系统信息:\r\n\t Windows XP %s", SysInfo->OsVer. szCSDVersion);
- }
- else if ( SysInfo->OsVer.dwMajorVersion == 5 && SysInfo->OsVer.dwMinorVersion== 0)
- {
- m_StrMsg.Format("对方系统信息:\r\n\t Windows 2K");
- }
- }
- else
- {
- m_StrMsg.Format("对方系统信息:\r\n\t Other System \r\n");
- }
- m_StrMsg += "\r\n";
- m_StrMsg += "\t Computer Name is ";
- m_StrMsg += SysInfo->szComputerName;
- m_StrMsg += "\r\n";
- m_StrMsg += "\t User Name is";
- m_StrMsg += SysInfo->szUserName;
- }
到这里,远程控制的代码就完成了。如果要实现更多的功能,可能该框架无法进行更好的扩充。该实例主要为了演示非阻塞模式的Winsock应用的开发。如果该实例中的套接字使用阻塞模式的话,那么就必须配合多线程来完成,将接收的部分单独放在一个线程中,否则接收数据的函数recv()在等待接收数据的到来时会将整个程序“卡死”。
网页名称:网络安全编程:非阻塞模式开发
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