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用Winsock實(shí)現(xiàn)語音全雙工通信使用
摘要：在Windows 95環(huán)境下，基于TCP/IP協(xié)議，用Winsock完成了話音的一端—端傳輸。采用雙套接字技術(shù)，闡述了主要函數(shù)的使用要點(diǎn)，以及基于異步選擇機(jī)制的應(yīng)用方法。同時(shí)，給出了相應(yīng)的實(shí)例程序。關(guān)鍵詞：Windows 95，語音通信，TCP/IP,Winsock
一、引言
Windows 95作為微機(jī)的操作系統(tǒng)，已經(jīng)完全融入了網(wǎng)絡(luò)與通信功能，不僅可以建立純Windows 95環(huán)境下的“對(duì)等網(wǎng)絡(luò)”，而且支持多種協(xié)議，如TCP/IP、IPX/SPX、NETBUI等。在TCP/IP協(xié)議組中，TPC是一種面向連接的協(xié)義，為用戶提供可靠的、全雙工的字節(jié)流
服務(wù)，具有確認(rèn)、流控制、多路復(fù)用和同步等功能，適于數(shù)據(jù)傳輸。UDP協(xié)議則是無連接的，每個(gè)分組都攜帶完整的目的地址，各分組在系統(tǒng)中獨(dú)立傳送。它不能保證分組的先后順序，不進(jìn)行分組出錯(cuò)的恢復(fù)與重傳，因此不保證傳輸?shù)目煽啃裕?，它提供高傳輸效率的?shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，適于實(shí)時(shí)的語音、圖像傳輸、廣播消息等網(wǎng)絡(luò)傳輸。Winsock接口為進(jìn)程間通信提供了一種新的手段，它不但能用于同一機(jī)器中的進(jìn)程之間通
信，而且支持網(wǎng)絡(luò)通信功能。隨著Windows 95的推出。Winsock已經(jīng)被正式集成到了Windows系統(tǒng)中，同時(shí)包括了16位和32位的編程接口。而Winsock的開發(fā)工具也可以在Borland C++4.0、Visual C++2.0這些C編譯器中找到，主要由一個(gè)名為winsock.h的頭文件和動(dòng)態(tài)連接庫winsock.dll或wsodk32.dll組成，這兩種動(dòng)態(tài)連接庫分別用于Win16和Win32的應(yīng)用程序。
本文針對(duì)話音的全雙工傳輸要求，采用UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信。使用VisualC++2.0編譯環(huán)境，其動(dòng)態(tài)連接庫名為wsock32.dll。
二、主要函數(shù)的使用要點(diǎn)
通過建立雙套接字，可以很方便地實(shí)現(xiàn)全雙工網(wǎng)絡(luò)通信。
1、套接字建立函數(shù)：
SOCKET socket(int family,int type,int protocol)
對(duì)于UDP協(xié)議，寫為：
SOCKRET s;
s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
或s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP)
為了建立兩個(gè)套接字，必須實(shí)現(xiàn)地址的重復(fù)綁定，即，當(dāng)一個(gè)套接字已經(jīng)綁定到某本地地址后，為了讓另一個(gè)套接字重復(fù)使用該地址，必須為調(diào)用bind()函數(shù)綁定第二個(gè)套接字之前，通過函數(shù)setsockopt()為該套接字設(shè)置SO_REUSEADDR套接字選項(xiàng)。通過函數(shù)getsockopt()可獲得套接字選項(xiàng)設(shè)置狀態(tài)。需要注意的是，兩個(gè)套接字所對(duì)應(yīng)的端口號(hào)不能相同。此外，還涉及到套接字緩沖區(qū)的設(shè)置問題，按規(guī)定，每個(gè)區(qū)的設(shè)置范圍是：不小于512個(gè)字節(jié)，大大于8k字節(jié)，根據(jù)需要，文中選用了4k字節(jié)。
2、套接字綁定函數(shù)
int bind(SOCKET s,struct sockaddr_in*name,int namelen)
s是剛才創(chuàng)建好的套接字，name指向描述通訊對(duì)象的結(jié)構(gòu)體的指針，namelen是該結(jié)構(gòu)體的長度。該結(jié)構(gòu)體中的分量包括：IP地址(對(duì)應(yīng)name.sin_addr.s_addr)、端口號(hào)(name.sin_port)、地址類型(name.sin_family，一般都賦成AF_INET，表示是internet地址)。
(1)IP地址的填寫方法：在全雙工通信中，要把用戶名對(duì)應(yīng)的點(diǎn)分表示法地址轉(zhuǎn)換成32位長整數(shù)格式的IP地址，使用inet_addr()函數(shù)。
(2)端口號(hào)是用于表示同一臺(tái)計(jì)算機(jī)不同的進(jìn)程(應(yīng)用程序)，其分配方法有兩種：1)進(jìn)程可以讓系統(tǒng)為套接字自動(dòng)分配一端口號(hào)，只要在調(diào)用bind前將端口號(hào)指定為0即可。由系統(tǒng)自動(dòng)分配的端口號(hào)位于1024~5000之間，而1~1023之間的任一TCP或UDP端口都是保留的，系統(tǒng)不允許任一進(jìn)程使用保留端口，除非其有效用戶ID是零(超級(jí)用戶)。
2)進(jìn)程可為套接字指定一特定端口。這對(duì)于需要給套接字分配一眾所端口的服務(wù)器是很有用的。指定范圍為1024和65536之間?？扇我庵付?。
在本程序中，對(duì)兩個(gè)套接字的端口號(hào)規(guī)定為2000和2001，前者對(duì)應(yīng)發(fā)送套接字，后者對(duì)應(yīng)接收套接字。
端口號(hào)要從一個(gè)16位無符號(hào)數(shù)(u_short類型數(shù))從主機(jī)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序，使用htons()函數(shù)。
根據(jù)以上兩個(gè)函數(shù)，可以給出雙套接字建立與綁定的程序片斷；
//設(shè)置有關(guān)的全局變量
SOCKET sr,ss;
HPSTR sockBufferS,sockBufferR;
HANDLE hSendData,hReceiveData;
DWROD dwDataSize=1024*4;
struct sockaddr_in therel.there2;
#DEFINE LOCAL_HOST_ADDR 200.200.200.201
#DEFINE REMOTE_HOST-ADDR 200.200.200.202
#DEFINE LOCAL_HOST_PORT 2000
#DEFINE LOCAL_HOST_PORT 2001
//套接字建立函數(shù)
BOOL make_skt(HWND hwnd)
{
struct sockaddr_in here,here1;
ss=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
sr=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if((ss==INVALID_SOCKET)||(sr==INVALID_SOCKET))
{
MessageBox(hwnd,“套接字建立失敗!”，“”,MB_OK);
return(FALSE);
}
here.sin_family=AF_INET;
here.sin_addr.s_addr=inet_addr(LOCAL_HOST_ADDR);
here.sin_port=htons(LICAL_HOST_PORT);
//another socket
herel.sin_family=AF_INET;
herel.sin_addr.s_addr(LOCAL_HOST_ADDR);
herel.sin_port=htons(LOCAL_HOST_PORT1);
SocketBuffer();//套接字緩沖區(qū)的鎖定設(shè)置
setsockopt(ss,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,(char FAR*)sockBufferS,dwDataSize);
if(bind(ss,(LPSOCKADDR)&here,sizeof(here)))
{
MessageBox(hwnd,“發(fā)送套接字綁定失敗!”，“”，MB_OK);
return(FALSE);
}
setsockopt(sr SQL_SOCKET,SO_RCVBUF|SO_REUSEADDR,(char FAR*)
sockBufferR,dwDataSize);
if(bind(sr,(LPSOCKADDR)&here1,sizeof(here1)))
{
MessageBox(hwnd,“接收套接字綁定失敗!”，“”，MB_OK);
return(FALSE);
}
return(TRUE);
}
//套接字緩沖區(qū)設(shè)置
void sockBuffer(void)
{
hSendData=GlobalAlloc(GMEM_MOVEABLE|GMEM_SHARE,dwDataSize);
if(!hSendData)
{
MessageBox(hwnd,“發(fā)送套接字緩沖區(qū)定位失敗!”，NULL,
MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);
return;
}
if((sockBufferS=GlobalLock(hSendData)==NULL)
{
MessageBox(hwnd,“發(fā)送套接字緩沖區(qū)鎖定失敗!”，NULL,
MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);
GlobalFree(hRecordData[0];
return;
}
hReceiveData=globalAlloc(GMEM_MOVEABLE|GMEM_SHARE,dwDataSize);
if(!hReceiveData)
{
MessageBox(hwnd,"“接收套接字緩沖區(qū)定位敗!”，NULL
MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);
return;
}
if((sockBufferT=Globallock(hReceiveData))=NULL)
MessageBox(hwnd,"發(fā)送套接字緩沖區(qū)鎖定失敗!”，NULL,
MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);
GlobalFree(hRecordData[0]);
return;
}
{
3.數(shù)據(jù)發(fā)送與接收函數(shù)；
int sendto(SOCKET s.char*buf,int len,int flags,struct sockaddr_in to,int
tolen);
int recvfrom(SOCKET s.char*buf,int len,int flags,struct sockaddr_in
fron,int*fromlen)
其中，參數(shù)flags一般取0。
recvfrom()函數(shù)實(shí)際上是讀取sendto()函數(shù)發(fā)過來的一個(gè)數(shù)據(jù)包，當(dāng)讀到的數(shù)據(jù)字節(jié)少于規(guī)定接收的數(shù)目時(shí)，就把數(shù)據(jù)全部接收，并返回實(shí)際接收到的字節(jié)數(shù)；當(dāng)讀到的數(shù)據(jù)多于規(guī)定值時(shí)，在數(shù)據(jù)報(bào)文方式下，多余的數(shù)據(jù)將被丟棄。而在流方式下，剩余的數(shù)據(jù)由下recvfrom()讀出。為了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，必須建立數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)和數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)。規(guī)定：IP層的一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)最大不超過64K(含數(shù)據(jù)報(bào)頭)。當(dāng)緩沖區(qū)設(shè)置得過多、過大時(shí)，常因內(nèi)存不夠而導(dǎo)致套接字建立失敗。在減小緩沖區(qū)后，該錯(cuò)誤消失。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，文中選用了4K字節(jié)。
此外，還應(yīng)注意這兩個(gè)函數(shù)中最后參數(shù)的寫法，給sendto()的最后參數(shù)是一個(gè)整數(shù)值，而recvfrom()的則是指向一整數(shù)值的指針。
4.套接字關(guān)閉函數(shù)：closesocket(SOCKET s)
通訊結(jié)束時(shí)，應(yīng)關(guān)閉指定的套接字，以釋與之相關(guān)的資源。
在關(guān)閉套接字時(shí)，應(yīng)先對(duì)鎖定的各種緩沖區(qū)加以釋放。其程序片斷為：
void CloseSocket(void)
{
GlobalUnlock(hSendData);
GlobalFree(hSenddata);
GlobalUnlock(hReceiveData);
GlobalFree(hReceiveDava);
if(WSAAysncSelect(ss,hwnd,0,0)=SOCKET_ERROR)
{
MessageBos(hwnd,“發(fā)送套接字關(guān)閉失敗!”，“”，MB_OK);
return;
}
if(WSAAysncSelect(sr,hwnd,0,0)==SOCKET_ERROR)
{
MessageBox(hwnd,“接收套接字關(guān)閉失敗!”，“”，MB_OK);
return;
}
WSACleanup();
closesockent(ss);
closesockent(sr);
return;
}
三、Winsock的編程特點(diǎn)與異步選擇機(jī)制
1、 阻塞及其處理方式
在網(wǎng)絡(luò)通訊中，由于網(wǎng)絡(luò)擁擠或一次發(fā)送的數(shù)據(jù)量過大等原因，經(jīng)常會(huì)發(fā)生交換的數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)不能傳送完，收發(fā)數(shù)據(jù)的函數(shù)因此不能返回，這種現(xiàn)象叫做阻塞。Winsock對(duì)有可能阻塞的函數(shù)提供了兩種處理方式：阻塞和非阻塞方式。在阻塞方式下，收發(fā)數(shù)據(jù)的函數(shù)在被調(diào)用后一直要到傳送完畢或者出錯(cuò)才能返回。在阻塞期間，被阻的函數(shù)不會(huì)斷調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)GetMessage()來保持消息循環(huán)的正常進(jìn)行。對(duì)于非阻塞方式，函數(shù)被調(diào)用后立即返回，當(dāng)傳送完成后由Winsock給程序發(fā)一個(gè)事先約定好的消息。
在編程時(shí)，應(yīng)盡量使用非阻塞方式。因?yàn)樵谧枞绞较?，用戶可能?huì)長時(shí)間的等待過程中試圖關(guān)閉程序，因?yàn)橄⒀h(huán)還在起作用，所以程序的窗口可能被關(guān)閉，這樣當(dāng)函數(shù)從Winsock的動(dòng)態(tài)連接庫中返回時(shí)，主程序已經(jīng)從內(nèi)存中刪除，這顯然是極其危險(xiǎn)的。
2 、異步選擇函數(shù)WSAAsyncSelect()的使用
Winsock通過WSAAsyncSelect()自動(dòng)地設(shè)置套接字處于非阻塞方式。使用WindowsSockets實(shí)現(xiàn)Windows網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是它提供了對(duì)網(wǎng)絡(luò)事件基于消息的異步存取，用于注冊應(yīng)用程序感興趣的網(wǎng)絡(luò)事件。它請(qǐng)求Windows Sockets DLL在檢測到套接字上發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)事件時(shí)，向窗口發(fā)送一個(gè)消息。對(duì)UDP協(xié)議，這些網(wǎng)絡(luò)事件主要為：
FD_READ 期望在套接字收到數(shù)據(jù)(即讀準(zhǔn)備好)時(shí)接收通知；
FD_WRITE 期望在套接字可發(fā)送數(shù)(即寫準(zhǔn)備好)時(shí)接收通知；
FD_CLOSE 期望在套接字關(guān)閉時(shí)接電通知
消息變量wParam指示發(fā)生網(wǎng)絡(luò)事件的套接字，變量1Param的低字節(jié)描述發(fā)生的網(wǎng)絡(luò)事件，高字包含錯(cuò)誤碼。如在窗口函數(shù)的消息循環(huán)中均加一個(gè)分支：
int ok=sizeof(SOCKADDR);
case wMsg;
switch(1Param)
{
case FD_READ:
//套接字上讀數(shù)據(jù)
if(recvfrom(sr.lpPlayData[j],dwDataSize,0,(struct sockaddr FAR*)&there1,
(int FAR*)&ok)==SOCKET_ERROR0
{
MessageBox)hwnd,“數(shù)據(jù)接收失敗!”，“”，MB_OK);
return(FALSE);
}
case FD_WRITE:
//套接字上寫數(shù)據(jù)
}
break；
在程序的編制中，應(yīng)根據(jù)需要靈活地將WSAAsyncSelect()函靈敏放在相應(yīng)的消息循環(huán)之中，其它說明可參見文獻(xiàn)[1]。此外，應(yīng)該指出的是，以上程序片斷中的消息框主要是為程序調(diào)試方便而設(shè)置的，而在正式產(chǎn)品中不再出現(xiàn)。同時(shí)，按照程序容錯(cuò)誤設(shè)計(jì)，應(yīng)建立一個(gè)專門的容錯(cuò)處理函數(shù)。程序中可能出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤都將由該函數(shù)進(jìn)行處理，依據(jù)錯(cuò)誤的危害程度不同，建立幾種不同的處理措施。這樣，才能保證雙方通話的順利和可靠。
四、結(jié)論
本文是多媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸項(xiàng)目的重要內(nèi)容之一，目前，結(jié)合硬件全雙工語音卡等設(shè)備，已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)了話音的全雙工的通信。有關(guān)整個(gè)多媒體傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，將有另文敘述。
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