用Winsock实现语音全双工通信使用
2008-03-08 22:02:24 来源：WEB开发网核心提示：[文章信息]作者:张晓明 杨建华 钱名海时间:2003-06-28出处:PCVC责任编辑:方舟[文章导读]在Windows 95环境下，基于TCP/ip协议，用Winsock实现语音全双工通信使用，用Winsock完成了话音的一端—端传输
[文章信息]
作者:张晓明 杨建华 钱名海时间:2003-06-28出处:PCVC责任编辑:方舟
[文章导读]
在Windows 95环境下，基于TCP/ip协议，用Winsock完成了话音的一端—端传输
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摘要：在Windows 95环境下，基于TCP/IP协议，用Winsock完成了话音的端到端传输。采用双套接字技术，阐述了主要函数的使用要点，以及基于异步选择机制的应用方法。同时，给出了相应的实例程序。
一、引言
Windows 95作为微机的操作系统，已经完全融入了网络与通信功能，不仅可以建立纯Windows 95环境下的“对等网络”，而且支持多种协议，如TCP/IP、IPX/SPX、NETBUI等。在TCP/IP协议组中，TPC是一种面向连接的协义，为用户提供可靠的、全双工的字节流服务，具有确认、流控制、多路复用和同步等功能，适于数据传输。UDP协议则是无连接的，每个分组都携带完整的目的地址，各分组在系统中独立传送。它不能保证分组的先后顺序，不进行分组出错的恢复与重传，因此不保证传输的可靠性，但是，它提供高传输效率的数据报服务，适于实时的语音、图像传输、广播消息等网络传输。
Winsock接口为进程间通信提供了一种新的手段，它不但能用于同一机器中的进程之间通信，而且支持网络通信功能。随着Windows 95的推出。Winsock已经被正式集成到了Windows系统中，同时包括了16位和32位的编程接口。而Winsock的开发工具也可以在Borland C++4.0、Visual C++2.0这些C编译器中找到，主要由一个名为winsock.h的头文件和动态连接库winsock.dll或wsodk32.dll组成，这两种动态连接库分别用于Win16和Win32的应用程序。
本文针对话音的全双工传输要求，采用UDP协议实现了实时网络通信。使用VisualC++2.0编译环境，其动态连接库名为wsock32.dll。
二、主要函数的使用要点
通过建立双套接字，可以很方便地实现全双工网络通信。
1.套接字建立函数：
对于UDP协议，写为：
为了建立两个套接字，必须实现地址的重复绑定，即，当一个套接字已经绑定到某本地地址后，为了让另一个套接字重复使用该地址，必须为调用bind()函数绑定第二个套接字之前，通过函数setsockopt()为该套接字设置SO_REUSEADDR套接字选项。通过函数getsockopt()可获得套接字选项设置状态。需要注重的是，两个套接字所对应的端口号不能相同。此外，还涉及到套接字缓冲区的设置问题，按规定，每个区的设置范围是：不小于512个字节，大大于8k字节，根据需要，文中选用了4k字节。
2.套接字绑定函数
s是刚才创建好的套接字，name指向描述通讯对象的结构体的指针，namelen是该结构体的长度。该结构体中的分量包括：IP地址(对应name.sin_addr.s_addr)、端口号(name.sin_port)、地址类型(name.sin_family，一般都赋成AF_INET，表示是internet地址)。
(1)IP地址的填写方法：在全双工通信中，要把用户名对应的点分表示法地址转换成32位长整数格式的IP地址，使用inet_addr()函数。
(2)端口号是用于表示同一台计算机不同的进程(应用程序)，其分配方法有两种：1)进程可以让系统为套接字自动分配一端口号，只要在调用bind前将端口号指定为0即可。由系统自动分配的端口号位于1024~5000之间，而1~1023之间的任一TCP或UDP端口都是保留的，系统不答应任一进程使用保留端口，除非其有效用户ID是零(超级用户)。
2)进程可为套接字指定一特定端口。这对于需要给套接字分配一众所端口的服务器是很有用的。指定范围为1024和65536之间。可任意指定。
在本程序中，对两个套接字的端口号规定为2000和2001，前者对应发送套接字，后者对应接收套接字。
端口号要从一个16位无符号数(u_short类型数)从主机字节顺序转换成网络字节顺序，使用htons()函数。
根据以上两个函数，可以给出双套接字建立与绑定的程序片断。
3.数据发送与接收函数；
其中，参数flags一般取0。
recvfrom()函数实际上是读取sendto()函数发过来的一个数据包，当读到的数据字节少于规定接收的数目时，就把数据全部接收，并返回实际接收到的字节数；当读到的数据多于规定值时，在数据报文方式下，多余的数据将被丢弃。而在流方式下，剩余的数据由下recvfrom()读出。为了发送和接收数据，必须建立数据发送缓冲区和数据接收缓冲区。规定：IP层的一个数据报最大不超过64K(含数据报头)。当缓冲区设置得过多、过大时，常因内存不够而导致套接字建立失败。在减小缓冲区后，该错误消失。经过实验，文中选用了4K字节。
此外，还应注重这两个函数中最后参数的写法，给sendto()的最后参数是一个整数值，而recvfrom()的则是指向一整数值的指针。
更多内容请看热门通信技术专区 通信技术专题专题，或
4.套接字关闭函数：closesocket(SOCKET s)
通讯结束时，应关闭指定的套接字，以释与之相关的资源。
在关闭套接字时，应先对锁定的各种缓冲区加以释放。其程序片断为：
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三、Winsock的编程特点与异步选择机制
1 阻塞及其处理方式
在网络通讯中，由于网络拥挤或一次发送的数据量过大等原因，经常会发生交换的数据在短时间内不能传送完，收发数据的函数因此不能返回，这种现象叫做阻塞。Winsock对有可能阻塞的函数提供了两种处理方式：阻塞和非阻塞方式。在阻塞方式下，收发数据的函数在被调用后一直要到传送完毕或者出错才能返回。在阻塞期间，被阻的函数不会断调用系统函数GetMessage()来保持消息循环的正常进行。对于非阻塞方式，函数被调用后立即返回，当传送完成后由Winsock给程序发一个事先约定好的消息。
在编程时，应尽量使用非阻塞方式。因为在阻塞方式下，用户可能会长时间的等待过程中试图关闭程序，因为消息循环还在起作用，所以程序的窗口可能被关闭，这样当函数从Winsock的动态连接库中返回时，主程序已经从内存中删除，这显然是极其危险的。
2 异步选择函数WSAAsyncSelect()的使用
Winsock通过WSAAsyncSelect()自动地设置套接字处于非阻塞方式。使用WindowsSockets实现Windows网络程序设计的要害就是它提供了对网络事件基于消息的异步存取，用于注册应用程序感爱好的网络事件。它请求Windows Sockets DLL在检测到套接字上发生的网络事件时，向窗口发送一个消息。对UDP协议，这些网络事件主要为：
FD_READ 期望在套接字收到数据(即读预备好)时接收通知；
FD_WRITE 期望在套接字可发送数(即写预备好)时接收通知；
FD_CLOSE 期望在套接字关闭时接电通知
消息变量wParam指示发生网络事件的套接字，变量1Param的低字节描述发生的网络事件，高字包含错误码。如在窗口函数的消息循环中均加一个分支：
在程序的编制中，应根据需要灵活地将WSAAsyncSelect()函灵敏放在相应的消息循环之中，其它说明可参见文献[1]。此外，应该指出的是，以上程序片断中的消息框主要是为程序调试方便而设置的，而在正式产品中不再出现。同时，按照程序容错误设计，应建立一个专门的容错处理函数。程序中可能出现的各种错误都将由该函数进行处理，依据错误的危害程度不同，建立几种不同的处理措施。这样，才能保证双方通话的顺利和可靠。
四、结论
本文是多媒体网络传输项目的重要内容之一，目前，结合硬件全双工语音卡等设备，已经成功地实现了话音的全双工的通信。有关整个多媒体传输系统设计的内容，将有另文叙述。
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通过建立双套接字，可以很方便地实现全双工网络通信。
1.套接字建立函数：
SOCKET socket(int family,int type,int PRotocol)
对于UDP协议，写为：
SOCKRET s;
s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
或s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP)
为了建立两个套接字，必须实现地址的重复绑定，即，当一个套接字已经绑定到某本地地址后，为了让另一个套接字重复使用该地址，必须为调用bind()函数绑定第二个套接字之前，通过函数setsockopt()为该套接字设置SO_REUSEADDR套接字选项。通过函数getsockopt()可获得套接字选项设置状态。需要注重的是，两个套接字所对应的端口号不能相同。此外，还涉及到套接字缓冲区的设置问题，按规定，每个区的设置范围是：不小于512个字节，大大于8k字节，根据需要，文中选用了4k字节。
2.套接字绑定函数
int bind(SOCKET s,strUCt sockaddr_in*name,int namelen)
s是刚才创建好的套接字，name指向描述通讯对象的结构体的指针，namelen是该结构体的长度。该结构体中的分量包括：IP地址(对应name.sin_addr.s_addr)、端口号(name.sin_port)、地址类型(name.sin_family，一般都赋成AF_INET，表示是internet地址)。
(1)IP地址的填写方法：在全双工通信中，要把用户名对应的点分表示法地址转换成32位长整数格式的IP地址，使用inet_addr()函数。
(2)端口号是用于表示同一台计算机不同的进程(应用程序)，其分配方法有两种：1)进程可以让系统为套接字自动分配一端口号，只要在调用bind前将端口号指定为0即可。由系统自动分配的端口号位于1024~5000之间，而1~1023之间的任一TCP或UDP端口都是保留的，系统不答应任一进程使用保留端口，除非其有效用户ID是零(超级用户)。
2)进程可为套接字指定一特定端口。这对于需要给套接字分配一众所端口的服务器是很有用的。指定范围为1024和65536之间。可任意指定。
在本程序中，对两个套接字的端口号规定为2000和2001，前者对应发送套接字，后者对应接收套接字。
端口号要从一个16位无符号数(u_short类型数)从主机字节顺序转换成网络字节顺序，使用htons()函数。
根据以上两个函数，可以给出双套接字建立与绑定的程序片断。
//设置有关的全局变量
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
//套接字建立函数
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,“套接字建立失败!”，“”,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();//套接字缓冲区的锁定设置
setsockopt(ss,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,(char FAR*)sockBufferS,dwDataSize);
if(bind(ss,(LPSOCKADDR)&here,sizeof(here)))
{
MessageBox(hwnd,“发送套接字绑定失败!”，“”，MB_OK);
return(FALSE);
}
setsockopt(sr SQL_SOCKET,SO_RCVBUfso_REUSEADDR,(char FAR*)
sockBufferR,dwDataSize);
if(bind(sr,(LPSOCKADDR)&here1,sizeof(here1)))
{
MessageBox(hwnd,“接收套接字绑定失败!”，“”，MB_OK);
return(FALSE);
}
return(TRUE);
}
//套接字缓冲区设置
void sockBuffer(void)
{
hSendData=GlobalAlloc(GMEM_MOVEABLEGMEM_SHARE,dwDataSize);
if(!hSendData)
{
MessageBox(hwnd,“发送套接字缓冲区定位失败!”，NULL,
MB_OKMB_ICONEXCLAMATION);
return;
}
if((sockBufferS=GlobalLock(hSendData)==NULL)
{
MessageBox(hwnd,“发送套接字缓冲区锁定失败!”，NULL,
MB_OKMB_ICONEXCLAMATION);
GlobalFree(hRecordData[0];
return;
}
hReceiveData=globalAlloc(GMEM_MOVEABLEGMEM_SHARE,dwDataSize);
if(!hReceiveData)
{
MessageBox(hwnd,"“接收套接字缓冲区定位败!”，NULL
MB_OKMB_ICONEXCLAMATION);
return;
}
if((sockBufferT=Globallock(hReceiveData))=NULL)
MessageBox(hwnd,"发送套接字缓冲区锁定失败!”，NULL,
MB_OKMB_ICONEXCLAMATION);
GlobalFree(hRecordData[0]);
return;
}
{
3.数据发送与接收函数；
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，参数flags一般取0。
recvfrom()函数实际上是读取sendto()函数发过来的一个数据包，当读到的数据字节少于规定接收的数目时，就把数据全部接收，并返回实际接收到的字节数；当读到的数据多于规定值时，在数据报文方式下，多余的数据将被丢弃。而在流方式下，剩余的数据由下recvfrom()读出。为了发送和接收数据，必须建立数据发送缓冲区和数据接收缓冲区。规定：IP层的一个数据报最大不超过64K(含数据报头)。当缓冲区设置得过多、过大时，常因内存不够而导致套接字建立失败。在减小缓冲区后，该错误消失。经过实验，文中选用了4K字节。
此外，还应注重这两个函数中最后参数的写法，给sendto()的最后参数是一个整数值，而recvfrom()的则是指向一整数值的指针。
更多内容请看热门通信技术专区 通信技术专题专题，或
4.套接字关闭函数：closesocket(SOCKET s)
通讯结束时，应关闭指定的套接字，以释与之相关的资源。
在关闭套接字时，应先对锁定的各种缓冲区加以释放。其程序片断为：
void CloseSocket(void)
{
GlobalUnlock(hSendData);
GlobalFree(hSenddata);
GlobalUnlock(hReceiveData);
GlobalFree(hReceiveDava);
if(WSAAysncSelect(ss,hwnd,0,0)=SOCKET_ERROR)
{
MessageBos(hwnd,“发送套接字关闭失败!”，“”，MB_OK);
return;
}
if(WSAAysncSelect(sr,hwnd,0,0)==SOCKET_ERROR)
{
MessageBox(hwnd,“接收套接字关闭失败!”，“”，MB_OK);
return;
}
WSACleanup();
closesockent(ss);
closesockent(sr);
return;
}
三、Winsock的编程特点与异步选择机制
1 阻塞及其处理方式
在网络通讯中，由于网络拥挤或一次发送的数据量过大等原因，经常会发生交换的数据在短时间内不能传送完，收发数据的函数因此不能返回，这种现象叫做阻塞。Winsock对有可能阻塞的函数提供了两种处理方式：阻塞和非阻塞方式。在阻塞方式下，收发数据的函数在被调用后一直要到传送完毕或者出错才能返回。在阻塞期间，被阻的函数不会断调用系统函数GetMessage()来保持消息循环的正常进行。对于非阻塞方式，函数被调用后立即返回，当传送完成后由Winsock给程序发一个事先约定好的消息。
在编程时，应尽量使用非阻塞方式。因为在阻塞方式下，用户可能会长时间的等待过程中试图关闭程序，因为消息循环还在起作用，所以程序的窗口可能被关闭，这样当函数从Winsock的动态连接库中返回时，主程序已经从内存中删除，这显然是极其危险的。
2 异步选择函数WSAAsyncSelect()的使用
Winsock通过WSAAsyncSelect()自动地设置套接字处于非阻塞方式。使用WindowsSockets实现Windows网络程序设计的要害就是它提供了对网络事件基于消息的异步存取，用于注册应用程序感爱好的网络事件。它请求Windows Sockets DLL在检测到套接字上发生的网络事件时，向窗口发送一个消息。对UDP协议，这些网络事件主要为：
FD_READ 期望在套接字收到数据(即读预备好)时接收通知；
FD_WRITE 期望在套接字可发送数(即写预备好)时接收通知；
FD_CLOSE 期望在套接字关闭时接电通知
消息变量wParam指示发生网络事件的套接字，变量1Param的低字节描述发生的网络事件，高字包含错误码。如在窗口函数的消息循环中均加一个分支：
int ok=sizeof(SOCKADDR);
case wMsg;
switch(1Param)
{
case FD_READ:
//套接字上读数据
if(recvfrom(sr.lpPlayData[j],dwDataSize,0,(struct sockaddr FAR*)&there1,
(int FAR*)&ok)==SOCKET_ERROR0
{
MessageBox)hwnd,“数据接收失败!”，“”，MB_OK);
return(FALSE);
}
case FD_WRITE:
//套接字上写数据
}
break；
在程序的编制中，应根据需要灵活地将WSAAsyncSelect()函灵敏放在相应的消息循环之中，其它说明可参见文献[1]。此外，应该指出的是，以上程序片断中的消息框主要是为程序调试方便而设置的，而在正式产品中不再出现。同时，按照程序容错误设计，应建立一个专门的容错处理函数。程序中可能出现的各种错误都将由该函数进行处理，依据错误的危害程度不同，建立几种不同的处理措施。这样，才能保证双方通话的顺利和可靠。
四、结论
本文是多媒体网络传输项目的重要内容之一，目前，结合硬件全双工语音卡等设备，已经成功地实现了话音的全双工的通信。有关整个多媒体传输系统设计的内容，将有另文叙述。
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