Winsock

Windows Sockets API (WSA), 简短记为Winsock, 是Windows的TCP/IP网络编程接口（API）。其函数名称兼容于Berkeley套接字API。实际上，Winsock的实现库(winsock.dll)使用的是长名字。
Winsock是一种能使Windows程序通过任意网络传输协议发送数据的API。Winsock中有几个只支持TCP/IP协议的函数（例如gethostbyaddr()），但是在Winsock 2中新增了所有这些函数的通用版本，以允许开发者使用其它的传输协议。
历史.
MS-DOS与早期版本的Microsoft Windows使用的网络协议是NetBIOS. 因此，各方提供了各自的MS-DOS上的TCP/IP实现。由于各种解决方案的API函数名并不统一，使得软件开发者难以下决心转到TCP/IP协议上。
1991年10月，以Martin Hall, Mark Towfiq, Geoff Arnold, Henry Sanders为首在CompuServe BBS上讨论形成了Windows Sockets API规范(specification)并且版权属于这五人。
规范版本.
Windows 95 OSR2以后版本的Windows操作系统均支持Windows Sockets version 2.2。此外，Windows 95 with the Windows Socket 2 Update也支持WinSock 2.2。
Windows 95、Windows NT 3.51及更早版本的Windows操作系统，最高支持Windows Sockets version 1.1。
技术.
WinSock编程时，可选择下述编程模型之一：
Windows Sockets API规范包含两种接口：
Windows Sockets的代码与设计是基于Berkeley sockets，此外还提供了额外的功能使得API遵从Windows编程模式（如重叠I/O）. API函数名字都以前缀WSA开始, 例如WSASend().
为了便于从Unix向Windows移植网络程序的源代码，Winsock提供了很多便利. 例如，Unix应用程序能使用记录网络错误与C运行时错误。Windows Sockets引入了专门的函数WSAGetLastError()以获取错误信息. 但很多TCP/IP应用程序使用了Unix的特性, 如与。这使得源代码移植非常困难。
回复Ack的延时.
当Microsoft TCP栈接收到一个数据包时，会启动一个200毫秒的计时器。当ACK确认数据包发出之后，计时器会复位。接收到下一个数据包时，会再次启动200毫秒的计时器。这称为TCP确认延迟机制(TCP Delayed acknowledge)，作用是接收到数据后延迟ACK的发送，使得TCP协议栈有机会合并多个ACK以提高性能。Microsoft TCP栈使用了下面的策略来决定在接收到数据包后什么时候发送ACK确认数据包： 
发送小尺寸数据时默认采用Nagle算法拼接为大数据包.
为了避免小数据包拥塞网络，Microsoft TCP栈默认启用了纳格算法，这个算法能够将应用程序多次调用Send发送的小尺寸的数据拼接起来，一块封包发送。Nagle算法规定的特殊情况： 
Winsock的内核发送缓冲区与send函数的实现.
为了在应用层优化性能，Winsock把应用程序调用Send发送的数据从应用程序的缓冲区复制到Winsock内核缓冲区。Microsoft TCP栈利用类似Nagle算法的方法，决定什么时候才实际地把数据投递到网络。内核缓冲区的默认大小是8K，使用SO_SNDBUF选项，可以改变Winsock内核缓冲区的大小。如果有必要的话，Winsock能缓冲大于SO_SNDBUF缓冲区大小的数据。在绝大多数情况下，应用程序完成Send调用仅仅表明数据 
被复制到了Winsock内核缓冲区，并不能说明数据就实际地被投递到了网络上。例外情况：通过设置SO_SNDBUT为0禁用了Winsock内核缓冲区。
Winsock使用下面的规则来向应用程序表明一个Send调用的完成： 
实现.
Microsoft实现.
Winsock1.1 API，需要声明#include <winsock.h>并链接wsock32.lib，使用wsock32.dll。
Winsock2 API，需要声明#include <winsock2.h>，链接ws2_32.lib，在Winsock2_32.dll中实现。 其下是两种服务提供者接口（Service Provider Interface）：
可通过ws2spi.h中的两对API函数来安装/卸载服务提供者接口：WSCInstallProvider、WSCDeinstallProvider、WSCInstallNameSpace、WSCUnInstallNameSpace。
SPOrder.dll中提供了重排序服务提供者：WSCWriteNameSpaceOrder、WSCWriteProviderOrder。
大部分Winsock2 API函数被映射到SPI函数，由当前安装的服务提供者实现其功能。一条简单规则是根据提供者链顺序从WSA*函数名映射为WSP*函数名（Winsock Service Provider, 用于传输服务提供者函数）。下述函数不在SPI中实现：
WSP前缀（Winsock Service Provider）的函数是传输服务提供者函数。例如WSPStartup函数用于初始化分层服务提供者。
WPU前缀（Winsock Provider Upcall）的函数是被服务提供者调用的ws2_32.dll中的函数，
WSC前缀(WinSock Configuration)的函数名是LSP安装程序调用的ws2_32.dll中的函数，如：WSCInstallProvider， WSCWriteProviderOrder。
NSP前缀（NameSpace Provider）的函数名用于命名空间提供者。
service provider interface (SPI)是各种功能的具体实施者。允许插入第三方厂商写的 service providers 而无需改变Winsock 2 的API与DLL（ws2_32.dll）；从而应用程序开发人员写的基于Winsock的代码也无需改变 。
Winsock 2 SPI 有两种类型的 service providers —— transport 和 namespace。Transport providers（通常称之为协议栈）提供建立连接、传输数据、进行流控制和差错控制等功能。Namespace providers 提供网络协议的寻址属性、协议无关的名字解析。
SPI transport service providers细分为两类 —— base service providers 和 layered service providers。Base service providers 实现了传输协议的实际细节：建立连接、传送数据、流控制和差错控制。Layered service providers 仅实现了高层的自定义的通讯功能，而且依赖于已有的下层的 base provider 来与远程端进行实际的数据交换。也就是说，LSP是做什么的，就是做一些附件的高端的可选的功能。如在 base TCP/IP 栈的顶端实现一个带宽管理器。 而base service providers提供必需的基础的功能。
Winsock 2不允许 namespace providers 的LSP。虽然可以使用 Winsock 2 SPI 来实现一个新的 namespace provider，但是不能改变或扩展已有 namespace provider 的命名、注册和查询行为。
layered transport service provider一般由高层应用开发；而 base transport providers 和 namespace providers 一般由操作系统厂商和协议栈厂商开发。
编写 service provider的就是标准的DLL，其导出函数只有运输服务的WSPStartup 或名字服务的 NSPStartup。WSPStartup 和 NSPStartup通过输出参数lpProcTable作为LSP的dispatch table，提供了约30个可用的函数的地址，这些函数原型在WS2spi.h中声明。WSPStartup的另外一个参数UpcallTable为LSP提供了ws2_32.dll中的15个函数的地址表，这些函数原型也在WS2spi.h中声明。如果ws2_32.dll提供了额外的函数，就需要在WSPStartup通过GetProcAddress获取函数地址，目前仅有一个例子WPUCompleteOverlappedResult。
LSP可以形成一个链，通过调用下层LSP的WSPStartup函数，下层LSP由上层LSP装入。最上层的LSP被ws2_32.dll装入。WSPStartup函数参数lpProtocolInfo指向一个WSAPROTOCOL_INFOW结构组成的链表。链表最底层是base provider。 WSPStartup与WSPCleanup使用引用计数来加载/清除。
其他实现.
遵从Winsock规范的TCP/IP与UDP/IP协议栈有：3Com, Beame & Whiteside, DEC, Distinct, FTP Software, Frontier, IBM, Microdyne, , Novell, Sun Microsystems, Trumpet Software International.
例子.
列出所有服务提供者.
<syntaxhighlight lang="cpp">
char *ExpandServiceFlags(DWORD serviceFlags)
 /* A little utility function to make sense of all those bit flags */
 /* The following code leaks. Yeah, I know.. Go find Buffer 0v3rfl0w$ :-) */
 char *serviceFlagsText = (char *)malloc(2048);
 memset(serviceFlagsText, '\0', 2048);
 char *strip_comma;
 /* Hey - it's only for printing and demo purposes.. */
 if (serviceFlags & XP1_CONNECTIONLESS)
 strcat(serviceFlagsText, "Connectionless, ");
 if (serviceFlags & XP1_GUARANTEED_ORDER)
 strcat(serviceFlagsText, "Guaranteed Order, ");
 if (serviceFlags & XP1_GUARANTEED_DELIVERY)
 strcat(serviceFlagsText, "Message Oriented, ");
 if (serviceFlags & XP1_CONNECT_DATA)
 strcat(serviceFlagsText, "Connect Data, ");
 if (serviceFlags & XP1_DISCONNECT_DATA)
 strcat(serviceFlagsText, "Disconnect Data, ");
 if (serviceFlags & XP1_SUPPORT_BROADCAST)
 strcat(serviceFlagsText, "Broadcast Supported, ");
 if (serviceFlags & XP1_EXPEDITED_DATA)
 strcat(serviceFlagsText, "Urgent Data, ");
 if (serviceFlags & XP1_QOS_SUPPORTED)
 strcat(serviceFlagsText, "QoS supported, ");
 /*
 * While we're quick and dirty, let's get as dirty as possible..
 strip_comma = strrchr(serviceFlagsText, ',');
 if (strip_comma)
 *strip_comma = '\0';
 return (serviceFlagsText);
void PrintProtocolInfo(LPWSAPROTOCOL_INFOW prot)
 wprintf(L"Protocol Name: %s\n", prot->szProtocol); /* #%^@$! UNICODE...*/
 printf("\tServiceFlags1: %d (%s)\n",
 prot->dwServiceFlags1,
 ExpandServiceFlags(prot->dwServiceFlags1));
 printf("\tProvider Flags: %d\n", prot->dwProviderFlags);
 printf("\tNetwork Byte Order: %s\n",
 (prot->iNetworkByteOrder == BIGENDIAN) ? "Big Endian" : "Little Endian");
 printf("\tVersion: %d\n", prot->iVersion);
 printf("\tAddress Family: %d\n", prot->iAddressFamily);
 printf("\tSocket Type: ");
 switch (prot->iSocketType)
 case SOCK_STREAM:
 printf("STREAM\n");
 break;
 case SOCK_DGRAM:
 printf("DGRAM\n");
 break;
 case SOCK_RAW:
 printf("RAW\n");
 break;
 default:
 printf(" Some other type\n");
 printf("\tProtocol: ");
 switch (prot->iProtocol)
 case IPPROTO_TCP:
 printf("TCP/IP\n");
 break;
 case IPPROTO_UDP:
 printf("UDP/IP\n");
 break;
 default:
 printf("some other protocol\n");
int _cdecl main(int argc, char** argv)
 LPWSAPROTOCOL_INFOW bufProtocolInfo = NULL;
 DWORD dwSize = 0;
 INT dwError;
 INT iNumProt;
 * Enum Protocols - First, obtain size required
 printf("Sample program to enumerate Protocols\n");
 WSCEnumProtocols(NULL, // lpiProtocols
 bufProtocolInfo, // lpProtocolBuffer
 &dwSize, // lpdwBufferLength
 &dwError); // lpErrno
 bufProtocolInfo = (LPWSAPROTOCOL_INFOW)malloc(dwSize);
 if (!bufProtocolInfo) {
 fprintf(stderr, "SHOOT! Can't MALLOC!!\n");
 exit(1);
 /* Now, Enum */
 iNumProt = WSCEnumProtocols(
 NULL, // lpiProtocols
 bufProtocolInfo, // lpProtocolBuffer
 &dwSize, // lpdwBufferLength
 &dwError);
 if (SOCKET_ERROR == iNumProt)
 fprintf(stderr, "Darn! Can't Enum!!\n");
 exit(1);
 printf("%d Protocols detected:\n", iNumProt);
 for (int i = 0;
 i < iNumProt;
 i++)
 PrintProtocolInfo(&bufProtocolInfo);
 printf("-------\n");
 printf("Done");
 return(0);
</syntaxhighlight>
阻塞式程序.
<syntaxhighlight lang="cpp">
</syntaxhighlight>
优雅关闭.
TCP连接的关闭过程有两种：
<syntaxhighlight lang="cpp">
</syntaxhighlight>
调用 close()/closesocket() 函数意味着完全断开连接，即不能发送数据也不能接收数据，这种“生硬”的方式有时候会显得不太“优雅”。使用 shutdown() 函数和WSASendDisconnect函数可以优雅关闭连接，其函数原型为
howto 在 Windows 下有以下取值：
确切地说，close() / closesocket() 用来关闭套接字，将套接字描述符（或句柄）从内存清除，之后再也不能使用该套接字。应用程序关闭套接字后，与该套接字相关的连接和缓存也失去了意义，TCP协议会自动触发关闭连接的操作。shutdown() 用来关闭连接，而不是套接字；套接字依然存在，直到调用 close() / closesocket() 将套接字从内存清除。调用 close()/closesocket() 关闭套接字时，或调用 shutdown() 关闭输出流时，都会向对方发送 FIN 包。FIN 包表示数据传输完毕，对端收到 FIN 包就知道不会再有数据传送过来了。默认情况下，close()/closesocket() 会立即向网络中发送FIN包，不管输出缓冲区中是否还有数据，而shutdown() 会等输出缓冲区中的数据传输完毕再发送FIN包。也就意味着，调用 close()/closesocket() 将丢失输出缓冲区中的数据，而调用 shutdown() 不会。
shutdown()并不实际关闭socket，而是仅仅改变其可用性。shutdown是一种优雅地单方向或者双方向关闭socket的方法。 如果有多个进程共享一个socket，shutdown影响所有进程，而close只影响本进程。shutdown本身并不影响底层，也即此前发出的异步send/recv不会返回。在所有已发送的包被对端确认后，本方会发送FIN包给client，开始TCP四次挥手过程。 对端收到FIN报文后，并不知道server端以何种方式shutdown，甚至不知道server端是shutdown还是close。
若本方发送FIN报文后没有收到对端的FIN-ACK，会两次重传FIN报文，若一直收不到对端的FIN-ACK，则会给对端发送RST信号，关闭socket并释放资源。对端收到FIN信号后，再调用read函数会返回0；因为接收了FIN，表明以后再无数据可以接收。
对端收到RST报文后，行为如下：
收到RST报文的情况下，再做任何read write都是毫无意义。
调用调用close()，根据参数设置不同，会出现如下两种情况：
当l_onoff值设置为0时，closesocket会立即返回，并关闭用户socket句柄。如果此时缓冲区中有未发送数据，则系统会在后台将这些数据发送完毕后关闭TCP连接，是一个优雅关闭过程，但是这里有一个副作用就是socket的底层资源会被保留直到TCP连接关闭，这个时间用户应用程序是无法控制的。
当l_onoff值设置为非0值，而l_linger也设置为0，那么closesocket也会立即返回并关闭用户socket句柄，但是如果此时缓冲区中有未发送数据，TCP会发送RST包重置连接，所有未发数据都将丢失，这是一个强制关闭过程。
当l_onoff值设置为非0值，而l_linger也设置为非0值时，同时如果socket是阻塞式的，此时如果缓冲区中有未发送数据，如果TCP在l_linger表明的时间内将所有数据发出，则发完后关闭TCP连接，这时是优雅关闭过程；如果如果TCP在l_linger表明的时间内没有将所有数据发出，则会丢弃所有未发数据然后TCP发送RST包重置连接，此时就是一个强制关闭过程了。
另外还有一个socket选项SO_DONTLINGER，它的参数值是一个bool类型的，如果设置为true，则等价于SO_LINGER中将l_onoff设置为0。
注意SO_LINGER和SO_DONTLINGER选项只影响closesocket的行为，而与shutdown函数无关，shutdown总是会立即返回的。