Windows Sockets (WinSock) 網路程式設計入門：架構、Socket 類型與客戶端/伺服器模型

WinSock 是 Windows 平台網路程式設計的標準 API，基於 Berkeley Socket 擴充而來，支援多種協定族（以 TCP/IP 為主）。本文介紹 WinSock 架構分層、Socket 類型（串流/資料報）、通訊域、客戶端/伺服器模型、廣播機制與位元組序處理，為後續 API 實作奠基。

WinSock 架構分層

應用程式
    │  調用 WinSock API (socket, bind, connect, send, recv...)
    ▼
WinSock DLL (ws2_32.dll)  ← 統一介面，轉發至特定協定供應商
    │
    ▼
協定供應商 (TCP/IP, IPX/SPX, AppleTalk...)
    │
    ▼
網路驅動程式 / NDIS
    │
    ▼
實體網路硬體

應用程式只需連結 `ws2_32.lib`，即可在任何安裝相容 WinSock 供應商的系統上執行。

Socket 類型

通訊域

WinSock 1.1 僅支援 Internet 域 (AF_INET)，使用 TCP/IP 協定族。WinSock 2 擴充支援其他域（如 `AF_IPX`、`AF_APPLETALK`）。

客戶端/伺服器模型

• 伺服器：`socket()` → `bind()` 知名埠號 → `listen()` → `accept()` 等待連線 → 處理請求 → `closesocket()`
• 客戶端：`socket()` → `connect()` 連線伺服器 IP:Port → `send()`/`recv()` 交換資料 → `closesocket()`

協定可對稱（如 TELNET，雙方均可發起）或非對稱（如 FTP，客戶端發起控制連線，伺服器建立資料連線）。

廣播機制

• 僅資料報 Socket 支援廣播
• 需 `setsockopt(s, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, ...)` 啟用
• 目的位址：`INADDR_BROADCAST` (255.255.255.255) 或子網廣播位址
• 用途：資源探索（如 DHCP）、路由資訊交換
• 廣播會造成網路負載，謹慎使用

位元組序 (Endianness)

• Intel x86 為 Little-Endian（低位在前）
• 網路標準為 Big-Endian（高位在前）
• 轉換函數：
  `htons()`/`htonl()`：主機序 → 網路序 (Short/Long)
  `ntohs()`/`ntohl()`：網路序 → 主機序
• 所有透過網路傳輸的整數（Port、IP、長度欄位）必須轉換

初始化與清理

WSADATA wsaData;
if (WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData) != 0) { /* 錯誤處理 */ }
// ... 使用 socket API ...
WSACleanup();

`MAKEWORD(2,2)` 要求 WinSock 2.2 版。檢查 `wsaData.wVersion` 確認實際版本。