C#網(wǎng)絡(luò)編程之Socket編程
一：什么是SOCKET
socket的英文原義是“孔”或“插座”。作為進程通信機制，取后一種意思。通常也稱作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一個通信鏈的句柄（其實就是兩個程序通信用的）。
socket非常類似于電話插座。以一個電話網(wǎng)為例：電話的通話雙方相當于相互通信的2個程序，電話號碼就是ip地址。任何用戶在通話之前，首先要占有一部電話機，相當于申請一個socket；同時要知道對方的號碼，相當于對方有一個固定的socket。然后向?qū)Ψ綋芴柡艚校喈斢诎l(fā)出連接請求。對方假如在場并空閑，拿起電話話筒，雙方就可以正式通話，相當于連接成功。雙方通話的過程，是一方向電話機發(fā)出信號和對方從電話機接收信號的過程，相當于向socket發(fā)送數(shù)據(jù)和從socket接收數(shù)據(jù)。通話結(jié)束后，一方掛起電話機相當于關(guān)閉socket，撤銷連接。
套接字分類
為了滿足不同程序?qū)νㄐ刨|(zhì)量和性能的要求，一般的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都提供了以下3種不同類型的套接字，以供用戶在設(shè)計程序時根據(jù)不同需要來選擇：
流式套接字（SOCK_STREAM）：提供了一種可靠的、面向連接的雙向數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)無差錯，無重復(fù)的發(fā)送，內(nèi)設(shè)流量控制，被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被看做無記錄邊界的字節(jié)流。在TCP/IP協(xié)議簇中，使用TCP實現(xiàn)字節(jié)流的傳輸，當用戶要發(fā)送大批量數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃杂休^高要求時使用流式套接字。
數(shù)據(jù)報套接字（SOCK_DGRAM）：提供了一種無連接、不可靠的雙向數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)以獨立的包形式被發(fā)送，并且保留了記錄邊界，不提供可靠性保證。數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能會丟失或重復(fù)，并且不能保證在接收端數(shù)據(jù)按發(fā)送順序接收。在TCP/IP協(xié)議簇中，使用UDP實現(xiàn)數(shù)據(jù)報套接字。
原始套接字（SOCK_RAW）：該套接字允許對較低層協(xié)議（如IP或ICMP）進行直接訪問。一般用于對TCP/IP核心協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程。
二：SOCKET相關(guān)概念
1、端口
在Internet上有很多這樣的主機，這些主機一般運行了多個服務(wù)軟件，同時提供幾種服務(wù)。每種服務(wù)都打開一個Socket，并綁定到一個端口上，不同的端口對應(yīng)于不同的服務(wù)（應(yīng)用程序），因此，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中使用端口號識別主機上不同的進程。
例如：http使用80端口，F(xiàn)TP使用21端口。
2、協(xié)議
2.1 TCP：
TCP是一種面向連接的、可靠的，基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。為兩臺主機提供高可靠性的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。它可以將源主機的數(shù)據(jù)無差錯地傳輸?shù)侥繕酥鳈C。當有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，對應(yīng)用進程送來的數(shù)據(jù)進行分片，以適合于在網(wǎng)絡(luò)層中傳輸；當接收到網(wǎng)絡(luò)層傳來的分組時，它要對收到的分組進行確認，還要對丟失的分組設(shè)置超時重發(fā)等。為此TCP需要增加額外的許多開銷，以便在數(shù)據(jù)傳輸過程中進行一些必要的控制，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。因此，TCP傳輸?shù)男时容^低。
2.1.1 TCP的工作過程
TCP是面向連接的協(xié)議，TCP協(xié)議通過三個報文段完成類似電話呼叫的連接建立過程，這個過程稱為三次握手，如圖所示：
第一次握手：建立連接時，客戶端發(fā)送SYN包（SEQ=x）到服務(wù)器，并進入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器確認。
第二次握手：服務(wù)器收到SYN包，必須確認客戶的SYN（ACK=x+1），同時自己也發(fā)送一個SYN包（SEQ=y），即SYN+ACK包，此時服務(wù)器進入SYN_RECV狀態(tài)。
第三次握手：客戶端收到服務(wù)器的SYN+ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認包ACK(ACK=y+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進入Established狀態(tài)，完成三次握手。
2.1.2 傳輸數(shù)據(jù)
一旦通信雙方建立了TCP連接，連接中的任何一方都能向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)和接收對方發(fā)來的數(shù)據(jù)。TCP協(xié)議負責(zé)把用戶數(shù)據(jù)（字節(jié)流）按一定的格式和長度組成多個數(shù)據(jù)報進行發(fā)送，并在接收到數(shù)據(jù)報之后按分解順序重新組裝和恢復(fù)用戶數(shù)據(jù)。
利用TCP傳輸數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)是以字節(jié)流的形式進行傳輸?shù)摹?/p>
2.1.3 連接的終止
建立一個連接需要三次握手，而終止一個連接要經(jīng)過四次握手，這是由TCP的半關(guān)閉（half-close）造成的。具體過程如圖所示：
2.1.4 TCP的主要特點
TCP最主要的特點如下。
(1) 是面向連接的協(xié)議。
(2) 端到端的通信。每個TCP連接只能有兩個端點，而且只能一對一通信，不能一點對多點直接通信。
(3) 高可靠性。通過TCP連接傳送的數(shù)據(jù)，能保證數(shù)據(jù)無差錯、不丟失、不重復(fù)地準確到達接收方，并且保證各數(shù)據(jù)到達的順序與其發(fā)出的順序相同。
(4) 全雙工方式傳輸。
(5) 數(shù)據(jù)以字節(jié)流的方式傳輸。
(6) 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)無消息邊界。
2.1.5 同步與異步
同步工作方式是指利用TCP編寫的程序執(zhí)行到監(jiān)聽或接收語句時，在未完成工作（偵聽到連接請求或收到對方發(fā)來的數(shù)據(jù)）前不再繼續(xù)往下執(zhí)行，線程處于阻塞狀態(tài)，直到該語句完成相應(yīng)的工作后才繼續(xù)執(zhí)行下一條語句。
異步工作方式是指程序執(zhí)行到監(jiān)聽或接收語句時，不論工作是否完成，都會繼續(xù)往下執(zhí)行。
2.2 UDP
UDP是一種簡單的、面向數(shù)據(jù)報的無連接的協(xié)議，提供的是不一定可靠的傳輸服務(wù)。所謂“無連接”是指在正式通信前不必與對方先建立連接，不管對方狀態(tài)如何都直接發(fā)送過去。這與發(fā)手機短信非常相似，只要知道對方的手機號就可以了，不要考慮對方手機處于什么狀態(tài)。UDP雖然不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，但?shù)據(jù)傳輸?shù)男瘦^高。
2.2.1 UDP與TCP的區(qū)別
(1) UDP可靠性不如TCP
TCP包含了專門的傳遞保證機制，當數(shù)據(jù)接收方收到發(fā)送方傳來的信息時，會自動向發(fā)送方發(fā)出確認消息；發(fā)送方只有在接收到該確認消息之后才繼續(xù)傳送其他信息，否則將一直等待直到收到確認信息為止。與TCP不同，UDP并不提供數(shù)據(jù)傳送的保證機制。如果在從發(fā)送方到接收方的傳遞過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)報的丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測或提示。因此，通常人們把UDP稱為不可靠的傳輸協(xié)議。
(2) UDP不能保證有序傳輸
UDP不能確保數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收順序。對于突發(fā)性的數(shù)據(jù)報，有可能會亂序。
2.2.2 UDP的優(yōu)勢
(1) UDP速度比TCP快
由于UDP不需要先與對方建立連接，也不需要傳輸確認，因此其數(shù)據(jù)傳輸速度比TCP快得多。對于強調(diào)傳輸性能而不是傳輸完整性的應(yīng)用（比如網(wǎng)絡(luò)音頻播放、視頻點播和網(wǎng)絡(luò)會議等），使用UDP比較合適，因為它的傳輸速度快，使通過網(wǎng)絡(luò)播放的視頻音質(zhì)好、畫面清晰。
(2) UDP有消息邊界
發(fā)送方UDP對應(yīng)用程序交下來的報文，在添加首部后就向下直接交付給IP層。既不拆分，也不合并，而是保留這些報文的邊界。使用UDP不需要考慮消息邊界問題，這樣使得UDP編程相比TCP，在對接收到的數(shù)據(jù)的處理方面要方便的多。在程序員看來，UDP套接字使用比TCP簡單。UDP的這一特征也說明了它是一種面向報文的傳輸協(xié)議。
(3) UDP可以一對多傳輸
由于傳輸數(shù)據(jù)不建立連接，也就不需要維護連接狀態(tài)（包括收發(fā)狀態(tài)等），因此一臺服務(wù)器可以同時向多個客戶端傳輸相同的消息。利用UDP可以使用廣播或組播的方式同時向子網(wǎng)上的所有客戶進程發(fā)送消息，這一點也比TCP方便。
其中，速度快是UDP的首要優(yōu)勢
由于TCP協(xié)議中植入了各種安全保障功能，在實際執(zhí)行的過程中會占用大量的系統(tǒng)開銷，無疑使速度受到嚴重影響。反觀UDP，由于拋棄了信息可靠傳輸機制，將安全和排序等功能移交給上層應(yīng)用完成，極大地降低了執(zhí)行時間，使速度得到了保證。簡而言之，UDP的“理念”就是“不顧一切，只為更快地發(fā)送數(shù)據(jù)”。
三：socket一般應(yīng)用模式：
四：SOCKET通信基本流程圖：
根據(jù)socket通信基本流程圖，總結(jié)通信的基本步驟：
服務(wù)器端：
第一步：創(chuàng)建一個用于監(jiān)聽連接的Socket對像；
第二步：用指定的端口號和服務(wù)器的ip建立一個EndPoint對像；
第三步：用socket對像的Bind()方法綁定EndPoint；
第四步：用socket對像的Listen()方法開始監(jiān)聽；
第五步：接收到客戶端的連接，用socket對像的Accept()方法創(chuàng)建一個新的用于和客戶端進行通信的socket對像;
第六步：通信結(jié)束后一定記得關(guān)閉socket;
客戶端：
第一步：建立一個Socket對像；
第二步：用指定的端口號和服務(wù)器的ip建立一個EndPoint對像；
第三步：用socket對像的Connect()方法以上面建立的EndPoint對像做為參數(shù)，向服務(wù)器發(fā)出連接請求；
第四步：如果連接成功，就用socket對像的Send()方法向服務(wù)器發(fā)送信息；
第五步：用socket對像的Receive()方法接受服務(wù)器發(fā)來的信息 ;
第六步：通信結(jié)束后一定記得關(guān)閉socket；
五：示例程序
服務(wù)端界面：
代碼實現(xiàn)如下：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using System.Threading;
using System.IO;
namespace SocketServer
{
public partial class FrmServer : Form
{
public FrmServer()
{
InitializeComponent();
}
//定義回調(diào):解決跨線程訪問問題
private delegate void SetTextValueCallBack(string strValue);
//定義接收客戶端發(fā)送消息的回調(diào)
private delegate void ReceiveMsgCallBack(string strReceive);
//聲明回調(diào)
private SetTextValueCallBack setCallBack;
//聲明
private ReceiveMsgCallBack receiveCallBack;
//定義回調(diào)：給ComboBox控件添加元素
private delegate void SetCmbCallBack(string strItem);
//聲明
private SetCmbCallBack setCmbCallBack;
//定義發(fā)送文件的回調(diào)
private delegate void SendFileCallBack(byte[] bf);
//聲明
private SendFileCallBack sendCallBack;
//用于通信的Socket
Socket socketSend;
//用于監(jiān)聽的SOCKET
Socket socketWatch;
//將遠程連接的客戶端的IP地址和Socket存入集合中
Dictionary<string, Socket> dicSocket = new Dictionary<string, Socket>();
//創(chuàng)建監(jiān)聽連接的線程
Thread AcceptSocketThread;
//接收客戶端發(fā)送消息的線程
Thread threadReceive;
/// <summary>
/// 開始監(jiān)聽
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void btn_Start_Click(object sender, EventArgs e)
{
//當點擊開始監(jiān)聽的時候 在服務(wù)器端創(chuàng)建一個負責(zé)監(jiān)聽IP地址和端口號的Socket
socketWatch = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
//獲取ip地址
IPAddress ip=IPAddress.Parse(this.txt_IP.Text.Trim());
//創(chuàng)建端口號
IPEndPoint point=new IPEndPoint(ip,Convert.ToInt32(this.txt_Port.Text.Trim()));
//綁定IP地址和端口號
socketWatch.Bind(point);
this.txt_Log.AppendText("監(jiān)聽成功"+" \r \n");
//開始監(jiān)聽:設(shè)置最大可以同時連接多少個請求
socketWatch.Listen(10);
//實例化回調(diào)
setCallBack = new SetTextValueCallBack(SetTextValue);
receiveCallBack = new ReceiveMsgCallBack(ReceiveMsg);
setCmbCallBack = new SetCmbCallBack(AddCmbItem);
sendCallBack = new SendFileCallBack(SendFile);
//創(chuàng)建線程
AcceptSocketThread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(StartListen));
AcceptSocketThread.IsBackground = true;
AcceptSocketThread.Start(socketWatch);
}
/// <summary>
/// 等待客戶端的連接，并且創(chuàng)建與之通信用的Socket
/// </summary>
/// <param name="obj"></param>
private void StartListen(object obj)
{
Socket socketWatch = obj as Socket;
while (true)
{
//等待客戶端的連接，并且創(chuàng)建一個用于通信的Socket
socketSend = socketWatch.Accept();
//獲取遠程主機的ip地址和端口號
string strIp=socketSend.RemoteEndPoint.ToString();
dicSocket.Add(strIp, socketSend);
this.cmb_Socket.Invoke(setCmbCallBack, strIp);
string strMsg = "遠程主機：" + socketSend.RemoteEndPoint + "連接成功";
//使用回調(diào)
txt_Log.Invoke(setCallBack, strMsg);
//定義接收客戶端消息的線程
Thread threadReceive = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Receive));
threadReceive.IsBackground = true;
threadReceive.Start(socketSend);
}
}
/// <summary>
/// 服務(wù)器端不停的接收客戶端發(fā)送的消息
/// </summary>
/// <param name="obj"></param>
private void Receive(object obj)
{
Socket socketSend = obj as Socket;
while (true)
{
//客戶端連接成功后，服務(wù)器接收客戶端發(fā)送的消息
byte[] buffer = new byte[2048];
//實際接收到的有效字節(jié)數(shù)
int count = socketSend.Receive(buffer);
if (count == 0)//count 表示客戶端關(guān)閉，要退出循環(huán)
{
break;
}
else
{
string str = Encoding.Default.GetString(buffer, 0, count);
string strReceiveMsg = "接收：" + socketSend.RemoteEndPoint + "發(fā)送的消息:" + str;
txt_Log.Invoke(receiveCallBack, strReceiveMsg);
}
}
}
/// <summary>
/// 回調(diào)委托需要執(zhí)行的方法
/// </summary>
/// <param name="strValue"></param>
private void SetTextValue(string strValue)
{
this.txt_Log.AppendText(strValue + " \r \n");
}
private void ReceiveMsg(string strMsg)
{
this.txt_Log.AppendText(strMsg + " \r \n");
}
private void AddCmbItem(string strItem)
{
this.cmb_Socket.Items.Add(strItem);
}
/// <summary>
/// 服務(wù)器給客戶端發(fā)送消息
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void btn_Send_Click(object sender, EventArgs e)
{
try
{
string strMsg = this.txt_Msg.Text.Trim();
byte[] buffer = Encoding.Default.GetBytes(strMsg);
List<byte> list = new List<byte>();
list.Add(0);
list.AddRange(buffer);
//將泛型集合轉(zhuǎn)換為數(shù)組
byte[] newBuffer = list.ToArray();
//獲得用戶選擇的IP地址
string ip = this.cmb_Socket.SelectedItem.ToString();
dicSocket[ip].Send(newBuffer);
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show("給客戶端發(fā)送消息出錯:"+ex.Message);
}
//socketSend.Send(buffer);
}
/// <summary>
/// 選擇要發(fā)送的文件
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void btn_Select_Click(object sender, EventArgs e)
{
OpenFileDialog dia = new OpenFileDialog();
//設(shè)置初始目錄
dia.InitialDirectory = @"";
dia.Title = "請選擇要發(fā)送的文件";
//過濾文件類型
dia.Filter = "所有文件|*.*";
dia.ShowDialog();
//將選擇的文件的全路徑賦值給文本框
this.txt_FilePath.Text = dia.FileName;
}
/// <summary>
/// 發(fā)送文件
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void btn_SendFile_Click(object sender, EventArgs e)
{
List<byte> list = new List<byte>();
//獲取要發(fā)送的文件的路徑
string strPath = this.txt_FilePath.Text.Trim();
using (FileStream sw = new FileStream(strPath,FileMode.Open,FileAccess.Read))
{
byte[] buffer = new byte[2048];
int r = sw.Read(buffer, 0, buffer.Length);
list.Add(1);
list.AddRange(buffer);
byte[] newBuffer = list.ToArray();
//發(fā)送
//dicSocket[cmb_Socket.SelectedItem.ToString()].Send(newBuffer, 0, r+1, SocketFlags.None);
btn_SendFile.Invoke(sendCallBack, newBuffer);
}
}
private void SendFile(byte[] sendBuffer)
{
try
{
dicSocket[cmb_Socket.SelectedItem.ToString()].Send(sendBuffer, SocketFlags.None);
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show("發(fā)送文件出錯:"+ex.Message);
}
}
private void btn_Shock_Click(object sender, EventArgs e)
{
byte[] buffer = new byte[1] { 2};
dicSocket[cmb_Socket.SelectedItem.ToString()].Send(buffer);
}
/// <summary>
/// 停止監(jiān)聽
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void btn_StopListen_Click(object sender, EventArgs e)
{
socketWatch.Close();
socketSend.Close();
//終止線程
AcceptSocketThread.Abort();
threadReceive.Abort();
}
}
}客戶端界面
代碼實現(xiàn)如下：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using System.Net.Sockets;
using System.Net;
using System.Threading;
using System.IO;
namespace SocketClient
{
public partial class FrmClient : Form
{
public FrmClient()
{
InitializeComponent();
}
//定義回調(diào)
private delegate void SetTextCallBack(string strValue);
//聲明
private SetTextCallBack setCallBack;
//定義接收服務(wù)端發(fā)送消息的回調(diào)
private delegate void ReceiveMsgCallBack(string strMsg);
//聲明
private ReceiveMsgCallBack receiveCallBack;
//創(chuàng)建連接的Socket
Socket socketSend;
//創(chuàng)建接收客戶端發(fā)送消息的線程
Thread threadReceive;
/// <summary>
/// 連接
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void btn_Connect_Click(object sender, EventArgs e)
{
try
{
socketSend = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
IPAddress ip = IPAddress.Parse(this.txt_IP.Text.Trim());
socketSend.Connect(ip, Convert.ToInt32(this.txt_Port.Text.Trim()));
//實例化回調(diào)
setCallBack = new SetTextCallBack(SetValue);
receiveCallBack = new ReceiveMsgCallBack(SetValue);
this.txt_Log.Invoke(setCallBack, "連接成功");
//開啟一個新的線程不停的接收服務(wù)器發(fā)送消息的線程
threadReceive = new Thread(new ThreadStart(Receive));
//設(shè)置為后臺線程
threadReceive.IsBackground = true;
threadReceive.Start();
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show("連接服務(wù)端出錯:" + ex.ToString());
}
}
/// <summary>
/// 接口服務(wù)器發(fā)送的消息
/// </summary>
private void Receive()
{
try
{
while (true)
{
byte[] buffer = new byte[2048];
//實際接收到的字節(jié)數(shù)
int r = socketSend.Receive(buffer);
if (r == 0)
{
break;
}
else
{
//判斷發(fā)送的數(shù)據(jù)的類型
if (buffer[0] == 0)//表示發(fā)送的是文字消息
{
string str = Encoding.Default.GetString(buffer, 1, r - 1);
this.txt_Log.Invoke(receiveCallBack, "接收遠程服務(wù)器:" + socketSend.RemoteEndPoint + "發(fā)送的消息:" + str);
}
//表示發(fā)送的是文件
if (buffer[0] == 1)
{
SaveFileDialog sfd = new SaveFileDialog();
sfd.InitialDirectory = @"";
sfd.Title = "請選擇要保存的文件";
sfd.Filter = "所有文件|*.*";
sfd.ShowDialog(this);
string strPath = sfd.FileName;
using (FileStream fsWrite = new FileStream(strPath, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Write))
{
fsWrite.Write(buffer, 1, r - 1);
}
MessageBox.Show("保存文件成功");
}
}
}
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show("接收服務(wù)端發(fā)送的消息出錯:" + ex.ToString());
}
}
private void SetValue(string strValue)
{
this.txt_Log.AppendText(strValue + "\r \n");
}
/// <summary>
/// 客戶端給服務(wù)器發(fā)送消息
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void btn_Send_Click(object sender, EventArgs e)
{
try
{
string strMsg = this.txt_Msg.Text.Trim();
byte[] buffer = new byte[2048];
buffer = Encoding.Default.GetBytes(strMsg);
int receive = socketSend.Send(buffer);
}
catch (Exception ex)
{
MessageBox.Show("發(fā)送消息出錯:" + ex.Message);
}
}
private void FrmClient_Load(object sender, EventArgs e)
{
Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
}
/// <summary>
/// 斷開連接
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void btn_CloseConnect_Click(object sender, EventArgs e)
{
//關(guān)閉socket
socketSend.Close();
//終止線程
threadReceive.Abort();
}
}
}到此這篇關(guān)于C#網(wǎng)絡(luò)編程之Socket編程的文章就介紹到這了。希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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