C# Socket通信

原创 小道  2018-12-26 23:03:27  阅读 212 次 评论 0 条
摘要:

一:什么是SOCKETsocket的英文原义是“孔”或“插座”。作为进程通信机制,取后一种意思。通常也称作“套接字”,用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄(其实就是两个程序通信用的)。socket非常类似于电话插座。以一个电话网为例:电话的通话双方相当于相互通信的2个程序,电话号码就是ip地址。任何用户在通话之前,首先要占有一部电话机,相当于申请一个socket;同时要知道对方的号码,相当于对方有一个固定的socket。然后向对方拨号呼叫,相当于发出连接请求。对方假如在场并空闲,拿起电话话

一:什么是SOCKET

socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为进程通信机制,取后一种意思。通常也称作“套接字”,用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄(其实就是两个程序通信用的)。

socket非常类似于电话插座。以一个电话网为例:电话的通话双方相当于相互通信的2个程序,电话号码就是ip地址。任何用户在通话之前,首先要占有一部电话机,相当于申请一个socket;同时要知道对方的号码,相当于对方有一个固定的socket。然后向对方拨号呼叫,相当于发出连接请求。对方假如在场并空闲,拿起电话话筒,双方就可以正式通话,相当于连接成功。双方通话的过程,是一方向电话机发出信号和对方从电话机接收信号的过程,相当于向socket发送数据和从socket接收数据。通话结束后,一方挂起电话机相当于关闭socket,撤销连接。

1、套接字分类

为了满足不同程序对通信质量和性能的要求,一般的网络系统都提供了以下3种不同类型的套接字,以供用户在设计程序时根据不同需要来选择:

流式套接字(SOCK_STREAM):提供了一种可靠的、面向连接的双向数据传输服务。实现了数据无差错,无重复的发送,内设流量控制,被传输的数据被看做无记录边界的字节流。在TCP/IP协议簇中,使用TCP实现字节流的传输,当用户要发送大批量数据,或对数据传输的可靠性有较高要求时使用流式套接字。

数据报套接字(SOCK_DGRAM):提供了一种无连接、不可靠的双向数据传输服务。数据以独立的包形式被发送,并且保留了记录边界,不提供可靠性保证。数据在传输过程中可能会丢失或重复,并且不能保证在接收端数据按发送顺序接收。在TCP/IP协议簇中,使用UDP实现数据报套接字。

原始套接字(SOCK_RAW):该套接字允许对较低层协议(如IP或ICMP)进行直接访问。一般用于对TCP/IP核心协议的网络编程。

二:SOCKET相关概念

1、端口

在Internet上有很多这样的主机,这些主机一般运行了多个服务软件,同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket,并绑定到一个端口上,不同的端口对应于不同的服务(应用程序),因此,在网络协议中使用端口号识别主机上不同的进程。

例如:http使用80端口,FTP使用21端口。

2、协议

2.1 TCP:

TCP是一种面向连接的、可靠的,基于字节流的传输层通信协议。为两台主机提供高可靠性的数据通信服务。它可以将源主机的数据无差错地传输到目标主机。当有数据要发送时,对应用进程送来的数据进行分片,以适合于在网络层中传输;当接收到网络层传来的分组时,它要对收到的分组进行确认,还要对丢失的分组设置超时重发等。为此TCP需要增加额外的许多开销,以便在数据传输过程中进行一些必要的控制,确保数据的可靠传输。因此,TCP传输的效率比较低。

2.1.1 TCP的工作过程

TCP是面向连接的协议,TCP协议通过三个报文段完成类似电话呼叫的连接建立过程,这个过程称为三次握手,如图所示:

image.png

第一次握手:建立连接时,客户端发送SYN包(SEQ=x)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认。

第二次握手:服务器收到SYN包,必须确认客户的SYN(ACK=x+1),同时自己也发送一个SYN包(SEQ=y),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态。

第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ACK=y+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入Established状态,完成三次握手。

2.1.2 传输数据

一旦通信双方建立了TCP连接,连接中的任何一方都能向对方发送数据和接收对方发来的数据。TCP协议负责把用户数据(字节流)按一定的格式和长度组成多个数据报进行发送,并在接收到数据报之后按分解顺序重新组装和恢复用户数据。

利用TCP传输数据时,数据是以字节流的形式进行传输的。

2.1.3 连接的终止

建立一个连接需要三次握手,而终止一个连接要经过四次握手,这是由TCP的半关闭(half-close)造成的。具体过程如图所示:

image.png

2.1.4 TCP的主要特点

TCP最主要的特点如下。

(1) 是面向连接的协议。

(2) 端到端的通信。每个TCP连接只能有两个端点,而且只能一对一通信,不能一点对多点直接通信。

(3) 高可靠性。通过TCP连接传送的数据,能保证数据无差错、不丢失、不重复地准确到达接收方,并且保证各数据到达的顺序与其发出的顺序相同。

(4) 全双工方式传输。

(5) 数据以字节流的方式传输。

(6) 传输的数据无消息边界。

2.1.5 同步与异步

同步工作方式是指利用TCP编写的程序执行到监听或接收语句时,在未完成工作(侦听到连接请求或收到对方发来的数据)前不再继续往下执行,线程处于阻塞状态,直到该语句完成相应的工作后才继续执行下一条语句。

异步工作方式是指程序执行到监听或接收语句时,不论工作是否完成,都会继续往下执行。

2.2 UDP

UDP是一种简单的、面向数据报的无连接的协议,提供的是不一定可靠的传输服务。所谓“无连接”是指在正式通信前不必与对方先建立连接,不管对方状态如何都直接发送过去。这与发手机短信非常相似,只要知道对方的手机号就可以了,不要考虑对方手机处于什么状态。UDP虽然不能保证数据传输的可靠性,但数据传输的效率较高。

2.1.1 UDP与TCP的区别

(1) UDP可靠性不如TCP

TCP包含了专门的传递保证机制,当数据接收方收到发送方传来的信息时,会自动向发送方发出确认消息;发送方只有在接收到该确认消息之后才继续传送其他信息,否则将一直等待直到收到确认信息为止。与TCP不同,UDP并不提供数据传送的保证机制。如果在从发送方到接收方的传递过程中出现数据报的丢失,协议本身并不能做出任何检测或提示。因此,通常人们把UDP称为不可靠的传输协议。

(2) UDP不能保证有序传输

UDP不能确保数据的发送和接收顺序。对于突发性的数据报,有可能会乱序。

2.1.2 UDP的优势

(1) UDP速度比TCP快

由于UDP不需要先与对方建立连接,也不需要传输确认,因此其数据传输速度比TCP快得多。对于强调传输性能而不是传输完整性的应用(比如网络音频播放、视频点播和网络会议等),使用UDP比较合适,因为它的传输速度快,使通过网络播放的视频音质好、画面清晰。

(2) UDP有消息边界

发送方UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下直接交付给IP层。既不拆分,也不合并,而是保留这些报文的边界。使用UDP不需要考虑消息边界问题,这样使得UDP编程相比TCP,在对接收到的数据的处理方面要方便的多。在程序员看来,UDP套接字使用比TCP简单。UDP的这一特征也说明了它是一种面向报文的传输协议。

(3) UDP可以一对多传输

由于传输数据不建立连接,也就不需要维护连接状态(包括收发状态等),因此一台服务器可以同时向多个客户端传输相同的消息。利用UDP可以使用广播或组播的方式同时向子网上的所有客户进程发送消息,这一点也比TCP方便。

其中,速度快是UDP的首要优势

由于TCP协议中植入了各种安全保障功能,在实际执行的过程中会占用大量的系统开销,无疑使速度受到严重影响。反观UDP,由于抛弃了信息可靠传输机制,将安全和排序等功能移交给上层应用完成,极大地降低了执行时间,使速度得到了保证。简而言之,UDP的“理念”就是“不顾一切,只为更快地发送数据”。

image.png

三:socket一般应用模式:

image.png

四:SOCKET通信基本流程图:

image.png

根据socket通信基本流程图,总结通信的基本步骤:

服务器端:

第一步:创建一个用于监听连接的Socket对像;

第二步:用指定的端口号和服务器的ip建立一个EndPoint对像;

第三步:用socket对像的Bind()方法绑定EndPoint;

第四步:用socket对像的Listen()方法开始监听;

第五步:接收到客户端的连接,用socket对像的Accept()方法创建一个新的用于和客户端进行通信的socket对像;

第六步:通信结束后一定记得关闭socket;

客户端:

第一步:建立一个Socket对像;

第二步:用指定的端口号和服务器的ip建立一个EndPoint对像;

第三步:用socket对像的Connect()方法以上面建立的EndPoint对像做为参数,向服务器发出连接请求;

第四步:如果连接成功,就用socket对像的Send()方法向服务器发送信息;

第五步:用socket对像的Receive()方法接受服务器发来的信息 ;

第六步:通信结束后一定记得关闭socket;


五:示例程序

服务端界面:

image.png

服务端代码:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;

namespace Server
{
    public partial class Server : Form
    {
        public Server()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void btnStart_Click(object sender, EventArgs e)//启动服务端 按钮 单击事件
        {
            Socket socketServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建一个负责监听IP地址和端口号的Socket
            IPAddress ip = IPAddress.Parse(txtIP.Text);//获取IP
            IPEndPoint point = new IPEndPoint(ip, int.Parse(txtPort.Text));//创建 ip和端口
            socketServer.Bind(point);//绑定IP和端口
            ShowMsg("服务端启动成功.");//调用方法,提示
            socketServer.Listen(10);//开始监听:设置最大可以同时连接多少个请求
            Thread th = new Thread(Listen);//创建新线程 调用Listen方法
            th.IsBackground = true;//后台线程
            th.Start(socketServer);//线程已准备好,随时可以开始
        }
        void ShowMsg(string str)//提示方法
        {
            txtMessage.AppendText("[" + DateTime.Now.ToString() + "]:" + str + "\r\n");//输出
        }
        Dictionary<string, Socket> dic = new Dictionary<string, Socket>();//将远程连接的客户端的IP地址和Socket存入集合中
        Socket client;//用于通信的Socket
        void Listen(object o)//主要是接收客户端连接
        {
            Socket socketServer = o as Socket;//将传过来的值 转换为 Socket 类型
            while (true)
            {
                client = socketServer.Accept();//等待客户端的连接,并且创建一个用于通信的Socket
                dic.Add(client.RemoteEndPoint.ToString(), client);//将连接过来的客户端 添加到 字典内
                cboClient.Items.Add(client.RemoteEndPoint.ToString());//添加下拉框中
                ShowMsg(client.RemoteEndPoint.ToString() + ":连接成功!");//提示
                Thread th = new Thread(Receive);//新线程
                th.IsBackground = true;//后台线程
                th.Start(client);//线程已准备好,随时可以开始
            }
        }

        void Receive(object o)//用于接收客户端发过来的数据
        {
            Socket client = o as Socket;//将传过来的值 转换为 Socket 类型
            while (true)
            {
                byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 2];//字节数组
                int r = client.Receive(buffer);//接收字节 存入 buffer 字节数组,返回 接收的字节数
                if (r == 0)//如果接收字节数为0 表示客户端已断开
                {
                    break;//退出循环
                }
                string str = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, r);//将接收的字节数组转换为字符串
                ShowMsg(client.RemoteEndPoint + ":" + str);//输出
            }
        }

        private void Server_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
            //在多线程程序中,新创建的线程不能访问UI线程创建的窗口控件,这个时候如果你想要访问窗口的控件,
            //那么你可以将窗口构造函数中的CheckForIllegalCrossThreadCalls设置为false.这是线程就能安全的访问窗体控件了.
        }

        private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)//发送消息按钮
        {
            byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(txtSend.Text);//将文本框内字符串转换为字节 存入 buffer 字节数组
            List<byte> listByte = new List<byte>();//泛型
            listByte.Add(0);//添加 第一个元素为0,表示发送的是文字
            listByte.AddRange(buffer);//添加 buffer 字节数组
            byte[] newBuffer = listByte.ToArray();//将 泛型 转换为 字节数组
            string ip = cboClient.SelectedItem.ToString();//获取 下拉框 选择的IP
            dic[ip].Send(newBuffer);//根据IP获取 客户端Socket 实例,发送消息
        }

        private void btnPath_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            OpenFileDialog ofd = new OpenFileDialog();//实例化 打开文件
            ofd.InitialDirectory = @"D:\Users\Desktop";//默认打开位置
            ofd.Title = "选择要发送的文件.";//标题
            ofd.Filter = "所有文件(*.*)|*.*";//打开类型
            if (ofd.ShowDialog() != DialogResult.OK)//判断是否按下OK按钮
            {
                MessageBox.Show("请选择要发送的文件.", "错误", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);//提示
                return;//退出
            }
            txtPath.Text = ofd.FileName;//将 文件地址 赋值给 文本框
        }

        private void btnSendFile_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            string path = txtPath.Text;//获取文本框内的地址
            if (!File.Exists(path))//判断文件是否存在
            {
                MessageBox.Show("发送的文件不存在.", "错误", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);//提示
                return;//退出
            }
            using (FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read))//读取
            {
                byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 2];//字节数组
                int r = fs.Read(buffer, 0, buffer.Length);//读取字节数组
                List<byte> listByte = new List<byte>();//泛型
                listByte.Add(1);//添加第一个元素 为1 是文件
                listByte.AddRange(buffer);//添加 字节数组
                byte[] newBuffer = listByte.ToArray();//转换为 字节数组
                string ip = cboClient.SelectedItem.ToString();//获取 下拉框 选择的IP
                dic[ip].Send(newBuffer, 0, r + 1, SocketFlags.None);//根据IP获取 客户端Socket 实例,发送消息(字节数组为新的字节数组,新的字节数组加了第一个元素0,所以长度要r+1)
            }
        }

        private void btnRemind_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            byte[] buffer = new byte[1];//字节数组
            buffer[0] = 2;// 震动
            string ip = cboClient.SelectedItem.ToString();//获取 下拉框 选择的IP
            dic[ip].Send(buffer);//根据IP获取 客户端Socket 实例,发送消息
        }
    }
}

客户端界面:

image.png

客户端代码:

using System;
using System.Drawing;
using System.IO;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;

namespace Client
{
    public partial class Client : Form
    {
        public Client()
        {
            InitializeComponent();
        }
        Socket socketClient;
        private void btnStart_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            socketClient = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建一个IP地址和端口号的Socket

            socketClient.Connect(IPAddress.Parse(txtIP.Text), int.Parse(txtPort.Text));//连接的IP和端口
            ShowMsg("连接服务端成功!");//调用方法,提示
            Thread th = new Thread(Receive);//创建新线程 调用Listen方法
            th.IsBackground = true;//后台线程
            th.Start();//线程已准备好,随时可以开始
        }
        void ShowMsg(string str)//提示方法
        {
            txtMessage.AppendText("[" + DateTime.Now.ToString() + "]:" + str + "\r\n");//输出
        }

        private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(txtSend.Text);//将文本框内字符串转换为字节 存入 buffer 字节数组
            socketClient.Send(buffer);//发送消息
        }

        void Receive()//接收消息
        {
            while (true)
            {
                byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 2];//字节数组
                int r = socketClient.Receive(buffer);//接收字节 存入 buffer 字节数组,返回 接收的字节数
                if (r == 0)//如果接收字节数为0 表示服务端已断开
                {
                    break;//退出循环
                }
                if (buffer[0] == 0)//判断第一个字节是否为0
                {
                    ShowMsg(Encoding.UTF8.GetString(buffer, 1, r - 1));//将接收的字节数组转换为字符串 并输出
                }
                else if (buffer[0] == 1)//判断第一个字节是否为1
                {
                    SaveFileDialog sfd = new SaveFileDialog();//保存对话框
                    sfd.InitialDirectory = @"D:\Users\Desktop";//默认保存地址
                    sfd.Filter = "所有文件(*.*)|*.*";//默认保存类型
                    sfd.Title = "保存文件";//标题
                    if (sfd.ShowDialog(this) != DialogResult.OK)//判断是否点击OK按钮
                    {
                        MessageBox.Show("你取消了接收文件.", "提示", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Exclamation);//提示
                        return;//退出
                    }
                    string path = sfd.FileName;//获取保存地址
                    using (FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Write))//写入文件
                    {
                        fs.Write(buffer, 1, r - 1);//写入字节数组数据到 文件
                    }

                }
                else if (buffer[0] == 2)//判断第一个字节是否为2
                {
                    int x = Location.X;//获取当前窗体X坐标
                    int y = Location.Y;//获取当前窗体Y坐标
                    for (int i = 0; i < 20; i++)//循环
                    {
                        this.Location = new Point(x+10, y+10);//设置新的窗体坐标
                        this.Location = new Point(x, y);//设置新的窗体坐标
                    }
                    ShowMsg("服务端向你发送了一次震动!");//提示
                }

            }
        }

        private void Client_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
            //在多线程程序中,新创建的线程不能访问UI线程创建的窗口控件,这个时候如果你想要访问窗口的控件,
            //那么你可以将窗口构造函数中的CheckForIllegalCrossThreadCalls设置为false.这是线程就能安全的访问窗体控件了.
        }

        private void Client_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
        {
            socketClient.Close();//关闭Socket连接
        }
    }
}

输出结果:

image.pngimage.pngimage.pngimage.pngimage.png


以上内容节选自《博客园》。

本文地址:https://www.daobk.com/post/157.html
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