基于C#的Socket开发快速入门

基于C#的Socket开发快速入门
2009年11月21日
　　      首先从原理上解释一下采用Socket接口的网络通讯，这里以最常用的C/S模式作为范例，首先，服务端有一个进程（或多个进程）在指定的端口等待客户来 连接，服务程序等待客户的连接信息，一旦连接上之后，就可以按设计的数据交换方法和格式进行数据传输。客户端在需要的时刻发出向服务端的连接请求。这里为 了便于理解，提到了一些调用及其大致的功能。使用socket调用后，仅产生了一个可以使用的socket描述符，这时还不能进行通信，还要使用其他的调 用，以使得socket所指的结构中使用的信息被填写完。
　　　　在使用TCP协议时，一般服务端进程先使用socket调用得到一个描述 符，然后使用bind调用将一个名字与socket描述符连接起来，对于Internet域就是将Internet地址联编到socket。之后，服务端 使用listen调用指出等待服务请求队列的长度。然后就可以使用accept调用等待客户端发起连接，一般是阻塞等待连接，一旦有客户端发出连接， accept返回客户的地址信息，并返回一个新的socket描述符，该描述符与原先的socket有相同的特性，这时服务端就可以使用这个新的 socket进行读写操作了。一般服务端可能在accept返回后创建一个新的进程进行与客户的通信，父进程则再到accept调用处等待另一个连接。客 户端进程一般先使用socket调用得到一个socket描述符，然后使用connect向指定的服务器上的指定端口发起连接，一旦连接成功返回，就说明 已经建立了与服务器的连接，这时就可以通过socket描述符进行读写操作了。
　　　　.NetFrameWork为Socket通讯提供了System.Net.Socket命名空间，在这个命名空间里面有以下几个常用的重要类分别是:
　　　　??Socket类 这个低层的类用于管理连接，WebRequest，TcpClient和UdpClient在内部使用这个类。
　　　　??NetworkStream类 这个类是从Stream派生出来的，它表示来自网络的数据流
　　　　??TcpClient类 允许创建和使用TCP连接
　　　　??TcpListener类 允许监听传入的TCP连接请求
　　　　??UdpClient类 用于UDP客户创建连接(UDP是另外一种TCP协议，但没有得到广泛的使用，主要用于本地网络)
　　　　下面我们来看一个基于Socket的双机通信代码的C#版本
　　　　首先创建Socket对象的实例，这可以通过Socket类的构造方法来实现：
　　public Socket(AddressFamily addressFamily,SocketType socketType,ProtocolType protocolType); 
　　　　其中，addressFamily 参数指定 Socket 使用的寻址方案，socketType 参数指定 Socket 的类型，protocolType 参数指定 Socket 使用的协议。
　　　　下面的示例语句创建一个 Socket，它可用于在基于 TCP/IP 的网络（如 Internet）上通讯。
　　Socket temp = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); 
　　　　若要使用 UDP 而不是 TCP，需要更改协议类型，如下面的示例所示：
　　Socket temp = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp); 
　　　 　一旦创建 Socket，在客户端，你将可以通过Connect方法连接到指定的服务器（你可以在Connect方法前Bind端口，就是以指定的端口 发起连接，如果不事先Bind端口号的话，系统会默认在1024到5000随机绑定一个端口号），并通过Send方法向远程服务器发送数据，而后可以通过 Receive从服务端接收数据；而在服务器端，你需要使用Bind方法绑定所指定的接口使Socket与一个本地终结点相联，并通过Listen方法侦 听该接口上的请求，当侦听到用户端的连接时，调用Accept完成连接的操作，创建新的Socket以处理传入的连接请求。使用完 Socket 后，使 用 Close 方法关闭 Socket。
　　　　可以看出，以上许多方法包含EndPoint类型的参数，在Internet中， TCP/IP 使用一个网络地址和一个服务端口号来唯一标识设备。网络地址标识网络上的特定设备；端口号标识要连接到的该设备上的特定服务。网络地址和服 务端口的组合称为终结点，在 .NET 框架中正是由 EndPoint 类表示这个终结点，它提供表示网络资源或服务的抽象，用以标志网络地址等信 息。.Net同时也为每个受支持的地址族定义了 EndPoint 的子代；对于 IP 地址族，该类为 IPEndPoint。IPEndPoint  类包含应用程序连接到主机上的服务所需的主机和端口信息，通过组合服务的主机IP地址和端口号，IPEndPoint 类形成到服务的连接点。
　　　　用到IPEndPoint类的时候就不可避免地涉及到计算机IP地址，System.Net命名空间中有两种类可以得到IP地址实例：
　　　　??IPAddress类：IPAddress 类包含计算机在 IP 网络上的地址。其Parse方法可将 IP 地址字符串转换为 IPAddress 实例。下面的语句创建一个 IPAddress 实例：
　　IPAddress myIP = IPAddress.Parse("192.168.0.1"); 
　　　 　需要知道的是：Socket 类支持两种基本模式：同步和异步。其区别在于：在同步模式中，按块传输，对执行网络操作的函数（如 Send 和  Receive）的调用一直等到所有内容传送操作完成后才将控制返回给调用程序。在异步模式中，是按位传输，需要指定发送的开始和结束。同步模式是最常 用的模式，我们这里的例子也是使用同步模式。
　　　　下面看一个完整的例子，client向server发送一段测试字符串，server接收并显示出来，给予client成功响应。
　　//client端
　　using System;
　　using System.Text;
　　using System.IO;
　　using System.Net;
　　using System.Net.Sockets;
　　namespace socketsample
　　{
　　　class Class1
　　　{
　　　　static void Main()
　　　　{
　　　　　try
　　　　　{
　　　　　　int port = 2000;
　　　　　　string host = "127.0.0.1";
　　　　　　IPAddress ip = IPAddress.Parse(host);
　　　　　　IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, port);//把ip和端口转化为IPEndPoint实例
　　　　　　Socket c = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建一个Socket
　　　　　　Console.WriteLine("Conneting...");
　　　　　　c.Connect(ipe);//连接到服务器
　　　　　　string sendStr = "hello!This is a socket test";
　　　　　　byte[] bs = Encoding.ASCII.GetBytes(sendStr);
　　　　　　Console.WriteLine("Send Message");
　　　　　　c.Send(bs, bs.Length, 0);//发送测试信息
　　　　　　string recvStr = "";
　　　　　　byte[] recvBytes = new byte[1024];
　　　　　　int bytes;
　　　　　　bytes = c.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);//从服务器端接受返回信息
　　　　　　recvStr += Encoding.ASCII.GetString(recvBytes, 0, bytes);
　　　　　　Console.WriteLine("Client Get Message:{0}", recvStr);//显示服务器返回信息
　　　　　　c.Close();
　　　　　}
　　　　　catch (ArgumentNullException e)
　　　　　{
　　　　　　Console.WriteLine("ArgumentNullException: {0}", e);
　　　　　}
　　　　　catch (SocketException e)
　　　　　{
　　　　　　Console.WriteLine("SocketException: {0}", e);
　　　　　}
　　　　　Console.WriteLine("Press Enter to Exit");
　　　　　Console.ReadLine();
　　　　}
　　　}
　　}
　　//server端
　　using System;
　　using System.Text;
　　using System.IO;
　　using System.Net;
　　using System.Net.Sockets;
　　namespace Project1
　　{
　　　class Class2
　　　{
　　　　static void Main()
　　　　{
　　　　　try
　　　　　{
　　　　　　int port = 2000;
　　　　　　string host = "127.0.0.1";
　　　　　　IPAddress ip = IPAddress.Parse(host);
　　　　　　IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, port);
　　　　　　Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建一个Socket类
　　　　　　s.Bind(ipe);//绑定2000端口
　　　　　　s.Listen(0);//开始监听
　　　　　　Console.WriteLine("Wait for connect");
　　　　　　Socket temp = s.Accept();//为新建连接创建新的Socket。
　　　　　　Console.WriteLine("Get a connect");
　　　　　　string recvStr = "";
　　　　　　byte[] recvBytes = new byte[1024];
　　　　　　int bytes;
　　　　　　bytes = temp.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);//从客户端接受信息
　　　　　　recvStr += Encoding.ASCII.GetString(recvBytes, 0, bytes);
　　　　　　Console.WriteLine("Server Get Message:{0}",recvStr);//把客户端传来的信息显示出来
　　　　　　string sendStr = "Ok!Client Send Message Sucessful!";
　　　　　　byte[] bs = Encoding.ASCII.GetBytes(sendStr);
　　　　　　temp.Send(bs, bs.Length, 0);//返回客户端成功信息
　　　　　　temp.Close();
　　　　　　s.Close();
　　　　　}
　　　　　catch (ArgumentNullException e)
　　　　　{
　　　　　　Console.WriteLine("ArgumentNullException: {0}", e);
　　　　　}
　　　　　catch (SocketException e)
　　　　　{
　　　　　　Console.WriteLine("SocketException: {0}", e);
　　　　　}
　　　　　Console.WriteLine("Press Enter to Exit");
　　　　　Console.ReadLine();
　　　　}
　　　}
　　}
　　　　上面的例子是用的Socket类，System.Net.Socket命名空间还提供了两个抽象高级类TCPClient和UDPClient和用于通讯流处理的NetWorkStream,让我们看下例子
　　　　客户端
　　TcpClient tcpClient=new TcpCLient(主机IP,端口号);
　　NetworkStream ns=tcp.Client.GetStream();
　　　　服务端
　　TcpListener tcpListener=new TcpListener(监听端口);
　　tcpListener.Start();
　　TcpClient tcpClient=tcpListener.AcceptTcpClient();
　　NetworkStream ns=tcpClient.GetStream();
　　　　服务端用TcpListener监听,然后把连接的对象实例化为一个TcpClient,调用TcpClient.GetStream()方法,返回网络流实例化为一个NetworlStream流,下面就是用流的方法进行Send,Receive
　　　 　如果是UdpClient的话,就直接UdpClient实例化,然后调用UdpClient的Send和Receive方法,需要注意的事, UdpClient没有返回网络流的方法,就是说没有GetStream方法,所以无法流化,而且使用Udp通信的时候,不要服务器监听。
　　　　现在我们大致了解了.Net Socket通信的流程，下面我们来作一个稍微复杂点的程序，一个广播式的C/S聊天程序。
　　　　客户端设计需要一个1个ListBox，用于显示聊天内容，一个TextBox输入你要说的话，一个Button发送留言，一个Button建立连接。
　　　　点击建立连接的Button后出来一个对话框，提示输入连接服务器的IP，端口，和你的昵称，启动一个接受线程，负责接受从服务器传来的信息并显示在ListBox上面。
　　　　服务器端2个Button，一个启动服务，一个T掉已建立连接的客户端，一个ListBox显示连接上的客户端的Ip和端口。
　　　　比较重要的地方是字符串编码的问题，需要先把需要传送的字符串按照UTF8编码，然后接受的时候再还原成为GB2312，不然中文显示会是乱码。
　　　　还有一个就是接收线程，我这里简单写成一个While(ture)循环，不断判断是否有信息流入，有就接收，并显示在ListBox上，这里有问题，在.Net2.0里面，交错线程修改窗体空间属性的时候会引发一个异常，不可以直接修改，需要定义一个委托来修改。
　　　 　当客户端需要断开连接的时候，比如点击窗体右上角的XX，就需要定义一个this.FormClosing +=  new System.Windows.Forms.FormClosingEventHandler(this.Closing);（.Net2.0 是FormClosing系统事件），在Closing()函数里面，发送Close字符给服务端，服务器判断循环判断所有的连接上的客户端传来的信息， 如果是以Close开头，断开与其的连接。看到这里，读者就会问了，如果我在聊天窗口输入Close是不是也断开连接呢？不是的，在聊天窗口输入的信息传 给服务器的时候开头都要加上Ip信息和昵称，所以不会冲突。 
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