C#网络编程二：SOCKET编程-白红宇

C#网络编程二：SOCKET编程

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发布时间：2019-06-26

本文共 17158 字，大约阅读时间需要 57 分钟。

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：

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：

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”。

三：socket一般应用模式：

四：SOCKET通信基本流程图：

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：

代码实现如下：

1 using System;  2 using System.Collections.Generic;  3 using System.ComponentModel;  4 using System.Data;  5 using System.Drawing;  6 using System.Linq;  7 using System.Net;  8 using System.Net.Sockets;  9 using System.Text; 10 using System.Threading.Tasks; 11 using System.Windows.Forms; 12 using System.Threading; 13 using System.IO; 14  15 namespace SocketServer 16 { 17     public partial class FrmServer : Form 18     { 19         public FrmServer() 20         { 21             InitializeComponent(); 22         } 23  24         //定义回调:解决跨线程访问问题 25         private delegate void SetTextValueCallBack(string strValue); 26         //定义接收客户端发送消息的回调 27         private delegate void ReceiveMsgCallBack(string strReceive); 28         //声明回调 29         private SetTextValueCallBack setCallBack; 30         //声明 31         private ReceiveMsgCallBack receiveCallBack; 32         //定义回调：给ComboBox控件添加元素 33         private delegate void SetCmbCallBack(string strItem); 34         //声明 35         private SetCmbCallBack setCmbCallBack; 36         //定义发送文件的回调 37         private delegate void SendFileCallBack(byte[] bf); 38         //声明 39         private SendFileCallBack sendCallBack; 40  41         //用于通信的Socket 42         Socket socketSend; 43         //用于监听的SOCKET 44         Socket socketWatch; 45  46         //将远程连接的客户端的IP地址和Socket存入集合中 47         Dictionary
     
       dicSocket = new Dictionary
      
       (); 48  49         //创建监听连接的线程 50         Thread AcceptSocketThread; 51         //接收客户端发送消息的线程 52         Thread threadReceive; 53  54         /// 
        55         /// 开始监听 56         /// 
 57         /// 
        58         /// 
        59         private void btn_Start_Click(object sender, EventArgs e) 60         { 61             //当点击开始监听的时候 在服务器端创建一个负责监听IP地址和端口号的Socket 62             socketWatch = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); 63             //获取ip地址 64             IPAddress ip=IPAddress.Parse(this.txt_IP.Text.Trim()); 65             //创建端口号 66             IPEndPoint point=new IPEndPoint(ip,Convert.ToInt32(this.txt_Port.Text.Trim())); 67             //绑定IP地址和端口号 68             socketWatch.Bind(point); 69             this.txt_Log.AppendText("监听成功"+" \r \n"); 70             //开始监听:设置最大可以同时连接多少个请求 71             socketWatch.Listen(10); 72  73             //实例化回调 74             setCallBack = new SetTextValueCallBack(SetTextValue); 75             receiveCallBack = new ReceiveMsgCallBack(ReceiveMsg); 76             setCmbCallBack = new SetCmbCallBack(AddCmbItem); 77             sendCallBack = new SendFileCallBack(SendFile); 78  79             //创建线程 80             AcceptSocketThread = new Thread(new ParameterizedThreadStart(StartListen)); 81             AcceptSocketThread.IsBackground = true; 82             AcceptSocketThread.Start(socketWatch); 83         } 84  85         /// 
        86         /// 等待客户端的连接，并且创建与之通信用的Socket 87         /// 
 88         /// 
        89         private void StartListen(object obj) 90         { 91             Socket socketWatch = obj as Socket; 92             while (true) 93             {                94                 //等待客户端的连接，并且创建一个用于通信的Socket 95                 socketSend = socketWatch.Accept(); 96                 //获取远程主机的ip地址和端口号 97                 string strIp=socketSend.RemoteEndPoint.ToString(); 98                 dicSocket.Add(strIp, socketSend); 99                 this.cmb_Socket.Invoke(setCmbCallBack, strIp);100                 string strMsg = "远程主机：" + socketSend.RemoteEndPoint + "连接成功";101                 //使用回调102                 txt_Log.Invoke(setCallBack, strMsg);103 104                 //定义接收客户端消息的线程105                 Thread threadReceive = new Thread(new ParameterizedThreadStart(Receive));106                 threadReceive.IsBackground = true;107                 threadReceive.Start(socketSend);108 109             }110         }111 112        113 114         /// 
       115         /// 服务器端不停的接收客户端发送的消息116         /// 
117         /// 
       118         private void Receive(object obj)119         {120             Socket socketSend = obj as Socket;121             while (true)122             {123                 //客户端连接成功后，服务器接收客户端发送的消息124                 byte[] buffer = new byte[2048];125                 //实际接收到的有效字节数126                 int count = socketSend.Receive(buffer);127                 if (count == 0)//count 表示客户端关闭，要退出循环128                 {129                     break;130                 }131                 else132                 {133                     string str = Encoding.Default.GetString(buffer, 0, count);134                     string strReceiveMsg = "接收：" + socketSend.RemoteEndPoint + "发送的消息:" + str;135                     txt_Log.Invoke(receiveCallBack, strReceiveMsg);136                 }137             }138         }139 140         /// 
       141         /// 回调委托需要执行的方法142         /// 
143         /// 
       144         private void SetTextValue(string strValue)145         {146             this.txt_Log.AppendText(strValue + " \r \n");147         }148 149 150         private void ReceiveMsg(string strMsg)151         {152             this.txt_Log.AppendText(strMsg + " \r \n");153         }154 155         private void AddCmbItem(string strItem)156         {157             this.cmb_Socket.Items.Add(strItem);158         }159 160         /// 
       161         /// 服务器给客户端发送消息162         /// 
163         /// 
       164         /// 
       165         private void btn_Send_Click(object sender, EventArgs e)166         {167             try168             {169                 string strMsg = this.txt_Msg.Text.Trim();170                 byte[] buffer = Encoding.Default.GetBytes(strMsg);171                 List
       
         list = new List
        
         ();172                 list.Add(0);173                 list.AddRange(buffer);174                 //将泛型集合转换为数组175                 byte[] newBuffer = list.ToArray();176                 //获得用户选择的IP地址177                 string ip = this.cmb_Socket.SelectedItem.ToString();178                 dicSocket[ip].Send(newBuffer);179             }180             catch (Exception ex)181             {182                 MessageBox.Show("给客户端发送消息出错:"+ex.Message);183             }184             //socketSend.Send(buffer);185         }186 187         /// 
         188         /// 选择要发送的文件189         /// 
190         /// 
         191         /// 
         192         private void btn_Select_Click(object sender, EventArgs e)193         {194             OpenFileDialog dia = new OpenFileDialog();195             //设置初始目录196             dia.InitialDirectory = @"";197             dia.Title = "请选择要发送的文件";198             //过滤文件类型199             dia.Filter = "所有文件|*.*";200             dia.ShowDialog();201             //将选择的文件的全路径赋值给文本框202             this.txt_FilePath.Text = dia.FileName;203         }204 205         /// 
         206         /// 发送文件207         /// 
208         /// 
         209         /// 
         210         private void btn_SendFile_Click(object sender, EventArgs e)211         {212             List
         
           list = new List
          
           ();213 //获取要发送的文件的路径214 string strPath = this.txt_FilePath.Text.Trim();215 using (FileStream sw = new FileStream(strPath,FileMode.Open,FileAccess.Read))216 {217 byte[] buffer = new byte[2048];218 int r = sw.Read(buffer, 0, buffer.Length);219 list.Add(1);220 list.AddRange(buffer);221 222 byte[] newBuffer = list.ToArray();223 //发送224 //dicSocket[cmb_Socket.SelectedItem.ToString()].Send(newBuffer, 0, r+1, SocketFlags.None);225 btn_SendFile.Invoke(sendCallBack, newBuffer);226 227 228 }229 230 }231 232 private void SendFile(byte[] sendBuffer)233 {234 235 try236 {237 dicSocket[cmb_Socket.SelectedItem.ToString()].Send(sendBuffer, SocketFlags.None);238 }239 catch (Exception ex)240 {241 MessageBox.Show("发送文件出错:"+ex.Message);242 }243 }244 245 private void btn_Shock_Click(object sender, EventArgs e)246 {247 byte[] buffer = new byte[1] { 2};248 dicSocket[cmb_Socket.SelectedItem.ToString()].Send(buffer);249 }250 251 /// 
           252 /// 停止监听253 /// 
254 /// 
           255 /// 
           256 private void btn_StopListen_Click(object sender, EventArgs e)257 {258 socketWatch.Close();259 socketSend.Close();260 //终止线程261 AcceptSocketThread.Abort();262 threadReceive.Abort();263 }264 }265 }

客户端界面

代码实现如下：

1 using System;  2 using System.Collections.Generic;  3 using System.ComponentModel;  4 using System.Data;  5 using System.Drawing;  6 using System.Linq;  7 using System.Text;  8 using System.Threading.Tasks;  9 using System.Windows.Forms; 10 using System.Net.Sockets; 11 using System.Net; 12 using System.Threading; 13 using System.IO; 14  15 namespace SocketClient 16 { 17     public partial class FrmClient : Form 18     { 19         public FrmClient() 20         { 21             InitializeComponent(); 22         } 23  24         //定义回调 25         private delegate void SetTextCallBack(string strValue); 26         //声明 27         private SetTextCallBack setCallBack; 28  29         //定义接收服务端发送消息的回调 30         private delegate void ReceiveMsgCallBack(string strMsg); 31         //声明 32         private ReceiveMsgCallBack receiveCallBack; 33  34         //创建连接的Socket 35         Socket socketSend; 36         //创建接收客户端发送消息的线程 37         Thread threadReceive; 38  39         ///  40         /// 连接 41         /// 
 42         ///  43         ///  44         private void btn_Connect_Click(object sender, EventArgs e) 45         { 46             try 47             { 48                 socketSend = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); 49                 IPAddress ip = IPAddress.Parse(this.txt_IP.Text.Trim()); 50                 socketSend.Connect(ip, Convert.ToInt32(this.txt_Port.Text.Trim())); 51                 //实例化回调 52                 setCallBack = new SetTextCallBack(SetValue); 53                 receiveCallBack = new ReceiveMsgCallBack(SetValue); 54                 this.txt_Log.Invoke(setCallBack, "连接成功"); 55  56                 //开启一个新的线程不停的接收服务器发送消息的线程 57                 threadReceive = new Thread(new ThreadStart(Receive)); 58                 //设置为后台线程 59                 threadReceive.IsBackground = true; 60                 threadReceive.Start(); 61             } 62             catch (Exception ex) 63             { 64                 MessageBox.Show("连接服务端出错:" + ex.ToString()); 65             } 66         } 67  68         ///  69         /// 接口服务器发送的消息 70         /// 
 71         private void Receive() 72         { 73             try 74             { 75                 while (true) 76                 { 77                     byte[] buffer = new byte[2048]; 78                     //实际接收到的字节数 79                     int r = socketSend.Receive(buffer); 80                     if (r == 0) 81                     { 82                         break; 83                     } 84                     else 85                     { 86                         //判断发送的数据的类型 87                         if (buffer[0] == 0)//表示发送的是文字消息 88                         { 89                             string str = Encoding.Default.GetString(buffer, 1, r - 1); 90                             this.txt_Log.Invoke(receiveCallBack, "接收远程服务器:" + socketSend.RemoteEndPoint + "发送的消息:" + str); 91                         } 92                         //表示发送的是文件 93                         if (buffer[0] == 1) 94                         { 95                             SaveFileDialog sfd = new SaveFileDialog(); 96                             sfd.InitialDirectory = @""; 97                             sfd.Title = "请选择要保存的文件"; 98                             sfd.Filter = "所有文件|*.*"; 99                             sfd.ShowDialog(this);100 101                             string strPath = sfd.FileName;102                             using (FileStream fsWrite = new FileStream(strPath, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Write))103                             {104                                 fsWrite.Write(buffer, 1, r - 1);105                             }106 107                             MessageBox.Show("保存文件成功");108                         }109                     }110 111 112                 }113             }114             catch (Exception ex)115             {116                 MessageBox.Show("接收服务端发送的消息出错:" + ex.ToString());117             }118         }119 120 121         private void SetValue(string strValue)122         {123             this.txt_Log.AppendText(strValue + "\r \n");124         }125 126         /// 127         /// 客户端给服务器发送消息128         /// 
129         /// 130         /// 131         private void btn_Send_Click(object sender, EventArgs e)132         {133             try134             {135                 string strMsg = this.txt_Msg.Text.Trim();136                 byte[] buffer = new byte[2048];137                 buffer = Encoding.Default.GetBytes(strMsg);138                 int receive = socketSend.Send(buffer);139             }140             catch (Exception ex)141             {142                 MessageBox.Show("发送消息出错:" + ex.Message);143             }144         }145 146         private void FrmClient_Load(object sender, EventArgs e)147         {148             Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;149         }150 151         /// 152         /// 断开连接153         /// 
154         /// 155         /// 156         private void btn_CloseConnect_Click(object sender, EventArgs e)157         {158             //关闭socket159             socketSend.Close();160             //终止线程161             threadReceive.Abort();162         }163     }164 }