个人对 Socket 和协议的理解以及使用 System.Net.Sockets 命名空间编写简单的 TCP 通讯程序

最新推荐文章于 2024-02-12 15:09:06 发布

原创

最新推荐文章于 2024-02-12 15:09:06 发布 · 4.6k 阅读

31 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#Socket

Socket

我们要想实现两个程序在不同主机上进行相互通讯，我们就必须准确得标识这两个程序。我们知道对于一个程序来说其都有一个PID（即进程控制符），虽然对于同一台主机上来说PID是唯一的，但是在不同主机之间，两个程序的PID那就不一定是唯一的了，其极有可能会发生重复，因此我们无法使用PID来标识不同主机上的程序。

于是Socket变应运而生，其使用IP地址标识了主机后，再使用端口标识了程序，也许你会问：既然IP标识了主机，那为什么不继续使用PID标识程序，那是因为当我们开启一个程序，但系统分配给这个程序的PID是一个随机的值，这样就导致了我们本地的主机程序无法得知我们所需连接的远程主机程序的PID，从而无法完成连接。而端口却是固定的且是唯一的，一个端口只能被一个进程所占用，因此在网络通信中我们使用的端口标识程序。

综上所述，Socket是指本地IP地址和远程IP地址以及本地端口号和远程端口号的组合，其作用是标识不同主机间的程序，在计算机专业术语中它的意思是套接字，但我们光靠一个套接字显然不可能实现网络通讯，我们需要一些方法，这些方法最初起源于1983年加利福尼亚大学伯克利分校发布的Berkeley Sockets API，后经微软、英特尔等大型公司的完善及规范，形成了一套标准，并在Windows上推出了WinSock API，因此在网络编程中，其也被常常称为套接字接口，简称套接口。在.Net Framework的基础类库中，微软对WinSock API进行了进一步的包装，并为我们提供了强大的System.Net.Sockets命名空间，我们可以利用该命名空间轻松地完成网络编程。

协议

最近发现有很多人认为Socket是指协议，在这儿我想很明确地告诉你们，那是错误的，记住Socket不是协议。
协议为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合（百度百科上是这么写的）。其中它有三个要素：语义、语法、时序，以下是我个人对这三个要素的理解：

语义：是指发送的每个数据包中的数据所代表的含义，例如第一个数据包发送的数据表示的是协议编号，第二个数据包发送的数据表示的是真正所需传递的数据1，第三个数据包发送的数据表示的是真正所需传递的数据2，这就是语义。其也可以看做是发送数据包的顺序。

语法：是指单个数据包的格式，例如每个数据包的前8个字节表示的是数据包的大小，而后面的N个字节表示的是该数据包所传递的数据，这就是语法，当然这语法也包括数据在转换成字节时所用到的编码类型等。

时序：是指整个服务器和客户端交互的流程，其中包括长连接与短连接、同步与异步等。

协议指的是通过语义+语法+时序所建立起来的规则、标准或约定的集合，而Socket仅仅是实现网络通讯的工具而已。

Socket不是协议！Socket不是协议！Socket不是协议！

重要的事说三遍

服务端和客户端通讯的基本流程（TCP）

服务端：创建用于监听的Socket ListenSocket

方法一：

Socket ListenSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

方法二：

Socket ListenSocket = new Socket(SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

AddressFamily：是一个枚举，指的是服务端地址的类型，对于TCP来说，我们提供的服务端地址一般是IPV4地址或IPV6地址，他们分别对应的是InterNetwork和InterNetworkV6。
SocketType：是一个枚举，指的是套接字的类型，一般常用的有Stream、Dgram和Raw，TCP是使用流式套接字来实现传输的，因此我们在这里使用的是Stream，如果我们使用了SocketType.Stream那ProtocolType必须使用ProtocolType.Tcp，另外Dgram是指数据报套接字，其被用于UDP，如果我们使用了SocketType.Dgram那ProtocolType必须使用ProtocolType.Udp。
ProtocolType：是一个枚举，指的是协议类型，这里我们要用的是Tcp，当然这个枚举里是没有HTTP的，由于HTTP是基于TCP的，因此如果要发HTTP，我们需要使用的还是Tcp。

服务端：将Socket ListenSocket与服务端的IP及端口进行绑定

IPAddress ServerIPAddress = IPAddress.Parse(ServerIP);
IPEndPoint ServerIPEndPoint = new IPEndPoint(ServerIPAddress, ServerPort);
ListenSocket.Bind(ServerIPEndPoint);

IPAddress：表示的是一个IP地址，我们可以使用IPAddress.Parse(String)的方法，将一个字符串形式的IP地址转换为一个IPAddress类。
IPEndPoint：表示的是一个由IP及端口组成的一个网络终结点，我们可以使用构造函数IPEndPoint(IPAddress, Int32)来进行创建，其所需的第二个参数指的是端口号。
Socket.Bind(EndPoint)：该方法可以将Socket ListenSocket与服务端的IP及端口进行绑定，其中EndPoint表示的是一个网络地址，由于IPEndPoint继承自EndPoint，所以我们我们可以直接将IPEndPoint带入方法中来完成该步骤。

服务端：将Socket ListenSocket设为监听状态，开始监听

ListenSocket.Listen(MaxListenNumber);

Socket.Listen(Int32)：该方法可以将服务端的Socket ListenSocket设为监听状态，其所需的参数Int32表示的是连接队列的最大连接数。

客户端：创建连接Socket ConnectSocket

方法一：

Socket ConnectSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

方法二：

Socket ConnectSocket = new Socket(SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

该方法与之前说的创建服务端的Socket ListenSocket相同因此不再叙述。

客户端：向服务器发起连接请求，并完成连接

设定服务端的IP及端口号

IPAddress ServerIPAddress = IPAddress.Parse(ServerIP);
IPEndPoint ServerIPEndPoint = new IPEndPoint(ServerIPAddress, ServerPort);

IPAddress和IPEndPoint：在发起连接前，我们需要设定服务端的地址，而设定服务端地址的方法也是利用IPAddress和IPEndPoint这两个类，由于该方法与之前讲的相同，我便不再叙说。
同步：

ConnectSocket.Connect(ServerIPEndPoint);

Socket.Connect(EndPoint)：该方法可以使客户端向服务端以同步的方式发起一个连接请求。其所需的参数EndPoint表示的是服务端的地址，我们可以将IPEndPoint来带入。
异步：

    object[] ConnectState = {
      
       ConnectSocket };
    ConnectSocket.BeginConnect(ServerIPEndPoint, ConnectCallBack, ConnectState);

private static void ConnectCallBack(IAsyncResult AsyncResult)
{
      
      
    object[] ConnectState = (object[])AsyncResult.AsyncState;
    Socket ConnectSocket = (Socket)ConnectState[0];
    ConnectSocket.EndConnect(AsyncResult);
}//void ConnectCallBack(IAsyncResult AsyncResult)

Socket.BeginConnect(EndPoint, AsyncCallback, Object)：该方法可以使客户端向服务器以异步的方式发起一个连接请求。该方法需要3个参数：第一个参数EndPoint，表示的是服务端的地址，我们可以将IPEndPoint来带入；第二个参数AsyncCallback表示的是一个异步委托，其原型是 delegate void AsyncCallback(IAsyncResult ar)，因此回调函数应是一个无返回值void类型且所需参数是一个IAsyncResult的函数，由于该参数是一个委托，因此我们可以直接将回调函数名直接带入即可；第三个参数Object表示所需传递至回调函数的参数，由于这里只能带入一个参数，我们需要将多个参数打包成一个object[]，然后带入。
IAsyncResult和IAsyncResult.AsyncState：IAsyncResult是一个接口，表示的是一个异步操作的状态，我们可以使用IAsyncResult的AsyncState属性以及强制转换类型的方法来获取在BeginConnect(EndPoint, AsyncCallback, Object)函数中所带入的第三个参数object的值。
Socket.EndConnect(IAsyncResult)：该方法可以结束一个客户端向服务端发起的异步连接请求，其所需的参数是一个IAsyncResult。

服务端：接收客户端发来的请求并创建一个用于连接该客户端的Socket ConnectSocket

同步：

Socket ConnectSocket = ListenSocket.Accept();

Socket.Accept()：该方法可以使服务端接受客户端的连接请求，并生成一个服务端用于连接客户端的Socket ConnectSocket。
异步：

    object[] AcceptState = {
      
       ListenSocket };
    ListenSocket.BeginAccept(AcceptCallBack, AcceptState);

private static void AcceptCallBack(IAsyncResult AsyncResult)
{
      
      
    object[] AcceptState = (object[])AsyncResult.AsyncState;
    Socket ListenSocket = (Socket)AcceptState[0];
    Socket ConnectSocket = ListenSocket.EndAccept(AsyncResult);
}//void AcceptCallBack(IAsyncResult AsyncResult)

Socket.BeginAccept(AsyncCallback, Object)：该方法可以以异步的方式使服务端接收来自客户端发来的连接请求，并生成一个服务端用于连接客户端的Socket ConnectSocket。该方法需要2个参数：第一个参数AsyncCallback和之前说的一样，表示是的一个异步委托，我们只需带入回调函数名即可；第二个参数Object表示所需传递至回调函数的参数。
Socket.EndAccept(IAsyncResult)：该方法可以终止使服务端接受客户端的连接请求的异步操作，其所需的参数是一个IAsyncResult，该方法具有一个返回值，返回值即为Socket ConnectSocket。

客户端：开始向服务端发送数据（服务端向客户端发送数据也是同理）

同步：

ConnectSocket.Send(ClientData, 0, ClientData.Length, SocketFlags.None);

Socket.Send(Byte[], Int32, Int32, SocketFlags)：该方法可以将要发送的byte[]形式的数据写入连接套接字中，从而实现数据的发送。该方法需要4个参数：第一个参数Byte[]表示的是所需发送的数据对象；第二个参数Int32表示的是发送数据的起始位置；第三个参数Int32表示的是发送数据的大小；第四个参数SocketFlags是一个枚举，其指的是套接字的收发行为，一般我们只需使用None即可。
异步：

    object[] SendState = {
      
       ConnectSocket, ClientData };
    ConnectSocket.BeginSend(ClientData, 0, ClientData.Length, SocketFlags.None, SendCallBack, SendState);

private static void SendCallBack(IAsyncResult AsyncResult)
{
      
      
    object[] SendState = (object[])AsyncResult.AsyncState;
    Socket ConnectSocket = (Socket)SendState[0];
    byte[] ClientData = (byte[])SendState[1];
    ConnectSocket.EndSend(AsyncResult);
}//void SendCallBack(IAsyncResult AsyncResult)

Socket.BeginSend(Byte[], Int32, Int32, SocketFlags, AsyncCallback, Object)：该方法可以以异步的方式将要发送的数据写入连接套接字中。该方法需要6个参数：：第一个参数Byte[]表示的是所需发送的数据对象；第二个参数Int32表示的是发送数据的起始位置；第三个参数Int32表示的是发送数据的大小；第四个参数SocketFlags是一个枚举，其指的是套接字的收发行为，一般我们只需使用None即可；第五个参数AsyncCallback表示的是一个异步委托，我们只需带入回调函数名即可；第六个参数Object表示的是所需传递给回调函数的数据。
Socket.EndSend(IAsyncResult)：该方法可以终止将数据byte[]写入套接字的异步操作，其所需的参数是一个IAsyncResult，该方法具有一个int类型的返回值，表示的是已经写入套接字的数据大小。

服务端：开始接收客户端发来的数据（客户端接收服务端发来的数据也是同理）

同步：

ConnectSocket.Receive(ClientData, 0, ClientData.Length, SocketFlags.None);

Socket.Receive(Byte[], Int32, Int32, SocketFlags)：该方法可以从连接套接字中取出远程发来的数据byte[]。该方法需要4个参数：第一个参数Byte[]表示的是接收数据的数据对象；第二个参数Int32表示的是接收数据的起始存放位置；第三个参数Int32表示的是所需接收数据的大小；第四个参数SocketFlags是一个枚举，其指的是套接字的收发行为，一般我们只需使用None即可。
异步：

    object[] ReceiveState = {
      
       ConnectSocket, ClientData };
    ConnectSocket.BeginReceive(ClientData, 0, ClientData.Length, SocketFlags.None, ReceiveCallBack, ReceiveState);

private static void ReceiveCallBack(IAsyncResult AsyncResult)
{
      
      
    object[] ReceiveState = (object[])AsyncResult.AsyncState;
    Socket ConnectSocket = (Socket)ReceiveState[0];
    byte[] ClientData = (byte[])ReceiveState[1];
    ConnectSocket.EndReceive(AsyncResult);
}//void ReceiveCallBack(IAsyncResult AsyncResult)

Socket.BeginReceive(Byte[], Int32, Int32, SocketFlags, AsyncCallback, Object)：该方法可以以异步的方式从连接套接字中取出远程发来的数据byte[]。该方法需要6个参数：第一个参数Byte[]表示的是接收数据的数据对象；第二个参数Int32表示的是接收数据的起始存放位置；第三个参数Int32表示的是所需接收数据的大小、第四个参数SocketFlags是一个枚举，其指的是套接字的收发行为，一般我们只需使用None即可；第五个参数AsyncCallback表示的是一个异步委托，我们只需带入回调函数名即可；第六个参数Object表示的是所需传递给回调函数的数据。
Socket.EndReceive(IAsyncResult)：该方法可以终止从连接套接字中取出远程发来的数据的异步操作，其所需的参数是一个IAsyncResult