C# Socket编程(5)使用TCP Socket

　　TCP 协议(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是TCP/IP体系中面向连接(connection oriented)的传输层(transport layer)，TCP协议能够检测和恢复IP层提供的主机到主机的信道中可能发生的报文丢失、重复以及其他错误。由于TCP协议是一种面向连接协议:在使用它进行通信之前，两个应用程序之间首先要建立一个TCP连接。TCP能够在网络中提供双工和可靠的的服务。

阅读目录：

　　1.TCP概述

　　2.在.NET平台TCP应用的工作模式

　　　　2.1 了解TcpListener和TcpClient

　　3.解决TCP的消息无边界问题

　　　　3.1 发送固定长度的消息

　　　　3.2 将消息长度与消息一起发送

　　　　3.3 使用特殊标记分隔消息

　　4.一个同步TCP Socket示例

　　5.示例源码下载

　　6.进一步阅读&参考资料

1.TCP概述

　　通信双方建立了TCP连接后，双方就可以相互发送数据了。TCP负责把用户数据(字节流)按照一定格式和长度组成多个数据报进行发送，然后在接到数据报之后分解按顺序重新组装和恢复用户数据。利用TCP传输数据时，数据时以字节的形式进行传输的。客户端和服务端建立连接后，发送数据方需要先将数据转换为字节流，然后将字节流发送到对方。TCP协议主要有以下特点：

是面向连接的传输层协议

每个TCP连接只能有两个端点，且只能一对一通信

通过TCP连接传送数据能够保证报文的完整和准确性

数据只能够以字节流的形式传输

传输的数据无消息边界

2.在.NET平台TCP应用的工作模式　

　　在.NET平台下开发TCP应用程序，框架提供两种工作方式，①同步工作方式 ②异步工作方式。这里所说的同步工作方式和异步工作方式和线程间的同步并不是一个概念。线程间的同步指的是不同线程或其他共享资源具有先后关联的关系；而同步TCP和异步TCP指的是TCP编程中采用的两种不同的工作方式，即：从执行到方式、接收或监听语句时，程序是否继续往下执行，继续执行的就是异步TCP，如果程序阻塞那就是同步TCP。

　　与同步工作方式和异步工作方式相对应，利用Socket类开发应用.NET框架也提供了相应的编程方式：分别是同步Socket编程和异步Socket编程。为了简化编程的复杂度，.NET将Socket类进行进一步的封装，提供了两个类：TcpClient类和TcpListener类，这两个类也分别提供同步和异步工作方式的API。

2.1 了解TcpListener和TcpClient

　　通过前面我们知道：TcpClient类和TcpListener类简化了Socket编程的复杂度，但是要注意：TcpClient和TcpListener这两个类只支持标准协议编程，如果需要编写非标准协议的应用程序，只能使用Socket来实现。

　　TcpClient类用于提供本机主机和远程主机的连接信息，而TcpListener类则用于监听客户端的请求(这两个类的更多信息可以参考MSDN类库，文中已经给出连接，这里就不在赘述了)。当Socket通信双发建立了连接后，创建了TcpClient对象，就可以使用该对象的GetStream()方法得到NetworkStream对象，然后再利用网络流对象向远程主机发送或接收流数据。

3.解决TCP的无消息边界问题

　　我们知道网络数据传输是基于流的，在采用TCP通信保证了我们接收和发送数据顺序和完整性，但是在实际的网络传输过程可能会出现发送方和接收方消息不一致的情况。例如：第一次发送的数据为“123456”，第二次发送的数据为“ABCDEF”，有时候可能会出现这种情况：“123456ABCDEF”同时接收了;或者是先接收“123456ABC”，然后在接收“DEF”等情况。之所以出现这种情况是因为：TCP是一种以字节流形式传输的、无消息边界的协议，由于网络中不确定因数的影响，因此不能够保证每个Send方法发送的数据被对应的Recive读取。所以在实际的Socket应用程序开发是必须要考虑消息边界的问题否则就有可能出现数据错误等问题。解决TCP消息边界一般使用下面的三种方式，我们可以根据场景的不同选用不同的方式。

3.1 发送固定长度的消息

　　这种方式适用于消息长度固定的场景。具体实现时可以使用BinaryReader/BinaryWriter对象每次向网络流,发送/读取一个固定长度的数据即可。例如每次发送一个int类型的32位整数。

1             TcpClient client = new TcpClient("www.baidu.com", 5968);
2             NetworkStream m_NetStream = client.GetStream();
3             BinaryWriter bw = new BinaryWriter(m_NetStream, Encoding.UTF8);
4             bw.Write(99);

3.2 将消息长度与消息一起发送

　　这种方式一般在每次发送消息的前面用4个字节表面本次消息的长度，然后将包含消息长度的消息发送给对方；对方收到消息后，首先从消息的前四个字节读取消息长度，然后根据消息长度值接收发送方发送的数据。这种方法适用于任何场合，在这里我们可以利用BinaryReader和BinaryWriter对象来对NetworkStream进行进一步的封装，当我们使用BinaryWriter对象调用Write(+18重载)方法向网络流写入数据时，该方法会自动计算发出送数据占用的字节数，并使用4(根据发送数据类型)个字节附加到字符串前面；然后另一方使用BinaryReader对象的对应于BinaryWriter对象的Write()方法读取数据时，它会首先读取数据的长度，并自动根据数据前缀读取指定长度的数据。

3.3 使用特殊标记分隔消息

　　这种方式适用于消息中不包含特殊标记的场合。例如：在每个命令后面添加回车换行(\r\n)符号作为分隔符的场合。如果对于字符串处理，实现这种方法最简便的途径是使用StreamWriter对象和StreamReader对象。发送时使用StreamWriter对象的WriteLine()方法将发送的字符串写入网络流，接收方只需需要调用StreamReader对象的ReadLine()方法将以回车换行符作为分隔符的字符串从网络流中读取即可。

4.同步TCP Socket 示例程序

　　经过前面知识的积淀，现在我们直接通过创建一个简单的聊天程序来基于同步TCP Socket网络聊天程序，程序的实现比较简单，服务器接收多个客户端连接，客户端和客户端直接通过服务器中转消息达到相互通信的目的。客户端和服务器直接的消息交互使用JSON来进行传递，在这里使用了第三方的JSON库JSON.NET(关于JSON.NET的使用细节参考：JSON.NET使用小结)。下面是程序运行的效果：

运行服务端：