TCP、UDP、Socket 通信（原）
说明：本随笔主要演示自己给自己发送消息例子，分别使用了TCP协议、UDP协议以及socket套接字通信。使用socket套接字了模拟TCP、UDP通信实现原理。其中有些源码都来自《C#高级编程 第7版》，并附加了自己的理解，有的也进行了一些简单的拓展。
第一次原创随笔，很多地方可能考虑不周或理解有误，希望大家留言指正，与大家共同进步。也希望大家不喜勿喷，给点鼓励还是比较好的~~ 闲话少说，进入主题！
一、TCP 类
TCP是基于连接的一种通信模式，我们需要创建客户端与服务器端来进行通信。在客户端读取文件，并将文件内容发送到服务器端进行显示。
客户端：
1 using System; 2 using System.Windows.Forms; 3 using System.Net; 4 using System.Net.Sockets; 5 using System.IO; 6 7 namespace TcpSender 8 { 9 public partial class Form1 : Form 10 { 11 public Form1() 12 { 13 InitializeComponent(); 14 } 15 16 private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e) 17 { 18 TcpClient tcpClient = new TcpClient("127.0.0.1",2112); // 配置主机号及端口 127.0.0.1 2112 19 NetworkStream nws = tcpClient.GetStream(); // 获取连接流 20 string path = txbFile.Text; // 配置文件路径 21 FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open); 22 int data = fs.ReadByte(); 23 24 while (data != -1) 25 { 26 nws.WriteByte((byte)data); 27 data = fs.ReadByte(); 28 } 29 fs.Close(); 30 nws.Close(); 31 tcpClient.Close(); 32 } 33 } 34 }
服务器：
1 using System; 2 using System.Net; 3 using System.Net.Sockets; 4 using System.IO; 5 using System.Threading; 6 using System.Windows.Forms; 7 8 namespace TcpReceiver 9 { 10 public partial class Form1 : Form 11 { 12 public Form1() 13 { 14 InitializeComponent(); 15 Thread thread = new Thread(new ThreadStart(Listen)); // 防止主线程在监听到请求之前处于卡死状态 16 thread.Start(); 17 } 18 19 // 监听功能 20 public void Listen() 21 { 22 IPAddress localAddr = IPAddress.Parse("127.0.0.1"); 23 Int32 port = 2112; 24 TcpListener tcpListener = new TcpListener(localAddr, port); // 也可以仅绑定端口，因为发送者与接收者均是本地 25 tcpListener.Start(); 26 27 while (true) // 持续监听 28 { 29 TcpClient tcpClient = tcpListener.AcceptTcpClient(); // 监听到请求前处于阻塞状态 30 NetworkStream nws = tcpClient.GetStream(); // 获取监听流 31 32 StreamReader sr = new StreamReader(nws, System.Text.Encoding.UTF8); 33 string content = sr.ReadToEnd(); 34 35 // ★★★ very important ★★★ 36 Invoke(new Action<string>(UpdateDisplay), new object[] { content }); // 该线程拥有用户界面的句柄，因此无需从后台线程直接访问对话框 37 tcpClient.Close(); 38 } 39 // tcpListener.Stop(); 40 } 41 42 // 将接收到内容显示到控件中 43 public void UpdateDisplay(string text) 44 { 45 txbContent.Clear(); 46 txbContent.Text = text; 47 } 48 } 49 }
运行效果图：
客户端
服务器
二、UDP
UDP是一个无连接的协议，因此可以在一个程序中实现收发消息。
情形1：使用同一个 UdpClient 实例实现收发消息
1 using System; 2 using System.Net; 3 using System.Net.Sockets; 4 using System.Text; 5 using System.Threading; 6 using System.IO; 7 8 namespace UDPSender 9 { 10 class Program 11 { 12 static void Main(string[] args) 13 { 14 #region 模拟自己发送自己 使用UDPClient（通过） 15 UdpClient client = new UdpClient(11000); //相当于给socket实例指定端口，参见socket模拟UDP实现原理（后续代码） 16 IPEndPoint iep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 11000); // 服务器网址及端口 17 18 Console.WriteLine("Type in what you want to send :"); 19 string sendMsg = Console.ReadLine(); 20 byte[] sendBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(sendMsg); 21 client.Send(sendBytes, sendBytes.Length, iep); //将消息推送到 127.0.0.1：11000 22 23 24 byte[] rcvBytes = client.Receive(ref iep); // 接收127.0.0.1：11000 端口消息，非连接的消息需要缓存存放 25 Console.WriteLine("Received the following message:"); 26 string rcvMessage = Encoding.ASCII.GetString(rcvBytes, 0, rcvBytes.Length); 27 Console.WriteLine(rcvMessage); 28 Console.ReadKey(); 29 #endregion 30 } 31 } 32 }
情形2：使用一个 UdpClient 实例发送消息， 使用另一个 UdpClient 实例接收消息
1 using System; 2 using System.Net; 3 using System.Net.Sockets; 4 using System.Text; 5 using System.Threading; 6 using System.IO; 7 8 namespace UDPSender 9 { 10 class Program 11 { 12 static void Main(string[] args) 13 { 14 #region 模拟自己发送自己 使用UDPClient（通过） 15 UdpClient client = new UdpClient(); // 没有为socket指定端口，则在client.Send（）时，系统默认为socket分配一个端口，参见Socket模拟UDP（后续代码） 16 // IPEndPoint remote = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0); 17 UdpClient server = new UdpClient(11000); // 在客户端发送之前确保服务器已经进行端口绑定，为客户端发送的消息创建载体 18 19 IPEndPoint iep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 11000); // 192.168.106.231 服务器网址及端口 20 21 Console.WriteLine("Type in what you want to send :"); 22 string sendMsg = Console.ReadLine(); 23 byte[] sendBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(sendMsg); 24 client.Send(sendBytes, sendBytes.Length, iep); // 将消息推送到 127.0.0.1：11000 25 26 27 byte[] rcvBytes = server.Receive(ref iep); // 接收127.0.0.1：11000 端口消息，也可以使用 remote 端点，表示接收所有端口消息 28 Console.WriteLine("Received the following message:"); 29 string rcvMessage = Encoding.ASCII.GetString(rcvBytes, 0, rcvBytes.Length); 30 Console.WriteLine(rcvMessage); 31 Console.ReadKey(); 32 #endregion 33 } 34 } 35 }
运行效果图：
三、Socket 通信
TCP、UDP 底层通信都是通过 socket 套接字实现。
1、模拟 TCP 通信实现
客户端：
1 using System; 2 using System.Net; 3 using System.Net.Sockets; 4 using System.Text; 5 6 namespace SocketSender 7 { 8 // 使用socket类模拟TCP发送原理 9 class Program 10 { 11 static void Main(string[] args) 12 { 13 byte[] ReceiveBytes = new byte[1024]; 14 IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 2112); // 创建远程端点 15 16 Console.WriteLine("Starting: Creating Socket Object "); 17 while (true) 18 { 19 // 创建socket对象 20 Socket SocketSender = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); 21 // 连接远程端点 22 SocketSender.Connect(ipEndPoint); // 连接到远程端点，如果服务器端没有响应，则此处会挂起。若超时，则抛出远程服务器拒绝的异常。 23 24 Console.WriteLine("Successfully Connected to {0}",SocketSender.RemoteEndPoint); 25 26 Console.WriteLine("Input the Message you want to send :"); 27 string SendingMessage = Console.ReadLine(); 28 byte[] ForwardMessage = Encoding.ASCII.GetBytes(SendingMessage + "[FINAL]"); 29 30 // 发送消息 31 SocketSender.Send(ForwardMessage); 32 33 // 接收从服务器传回相应消息，因为是基于连接的，因此使用同一个socket实例直接接收即可 34 int TotalBytesReceived = SocketSender.Receive(ReceiveBytes); 35 36 // 打印输出接收到的消息 37 Console.WriteLine("Message Provided By Server: {0}", Encoding.ASCII.GetString(ReceiveBytes, 0, TotalBytesReceived)); 38 Console.WriteLine(Environment.NewLine); 39 SocketSender.Shutdown(SocketShutdown.Both); // 关闭该socket的发送和接收功能 40 SocketSender.Close(); 41 } 42 //Console.ReadKey(); 43 } 44 } 45 } 46
服务器端：
1 using System; 2 using System.Text; 3 using System.Net; 4 using System.Net.Sockets; 5 6 namespace SocketReceiver 7 { 8 // 使用socket模拟TCP接收原理 9 class Program 10 { 11 static void Main(string[] args) 12 { 13 // 本实例是一个基于连接的socket通信，模拟 TCPClient 进行通信 14 Console.WriteLine("Starting: Creating Socket object"); 15 Socket Listener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); 16 17 Listener.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, 2112)); // 创建了基于本机IP地址的，端口号为任意值的，可用于所有网络接口（网线、电话线及其他形式网络接口）的绑定 18 Listener.Listen(10); // 挂起连接队列的最大长度 19 20 while (true) 21 { 22 Console.WriteLine("Waiting for connetion on port 2112 "); 23 Socket socket = Listener.Accept(); // 若无socket，则处于阻塞状态，等待有效的socket实例 24 string ReceiveValue = string.Empty; 25 26 while (true) 27 { 28 byte[] ReceivedByte = new byte[1024]; // 缓存区 29 int NumBytes = socket.Receive(ReceivedByte); // 接收到的是二进制数据，将接收到的数据放入到缓存中。也可以直接读到流中，使用 Stream stream = new networkstream（socket） 30 Console.WriteLine("Receiving . . ."); 31 ReceiveValue += Encoding.ASCII.GetString(ReceivedByte, 0, NumBytes); 32 if (ReceiveValue.IndexOf("[FINAL]") > -1) 33 { 34 break; 35 } 36 } 37 Console.WriteLine("Received Value: {0}", ReceiveValue); 38 Console.WriteLine(Environment.NewLine); 39 string ReplyValue = "Message successfully Received."; 40 byte[] ReplyByte = Encoding.ASCII.GetBytes(ReplyValue); 41 socket.Send(ReplyByte); // 发送的是二进制数据 42 43 // 对于面向连接的协议，建议先调用 Shutdown，然后再调用 Close。 这可以确保在已连接的套接字关闭之前，已发送和接收该套接字上的所有数据。 44 socket.Shutdown(SocketShutdown.Both); // 关闭该socket的关闭和接收功能 45 socket.Close(); 46 } 47 // Listener.Close(); 48 } 49 } 50 }
运行效果图：
客户端
服务器端
说明：基于链接的通信，应先启动服务器端程序进行监听，后启动客户端程序。否则客户端在尝试连接时，没有服务器进行相应，尝试一定的时间后，若一直无响应，则抛出远程主机拒绝的异常。
2、模拟 UDP 通信实现
不基于连接的通信，只需要一个程序端即可。
1 using System; 2 using System.Net; 3 using System.Net.Sockets; 4 using System.Text; 5 using System.Threading; 6 using System.IO; 7 8 namespace UDPSender 9 { 10 class Program 11 { 12 static void Main(string[] args) 13 { 14 #region 模拟自己发送给自己，使用socket模拟UDP实现原理（通过） 15 16 // Server 17 Thread server = new Thread(new ThreadStart(ReceiveServer)); 18 server.Start(); 19 20 // ★★★确保服务端已建立网络监听★★★ 21 Thread.Sleep(50); 22 23 // Client 24 IPHostEntry ipHostEntry = Dns.GetHostEntry("127.0.0.1"); 25 IPAddress ipAddress = ipHostEntry.AddressList[0]; 26 IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(ipAddress, 2112); 27 28 while (true) 29 { 30 // UDP 的socket类型不支持stream 31 Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp); 32 //socket.Bind(ipEndPoint); 33 socket.Connect(ipEndPoint); // 若在此之前不给socket手动绑定一个端口，则程序会在此时默认给socket随机绑定一个端口 34 Console.WriteLine("Type in what you want to send:"); 35 string SendString = Console.ReadLine(); 36 byte[] SendBytes = Encoding.Default.GetBytes(SendString); 37 //Thread.Sleep(3000); 38 socket.Send(SendBytes); 39 // 网络接收有延时，因此需要等待服务器进行接收 40 socket.Close(100);//等待 timeout 秒以发送所有剩余数据，然后关闭该套接字。 41 // 等同于socket.Close(100) 的效果 42 //Thread.Sleep(100); 43 //socket.Close(); 44 45 } 46 #endregion 47 } 48 49 public static void ReceiveServer() 50 { 51 IPHostEntry ipHostEntry = Dns.GetHostEntry("127.0.0.1"); 52 IPAddress ipAddress = ipHostEntry.AddressList[0]; 53 IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(ipAddress, 2112); 54 55 #region 使用缓存接收数据 56 // Receive Message 57 Socket socketListen = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp); // set the protocol 58 socketListen.Bind(ipEndPoint); // binding to the local point which need to be listened 59 60 try 61 { 62 // UDP 协议不需要监听，直接接收消息即可 63 //socketListen.Listen(5); // 最多监听到5个队列的请求 64 while (true) 65 { 66 string result = string.Empty; 67 if (socketListen.Available < 1) // 判断是否有数据，若没有数据而直接进行receive，则会使线程阻塞等待数据的到来。return 无：0 有：>0 68 { 69 Thread.Sleep(20); 70 } 71 else 72 { 73 byte[] data = new byte[1024]; 74 int NumBytes = socketListen.Receive(data); // 如果网络监听不到数据，则该语句会使线程处于阻塞状态而等待消息，因此要添加判断语句判断数据是否有效 75 Console.WriteLine("Receiving.."); 76 if (NumBytes > 0) 77 { 78 result = Encoding.Default.GetString(data, 0, NumBytes); 79 Console.WriteLine("Server Received the follow message:"); 80 Console.WriteLine(result); 81 Console.WriteLine(Environment.NewLine); 82 //Thread.Sleep(50000); 83 } 84 } 85 } 86 } 87 catch (SocketException e) 88 { 89 string a = e.ErrorCode.ToString(); 90 Console.WriteLine(e.Message + e.ErrorCode); 91 } 92 #endregion 93 } 94 } 95 }
运行效果图：
注意：对于非连接的通信，在服务器端socket绑定端口（Bind()方法，而非Receive()方法，注意区分）之前，若客户端发送了消息A，则在服务器端口绑定后收不到该消息A，只能收到在绑定端口后客户端发送来的消息！
