TCP/UDP编程基础与C#编写网络程序入门学习
TCP/UDP编程基础与C#编写网络程序入门学习
一.UDP和TCP介绍
1.socket编程
套接字是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。可以将套接字看作不同主机间的进程进行双向通信的端点，它构成了单个主机内及整个网络间的编程界面。
套接字的工作原理：
通过互联网进行通信，至少需要一对套接字，其中一个运行于客户机端，称之为ClientSocket，另一个运行于服务器端，称之为ServerSocket。
套接字之间的连接过程可以分为三个步骤：服务器监听，客户端请求`和连接确认。
2.TCP
TCP协议提供的是端到端服务。TCP协议所提供的端到端的服务是保证信息一定能够到达目的地址。它是一种面向连接的协议。
TCP编程的服务器端一般步骤
①创建一个socket，用函数socket()
②绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()
③开启监听，用函数listen()
④接收客户端上来的连接，用函数accept()
⑤收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()
⑥关闭网络连接；
⑦关闭监听；
TCP编程的客户端一般步骤
①创建一个socket，用函数socket()
②设置要连接的对方的IP地址和端口等属性
③连接服务器，用函数connect(）
④收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()
⑤关闭网络连接
流程图如下所示
3.UDP
UDP协议提供了一种不同于TCP协议的端到端服务。UDP协议所提供的端到端传输服务是尽力而为(best-effort)的，即UDP套接字将尽可能地传送信息，但并不保证信息一定能成功到达目的地址，而且信息到达的顺序与其发送顺序不一定一致。
UDP编程的服务器端一般步骤
①创建一个socket，用函数socket()
②绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()
③循环接收数据，用函数recvfrom()
④关闭网络连接
UDP编程的客户端一般步骤
①创建一个socket，用函数socket()
②设置对方的IP地址和端口等属性
③发送数据，用函数sendto()
④关闭网络连接
流程图如下所示
二.C#编写一个命令行的简单网络UDP程序，
实现如下功能：在屏幕上连续输出50行“hello cqjtu！重交物联2019级”；同时打开一个网络UDP 套接字，向另一台室友电脑发送这50行消息。
下载安装，创建项目
1.下载安装visual studio，在安装时需要注意安装相关需要的环境。需要点上.net桌面开发
服务器端代码
2.创建项目。完成这个作业时选择.net框架下的命令行程序。
在main函数如下所示
int recv;
byte[] data = new byte[1024];
//得到本机IP，设置TCP端口号
IPEndPoint ip = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 8001);
Socket newsock = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
//绑定网络地址
newsock.Bind(ip);
Console.WriteLine("This is a Server, host name is {0}", Dns.GetHostName());
//等待客户机连接
Console.WriteLine("Waiting for a client");
//得到客户机IP
IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
EndPoint Remote = (EndPoint)(sender);
recv = newsock.ReceiveFrom(data, ref Remote);
Console.WriteLine("Message received from {0}: ", Remote.ToString());
Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(data, 0, recv));
//客户机连接成功后，发送信息
string welcome = "你好 ! ";
//字符串与字节数组相互转换
data = Encoding.UTF8.GetBytes(welcome);
//发送信息
newsock.SendTo(data, data.Length, SocketFlags.None, Remote);
while (true)
{
data = new byte[1024];
//接收信息
recv = newsock.ReceiveFrom(data, ref Remote);
Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(data, 0, recv));
//newsock.SendTo(data, recv, SocketFlags.None, Remote);
}
这是服务器端的代码，设置端口号，绑定ip，等待客户端连接，之后完成发送。
客户端代码
客户端代码如下
byte[] data = new byte[1024];
string input, stringData;
//构建TCP 服务器
Console.WriteLine("This is a Client, host name is {0}", Dns.GetHostName());
//设置服务IP（这个IP地址是服务器的IP），设置TCP端口号
IPEndPoint ip = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("192.168.43.98"), 8001);
//定义网络类型，数据连接类型和网络协议UDP
Socket server = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
string welcome = "你好! ";
data = Encoding.UTF8.GetBytes(welcome);
server.SendTo(data, data.Length, SocketFlags.None, ip);
IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
EndPoint Remote = (EndPoint)sender;
data = new byte[1024];
//对于不存在的IP地址，加入此行代码后，可以在指定时间内解除阻塞模式限制
int recv = server.ReceiveFrom(data, ref Remote);
Console.WriteLine("Message received from {0}: ", Remote.ToString());
Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(data, 0, recv));
int i = 0;
while (true)
{
string s = "hello cqjtu!重交物联2019级"+i;
Console.WriteLine(s);
server.SendTo(Encoding.UTF8.GetBytes(s),Remote);
if(i==50)
{
break;
}
i++;
}
Console.WriteLine("Stopping Client.");
server.Close();
}
客户端则是向服务器端的ip地址发起连接，之后开始发送信息
服务器端收到信息后显示的效果如下所示
通过wireshark分析
打开wireshark软件进行抓包，将筛选设置为之前代码中发送和接收数据采取的端口这里我的是8001，并且我们采用的是udp协议
udp.port==8001
筛选后可以看到之前发的数据包被找到如下
在下方的数据部分之中便可以直观的看到我们发送的数据
三.C#创建一个窗口程序可以发送自定义数据
1.创建项目
打开visual studio，由于这次需要创建一个窗口程序所以需要选择
2.设计客户端需要的窗口界面
在form1的设计界面中，从右侧的工具箱中拖拽出两个textbox一个做为输出显示的框，一个作为输入框，再拖拽出一个按钮作为发送的按钮，点击之后将数据发送到服务器端。
在button1的点击事件中添加如下代码，可以双击按钮便会创建
private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
try
{
/*
* 显示当前时间
*/
string str = "The current time: ";
str += DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
/*
* 做好连接准备
*/
int port = 2000;
string host = "10.61.38.86";//我室友的IP地址
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
/*
* 开始连接
*/
str = "Connect to server...";
textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
c.Connect(ipe);//连接到服务器
/*
*发送消息
*/
string sendStr = textBox1.Text;
str = "The message content: " + sendStr;
textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(sendStr);
str = "Send the message to the server...";
textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
c.Send(bs, bs.Length, 0);//发送信息
/*
* 接收服务器端的反馈信息
*/
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.UTF8.GetString(recvBytes, 0, bytes);
str = "The server feedback: " + recvStr;//显示服务器返回信息
textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
/*
* 关闭socket
*/
c.Close();
}
catch (ArgumentNullException f)
{
string str = "ArgumentNullException: " + f.ToString();
textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
}
catch (SocketException f)
{
string str = "ArgumentNullException: " + f.ToString();
textBox2.AppendText(str + Environment.NewLine);
}
textBox2.AppendText("" + Environment.NewLine);
textBox1.Text = "";
}
3.创建另一个服务器端项目
首先服务器端创建一个命令行程序，就像之前的项目一样，main函数中写下如下代码，等待客户端连接发送数据
int i = 0;
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
/*
* 循环监听并处理消息
*/
while (true)
{
i++;
try
{
Console.Write("Perform operations {0} :", i);
Console.WriteLine("\t-----------------------------------------------");
s.Listen(0);//开始监听
Console.WriteLine("1. Wait for connect...");
/*
* 实例一个新的socket端口
*/
Socket temp = s.Accept();//为新建连接创建新的Socket。
Console.WriteLine("2. Get a connect");
/*
* 接收客户端发的消息并做解码处理
*/
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.UTF8.GetString(recvBytes, 0, bytes);
Console.WriteLine("3. Server Get Message:{0}", recvStr);//把客户端传来的信息显示出来
/*
* 返回给客户端连接成功的消息
*/
string sendStr = "Ok!Client send message sucessful!";
byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(sendStr);
temp.Send(bs, bs.Length, 0);//返回客户端成功信息
/*
* 关闭端口
*/
temp.Close();
Console.WriteLine("4. Completed...");
Console.WriteLine("-----------------------------------------------------------------------");
Console.WriteLine("");
//s.Close();//关闭socket（由于再死循环中，所以不用写，但如果是单个接收，实例socket并完成任务后需关闭）
}
catch (ArgumentNullException e)
{
Console.WriteLine("ArgumentNullException: {0}", e);
}
catch (SocketException e)
{
Console.WriteLine("SocketException: {0}", e);
}
}
4.运行程序开始测试效果
可以将客户端和服务器端一起打开运行在一台电脑上看效果，可以发现可以正常的接受和发送到消息
四.使用C#编写端口扫描器程序
1.创建项目
像前一个窗口程序一样创建项目时选择.net框架的windows窗口程序。
2.设计端口扫描器程序界面
依旧是从工具箱中拖出组件完成，使用四个textbox分别获取主机地址，起始端口，终止端口，以及一个显示的界面，在使用一个按钮，用于控制程序开始
3.编写代码
逻辑很简单就是获取输入的起始以及终止端口依次尝试创建连接，如果不可以便是端口未开放，使用多线程的方式加快程序进度以及使得运行的时候界面不会卡住。
try
{
//初始化
show.Clear();
lb.Text = "0%";
//获取ip地址和始末端口号
hostAddress = tbHost.Text;
start = Int32.Parse(tbSPort.Text);
end = Int32.Parse(tbEPort.Text);
if (decideAddress()) // 端口合理
{
//让输入的textbox只读，无法改变
tbHost.ReadOnly = true;
tbSPort.ReadOnly = true;
tbEPort.ReadOnly = true;
//设置进度条的范围
pb.Minimum = start;
pb.Maximum = end;
//显示框显示
show.AppendText("端口扫描器 v1.0.0" + Environment.NewLine + Environment.NewLine);
//调用端口扫描函数
PortScan();
}
else
{
//若端口号不合理，弹窗报错
MessageBox.Show("输入错误，端口范围为[0-65536]!");
}
}
catch
{
//若输入的端口号为非整型，则弹窗报错
MessageBox.Show("输入错误，端口范围为[0-65536]!");
}
}
/// <summary>
/// 判断端口是否合理
/// </summary>
/// <returns></returns>
private bool decideAddress()
{
//判断端口号是否合理
if ((start >= 0 && start <= 65536) && (end >= 0 && end <= 65536) && (start <= end))
return true;
else
return false;
}
private void PortScan()
{
double x;
string xian;
//显示扫描状态
show.AppendText("开始扫描...（可能需要请您等待几分钟）" + Environment.NewLine + Environment.NewLine);
//循环抛出线程扫描端口
for (int i = start; i <= end; i++)
{
x = (double)(i - start + 1) / (end - start + 1);
xian = x.ToString("0%");
port = i;
//使用该端口的扫描线程
scanThread = new Thread(new ThreadStart(Scan));
scanThread.Start();
//使线程睡眠
System.Threading.Thread.Sleep(100);
//进度条值改变
lb.Text = xian;
pb.Value = i;
}
while (!OK)
{
OK = true;
for (int i = start; i <= end; i++)
{
if (!done[i])
{
OK = false;
break;
}
}
System.Threading.Thread.Sleep(1000);
}
show.AppendText(Environment.NewLine + "扫描结束！" + Environment.NewLine);
//输入框textbox只读属性取消
tbHost.ReadOnly = false;
tbSPort.ReadOnly = false;
tbEPort.ReadOnly = false;
}
/// <summary>
/// 扫描某个端口
/// </summary>
private void Scan()
{
int portnow = port;
//创建线程变量
Thread Threadnow = scanThread;
//扫描端口，成功则写入信息
done[portnow] = true;
//创建TcpClient对象，TcpClient用于为TCP网络服务提供客户端连接
TcpClient objTCP = null;
try
{
//用于TcpClient对象扫描端口
objTCP = new TcpClient(hostAddress, portnow);
//扫描到则显示到显示框
show.AppendText("端口 " + port + " 开放！" + Environment.NewLine);
}
catch
{
//未扫描到，则会抛出错误
}
}
4.测试效果
输入起始端口终止端口之后点击开始便可以看到开始扫描
扫描结束后效果如下，发现找到了3900以及3992端口，符合我们的预期
5.通过wireshark分析
接下来使用wireshark对这个端口扫描器的运作进行抓包，一起启动，可以发现,它一直在尝试建立同各个端口的连接
在3900端口以及3992端口时成功建立连接。
五.总结
通过本次实验了解了UDP和TCP连接的建立以及如何通过C#编写这种简单的网络通信程序，并且也学习到了C#的简单窗口界面应用的编写，以及简单的使用多线程。
