基于socket开发网络调试助手
1.什么是Socket?
在计算机领域socket被翻译为套接字,它是计算机之间进行通信的一种方式,通过socket这种约定,一台计算机可以向另外一台计算机发送数据和接收数据。
2.Socket的本质?
Socket本质是编程接口(API),对TCP/IP的封装,TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口,这就是socket编程接口。
3.socket的作用?
可以实现不同虚拟机或者是计算机之间的通信。
4.socket的典型应用?
(1)socket的典型应用之一 就是web服务器和浏览器,浏览器获取用户输入的URL,向服务器发起请求,服务器分析接收到的URL,将对应的网页内容返回给浏览器,浏览器再经过解析和渲染,就将文字、
图片、视频等元素呈现给用户。
(2)QQ或者微信等聊天工具也是socket的应用之一,本地的QQ或者微信程序就是客户端,登录过程就是连接服务器的过程,聊天过程其实就是socket的发送和接收过程。
socket主要包括以下几种接口:
socket位于应用层和传输层之间,把socket比作门,门外是邮局,你要送信就要通过门,把信从门送出去到邮局,然后由邮局帮你送达目标的门,目的地主任再打开门,从门取出来邮局送过来的信,上述比喻
中,邮局就是传输层(及更下面的层),而门内就是应用。
socket的编程方式?
socket,一切皆文件,都可以用"打开open------>读写read/write------->close"模式来操作。socket就是该模式的一个实现,socket即是一个特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO,打开,关闭)
因此socket提供了类似于连接(Connect),关闭(Close),发送,接收等方法调用。
数据的传输方式:STREAM和DREAM
(1)STREAM表示面向连接的数据传输方式,数据可以准确无误的到达另一台计算机,如果损坏或丢失,可以重新发送,但是效率较慢。
(2)DREAM表示无连接的数据传输方式,计算机只管传输数据,不做数据校验,DREAM所作的校验工作少,所以效率比STREAM高。
QQ视频聊天就是使用DREAM传输数据,因为首先要保证通信效率,尽可能减小延迟,而数据的准确性是次要的,即使丢失很小的一部分数据,视频和音频也可以正常解析,最多出现噪点和杂音,不会对通
信质量有质的影响。
接下来,我们将使用socket来开发网络调试助手。
服务器端程序的编写:
第一步,创建一个用于通信的socket套接字
第二步,给已经创建的套接字绑定一个端口号,这个一般通过设置网络套接口地址和调用Bind()函数来实现。
第三步,调用Listen()函数使套接字成为一个监听的套接字。
第四步,调用accept()函数来接收客户端的连接,这时候就可以和客户端通信了。
第五步,处理客户端的连接请求。
第六步,终止连接。
界面搭建:
启动服务器的程序编写:
#region 开启服务 /// <summary> /// 开启服务 /// </summary> /// <param name="sender"></param> /// <param name="e"></param> private void btn_StartService_Click(object sender, EventArgs e) { // 第一步:调用socket()函数创建一个用于通信的套接字,这里使用基于Tcp的方式 socketSever = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); // 第二步:给已经创建的套接字绑定一个端口号,这一般通过设置网络套接口地址和调用bind()函数来实现。 IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(this.txt_IP.Text), int.Parse(this.txt_Port.Text)); try { socketSever.Bind(ipe); } catch (Exception ex) { //写入日志 AddLog(2, "服务器开启失败:" + ex.Message); return; } // 第三步:调用listen()函数使套接字成为一个监听套接字。这个10表示的是存放在缓冲池的连接数(类似于数据库连接池),并不是最大的连接的客户端数量
//当接收到客户端连接,就会从缓冲区中拿掉一个,缓冲区就会空出一个位置,如果把监听客户端的线程注释掉,那么会发现,缓冲区的位置移植无法释放,
socketSever.Listen(10); //创建一个监听的线程 Task.Run(new Action(() => { CheckListening(); })); AddLog(0, "服务器开启成功"); this.btn_StartService.Enabled = false; } #endregion
监听线程
#region 监听线程 /// <summary> /// 检查监听的线程方法体 /// </summary> private void CheckListening() { while (true) { // 第四步:调用accept()函数来接受客户端的连接,这是就可以和客户端通信了,Accept是一个阻塞式的,当有客户端连接上服务器的时候,就会继续向下执行。 Socket socketClient = socketSever.Accept(); string client = socketClient.RemoteEndPoint.ToString(); AddLog(0, client + "上线了"); //添加该客户端到字典中 CurrentClientlist.Add(client, socketClient); UpdateOnline(client, true); Task.Run(new Action(() => { ReceiveMessage(socketClient); })); } } #endregion
接收来自客户端的消息
#region 多线程接收数据 /// <summary> /// 接收客户端数据的方法 /// </summary> /// <param name="socketClient"></param> private void ReceiveMessage(Socket socketClient) { while (true) { // 创建一个10M的缓冲区 byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 10]; int length = -1; string client = socketClient.RemoteEndPoint.ToString(); // 第五步:处理客户端的连接请求。 try {
//Receive也是一个阻塞式的方法,当接收到消息后,将会继续执行。接收到的数据将会放到缓冲区buffer中
//如果客户端断线,一个将会进入try catch,另外一个会进入接收的length为0 length = socketClient.Receive(buffer); } catch (Exception) {
//客户端下线 UpdateOnline(client, false); AddLog(0, client + "下线了");
//从字典中移除 CurrentClientlist.Remove(client); break; } if (length > 0) { string msg = string.Empty; MessageType type = (MessageType)buffer[0]; //客户端发送消息时,首个字节表示的是发送的数据的类型,实际真正的数据长度是length-1,根据首字节来判断接收数据的类型 switch (type) {
//接收的是ASCLL case MessageType.ASCII: msg = Encoding.ASCII.GetString(buffer, 1, length - 1); AddLog(0, client + ":" + msg); break;
//接收UTF8 case MessageType.UTF8: msg = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 1, length - 1); AddLog(0, client + ":" + msg); break;
//接收十六进制 case MessageType.Hex: msg = HexGetString(buffer, 1, length - 1); AddLog(0, client + ":" + msg); break;
//接收文件 case MessageType.File: Invoke(new Action(() => { SaveFileDialog sfd = new SaveFileDialog(); sfd.Filter = "txt files(*.txt)|*.txt|xls files(*.xls)|*.xls|xlsx files(*.xlsx)|*.xlsx|All files(*.*)|*.*"; if (sfd.ShowDialog() == DialogResult.OK) { string fileSavePath = sfd.FileName; using (FileStream fs = new FileStream(fileSavePath, FileMode.Create)) {
//将缓冲区的数据写入 fs.Write(buffer, 1, length - 1); } AddLog(0, "文件成功保存至" + fileSavePath); } })); break;
//接收JSON case MessageType.JSON: Invoke(new Action(() => { string res = Encoding.Default.GetString(buffer, 1, length); List<Student> StuList = JSONHelper.JSONToEntity<List<Student>>(res); new FrmJSON(StuList).Show(); AddLog(0, "接收JSON数据:" + res); })); break; default: break; } }
//length<=0,也视为客户端下线 else { UpdateOnline(client, false); AddLog(0, client + "下线了"); CurrentClientlist.Remove(client); break; } } } #endregion
字节数组转16进制字符串方法
#region 16进制字符串处理 /// <summary> /// 将字节数组转换为16进制字符串 /// </summary> /// <param name="buffer">字节数组</param> /// <param name="start">起始位置</param> /// <param name="length">截取的数组长度</param> /// <returns></returns> private string HexGetString(byte[] buffer, int start, int length) { string Result = string.Empty; if (buffer != null && buffer.Length >= start + length) { //截取字节数组 byte[] res = new byte[length]; Array.Copy(buffer, start, res, 0, length); string Hex = Encoding.Default.GetString(res, 0, res.Length); // 01 03 0 40 0A if (Hex.Contains(" ")) { string[] str = Regex.Split(Hex, "\\s+", RegexOptions.IgnoreCase); foreach (var item in str) { Result += "0x" + item + " "; } } else { Result += "0x" + Hex; } } else { Result = "Error"; } return Result; } #endregion
更新在线列表方法,当客户端上线/下线的时候,服务器端的列表可以更新。
#region 在线列表更新 /// <summary> /// 在线列表更新 /// </summary> /// <param name="client">客户端ip</param> /// <param name="operate">从列表中移除或者从列表中增加</param> private void UpdateOnline(string client, bool operate) { //是否是跨线程访问 if (!this.lst_Online.InvokeRequired) { if (operate) { this.lst_Online.Items.Add(client); } else { foreach (string item in this.lst_Online.Items) { if (item == client) { this.lst_Online.Items.Remove(item); break; } } } } else { Invoke(new Action(() => { if (operate) { this.lst_Online.Items.Add(client); } else { foreach (string item in this.lst_Online.Items) { if (item == client) { this.lst_Online.Items.Remove(item); break; } } } })); } } #endregion
显示日志方法
/// <summary> /// 显示日志的方法 /// </summary> /// <param name="index">0,1,2分别表示显示日志信息的种类:正常,警告,错误</param> /// <param name="info">日志信息</param> private void AddLog(int index, string info) { if (!this.lst_Rcv.InvokeRequired) { ListViewItem lst = new ListViewItem(" " + CurrentTime, index); lst.SubItems.Add(info); lst_Rcv.Items.Insert(lst_Rcv.Items.Count, lst); } else { Invoke(new Action(() => { ListViewItem lst = new ListViewItem(" " + CurrentTime, index); lst.SubItems.Add(info); lst_Rcv.Items.Insert(lst_Rcv.Items.Count, lst); })); } }
接收数据类型的枚举
public enum MessageType { ASCII, UTF8, Hex, File, JSON }
服务器发送指定格式的消息数据给指定的客户端和群发客户端,这里首先要将发送的数据转换为你要发送的那种数据格式
//创建字典集合,键是ClientIp,值是SocketClient
private Dictionary<string, Socket> CurrentClientlist = new Dictionary<string, Socket>();
#region 发送ASCII private void btn_SendASCII_Click(object sender, EventArgs e) { //选择要发送的数据的客户端 if (this.lst_Online.SelectedItems.Count > 0) { AddLog(0, "发送内容:" + this.txt_Send.Text.Trim()); byte[] send = Encoding.ASCII.GetBytes(this.txt_Send.Text.Trim()); //创建最终发送的数组 byte[] sendMsg = new byte[send.Length + 1]; //整体拷贝数组,把send数组,从索引为1开始,拷贝send.Length个长度的字节数组给sendMsg
Array.Copy(send, 0, sendMsg, 1, send.Length); //给首字节赋值,为了方便客户端识别该数据是什么类型的数据 sendMsg[0] = (byte)MessageType.ASCII; foreach (var item in this.lst_Online.SelectedItems) { //获取Socket对象 string client = item.ToString(); CurrentClientlist[client]?.Send(sendMsg); } this.txt_Send.Clear(); } else { MessageBox.Show("请选择你要发送的客户端对象!", "发送消息"); } } #endregion
#region 发送Hex private void btn_SendHex_Click(object sender, EventArgs e) { if (this.lst_Online.SelectedItems.Count > 0) { AddLog(0, "发送内容:" + this.txt_Send.Text.Trim()); //默认的是Hex byte[] send = Encoding.Default.GetBytes(this.txt_Send.Text.Trim()); //创建最终发送的数组 byte[] sendMsg = new byte[send.Length + 1]; //整体拷贝数组,把send数组,从索引为1开始,拷贝send.Length个长度的字节数组给sendMsg Array.Copy(send, 0, sendMsg, 1, send.Length); //给首字节赋值 sendMsg[0] = (byte)MessageType.Hex; foreach (var item in this.lst_Online.SelectedItems) { //获取Socket对象 string client = item.ToString(); CurrentClientlist[client]?.Send(sendMsg); } this.txt_Send.Clear(); } else { MessageBox.Show("请选择你要发送的客户端对象!", "发送消息"); } } #endregion
#region 发送UTF8 private void btn_SendUTF8_Click(object sender, EventArgs e) { if (this.lst_Online.SelectedItems.Count > 0) { AddLog(0, "发送内容:" + this.txt_Send.Text.Trim()); byte[] send = Encoding.UTF8.GetBytes(this.txt_Send.Text.Trim()); //创建最终发送的数组 byte[] sendMsg = new byte[send.Length + 1]; //整体拷贝数组 Array.Copy(send, 0, sendMsg, 1, send.Length); //给首字节赋值 sendMsg[0] = (byte)MessageType.UTF8; foreach (var item in this.lst_Online.SelectedItems) { //获取Socket对象 string client = item.ToString(); CurrentClientlist[client]?.Send(sendMsg); } this.txt_Send.Clear(); } else { MessageBox.Show("请选择你要发送的客户端对象!", "发送消息"); } } #endregion
#region 发送文件 private void btn_SendFile_Click(object sender, EventArgs e) { if (string.IsNullOrEmpty(this.txt_File.Text)) { MessageBox.Show("请先选择你要发送的文件路径", "发送文件"); return; } else { if (this.lst_Online.SelectedItems.Count > 0) { //分两次发送:第一次发送文件名,第二次发送文件内容 using (FileStream fs = new FileStream(this.txt_File.Text, FileMode.Open)) { //第一次发送文件名称 //获取文件名称 string filename = Path.GetFileName(this.txt_File.Text); //获取后缀名 string fileExtension = Path.GetExtension(this.txt_File.Text); string strMsg = "发送文件:" + filename + "." + fileExtension; byte[] send1 = Encoding.UTF8.GetBytes(strMsg); byte[] send1Msg = new byte[send1.Length + 1]; Array.Copy(send1, 0, send1Msg, 1, send1.Length); send1Msg[0] = (byte)MessageType.UTF8; foreach (var item in this.lst_Online.SelectedItems) { //获取Socket对象 string client = item.ToString(); CurrentClientlist[client]?.Send(send1Msg); } //第二次发送文件内容 byte[] send2 = new byte[1024 * 1024 * 10]; //有效长度 int length = fs.Read(send2, 0, send2.Length); byte[] send2Msg = new byte[length + 1]; Array.Copy(send2, 0, send2Msg, 1, length); send2Msg[0] = (byte)MessageType.File; foreach (var item in this.lst_Online.SelectedItems) { //获取Socket对象 string client = item.ToString(); CurrentClientlist[client]?.Send(send2Msg); } this.txt_File.Clear(); AddLog(0, strMsg); } } else { MessageBox.Show("请选择你要发送的客户端对象!", "发送消息"); } } } #endregion
#region 选择文件 private void btn_SelectFile_Click(object sender, EventArgs e) { OpenFileDialog ofd = new OpenFileDialog(); //设置默认的路径 ofd.InitialDirectory = Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.DesktopDirectory); if (ofd.ShowDialog() == DialogResult.OK) { this.txt_File.Text = ofd.FileName; AddLog(0, "选择文件:" + this.txt_File.Text); } } #endregion
#region 发送JSON private void btn_SendJSON_Click(object sender, EventArgs e) { if (this.lst_Online.SelectedItems.Count > 0) { //创建集合 List<Student> stuList = new List<Student>() { new Student(){ StudentID=10001,StudentName="小明",ClassName="软件一班"}, new Student(){ StudentID=10002,StudentName="小红",ClassName="软件二班"}, new Student(){ StudentID=10003,StudentName="小花",ClassName="软件三班"}, }; //将对象转换为JSON字符串 string str = JSONHelper.EntityToJSON(stuList); byte[] send = Encoding.Default.GetBytes(str); byte[] sendMsg = new byte[send.Length + 1]; Array.Copy(send, 0, sendMsg, 1, send.Length); sendMsg[0] = (byte)MessageType.JSON; foreach (var item in this.lst_Online.SelectedItems) { //获取Socket对象 string client = item.ToString(); CurrentClientlist[client]?.Send(sendMsg); } } else { MessageBox.Show("请选择你要发送的客户端对象!", "发送消息"); } } #endregion
JsonHelper类
public class JSONHelper { /// <summary> /// 实体对象转换成JSON字符串 /// </summary> /// <typeparam name="T"></typeparam> /// <param name="x"></param> /// <returns></returns> public static string EntityToJSON<T>(T x) { string result = string.Empty; try { result = JsonConvert.SerializeObject(x); } catch (Exception) { result = string.Empty; } return result; } /// <summary> /// JSON字符串转换成实体类 /// </summary> /// <typeparam name="T"></typeparam> /// <param name="json"></param> /// <returns></returns> public static T JSONToEntity<T>(string json) { T t = default(T); try { t = (T)JsonConvert.DeserializeObject(json, typeof(T)); } catch (Exception) { t = default(T); } return t; } }
客户端程序编写步骤:
第一步,调用socket()函数创建一个用于通信的套接字。
第二步,通过设置套接字地址结构,说明客户端与之通信的服务器的Ip地址和端口号。
第三步,调用connect()函数来建立与服务器的连接。
第四步,调用读写函数发送或者接收数据。
第五步,终止连接。
界面搭建:
连接服务器,同时客户端要判断服务器是否断开连接
#region 连接服务器 private void btn_Connect_Click(object sender, EventArgs e) { AddLog(0, "与服务器连接中"); // 第一步:调用socket()函数创建一个用于通信的套接字。 socketClient = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); // 第二步:通过设置套接字地址结构,说明客户端与之通信的服务器的IP地址和端口号。 IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(this.txt_IP.Text.Trim()), int.Parse(this.txt_Port.Text.Trim())); // 第三步:调用connect()函数来建立与服务器的连接。 try { socketClient.Connect(ipe); } catch (Exception ex) { AddLog(2, "连接服务器失败:" + ex.Message); return; } //创建一个监听来自服务器消息的线程 Task.Run(new Action(() => { CheckReceiveMsg(); })); AddLog(0, "成功连接至服务器"); this.btn_Connect.Enabled = false; } #endregion
#region 多线程接收来自服务器的数据 private void CheckReceiveMsg() { while (true) { // 创建一个缓冲区 byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 10]; int length = -1; // 第四步:调用读写函数发送或者接收数据。 try { length = socketClient.Receive(buffer); } catch (Exception) { // 服务器断线,可以添加服务器断线的日志 break; } if (length > 0) { string msg = string.Empty; MessageType type = (MessageType)buffer[0]; switch (type) { case MessageType.ASCII: //来自服务器的消息内容 msg = Encoding.ASCII.GetString(buffer, 1, length - 1); AddLog(0, "服务器:" + msg); break; case MessageType.UTF8: msg = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 1, length - 1); AddLog(0, "服务器:" + msg); break; case MessageType.Hex: msg = HexGetString(buffer, 1, length - 1); AddLog(0, "服务器:" + msg); break; case MessageType.File: Invoke(new Action(() => { SaveFileDialog sfd = new SaveFileDialog(); sfd.Filter = "txt files(*.txt)|*.txt|xls files(*.xls)|*.xls|xlsx files(*.xlsx)|*.xlsx|All files(*.*)|*.*"; if (sfd.ShowDialog() == DialogResult.OK) { string fileSavePath = sfd.FileName; using (FileStream fs = new FileStream(fileSavePath, FileMode.Create)) { fs.Write(buffer, 1, length - 1); } AddLog(0, "文件成功保存至" + fileSavePath); } })); break; case MessageType.JSON: Invoke(new Action(() => { string res = Encoding.Default.GetString(buffer, 1, length); List<Student> StuList = JSONHelper.JSONToEntity<List<Student>>(res); new FrmJSON(StuList).Show(); AddLog(0, "接收JSON数据:" + res); })); break; default: break; } } else { // 如果length<=0,说明服务器断线了,可以添加服务器断线的日志 break; } } } #endregion
客服端发送消息给服务器,这里就只发送ASCLL,其余的数据格式和服务器端类似,有兴趣的可以下载源码查看。
#region 发送ASCII private void btn_SendASCII_Click(object sender, EventArgs e) { AddLog(0, "发送内容:" + this.txt_Send.Text.Trim()); byte[] send = Encoding.ASCII.GetBytes(this.txt_Send.Text.Trim()); //创建最终发送的数组 byte[] sendMsg = new byte[send.Length + 1]; //整体拷贝数组 Array.Copy(send, 0, sendMsg, 1, send.Length); //给首字节赋值 sendMsg[0] = (byte)MessageType.ASCII; socketClient?.Send(sendMsg); this.txt_Send.Clear(); } #endregion
客户端下线时,需要断开与服务器的连接
#region 窗体关闭 private void FrmTCPClient_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e) { //客户端下线的时候,关闭客户端套接字 socketClient?.Close(); } #endregion
断开服务器
#region 断开服务器 private void btn_DisConn_Click(object sender, EventArgs e) { socketClient?.Close(); } #endregion
源码下载链接:https://pan.baidu.com/s/1wIXLC0AlGyM1VoYeYOKMpg
提取码:8qjn
,把send数组,从索引为1开始,拷贝send.Length个长度的字节数组给sendMsg
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