Socket接口原理及用C#语言实现

首先从原理上解释一下采用Socket接口的网络通讯,这里以最常用的C/S模式作为范例,首先,服务端有一个进程(或多个进程)在指定的端口等待客户来连接,服务程序等待客户的连接信息,一旦连接上之后,就可以按设计的数据交换方法和格式进行数据传输。客户端在需要的时刻发出向服务端的连接请求。这里为了便于理解,提到了一些调用及其大致的功能。使用socket调用后,仅产生了一个可以使用的socket描述符,这时还不能进行通信,还要使用其他的调用,以使得socket所指的结构中使用的信息被填写完。

  在使用TCP协议时,一般服务端进程先使用socket调用得到一个描述符,然后使用bind调用将一个名字与socket描述符连接起来,对于Internet域就是将Internet地址联编到socket。之后,服务端使用listen调用指出等待服务请求队列的长度。然后就可以使用accept调用等待客户端发起连接,一般是阻塞等待连接,一旦有客户端发出连接,accept返回客户的地址信息,并返回一个新的socket描述符,该描述符与原先的socket有相同的特性,这时服务端就可以使用这个新的socket进行读写操作了。一般服务端可能在accept返回后创建一个新的进程进行与客户的通信,父进程则再到accept调用处等待另一个连接。客户端进程一般先使用socket调用得到一个socket描述符,然后使用connect向指定的服务器上的指定端口发起连接,一旦连接成功返回,就说明已经建立了与服务器的连接,这时就可以通过socket描述符进行读写操作了。

.NetFrameWork为Socket通讯提供了System.NET.Socket命名空间,在这个命名空间里面有以下几个常用的重要类分别是:

  ·Socket类 这个底层的类用于管理连接,WebRequest,TcpClient和UdpClient在内部使用这个类。

  ·NetworkStream类 这个类是从Stream派生出来的,它表示来自网络的数据流

  ·TcpClient类 允许创建和使用TCP连接

  ·TcpListener类 允许监听传入的TCP连接请求

  ·UdpClient类 用于UDP客户创建连接(UDP是另外一种TCP协议,但没有得到广泛的使用,主要用于本地网络

下面我们来看一个基于Socket的双机通信代码的C#版本

首先创建Socket对象的实例,这可以通过Socket类的构造方法来实现:

  1. public Socket(AddressFamily addressFamily,SocketType socketType,ProtocolType protocolType);

其中,addressFamily 参数指定 Socket 使用的寻址方案,socketType 参数指定 Socket 的类型,protocolType 参数指定 Socket 使用的协议。

下面的示例语句创建一个 Socket,它可用于在基于 TCP/IP 的网络(如 Internet)上通讯。

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

若要使用 UDP 而不是 TCP,需要更改协议类型,如下面的示例所示:

  1. Socket temp = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

一旦创建 Socket,在客户端,你将可以通过Connect方法连接到指定的服务器(你可以在Connect方法前Bind端口,就是以指定的端口发起连接,如果不事先Bind端口号的话,系统会默认在1024到5000随机绑定一个端口号),并通过Send方法向远程服务器发送数据,而后可以通过Receive从服务端接收数据;而在服务器端,你需要使用Bind方法绑定所指定的接口使Socket与一个本地终结点相联,并通过Listen方法侦听该接口上的请求,当侦听到用户端的连接时,调用Accept完成连接的操作,创建新的Socket以处理传入的连接请求。使用完 Socket 后,使用 Close 方法关闭 Socket。

  可以看出,以上许多方法包含EndPoint类型的参数,在Internet中,TCP/IP 使用一个网络地址和一个服务端口号来唯一标识设备。网络地址标识网络上的特定设备;端口号标识要连接到的该设备上的特定服务。网络地址和服务端口的组合称为终结点,在 .NET 框架中正是由 EndPoint 类表示这个终结点,它提供表示网络资源或服务的抽象,用以标志网络地址等信息。.Net同时也为每个受支持的地址族定义了 EndPoint 的子代;对于 IP 地址族,该类为 IPEndPoint。IPEndPoint 类包含应用程序连接到主机上的服务所需的主机和端口信息,通过组合服务的主机IP地址和端口号,IPEndPoint 类形成到服务的连接点。

用到IPEndPoint类的时候就不可避免地涉及到计算机IP地址,System.net命名空间中有两种类可以得到IP地址实例:

·IPAddress类:IPAddress 类包含计算机在 IP 网络上的地址。其Parse方法可将 IP 地址字符串转换为 IPAddress 实例。下面的语句创建一个 IPAddress 实例:

  1. IPAddress myIP = IPAddress.Parse("192.168.0.1");

需要知道的是:Socket 类支持两种基本模式:同步和异步。其区别在于:在同步模式中,按块传输,对执行网络操作的函数(如 Send 和 Receive)的调用一直等到所有内容传送操作完成后才将控制返回给调用程序。在异步模式中,是按位传输,需要指定发送的开始和结束。同步模式是最常用的模式,我们这里的例子也是使用同步模式。

//client端

using System;
using System.Text;
using System.IO;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
namespace socketsample
{
 class Class1
 {
  static void Main()
  {
   try
   {
    int port = 2000;
    string host = "127.0.0.1";
    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
    Console.WriteLine("Conneting...");
    c.Connect(ipe);//连接到服务器
    string sendStr = "hello!This is a socket test";
    byte[] bs = Encoding.ASCII.GetBytes(sendStr);
    Console.WriteLine("Send Message");
    c.Send(bs, bs.Length, 0);//发送测试信息
    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.ASCII.GetString(recvBytes, 0, bytes);
    Console.WriteLine("Client Get Message:{0}", recvStr);//显示服务器返回信息
    c.Close();
   }
   catch (ArgumentNullException e)
   {
    Console.WriteLine("ArgumentNullException: {0}", e);
   }
   catch (SocketException e)
   {
    Console.WriteLine("SocketException: {0}", e);
   }
   Console.WriteLine("Press Enter to Exit");
   Console.ReadLine();
  }
 }
}

//server端

using System;
using System.Text;
using System.IO;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
namespace Project1
{
 class Class2
 {
  static void Main()
  {
   try
   {
    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
    s.Listen(0);//开始监听
    Console.WriteLine("Wait for connect");
    Socket temp = s.Accept();//为新建连接创建新的Socket。
    Console.WriteLine("Get a connect");
    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.ASCII.GetString(recvBytes, 0, bytes);
    Console.WriteLine("Server Get Message:{0}",recvStr);//把客户端传来的信息显示出来
    string sendStr = "Ok!Client Send Message Sucessful!";
    byte[] bs = Encoding.ASCII.GetBytes(sendStr);
    temp.Send(bs, bs.Length, 0);//返回客户端成功信息
    temp.Close();
    s.Close();
   }
   catch (ArgumentNullException e)
   {
    Console.WriteLine("ArgumentNullException: {0}", e);
   }
   catch (SocketException e)
   {
    Console.WriteLine("SocketException: {0}", e);
   }
   Console.WriteLine("Press Enter to Exit");
   Console.ReadLine();
  }
 }
}

System.Net.Socket命名空间还提供了两个抽象高级类TCPClient和UDPClient和用于通讯流处理的NetWorkStream

//client端

TcpClient tcpClient=new TcpCLient(主机IP,端口号);
NetworkStream ns=tcp.Client.GetStream();

//server端

TcpListener tcpListener=new TcpListener(监听端口);
tcpListener.Start();
TcpClient tcpClient=tcpListener.AcceptTcpClient();
NetworkStream ns=tcpClient.GetStream();

服务端用TcpListener监听,然后把连接的对象实例化为一个TcpClient,调用TcpClient.GetStream()方法,返回网络流实例化为一个NetworlStream流,下面就是用流的方法进行Send,Receive

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