【C#】Socket编程

一、什么是Socket
Socket的英文原意是“孔”或“插座”。作为进程通信机制&＃xff0c;取了后一种意思。通常也称作“套接字”&＃xff0c;用于描述IP地址和端口&＃xff0c;是一个通信链的句柄(其实就是两个程序通信用的)。

Socket类似于电话插座。以一个电话网为例&＃xff1a;电话的通话双方相当于相互通信的2个程序&＃xff0c;电话号码就是ip地址。任何用户在通话之前&＃xff0c;首先要占有一部电话机&＃xff0c;相当于申请了一个socket;同时要知道对方的号码&＃xff0c;相当于对方有一个固定的Socket。然后对方拨号呼叫前&＃xff0c;相当于发送了连接请求。对方假如在场并空闲&＃xff0c;拿起电话话筒&＃xff0c;双方就可以正式通话&＃xff0c;相当于连接成功。双方通话的过程&＃xff0c;是一方向电话机发出信号和对方从电话机接受信号的过程&＃xff0c;相当于向Socket发送数据和从Socket接受数据。通话结束后&＃xff0c;一方挂起电话机相当于关闭Socket,撤销连接。

套接字分类&＃xff1a;
为了满足不同程度对通信质量和性能的要求&＃xff0c;一般的网络系统提供了以下三种不同类型的套接字&＃xff0c;一提供用户在设置程序时根据不同需要来选择&＃xff1a;

流式套接字(SOCK_STREAM)&＃xff1a;提供了一种可靠的、面向连接的双向数据传输服务。实现了数据无差错&＃xff0c;无重复的发送&＃xff0c;内设流量控制、被传输的数据被看做无记录边界和字节流。在TCP/IP协议簇中&＃xff0c;使用了TCP实现字节流的传输&＃xff0c;当用户要发送大批量数据&＃xff0c;或对数据传输的可靠性有较高要求时使用流套接字。
数据报套接字(SOCK_DGRAM)&＃xff1a;提供了一种无连接、不可靠的数据传输服务。数据以独立的包形式被发送&＃xff0c;并且保留了记录边界&＃xff0c;不提供可靠性保证。数据在传输过程中可能会丢失或者重复&＃xff0c;并且不能保证在接收端数据按发送顺序接受。在TCP/IP协议簇中&＃xff0c;使用UDP实现数据报套接字。
原始套接字(SOCK_RAW)&＃xff1a;该套接字允许对较底层协议&＃xff08;如IP或者ICMP&＃xff09;进行直接访问。一般用于对TCP/IP核心协议的网络编程。

二、Socket相关概念&＃xff1a;

1.端口:
2.1 TCP
在Internet上有很多这样的主机&＃xff0c;这些主机一般运行了多个服务软件&＃xff0c;同时提供多个服务。每种服务都打开一个Socket,并绑定到一个端口上&＃xff0c;不同的端口对应不同的服务&＃xff08;应用程序&＃xff09;&＃xff0c;因此&＃xff0c;在网络协议中使用端口号十倍主机上不同的进程。例如&＃xff1a;Http使用的80端口&＃xff0c;FTP使用的是21端口。
2.协议:
TCP是一种面向连接的、可靠的&＃xff0c;基于字节流的传输层通信协议。为两台主机提高了可靠性的数据通信服务。它们可以将源主机的数据无差错地传输到目标主机。当有数据要发送时&＃xff0c;对应用进程送来的数据进行分片&＃xff0c;以合适于在网络层中传输&＃xff1b;当接受到网络层传来的分组时&＃xff0c;它要对收到分组进行确认&＃xff0c;还要对丢失的分组设置超时重发等。为此TCP需要增加额外的许多开销&＃xff0c;以便在数据传输过程中进行一些必要的控制&＃xff0c;确保数据的可靠传输。因此&＃xff0c;TCP传输效率比较低。
2.1.1 TCP的工作过程
TCP是面向连接的协议&＃xff0c;TCP协议通过三个报文完成类似电话呼叫的连接建立过程&＃xff0c;这个过程称为三次握手&＃xff0c;如图所示

第一次握手&＃xff1a;建立连接时&＃xff0c;客户端发送SYN包(SEQ&＃61;x)到服务器&＃xff0c;并进入SYN_SEND状态&＃xff0c;等待服务器确认。
第二次握手&＃xff1a;服务器收到SYN包&＃xff0c;必须确认客户的SYN(ACK&＃61;x&＃43;1),同时自己也要发送一个SYN(SNQ&＃61;Y)包,即SYN&＃43;ACK包&＃xff0c;此时服务器进入SYN_RECV状态。
第三次握手&＃xff1a;客户端收到服务器的SYN&＃43;ACK包&＃xff0c;向服务器发送确认包ACK(ACK&＃61;y&＃43;1),此包发送完毕&＃xff0c;客户端和服务器进入Established状态&＃xff0c;完成三次握手。
2.1.2传输数据
一旦通信双方建立了TCP连接&＃xff0c;连接中的任何一方都能向对方发送数据和接受对方发来的数据。TCP协议负责把用户数据(字节流)按照一定的格式和长度组成多个数据报进行发送&＃xff0c;并在接受到数据之后按照分解顺序重新组装和恢复用户数据。
利用TCP传输数据时&＃xff0c;数据是以字节流的形式进行传输的。

2.1.3连接的终止&＃xff1a;
建立一个连接需要三次握手&＃xff0c;而终止一个连接要经过四次握手&＃xff0c;这是由TCP的半关闭(half-close)造成的。具体过程如图所示&＃xff1a;

2.1.5同步与异步
同步工作方式是指利用TCP编写的程序执行到监听或接受语句时&＃xff0c;在未完成工作&＃xff08;侦听到连接请求或收到对方发来的数据&＃xff09;前不再继续往下执行&＃xff0c;线程处于阻塞状态&＃xff0c;直到该语句完成相应的工作后才继续执行下一条语句。
异步工作方式是指程序执行到监听或接受语句时&＃xff0c;不论工作是否完成&＃xff0c;都会继续往下执行。

UDP

UDP是一种简单的、面向数据报的无连接的协议&＃xff0c;提供的是不一定可靠的传输服务。所谓“无连接”是指在正式通信前不必与对方先建立连接&＃xff0c;不管对方状态如何直接发送过去。这与发手机短信相似&＃xff0c;只知道对方的手机号码就行了&＃xff0c;不要考虑对方手机处于什么状态。UDP虽然不能保证数据传输的可靠性&＃xff0c;但是数据传输的效率较高。
2.1.1 UDP和TCP的区别
(1) UDP可靠性不如TCP
TCP含有专门的传递保证机制&＃xff0c;当数据接收方收到发送方传来的信息时&＃xff0c;会自动向发送方发出确认消息&＃xff1b;发送方只有在接受到该确认消息后才能继续传送其他消息&＃xff0c;否则将一直等待知道收到确认消息为止。与TCP不同&＃xff0c;UDP并不提供数据传输的保证机制。如果在从发送方到接收方的传递过程中出现数据报的丢失&＃xff0c;协议本身并不能做出任何检测和提示。因此&＃xff0c;通常人们把UDP称为不可靠的传输协议。
(2) UDP不能保证有序传输
UDP不能确保数据的发送和接受顺序。对于突发性的数据报&＃xff0c;有可能会乱序。
2.1.2 UDP的优势&＃xff1a;
(1) UDP速度比TCP快
由于UDP不需要先与对方建立连接&＃xff0c;也不需要传输确认&＃xff0c;因此其数据传输速度比TCP快得多。对于强调传输性能而不是传输完整性的应用&＃xff08;比如网络音频播放&＃xff0c;视频点播和网络会议等&＃xff09;&＃xff0c;使用UDP比较合适&＃xff0c;因为它传输速度快&＃xff0c;使通过网络播放的视频音质好&＃xff0c;画面清晰。
UDP有消息边界
发送方UDP应用程序交来下的报文&＃xff0c;在添加首部后就向下直接交付给IP层。既不拆分&＃xff0c;也不合并&＃xff0c;而是保留这些报文的边界。使用UDP不需要考虑消息边界的问题&＃xff0c;这样使得UDP编程相比于TCP,在接收到数据的处理方面要方便的多。在程序员看来&＃xff0c;UDP套接字使用比TCP简单。UDP的这一特征也说明了它是一种面向报文的传输协议。
(3) UDP可以一对多传输
由于传输数据不建立连接&＃xff0c;也就不需要维护连接状态&＃xff08;包括收发状态等&＃xff09;&＃xff0c;因此一台服务器可以同时向多个客户端传输相同的消息。利用UDP可以使用广播或组播的方式同时向子网上的所有客户进程发送消息&＃xff0c;这一点也比TCP方便。
其中&＃xff0c;速度快是UDP的首要优势。
由于TCP协议中植入了各种安全保障功能&＃xff0c;在实际执行的过程中会占用大量的系统开销&＃xff0c;无疑使得速度受到严重的影响。反观UDP&＃xff0c;由于抛弃了信息可靠传输机制&＃xff0c;将安全和排序等功能移交给上一层应用完成&＃xff0c;极大地降低了执行时间&＃xff0c;使速度得到了保证。简而言之&＃xff0c;UDP“理念”就是“不顾一切&＃xff0c;只为更快地发送数据”。

三、Socket一般三种应用模式&＃xff1a;

根据socket通信基本流程&＃xff0c;总结通信的基本步骤&＃xff1a;
服务器端&＃xff1a;
第一步&＃xff1a;创建一个用于监听连接的Socket对象;
第二步&＃xff1a;用指定的端口号和服务器的ip建立一个Endpoint对象&＃xff1b;
第三步&＃xff1a;用Socket对象的Bind()方法绑定Endpoint&＃xff1b;
第四步&＃xff1a;用Socket对象的Listening()方法开始监听&＃xff1b;
第五步&＃xff1a;接收到客户端的连接&＃xff0c;用socket对象的Accept()方法创建一个新的用于和客户端进行通信的Socket对象。
第六步&＃xff1a;通信结束后一定记得关闭socket。
客户端&＃xff1a;
第一步&＃xff1a;建立一个Socket对象。
第二步&＃xff1a;用指定的端口号和服务器的ip建立一个Endpoint对象。
第三步&＃xff1a;用Socket对象的Connect()方法以上建立的Endpoint对象做参数&＃xff0c;向服务器端发出连接请求。
第四步&＃xff1a;如果连接成功&＃xff0c;就用Socket对象的Send()方法向服务器发送信息。
第五步&＃xff1a;用Socket对象的Send()方法向服务器发送消息。
第六步&＃xff1a;通信结束后一定记得关闭socket。