基于C#的socket编程的TCP同步实现

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一、摘要

　　总结一下基于C#的TCP传输协议的涉及到的常用方法及同步实现。

二、实验平台

　　Visual Studio 2010

三、socket编程的一些常用方法（同步实现）

3.1 命名空间

　　需要添加的命名空间

using System.Net;
using System.Net.Socket;

3.2 构造新的socket对象

socket原型：

public socket (AddressFamily addressFamily,SocketType sockettype,ProtocolType protocolType)

(1) AddressFamily 用来指定socket解析地址的寻址方案，Inte.Network标示需要ip版本4的地址，Inte.NetworkV6需要ip版本6的地址；

(2) SocketType 参数指定socket类型，Raw支持基础传输协议访问，Stream支持可靠，双向，基于连接的数据流；

(3) ProtocolType 表示socket支持的网络协议，如常用的TCP和UDP协议。

3.3 定义主机对象
(1) IPEndPoint类

原型:

a)

public IPEndPoint(IPAddress address,int port)  

参数address可以直接填写主机的IP，如"192.168.2.1"；

b)

public IPEndPoint(long address,int port)

参数address整型int64如123456，参数port端口int32，如6655。

(2) 利用DNS服务器解析主机，使用Dns.Resolve方法

原型：

public static IPHostEntry Resolve(string hostname)

参数：待解析的主机名称，返回IPHostEntry类值，IPHostEntry为Inte.Net主机地址信息提供容器，该容器提供存有IP地址列表，主机名称等。

(3) Dns.GetHostByName获取本地主机名称

原型:

public static IPHostEntry GetHostByName(string hostname)

(4) GetHostByAddress

原型：

a)

public static IPHostEntry GetHostByAddress(IPAddress address)

参数：IP地址。

b)

public static IPHostEntry GetHostByAddress(string address)

参数：IP地址格式化字符串。

3.4 端口绑定和监听

　　同步套接字服务器主机的绑定和端口监听，Socket类的Bind（绑定主机），Listen（监听端口），Accept（接收客户端的连接请求）。

(1) Bind

原型:

public void Bind(EndPoint LocalEP)

参数为主机对象 IPEndPoint

(2) Listen

原型：

public void Listen(int backlog)

参数整型数值，挂起队列最大值

(3) accept

原型：

public socket accept()

返回为套接字对象

3.5 socket的发送和接收方法

(1) 发送数据

a)socket类的send方法

原型一：

public int Send(byte[] buffer)

参数：待发送的字节数组；

原型二：

public int Send(byte[],SocketFlags)

SocketFlags成员列表：

DontRoute不使用路由表发送，

MaxIOVectorLength为发送和接收数据的wsabuf结构数量提供标准值，

None 不对次调用使用标志，

OutOfBand消息的部分发送或接收，

Partial消息的部分发送或接收，

Peek查看传入的消息。

原型三：

public int Send(byte[],int,SocketFlags)

参数二要发送的字节数

原型四：

public int Send(byte[],int,int,SocketFlags)

参数二为Byte[]中开始发送的位置

b) NetWordStream类的Write方法

原型：

public override void write(byte[] buffer,int offset,int size)

参数分别为：字节数组，开始字节位置，总字节数。

(2) 接收数据

a) Socket类Receive方法

原型一：

public int Receive(byte[] buffer) 

原型二：

public int Receive(byte[],SocketFlags)

原型三：

public int Receive(byte[],int,SocketFlags)  

原型四：

public int Receive(byte[],int,int,SocketFlags)

Socket类Receive方法的相关参数可参看Socket类Send方法中的参数。

b) NetworkStream类的Read方法

public override int Read(int byte[] buffer,int offset,int size)

参数可参看NetworkStream类的Write方法。

四、TCP传输协议的同步实现

4.1 服务器端编程的步骤：

(1) 创建套接字；

(2) 绑定套接字到一个IP地址和一个端口上(bind())；

(3)将套接字设置为监听模式等待连接请求(listen())；

(4)请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字(accept())；

(5)用返回的套接字和客户端进行通信(send()/recv())；

(6)返回，等待另一连接请求；

(7)关闭套接字。

服务器端代码：

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
 
namespace net
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //定义接收数据长度变量
            int recv;
            //定义接收数据的缓存
            byte[] data = new byte[1024];
            //定义侦听端口
            IPEndPoint ipEnd = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 5566);
            //定义套接字类型
            Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            //连接
            socket.Bind(ipEnd);
            //开始侦听
            socket.Listen(10);
            //控制台输出侦听状态
            Console.Write("Waiting for a client");
            //一旦接受连接，创建一个客户端
            Socket client = socket.Accept();
            //获取客户端的IP和端口
            IPEndPoint ipEndClient = (IPEndPoint)client.RemoteEndPoint;
            //输出客户端的IP和端口
            Console.Write("Connect with {0} at port {1}", ipEndClient.Address, ipEndClient.Port);
            //定义待发送字符
            string welcome = "Welcome to my server";
            //数据类型转换
            data = Encoding.ASCII.GetBytes(welcome);
            //发送
            client.Send(data, data.Length, SocketFlags.None);
            while (true)
            {
                //对data清零
                data = new byte[1024];
                //获取收到的数据的长度
                recv = client.Receive(data);
                //如果收到的数据长度为0，则退出
                if (recv == 0)
                    break;
                //输出接收到的数据
                Console.Write(Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv));
                //将接收到的数据再发送出去
                client.Send(data, recv, SocketFlags.None);
            }
            Console.Write("Disconnect form{0}", ipEndClient.Address);
            client.Close();
            socket.Close();
        }
    }
}

4.2 客户端编程的步骤：

(1) 创建套接字；

(2) 向服务器发出连接请求(connect())；

(3) 和服务器端进行通信(send()/recv())；

(4) 关闭套接字。

客户端代码：

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
 
namespace client
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //定义发送数据缓存
            byte[] data = new byte[1024];
            //定义字符串，用于控制台输出或输入
            string input, stringData;
            //定义主机的IP及端口
            IPAddress ip = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
            IPEndPoint ipEnd = new IPEndPoint(ip, 5566);
            //定义套接字类型
            Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            //尝试连接
            try
            {
                socket.Connect(ipEnd);
            }
            //异常处理
            catch (SocketException e)
            {
                Console.Write("Fail to connect server");
                Console.Write(e.ToString());
                return;
            }
            //定义接收数据的长度
            int recv = socket.Receive(data);
            //将接收的数据转换成字符串
            stringData = Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv);
            //控制台输出接收到的数据
            Console.Write(stringData);
 
            //定义从键盘接收到的字符串
            input = Console.ReadLine();
 
            //将从键盘获取的字符串转换成整型数据并存储在数组中
            data = Encoding.ASCII.GetBytes(input);
            //发送该数组
            socket.Send(data, data.Length, SocketFlags.None);
 
            while (true)
            {
                //
 
                //如果字符串是"exit"，退出while循环
                if (input == "exit")
                {
                    break;
                }
                //对data清零
                data = new byte[1024];
                //定义接收到的数据的长度
                recv = socket.Receive(data);
                //将接收到的数据转换为字符串
                stringData = Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv);
                //控制台输出字符串
                Console.Write(stringData);
                //发送收到的数据
                socket.Send(data, recv, 0);
 
            }
            Console.Write("disconnect from server");
            socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
            socket.Close();
        }
 
    }
}

　　上述代码实现了，当连接建立之后，客户端向服务器端发送键盘输入的字符，服务器端收到字符后，显示在控制台并发送给客户端，客户端收到字符后，显示在控制台并再次发送给服务器端，如此循环。

五、实验结果

　　先后运行服务器端程序和客户端程序，控制台界面如下：

图1 服务器端控制台

　　当连接建立后，服务器端控制台显示等待客户端的状态"Waiting for a client"，并打印出连接信息。

图2 客户端控制台

　　当连接建立后，客户端收到来自服务器端发送的字符串"Welcome to my server"。

　　之后，客户端通过键盘发送数据，二者循环接收并发送，控制台分别如下：

图3 服务器控制台

图4 客户端控制台

六、几点说明

6.1 传输速度

　　(1) 增大发送和接收的数组可提升传输速度，即增加一次实际发送数据的数量可以提高传输速度，但数组中数据的个数也不能一味的增大。需要说明的，由于地层MIT的限制，底层具体实现的时候每次发送的数据仍是不超过1510个的。

　　(2) 将控制台界面最小化后，速度也会有翻倍的提升。

6.2 MFC的转换

　　为了使传输协议更有可观性和使用性，通常做成MFC的样式，具体的使用已在"基于TCP协议的网络摄像头的设计与实现"应用。