本文讲解C# .Net中使用Socket实现客户端与服务端的实时通信效果

一个专注写bug的小白猿
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一：什么是SOCKET

socket是一种进程通信机制，取后一种意思。通常也称作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄（其实就是两个程序通信用的）。

1、套接字分类

为了满足不同程序对通信质量和性能的要求，一般的网络系统都提供了以下3种不同类型的套接字，以供用户在设计程序时根据不同需要来选择：

流式套接字（SOCK_STREAM）：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，无重复的发送，内设流量控制，被传输的数据被看做无记录边界的字节流。在TCP/IP协议簇中，使用TCP实现字节流的传输，当用户要发送大批量数据，或对数据传输的可靠性有较高要求时使用流式套接字。

数据报套接字（SOCK_DGRAM）：提供了一种无连接、不可靠的双向数据传输服务。数据以独立的包形式被发送，并且保留了记录边界，不提供可靠性保证。数据在传输过程中可能会丢失或重复，并且不能保证在接收端数据按发送顺序接收。在TCP/IP协议簇中，使用UDP实现数据报套接字。

原始套接字（SOCK_RAW）：该套接字允许对较低层协议（如IP或ICMP）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

1、端口

在Internet上有很多这样的主机，这些主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务（应用程序），因此，在网络协议中使用端口号识别主机上不同的进程。
例如：http使用80端口，FTP使用21端口。

2、协议

2.1 TCP：

TCP是一种面向连接的、可靠的，基于字节流的传输层通信协议。为两台主机提供高可靠性的数据通信服务。它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，对应用进程送来的数据进行分片，以适合于在网络层中传输；当接收到网络层传来的分组时，它要对收到的分组进行确认，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，以便在数据传输过程中进行一些必要的控制，确保数据的可靠传输。因此，TCP传输的效率比较低。

2.1.1 TCP的工作过程

TCP是面向连接的协议，TCP协议通过三个报文段完成类似电话呼叫的连接建立过程，这个过程称为三次握手，如图所示：

tcp.png

第一次握手：建立连接时，客户端发送SYN包（SEQ=x）到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。

第二次握手：服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN（ACK=x+1），同时自己也发送一个SYN包（SEQ=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ACK=y+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入Established状态，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，连接中的任何一方都能向对方发送数据和接收对方发来的数据。TCP协议负责把用户数据（字节流）按一定的格式和长度组成多个数据报进行发送，并在接收到数据报之后按分解顺序重新组装和恢复用户数据。
利用TCP传输数据时，数据是以字节流的形式进行传输的。

2.1.3 连接的终止

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

tcp.png

2.1.4 TCP的主要特点

TCP最主要的特点如下。
(1) 是面向连接的协议。
(2) 端到端的通信。每个TCP连接只能有两个端点，而且只能一对一通信，不能一点对多点直接通信。
(3) 高可靠性。通过TCP连接传送的数据，能保证数据无差错、不丢失、不重复地准确到达接收方，并且保证各数据到达的顺序与其发出的顺序相同。
(4) 全双工方式传输。
(5) 数据以字节流的方式传输。
(6) 传输的数据无消息边界。

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收语句时，在未完成工作（侦听到连接请求或收到对方发来的数据）前不再继续往下执行，线程处于阻塞状态，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收语句时，不论工作是否完成，都会继续往下执行。

三：SOCKET通信基本流程图

socket.png

根据socket通信基本流程图，总结通信的基本步骤：

服务器端：

第一步：创建一个用于监听连接的Socket对像；

第二步：用指定的端口号和服务器的ip建立一个EndPoint对像；

第三步：用socket对像的Bind()方法绑定EndPoint；

第四步：用socket对像的Listen()方法开始监听；

第五步：接收到客户端的连接，用socket对像的Accept()方法创建一个新的用于和客户端进行通信的socket对像;

第六步：通信结束后一定记得关闭socket;

客户端：

第一步：建立一个Socket对像；

第二步：用指定的端口号和服务器的ip建立一个EndPoint对像；

第三步：用socket对像的Connect()方法以上面建立的EndPoint对像做为参数，向服务器发出连接请求；

第四步：如果连接成功，就用socket对像的Send()方法向服务器发送信息；

第五步：用socket对像的Receive()方法接受服务器发来的信息 ;

第六步：通信结束后一定记得关闭socket；

四:代码示例

1、建立服务端应用

在这里我创建了一个接口，访问接口即开启一个线程作为服务端监听消息线程, 如下图所示:

image.png 代码示例如下：

/// <summary>
/// 开启监听
/// </summary>
/// <returns></returns>
[HttpGet()]
public string Get()
{
    Task.Run(() =>
    {
        //使用ip4地址进行消息连接
        AddressFamily ip4 = AddressFamily.InterNetwork;
        //可靠、双向监听的字节流
        SocketType socketType = SocketType.Stream;
        //网络传输协议: tcp协议
        ProtocolType protocolType = ProtocolType.Tcp;
        //初始化接收的Socket信息
        Socket socket = new Socket(ip4, socketType, protocolType);

        //服务端本机ip地址
        IPAddress myIp4 = Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName()).AddressList[1];
        //设置服务端地址 => ip+端口号  127.0.0.1:7070
        IPEndPoint iep = new IPEndPoint(myIp4, 7070);

        //建立客户端与服务端的连接
        socket.Bind(iep);

        Console.WriteLine("开启监听，接收客户端数据中");

        //监听到的消息内容长度,可修改
        byte[] buffer = new byte[1024];
        //开启循环监听
        while (true)
        {
            //最多可监听多少个客户端的消息连接
            socket.Listen(5);
            //暂停当前线程，直到有客户端与自己连接，克隆一个新的消息到服务端
            Socket newScoket = socket.Accept();
            //把监听到的消息放到byte[]缓冲区
            newScoket.Receive(buffer);
            //编码格式
            string message = Encoding.UTF8.GetString(buffer);
            Console.WriteLine("客户端:" + message);
                
            //这是我测试使用的 给客户端发送消息玩的
            //可以删掉
            //byte[] bytes = Encoding.UTF8.GetBytes("我是客户端");
            //newScoket.Send(bytes);
        }
    });
    return "开启监听，接收客户端数据中";
}

2、建立客户端应用

在这里另外单独创建了一个项目，并且创建了一个接口，访问服务端消息连接, 如下图所示: QQ图片20230607152422.jpg

代码示例如下:

    [HttpGet]
    public string Client()
    {
        //本机ip
        IPAddress clientIp = Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName()).AddressList[1];
        //服务器ip
        IPAddress serverIp = IPAddress.Parse("10.0.4.6");
        //设置服务端地址
        IPEndPoint iep = new IPEndPoint(serverIp, 7070);
        //创建消息连接
        Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

        //与服务端建立链接
        socket.Connect(iep);
        //消息内容转程二进制
        byte[] byteMsg = Encoding.UTF8.GetBytes("我是: " + clientIp.ToString());
        //发送消息
        socket.Send(byteMsg);

        //这是我用来监听服务端发来的消息用的
        //测试玩的,可以删掉
        //while (true)
        //{
        //    byte[] buts = new byte[1024];
        //    socket.Receive(buts);
        //    string msg = Encoding.UTF8.GetString(buts);
        //    Console.WriteLine(msg);
        //}

        //使用完之后禁用socket
        socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
        //关闭socket
        socket.Close();

        return "成功";
    }

到此，我们的客户端与服务端的消息连接已经成功连接，并且能够互相发送，监听消息了。

大家有更加好用的Socket通信技术欢迎到评论区讨论！！！

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