TCP、UDP、Socket 通信（原）

      说明：本随笔主要演示自己给自己发送消息例子，分别使用了TCP协议、UDP协议以及socket套接字通信。使用socket套接字了模拟TCP、UDP通信实现原理。其中有些源码都来自《C#高级编程 第7版》，并附加了自己的理解，有的也进行了一些简单的拓展。

      第一次原创随笔，很多地方可能考虑不周或理解有误，希望大家留言指正，与大家共同进步。也希望大家不喜勿喷，给点鼓励还是比较好的~~ 闲话少说，进入主题！

一、TCP 类

　　TCP是基于连接的一种通信模式，我们需要创建客户端与服务器端来进行通信。在客户端读取文件，并将文件内容发送到服务器端进行显示。

      客户端：

using System;
using System.Windows.Forms;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.IO;

namespace TcpSender
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            TcpClient tcpClient = new TcpClient("127.0.0.1",2112);  // 配置主机号及端口 127.0.0.1 2112
            NetworkStream nws = tcpClient.GetStream(); // 获取连接流
            string path = txbFile.Text; // 配置文件路径
            FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open);
            int data = fs.ReadByte();

            while (data != -1)
            {
                nws.WriteByte((byte)data);
                data = fs.ReadByte();
            }
            fs.Close();
            nws.Close();
            tcpClient.Close();
        }
    }
}

　　服务器：

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.IO;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;

namespace TcpReceiver
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            Thread thread = new Thread(new ThreadStart(Listen)); // 防止主线程在监听到请求之前处于卡死状态
            thread.Start();
        }

        // 监听功能
        public void Listen()
        {
            IPAddress localAddr = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
            Int32 port = 2112;
            TcpListener tcpListener = new TcpListener(localAddr, port); // 也可以仅绑定端口，因为发送者与接收者均是本地
            tcpListener.Start();

            while (true) // 持续监听
            {
                TcpClient tcpClient = tcpListener.AcceptTcpClient(); // 监听到请求前处于阻塞状态
                NetworkStream nws = tcpClient.GetStream(); // 获取监听流

                StreamReader sr = new StreamReader(nws, System.Text.Encoding.UTF8);
                string content = sr.ReadToEnd();

                // ★★★ very important ★★★
                Invoke(new Action<string>(UpdateDisplay), new object[] { content }); // 该线程拥有用户界面的句柄，因此无需从后台线程直接访问对话框
                tcpClient.Close();
            }
            // tcpListener.Stop();
        }
 
        // 将接收到内容显示到控件中
        public void UpdateDisplay(string text)
        {
            txbContent.Clear();
            txbContent.Text = text;
        }
    }
}

　　运行效果图：

客户端

 

服务器

二、UDP

　　UDP是一个无连接的协议，因此可以在一个程序中实现收发消息。

　　情形1：使用同一个 UdpClient 实例实现收发消息

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.IO;

namespace UDPSender
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region 模拟自己发送自己 使用UDPClient（通过）
            UdpClient client = new UdpClient(11000); //相当于给socket实例指定端口，参见socket模拟UDP实现原理（后续代码）       
            IPEndPoint iep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 11000); // 服务器网址及端口

            Console.WriteLine("Type in what you want to send :");
            string sendMsg = Console.ReadLine();
            byte[] sendBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(sendMsg);
            client.Send(sendBytes, sendBytes.Length, iep); //将消息推送到 127.0.0.1：11000


            byte[] rcvBytes = client.Receive(ref iep);   // 接收127.0.0.1：11000 端口消息，非连接的消息需要缓存存放
            Console.WriteLine("Received the following message:");
            string rcvMessage = Encoding.ASCII.GetString(rcvBytes, 0, rcvBytes.Length);
            Console.WriteLine(rcvMessage);
            Console.ReadKey();
            #endregion
          }
    }
}

　　情形2：使用一个 UdpClient 实例发送消息， 使用另一个 UdpClient 实例接收消息

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.IO;

namespace UDPSender
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region 模拟自己发送自己 使用UDPClient（通过）
            UdpClient client = new UdpClient(); // 没有为socket指定端口，则在client.Send（）时，系统默认为socket分配一个端口，参见Socket模拟UDP（后续代码）
            // IPEndPoint remote = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
            UdpClient server = new UdpClient(11000); // 在客户端发送之前确保服务器已经进行端口绑定，为客户端发送的消息创建载体

            IPEndPoint iep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 11000); // 192.168.106.231 服务器网址及端口

            Console.WriteLine("Type in what you want to send :");
            string sendMsg = Console.ReadLine();
            byte[] sendBytes = Encoding.ASCII.GetBytes(sendMsg);
            client.Send(sendBytes, sendBytes.Length, iep); // 将消息推送到 127.0.0.1：11000


            byte[] rcvBytes = server.Receive(ref iep);   // 接收127.0.0.1：11000 端口消息，也可以使用 remote 端点，表示接收所有端口消息
            Console.WriteLine("Received the following message:");
            string rcvMessage = Encoding.ASCII.GetString(rcvBytes, 0, rcvBytes.Length);
            Console.WriteLine(rcvMessage);
            Console.ReadKey();
            #endregion
        }
    }
}

　　运行效果图：

三、Socket 通信

　　TCP、UDP 底层通信都是通过 socket 套接字实现。

　　1、模拟 TCP 通信实现

　　客户端：

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

namespace SocketSender
{
    // 使用socket类模拟TCP发送原理
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            byte[] ReceiveBytes = new byte[1024];
            IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 2112); // 创建远程端点

            Console.WriteLine("Starting: Creating Socket Object ");
            while (true)
            {
                // 创建socket对象
                Socket SocketSender = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
                // 连接远程端点
                SocketSender.Connect(ipEndPoint); // 连接到远程端点，如果服务器端没有响应，则此处会挂起。若超时，则抛出远程服务器拒绝的异常。                    

                Console.WriteLine("Successfully Connected to {0}",SocketSender.RemoteEndPoint);

                Console.WriteLine("Input the Message you want to send :");
                string SendingMessage = Console.ReadLine();
                byte[] ForwardMessage = Encoding.ASCII.GetBytes(SendingMessage + "[FINAL]");

                // 发送消息
                SocketSender.Send(ForwardMessage);

                // 接收从服务器传回相应消息，因为是基于连接的，因此使用同一个socket实例直接接收即可
                int TotalBytesReceived = SocketSender.Receive(ReceiveBytes);

                // 打印输出接收到的消息
                Console.WriteLine("Message Provided By Server: {0}", Encoding.ASCII.GetString(ReceiveBytes, 0, TotalBytesReceived));
                Console.WriteLine(Environment.NewLine);
                SocketSender.Shutdown(SocketShutdown.Both); // 关闭该socket的发送和接收功能
                SocketSender.Close();
            }
            //Console.ReadKey();
        }
    }
}
    

　　服务器端：

using System;
using System.Text;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;

namespace SocketReceiver
{
    // 使用socket模拟TCP接收原理
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 本实例是一个基于连接的socket通信，模拟 TCPClient 进行通信
            Console.WriteLine("Starting: Creating Socket object");
            Socket Listener = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

            Listener.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, 2112)); // 创建了基于本机IP地址的，端口号为任意值的，可用于所有网络接口（网线、电话线及其他形式网络接口）的绑定
            Listener.Listen(10); // 挂起连接队列的最大长度

            while (true)
            {
                Console.WriteLine("Waiting for connetion on port 2112 ");
                Socket socket = Listener.Accept();  // 若无socket，则处于阻塞状态，等待有效的socket实例
                string ReceiveValue = string.Empty;

                while (true)
                {
                    byte[] ReceivedByte = new byte[1024]; // 缓存区
                    int NumBytes = socket.Receive(ReceivedByte); // 接收到的是二进制数据，将接收到的数据放入到缓存中。也可以直接读到流中，使用 Stream stream = new networkstream（socket）
                    Console.WriteLine("Receiving . . .");
                    ReceiveValue += Encoding.ASCII.GetString(ReceivedByte, 0, NumBytes);
                    if (ReceiveValue.IndexOf("[FINAL]") > -1)
                    {
                        break;
                    }
                }
                Console.WriteLine("Received Value: {0}", ReceiveValue);
                Console.WriteLine(Environment.NewLine);
                string ReplyValue = "Message successfully Received.";
                byte[] ReplyByte = Encoding.ASCII.GetBytes(ReplyValue);
                socket.Send(ReplyByte); // 发送的是二进制数据

                // 对于面向连接的协议，建议先调用 Shutdown，然后再调用 Close。 这可以确保在已连接的套接字关闭之前，已发送和接收该套接字上的所有数据。
                socket.Shutdown(SocketShutdown.Both); // 关闭该socket的关闭和接收功能
                socket.Close();
            }
            // Listener.Close();
        }
    }
}

　　运行效果图：

客户端

服务器端

　　说明：基于链接的通信，应先启动服务器端程序进行监听，后启动客户端程序。否则客户端在尝试连接时，没有服务器进行相应，尝试一定的时间后，若一直无响应，则抛出远程主机拒绝的异常。

　　2、模拟 UDP 通信实现

　　不基于连接的通信，只需要一个程序端即可。

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.IO;

namespace UDPSender
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            #region 模拟自己发送给自己，使用socket模拟UDP实现原理（通过）

            // Server
            Thread server = new Thread(new ThreadStart(ReceiveServer));
            server.Start();

            // ★★★确保服务端已建立网络监听★★★
            Thread.Sleep(50);

            // Client
            IPHostEntry ipHostEntry = Dns.GetHostEntry("127.0.0.1");
            IPAddress ipAddress = ipHostEntry.AddressList[0];
            IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(ipAddress, 2112);

            while (true)
            {
                // UDP 的socket类型不支持stream
                Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
                //socket.Bind(ipEndPoint);
                socket.Connect(ipEndPoint); // 若在此之前不给socket手动绑定一个端口，则程序会在此时默认给socket随机绑定一个端口
                Console.WriteLine("Type in what you want to send:");
                string SendString = Console.ReadLine();
                byte[] SendBytes = Encoding.Default.GetBytes(SendString);
                //Thread.Sleep(3000);
                socket.Send(SendBytes);               
                // 网络接收有延时，因此需要等待服务器进行接收
                socket.Close(100);//等待 timeout 秒以发送所有剩余数据，然后关闭该套接字。
                // 等同于socket.Close(100) 的效果
                //Thread.Sleep(100);
                //socket.Close();

            }
            #endregion
        }

        public static void ReceiveServer()
        {
            IPHostEntry ipHostEntry = Dns.GetHostEntry("127.0.0.1");
            IPAddress ipAddress = ipHostEntry.AddressList[0];
            IPEndPoint ipEndPoint = new IPEndPoint(ipAddress, 2112);

            #region 使用缓存接收数据
            // Receive Message
            Socket socketListen = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);  // set the protocol
            socketListen.Bind(ipEndPoint); // binding to the local point which need to be listened

            try
            {
                // UDP 协议不需要监听，直接接收消息即可
                //socketListen.Listen(5); // 最多监听到5个队列的请求
                while (true)
                {
                    string result = string.Empty;
                    if (socketListen.Available < 1) // 判断是否有数据，若没有数据而直接进行receive，则会使线程阻塞等待数据的到来。return 无：0 有：>0 
                    {
                        Thread.Sleep(20);
                    }
                    else
                    {
                        byte[] data = new byte[1024];
                        int NumBytes = socketListen.Receive(data);  // 如果网络监听不到数据，则该语句会使线程处于阻塞状态而等待消息，因此要添加判断语句判断数据是否有效   
                        Console.WriteLine("Receiving..");
                        if (NumBytes > 0)
                        {
                            result = Encoding.Default.GetString(data, 0, NumBytes);
                            Console.WriteLine("Server Received the follow message:");
                            Console.WriteLine(result);
                            Console.WriteLine(Environment.NewLine);
                            //Thread.Sleep(50000);
                        }
                    }
                }
            }
            catch (SocketException e)
            {
                string a = e.ErrorCode.ToString();
                Console.WriteLine(e.Message + e.ErrorCode);
            }
            #endregion
        }
    }
}

　　运行效果图：

　　注意：对于非连接的通信，在服务器端socket绑定端口（Bind()方法，而非Receive()方法，注意区分）之前，若客户端发送了消息A，则在服务器端口绑定后收不到该消息A，只能收到在绑定端口后客户端发送来的消息！