C# Socket通信

一：什么是SOCKET

socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为进程通信机制，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）。

socket非常类似于电话插座。以一个电话网为例：电话的通话双方相当于相互通信的2个程序，电话号码就是ip地址。任何用户在通话之前，首先要占有一部电话机，相当于申请一个socket；同时要知道对方的号码，相当于对方有一个固定的socket。然后向对方拨号呼叫，相当于发出连接请求。对方假如在场并空闲，拿起电话话筒，双方就可以正式通话，相当于连接成功。双方通话的过程，是一方向电话机发出信号和对方从电话机接收信号的过程，相当于向socket发送数据和从socket接收数据。通话结束后，一方挂起电话机相当于关闭socket，撤销连接。

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：

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：

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。

2.2 UDP

UDP是一种简单的、面向数据报的无连接的协议，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，不管对方状态如何都直接发送过去。这与发手机短信非常相似，只要知道对方的手机号就可以了，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，但数据传输的效率较高。

2.1.1 UDP与TCP的区别

(1) UDP可靠性不如TCP

TCP包含了专门的传递保证机制，当数据接收方收到发送方传来的信息时，会自动向发送方发出确认消息；发送方只有在接收到该确认消息之后才继续传送其他信息，否则将一直等待直到收到确认信息为止。与TCP不同，UDP并不提供数据传送的保证机制。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，协议本身并不能做出任何检测或提示。因此，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收顺序。对于突发性的数据报，有可能会乱序。

2.1.2 UDP的优势

(1) UDP速度比TCP快

由于UDP不需要先与对方建立连接，也不需要传输确认，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（比如网络音频播放、视频点播和网络会议等），使用UDP比较合适，因为它的传输速度快，使通过网络播放的视频音质好、画面清晰。

(2) UDP有消息边界

发送方UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下直接交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界。使用UDP不需要考虑消息边界问题，这样使得UDP编程相比TCP，在对接收到的数据的处理方面要方便的多。在程序员看来，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，也就不需要维护连接状态（包括收发状态等），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，这一点也比TCP方便。

其中，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，在实际执行的过程中会占用大量的系统开销，无疑使速度受到严重影响。反观UDP，由于抛弃了信息可靠传输机制，将安全和排序等功能移交给上层应用完成，极大地降低了执行时间，使速度得到了保证。简而言之，UDP的“理念”就是“不顾一切，只为更快地发送数据”。

三：socket一般应用模式：

四：SOCKET通信基本流程图：

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；

五：示例程序

服务端界面：

服务端代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;

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

        private void btnStart_Click(object sender, EventArgs e)//启动服务端 按钮 单击事件
        {
            Socket socketServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建一个负责监听IP地址和端口号的Socket
            IPAddress ip = IPAddress.Parse(txtIP.Text);//获取IP
            IPEndPoint point = new IPEndPoint(ip, int.Parse(txtPort.Text));//创建 ip和端口
            socketServer.Bind(point);//绑定IP和端口
            ShowMsg("服务端启动成功.");//调用方法，提示
            socketServer.Listen(10);//开始监听:设置最大可以同时连接多少个请求
            Thread th = new Thread(Listen);//创建新线程 调用Listen方法
            th.IsBackground = true;//后台线程
            th.Start(socketServer);//线程已准备好，随时可以开始
        }
        void ShowMsg(string str)//提示方法
        {
            txtMessage.AppendText("[" + DateTime.Now.ToString() + "]:" + str + "\r\n");//输出
        }
        Dictionary<string, Socket> dic = new Dictionary<string, Socket>();//将远程连接的客户端的IP地址和Socket存入集合中
        Socket client;//用于通信的Socket
        void Listen(object o)//主要是接收客户端连接
        {
            Socket socketServer = o as Socket;//将传过来的值 转换为 Socket 类型
            while (true)
            {
                client = socketServer.Accept();//等待客户端的连接，并且创建一个用于通信的Socket
                dic.Add(client.RemoteEndPoint.ToString(), client);//将连接过来的客户端 添加到 字典内
                cboClient.Items.Add(client.RemoteEndPoint.ToString());//添加下拉框中
                ShowMsg(client.RemoteEndPoint.ToString() + ":连接成功!");//提示
                Thread th = new Thread(Receive);//新线程
                th.IsBackground = true;//后台线程
                th.Start(client);//线程已准备好，随时可以开始
            }
        }

        void Receive(object o)//用于接收客户端发过来的数据
        {
            Socket client = o as Socket;//将传过来的值 转换为 Socket 类型
            while (true)
            {
                byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 2];//字节数组
                int r = client.Receive(buffer);//接收字节 存入 buffer 字节数组，返回 接收的字节数
                if (r == 0)//如果接收字节数为0 表示客户端已断开
                {
                    break;//退出循环
                }
                string str = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, r);//将接收的字节数组转换为字符串
                ShowMsg(client.RemoteEndPoint + ":" + str);//输出
            }
        }

        private void Server_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
            //在多线程程序中,新创建的线程不能访问UI线程创建的窗口控件,这个时候如果你想要访问窗口的控件,
            //那么你可以将窗口构造函数中的CheckForIllegalCrossThreadCalls设置为false.这是线程就能安全的访问窗体控件了.
        }

        private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)//发送消息按钮
        {
            byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(txtSend.Text);//将文本框内字符串转换为字节 存入 buffer 字节数组
            List<byte> listByte = new List<byte>();//泛型
            listByte.Add(0);//添加 第一个元素为0，表示发送的是文字
            listByte.AddRange(buffer);//添加 buffer 字节数组
            byte[] newBuffer = listByte.ToArray();//将 泛型 转换为 字节数组
            string ip = cboClient.SelectedItem.ToString();//获取 下拉框 选择的IP
            dic[ip].Send(newBuffer);//根据IP获取 客户端Socket 实例，发送消息
        }

        private void btnPath_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            OpenFileDialog ofd = new OpenFileDialog();//实例化 打开文件
            ofd.InitialDirectory = @"D:\Users\Desktop";//默认打开位置
            ofd.Title = "选择要发送的文件.";//标题
            ofd.Filter = "所有文件(*.*)|*.*";//打开类型
            if (ofd.ShowDialog() != DialogResult.OK)//判断是否按下OK按钮
            {
                MessageBox.Show("请选择要发送的文件.", "错误", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);//提示
                return;//退出
            }
            txtPath.Text = ofd.FileName;//将 文件地址 赋值给 文本框
        }

        private void btnSendFile_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            string path = txtPath.Text;//获取文本框内的地址
            if (!File.Exists(path))//判断文件是否存在
            {
                MessageBox.Show("发送的文件不存在.", "错误", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error);//提示
                return;//退出
            }
            using (FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read))//读取
            {
                byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 2];//字节数组
                int r = fs.Read(buffer, 0, buffer.Length);//读取字节数组
                List<byte> listByte = new List<byte>();//泛型
                listByte.Add(1);//添加第一个元素 为1 是文件
                listByte.AddRange(buffer);//添加 字节数组
                byte[] newBuffer = listByte.ToArray();//转换为 字节数组
                string ip = cboClient.SelectedItem.ToString();//获取 下拉框 选择的IP
                dic[ip].Send(newBuffer, 0, r + 1, SocketFlags.None);//根据IP获取 客户端Socket 实例，发送消息（字节数组为新的字节数组，新的字节数组加了第一个元素0，所以长度要r+1）
            }
        }

        private void btnRemind_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            byte[] buffer = new byte[1];//字节数组
            buffer[0] = 2;// 震动
            string ip = cboClient.SelectedItem.ToString();//获取 下拉框 选择的IP
            dic[ip].Send(buffer);//根据IP获取 客户端Socket 实例，发送消息
        }
    }
}

客户端界面：

客户端代码：

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

namespace Client
{
    public partial class Client : Form
    {
        public Client()
        {
            InitializeComponent();
        }
        Socket socketClient;
        private void btnStart_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            socketClient = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//创建一个IP地址和端口号的Socket

            socketClient.Connect(IPAddress.Parse(txtIP.Text), int.Parse(txtPort.Text));//连接的IP和端口
            ShowMsg("连接服务端成功!");//调用方法，提示
            Thread th = new Thread(Receive);//创建新线程 调用Listen方法
            th.IsBackground = true;//后台线程
            th.Start();//线程已准备好，随时可以开始
        }
        void ShowMsg(string str)//提示方法
        {
            txtMessage.AppendText("[" + DateTime.Now.ToString() + "]:" + str + "\r\n");//输出
        }

        private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(txtSend.Text);//将文本框内字符串转换为字节 存入 buffer 字节数组
            socketClient.Send(buffer);//发送消息
        }

        void Receive()//接收消息
        {
            while (true)
            {
                byte[] buffer = new byte[1024 * 1024 * 2];//字节数组
                int r = socketClient.Receive(buffer);//接收字节 存入 buffer 字节数组，返回 接收的字节数
                if (r == 0)//如果接收字节数为0 表示服务端已断开
                {
                    break;//退出循环
                }
                if (buffer[0] == 0)//判断第一个字节是否为0
                {
                    ShowMsg(Encoding.UTF8.GetString(buffer, 1, r - 1));//将接收的字节数组转换为字符串 并输出
                }
                else if (buffer[0] == 1)//判断第一个字节是否为1
                {
                    SaveFileDialog sfd = new SaveFileDialog();//保存对话框
                    sfd.InitialDirectory = @"D:\Users\Desktop";//默认保存地址
                    sfd.Filter = "所有文件(*.*)|*.*";//默认保存类型
                    sfd.Title = "保存文件";//标题
                    if (sfd.ShowDialog(this) != DialogResult.OK)//判断是否点击OK按钮
                    {
                        MessageBox.Show("你取消了接收文件.", "提示", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Exclamation);//提示
                        return;//退出
                    }
                    string path = sfd.FileName;//获取保存地址
                    using (FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.OpenOrCreate, FileAccess.Write))//写入文件
                    {
                        fs.Write(buffer, 1, r - 1);//写入字节数组数据到 文件
                    }

                }
                else if (buffer[0] == 2)//判断第一个字节是否为2
                {
                    int x = Location.X;//获取当前窗体X坐标
                    int y = Location.Y;//获取当前窗体Y坐标
                    for (int i = 0; i < 20; i++)//循环
                    {
                        this.Location = new Point(x+10, y+10);//设置新的窗体坐标
                        this.Location = new Point(x, y);//设置新的窗体坐标
                    }
                    ShowMsg("服务端向你发送了一次震动!");//提示
                }

            }
        }

        private void Client_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
            //在多线程程序中,新创建的线程不能访问UI线程创建的窗口控件,这个时候如果你想要访问窗口的控件,
            //那么你可以将窗口构造函数中的CheckForIllegalCrossThreadCalls设置为false.这是线程就能安全的访问窗体控件了.
        }

        private void Client_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
        {
            socketClient.Close();//关闭Socket连接
        }
    }
}

输出结果：

以上内容节选自《博客园》。