C#网络编程（基本概念和操作）.docx

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1、C#网络编程（基本概念和操作）Part 1引言C#网络编程系列文章计划简单地讲述网络编程方面的基础知识,由于本人在这方面功 有限,所以只能提供些初步的入门知识,希望能対刚开始学习的朋友提供些帮助。 如果想要更加深入的内容,可以参考相关书籍。本文是该系列第篇，主要讲述了基于套接字（Socket）进行网络编程的基本概念, 其中包括TCP协议、套接字、聊天程序的三种开发模式，以及两个基本操作:侦听端口、 连接远程服务端:第二篇讲述了一个简单的范例:从客户端传输字符串到服务端,服务端 接收并打印字符串，将字符串改为大写,然后再将字符串回发到客户端，客户端最后打印 传回的字符串:第三篇是第二篇的一个强化

2、，讲述了第二篇中没有解决的个问题，并使 用了异步传输的方式来完成和第二篇同样的功能:第四篇则演示了如何在客户端与服务端 之间收发文件;第五篇实现了一个能够在线聊天并进行文件传输的聊天程序，实际上是对 前面知识的个综合应用。与本文相关的还有一篇文章是:C#，但这个聊天程序不及本系列中的聊天程序功能强大，实现方式也不相同。网络编程基本概念1 .面向连接的传输协议:TCP对于TCP协议我不想说太多东西,这属于大学课程,又涉及计算机科学,而我不是 “学院派”,对于这部分内容，我觉得作为开发人员，只需要掌握与程序相关的概念就可 以了,不需要做太艰深的研究。我们首先知道TCP是面向连接的,它的意思是说两个

3、远程主机（或者叫进程,因为实 际上远程通信是进程之间的通信,而进程则是运行中的程序），必须首先进行一个握手过 程，确认连接成功,之后才能传输实际的数据。比如说进程A想将字符串“Its a fine day today”发给进程B,它首先要建立连接。在这过程中,它首先需要知道进程B的位 置（主机地址和端口号）随后发送一个不包含实际数据的请求报文,我们可以将这个报 文称之为hello。如果进程B接收到了这个“hello” ,就向进程A回复个“hello”， 进程A随后发送实际的数据Its a fine day today”。关于TCP第二个需要了解的,就是它是全双工的。意思是说如果两个主机上的进程

4、 （比如进程A、进程B）, 一旦建立好连接,那么数据就既可以由A流向B,也可以由B流 向A。除此以外，它还是点对点的，意思是说个TCP连接总是两者之间的,在发送中， 通过个连接将数据发给多个接收方是不可能的。TCP还有一个特性，就是称为可靠的数 据传输,意思是连接建立后,数据的发送一定能够到达,并且是有序的,就是说发的时候 你发了 ABC,那么收的一方收到的也一定是ABC,而不会是BCA或者别的什么。编程中与TCP相关的最重要的个概念就是套接字。我们应该知道网络七层协议，如 果我们将上面的应用程、表示层、会话层笼统地算作一层（有的教材便是如此划分的）， 那么我们编写的网络应用程序就位于应用层，

5、而大家知道TCP是属于传输层的协议,那么 我们在应用层如何使用传输层的服务呢（消息发送或者文件上传下载）?大家知道在应用 程序中我们用接口来分离实现,在应用层和传输层之间,则是使用套接字来进行分离。它 就像是传输层为应用层开的个小口,应用程序通过这个小口向远程发送数据,或者接收 远程发来的数据:而这个小口以内，也就是数据进入这个口之后,或者数据从这个口出来 之前,我们是不知道也不需要知道的，我们也不会关心它如何传输，这属于网络其它层次 的工作。举个例子，如果你想写封邮件发给远方的朋友，那么你如何写信、将信打包,属于应 用层，信怎么写，怎么打包完全由我们做主;而当我们将信投入邮筒时，邮筒的那个口

6、就 是套接字,在进入套接字之后，就是传输层、网络层等（邮局、公路交管或者航线等）其 它层次的工作了。我们从来不会去关心信是如何从西安发往北京的,我们只知道写好了投 入邮筒就0K 了。可以用下面这两幅图来表示它;注意在上面图中,两个主机是対等的,但是按照约定,我们将发起请求的一方称为客 户端,将另一端称为服务端。可以看岀两个程序之间的对话是通过套接字这个出入口来完 成的，实际上套接字包含的最重要的也就是两个信息:连接至远程的本地的端口信息（本机 地址和端口号）,连接到的远程的端口信息（远程地址和端口号）。注意上面词语的微妙变化, 个是本地地址，个是远程地址。这里又出现了了一个名词端口。一般来说我

7、们的计算机上运行着非常多的应用程序， 它们可能都需要同远程主机打交道，所以远程主机就需要有一个ID来标识它想与本地机器 上的哪个应用程序打交道，这里的ID就是端口。将端口分配给个应用程序，那么来自这 个端口的数据则总是针对这个应用程序的。有这样个很好的例子:可以将主机地址想象 为电话号码，而将端口号想象为分机号。在,NET中，尽管我们可以直接对套接字编程，但是.NET提供了两个类将対套接字的 编程进行了一个封装，使我们的使用能够更加方便，这两个类是TcpClient和 TcpListener,它与套接字的关系如下：去往传输乂来白传输乂从上面图中可以看出TcpClient和TcpListener

8、对套接字进行了封装。从中也可以看 出,TcpListener用于接受连接请求,而TcpClient则用于接收和发送流数据 这幅图的 意思是TcpListener持续地保持对端口的侦听,一旦收到个连接请求后，就可以获得一个TcpClient对象,而对于数据的发送和接收都有TcpClient去完成。此时,TcpListener 并没有停止工作,它始终持续地保持对端口的侦听状态。我们考虑这样种情况:两台主机,主机A和主机B,起初它们谁也不知道谁在哪儿, 当它们想要进行对话时,总是需要有一方发起连接,而另一方则需要对本机的某一端口进 行侦听。而在侦听方收到连接请求、并建立起连接以后,它们之间进行收发数

9、据时,发起 连接的一方并不需要再进行侦听。因为连接是全双工的,它可以使用现有的连接进行收发 数据。而我们前面已经做了定义:将发起连接的一方称为客户端，另一段称为服务端,则 现在可以得出:总是服务端在使用TcpListener类，因为它需要建立起一个初始的连接.2 .网络聊天程序的三种模式实现个网络聊天程序本应是最后一篇文章的内容,也是本系列最后的个程序,来 作为个终结。但是我想后面更多的是编码,讲述的内容应该不会太多，所以还是把讲述 的东西都放到这里吧。当采用这种模式时，即是所谓的完全点对点模式,此时每台计算机本身也是服务器, 因为它需要进行端口的侦听。实现这个模式的难点是：各个主机(或终端)

10、之间如何知道 其它主机的存在?此时通常的做法是当某一主机上线时,使用UDP协议进行个广播 (Broadcast),通过这种方式来“告知”其它主机自己已经在线并说明位置，收到广播的 主机发回个应答,此时主机便知道其他主机的存在。这种方式我个人并不喜欢，但 在G这篇文章中,我使用了这种模式,可惜的是我没有实现广播, 所以还很不完善。第二种方式较好的解决了上面的问题,它引入了服务器,由这个服务器来专门进行广 播。服务器持续保持对端U的侦听状态,每当有主机上线时,首先连接至服务器,服务器 收到连接后,将该主机的位置（地址和端口号）发往其他在线主机（绿色箭头标识）。这 样其他主机便知道该主机已上线,并知

11、道其所在位置,从而可以进行连接和对话。在服务 器进行了广播之后,因为各个主机已经知道了其他主机的位置,因此主机之间的对话就不 再通过服务器（黑色箭头表示）,而是直接进行连接。因此,使用这种模式时,各个主机 依然需要保持对端口的侦听。在某台主机离线时,与登录时的模式类似,服务器会收到通 知,然后转告给其他的主机。第三种模式是我觉得最简单也最实用的种,主机的登录与离线与第二种模式相同。 注意到每台主机在上线时首先就与服务器建立了连接,那么从主机A发往主机B发送消息, 就可以通过这样一条路径，主机A -服务器一主机B,通过这种方式，各个主机不需 要在对端口进行侦听，而只需要服务器进行侦听就可以了，大

12、大地简化了开发。而对于些较大的文件，比如说图片或者文件,如果想由主机A发往主机B,如果通 过服务器进行传输效率会比较低，此时可以临时搭建一个主机A至主机B之间的连接，用 于传输大文件。当文件传输结束之后再关闭连接(桔红色箭头标识)。除此以外，由于消息都经过服务器，所以服务器还可以缓存主机间的对话，即是说当 主机A发往主机B时，如果主机B已经离线，则服务器可以对消息进行缓存，当主机B下 次连接到服务器时，服务器自动将缓存的消息发给主机Bo本系列文章最后采用的即是此种模式，不过没有实现过多复杂的功能。接下来我们的 理论知识告一段落，开始下阶段漫长的编码。基本操作1 .服务端对端口进行侦听接下来我们

13、开始编写些实际的代码,第一步就是开启对本地机器上某一端口的侦听。 首先创建一个控制台应用程序，将项目名称命名为ServerConsole,它代表我们的服务端。 如果想要与外界进行通信,第一件要做的事情就是开启对端口的侦听，这就像为计算机打 开了一个“门”,所有向这个“门”发送的请求(“敲门”)都会被系统接收到。在C#中 可以通过下面几个步骤完成，首先使用本机Ip地址和端口号创建一个System. Net. Sockets. TcpListener类型的实例,然后在该实例上调用Start。方法,从而 开启对指定端口的侦听。using System.Net;/ZI入这两个命名空间，以卜同using

14、 System.Net.Sockets;using . /略class Server static void Main(string args) Console.WriteLine(MServer is running . n);IPAddress ip = new IPAddress(new byte 12,0f 0, 1 !);TcpListener listener = new TcpListener(ip, 8500);listener.Start ();/Z 开始侦听Console.WriteLine(MStart ListeningConsole.WriteLine(Hnn 输入、

15、Q 键退出。); ConsoleKey key;do key = Console.ReadKey(true).Key; while (key != ConsoleKey.Q);/Z获得IPAddress对象的另外几种常用方法:IPAddress ip = IPAddress.Parse(127.0.0.1);IPAddress ip = Dns.GetHostEntry(localhost).AddressList0;上面的代码中,我们开启了对8500端口的侦听。在运行了上面的程序之后,然后打 开“命令提示符”,输入“netstat-a”,可以看到计算机器中所有打开的端口的状态。可 以从中找到

16、8500端口，看到它的状态是LISTENING,这说明它已经开始了侦听:TCPj immy:10300.0.0.0:0LISTENINGTCPjimmy:36030.0.0.0:0LISTENINGTCPjimmy:85000.0.0.0:0LISTENINGTCPj immy:netbios-ssn0.0.0.0 :0LISTENING在打开了对端口的侦听以后，服务端必须通过某种方式进行阻塞(比如Console. ReadKey (),使得程序不能够因为运行结束而退出。否则就无法使用“netstat -a”看到端口的连接状态，因为程序已经退出,连接会自然中断，再运行“netstat -a”

17、当然就不会显示端口了。所以程序最后按“Q”退出那段代码是必要的，下面的每段程序都 会含有这个代码段，但为了节省空间,我都省略掉了。2 .客户端与服务端连接2.1 单客户端与服务端连接当服务器开始对端口侦听之后，便可以创建客户端与它建立连接。这步是通过在客 户端创建一个TcpClient的类型实例完成。每创建一个新的TcpClient便相当于创建了一 个新的套接字Socket去与服务端通信,.Net会自动为这个套接字分配个端口号,上面 说过,TcpClient类不过是对Socket进行了一个包装。创建TcpClient类型实例时,可以 在构造函数中指定远程服务器的地址和端口号。这样在创建的同时,

18、就会向远程服务端发送个连接请求(“握手”)，一旦成功,则两者间的连接就建立起来了。也可以使用重 载的无参数构造函数创建对象,然后再调用Connect。方法,在Connect ()方法中传入远程 服务器地址和端口号，来与服务器建立连接。这里需要注意的是，不管是使用有参数的构造函数与服务器连接,或者是通过 Connect。方法与服务器建立连接,都是同步方法(或者说是阻塞的,英文叫block)。它 的意思是说，客户端在与服务端连接成功、从而方法返回,或者是服务端不存、从而抛出 异常之前，是无法继续进行后继操作的。这里还有一个名为BeginConnect。的方法，用于 实施异步的连接，这样程序不会被阻

19、塞，可以立即执行后面的操作,这是因为可能由于网 络拥塞等问题，连接需要较长时间才能完成。网络编程中有非常多的异步操作，凡事都是 由简入难，关于异步操作，我们后面再讨论，现在只看同步操作。创建个新的控制台应用程序项目，命名为Clientconsole,它是我们的客户端,然 后添加下面的代码，创建与服务器的连接:class Client static void Main(string args) Console.WriteLine(MClient RunningTcpClient client = new TcpClient();try client.Connect ( Mlocalhostn z

20、 8500) ; /Z 与服务器连接 catch (Exception ex) Console.WriteLine(ex.Message);return;)/Z打印连接到的服务端信息Console .WriteLine ( MServer Connected! 0 1*, client.Client.LocalEndPointfclient.Client.RemoteEndPoint);/按Q退出)上面带代码中,我们通过调用Connect。方法来与服务端连接。随后,我们打印了这 个连接消息:本机的Ip地址和端口号,以及连接到的远程Ip地址和端口号。TcpClient 的Client属性返回了一

21、个Socket对象,它的LocalEndPoint和RemoteEndPoint属性分别 包含了本地和远程的地址信息。先运行服务端,再运行这段代码。可以看到两边的输出情 况如下:/服务端:Server is running .Start Listening ./Z客户端:Client Running .Server Connected! 127.0.0.1:4761 127.0.0.1:8500我们看到客户端使用的端口号为4761,上面已经说过,这个端口号是山.NET随机选 取的,并不需要我们来设置,并且每次运行时,这个端口号都不同。再次打开“命令提示 符”,输入“netstat -a”，可以

22、看到下面的输出:TCPjimmy:85000.0.0.0:0LISTENINGTCPjimmy:8500localhost:4761ESTABLISHETCPj immy:47 61localhost:8500ESTABLISHED从这里我们可以得出几个重要信息:1、端口 8500和端口 4761建立了连接，这个 4761端口便是客户端用来与服务端进行通信的端口; 2、8500端口在与客户端建立起一个 连接后,仍然继续保持在监听状态。这也就是说个端口可以与多个远程端口建立通信, 这是显然的,大家众所周之的HTTP使用的默认端口为80,但是个Web服务器要通过这 个端口与多少个浏览器通信啊2 .

23、 2多个客户端与服务端连接那么既然个服务器端口可以应对多个客户端连接,那么接下来我们就看一下,如何 让多个客户端与服务端连接。如同我们上面所说的,个TcpClient就是个Socket,所 以我们只要创建多个TcpClient,然后再调用Connect。方法就可以了:class Client static void Main(string args) Console.WriteLine(HClient Running .); TcpClient client;for (int i = 0; i = 2; i+) try client = new TcpClient();/与服务client.C

24、onnect(localhost ”， 8500);器连接 catch (Exception ex) Console.WriteLine(ex.Message);return;)/Z打印连接到的服务端信息Console . WriteLine ( HServer Connected! 0 一一 1 * rclient.Client.LocalEndPoint,client.Client.RemoteEndPoint);/按Q退出上面代码最市:要的就是client = new TcpClient ()这句,如果你将这个声明放到循环 外面,再循环的第二趟就会发生异常,原因很显然:一个TcpClie

25、nt对象对应个Socket, 个Socket对应着个端口,如果不使用new操作符重新创建对象,那么就相当于使用 个已经与服务端建立了连接的端口再次与远程建立连接,此时，如果在“命令提示符运行“netstat -a”,则会看到类似下面的的输出:TCPjinuny: 85000.0.0.0 : 0LISTENINGTCPjimmy:8500localhost:10282ESTABLISHEDTCPjimmy:8500localhost:10283ESTABLISHEDTCPjimmy:8500localhost:10284ESTABLISHEDTCPjimmy:10282localhost:850

26、0ESTABLISHEDTCPjimmy:10283localhost:8500ESTABLISHEDTCPjimmy:10284localhost:8500ESTABLISHED可以看到创建了三个连接对,并且8500端口持续保持侦听状态,从这里以及上面我们可以推断出TcpListener的Start ()方法是个异步方法。3 .服务端获取客户端连接3.1 获取单客户端连接上面服务端、客户端的代码已经建立起了连接,这通过使用“netstat -a”命令,从 端U的状态可以看出来，但这是操作系统告诉我们的。那么我们现在需要知道的就是:服 务端的程序如何知道已经与一个客户端建立起了连接?服务器端开

27、始侦听以后，可以在TcpListener实例上调用AcceptTcpClient()来获取 与一一个客户端的连接，它返回个TcpClient类型实例。此时它所包装的是由服务端去往 客户端的Socket,而我们在客户端创建的TcpClient则是由客户端去往服务端的。这个方 法是个同步方法(或者叫阻断方法，block method).意思就是说，当程序调用它以后, 它会一直等待某个客户端连接，然后会返回,否则就会一直等下去。这样的话，在调用 它以后，除非得到个客户端连接,不然不会执行接下来的代码。个很好的类比就是 Console. ReadLineO方法，它读取输入在控制台中的一行字符串，如果有

28、输入,就继续执 行下面代码;如果没有输入，就会一直等待下去。class Server static void Main(string args) Console.WriteLine(wServer is running . n);IPAddress ip = new IPAddress (new byte 127, 0f , 1 ); TcpListener listener = new TcpListener(ip, 8500);listener. Start () ;/Z 开始贞听Console.WriteLine(MStart ListeningI!获取个连接,中断方法TcpClient

29、 remoteClient = listener.AcceptTcpClient();/Z打印连接到的客户端信息Console.WriteLine(MClient Connected! 0 1zclient.Client.LocalEndPointzclient.Client.RemoteEndPoint);按Q退出此时,服务端、客户端的输出分别为:/Z服务端Server is running .Start Listening .Client Connected! 127.0.0.1:8500 127.0.0.1:85003. 2获取多个客户端连接现在我们再接着考虑,如果有多个客户端发动对服务

30、器端的连接会怎么样,为了避免 你将浏览器向上滚动,来查看上面的代码，我将它拷贝了下来，我们先看下客户端的关键 代码:TcpClient client;for (int i = 0; i 1”， client.Client.LocalEndPoint tclient.Client.RemoteEndPoint);如果服务端代码不变,我们先运行服务端,再运行客户端,那么接下来会看到这样的 输出:/Z服务端Server is running .Start Listening .Client Connected! 127.0.0.1:8500 127.0.0.1:8500Server Connecte

31、d! 127.0.0.1:5227 - 127.0.0.1:8500Server Connected! 127.0.0.1:5228 - 127.0.0.1:8500就又回到了本章第2. 2小节“多个客户端与服务端连接”中的处境:尽管有三个客户 端连接到了服务端,但是服务端程序只接收到了一个。这是因为服务端只调用了一次 listener. AcceptTcpClient () 而它只对应个连往客户端的Socket。但是操作系统是知 道连接已经建立了的，只是我们程序中没有处理到，所以我们当我们输入“netstat -a” 时，仍然会看到3对连接都已经建立成功。为了能够接收到三个客户端的连接,我们

32、只要对服务端稍稍进行下修改,将 AcceptTcpClient方法放入个do/while循环中就可以了：Console . WriteLine (*Start Listeningwhile (true) /Z获取个连接,同步方法TcpClient remoteClient = listener.AcceptTcpClient ;/Z打印连接到的客户端信息Console.WriteLine(Client Connected! 0 - 1”， remoteClient.Client.LocalEndPoint,remoteClient.Client.RemoteEndPoint);)这样看上去是个

33、死循环,但是并不会让你的机器系统资源迅速耗尽。因为前面已经 说过了,AcceptTcpClient。再没有收到客户端的连接之前,是不会继续执行的,它的大部 分时间都在等待。另外,服务端几乎总是要保持在运行状态，所以这样做并无不可，还可 以省去“按Q退出”那段代码。此时再运行代码，会看到服务端可以收到3个客户端的连 接了。Server is running .Start Listening .Client Connected! 127.0.0.1:8500 - 127.0.0.1:5305Client Connected! 127.0.0.1:8500 127.0.0.1:5306Client

34、Connected! 127.0.0.1:8500 - 127.0.0.1:5307本篇文章到此就结束了，接来篇我们来看看如何在服务端与客户端之间收发数据。C#网络编程(同步传输字符串)-Part.2服务端客户端通信在与服务端的连接建立以后,我们就可以通过此连接来发送和接收数据。端口与端口 之间以流(Stream)的形式传输数据,因为几乎任何対象都可以保存到流中,所以实际上 可以在客户端与服务端之间传输任何类型的数据。对客户端来说，往流中写入数据，即为 向服务器传送数据;从流中读取数据，即为从服务端接收数据。対服务端来说,往流中写 入数据，即为向客户端发送数据;从流中读取数据,即为从客户端接收

35、数据。同步传输字符串我们现在考虑这样个任务;客户端打印串字符串,然后发往服务端，服务端先输 出它,然后将它改为大写,再回发到客户端，客户端接收到以后,最后再次打印一遍它。 我们将它分为两部分:1、客户端发送,服务端接收并输出；2、服务端回发，客户端接收 并输出。1 .客户端发送,服务端接收并输出1.1 服务端程序我们可以在TcpClient上调用GetStreamO方法来获得连接到远程计算机的流。注意 这里我用了远程这个词,当在客户端调用时，它得到连接服务端的流；当在服务端调用时, 它获得连接客户端的流。接来我们来看一下代码，我们先看服务端(注意这里没有使用 do/while 循环)：clas

36、s Server static void Main(string args) const int BufferSize = 8192;/ 缓存大小,8192 字节Console.WriteLine(HServer is running . n);IPAddress ip = new IPAddress(new byte 127, 0, 0, 1 )； TcpListener listener = new TcpListener(ipr 8500);listener.Start();/Z开始侦听Console .WriteLine (MStart Listening/获取个连接,中断方法TcpC

37、l：ent remoteClient = listener.AcceptTcpClient ;/Z打印连接到的客户端信息Console.WriteLine(Client Connected! 0 0);buffer = msStream.GetBuffer();string msg = Encoding.Unicode.GetString(buffer);这里我没有使用这种方法,个是因为不想关注在太多的细节上面,个是因为对于 字符串来说，8192字节已经很多了，我们通常不会传递这么多的文本。当使用Unicode编 码时，8192字节可以保存4096个汉字和英文字符。使用不同的编码方式，占用的字

38、节数 有很大的差异，在本文最后面,有一段小程序，可以用来测试Unicode、UTF8、ASCII三种 常用编码方式对字符串编码时，占用的字节数大小。现在对客户端不做任何修改，然后运行先运行服务端，再运行客户端。结果我们会发 现这样件事:服务端再打印完Client Connected! 127.0.0.1:8500 1nz client.Client.LocalEndPoint,client.Client.RemoteEndPoint);string msg = n Welcome To TraceFact.Net *;Networkstream streamToServer = client.GetStream();byte buffer = Encoding.Unicode.GetBytes(msg); /Z 获 得缓存streamToServer.Write(buffer, , buffer.Length); /Z 发 往服务器Console.WriteLine(Sent: 0 , msg);/按Q退出现在再次运行程序,得到的输出为:/Z服务端Server