C# Socket 編程詳解

Microsoft.Net Framework為應用程序訪問Internet提供了分層的、可擴展的以及受管轄的網絡服務，其名字空間System.Net和 System.Net.Sockets包含豐富的類可以開發多種網絡應用程序。.Net類采用的分層結構允許應用程序在不同的控制級別上訪問網絡，開發人員可以根據需要選擇針對不同的級別編制程序，這些級別幾乎囊括了Internet的所有需要--從socket套接字到普通的請求/響應，更重要的是，這種分層是可以擴展的，能夠適應Internet不斷擴展的需要。?
???
??拋開ISO/OSI模型的7層構架，單從TCP/IP模型上的邏輯層面上看，.Net類可以視為包含3個層次：請求/響應層、應用協議層、傳輸層。 WebReqeust和WebResponse 代表了請求/響應層，支持Http、Tcp和Udp的類組成了應用協議層，而Socket類處于傳輸層。可以如下示意：??
?

可見，傳輸層位于這個結構的最底層，當其上面的應用協議層和請求/響應層不能滿足應用程序的特殊需要時，就需要使用這一層進行Socket套接字編程。?
???
??而在.Net中，System.Net.Sockets 命名空間為需要嚴密控制網絡訪問的開發人員提供了 Windows Sockets (Winsock) 接口的托管實現。System.Net 命名空間中的所有其他網絡訪問類都建立在該套接字Socket實現之上，如TCPClient、TCPListener 和 UDPClient 類封裝有關創建到 Internet 的 TCP 和 UDP 連接的詳細信息；NetworkStream類則提供用于網絡訪問的基礎數據流等，常見的許多Internet服務都可以見到Socket的蹤影，如 Telnet、Http、Email、Echo等，這些服務盡管通訊協議Protocol的定義不同，但是其基礎的傳輸都是采用的Socket。?
???
??其實，Socket可以象流Stream一樣被視為一個數據通道，這個通道架設在應用程序端（客戶端）和遠程服務器端之間，而后，數據的讀取（接收）和寫入（發送）均針對這個通道來進行。?

??可見，在應用程序端或者服務器端創建了Socket對象之后，就可以使用Send/SentTo方法將數據發送到連接的Socket,

或者使用Receive/ReceiveFrom方法接收來自連接Socket的數據；?
???
??針對Socket編程，.NET 框架的 Socket 類是 Winsock32 API 提供的套接字服務的托管代碼版本。其中為實現網絡編程提供了大量的方法，大多數情況下，Socket 類方法只是將數據封送到它們的本機 Win32 副本中并處理任何必要的安全檢查。如果你熟悉Winsock API函數，那么用Socket類編寫網絡程序會非常容易，當然，如果你不曾接觸過，也不會太困難，跟隨下面的解說，你會發覺使用Socket類開發 windows 網絡應用程序原來有規可尋，它們在大多數情況下遵循大致相同的步驟。?
???
??在使用之前，你需要首先創建Socket對象的實例，這可以通過Socket類的構造方法來實現：?

public?Socket(AddressFamily?addressFamily, ?SocketType?socketType, ?ProtocolType?protocolType);?

??其中，

AddressFamily 參數指定 Socket 使用的尋址方案，

socketType 參數指定 Socket 的類型，

protocolType 參數指定 Socket 使用的協議。?
???
??下面的示例語句創建一個 Socket，它可用于在基于 TCP/IP 的網絡（如 Internet）上通訊。?

Socket?s?=?new?Socket(AddressFamily.InterNetwork,?SocketType.Stream,?ProtocolType.Tcp);?

??若要使用 UDP 而不是 TCP，需要更改協議類型，如下面的示例所示：?

Socket?s?=?new?Socket(AddressFamily.InterNetwork,?SocketType.Dgram,?ProtocolType.Udp);?

??一旦創建 Socket，在客戶端，你將可以通過Connect方法連接到指定的服務器，并通過Send/SendTo方法向遠程服務器發送數據，而后可以通過 Receive/ReceiveFrom從服務端接收數據；

而在服務器端，你需要使用Bind方法綁定所指定的接口使Socket與一個本地終結點相聯，并通過Listen方法偵聽該接口上的請求，當偵聽到用戶端的連接時，調用Accept完成連接的操作，創建新的Socket以處理傳入的連接請求。使用完 Socket 后，記住使用 Shutdown 方法禁用 Socket，并使用 Close 方法關閉 Socket。其間用到的方法/函數有：?

? Socket.Connect方法:建立到遠程設備的連接?
 ??public?void?Connect(EndPoint?remoteEP)（有重載方法）?

 ??Socket.Send?方法:從數據中的指示位置開始將數據發送到連接的?Socket。?
 ??public?int?Send(byte[],?int,?SocketFlags);(有重載方法)?

 ??Socket.SendTo?方法?將數據發送到特定終結點。?
 ??public?int?SendTo(byte[],?EndPoint);（有重載方法）?

 ??Socket.Receive方法:將數據從連接的?Socket?接收到接收緩沖區的特定位置。?
 ??public?int?Receive(byte[],int,SocketFlags);?

 ??Socket.ReceiveFrom方法：接收數據緩沖區中特定位置的數據并存儲終結點。?
 ??public?int?ReceiveFrom(byte[],?int,?SocketFlags,?ref?EndPoint);?

 ??Socket.Bind?方法：使?Socket?與一個本地終結點相關聯： //Bind :捆綁
 ??public?void?Bind(?EndPoint?localEP?);?

 ??Socket.Listen方法：將?Socket?置于偵聽狀態。?
 ??public?void?Listen(?int?backlog?);?

 ??Socket.Accept方法:創建新的?Socket?以處理傳入的連接請求。?
 ??public?Socket?Accept();?

 ??Socket.Shutdown方法:禁用某?Socket?上的發送和接收?
 ??public?void?Shutdown(?SocketShutdown?how?);?

 ??Socket.Close方法:強制?Socket?連接關閉?
 ??public?void?Close();?

??可以看出，以上許多方法包含EndPoint類型的參數，在Internet中，TCP/IP 使用一個網絡地址和一個服務端口號來唯一標識設備。網絡地址標識網絡上的特定設備；端口號標識要連接到的該設備上的特定服務。網絡地址和服務端口的組合稱為終結點，在 .NET 框架中正是由 EndPoint 類表示這個終結點，它提供表示網絡資源或服務的抽象，用以標志網絡地址等信息。.Net同時也為每個受支持的地址族定義了 EndPoint 的子代；對于 IP 地址族，該類為 IPEndPoint。IPEndPoint 類包含應用程序連接到主機上的服務所需的主機和端口信息，通過組合服務的主機IP地址和端口號，IPEndPoint 類形成到服務的連接點。?
???
??用到IPEndPoint類的時候就不可避免地涉及到計算機IP地址，.Net中有兩種類可以得到IP地址實例：?
???
??IPAddress類：IPAddress 類包含計算機在 IP 網絡上的地址。其Parse方法可將 IP 地址字符串轉換為 IPAddress 實例。下面的語句創建一個 IPAddress 實例：?

IPAddress?myIP?=?IPAddress.Parse("192.168.1.2");?

??Dns 類：向使用 TCP/IP Internet 服務的應用程序提供域名服務。其Resolve 方法查詢 DNS 服務器以將用戶友好的域名（如"host.contoso.com"）映射到數字形式的 Internet 地址（如 192.168.1.1）。Resolve方法返回一個 IPHostEnty 實例，該實例包含所請求名稱的地址和別名的列表。大多數情況下，可以使用 AddressList 數組中返回的第一個地址。下面的代碼獲取一個 IPAddress 實例，該實例包含服務器 host.contoso.com 的 IP 地址。?
???
??

IPHostEntry?ipHostInfo?=?Dns.Resolve("host.contoso.com");?
 IPAddress?ipAddress?=?ipHostInfo.AddressList[0];?

???
???
??你也可以使用GetHostName方法得到IPHostEntry實例：?
???
??

IPHosntEntry?hostInfo=Dns.GetHostByName("host.contoso.com")?

???
???
??在使用以上方法時，你將可能需要處理以下幾種異常：?
???
??

? SocketException異常：訪問Socket時操作系統發生錯誤引發?
 ???
 ??ArgumentNullException異常：參數為空引用引發?
 ???
 ??ObjectDisposedException異常：Socket已經關閉引發?

???
??在掌握上面得知識后，下面的代碼將該服務器主機（ host.contoso.com的 IP 地址與端口號組合，以便為連接創建遠程終結點：?
???
??

IPEndPoint?ipe?=?new?IPEndPoint(ipAddress,11000);?

???
??確定了遠程設備的地址并選擇了用于連接的端口后，應用程序可以嘗試建立與遠程設備的連接。下面的示例使用現有的 IPEndPoint 實例與遠程設備連接，并捕獲可能引發的異常：?
???

??try?{?
 ???s.Connect(ipe);//嘗試連接?
 ??}?
 ??//處理參數為空引用異常?
 ???catch(ArgumentNullException?ae)?{?
 ???Console.WriteLine("ArgumentNullException?:?{0}",?ae.ToString());?
 ??}?
 ??//處理操作系統異常?
 ???catch(SocketException?se)?{?
 ???Console.WriteLine("SocketException?:?{0}",?se.ToString());?
 ??}?
 ???catch(Exception?e)?{?
 ???Console.WriteLine("Unexpected?exception?:?{0}",?e.ToString());?
 ??}?
 ???

???
??需要知道的是：Socket 類支持兩種基本模式：同步和異步。其區別在于：在同步模式中，對執行網絡操作的函數（如 Send 和 Receive）的調用一直等到操作完成后才將控制返回給調用程序。在異步模式中，這些調用立即返回。?
???
??另外，很多時候，Socket編程視情況不同需要在客戶端和服務器端分別予以實現，在客戶端編制應用程序向服務端指定端口發送請求，同時編制服務端應用程序處理該請求，這個過程在上面的闡述中已經提及；當然，并非所有的Socket編程都需要你嚴格編寫這兩端程序；視應用情況不同，你可以在客戶端構造出請求字符串，服務器相應端口捕獲這個請求，交由其公用服務程序進行處理。以下事例語句中的字符串就向遠程主機提出頁面請求：?
???
??

string?Get?=?"GET?/?HTTP/1.1\r\nHost:?"?+?server?+?"\r\nConnection:?Close\r\n\r\n";?

???
???
??遠程主機指定端口接受到這一請求后，就可利用其公用服務程序進行處理而不需要另行編制服務器端應用程序。?
???
??綜合運用以上闡述的使用Visual C#進行Socket網絡程序開發的知識，下面的程序段完整地實現了Web頁面下載功能。用戶只需在窗體上輸入遠程主機名（Dns 主機名或以點分隔的四部分表示法格式的 IP 地址）和預保存的本地文件名，并利用專門提供Http服務的80端口，就可以獲取遠程主機頁面并保存在本地機指定文件中。如果保存格式是.htm格式，你就可以在Internet瀏覽器中打開該頁面。適當添加代碼，你甚至可以實現一個簡單的瀏覽器程序。??
??

實現此功能的主要源代碼如下：?
???
?

?//"開始"按鈕事件
 ??private?void?button1_Click(object?sender,?System.EventArgs?e)?{
 ???//取得預保存的文件名
 ???string?fileName=textBox3.Text.Trim();
 ???//遠程主機
 ???string?hostName=textBox1.Text.Trim();
 ???//端口
 ???int?port=Int32.Parse(textBox2.Text.Trim());
 ???//得到主機信息
 ???IPHostEntry?ipInfo=Dns.GetHostByName(hostName);
 ???//取得IPAddress[]
 ???IPAddress[]?ipAddr=ipInfo.AddressList;
 ???//得到ip
 ???IPAddress?ip=ipAddr[0];
 ???//組合出遠程終結點
 ???IPEndPoint?hostEP=new?IPEndPoint(ip,port);
 ???//創建Socket?實例
 ???Socket?socket=new?Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);
 ???try
 ???{
 ???//嘗試連接
 ???socket.Connect(hostEP);
 ???}
 ???catch(Exception?se)
 ???{
 ???MessageBox.Show("連接錯誤"+se.Message,"提示信息
 ???,MessageBoxButtons.RetryCancel,MessageBoxIcon.Information);
 ??}
 ??//發送給遠程主機的請求內容串
 ??string?sendStr="GET?/?HTTP/1.1\r\nHost:?"?+?hostName?+
 ??"\r\nConnection:?Close\r\n\r\n";
 ???//創建bytes字節數組以轉換發送串
 ???byte[]?bytesSendStr=new?byte[1024];
 ???//將發送內容字符串轉換成字節byte數組
 ???bytesSendStr=Encoding.ASCII.GetBytes(sendStr);
 ??try
 ??{
 ??//向主機發送請求
 ??socket.Send(bytesSendStr,bytesSendStr.Length,0);
 ??}
 ??catch(Exception?ce)
 ???{
 ???MessageBox.Show("發送錯誤:"+ce.Message,"提示信息
 ???,MessageBoxButtons.RetryCancel,MessageBoxIcon.Information);
 ???}
 ???//聲明接收返回內容的字符串
 ???string?recvStr="";
 ???//聲明字節數組，一次接收數據的長度為1024字節
 ???byte[]?recvBytes=new?byte[1024];
 ???//返回實際接收內容的字節數
 ???int?bytes=0;
 ??//循環讀取，直到接收完所有數據
 ??while(true)
 ??{
 ??bytes=socket.Receive(recvBytes,recvBytes.Length,0);
 ??//讀取完成后退出循環
 ??if(bytes<=0)
 ??break;
 ??//將讀取的字節數轉換為字符串
 ??recvStr+=Encoding.ASCII.GetString(recvBytes,0,bytes);
 ??}
 ??//將所讀取的字符串轉換為字節數組
 ??byte[]?content=Encoding.ASCII.GetBytes(recvStr);
 ???try
 ???{
 ???//創建文件流對象實例
 ???FileStream?fs=new?FileStream(fileName,FileMode.OpenOrCreate,FileAccess.ReadWrite);
 ??//寫入文件
 ??fs.Write(content,0,content.Length);
 ??}
 ??catch(Exception?fe)
 ???{
 ???MessageBox.Show("文件創建/寫入錯誤:"+fe.Message,"提示信息",MessageBoxButtons.RetryCancel,MessageBoxIcon.Information);
 ???}
 ???//禁用Socket
 ???socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
 ???//關閉Socket
 ???socket.Close();
 ???}
 ???}
 ???
 

???
??程序在WindowsXP中文版、.Net Frameworkd 中文正式版、Visual Studio.Net中文正式版下調試通過?

C#的Socket程序（TCP）

其實只要用到Socket聯接，基本上就得使用Thread，是交叉使用的。
C#封裝的Socket用法基本上不算很復雜，只是不知道托管之后的Socket有沒有其他性能或者安全上的問題。
在C#里面能找到的最底層的操作也就是socket了，概念不做解釋。
程序模型如下：
WinForm程序：啟動端口偵聽；監視Socket聯接情況；定期關閉不活動的聯接；
Listener：處理Socket的Accept函數，偵聽新鏈接，建立新Thread來處理這些聯接（Connection）。
Connection：處理具體的每一個聯接的會話。

1：WinForm如何啟動一個新的線程來啟動Listener：
???????

//start?the?server
 ????????private?void?btn_startServer_Click(object?sender,?EventArgs?e)
 ????????{
 ????????????//this.btn_startServer.Enabled?=?false;
 ????????????Thread?_createServer?=?new?Thread(new?ThreadStart(WaitForConnect));
 ????????????_createServer.Start();
 ????????}
 ????????//wait?all?connections
 ????????private?void?WaitForConnect()
 ????????{
 ????????????SocketListener?listener?=?new?SocketListener(Convert.ToInt32(this.txt_port.Text));
 ?????????????listener.StartListening();
 ????????}

因為偵聽聯接是一個循環等待的函數，所以不可能在WinForm的線程里面直接執行，不然Winform也就是無法繼續任何操作了，所以才指定一個新的線程來執行這個函數，啟動偵聽循環。
這一個新的線程是比較簡單的，基本上沒有啟動的參數，直接指定處理函數就可以了。
2：Listener如何啟動循環偵聽，并且啟動新的帶有參數的線程來處理Socket聯接會話。
先看如何建立偵聽：（StartListening函數）

IPEndPoint?localEndPoint?=?new?IPEndPoint(_ipAddress,?_port);
 ????????//?Create?a?TCP/IP?socket.
 ????????Socket?listener?=?new?Socket(AddressFamily.InterNetwork,?SocketType.Stream,?ProtocolType.Tcp);
 ????????????//?Bind?the?socket?to?the?local?endpoint?and??listen?for?incoming?connections.
 ????????????try
 ????????????{
 ????????????????listener.Bind(localEndPoint);
 ????????????????listener.Listen(20);//20?trucks
 
 ????????????????//?Start?listening?for?connections.
 ????????????????while?(true)
 ????????????????{
 ???????????????????//?here?will?be?suspended?while?waiting?for?a?new?connection.
 ????????????????????Socket?connection?=?listener.Accept();
 ????????????????????Logger.Log("Connect",?connection.RemoteEndPoint.ToString());//log?it,?new?connection
 ????????????????……
 ???????????}
 ?????????}……

基本步驟比較簡單：
建立本機的IPEndPoint對象，表示以本機為服務器，在指定端口偵聽；
然后綁定到一個偵聽Socket上；
進入while循環，等待新的聯接；
如果有新的聯接，那么建立新的socket來對應這個聯接的會話。
?? 值得注意的就是這一句聯接代碼：listener.Accept()。執行這一句的時候，程序就在這個地方等待，直到有新的聯檢請求的時候程序才會執行下一句。這是同步執行，當然也可以異步執行。
??
?? 新的聯接Socket建立了（Accept之后），對于這些新的socket該怎么辦呢？他們依然是一個循環等待，所以依然需要建立新的Thread給這些Socket去處理會話（接收/發送消息），而這個Thread就要接收參數了。
?? Thread本身是不能接收參數的，為了讓它可以接收參數，可以采用定義新類，添加參數作為屬性的方法來解決。
?? 因為每一個Socket是一個Connection周期，所以我定義了這么一個類public class Connection。這個類至少有這樣一個構造函數public Connection(Socket socket); 之所以這么做，就是為了把Socket參數傳給這個Connection對象，然后好讓Listener啟動這個Thread的時候，Thread可以知道他正在處理哪一個Socket。
??? 具體處理的方法：（在Listener的StartListening函數，ocket connection = listener.Accept();之后）
???

Connection?gpsCn?=?new?Connection(connection);
 ????????????????????//each?socket?will?be?wait?for?data.?keep?the?connection.
 ????????????????????Thread?thread?=?new?Thread(new?ThreadStart(gpsCn.WaitForSendData));
 ????????????????????thread.Name?=?connection.RemoteEndPoint.ToString();
 ????????????????????thread.Start();

?如此一來，這個新的socket在Accept之后就在新的Thread中運行了。
?? 3：Connection的會話處理
?? 建立了新的Connection（也就是socket），遠程就可以和這個socket進行會話了，無非就是send和receive。
?? 現在先看看怎么寫的這個線程運行的Connection. WaitForSendData函數
???

while?(true)
 ????????????{
 ????????????????bytes?=?new?byte[1024];
 ????????????????string?data?=?"";
 ????????????????//systm?will?be?waiting?the?msg?of?receive?envet.?like?Accept();
 ????????????????//here?will?be?suspended?while?waiting?for?socket?income?msg.
 ????????????????int?bytesRec?=?this._connection.Receive(bytes);
 ????????????????_lastConnectTime?=?DateTime.Now;
 ????????????????if?(bytesRec?==?0)//close?envent
 ????????????????{
 ????????????????????Logger.Log("Close?Connection",?_connection.RemoteEndPoint.ToString());
 ????????????????????break;
 ????????????????}
 ????????????????data?+=?Encoding.ASCII.GetString(bytes,?0,?bytesRec);
 ????????????????//…….handle?your?data.
 ?????????????}

可以看到這個處理的基本步驟如下：
?? 執行Receive函數，接收遠程socket發送的信息；
?? 把信息從字節轉換到string；
?? 處理該信息，然后進入下一個循環，繼續等待socket發送新的信息。
值得注意的有幾個：
?? 1：Receive函數。這個函數和Listener的Accept函數類似。在這個地方等待執行，如果沒有新的消息，這個函數就不會執行下一句，一直等待。
?? 2：接收的是字節流，需要轉化成字符串
?? 3：判斷遠程關閉聯接的方式
?? 4：如果對方的消息非常大，還得循環接收這個data。
4：如何管理這些聯接（thread）?
通過上邊的程序，基本上可以建立一個偵聽，并且處理聯接會話。但是如何管理這些thread呢？不然大量產生thread可是一個災難。
管理的方法比較簡單，在Listener里面我定義了一個靜態的哈希表(static public Hashtable Connections=new Hashtable();)，存儲Connection實例和它對應的Thread實例。而connection中也加入了一個最后聯接時間的定義（private DateTime _lastConnectTime;）。在新鏈接建立的時候（Listener的Accept()之后）就把Connection實例和Thread實例存到哈希表中；在Connection的Receive的時候修改最后聯接時間。這樣我們就可以知道該Connection在哪里，并且會話是否活躍。
然后在Winform程序里頭可以管理這些會話了，設置設置超時。