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Socket网络编程总结

时间:2020-08-31 15:56:00      阅读:58      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

一、前言

  之前接触过Socket编程技术,在工作中有时也用到这块一技术,但一直都没有对其进行一个深层次的剖析与总结,以至于当再次遇到Socket时,还是讲不清楚,道不明白。究其原因,还是自己对自己的知识体系缺乏归纳与总结,总是停留在一只半解的层面,这也是很多人学习者的通病。为了对这块知识点能有一个更深的理解,我打算对这块知识点进行一下全面细致梳理与总结,话不多说,接下来就让我们以期进入Socket的编程世界吧。

二、Socket通信原理

  在介绍Socket通信原理之前,有必要先了解一下TCP/IP网络通信协议族,TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)即传输控制协议/网际协议, 但其并不仅仅指的是TCP 和IP两个协议,而是指一个由FTP(文件传输协议)、SMTP(电子邮件发送协议)、TCP、UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)IP等协议构成的协议簇, 只是因为TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性,所以被称为TCP/IP协议。这些协议定义了计算机如何连接因特网,以及数据在它们之间传输的标准。关于TCP/IP的层次模型,博客园里这位园友对其进行了比较详细的总结(他的博客地址:https://www.cnblogs.com/BlueTzar/articles/811160.html),在这里我就不在细述了,大家可以参考。如下图所示,这张图清楚地对这些协议之间的关系进行了说明:

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  通过上图,相信大家对TCP/IP协议族的层次关系已经有了一个大致的了解。了解完TCP/IP协议的层次关系模型,那么我们所要介绍的Socket究竟在什么地方呢?下面这张图为我们直观的展现了Socket的位置:

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  从上图我们可以看到,Socket其实就是应用层与TCP/IP协议族之间通信的中间软件抽象层,它是一组接口,在设计模式中,Socket其实就是一个门面模式,它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面,对用户来说,一组简单的接口就是全部,让Socket去组织数据,以符合指定的协议。

  那么,Socket是如何实现客户端与服务器端之间的通信的呢?要搞清楚这一点,就必须先得了解TCP是怎么实现通信的,下面这张图直观地展现了TCP的三次握手通信的过程:

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  参考TCP的三次握手连接原理,IT大牛总结出来Socket三次握手的连接的模型,如下图所示:

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   从上图我们看到,服务器端首先初始化一个Socket,然后与特定端口(port)进行绑定(Bind),并对这个特定端口进行监听(Listen),并调用Accept()接受连接,等待客户端的连接,此时如有客户端也初始化一个Socket,并开始连接服务器,如果建立连接,Accept()会返回,得到一个新的Socket套接字,此时客户端向服务器发送请求,服务器端接收到请求并开始处理请求,然后把回应的数据发送给客户端,客户端读取数据,读取完关闭连接,如此,客户端与服务器端的一次交互完成。

三、Socke相关操作函数

1、创建套接字──Socket()

  应用程序在使用套接字前,首先必须拥有一个套接字,系统调用Socket()向应用程序提供创建套接字的手段,其调用格式如下:

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

  调用要接收三个参数:AddressFamily、SocketType、ProtocolType。参数AddressFamily指定通信发生的区域:AF_UNIX、AF_INET、AF_NS等,而DOS、WINDOWS中仅支持AF_INET,它是网际网区域。因此,地址族与协议族相同。参数SocketType描述要建立的套接字的类型。这里分以下五种:

  (1)一是TCP流式套接字(SocketType.Stream):提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务,数据无差错、无重复地发送,且按发送顺序接收。内设流量控制,避免数据流超限;数据被看作是字节流,无长度限制。文件传送协议(FTP)即使用流式套接字。

  (2)数据报式套接字(SocketType.Dgram):提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送,不提供无错保证,数据可能丢失或重复,并且接收顺序混乱。网络文件系(NFS)使用数据报式套接字。

  (3)原始式套接字(SocketType.Raw):该接口允许对较低层协议,如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。

  (4)SocketType.Rdm: 支持无连接、面向消息、以可靠方式发送的消息,并保留数据中的消息边界。RDM(以可靠方式发送的消息)消息会依次到达不会重复。此外,如果消息丢失,将会通知发送方。如果使用Rdm 初始化 Socket,则在发送和接收数据之前无需建立远程主机连接。利用 Rdm可以与多个对方主机进行通信。

  (5)SocketType.Seqpacket:在网络上提供排序字节流的面向连接且可靠的双向传输。Seqpacket 不重复数据,它在数据流中保留边界。Seqpacket类型的 Socket 与单个对方主机通信,并且在通信开始之前需要建立远程主机连接。

  参数ProtocolType说明该套接字使用的特定协议,如果调用者不希望特别指定使用的协议,则置为0,使用默认的连接模式。根据这三个参数建立一个套接字,并将相应的资源分配给它,同时返回一个整型套接字号。因此,Socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。

2、指定本地地址──Bind()

  当一个套接字用Socket()创建后,存在一个名字空间(地址族),但它没有被命名。Bind()将套接字地址(包括本地主机地址和本地端口地址)与所创建的套接字号联系起来,即将名字赋予套接字,以指定本地址相关。其调用格式如下:

 var m_Ip = "172.16.42.168";
 int port=8899;
IPAddress IP
= IPAddress.Parse(m_Ip); s.Bind(new IPEndPoint(IP,port));

    其中Bind的参数实例化了一个用于指定地址和端口号的IPEndPoint的新实例。

 3、建立套接字连接──Connect()与Accept()

  这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立,其中Connect()用于建立连接,Accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。

  Connect()的调用格式如下:

  var m_Ip = "172.16.42.168";
  int port=8899;
  IPAddress IP = IPAddress.Parse(m_Ip);
  IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(IP, port);  
  s.Connect(ipe);

  其中参数为ipe,表示远程设备。

  由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中,并通过socket()调用与某个协议族相关。因此Bind()和Connect()无须协议作为参数。

  Accept()的调用格式如下:

 s.Accept();

  在做Accept()调用的参数前应该先调用过Listen()。调用Accept()后,服务器等待从编号为s的套接字上接受客户连接请求,而连接请求是由客户方的Connect()调用发出的。当有连接请求到达时,Accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址,并创建一个与s有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。

  四个套接字系统调用,Socket()、Bind()、Connect()、Accept(),可以完成一个完全五元相关的建立。Socket()指定五元组中的协议元,它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。Bind()指定五元组中的本地二元,即本地主机地址和端口号,其用法与是否面向连接有关:在服务器方,无论是否面向连接,均要调用Bind(),若采用面向连接,则可以不调用Bind(),而通过Connect()自动完成。若采用无连接,客户方必须使用Bind()以获得一个唯一的地址。

4、监听连接──Listen()

  此调用用于面向连接服务器,表明它愿意接收连接。Listen()需在Accept()之前调用,其调用格式如下:

s.Listen(backlog);

  其中backlog表示请求连接队列的最大长度,用于限制排队请求的个数。如果没有错误发生,Listen()返回0。Listen()在执行调用过程中可为没有调用过Bind()的套接字完成所必须的连接,并建立长度为backlog的请求连接队列。

  调用Listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用Socket()分配一个流套接字,且调用Bind()给Socket赋于一个名字之后调用,而且一定要在Accept()之前调用。

5、数据传输──Send()与Receive()

  当一个连接建立以后,就可以传输数据了。常用的系统调用有Send()和Receive()。

  Send()调用用于s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据,格式如下:

c.Send(buffer, size, socketFlags);         //发送信息

  参数buffer为System.Byte 类型的数组,它包含要发送的数据。size为要发送的字节数,socketFlags为指定传输控制方式,如是否发送带外数据等。

  Receive()调用用于Socket指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据,格式如下:

s.Receive(buffer,size,socketFlags);    //接收信息

  参数buffer指向接收输入数据缓冲区的指针,size为要接收的字节数。socketFlags为指定传输控制方式,如是否接收带外数据等。

6、关闭套接字──Close()

  Close()表示关闭 System.Net.Sockets.Socket 连接并释放所有关联的资源。

  Close()的调用方式:

s.Close();      //释放关联

四、Socket实例

  客户端Socket代码:

                IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, port);   //把ip和端口转化为IPEndPoint的实例
                string ipT = GetIP();
                //创建Socket并连接到服务器
                Socket c = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);   //  创建Socket
                CommonFuncs.wrError("Connecting...");
                c.Connect(ipe); //连接到服务器
                //向服务器发送信息
                byte[] bs = new byte[1024*64];  //缓存64KB
                bs = Encoding.ASCII.GetBytes(Msg);         //把字符串编码为字节
                CommonFuncs.wrError("Send message");
                c.Send(bs, bs.Length, 0);                  //发送信息
                //接受从服务器返回的信息
                string recvStr = "";
                byte[] recvBytes = new byte[1024*64];  //缓存64KB
                int bytes;
                //从服务器端接受返回信息【此处阻塞】
                bytes = c.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);
                recvStr += Encoding.ASCII.GetString(recvBytes, 0, bytes);
                CommonFuncs.wrError("client get message:" + recvStr);      //回显服务器的返回信息
                //一定记着用完Socket后要关闭
                c.Close();

  服务器端Socket代码:

                IPAddress IP = IPAddress.Parse(m_Ip);
                //创建socket对象(基于TCP的IPV4寻址流式传输方式)
                SocketGlb = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
                //服务端绑定IP、端口号
                SocketGlb.Bind(new IPEndPoint(IP, m_Port));

                //设定侦听请求(最多100个排队连接请求 )
                SocketGlb.Listen(100);
                //记录错误日志
                Logger.wrError("socket监听启动(端口:" + m_Port.ToString() + "、IP:" + m_Ip + ")");
                IPAddress IP = IPAddress.Parse(m_Ip);
                //创建socket对象(基于TCP的IPV4寻址流式传输方式)
                SocketGlb = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
                //服务端绑定IP、端口号
                SocketGlb.Bind(new IPEndPoint(IP, m_Port));

                //设定侦听请求(最多100个排队连接请求 )
                SocketGlb.Listen(100);
                //记录错误日志
                Logger.wrError("socket监听启动(端口:" + m_Port.ToString() + "、IP:" + m_Ip + ")");
                //接受到Client连接,为此连接建立新的Socket,并接受消息
                Socket temp = SocketGlb.Accept();   //为新建立的连接创建新的Socket
                Logger.wrError("建立连接");
                string recvStr = "";
                byte[] recvBytes = new byte[1024];
                int bytes;
                bytes = temp.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0); //从客户端接受消息
                recvStr += Encoding.ASCII.GetString(recvBytes, 0, bytes);

                //给Client端返回信息
                Logger.wrError("server get message:" + recvStr);    //把客户端传来的信息显示出来
                string sendStr = "ok!Client send message successful!";
                byte[] bs = Encoding.ASCII.GetBytes(sendStr);
                temp.Send(bs, bs.Length, 0);  //返回信息给客户端
                temp.Close();
                SocketGlb.Close();

参考文档:

1、https://blog.csdn.net/weixin_39634961/article/details/80236161

2、https://blog.csdn.net/pashanhu6402/article/details/96428887

Socket网络编程总结

原文:https://www.cnblogs.com/dzh01166311/p/13574279.html

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