c#网络编程.docx
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c#网络编程.docx
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c#网络编程
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“It'safinedaytoday”发给进程B,它首先要建立连接。
在这一过程中,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回复一个“hello”,进程A随后才发送实际的数据“It'safinedaytoday”。
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(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,意思是说一个TCP连接总是两者之间的,在发送中,通过一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相关的最重要的一个概念就是套接字。
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,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一个小口,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OK了。
可以用下面这两幅图来表示它:
注意在上面图中,两个主机是对等的,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。
可以看出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,一个是本地地址,一个是远程地址。
这里又出现了了一个名词端口。
一般来说我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。
将端口分配给一个应用程序,那么来自这个端口的数据则总是针对这个应用程序的。
有这样一个很好的例子:
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提供了两个类将对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:
从上面图中可以看出TcpClient和TcpListener对套接字进行了封装。
从中也可以看出,TcpListener位于接收流的位置,TcpClient位于输出流的位置(实际上TcpListener在收到一个请求后,就创建了TcpClient,而它本身则持续处于侦听状态,收发数据都可以由TcpClient完成。
这个图有点不够准确,而我暂时没有想到更好的画法,后面看到代码时会更加清楚一些)。
我们考虑这样一种情况:
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
实现一个网络聊天程序本应是最后一篇文章的内容,也是本系列最后的一个程序,来作为一个终结。
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)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协议进行一个广播(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一个应答,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C#编写简单的聊天程序这篇文章中,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口的侦听状态,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一种,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-->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,大大地简化了开发。
而对于一些较大的文件,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B。
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,开始下一阶段――漫长的编码。
基本操作
1.服务端对端口进行侦听
接下来我们开始编写一些实际的代码,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; ..");
IPAddressip=newIPAddress(newbyte[]{127,0,0,1});
TcpListenerlistener=newTcpListener(ip,8500);
(); .");
("\n\n输入\"Q\"键退出。
");
ConsoleKeykey;
do{
key=(true).Key;
}while(key!
=;
}
}
ddressList[0];
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8500端口,看到它的状态是LISTENING,这说明它已经开始了侦听:
TCP jimmy:
1030 0.0.0.0:
0 LISTENING
TCP jimmy:
3603 LISTENING
TCP jimmy:
8500 LISTENING
TCP jimmy:
netbios-ssn LISTENING
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()),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”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
单一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。
这一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一个端口号,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,就会向远程服务端发送一个连接请求(“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。
创建一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:
classClient{
staticvoidMain(string[]args){
("ClientRunning...");
TcpClientclient=newTcpClient();
try{
("localhost",8500); .
StartListening...
.
ServerConnected!
-->我们看到客户端使用的端口号为4761,上面已经说过,这个端口号是由.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”,可以看到下面的输出:
TCP jimmy:
8500 0.0.0.0:
0 LISTENING
TCP jimmy:
8500 localhost:
4761 ESTABLISHED
TCP jimmy:
4761 localhost:
8500 ESTABLISHED
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。
这也就是说一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,但是一个Web服务器要通过这个端口与多少个浏览器通信啊。
多个客户端与服务端连接
那么既然一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,一个TcpClient就是一个Socket,所以我们只要创建多个TcpClient,然后再调用Connect()方法就可以了:
classClient{
staticvoidMain(string[]args){
("ClientRunning...");
TcpClientclient;
for(inti=0;i<=2;i++){
try{
client=newTcpClient();
("localhost",8500); 0.0.0:
0 LISTENING
TCP jimmy:
8500 localhost:
10282 ESTABLISHED
TCP jimmy:
8500 localhost:
10283 ESTABLISHED
TCP jimmy:
8500 localhost:
10284 ESTABLISHED
TCP jimmy:
10282 localhost:
8500 ESTABLISHED
TCP jimmy:
10283 localhost:
8500 ESTABLISHED
TCP jimmy:
10284 localhost:
8500 ESTABLISHED
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()方法是一个异步方法。
3.服务端获取客户端连接
获取单一客户端连接
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,从端口的状态可以看出来,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
服务器端开始侦听以后,可以在TcpListener实例上调用AcceptTcpClient()来获取与一个客户端的连接,它返回一个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。
这个方法是一个同步方法(或者叫阻断方法,blockmethod),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,然后才会返回,否则就会一直等下去。
这样的话,在调用它以后,除非得到一个客户端连接,不然不会执行接下来的代码。
一个很好的类比就是()方法,它读取输入在控制台中的一行字符串,如果有输入,就继续执行下面代码;如果没有输入,就会一直等待下去。
classServer{
staticvoidMain(string[]args){
("Serverisrunning...");
IPAddressip=newIPAddress(newbyte[]{127,0,0,1});
TcpListenerlistener=newTcpListener(ip,8500);
(); .");
.");
TcpClientclient=newTcpClient();
try{
("localhost",8500); .
StartListening...
ClientConnected!
<--
.
ServerConnected!
-->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:
TcpClientclient;
for(inti=0;i<=2;i++){
try{
client=newTcpClient();
("localhost",8500); .
StartListening...
ClientConnected!
<--
.
ServerConnected!
-->
ServerConnected!
-->
ServerConnected!
-->就又回到了本章第小节“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(),而它只对应一个连往客户端的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,我们只要对服务端稍稍进行一下修改,将AcceptTcpClient方法放入一个do/while循环中就可以了:
("StartListening...");
while(true){
.
StartListening...
ClientConnected!
<--
ClientConnected!
<--
ClientConnected!
<--本篇文章到此就结束了,接下来一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)-
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,因为几乎任何对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。
对服务端来说,往流中写入数据,即为向客户端发送数据;从流中读取数据,即为从客户端接收数据。
同步传输字符串
我们现在考虑这样一个任务:
客户端打印一串字符串,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
服务端程序
我们可以在TcpClient上调用GetStream()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。
接下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):
classServer{
staticvoidMain(string[]args){
constintBufferSize=8192; .");
IPAddressip=newIPAddress(newbyte[]{127,0,0,1});
TcpListenerlistener=newTcpListener(ip,8500);
(); .");
.",bytesRead);
.”。
可见,与AcceptTcpClient()方法类似,这个Read()方法也是同步的,只有当客户端发送数据的时候,服务端才会读取数据、运行此方法,否则它便会一直等待。
客户端程序
接下来我们编写客户端向服务器发送字符串的代码,与服务端类似,它先获取连接服务器端的流,将字符串保存到buffer缓存中,再将缓存写入流,写入流这一过程,相当于将消息发往服务端。
classClient{
staticvoidMain(string[]args){
("ClientRunning...");
TcpClientclient;
try{
client=newTcpClient();
("localhost",8500); .
StartListening...
ClientConnected!
<--
Readingdata,52bytes...
Received:
"WelcomeTo"
输入"Q"键退出。
.
ServerConnected!
-->
Sent:
"WelcomeTo"
输入"Q"键退出。
再继续进行之前,我们假设客户端可以发送多条消息,而服务端要不断的接收来自客户端发送的消息,但是上面的代码只能接收客户端发来的一条消息,因为它已经输出了“输入Q键退出”,说明程序已经执行完毕,无法再进行任何动作。
此时如果我们再开启一个客户端,那么出现的情况是:
客户端可以与服务器建立连接,也就是netstat-a显示为ESTABLISHED,这是操作系统所知道的;但是由于服务端的程序已经执行到了最后一步,只能输入Q键退出,无法再采取任何的动作。
回想一个上面我们需要一个服务器对应多个客户端时,对AcceptTcpClient()方法的处理办法,将它放在了do/while循环中;类似地,当我们需要一个服务端对同一个客户端的多次请求服务时,可以将Read()方法放入到do/while循环中。
现在,我们大致可以得出这样几个结论:
如果不使用do/while循环
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