C#開(kāi)發(fā)之Socket網(wǎng)絡(luò)編程TCP/IP層次模型、端口及報(bào)文等探討

2020-01-24 03:33:32

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供稿：網(wǎng)友

1、TCP/IP層次模型

當(dāng)然這里我們只討論重要的四層

01，應(yīng)用層(Application)：應(yīng)用層是個(gè)很廣泛的概念，有一些基本相同的系統(tǒng)級(jí)TCP/IP應(yīng)用以及應(yīng)用協(xié)議，也有許多的企業(yè)應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。http協(xié)議在應(yīng)用層運(yùn)行。

02，傳輸層(Tanspot)：傳輸層包括UDP和TCP，UDP幾乎不對(duì)報(bào)文進(jìn)行檢查，而TCP提供傳輸保證。

03，網(wǎng)絡(luò)層(Netwok):網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議由一系列協(xié)議組成，包括ICMP、IGMP、RIP、OSPF、IP(v4,v6)等。

04，鏈路層(Link):又稱為物理數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口層，負(fù)責(zé)報(bào)文傳輸。

然后我們來(lái)看下tcp層次模型圖

從上圖中可以看出，應(yīng)用程序在應(yīng)用層運(yùn)行，在傳輸層，在數(shù)據(jù)前加上了TCP頭，在

網(wǎng)絡(luò)層加上的IP頭，在數(shù)據(jù)鏈路層加上了幀。

2、端口

端口號(hào)范圍:0-65535，總共能表示65536個(gè)數(shù)。

按端口號(hào)可分為3大類

　　（1）公認(rèn)端口（WellKnownPorts）：從0到1023，它們緊密綁定（binding）于一些服務(wù)。通常這些端口的通訊明確表明了某種服務(wù)的協(xié)議。例如：80端口實(shí)際上總是HTTP通訊。

　　（2）注冊(cè)端口（RegisteredPorts）：從1024到49151。它們松散地綁定于一些服務(wù)。也就是說(shuō)有許多服務(wù)綁定于這些端口，這些端口同樣用于許多其它目的。例如：許多系統(tǒng)處理動(dòng)態(tài)端口從1024左右開(kāi)始。

　　（3）動(dòng)態(tài)和/或私有端口（Dynamicand/orPrivatePorts）：從49152到65535。理論上，不應(yīng)為服務(wù)分配這些端口。實(shí)際上，機(jī)器通常從1024起分配動(dòng)態(tài)端口。

3.TCP和UDP報(bào)文

下面一起來(lái)看下TCP和UDP的報(bào)文圖

從圖中我們可以看出TCP和UDP中都有校驗(yàn)和，但是在UDP報(bào)文中，一般不使用校驗(yàn)和，這樣可以加快數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋菙?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性可能會(huì)受到影響。換句話說(shuō)，Tcp協(xié)議都有校驗(yàn)和，為了保證傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.Socket

Socket包括Ip地址和端口號(hào)兩部分，程序通過(guò)Socket來(lái)通信，Socket相當(dāng)于操作系統(tǒng)的一個(gè)組件。Socket作為進(jìn)程之間通信機(jī)制，通常也稱作”套接字”，用于描述IP地址和端口號(hào)，是一個(gè)通信鏈的句柄。說(shuō)白了，就是兩個(gè)程序通信用的。

生活案例對(duì)比：

Socket之間的通信可以類比生活中打電話的案例。任何用戶在通話之前，首先要占有一部電話機(jī)，相當(dāng)于申請(qǐng)一個(gè)Socket，同時(shí)要知道對(duì)方的號(hào)碼，相當(dāng)于對(duì)方有一個(gè)固定的Socket，然后向?qū)Ψ綋芴?hào)呼叫，相當(dāng)于發(fā)出連接請(qǐng)求。假如對(duì)方在場(chǎng)并空閑，拿起電話話筒，雙方就可以進(jìn)行通話了。雙方的通話過(guò)程，是一方向電話機(jī)發(fā)出信號(hào)和對(duì)方從電話機(jī)接收信號(hào)的過(guò)程，相當(dāng)于向socket發(fā)送數(shù)據(jù)和從socket接收數(shù)據(jù)。通話結(jié)束后，一方掛起電話機(jī)，相當(dāng)于關(guān)閉socket，撤銷連接。

注意：Socket不僅可以在兩臺(tái)電腦之間通信，還可以在同一臺(tái)電腦上的兩個(gè)程序間通信。

4，端口進(jìn)階(深入)

通過(guò)IP地址確定了網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)電腦后，該電腦上可能提供很多提供服務(wù)的應(yīng)用，每一個(gè)應(yīng)用都對(duì)應(yīng)一個(gè)端口。

在Internet上有很多這樣的主機(jī)，這些主機(jī)一般運(yùn)行了多個(gè)服務(wù)軟件，同時(shí)提供幾種服務(wù)，每種服務(wù)都打開(kāi)一個(gè)Socket，并綁定到一個(gè)端口上，不同的端口對(duì)應(yīng)于不同的服務(wù)(應(yīng)用程序)

例如：http 使用80端口， ftp使用21端口 smtp使用25端口

5.Socket分類

Socket主要有兩種類型：

流式Socket

是一種面向連接的Socket，針對(duì)于面向連接的TCP服務(wù)應(yīng)用，安全，但是效率低

2，數(shù)據(jù)報(bào)式Socket

是一種無(wú)連接的Socket，對(duì)應(yīng)于無(wú)連接的UDP服務(wù)應(yīng)用，不安全，但效率高

6. Socket一般應(yīng)用模式(服務(wù)器端和客戶端)

服務(wù)器端的Socket(至少需要兩個(gè))

01.一個(gè)負(fù)責(zé)接收客戶端連接請(qǐng)求(但不負(fù)責(zé)與客戶端通信)

02.每成功接收到客戶端的連接便在服務(wù)器端產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的復(fù)雜通信的Socket

021.在接收到客戶端連接時(shí)創(chuàng)建

022. 為每個(gè)連接成功的客戶端請(qǐng)求在服務(wù)器端都創(chuàng)建一個(gè)對(duì)應(yīng)的Socket(負(fù)責(zé)和客戶端通信)

客戶端的Socket

必須指定要連接的服務(wù)器地址和端口

通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)Socket對(duì)象來(lái)初始化一個(gè)到服務(wù)器端的TCP連接

通過(guò)上圖，我們可以看出，首先服務(wù)器會(huì)創(chuàng)建一個(gè)負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)的socket，然后客戶端通過(guò)socket連接到服務(wù)器指定端口，最后服務(wù)器端負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)的socket，監(jiān)聽(tīng)到客戶端有連接過(guò)來(lái)了，就創(chuàng)建一個(gè)負(fù)責(zé)和客戶端通信的socket。

下面我們來(lái)看下Socket更具體的通信過(guò)程：

Socket的通訊過(guò)程

服務(wù)器端：

01，申請(qǐng)一個(gè)socket

02，綁定到一個(gè)IP地址和一個(gè)端口上

03，開(kāi)啟偵聽(tīng)，等待接收連接

客戶端：

01，申請(qǐng)一個(gè)socket

02，連接服務(wù)器(指明IP地址和端口號(hào))

服務(wù)器端接收到連接請(qǐng)求后，產(chǎn)生一個(gè)新的socket(端口大于1024)與客戶端建立連接并進(jìn)行通信，原監(jiān)聽(tīng)socket繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)。

注意：負(fù)責(zé)通信的Socket不能無(wú)限創(chuàng)建，創(chuàng)建的數(shù)量和操作系統(tǒng)有關(guān)。

7.Socket的構(gòu)造函數(shù)

Public Socket(AddressFamily addressFamily,SocketType socketType,ProtocolType protocolTYpe)

AddressFamily：指定Socket用來(lái)解析地址的尋址方案。例如：InterNetWork指示當(dāng)Socket使用一個(gè)IP版本4地址連接

SocketType：定義要打開(kāi)的Socket的類型

Socket類使用ProtocolType枚舉向Windows Sockets API通知所請(qǐng)求的協(xié)議

注意：

1，端口號(hào)必須在 1 和 65535之間，最好在1024以后。

2，要連接的遠(yuǎn)程主機(jī)必須正在監(jiān)聽(tīng)指定端口，也就是說(shuō)你無(wú)法隨意連接遠(yuǎn)程主機(jī)。

如：

IPAddress addr = IPAddress.Parse("127.0.0.1");

IPEndPoint endp = new IPEndPoint(addr,,9000);

服務(wù)端先綁定：serverWelcomeSocket.Bind(endp)

客戶端再連接：clientSocket.Connect(endp)

3,一個(gè)Socket一次只能連接一臺(tái)主機(jī)

4,Socket關(guān)閉后無(wú)法再次使用

5,每個(gè)Socket對(duì)象只能與一臺(tái)遠(yuǎn)程主機(jī)連接。如果你想連接到多臺(tái)遠(yuǎn)程主機(jī)，你必須創(chuàng)建多個(gè)Socket對(duì)象。

8.Socket常用類和方法

相關(guān)類：

IPAddress：包含了一個(gè)IP地址

IPEndPoint：包含了一對(duì)IP地址和端口號(hào)

方法：

Socket():創(chuàng)建一個(gè)Socket

Bind():綁定一個(gè)本地的IP和端口號(hào)（IPEndPoint）

Listen():讓Socket偵聽(tīng)傳入的連接吃那個(gè)病，并指定偵聽(tīng)隊(duì)列容量

Connect():初始化與另一個(gè)Socket的連接

Accept（）：接收連接并返回一個(gè)新的Socket

Send（）：輸出數(shù)據(jù)到Socket

Receive():從Socket中讀取數(shù)據(jù)

Close():關(guān)閉Socket，銷毀連接

接下來(lái)，我們同一個(gè)簡(jiǎn)單的服務(wù)器和客戶端通信的案例，來(lái)看下Sokcet的具體用法，效果圖如下：

關(guān)鍵代碼：

服務(wù)器端代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

 private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
         {
             Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
         }
        private void btnListen_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            //ip地址
            IPAddress ip = IPAddress.Parse(txtIP.Text);
           // IPAddress ip = IPAddress.Any;
            //端口號(hào)
            IPEndPoint point=new IPEndPoint(ip,int.Parse(txtPort.Text));
            //創(chuàng)建監(jiān)聽(tīng)用的Socket
            /*
             * AddressFamily.InterNetWork：使用 IP4地址。
SocketType.Stream：支持可靠、雙向、基于連接的字節(jié)流，而不重復(fù)數(shù)據(jù)。此類型的 Socket 與單個(gè)對(duì)方主機(jī)進(jìn)行通信，并且在通信開(kāi)始之前需要遠(yuǎn)程主機(jī)連接。Stream 使用傳輸控制協(xié)議 (Tcp) ProtocolType 和 InterNetworkAddressFamily。
ProtocolType.Tcp：使用傳輸控制協(xié)議。
             */
            //使用IPv4地址，流式socket方式，tcp協(xié)議傳遞數(shù)據(jù)
            Socket socket=new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);
            //創(chuàng)建好socket后，必須告訴socket綁定的IP地址和端口號(hào)。
            //讓socket監(jiān)聽(tīng)point
            try
            {
                //socket監(jiān)聽(tīng)哪個(gè)端口
                socket.Bind(point);
                //同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)過(guò)來(lái)10個(gè)客戶端，排隊(duì)
                socket.Listen(10);
                ShowMsg("服務(wù)器開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)");
                Thread thread = new Thread(AcceptInfo);
                thread.IsBackground = true;
                thread.Start(socket);
            }
            catch (Exception ex)
            {
               ShowMsg(ex.Message);
            }
        }
        //記錄通信用的Socket
        Dictionary<string,Socket> dic=new Dictionary<string, Socket>();
       // private Socket client;
        void AcceptInfo(object o)
        {
            Socket socket = o as Socket;
            while (true)
            {
                //通信用socket
                try
                {
                     //創(chuàng)建通信用的Socket
                   Socket  tSocket = socket.Accept();
                   string point = tSocket.RemoteEndPoint.ToString();
                     //IPEndPoint endPoint = (IPEndPoint)client.RemoteEndPoint;
                     //string me = Dns.GetHostName();//得到本機(jī)名稱
                     //MessageBox.Show(me);
                  ShowMsg(point + "連接成功！");
                  cboIpPort.Items.Add(point);
                  dic.Add(point, tSocket);
                     //接收消息
                     Thread th = new Thread(ReceiveMsg);
                     th.IsBackground = true;
                     th.Start(tSocket);
                 }
                 catch (Exception ex)
                 {
                     ShowMsg(ex.Message);
                     break;
                 }
             }
         }
         //接收消息
         void ReceiveMsg(object o)
         {
             Socket client = o as Socket;
             while (true)
             {
                 //接收客戶端發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)
                 try
                 {
                     //定義byte數(shù)組存放從客戶端接收過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)
                     byte[] buffer = new byte[1024 * 1024];
                     //將接收過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)放到buffer中，并返回實(shí)際接受數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度
                     int n = client.Receive(buffer);
                     //將字節(jié)轉(zhuǎn)換成字符串
                     string words = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, n);
                     ShowMsg(client.RemoteEndPoint.ToString() + ":" + words);
                 }
                 catch (Exception ex)
                 {
                    ShowMsg(ex.Message);
                     break;
                 }
             }
         }
         void ShowMsg(string msg)
         {
             txtLog.AppendText(msg+"/r/n");
         }
         private void Form1_FormClosing(object sender, FormClosingEventArgs e)
         {
             //主窗體關(guān)閉時(shí)關(guān)閉子線程
         }
         //給客戶端發(fā)送消息
         private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
         {
             try
             {
                 ShowMsg(txtMsg.Text);
                 string ip = cboIpPort.Text;
                 byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(txtMsg.Text);
                 dic[ip].Send(buffer);
                 // client.Send(buffer);
             }
             catch (Exception ex)
             {
                ShowMsg(ex.Message);
             }
         }

客戶端代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

 Socket client = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
         private void btnConnection_Click(object sender, EventArgs e)
         {
             //連接到的目標(biāo)IP
             IPAddress ip = IPAddress.Parse(txtIP.Text);
            //IPAddress ip = IPAddress.Any;
            //連接到目標(biāo)IP的哪個(gè)應(yīng)用(端口號(hào)！)
            IPEndPoint point=new IPEndPoint(ip,int.Parse(txtPort.Text));
            try
            {
                //連接到服務(wù)器
                client.Connect(point);
                ShowMsg("連接成功");
                ShowMsg("服務(wù)器" + client.RemoteEndPoint.ToString());
                ShowMsg("客戶端:" + client.LocalEndPoint.ToString());
                //連接成功后，就可以接收服務(wù)器發(fā)送的信息了
                Thread th=new Thread(ReceiveMsg);
                th.IsBackground = true;
                th.Start();
            }
            catch (Exception ex)
            {
                ShowMsg(ex.Message);
            }
        }
        //接收服務(wù)器的消息
        void ReceiveMsg()
        {
            while (true)
            {
                try
                {
                    byte[] buffer = new byte[1024 * 1024];
                    int n = client.Receive(buffer);
                    string s = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, n);
                    ShowMsg(client.RemoteEndPoint.ToString() + ":" + s);
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    ShowMsg(ex.Message);
                    break;
                }
            }
        }
        void ShowMsg(string msg)
        {
            txtInfo.AppendText(msg+"/r/n");
        }
         private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
         {
             //客戶端給服務(wù)器發(fā)消息
             if (client!=null)
             {
                 try
                 {
                    ShowMsg(txtMsg.Text);
                     byte[] buffer = Encoding.UTF8.GetBytes(txtMsg.Text);
                     client.Send(buffer);
                 }
                 catch (Exception ex)
                 {
                    ShowMsg(ex.Message);
                 }
             }
         }
         private void ClientForm_Load(object sender, EventArgs e)
         {
             Control.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
         }