C# Socket
Microsoft.Net Framework為應用程式訪問Internet提供了分層的、可擴充的以及受管轄的網路服務,其名字空間System.Net和System.Net.Sockets包含豐富的類可以開發多種網路應用程式。.Net類採用的分層結構允許應用程式在不同的控制層級上訪問網路,開發人員可以根據需要選擇針對不同的層級編製程式,這些層級幾乎囊括了Internet的所有需要--從socket通訊端到普通的請求/響應,更重要的是,這種分層是可以擴充的,能夠適應Internet不斷擴充的需要。
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,支援Http、Tcp和Udp的類組成了應用協議層,而Socket類處於傳輸層。可以如下示意:
可見,傳輸層位於這個結構的最底層,當其上面的應用協議層和請求/響應層不能滿足應用程式的特殊需要時,就需要使用這一層進行Socket通訊端編程。
而在.Net中,System.Net.Sockets 命名空間為需要嚴密控制網路訪問的開發人員提供了 Windows Sockets (Winsock) 介面的託管實現。System.Net 命名空間中的所有其他網路訪問類都建立在該通訊端Socket實現之上,如TCPClient、TCPListener 和 UDPClient 類封裝有關建立到 Internet 的 TCP 和 UDP 串連的詳細資料;NetworkStream類則提供用於網路訪問的基礎資料流等,常見的許多Internet服務都可以見到Socket的蹤影,如Telnet、Http、Email、Echo等,這些服務儘管通訊協議Protocol的定義不同,但是其基礎的傳輸都是採用的Socket。
其實,Socket可以象流Stream一樣被視為一個資料通道,這個通道架設在應用程式端(用戶端)和遠程伺服器端之間,而後,資料的讀取(接收)和寫入(發送)均針對這個通道來進行。
可見,在應用程式端或者伺服器端建立了Socket對象之後,就可以使用Send/SentTo方法將資料發送到串連的Socket,或者使用Receive/ReceiveFrom方法接收來自串連Socket的資料;
針對Socket編程,.NET 架構的 Socket 類是 Winsock32 API 提供的通訊端服務的Managed 程式碼版本。其中為實現網路編程提供了大量的方法,大多數情況下,Socket 類方法只是將資料封送到它們的本機 Win32 副本中並處理任何必要的安全檢查。如果你熟悉Winsock API函數,那麼用Socket類編寫網路程式會非常容易,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 網路應用程式原來有規可尋,它們在大多數情況下遵循大致相同的步驟。
在使用之前,你需要首先建立Socket對象的執行個體,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 使用的定址方案,socketType 參數指定 Socket 的類型,protocolType 參數指定 Socket 使用的協議。
下面的樣本語句建立一個 Socket,它可用於在基於 TCP/IP 的網路(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,如下面的樣本所示:
Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
一旦建立 Socket,在用戶端,你將可以通過Connect方法串連到指定的伺服器,並通過Send/SendTo方法向遠程伺服器發送資料,而後可以通過Receive/ReceiveFrom從服務端接收資料;而在伺服器端,你需要使用Bind方法綁定所指定的介面使Socket與一個本地終結點相聯,並通過Listen方法偵聽該介面上的請求,當偵聽到使用者端的串連時,調用Accept完成串連的操作,建立新的Socket以處理傳入的串連請求。使用完 Socket 後,記住使用 Shutdown 方法禁用 Socket,並使用 Close 方法關閉 Socket。其間用到的方法/函數有:
Socket.Connect方法:建立到遠程裝置的串連
public void Connect(EndPoint remoteEP)(有重載方法)
Socket.Send 方法:從資料中的指示位置開始將資料發送到串連的 Socket。
public int Send(byte[], int, SocketFlags);(有重載方法)
Socket.SendTo 方法 將資料發送到特定終結點。
public int SendTo(byte[], EndPoint);(有重載方法)
Socket.Receive方法:將資料從串連的 Socket 接收到接收緩衝區的特定位置。
public int Receive(byte[],int,SocketFlags);
Socket.ReceiveFrom方法:接收資料緩衝區中特定位置的資料並儲存終結點。
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:
public void Bind( EndPoint localEP );
Socket.Listen方法:將 Socket 置於偵聽狀態。
public void Listen( int backlog );
Socket.Accept方法:建立新的 Socket 以處理傳入的串連請求。
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 串連關閉
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 使用一個網路地址和一個服務連接埠號碼來唯一標識裝置。網路地址標識網路上的特定裝置;連接埠號碼標識要串連到的該裝置上的特定服務。網路地址和服務連接埠的組合稱為終結點,在 .NET 架構中正是由 EndPoint 類表示這個終結點,它提供表示網路資源或服務的抽象,用以標誌網路地址等資訊。.Net同時也為每個受支援的地址族定義了 EndPoint 的子代;對於 IP 位址族,該類為 IPEndPoint。IPEndPoint 類包含應用程式串連到主機上的服務所需的主機和連接埠資訊,通過組合服務的主機IP地址和連接埠號碼,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電腦IP地址,.Net中有兩種類可以得到IP地址執行個體:
IPAddress類:IPAddress 類包含電腦在 IP 網路上的地址。其Parse方法可將 IP 位址字串轉換為 IPAddress 執行個體。下面的語句建立一個 IPAddress 執行個體:
IPAddress myIP = IPAddress.Parse("192.168.1.2");
Dns 類:向使用 TCP/IP 網際網路服務的應用程式提供網域名稱服務 (DNS)。其Resolve 方法查詢 DNS 伺服器以將方便使用的網域名稱(如"host.contoso.com")映射到數字形式的 網際網路位址(如 192.168.1.1)。Resolve方法 返回一個 IPHostEnty 執行個體,該執行個體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。下面的代碼擷取一個 IPAddress 執行個體,該執行個體包含伺服器 host.contoso.com 的 IP 位址。
IPHostEntry ipHostInfo = Dns.Resolve("host.contoso.com");
IPAddress ipAddress = ipHostInfo.AddressList[0];
你也可以使用GetHostName方法得到IPHostEntry執行個體:
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時作業系統發生錯誤引發
ArgumentNullException異常:參數為空白引用引發
ObjectDisposedException異常:Socket已經關閉引發
在掌握上面得知識後,下面的代碼將該伺服器主機( host.contoso.com的 IP 位址與連接埠號碼組合,以便為串連建立遠程終結點:
IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ipAddress,11000);
確定了遠程裝置的地址並選擇了用於串連的連接埠後,應用程式可以嘗試建立與遠程裝置的串連。下面的樣本使用現有的 IPEndPoint 執行個體與遠程裝置串連,並捕獲可能引發的異常:
try {
s.Connect(ipe);//嘗試串連
}
//處理參數為空白引用異常
catch(ArgumentNullException ae) {
Console.WriteLine("ArgumentNullException : {0}", ae.ToString());
}
//處理作業系統異常
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 類支援兩種基本模式:同步和非同步。其區別在於:在同步模式中,對執行網路操作的函數(如 Send 和 Receive)的調用一直等到操作完成後才將控制返回給調用程式。在非同步模式中,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用戶端和伺服器端分別予以實現,在用戶端編製應用程式向服務端指定連接埠發送請求,同時編製服務端應用程式處理該請求,這個過程在上面的闡述中已經提及;當然,並非所有的Socket編程都需要你嚴格編寫這兩端程式;視應用情況不同,你可以在用戶端構造出請求字串,伺服器相應連接埠捕獲這個請求,交由其公用服務程式進行處理。以下案例語句中的字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";
遠程主機指定連接埠接受到這一請求後,就可利用其公用服務程式進行處理而不需要另行編製伺服器端應用程式。
綜合運用以上闡述的使用Visual C#進行Socket網路程式開發的知識,下面的程式段完整地實現了Web頁面下載功能。使用者只需在表單上輸入遠程主機名稱(Dns 主機名稱或以點分隔的四部分標記法格式的 IP 位址)和預儲存的本地檔案名稱,並利用專門提供Http服務的80連接埠,就可以擷取遠程主機頁面並儲存在本地機指定檔案中。如果儲存格式是.htm格式,你就可以在Internet瀏覽器中開啟該頁面。適當添加代碼,你甚至可以實現一個簡單的瀏覽器程式。
實現此功能的主要原始碼如下:
//"開始"按鈕事件
private void button1_Click(object sender, System.EventArgs e) {
//取得預儲存的檔案名稱
string fileName=textBox3.Text.Trim();
//遠程主機
string hostName=textBox1.Text.Trim();
//連接埠
int port=Int32.Parse(textBox2.Text.Trim());
//得到主機資訊
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);
//建立Socket 執行個體
Socket socket=new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);
try
{
//嘗試串連
socket.Connect(hostEP);
}
catch(Exception se)
{
MessageBox.Show("串連錯誤"+se.Message,"提示資訊
,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";
//建立bytes位元組數組以轉換髮送串
byte[] bytesSendStr=new byte[1024];
//將發送內容字串轉換成位元組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,"提示資訊
,MessageBoxButtons.RetryCancel,MessageBoxIcon.Information);
}
//聲明接收返回內容的字串
string recvStr="";
//聲明位元組數組,一次接收資料的長度為1024位元組
byte[] recvBytes=new byte[1024];
//返回實際接收內容的位元組數
int bytes=0;
//迴圈讀取,直到接收完所有資料
while(true)
{
bytes=socket.Receive(recvBytes,recvBytes.Length,0);
//讀取完成後退出迴圈
if(bytes<=0)
break;
//將讀取的位元組數轉換為字串
recvStr+=Encoding.ASCII.GetString(recvBytes,0,bytes);
}
//將所讀取的字串轉換為位元組數組
byte[] content=Encoding.ASCII.GetBytes(recvStr);
try
{
//建立檔案流對象執行個體
FileStream fs=new FileStream(fileName,FileMode.OpenOrCreate,FileAccess.ReadWrite);
//寫入檔案
fs.Write(content,0,content.Length);
}
catch(Exception fe)
{
MessageBox.Show("檔案建立/寫入錯誤:"+fe.Message,"提示資訊",MessageBoxButtons.RetryCancel,MessageBoxIcon.Information);
}
//禁用Socket
socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
//關閉Socket
socket.Close();
}
}
程式在WindowsXP中文版、.Net Frameworkd 中文正式版、Visual Studio.Net中文正式版下調試通過
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C#的Socket程式(TCP)
其實只要用到Socket聯結,基本上就得使用Thread,是交叉使用的。
C#封裝的Socket用法基本上不算很複雜,只是不知道託管之後的Socket有沒有其他效能或者安全上的問題。
在C#裡面能找到的最底層的操作也就是socket了,概念不做解釋。
程式模型如下:
WinForm程式 : 啟動連接埠偵聽;監視Socket聯結情況;定期關閉不活動的聯結;
Listener:處理Socket的Accept函數,偵聽新連結,建立新Thread來處理這些聯結(Connection)。
Connection:處理具體的每一個聯結的會話。
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();
}
因為偵聽聯結是一個迴圈等待的函數,所以不可能在WinForm的線程裡面直接執行,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,啟動偵聽迴圈。
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如何啟動迴圈偵聽,並且啟動新的帶有參數的線程來處理Socket聯結會話。
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:
建立原生IPEndPoint對象,表示以本機為伺服器,在指定連接埠偵聽;
然後綁定到一個偵聽Socket上;
進入while迴圈,等待新的聯結;
如果有新的聯結,那麼建立新的socket來對應這個聯結的會話。
值得注意的就是這一句聯結代碼:listener.Accept()。執行這一句的時候,程式就在這個地方等待,直到有新的聯檢請求的時候程式才會執行下一句。這是同步執行,當然也可以非同步執行。
新的聯結Socket建立了(Accept之後),對於這些新的socket該怎麼辦呢?他們依然是一個迴圈等待,所以依然需要建立新的Thread給這些Socket去處理會話(接收/發送訊息),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,可以採用定義新類,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,所以我定義了這麼一個類public class Connection。這個類至少有這樣一個建構函式public Connection(Socket socket); 之所以這麼做,就是為了把Socket參數傳給這個Connection對象,然後好讓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();之後)
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之後就在新的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。
現在先看看怎麼寫的這個線程啟動並執行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發送的資訊;
把資訊從位元組轉換到string;
處理該資訊,然後進入下一個迴圈,繼續等待socket發送新的資訊。
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,如果沒有新的訊息,這個函數就不會執行下一句,一直等待。
2:接收的是位元組流,需要轉化成字串
3:判斷遠程關閉聯結的方式
4:如果對方的訊息非常大,還得迴圈接收這個data。
4:如何管理這些聯結(thread)
通過上邊的程式,基本上可以建立一個偵聽,並且處理聯結會話。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裡面我定義了一個靜態雜湊表(static public Hashtable Connections=new Hashtable();),儲存Connection執行個體和它對應的Thread執行個體。而connection中也加入了一個最後聯結時間的定義(private DateTime _lastConnectTime;)。在新連結建立的時候(Listener的Accept()之後)就把Connection執行個體和Thread執行個體存到雜湊表中;在Connection的Receive的時候修改最後聯結時間。這樣我們就可以知道該Connection在哪裡,並且會話是否活躍。
然後在Winform程式裡頭可以管理這些會話了,設定設定逾時。