Visual C＃網路程式開發之Socket篇

　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