socket通信简介

游戏一般是基于强联网的，服务端与客户端时时都在进行信息的交互，故多采用socket进行服务端与客户端的通信，今天我们了解一下C# 的socket知识。

1、什么是Socket

socket 实际上是网络通信端点的一种抽象，它提供了一种发送和接收数据的机制。网络通信，归根结底是网络端点间的通信，通过socket，用户所开发的应用程序可以通过网络与其他socket应用程序通信。

从技术观点看，也可以将socket通信理解为网络进程间的通信，网络地址只能确定一台计算机，还不能确定通信进程，socket中还需要确定端口号。在一台计算机中，一个端口一次只能分配给一个进程，即在一台计算机中，端口号与进程之间是一一对应的关系，因此，通过网络地址和端口号就可以唯一确定整个Internet中的一个通信原理，也就是可以近似理解为： 
套接字（socket）=网络地址（ip）+端口号（port）

2. 进程与线程的区别

进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它可以申请和拥有系统资源，是一个动态的概念，是一个活动的实体。它不只是程序的代码，还包括当前的活动，通过程序计数器的值和处理寄存器的内容来表示。

通常在一个进程中可以包含若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源。在引入线程的操作系统中，通常都是把进程作为分配资源的基本单位，而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。由于线程比进程更小，基本上不拥有系统资源，故对它的调度所付出的开销就会小得多，能更高效的提高系统内多个程序间并发执行的程度。

线程和进程的区别在于，子进程和父进程有不同的代码和数据空间，而多个线程则共享数据空间，每个线程有自己的执行堆栈和程序计数器为其执行上下文。多线程主要是为了节约CPU时间，发挥利用，根据具体情况而定。线程的运行中需要使用计算机的内存资源和CPU。

3、C#中 socket的基本操作

既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现，那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例，介绍几个基本的socket接口函数。

3.1、socket()函数

    public Socket(AddressFamily family, SocketType type, ProtocolType protocol);

socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。

正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：

family：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。

type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。

protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。 
注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

3.2、bind()函数

正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。

     public void Bind(EndPoint localEP);

使 System.NET.Sockets.Socket 与一个本地终结点相关联。 
函数的参数为终结点 EndPoint ，终结点是用来保存IP和端口号 
终结点的实例化方法为：

EndPoint point = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("192.168.1.26"), 6000);

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3.3、listen()、connect()函数

如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

public void Listen(int backlog);
// 摘要:
    //     将 System.Net.Sockets.Socket 置于侦听状态。
    //
    // 参数:
    //   backlog:
    //     挂起连接队列的最大长度。
    //
    // 异常:
    //   System.Net.Sockets.SocketException:
    //     试图访问套接字时发生错误。 有关更多信息，请参见备注部分。
    //
    //   System.ObjectDisposedException:
    //     System.Net.Sockets.Socket 已关闭。

客户端连接

public void Connect(EndPoint remoteEP);
 // 摘要:
        //     建立与远程主机的连接。
        //
        // 参数:
        //   remoteEP:
        //     System.Net.EndPoint，表示远程设备。
        //
        // 异常:
        //   System.ArgumentNullException:
        //     remoteEP 为 null。
        //
        //   System.Net.Sockets.SocketException:
        //     试图访问套接字时发生错误。 有关更多信息，请参见备注部分。
        //
        //   System.ObjectDisposedException:
        //     System.Net.Sockets.Socket 已关闭。
        //
        //   System.Security.SecurityException:
        //     调用堆栈上部的调用方无权执行所请求的操作。
        //
        //   System.InvalidOperationException:
        //     System.Net.Sockets.Socket 为 System.Net.Sockets.Socket.Listen(System.Int32)。

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listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。

客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

3.4、accept()函数

TCP服务器端依次实例化socket、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用实例化客户端socket、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。

public Socket Accept();
// 摘要:
    //     为新建连接创建新的 System.Net.Sockets.Socket。
    //
    // 返回结果:
    //     新建连接的 System.Net.Sockets.Socket。
    //
    // 异常:
    //   System.Net.Sockets.SocketException:
    //     试图访问套接字时发生错误。 有关更多信息，请参见备注部分。
    //
    //   System.ObjectDisposedException:
    //     System.Net.Sockets.Socket 已关闭。
    //
    //   System.InvalidOperationException:
    //     正在接受的套接字不会侦听连接。 在调用 System.Net.Sockets.Socket.Accept() 之前必须调用 System.Net.Sockets.Socket.Bind(System.Net.EndPoint)
    //     和 System.Net.Sockets.Socket.Listen(System.Int32)。

如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的socket，代表与返回客户的TCP连接。

注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

4、TCP的三次握手建立连接详解

我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：

在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。 
第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认； 
第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态； 
第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。 完成三次握手，客户端与服务器开始传送数据. 
总结：客户端的connect在三次握手的第二个次返回，而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。