Photon服务器引擎(二)socket/TCP/UDP基础及Unity聊天室的实现

Photon服务器引擎(二)socket/TCP/UDP基础及Unity聊天室的实现

我们平时说的最多的socket是什么呢，实际上socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口(API)。
通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议。实际上，Socket跟TCP/IP协议没有必然的联系。Socket编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。所以说，Socket的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已，是对TCP/IP协议的抽象，从而形成了我们知道的一些最基本的函数接口，比如create、listen、connect、accept、send、read和write等等。
网络有一段关于socket和TCP/IP协议关系的说法比较容易理解：

“TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。
这个就像操作系统会提供标准的编程接口，比如win32编程接口一样，
TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。”

1、TCP协议实现原理

TCP数据包主要包括：
1、SYN包：请求建立连接的数据包
2、ACK包：回应数据包，表示接收到了对方的某个数据包
3、PSH包：正常数据包
4、FIN包：通讯结束包
5、RST包：重置连接
6、URG包：紧急指针

一次完成的TCP通讯包括：建立连接、数据传输、关闭连接
建立连接（三次握手）：
1、客户端通过向服务器端发送一个SYN来建立一个主动打开，作为三路握手的一部分。
2、服务器端应当为一个合法的SYN回送一个SYN/ACK。
3、最后，客户端再发送一个ACK。这样就完成了三路握手，并进入了连接建立状态。
数据传输：
1、发送数据端传输PSH数据包
2、接收数据端回复ACK数据包
关闭连接（四次分手）：
1、一端主动关闭连接。向另一端发送FIN包。
2、接收到FIN包的另一端回应一个ACK数据包。
3、另一端发送一个FIN包。
4、接收到FIN包的原发送方发送ACK对它进行确认。

下面为使用TCP协议实现一个简单服务器端：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

    class Program {
        static void Main(string[] args) {
            // 1，创建socket
            Socket tcpServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);
            //2,绑定ip跟端口号 222.20.30.68
            IPAddress ipaddress = new IPAddress(new byte[]{222,20,30,68});
            EndPoint point = new IPEndPoint(ipaddress,7788);//ipendpoint是对ip+端口做了一层封装的类
            tcpServer.Bind(point);//向操作系统申请一个可用的ip跟端口号 用来做通信
            //3,开始监听 （等待客户端连接）
            tcpServer.Listen(100);//参数是最大连接数
            Console.WriteLine("开始监听");

           Socket clientSocket = tcpServer.Accept();//暂停当前线程，直到有一个客户端连接过来，之后进行下面的代码
            Console.WriteLine("一个客户端连接过来了");
            //使用返回的socket跟客户端做通信
            string message = "hello 欢迎你";
            byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes(message);//对字符串做编码，得到一个字符串的字节数组
            clientSocket.Send(data);
            Console.WriteLine("向客户端发送了一跳数据");

            byte[] data2 = new byte[1024];//创建一个字节数组用来当做容器，去承接客户端发送过来的数据
            int length = clientSocket.Receive(data2);
            string message2 = Encoding.UTF8.GetString(data2, 0, length);//把字节数据转化成 一个字符串
            Console.WriteLine("接收到了一个从客户端发送过来的消息:"+message2);

            Console.ReadKey();
        }
    }

TcpListener的使用：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

    class Program {
        static void Main(string[] args) {
            //1,TcpListener对socket进行了一层封装，这个类里面自己会去创建socket对象
            TcpListener listener = new TcpListener(IPAddress.Parse("222.20.30.68"), 7788);

            //2,开始进行监听
            listener.Start();

            //3,等待客户端连接过来
            TcpClient client = listener.AcceptTcpClient();

            //4,取得客户端发送过来的数据
            NetworkStream stream = client.GetStream();//得到了一个网络流  从这个网络流可以取得客户端发送过来的数据

            byte[] data = new byte[1024];//创建一个数据的容器，用来承接数据

            while (true)
            {
                //0 表示从数组的哪个索引开始存放数据
                //1024表示最大读取的字节数
                int length = stream.Read(data, 0, 1024);//读取数据
                string message = Encoding.UTF8.GetString(data, 0, length);
                Console.WriteLine("收到了消息:" + message);
            }


            stream.Close();
            client.Close();
            listener.Stop();//停止监听
            Console.ReadKey();
        }
    }

2、UDP协议实现原理

UDP协议在IP协议上增加了复用、分用和差错检测功能。UDP的特点：
1、是无连接的。相比于TCP协议，UDP协议在传送数据前不需要建立连接，当然也就没有释放连接。
2、是尽最大努力交付的。也就是说UDP协议无法保证数据能够准确的交付到目的主机。也不需要对接收到的UDP报文进行确认。
3、是面向报文的。也就是说UDP协议将应用层传输下来的数据封装在一个UDP包中，不进行拆分或合并。因此，运输层在收到对方的UDP包后，会去掉首部后，将数据原封不动的交给应用进程。
4、没有拥塞控制。因此UDP协议的发送速率不送网络的拥塞度影响。
5、UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
6、UDP的头部占用较小，只占用8个字节。

下面为使用UDP协议实现一个简单服务器端：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
class Program
    {
        private static Socket udpServer;
        static void Main(string[] args) {
            //1,创建socket
             udpServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Dgram,ProtocolType.Udp);
            //2,绑定ip跟端口号
            udpServer.Bind( new IPEndPoint( IPAddress.Parse("192.168.0.112"),7788 ) );

            //3，接收数据
            new Thread(ReceiveMessage){ IsBackground = true}.Start();

            //udpServer.Close();
            Console.ReadKey();
        }

        static void ReceiveMessage()
        {
            while (true)
            {
                EndPoint remoteEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
                byte[] data = new byte[1024];
                int length = udpServer.ReceiveFrom(data, ref remoteEndPoint);//这个方法会把数据的来源(ip:port)放到第二个参数上
                string message = Encoding.UTF8.GetString(data, 0, length);
                Console.WriteLine("从ip：" + (remoteEndPoint as IPEndPoint).Address.ToString() + "：" + (remoteEndPoint as IPEndPoint).Port + "收到了数据：" + message);
            }

        }
    }

udpClient的使用：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

    class Program {
        static void Main(string[] args) {
            //创建udpclient 绑定ip跟端口号
            UdpClient udpClient = new UdpClient(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("192.168.0.112"),7788));

            while (true)
            {
                //接收数据
                IPEndPoint point = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
                byte[] data = udpClient.Receive(ref point);//通过point确定数据来自哪个ip的哪个端口号 返回值是一个字节数组，就是我们的数据
                string message = Encoding.UTF8.GetString(data);
                Console.WriteLine("收到了消息：" + message);
            }


            udpClient.Close();
            Console.ReadKey();
        }
    }

3、Unity实现聊天室功能

客户端的实现代码：

using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;

public class ChatManager : MonoBehaviour
{
    public string ipaddress = "222.20.30.68";
    public int port = 7788;
    public UIInput textInput;
    public UILabel chatLabel;

    private Socket clientSocket;
    private Thread t;
    private byte[] data = new byte[1024];//数据容器
    private string message = "";//消息容器
	// Use this for initialization
	void Start () {
	    ConnectToServer();
	}
	
	// Update is called once per frame
	void Update () {
	    if (message != null && message != "")
	    {
	        chatLabel.text += "\n" + message;
	        message = "";//清空消息
	    }
	}

    void ConnectToServer()
    {
        
        clientSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        //跟服务器端建立连接
        clientSocket.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("222.20.30.68"),7788));
        //创建一个新的线程 用来接收消息
        t = new Thread(ReceiveMessage);
        t.Start();
    }
    /// 

    /// 这个线程方法 用来循环接收消息
    /// 
    void ReceiveMessage()
    {
        while (true)
        {
            if (clientSocket.Connected == false)
                break;

            int length = clientSocket.Receive(data);
            message = Encoding.UTF8.GetString(data, 0, length);
            //chatLabel.text += "\n" + message;
        }
    }

    void SendMessage(string message)
    {
        byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
        clientSocket.Send(data);
    }

    public void OnSendButtonClick()
    {
        string value = textInput.value;
        SendMessage(value);
        textInput.value = "";
    }

    void OnDestroy()
    {
        clientSocket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
        
        clientSocket.Close();//关闭连接
    }
}

服务器端的实现代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;


namespace _022_聊天室_socket_tcp服务器端 {
    /// 

    /// 用来跟客户端做通信 
    /// 
    class Client
    {
        public string name=null;
        private Socket clientSocket;
        private Thread t;
        private byte[] data = new byte[1024];//这个是一个数据容器

        public Client(Socket s,string i)
        {
            clientSocket = s;
            name = i;
            //启动一个线程 处理客户端的数据接收
            t = new Thread(ReceiveMessage);
            t.Start();
        }

        private void ReceiveMessage()
        {
            //一直接收客户端的数据
            while (true)
            {
                //在接收数据之前  判断一下socket连接是否断开
                if (clientSocket.Poll(10, SelectMode.SelectRead))
                {
                    clientSocket.Close();
                    break;//跳出循环 终止线程的执行
                }
                
                int length = clientSocket.Receive(data);
                string message = Encoding.UTF8.GetString(data, 0, length);
                //接收到数据的时候 要把这个数据 分发到客户端
                //广播这个消息
                Program.BroadcastMessage(message,name);
                Console.WriteLine("收到 "+name +" 的消息:" + message);
            }
        }

        public void SendMessage(string message)
        {
            byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
            clientSocket.Send(data);
        }

        public bool Connected
        {
            get { return clientSocket.Connected; }
        }
    }
}

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Net.WebSockets;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace _022_聊天室_socket_tcp服务器端 {
    class Program {
        static  List clientList = new List();
        
        /// 

        /// 广播消息
        /// 
        /// 
        public static void BroadcastMessage(string message,string name)
        {
            var notConnectedList = new List();
            foreach (var client in clientList)
            {
                if (client.Connected)
                    client.SendMessage(name+" : "+message);
                else
                {
                    notConnectedList.Add(client);
                }
            }
            foreach (var temp in notConnectedList)
            {
                clientList.Remove(temp);
            }
        }
        static void Main(string[] args) {
            int i = 0;
            string name = null;
            Socket tcpServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);//create tcpserver
            tcpServer.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("222.20.30.68"),7788));//set ip and port

            tcpServer.Listen(100);//listen port
            Console.WriteLine("server running...");

            while (true)
            {
                i = i + 1;
                if (i == 1) { name = "Tom"; } 
                else if (i == 2) { name = "Alice";}
                else { name = "Other"; }
                Socket clientSocket = tcpServer.Accept();//accept client request
                Console.WriteLine("用户 "+name+" 已连接 !");
                Client client = new Client(clientSocket,name);//把与每个客户端通信的逻辑(收发消息)放到client类里面进行处理                
                clientList.Add(client);
            }
            
        }
    }
}

打开两个客户端。记得代码中的IP地址要改成自己的PC机的IP地址。

实现效果：

===================================================================================

结束。

祝大家国庆节快乐！

下一节直接上手Photon服务器引擎吧。