Socket TCP网络编程

TCP/IP基础知识

Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议。简单来说：TCP控制传输数据，负责发现传输的问题，一旦有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地，而IP是负责给因特网中的每一台电脑定义一个地址，以便传输。
七层模型及其协议

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基本过程

现阶段socket(套接字)通信使用TCP、UDP协议，相对应UDP来说，TCP则是比较安全稳定的协议了。本文只涉及到TCP协议来说socket通信。首先讲述TCP/IP的三次握手，在握手基础上延伸socket通信的基本过程。
1.客户端发送syn报文到服务器端，并置发送序号为x。
2.服务器端接收到客户端发送的请求报文，然后向客户端发送syn报文，并且发送确认序号x+1，并置发送序号为y。
3.客户端受到服务器发送确认报文后，发送确认信号y+1，并置发送序号为z。至此客户端和服务器端建立连接。

image.png

连接过程

服务器监听：服务器端socket并不定位具体的客户端socket，而是处于等待监听状态，实时监控网络状态。
客户端请求：客户端clientSocket发送连接请求，目标是服务器的serverSocket。为此，clientSocket必须知道serverSocket的地址和端口号，进行扫描发出连接请求。
连接确认：当服务器socket监听到或者是受到客户端socket的连接请求时，服务器就响应客户端的请求，建议一个新的socket，把服务器socket发送给客户端，一旦客户端确认连接，则连接建立。
注：在连接确认阶段：服务器socket即使在和一个客户端socket建立连接后，还在处于监听状态，仍然可以接收到其他客户端的连接请求，这也是一对多产生的原因。
下图简单说明连接过程：

image.png

Socket TCP通信代码表示

服务端

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


namespace ScoketLesson1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //1.创建Socket(地址族:通常选Inter,套接字通讯类型:流,协议:Tcp)
            Socket tcpServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            //2.创建Ip和端口号并绑定，因为通讯的软件有很多，故使用端口号来区别
            //IPEndPoint是对ip和端口号做了一层封装
            IPEndPoint iPEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 2333);
            tcpServer.Bind(iPEndPoint);
            // 3.开始监听(Tip:这就像为计算机打开了一个“门”，所有向这个“门”发送的请求（“敲门”）都会被系统接收到。)
            tcpServer.Listen(100);   //参数表示最大连接数
            //暂停当前线程，直到有一个客户端连接过来，进行下面的代码，new 一个对象用来和客户端通信
            Socket tcpClient= tcpServer.Accept();
            Console.WriteLine("有客户端:"+tcpClient.RemoteEndPoint.ToString()+"进来");    //tcpClient.RemoteEndPoint.ToString() 返回ip和端口号的信息
            while (true)
            {
                string msg = Console.ReadLine();
                byte[] buffers = Encoding.UTF8.GetBytes(msg); //字符串转字节
               //使用返回的客户端进行Send通信
                tcpClient.Send(buffers); //传送信息只能传字节
            }
        }
    }
}

客户端

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

namespace SocketLesson2
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //1.创建Socket(地址族:通常选Inter,套接字通讯类型:流,协议:Tcp)
            Socket tcpClient = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            //2.发起建立连接的请求，传入IPEndPoint(ip+端口号)
            tcpClient.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 2333));
            //3.接收消息
            byte[] buffers = new byte[1024];   //消息存在缓冲区，故建立缓冲区，Reveive处用
            while (true)
            {
                int read = tcpClient.Receive(buffers); //Receive也会暂停当前线程，直到接收到消息才会往下执行    read返回值表示接收了多少字节的数据，用于读取时不会读到空字符串。
                //只把接收到的数据打印出来，从0开始，最大为read个
                Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(buffers, 0, read));
            }
        }
    }
}

上面简便的使用了收发，如若服务器和客户端都需要收发，可自己用Receive和Send方法补充。Send需要转成字节,Receive需要建立缓冲区来读取后转成字符串输出

服务端扩展，使用线程来同时接收多个客户端的信息

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

namespace Unity_Tcp_Server
{
    class Program
    {
        //保存每个客户端
        static List clients = new List();
        public static void SendMsgToAllClient(string m)
        {
            //保存已断开连接的客户端，等会移除
            List DieClient = new List();
            
            foreach (var item in clients)
            {
                if(item.IsConnect())
                {
                    DieClient.Add(item);
                    continue;
                }
               //发送消息
                item.SendMsgToClient(m);
            }
            foreach (var item in DieClient)
            {
               //移除已经断开的客户端
                clients.Remove(item);
            }
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            //1.创建Socket(地址族:通常选Inter,套接字通讯类型:流,协议:Tcp)
            Socket tcpServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
           //2.绑定ip并监听
            tcpServer.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 2333));
            tcpServer.Listen(100);
            Console.WriteLine("服务端启动");
            while (true)
            {
                Socket tcpClient = tcpServer.Accept();
                Console.WriteLine(tcpClient.RemoteEndPoint+"  已进入");
                //跟每个客户端进行通讯，需要单独创建类进行通讯逻辑
                Client client = new Client(tcpClient);
                //添加到总客户端里去
                clients.Add(client);
            }
            
        }
    }
    class Client
    {
        Thread thread;
        Socket clientSocket;
        byte[] buffer = new byte[1024];  //缓冲区
        string msg="";
        public Client(Socket socket)
        {
            //绑定客户端
            clientSocket = socket;
           //因为需要接收很多客户端的信息，故使用线程实现异步
            Thread t = new Thread(ReceiveMes);
            t.Start();
        }
        public void ReceiveMes()
        {
            //使用while重复接收
            while (true)
            {
                //判断10毫秒内是否还活着，不能使用Connected判断,Connected属性只表示最后一次I/O操作的状态
                if(clientSocket.Poll(10,SelectMode.SelectRead))
                {
                    clientSocket.Close();
                    break;
                }
                try
                {
                    int length = clientSocket.Receive(buffer);  //获取接收了多少的长度
                    msg = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, length);//转换成字符串
                    Program.SendMsgToAllClient(msg);//广播发到每个客户端
                    Console.WriteLine("接收到" + clientSocket.RemoteEndPoint + "消息:" + msg);        //返回Ip和端口信息
                }
                catch (Exception)
                {
                    Program.clients.Remove(this);//移除断开的客户端
                    Console.WriteLine(clientSocket.RemoteEndPoint+" 已断开");
                }
               
            }
        }

        public void SendMsgToClient(string m)
        {
            clientSocket.Send(Encoding.UTF8.GetBytes(m));
        }
       //判断是否在连接
        public bool IsConnect()
        {
            if (clientSocket.Poll(10, SelectMode.SelectRead) || clientSocket.Poll(10, SelectMode.SelectWrite))
                return false;
            return true;
        }
        
    }
}

客户端扩展，使用线程来接收服务端的信息(Unity)

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 = "192.168.0.112";
    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
    void Start () {
        ConnectToServer();
    }
    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(ipaddress),port) );

        //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;   //unity中线程不能直接操作游戏对象
        } 
    }

    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.Close();//关闭连接
    }
}