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：