Socket基础

目录

1. 概念

2. 和TCP/IP的关系

3.客户端-服务器连接

连接过程

4.demo

5.Socket

5.1 socket对象

服务器端有两种Socket

5.2 Bind和connect连接

5.3Listen（）监听请求连接和Accept接收请求连接

5.4Recive()和Send（）

Receive

Send

5.5 释放资源

close()

shutdown()

总结

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1. 概念

套接字(socket)在互联网通信中是由IP地址和端口号组成的。它是一种通信机制，使得两台计算机之间的网络程序可以进行数据交换。

• IP地址：用于标识互联网上的每一台计算机或网络设备，确保数据能够到达正确的目标主机。
• 端口号：用于标识主机上运行的特定应用程序或服务。这样一来，操作系统就知道将接收到的数据发送给哪个应用程序处理。

一个socket就定义了网络上某个主机上的某个应用程序的通信端点，格式通常为IP地址:端口号。这种机制允许同一台主机上的多个应用程序同时进行网络通信，而不会混淆数据的归属。

2. 和TCP/IP的关系

Socket是对TCP/IP协议的封装，它允许程序通过TCP或UDP协议发送和接收数据。使用Socket，开发者可以创建客户端程序来连接服务器，或者创建服务器程序来监听并接受客户端的连接请求。

• 当使用TCP时，Socket通常被称为流式Socket（Stream Socket），它基于TCP协议，确保数据的可靠传输和有序性。
• 当使用UDP时，Socket则被称为数据报Socket（Datagram Socket），它基于UDP协议，提供了一种无连接的数据传输方式，不保证数据的可靠到达和顺序。

3.客户端-服务器连接

连接过程

   服务器端初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

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。

4.demo

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

public class Server
{
    public static void StartServer()
    {
        // 监听的IP地址和端口号
        IPAddress ipAddress = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
        int port = 8888;

        // 创建TCP监听器
        TcpListener listener = new TcpListener(ipAddress, port);

        Console.WriteLine($"服务器正在 {ipAddress}:{port} 上监听...");

        // 开始监听
        listener.Start();

        try
        {
            while (true)
            {
                // 等待客户端连接
                TcpClient client = listener.AcceptTcpClient();
                Console.WriteLine("客户端已连接!");

                // 使用线程来处理每个客户端的通信，这样可以同时处理多个客户端
                Thread t = new Thread(new ParameterizedThreadStart(HandleClient));
                t.Start(client);
            }
        }
        finally
        {
            // 清理工作，停止监听
            listener.Stop();
        }
    }

    private static void HandleClient(object obj)
    {
        TcpClient client = (TcpClient)obj;
        NetworkStream stream = client.GetStream();

        byte[] buffer = new byte[1024];
        int bytesRead;

        // 接收客户端发送的消息
        while ((bytesRead = stream.Read(buffer, 0, buffer.Length)) != 0)
        {
            string dataReceived = Encoding.ASCII.GetString(buffer, 0, bytesRead);
            Console.WriteLine("接收到: " + dataReceived);

            // 回复客户端
            byte[] message = Encoding.ASCII.GetBytes("服务器已收到: " + dataReceived);
            stream.Write(message, 0, message.Length);
        }

        // 关闭客户端连接
        client.Close();
    }
}

public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        Server.StartServer();
    }
}

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

public class Client
{
    public static void StartClient()
    {
        // 服务器的IP地址和端口号
        IPAddress serverIpAddress = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
        int serverPort = 8888;

        // 创建TCP客户端并尝试连接服务器
        using (TcpClient client = new TcpClient())
        {
            client.Connect(serverIpAddress, serverPort);
            Console.WriteLine("已连接到服务器!");

            NetworkStream stream = client.GetStream();

            // 发送消息给服务器
            string message = "你好，服务器!";
            byte[] data = Encoding.ASCII.GetBytes(message);
            stream.Write(data, 0, data.Length);

            // 接收服务器的回复
            byte[] reply = new byte[1024];
            int bytesRead = stream.Read(reply, 0, reply.Length);
            Console.WriteLine($"服务器回复: {Encoding.ASCII.GetString(reply, 0, bytesRead)}");

            // 关闭连接（可选，因为using语句会自动处理）
            //client.Close();
        }
    }
}

public class Program
{
    public static void Main(string[] args)
    {
        Client.StartClient();
    }
}

5.Socket

5.1 socket对象

Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
//监控 ip4 地址，套接字类型为 TCP ，协议类型为 TCP

服务器端有两种Socket

监听套接字（Listening Socket）:

• • 监听套接字是服务器用来监听特定端口上的连接请求的。当服务器程序启动时，它会创建一个监听套接字，并将其绑定到一个指定的IP地址和端口号上，然后调用listen()函数进入监听状态。
  • 这个套接字的主要任务是等待并接受来自客户端的连接请求。它不参与实际的数据传输，只是起到“门房”的作用，负责接收连接。
  • 只有一个监听套接字对应于服务器上的一个特定服务端口，例如HTTP服务的80端口或HTTPS的443端口。
  • 不同的监听Socket可以通过绑定到不同的端口来提供不同类型的服务。

连接套接字（Connected Socket）

• • 每当有一个客户端成功连接到服务器的监听套接字时，服务器就会为这个连接创建一个新的连接套接字。这个新的套接字是用来与特定客户端进行双向数据传输的。
  • 连接套接字是全双工的，意味着它可以同时发送和接收数据，专门服务于与之关联的客户端，确保数据的正确路由和隔离。
  • 因此，如果有多个客户端同时连接到服务器，服务器就会为每个客户端生成一个单独的连接套接字，即使它们都是通过同一个监听端口接入的。

5.2 Bind和connect连接

Bind() 用于绑定 IPEndPoint 对象，在服务端使用。

Socket serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        IPAddress iP = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
       serverSocket.Bind(new IPEndPoint(iP, 2300))

Connect() 在客户端使用，用于连接服务端。

创建 Socket 对象后，接着 绑定本地Socket / 连接服务端。

IPAddress iP = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
            IPEndPoint iPEndPoint = new IPEndPoint(iP, 2300);
            Socket serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);　　　　　　　　//创建与远程主机的连接
            serverSocket.Connect(iPEndPoint);

5.3Listen（）监听请求连接和Accept接收请求连接

Listen：监控所有发送到此主机的、特点端口的连接请求。服务端使用，客户端不需要。

serverSocket.Listen(10); //开始监听

Accept() ：以同步方式监听套接字，在连接请求队列中提取第一个挂起的连接请求，然后创建并返回一个新的 Socket 对象。作用是接收一个已连接的客户端请求，并为这个客户端连接创建一个新的套接字

//创建终结点（EndPoint）
            IPAddress ip = IPAddress.Any;             
            IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, 8000);

            //创建 socket 并开始监听
            Socket serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            serverSocket.Bind(ipe);
            serverSocket.Listen(10);//开始监听

            //接受到client连接，为此连接建立新的socket，并接受信息
            Socket temp = serverSocket.Accept();//为新建连接创建新的socket

             //关闭连接
             temp.Close(); 

5.4Recive()和Send（）

• Receive() 接收信息
• Send() 发送信息

在服务端和客户端都使用这两个方法

Receive

   string recvStr = "";
            byte[] recvBytes = new byte[1024];
            int bytes;
            bytes = temp.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);//从客户端接受信息
            recvStr += Encoding.ASCII.GetString(recvBytes, 0, bytes);

Send

 string str = "hello";
            byte[] a = Encoding.UTF8.GetBytes(str);
            send = socket.Send(a, 0);

发送/接收 都是使用 byte[] 字节流，所以接收时要进行转换。

5.5 释放资源

close()

• 功能：close() 函数用于关闭一个套接字描述符，这意味着结束与该描述符关联的所有I/O操作，并释放系统为这个套接字分配的资源。一旦 close() 被调用，这个套接字就不能再用于读写操作。
• 行为：对客户端而言，如果服务端调用了 close()，客户端在下一次读取时会得到文件结束标志（EOF）或者遇到错误（具体取决于操作系统和编程环境）。对服务端而言，当收到EOF或错误时，通常会知道对方已经关闭了连接。
• 应用场景：当完全完成与一个套接字的交互，不再需要进行任何读写操作时使用。

shutdown()

• 功能：shutdown() 函数提供了更细粒度的控制来关闭套接字的部分连接能力，而不是完全关闭套接字。它允许分别或同时关闭读取、写入或两者。它有三个参数：第一个参数是套接字描述符，第二个参数指定要关闭的流的方向，可以是 SHUT_RD（禁止后续读取操作）、SHUT_WR（禁止后续写入操作）或 SHUT_RDWR（禁止读写操作）。
• 行为：

• • 当调用 shutdown(sock, SHUT_WR) 时，服务端会向客户端发送一个FIN包，表示自己不会再发送数据，但仍然可以接收数据。
  • 调用 shutdown(sock, SHUT_RD) 则告诉内核不再接收数据，但还可以继续发送。
  • 使用 shutdown(sock, SHUT_RDWR) 则相当于同时禁止了读写，并且通常紧跟着 close() 来彻底关闭套接字。

• 应用场景：当希望在不完全关闭连接的情况下控制数据流动，比如仅想停止发送数据但仍能接收来自对方的数据时，或者想通知对方已完成发送但准备接收对方剩余数据时。

总结

close() 是一个更加直接的方式，用于完全关闭套接字，结束所有读写操作并释放资源。

shutdown() 提供了更灵活的控制，允许逐步关闭套接字的读写能力，适用于需要在完全断开连接前进行特殊清理或通知的场景。

在实际应用中，根据的需求选择使用 close() 或者 shutdown()，或者两者结合使用，以实现对套接字操作的精确控制。