C#網(wǎng)絡(luò)編程之Socket篇

2023-05-12 12:29:40

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供稿：網(wǎng)友

Microsoft.Net Framework為應(yīng)用程序訪問Internet提供了分層的、可擴(kuò)展的以及受管轄的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，其名字空間System.Net和 System.Net.Sockets包含豐富的類可以開發(fā)多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。.Net類采用的分層結(jié)構(gòu)允許應(yīng)用程序在不同的控制級別上訪問網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)人員可以根據(jù)需要選擇針對不同的級別編制程序，這些級別幾乎囊括了Internet的所有需要--從socket套接字到普通的請求/響應(yīng)，更重要的是，這種分層是可以擴(kuò)展的，能夠適應(yīng)Internet不斷擴(kuò)展的需要。

拋開ISO/OSI模型的7層構(gòu)架，單從TCP/IP模型上的邏輯層面上看，.Net類可以視為包含3個層次：請求/響應(yīng)層、應(yīng)用協(xié)議層、傳輸層。WebReqeust和WebResponse 代表了請求/響應(yīng)層，支持Http、Tcp和Udp的類組成了應(yīng)用協(xié)議層，而Socket類處于傳輸層。可以如下示意：

可見，傳輸層位于這個結(jié)構(gòu)的最底層，當(dāng)其上面的應(yīng)用協(xié)議層和請求/響應(yīng)層不能滿足應(yīng)用程序的特殊需要時，就需要使用這一層進(jìn)行Socket套接字編程。

而在.Net中，System.Net.Sockets 命名空間為需要嚴(yán)密控制網(wǎng)絡(luò)訪問的開發(fā)人員提供了 Windows Sockets (Winsock) 接口的托管實現(xiàn)。System.Net 命名空間中的所有其他網(wǎng)絡(luò)訪問類都建立在該套接字Socket實現(xiàn)之上，如TCPClient、TCPListener 和 UDPClient 類封裝有關(guān)創(chuàng)建到 Internet 的 TCP 和 UDP 連接的詳細(xì)信息；NetworkStream類則提供用于網(wǎng)絡(luò)訪問的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)流等，常見的許多Internet服務(wù)都可以見到Socket的蹤影，如 Telnet、Http、Email、Echo等，這些服務(wù)盡管通訊協(xié)議Protocol的定義不同，但是其基礎(chǔ)的傳輸都是采用的Socket。

其實，Socket可以象流Stream一樣被視為一個數(shù)據(jù)通道，這個通道架設(shè)在應(yīng)用程序端（客戶端）和遠(yuǎn)程服務(wù)器端之間，而后，數(shù)據(jù)的讀取（接收）和寫入（發(fā)送）均針對這個通道來進(jìn)行。

可見，在應(yīng)用程序端或者服務(wù)器端創(chuàng)建了Socket對象之后，就可以使用Send/SentTo方法將數(shù)據(jù)發(fā)送到連接的Socket,或者使用Receive/ReceiveFrom方法接收來自連接Socket的數(shù)據(jù)；

針對Socket編程，.NET 框架的 Socket 類是 Winsock32 API 提供的套接字服務(wù)的托管代碼版本。其中為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編程提供了大量的方法，大多數(shù)情況下，Socket 類方法只是將數(shù)據(jù)封送到它們的本機 Win32 副本中并處理任何必要的安全檢查。如果你熟悉Winsock API函數(shù)，那么用Socket類編寫網(wǎng)絡(luò)程序會非常容易，當(dāng)然，如果你不曾接觸過，也不會太困難，跟隨下面的解說，你會發(fā)覺使用Socket類開發(fā) windows 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序原來有規(guī)可尋，它們在大多數(shù)情況下遵循大致相同的步驟。

在使用之前，你需要首先創(chuàng)建Socket對象的實例，這可以通過Socket類的構(gòu)造方法來實現(xiàn)：

public Socket(AddressFamily addressFamily,SocketType socketType,ProtocolType protocolType);

其中，addressFamily 參數(shù)指定 Socket 使用的尋址方案，socketType 參數(shù)指定 Socket 的類型，protocolType 參數(shù)指定 Socket 使用的協(xié)議。

下面的示例語句創(chuàng)建一個 Socket，它可用于在基于 TCP/IP 的網(wǎng)絡(luò)（如 Internet）上通訊。

Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

若要使用 UDP 而不是 TCP，需要更改協(xié)議類型，如下面的示例所示：

Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

一旦創(chuàng)建 Socket，在客戶端，你將可以通過Connect方法連接到指定的服務(wù)器，并通過Send/SendTo方法向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，而后可以通過 Receive/ReceiveFrom從服務(wù)端接收數(shù)據(jù)；而在服務(wù)器端，你需要使用Bind方法綁定所指定的接口使Socket與一個本地終結(jié)點相聯(lián)，并通過Listen方法偵聽該接口上的請求，當(dāng)偵聽到用戶端的連接時，調(diào)用Accept完成連接的操作，創(chuàng)建新的Socket以處理傳入的連接請求。使用完 Socket 后，記住使用 Shutdown 方法禁用 Socket，并使用 Close 方法關(guān)閉 Socket。其間用到的方法/函數(shù)有：

Socket.Connect方法:建立到遠(yuǎn)程設(shè)備的連接

public void Connect(EndPoint remoteEP)（有重載方法）

Socket.Send 方法:從數(shù)據(jù)中的指示位置開始將數(shù)據(jù)發(fā)送到連接的 Socket。

public int Send(byte[], int, SocketFlags);(有重載方法)

Socket.SendTo 方法將數(shù)據(jù)發(fā)送到特定終結(jié)點。

public int SendTo(byte[], EndPoint);（有重載方法）

Socket.Receive方法:將數(shù)據(jù)從連接的 Socket 接收到接收緩沖區(qū)的特定位置。

public int Receive(byte[],int,SocketFlags);

Socket.ReceiveFrom方法：接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中特定位置的數(shù)據(jù)并存儲終結(jié)點。

public int ReceiveFrom(byte[], int, SocketFlags, ref EndPoint);

Socket.Bind 方法：使 Socket 與一個本地終結(jié)點相關(guān)聯(lián)：

public void Bind( EndPoint localEP );

Socket.Listen方法：將 Socket 置于偵聽狀態(tài)。

public void Listen( int backlog );

Socket.Accept方法:創(chuàng)建新的 Socket 以處理傳入的連接請求。

public Socket Accept();

Socket.Shutdown方法:禁用某 Socket 上的發(fā)送和接收

public void Shutdown( SocketShutdown how );

Socket.Close方法:強制 Socket 連接關(guān)閉

public void Close();

可以看出，以上許多方法包含EndPoint類型的參數(shù)，在Internet中，TCP/IP 使用一個網(wǎng)絡(luò)地址和一個服務(wù)端口號來唯一標(biāo)識設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)地址標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)上的特定設(shè)備；端口號標(biāo)識要連接到的該設(shè)備上的特定服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)地址和服務(wù)端口的組合稱為終結(jié)點，在 .NET 框架中正是由 EndPoint 類表示這個終結(jié)點，它提供表示網(wǎng)絡(luò)資源或服務(wù)的抽象，用以標(biāo)志網(wǎng)絡(luò)地址等信息。.Net同時也為每個受支持的地址族定義了 EndPoint 的子代；對于 IP 地址族，該類為 IPEndPoint。IPEndPoint 類包含應(yīng)用程序連接到主機上的服務(wù)所需的主機和端口信息，通過組合服務(wù)的主機IP地址和端口號，IPEndPoint 類形成到服務(wù)的連接點。

用到IPEndPoint類的時候就不可避免地涉及到計算機IP地址，.Net中有兩種類可以得到IP地址實例：

IPAddress類：IPAddress 類包含計算機在 IP 網(wǎng)絡(luò)上的地址。其Parse方法可將 IP 地址字符串轉(zhuǎn)換為 IPAddress 實例。下面的語句創(chuàng)建一個 IPAddress 實例：

IPAddress myIP = IPAddress.Parse("192.168.1.2");

Dns 類：向使用 TCP/IP Internet 服務(wù)的應(yīng)用程序提供域名服務(wù)。其Resolve 方法查詢 DNS 服務(wù)器以將用戶友好的域名（如"host.contoso.com"）映射到數(shù)字形式的 Internet 地址（如 192.168.1.1）。Resolve方法返回一個 IPHostEnty 實例，該實例包含所請求名稱的地址和別名的列表。大多數(shù)情況下，可以使用 AddressList 數(shù)組中返回的第一個地址。下面的代碼獲取一個 IPAddress 實例，該實例包含服務(wù)器 host.contoso.com 的 IP 地址。

IPHostEntry ipHostInfo = Dns.Resolve("host.contoso.com");

IPAddress ipAddress = ipHostInfo.AddressList[0];

你也可以使用GetHostName方法得到IPHostEntry實例：

IPHosntEntry hostInfo=Dns.GetHostByName("host.contoso.com")

在使用以上方法時，你將可能需要處理以下幾種異常：

SocketException異常：訪問Socket時操作系統(tǒng)發(fā)生錯誤引發(fā)

ArgumentNullException異常：參數(shù)為空引用引發(fā)

ObjectDisposedException異常：Socket已經(jīng)關(guān)閉引發(fā)

在掌握上面得知識后，下面的代碼將該服務(wù)器主機（ host.contoso.com的 IP 地址與端口號組合，以便為連接創(chuàng)建遠(yuǎn)程終結(jié)點：

IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ipAddress,11000);

確定了遠(yuǎn)程設(shè)備的地址并選擇了用于連接的端口后，應(yīng)用程序可以嘗試建立與遠(yuǎn)程設(shè)備的連接。下面的示例使用現(xiàn)有的 IPEndPoint 實例與遠(yuǎn)程設(shè)備連接，并捕獲可能引發(fā)的異常：

try {
s.Connect(ipe);//嘗試連接
}
//處理參數(shù)為空引用異常
catch(ArgumentNullException ae) {
Console.WriteLine("ArgumentNullException : {0}", ae.ToString());
}
//處理操作系統(tǒng)異常
catch(SocketException se) {
Console.WriteLine("SocketException : {0}", se.ToString());
}
catch(Exception e) {
Console.WriteLine("Unexpected exception : {0}", e.ToString());
}

需要知道的是：Socket 類支持兩種基本模式：同步和異步。其區(qū)別在于：在同步模式中，對執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)操作的函數(shù)（如 Send 和 Receive）的調(diào)用一直等到操作完成后才將控制返回給調(diào)用程序。在異步模式中，這些調(diào)用立即返回。

另外，很多時候，Socket編程視情況不同需要在客戶端和服務(wù)器端分別予以實現(xiàn)，在客戶端編制應(yīng)用程序向服務(wù)端指定端口發(fā)送請求，同時編制服務(wù)端應(yīng)用程序處理該請求，這個過程在上面的闡述中已經(jīng)提及；當(dāng)然，并非所有的Socket編程都需要你嚴(yán)ge編寫這兩端程序；視應(yīng)用情況不同，你可以在客戶端構(gòu)造出請求字符串，服務(wù)器相應(yīng)端口捕獲這個請求，交由其公用服務(wù)程序進(jìn)行處理。以下事例語句中的字符串就向遠(yuǎn)程主機提出頁面請求：

string Get = "GET / HTTP/1.1/r/nHost: " + server + "/r/nConnection: Close/r/n/r/n";

遠(yuǎn)程主機指定端口接受到這一請求后，就可利用其公用服務(wù)程序進(jìn)行處理而不需要另行編制服務(wù)器端應(yīng)用程序。

綜合運用以上闡述的使用Visual C#進(jìn)行Socket網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)的知識，下面的程序段完整地實現(xiàn)了Web頁面下載功能。用戶只需在窗體上輸入遠(yuǎn)程主機名（Dns 主機名或以點分隔的四部分表示法格式的 IP 地址）和預(yù)保存的本地文件名，并利用專門提供Http服務(wù)的80端口，就可以獲取遠(yuǎn)程主機頁面并保存在本地機指定文件中。如果保存格式是.htm格式，你就可以在Internet瀏覽器中打開該頁面。適當(dāng)添加代碼，你甚至可以實現(xiàn)一個簡單的瀏覽器程序。

實現(xiàn)此功能的主要源代碼如下：

//"開始"按鈕事件
private void button1_Click(object sender, System.EventArgs e) {
//取得預(yù)保存的文件名
string fileName=textBox3.Text.Trim();
//遠(yuǎn)程主機
string hostName=textBox1.Text.Trim();
//端口
int port=Int32.Parse(textBox2.Text.Trim());
//得到主機信息
IPHostEntry ipInfo=Dns.GetHostByName(hostName);
//取得IPAddress[]
IPAddress[] ipAddr=ipInfo.AddressList;
//得到ip
IPAddress ip=ipAddr[0];
//組合出遠(yuǎn)程終結(jié)點
IPEndPoint hostEP=new IPEndPoint(ip,port);
//創(chuàng)建Socket 實例
Socket socket=new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);
try
{
//嘗試連接
socket.Connect(hostEP);
}
catch(Exception se)
{
MessageBox.Show("連接錯誤"+se.Message,"提示信息
,MessageBoxButtons.RetryCancel,MessageBoxIcon.Information);
}
//發(fā)送給遠(yuǎn)程主機的請求內(nèi)容串
string sendStr="GET / HTTP/1.1/r/nHost: " + hostName +
"/r/nConnection: Close/r/n/r/n";
//創(chuàng)建bytes字節(jié)數(shù)組以轉(zhuǎn)換發(fā)送串
byte[] bytesSendStr=new byte[1024];
//將發(fā)送內(nèi)容字符串轉(zhuǎn)換成字節(jié)byte數(shù)組
bytesSendStr=Encoding.ASCII.GetBytes(sendStr);
try
{
//向主機發(fā)送請求
socket.Send(bytesSendStr,bytesSendStr.Length,0);
}
catch(Exception ce)
{
MessageBox.Show("發(fā)送錯誤:"+ce.Message,"提示信息
,MessageBoxButtons.RetryCancel,MessageBoxIcon.Information);
}
//聲明接收返回內(nèi)容的字符串
string recvStr="";
//聲明字節(jié)數(shù)組，一次接收數(shù)據(jù)的長度為1024字節(jié)
byte[] recvBytes=new byte[1024];
//返回實際接收內(nèi)容的字節(jié)數(shù)
int bytes=0;
//循環(huán)讀取，直到接收完所有數(shù)據(jù)
while(true)
{
bytes=socket.Receive(recvBytes,recvBytes.Length,0);
//讀取完成后退出循環(huán)
if(bytes<=0)
break;
//將讀取的字節(jié)數(shù)轉(zhuǎn)換為字符串
recvStr+=Encoding.ASCII.GetString(recvBytes,0,bytes);
}
//將所讀取的字符串轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組
byte[] content=Encoding.ASCII.GetBytes(recvStr);
try
{
//創(chuàng)建文件流對象實例
FileStream fs=new FileStream(fileName,FileMode.OpenOrCreate,FileAccess.ReadWrite);
//寫入文件
fs.Write(content,0,content.Length);
}
catch(Exception fe)
{
MessageBox.Show("文件創(chuàng)建/寫入錯誤:"+fe.Message,"提示信息",MessageBoxButtons.RetryCancel,MessageBoxIcon.Information);
}
//禁用Socket
socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
//關(guān)閉Socket
socket.Close();
}
}