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C#网络编程(基本概念和操作) 一

2010-07-11

引言 C#网络编程系列文章计划简单地讲述网络编程方面的基础知识,由于本人在这方面功力有限,所以只能提供一些初步的入门知识,希望能对刚开始学习的朋友提供一些帮助。如果想要更加深入的内容,可以参考相关书籍。 本文是

引言

C#网络编程系列文章计划简单地讲述网络编程方面的基础知识,由于本人在这方面功力有限,所以只能提供一些初步的入门知识,希望能对刚开始学习的朋友提供一些帮助。如果想要更加深入的内容,可以参考相关书籍。

本文是该系列第一篇,主要讲述了基于套接字(Socket)进行网络编程的基本概念,其中包括TCP协议、套接字、聊天程序的三种开发模式,以及两个基本操作:侦听端口、连接远程服务端;第二篇讲述了一个简单的范例:从客户端传输字符串到服务端,服务端接收并打印字符串,将字符串改为大写,然后再将字符串回发到客户端,客户端最后打印传回的字符串;第三篇是第二篇的一个强化,讲述了第二篇中没有解决的一个问题,并使用了异步传输的方式来完成和第二篇同样的功能;第四篇则演示了如何在客户端与服务端之间收发文件;第五篇实现了一个能够在线聊天并进行文件传输的聊天程序,实际上是对前面知识的一个综合应用。

网络编程基本概念

1.面向连接的传输协议:TCP

对于TCP协议我不想说太多东西,这属于大学课程,又涉及计算机科学,而我不是“学院派”,对于这部分内容,我觉得作为开发人员,只需要掌握与程序相关的概念就可以了,不需要做太艰深的研究。

我们首先知道TCP是面向连接的,它的意思是说两个远程主机(或者叫进程,因为实际上远程通信是进程之间的通信,而进程则是运行中的程序),必须首先进行一个握手过程,确认连接成功,之后才能传输实际的数据。比如说进程A想将字符串“Its a fine day today”发给进程B,它首先要建立连接。在这一过程中,它首先需要知道进程B的位置(主机地址和端口号)。随后发送一个不包含实际数据的请求报文,我们可以将这个报文称之为“hello”。如果进程B接收到了这个“hello”,就向进程A回复一个“hello”,进程A随后才发送实际的数据“Its a fine day today”。

关于TCP第二个需要了解的,就是它是全双工的。意思是说如果两个主机上的进程(比如进程A、进程B),一旦建立好连接,那么数据就既可以由A流向B,也可以由B流向A。除此以外,它还是点对点的,意思是说一个TCP连接总是两者之间的,在发送中,通过一个连接将数据发给多个接收方是不可能的。TCP还有一个特性,就是称为可靠的数据传输,意思是连接建立后,数据的发送一定能够到达,并且是有序的,就是说发的时候你发了ABC,那么收的一方收到的也一定是ABC,而不会是BCA或者别的什么。

编程中与TCP相关的最重要的一个概念就是套接字。我们应该知道网络七层协议,如果我们将上面的应用程、表示层、会话层笼统地算作一层(有的教材便是如此划分的),那么我们编写的网络应用程序就位于应用层,而大家知道TCP是属于传输层的协议,那么我们在应用层如何使用传输层的服务呢(消息发送或者文件上传下载)?大家知道在应用程序中我们用接口来分离实现,在应用层和传输层之间,则是使用套接字来进行分离。它就像是传输层为应用层开的一个小口,应用程序通过这个小口向远程发送数据,或者接收远程发来的数据;而这个小口以内,也就是数据进入这个口之后,或者数据从这个口出来之前,我们是不知道也不需要知道的,我们也不会关心它如何传输,这属于网络其它层次的工作。

举个例子,如果你想写封邮件发给远方的朋友,那么你如何写信、将信打包,属于应用层,信怎么写,怎么打包完全由我们做主;而当我们将信投入邮筒时,邮筒的那个口就是套接字,在进入套接字之后,就是传输层、网络层等(邮局、公路交管或者航线等)其它层次的工作了。我们从来不会去关心信是如何从西安发往北京的,我们只知道写好了投入邮筒就OK了。可以用下面这两幅图来表示它:

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注意在上面图中,两个主机是对等的,但是按照约定,我们将发起请求的一方称为客户端,将另一端称为服务端。可以看出两个程序之间的对话是通过套接字这个出入口来完成的,实际上套接字包含的最重要的也就是两个信息:连接至远程的本地的端口信息(本机地址和端口号),连接到的远程的端口信息(远程地址和端口号)。注意上面词语的微妙变化,一个是本地地址,一个是远程地址。

这里又出现了了一个名词端口。一般来说我们的计算机上运行着非常多的应用程序,它们可能都需要同远程主机打交道,所以远程主机就需要有一个ID来标识它想与本地机器上的哪个应用程序打交道,这里的ID就是端口。将端口分配给一个应用程序,那么来自这个端口的数据则总是针对这个应用程序的。有这样一个很好的例子:可以将主机地址想象为电话号码,而将端口号想象为分机号。

在.NET中,尽管我们可以直接对套接字编程,但是.NET提供了两个类将对套接字的编程进行了一个封装,使我们的使用能够更加方便,这两个类是TcpClient和TcpListener,它与套接字的关系如下:

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从上面图中可以看出TcpClient和TcpListener对套接字进行了封装。从中也可以看出,TcpListener用于接受连接请求,而TcpClient则用于接收和发送流数据。这幅图的意思是TcpListener持续地保持对端口的侦听,一旦收到一个连接请求后,就可以获得一个TcpClient对象,而对于数据的发送和接收都有TcpClient去完成。此时,TcpListener并没有停止工作,它始终持续地保持对端口的侦听状态。

我们考虑这样一种情况:两台主机,主机A和主机B,起初它们谁也不知道谁在哪儿,当它们想要进行对话时,总是需要有一方发起连接,而另一方则需要对本机的某一端口进行侦听。而在侦听方收到连接请求、并建立起连接以后,它们之间进行收发数据时,发起连接的一方并不需要再进行侦听。因为连接是全双工的,它可以使用现有的连接进行收发数据。而我们前面已经做了定义:将发起连接的一方称为客户端,另一段称为服务端,则现在可以得出:总是服务端在使用TcpListener类,因为它需要建立起一个初始的连接

2.网络聊天程序的三种模式

实现一个网络聊天程序本应是最后一篇文章的内容,也是本系列最后的一个程序,来作为一个终结。但是我想后面更多的是编码,讲述的内容应该不会太多,所以还是把讲述的东西都放到这里吧。

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当采用这种模式时,即是所谓的完全点对点模式,此时每台计算机本身也是服务器,因为它需要进行端口的侦听。实现这个模式的难点是:各个主机(或终端)之间如何知道其它主机的存在?此时通常的做法是当某一主机上线时,使用UDP协议进行一个广播(Broadcast),通过这种方式来“告知”其它主机自己已经在线并说明位置,收到广播的主机发回一个应答,此时主机便知道其他主机的存在。这种方式我个人并不喜欢,但在 aspx" target="_blank">C#编写简单的聊天程序 这篇文章中,我使用了这种模式,可惜的是我没有实现广播,所以还很不完善。

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第二种方式较好的解决了上面的问题,它引入了服务器,由这个服务器来专门进行广播。服务器持续保持对端口的侦听状态,每当有主机上线时,首先连接至服务器,服务器收到连接后,将该主机的位置(地址和端口号)发往其他在线主机(绿色箭头标识)。这样其他主机便知道该主机已上线,并知道其所在位置,从而可以进行连接和对话。在服务器进行了广播之后,因为各个主机已经知道了其他主机的位置,因此主机之间的对话就不再通过服务器(黑色箭头表示),而是直接进行连接。因此,使用这种模式时,各个主机依然需要保持对端口的侦听。在某台主机离线时,与登录时的模式类似,服务器会收到通知,然后转告给其他的主机。

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第三种模式是我觉得最简单也最实用的一种,主机的登录与离线与第二种模式相同。注意到每台主机在上线时首先就与服务器建立了连接,那么从主机A发往主机B发送消息,就可以通过这样一条路径,主机A --> 服务器 --> 主机B,通过这种方式,各个主机不需要在对端口进行侦听,而只需要服务器进行侦听就可以了,大大地简化了开发。

而对于一些较大的文件,比如说图片或者文件,如果想由主机A发往主机B,如果通过服务器进行传输效率会比较低,此时可以临时搭建一个主机A至主机B之间的连接,用于传输大文件。当文件传输结束之后再关闭连接(桔红色箭头标识)。

除此以外,由于消息都经过服务器,所以服务器还可以缓存主机间的对话,即是说当主机A发往主机B时,如果主机B已经离线,则服务器可以对消息进行缓存,当主机B下次连接到服务器时,服务器自动将缓存的消息发给主机B。

本系列文章最后采用的即是此种模式,不过没有实现过多复杂的功能。接下来我们的理论知识告一段落,开始下一阶段――漫长的编码。

基本操作

1.服务端对端口进行侦听

接下来我们开始编写一些实际的代码,第一步就是开启对本地机器上某一端口的侦听。首先创建一个控制台应用程序,将项目名称命名为ServerConsole,它代表我们的服务端。如果想要与外界进行通信,第一件要做的事情就是开启对端口的侦听,这就像为计算机打开了一个“门”,所有向这个&ldquo

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