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客户端到服务器端的通信过程及原理
「学习任何东西,我们只要搞清楚其原理,就会触类旁通。现在结和我所学,我想总结一下客户端到服务器端的通信过程。只有明白了原理,我们才会明白当我们程序开发过程中错误的问题会出现在那,才会更好的解决问题。(2020-12-6)」
我们首先要了解一个概念性的词汇:Socket

socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为进程通信机制,取后一种意思。通常也称作“套接字”,用于描述IP地址和端口,是一个通信链的句柄。(其实就是两个程序通信用的。)socket非常类似于电话的插座。以一个电话网为例。电话的通话双方相当于相互通信的2个程序,电话号码可以当作是IP地址。任何用户在通话之前,首先要占有一部电话机,相当于申请一个socket;同时要知道对方的号码(IP地址),相当于对方有一个固定的socket。然后向对方拨号呼叫,相当于发出连接请求。对方假如在场并空闲,拿起电话话筒,双方就可以正式通话,相当于连接成功。双方通话的过程,是一方向电话机发出信号和对方从电话机接收信号的过程,相当于向socket发送数据和从socket接收数据。通话结束后,一方挂起电话机相当于关闭socket,撤消连接,通信完成。

以上通信是以两个人通话做为事例来在概的说明了下通信,但是现在假如通信中的一个人是外国人(说英语),一个人是中国人(说普通话),他们俩相互通信的话,都不能听明白对方说的是什么,那么他们的沟通就不能够完成。但是如果我们给一个规定,给通话双方,只能讲普通话,那么双方沟通就没有障碍了。这就引出来了通信协议。

有两种类型:(Tcp协议与Udp协议):

Tcp协议与Udp协议是在两硬件设备上进行通信传输的一种数据语法。

– 流式Socket(STREAM):

是一种面向连接的Socket,针对于面向连接的TCP服务应用,安全,但是效率低;Tcp:是以流的形式来传的。

– 数据报式Socket(DATAGRAM):

是一种无连接的Socket,对应于无连接的UDP服务应用.不安全(丢失,顺序混乱,在接收端要分析重排及要求重发),但效率高.Udp:将数据包拆开为若干份编号后来传输。在传输的过程中容易出现数据的丢失。但是传输速度要比TCP的快。

Socket的通信流程

Demo:

服务器端:

– 申请一个socket (socketWatch)用来监听的

– 绑定到一个IP地址和一个端口上

– 开启侦听,等待接授客户端的连接

– 当有连接时创建一个用于和连接进来的客户端进行通信的socket(socketConnection)

– 即续监听,等侍下一个客户的连接

代码如下:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;

using System.Net;//IPAdress,IPEndPoint(ip和端口)类
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
using System.IO;

namespace MyChatRoomServer
{
public partial class FChatServer : Form
{
public FChatServer()
{
InitializeComponent();
TextBox.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;//关闭 对 文本框 的跨线程操作检查
}

Thread threadWatch = null;//负责监听 客户端 连接请求的 线程
Socket socketWatch = null;//负责监听的 套接字

private void btnBeginListen_Click(object sender, EventArgs e)
{
//创建 服务端 负责监听的 套接字,参数(使用IP4寻址协议,使用流式连接,使用TCP协议传输数据)
socketWatch = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
//获得文本框中的 IP地址对象
IPAddress address = IPAddress.Parse(txtIP.Text.Trim());
//创建 包含 ip 和 port 的网络节点对象
IPEndPoint endpoint = new IPEndPoint(address, int.Parse(txtPort.Text.Trim()));
//将 负责监听 的套接字 绑定到 唯一的IP和端口上
socketWatch.Bind(endpoint);
//设置监听队列的长度
socketWatch.Listen(10);

//创建 负责监听的线程,并传入监听方法
threadWatch = new Thread(WatchConnecting);
threadWatch.IsBackground = true;//设置为后台线程
threadWatch.Start();//开启线程
ShowMsg("服务器启动监听成功~");
//IPEndPoint
//socketWatch.Bind(
}
//保存了服务器端 所有负责和客户端通信的套接字
Dictionary dict = new Dictionary();
//保存了服务器端 所有负责调用 通信套接字.Receive方法 的线程
Dictionary dictThread = new Dictionary();

//Socket sokConnection = null;
///
/// 监听客户端请求的方法
///

void WatchConnecting()
{
while (true)//持续不断的监听新的客户端的连接请求
{
//开始监听 客户端 连接请求,注意:Accept方法,会阻断当前的线程!
Socket sokConnection = socketWatch.Accept();//一旦监听到客户端的请求,就返回一个负责和该客户端通信的套接字 sokConnection
//sokConnection.Receive
//向 列表控件中 添加一个 客户端的ip端口字符串,作为客户端的唯一标识
lbOnline.Items.Add(sokConnection.RemoteEndPoint.ToString());
//将 与客户端通信的 套接字对象 sokConnection 添加到 键值对集合中,并以客户端IP端口作为键
dict.Add(sokConnection.RemoteEndPoint.ToString(), sokConnection);

//创建 通信线程
ParameterizedThreadStart pts = new ParameterizedThreadStart(RecMsg);
Thread thr = new Thread(pts);
thr.IsBackground = true;//设置为
thr.Start(sokConnection);//启动线程 并为线程要调用的方法RecMsg 传入参数sokConnection

dictThread.Add(sokConnection.RemoteEndPoint.ToString(), thr);//将线程 保存在 字典里,方便大家以后做“踢人”功能的时候用

ShowMsg("客户端连接成功!" + sokConnection.RemoteEndPoint.ToString());
//sokConnection.RemoteEndPoint 中保存的是 当前连接客户端的 Ip和端口
}
}

///
/// 服务端 负责监听 客户端 发送来的数据的 方法
///

void RecMsg(object socketClientPara)
{
Socket socketClient = socketClientPara as Socket;
while (true)
{
//定义一个 接收用的 缓存区(2M字节数组)
byte[] arrMsgRec = new byte[1024 * 1024 * 2];
//将接收到的数据 存入 arrMsgRec 数组,并返回 真正接收到的数据 的长度
int length=-1;
try
{
length = socketClient.Receive(arrMsgRec);
}
catch (SocketException ex)
{
ShowMsg("异常:" + ex.Message);
//从 通信套接字 集合中 删除 被中断连接的 通信套接字对象
dict.Remove(socketClient.RemoteEndPoint.ToString());
//从 通信线程 结合中 删除 被终端连接的 通信线程对象
dictThread.Remove(socketClient.RemoteEndPoint.ToString());
//从 列表中 移除 被中断的连接 ip:Port
lbOnline.Items.Remove(socketClient.RemoteEndPoint.ToString());
break;
}
catch (Exception ex)
{
ShowMsg("异常:" + ex.Message);
break;
}
if (arrMsgRec[0] == 0)//判断 发送过来的数据 的第一个元素是 0,则代表发送来的是 文字数据
{
//此时 是将 数组 所有的元素 都转成字符串,而真正接收到的 只有服务端发来的几个字符
string strMsgRec = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(arrMsgRec,1, length-1);
ShowMsg(strMsgRec);
}
else if (arrMsgRec[0] == 1)//如果是1 ,则代表发送过来的是 文件数据(图片/视频/文件....)
{
SaveFileDialog sfd = new SaveFileDialog();//保存文件选择框对象
if (sfd.ShowDialog() == System.Windows.Forms.DialogResult.OK)//用户选择文件路径后
{
string fileSavePath = sfd.FileName;//获得要保存的文件路径
//创建文件流,然后 让文件流来 根据路径 创建一个文件
using (FileStream fs = new FileStream(fileSavePath, FileMode.Create))
{
fs.Write(arrMsgRec, 1, length-1);
ShowMsg("文件保存成功:" + fileSavePath);
}
}
}
}
}

//发送消息到客户端
private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
{
if (string.IsNullOrEmpty(lbOnline.Text))
{
MessageBox.Show("请选择要发送的好友");
}
else
{
string strMsg = txtMsgSend.Text.Trim();
//将要发送的字符串 转成 utf8对应的字节数组
byte[] arrMsg = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(strMsg);
//获得列表中 选中的KEY
string strClientKey = lbOnline.Text;
//通过key,找到 字典集合中对应的 与某个客户端通信的 套接字的 send方法,发送数据给对方
try
{
dict[strClientKey].Send(arrMsg);
//sokConnection.Send(arrMsg);
ShowMsg("发送了数据出去:" + strMsg);
}
catch (SocketException ex)
{
ShowMsg("发送时异常:"+ex.Message);
}
catch (Exception ex)
{
ShowMsg("发送时异常:" + ex.Message);
}
}
}

//服务端群发消息
private void btnSendToAll_Click(object sender, EventArgs e)
{
string strMsg = txtMsgSend.Text.Trim();
//将要发送的字符串 转成 utf8对应的字节数组
byte[] arrMsg = System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(strMsg);
foreach (Socket s in dict.Values)
{
s.Send(arrMsg);
}
ShowMsg("群发完毕!:)");
}

#region 显示消息
///
/// 显示消息
///

///
void ShowMsg(string msg)
{

客户端:

– 申请一个socket(socketClient)

– 连接服务器(指明IP地址和端口号)

代码如下:

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.ComponentModel;

using System.Data;

using System.Drawing;

using System.Linq;

using System.Text;

using System.Windows.Forms;

using System.Net.Sockets;

using System.Net;

using System.Threading;

namespace MyChatRoomClient

{

public partial class FChatClient : Form

{

public FChatClient()

{

InitializeComponent();

TextBox.CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;

}

Thread threadClient = null; //客户端 负责 接收 服务端发来的数据消息的线程

Socket socketClient = null;//客户端套接字

//客户端发送连接请求到服务器

private void btnConnect_Click(object sender, EventArgs e)

{

IPAddress address = IPAddress.Parse(txtIP.Text.Trim());//获得IP

IPEndPoint endpoint = new IPEndPoint(address, int.Parse(txtPort.Text.Trim()));//网络节点

//创建客户端套接字

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

//向 指定的IP和端口 发送连接请求

socketClient.Connect(endpoint);

//客户端 创建线程 监听服务端 发来的消息

threadClient = new Thread(RecMsg);

threadClient.IsBackground = true;

threadClient.Start();

}

///

/// 监听服务端 发来的消息

///


void RecMsg()

{

while (true)

{

//定义一个 接收用的 缓存区(2M字节数组)

byte[] arrMsgRec = new byte[1024 * 1024 * 2];

//将接收到的数据 存入 arrMsgRec 数组,并返回 真正接收到的数据 的长度

int length= socketClient.Receive(arrMsgRec);

//此时 是将 数组 所有的元素 都转成字符串,而真正接收到的 只有服务端发来的几个字符

string strMsgRec = System.Text.Encoding.UTF8.GetString(arrMsgRec, 0, length);

ShowMsg(strMsgRec);

}

}

void ShowMsg(string msg)

{

txtMsg.AppendText(msg + "\r\n");

}

}

}

通信过程图

通过以上流程图我们可以看出,客户端与服务器端之间的一个基本通信流程,概括一下Socket 一般应用模式(客户端和服务器端)的作用:

服务器端:最少有两个socket,一个是服务端负责监听客户端发来连接请求,但不负责与请求的客户端通信,另一个是每当服务器端成功接收到客户端时,但在服务器端创建一个用与请求的客户端进行通信的socket.

客户端:指定要连接的服务器端地址和端口,通过创建一个socket对象来初始化一个到服务器端的TCP连接。(揭08)
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