客户端到服务器端的通信过程及原理

Posted 2020-08-14 淡水化合物

   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。

     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;

namespaceMyChatRoomServer
{
    publicpartialclassFChatServer : Form
    {
        publicFChatServer()
        {
            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privatevoidbtnBeginListen_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<string, Socket> dict = new Dictionary<string, Socket>();
        //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<string, Thread> dictThread = new Dictionary<string, Thread>();

        //Socket sokConnection = null;///<summary>/// 监听客户端请求的方法///</summary>voidWatchConnecting()
        {
            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
            }
        }

        ///<summary>/// 服务端 负责监听 客户端 发送来的数据的 方法///</summary>voidRecMsg(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 = newbyte[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);
                }
                elseif (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privatevoidbtnSend_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KEYstring 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privatevoidbtnSendToAll_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///<summary>/// 显示消息///</summary>///<param name="msg"></param>voidShowMsg(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;
namespaceMyChatRoomClient

{

    publicpartialclassFChatClient : Form

    {

        publicFChatClient()

        {

            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privatevoidbtnConnect_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();

        }

        ///<summary>/// 监听服务端 发来的消息///</summary>voidRecMsg()

        {

            while (true)

            {

                //定义一个 接收用的 缓存区(2M字节数组)byte[] arrMsgRec = newbyte[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);

            }

        }

        voidShowMsg(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。