在c#中使用Socket实现一个tcp协议

这篇文章给大家介绍在c#中使用Socket实现一个tcp协议，内容非常详细，感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴，希望对大家能有所帮助。

一、概述

UDP和TCP是网络通讯常用的两个传输协议，C#一般可以通过Socket来实现UDP和TCP通讯，由于.NET框架通过UdpClient、TcpListener 、TcpClient这几个类对Socket进行了封装，使其使用更加方便， 本文就通过这几个封装过的类讲解一下相关应用。

二、基本应用：连接、发送、接收

服务端建立侦听并等待连接：

TcpListener tcpListener = new TcpListener(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9000);
tcpListener.Start();
if (tcpListener.Pending())
{
   TcpClient client = tcpListener.AcceptTcpClient();
   Console.WriteLine("Connected"); 
}

服务端是通过AcceptTcpClient方法获得TcpClient对象，而客户端是直接创建TcpClient对象。

TcpClient tcpClient = new TcpClient();
tcpClient.Connect("127.0.0.1", 9000);

发送数据TcpClient对象创建后，发送接收都通过TcpClient对象完成。

发送数据：

TcpClient tcpClient = new TcpClient();
    tcpClient.Connect("127.0.0.1", 9000);
    NetworkStream netStream = tcpClient.GetStream();

    int Len = 1024;
    byte[] datas = new byte[Len];

    netStream.Write(datas, 0, Len);    

    netStream.Close();
    tcpClient.Close();

接收数据：

TcpClient client = tcpListener.AcceptTcpClient();
Console.WriteLine("Connected"); 
 
 NetworkStream stream = client.GetStream();
 var remote = client.Client.RemoteEndPoint;

 byte[] data = new byte[1024];
 while (true)
 {
   if (stream.DataAvailable)
   {
    int len = stream.Read(data, 0, 1024);
    Console.WriteLine($"From:{remote}:Received ({len})");
   }
  Thread.Sleep(1);
 }

三、 粘包问题

和UDP不太一样，TCP连接不会丢包，但存在粘包问题。（严格来说粘包这个说法是不严谨的，因为TCP通讯是基于流的，没有包的概念，包只是使用者自己的理解。） 下面分析一下粘包产生的原因及解决办法。

TCP数据通讯是基于流来实现的，类似一个队列，当有数据发送过来时，操作系统就会把发送过来的数据依次放到这个队列中，对发送者而言，数据是一片一片发送的，所以自然会认为存在数据包的概念，但对于接收者而言，如果没有及时去取这些数据，这些数据依次存放在队列中，彼此之间并无明显间隔，自然就粘包了。

还有一种情况粘包是发送端造成的，有时我们调用发送代码时，操作系统可能并不会立即发送，而是放到缓存区，当缓存区达到一定数量时才真正发送。 

要解决粘包问题，大致有以下几个方案。

1、 约定数据长度，发送端的数据都是指定长度，比如1024；接收端取数据时也取同样长度，不够长度就等待，保证取到的数据和发送端一致；

2、 接收端取数据的频率远大于发送端，比如发送端每1秒发送一段数据，接收端每0.1秒去取一次数据，这样基本可以保证数据不会粘起来；

以上两个方案都要求发送端需要立即发送，不可缓存数据。而且这两种方案都有缺陷：首先，第一种方案：如果要包大小一致的话，如果约定的包比较大，肯定有较多数据冗余，浪费网络资源，如果包较小，连接就比较频繁，效率不高。

其次，第二种方案：这个方案只能在理想环境下可以实现，当服务端遭遇一段时间的计算压力时可能会出现意外，不能完全保证。

比较完善的解决方案就是对接收到的数据进行预处理：首先通过定义特殊的字符组合作为包头和包尾，如果传输ASCII字符，可以用0x02表示开始（STX），用0x03表示结束（ETX），比如：STX ‘H' ‘e' ‘l' ‘l' ‘o' ETX (二进制数据： 02 48 65 6C 6C 6F 03)。如果数据较长可以在包头留出固定位置存放包长度， 如：

02 00 05 48 65 6C 6C 6F 03

其中02 05 就表示正文长度为5个字节，可以进行校验。

虽然第三种方案比较严谨，但相对复杂，在传输比较可靠、应用比较简单的场景下，也可以采用前面两种解决方案。

四、 一个完整的例程

服务端：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TCPServer
{
 class Program
 { 
  static void Main(string[] args)
  { 
   TcpListener tcpListener = new TcpListener(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9000);
   tcpListener.Start();

   while (true)
   {
    if (tcpListener.Pending())
    {
     TcpClient client = tcpListener.AcceptTcpClient();
     Console.WriteLine("Connected");     

     Task.Run(() =>
     { 
      NetworkStream stream = client.GetStream();
      var remote = client.Client.RemoteEndPoint;
      
      while (true)
      {
       if (stream.DataAvailable)
       {
        byte[] data = new byte[1024];
        int len = stream.Read(data, 0, 1024);
        string Name = Encoding.UTF8.GetString(data,0,len);
        var senddata = Encoding.UTF8.GetBytes("Hello:" + Name);
        stream.Write(senddata, 0, senddata.Length);
       }

       if (!client.IsOnline())
       {
        Console.WriteLine("Connect Closed.");
        break;
       }

       Thread.Sleep(1);
      }
     });
    }

    Thread.Sleep(1);
   }
  }
 }

 public static class TcpClientEx
 {
  public static bool IsOnline(this TcpClient client)
  {
   return !((client.Client.Poll(15000, SelectMode.SelectRead) && (client.Client.Available == 0)) || !client.Client.Connected);
  }
 }
}

客户端：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TCP_Clent
{
 class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {
   ThreadPool.SetMinThreads(100, 100);
   ThreadPool.SetMaxThreads(200, 200); 

   Parallel.For(1, 10, x =>
   {
    SendData("Tom");
   });

   Console.WriteLine("All Completed!");
   Console.ReadKey();
  }

  private static void SendData(string Name)
  {
   Task.Run(() =>
   {
    Console.WriteLine("Start");
    TcpClient tcpClient = new TcpClient();
    tcpClient.Connect("127.0.0.1", 9000);
    Console.WriteLine("Connected");
    NetworkStream netStream = tcpClient.GetStream();

    Task.Run(() =>
    {
     Thread.Sleep(100);
     while (true)
     {
      if (!tcpClient.Client.Connected)
      {
       break;
      }

      if (netStream == null)
      {
       break;
      }

      try
      {
       if (netStream.DataAvailable)
       {
        byte[] data = new byte[1024];
        int len = netStream.Read(data, 0, 1024);
        var message = Encoding.UTF8.GetString(data, 0, len);
        Console.WriteLine(message);
       }
      }
      catch
      {
       break;
      }

      Thread.Sleep(10);
     }
    });

    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
     byte[] datas = Encoding.UTF8.GetBytes(Name);
     int Len = datas.Length;
     netStream.Write(datas, 0, Len);
     Thread.Sleep(1000);
    }

    netStream.Close();
    netStream = null;
    tcpClient.Close();

    Console.WriteLine("Completed");
   });
  }  
 }
}

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