第3章 TCP編程

1、3.1 TCP簡介簡介 3.2 同步與異步同步與異步 3.3 C#中的中的TCP編程類編程類 3.4 TCP基礎編程的一般步驟基礎編程的一般步驟 3.5 同步同步TCP編程編程 3.6 異步異步TCP編程編程 3.7 兩種兩種TCP程序的區(qū)別程序的區(qū)別 3.1.1 TCP的工作過程的工作過程 1. 連接的建立連接的建立 TCP協(xié)議通過三個報文段完成類似電話呼叫的連接建立過程，這個過程稱 為三次握手（three-way handshake），如圖3.1所示。 2. 傳輸數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù) 一旦通信雙方建立了TCP連接，連接中的任何一方都能向對方發(fā)送數(shù)據(jù)和接 收對方發(fā)來的數(shù)據(jù)。TCP協(xié)議負責把用戶數(shù)據(jù)（

2、字節(jié)流）按一定的格式和長度組 成多個數(shù)據(jù)報進行發(fā)送，并在接收到數(shù)據(jù)報之后按分解順序重新組裝和恢復用戶 數(shù)據(jù)。 利用TCP傳輸數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)是以字節(jié)流的形式進行傳輸?shù)摹?3. 連接的終止連接的終止 建立一個連接需要三次握手，而終止一個連接要經(jīng)過四次握手，這是由 TCP的半關閉（half-close）造成的。具體過程如圖3.2所示。 TCP最主要的特點如下。 (1)是面向連接的協(xié)議。 (2)端到端的通信。每個TCP連接只能有兩個端點，而且只能一對一通信， 不能一點對多點直接通信。 (3)高可靠性。通過TCP連接傳送的數(shù)據(jù)，能保證數(shù)據(jù)無差錯、不丟失、 不重復地準確到達接收方，并且保證各數(shù)據(jù)到達的順序與

3、其發(fā)出的順序相同。 (4)全雙工方式傳輸。 (5)數(shù)據(jù)以字節(jié)流的方式傳輸。 (6)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)無消息邊界。 在TCP工作時，底層Socket詳細的通信流程如圖3.3所示。 同步工作方式是指利用TCP編寫的程序執(zhí)行到監(jiān)聽或接收語句時，在未完成 工作（偵聽到連接請求或收到對方發(fā)來的數(shù)據(jù)）前不再繼續(xù)往下執(zhí)行，線程處于 阻塞狀態(tài)，直到該語句完成相應的工作后才繼續(xù)執(zhí)行下一條語句。 異步工作方式是指程序執(zhí)行到監(jiān)聽或接收語句時，不論工作是否完成，都會 繼續(xù)往下執(zhí)行。 3.3.1 TcpListener類類 TcpListener類用于監(jiān)聽和接收傳入的連接請求。該類的構造函數(shù)常用的有以 下兩種重載形式： Tcp

4、Listener(IPEndPoint iep) TcpListener(IPAddress localAddr, int port) 在同步工作方式下，對應有： （1）Start方法。 （2）Stop方法。 （3）AcceptSocket方法。 （4）AcceptTcpClient方法。 表3-1列出了TcpListener類的常用方法。 方法方法說明說明 AcceptSocket從端口處接收一個連接并賦予它Socket對象 AcceptTcpClient從端口處接收一個連接并賦予它TcpClient對象 Equals判斷兩個TcpListener對象是否相等 GetHashCode用作特定

5、類型的哈希函數(shù) GetType得到當前實例類型 Pending確定是否有掛起的連接請求 Start開始偵聽傳入的連接請求 Stop關閉偵聽器 ToString創(chuàng)建TcpListener對象的字符串表示 TcpClient的構造函數(shù)有以下4種重載形式。 (1)TcpClient( )。 該構造函數(shù)創(chuàng)建一個默認的TcpClient對象，并自動分配本機（客戶端）IP 地址和端口號。利用此構造函數(shù)創(chuàng)建對象后，還必須調(diào)用Connect方法與服務器 建立連接。例如： TcpClient tcpClient = new TcpClient(); tcpClient.Connect(“”, 51888); (

6、2)TcpClient(AddressFamily family)。 構造函數(shù)創(chuàng)建的TcpClient對象也能自動分配本機（客戶端）IP地址和端口 號，但是使用AddressFamily枚舉指定使用哪種網(wǎng)絡協(xié)議。創(chuàng)建該對象后，必須 調(diào)用Connect方法與服務器建立連接。例如： TcpClient tcpClient = new TcpClient(AddressFamily.InterNetwork); tcpClient.Connect(“”, 51888); (3)TcpClient(IPEndPoint iep)。 如果使用這種方式，必須調(diào)用Connect方法與服務器建立連接。例如：

7、IPAddress address = Dns.GetHostAddresses (Dns.GetHostName(); IPEndPoint iep = new IPEndPoint (address0, 51888); TcpClient tcpClient = new TcpClient(iep); tcpClient.Connect(“”, 51888); (4)TcpClient(string hostname, int port)。 該構造函數(shù)會自動分配最合適的本地主機IP地址和端口號，并對DNS進行 解析，然后與遠程主機建立連接。例如： TcpClient tcpClient =

8、 new TcpClient(“”, 51888); 它相當于： TcpClient tcpClient = new TcpClient(); tcpClient Connect(“”, 51888); 表3-2和表3-3分別列出了TcpClient類的常用屬性和方法。 屬性屬性含義含義 Client獲取或設置基礎套接字 LingerState獲取或設置套接字保持連接的時間 NoDelay獲取或設置一個值，該值在發(fā)送或接收緩沖區(qū)未滿時禁用延遲 ReceiveBufferSize獲取或設置Tcp接收緩沖區(qū)的大小 ReceiveTimeout獲取或設置套接字接收數(shù)據(jù)的超時時間 SendBuffer

9、Size獲取或設置Tcp發(fā)送緩沖區(qū)的大小 SendTimeout獲取或設置套接字發(fā)送數(shù)據(jù)的超時時間 方法方法含義含義 Close釋放TcpClient實例，而不關閉基礎連接 Connect用指定的主機名和端口號將客戶端連接到TCP主機 BeginConnect開始一個對遠程主機連接的異步請求 EndConnect異步接受傳入的連接嘗試 GetStream獲取能夠發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的NetworkStream對象 3.4.1編寫服務器端程序的一般步驟編寫服務器端程序的一般步驟 使用對套接字封裝后的類，編寫基于TCP的服務器端程序的一般步驟如下。 (1)創(chuàng)建一個TcpListener對象，然后調(diào)用該對

10、象的Start方法在指定的端口進 行監(jiān)聽。典型代碼如： /聲明 private IPAddress localAddress;/IP地址 private const int port = 51888;/端口 private TcpListener tcpListener;/監(jiān)聽套接字 /初始化 IPAddress listenIp = Dns.GetHostAddresses(); localAddress = listenIp0;/初始化IP為本地地址 /創(chuàng)建TcpListener對象，開啟監(jiān)聽 tcpListener = new TcpListener(localAddress, port

11、); tcpListener.Start();/監(jiān)聽開始 (2)在單獨的線程中，循環(huán)調(diào)用AcceptTcpClient方法接受客戶端的連接請 求，從該方法的返回結果中得到與該客戶端對應的TcpClient對象，并利用該對 象的GetStream方法得到NetworkStream對象，然后再利用該對象得到其他使用 更方便的對象如BinaryReader對象、BinaryWriter對象，為進一步與對方通信作 準備。 (3)每得到一個新的TcpClient對象，就創(chuàng)建一個與該客戶對應的線程，在 線程中與對應的客戶進行通信。 Thread threadReceive = new Thread(Rec

12、eiveMessage); threadReceive.Start(); (4)根據(jù)傳送信息的情況確定是否關閉與客戶的連接。 關閉連接的代碼： if (br != null) br.Close(); if (bw != null) bw.Close(); if (tcpClient != null) tcpClient.Close(); toolStripStatusInfo.Text = 連接斷開!; 使用對套接字封裝后的類，編寫基于TCP的客戶端程序的一般步驟如下。 (1)利用TcpClient的構造函數(shù)創(chuàng)建一個TcpClient對象。 private TcpClient tcpClien

13、t; tcpClient = new TcpClient(); (2)使用Connect方法與服務器建立連接。 tcpClient.Connect(remoteHost.HostName, int.Parse(tbxPort.Text); (3)利用TcpClient對象的GetStream方法得到網(wǎng)絡流，然后利用該網(wǎng)絡流與 服務器進行數(shù)據(jù)傳輸。 if (tcpClient != null) statusStripInfo.Invoke(shwStatusInfoCallBack, 連接成功!); networkStream = tcpClient.GetStream(); br = new

14、BinaryReader(networkStream); bw = new BinaryWriter(networkStream); (4)創(chuàng)建一個線程監(jiān)聽指定的端口，循環(huán)接收并處理服務器發(fā)送過來的信息。 Thread threadReceive = new Thread(ReceiveMessage); threadReceive.Start(); (5)完成工作后，向服務器發(fā)送關閉信息，并關閉與服務器的連接。 3.5.1 界面設計界面設計 服務器與客戶端程序設計簡潔清晰風格的界面，如圖3.5所示。 程序界面上控件的屬性描述見表3-4和表3-5。 Name控件類型控件類型功能描述功能描述 f

15、rmSyncTcpClientForm程序主窗體 lstbxMsgViewListBox接收消息顯示 tbxSendCountTextBox設置消息發(fā)送數(shù) tbxReceiveCountTextBox設置消息接收數(shù) btnClearButton【清空】按鈕 btnReceiveButton【接收】按鈕 tbxMsgTextBox編輯待發(fā)信息 btnSendButton【發(fā)送】按鈕 tbxSrvIpTextBox填寫服務器IP tbxPortTextBox填寫服務端口 btnConnectButton【連接】按鈕 btnDisconnectButton【斷開】按鈕 toolStripStatus

16、InfoToolStripStatusLabel狀態(tài)欄文本標簽 toolStripProgressProcToolStripProgressBar狀態(tài)欄進度條 statusStripInfoStatusStrip狀態(tài)欄 Name控件類型控件類型功能描述功能描述 frmSyncTcpServerForm程序主窗體 lstbxMsgViewListBox接收消息顯示 tbxSendCountTextBox設置消息發(fā)送數(shù) tbxReceiveCountTextBox設置消息接收數(shù) btnClearButton【清空】按鈕 btnReceiveButton【接收】按鈕 tbxMsgTextBox編輯待

17、發(fā)信息 btnSendButton【發(fā)送】按鈕 btnStartButton【開始偵聽】按鈕 btnStopButton【關閉偵聽】按鈕 btnDisconnectButton【斷開】按鈕 toolStripStatusInfoToolStripStatusLabel狀態(tài)欄文本標簽 toolStripProgressProcToolStripProgressBar狀態(tài)欄進度條 statusStripInfoStatusStrip狀態(tài)欄 表表3-5同步服務器端界面控件描述同步服務器端界面控件描述 首先聲明4個委托：ShwMsgforViewCallBack、ShwStatusInfoCallBa

18、ck、 ShwProgressProcCallBack和ResetMsgTxtCallBack，然后將它們的實例分別綁 定到定義好的4個函數(shù)（回調(diào)方法）：ShwMsgforView、ShwStatusInfo、 ShwProgressProc和ResetMsgTxt，通過回調(diào)方法間接地執(zhí)行各自對應的界面 操作：列表顯示收到的消息、顯示狀態(tài)信息、顯示進度和重置待發(fā)送的消息文 本。這是編寫“線程安全”的程序時操作界面控件的普遍方法，整個程序的完 整代碼。 與客戶端程序一樣，首先搭建好應用委托回調(diào)機制的框架，整個程序的完 整代碼。 運行服務器和客戶端程序，如圖3.6所示。 1. 服務器接受請求（服務

19、器接受請求（tcpClient = tcpListener.AcceptTcpClient();） 單擊服務器【開始偵聽】按鈕，如圖3.7所示。 單擊客戶進程【連接】按鈕，向服務器發(fā)起連接請求，產(chǎn)生的現(xiàn)象如圖3.8 所示。 2. 接收數(shù)據(jù)（接收數(shù)據(jù)（string rcvMsgStr = br.ReadString();） 單擊服務器【接收】按鈕，如圖3.9所示。 設置客戶端發(fā)送消息數(shù)為5，編輯消息內(nèi)容后，單擊“發(fā)送”按鈕，運行效 果如圖3.10所示。 單擊客戶端【發(fā)送】按鈕，再發(fā)送5條消息，如圖3.11所示。 3. 發(fā)送數(shù)據(jù)（發(fā)送數(shù)據(jù)（bw.Write(state.ToString();） 在

20、服務器接收線程未開啟的情況下，從客戶端向服務器發(fā)消息，如圖3.12 所示。 客戶端發(fā)送完畢后，服務器并無反應。只有在單擊服務器【接收】按鈕后， 才能看到收到的消息，如圖3.13所示，發(fā)送消息后對方卻是異步收到的！ 3.6.1 異步程序設計異步程序設計 1. 基于基于IAsyncResult的異步設計模式的異步設計模式 (1)基本原理。 基于IAsyncResult的異步設計模式通過前綴分別為“Begin”和“End”的 兩個方法實現(xiàn)開始和結束異步操作，每個Begin方法都必須有一個與其對應的 End方法，如BeginAcceptTcpClient和EndAcceptTcpClient方法等。

21、(2)AsyncCallback委托。 AsyncCallback委托用于在異步操作完成時調(diào)用指定的回調(diào)方法。 2. 異步異步TCP編程常用方法編程常用方法 表3-6列出了TcpListener類、TcpClient類提供的部分異步操作方法。 類類方法方法說明說明 TcpListener BeginAcceptTcpClient開始一個異步操作接受一個傳入的連接嘗試 EndAcceptTcpClient 異 步 接 受 傳 入 的 連 接 嘗 試 ， 并 創(chuàng) 建 新 的 TcpClient處理遠程主機通信 TcpClient BeginConnect開始一個對遠程主機連接的異步請求 EndCo

22、nnect異步接受傳入的連接嘗試 3. 異步方式調(diào)用同步方法異步方式調(diào)用同步方法 (1)聲明與要調(diào)用的方法具有相同簽名的委托。 下面的代碼說明了如何聲明一個與要調(diào)用的方法具有相同簽名的委托： private BinaryWriter bw; private delegate void SendMessageDelegate(string sendMessage); private SendMessageDelegate sendMessageDelegate; sendMessageDelegate = new SendMessageDelegate(AsyncSndMsg); private

23、 void AsyncSndMsg(string sendMessage) try bw.Write(sendMessage); bw.Flush(); catch (2)通過輪詢方式檢查異步調(diào)用是否完成。 聲明和AsyncSndMsg方法具有相同簽名的委托以后，公共語言運行時就會 自動為該委托定義Beginlnvoke方法和Endlnvoke方法。然后就可以異步調(diào)用 AsyncSndMsg方法了。 調(diào)用Beginlnvoke方法后，該方法會立即返回IAsyncResult類型的接口，從 用戶界面的服務線程中進行異步調(diào)用時，可以利用該接口的IsCompleted屬性來 通過輪詢方式檢查異步調(diào)用

24、是否完成。 在輪詢過程中，Beginlnvoke方法在ThreadPool中創(chuàng)建的線程會繼續(xù)執(zhí)行異 步方法。例如： private bool needExit; IAsyncResult result = sendMessageDelegate.BeginInvoke(sendMessage, null, null); while (result.IsCompleted = false) if (needExit) break; Thread.Sleep (50); (3)使用Endlnvoke結束異步調(diào)用。 Endlnvoke方法用于檢索異步調(diào)用的結果，并結束異步調(diào)用。調(diào)用 Beginlnv

25、oke之后，隨時可以調(diào)用該方法。如果異步調(diào)用尚未完成，則 Endlnvoke會一直阻止調(diào)用線程，直到異步調(diào)用完成。例如，在退出輪詢后，可 以直接通過下面的代碼結束異步調(diào)用： sendMessageDelegate.EndInvoke(result); 給這個程序設計與3.5節(jié)程序一模一樣的界面，只在窗體標題中注明這是異 步程序，如圖3.14所示。 程序界面上控件的屬性描述見表3-7和表3-8。 Name控件類型控件類型功能描述功能描述 frmAsyncTcpClientForm程序主窗體 lstbxMsgViewListBox接收消息顯示 tbxSendCountTextBox設置消息發(fā)送數(shù)

26、tbxReceiveCountTextBox設置消息接收數(shù) btnClearButton【清空】按鈕 btnReceiveButton【接收】按鈕 tbxMsgTextBox編輯待發(fā)信息 btnSendButton【發(fā)送】按鈕 tbxSrvIpTextBox填寫服務器IP tbxPortTextBox填寫服務端口 btnConnectButton【連接】按鈕 btnDisconnectButton【斷開】按鈕 toolStripStatusInfoToolStripStatusLabel狀態(tài)欄文本標簽 toolStripProgressProcToolStripProgressBar狀態(tài)欄進度

27、條 statusStripInfoStatusStrip狀態(tài)欄 Name控件類型控件類型功能描述功能描述 frmAsyncTcpServerForm程序主窗體 lstbxMsgViewListBox接收消息顯示 tbxSendCountTextBox設置消息發(fā)送數(shù) tbxReceiveCountTextBox設置消息接收數(shù) btnClearButton【清空】按鈕 btnReceiveButton【接收】按鈕 tbxMsgTextBox編輯待發(fā)信息 btnSendButton【發(fā)送】按鈕 btnStartButton【開始偵聽】按鈕 btnStopButton【關閉偵聽】按鈕 btnDisco

28、nnectButton【斷開】按鈕 toolStripStatusInfoToolStripStatusLabel狀態(tài)欄文本標簽 toolStripProgressProcToolStripProgressBar狀態(tài)欄進度條 statusStripInfoStatusStrip狀態(tài)欄 表表3-8異步服務器端界面控件描述異步服務器端界面控件描述 首先搭建好應用委托回調(diào)機制的通用框架，聲明4個委托： ShwMsgforViewCallBack、ShwStatusInfoCallBack、 ShwProgressProcCallBack和ResetMsgTxtCallBack，然后將它們的實例分別 綁定到定義好的4個函數(shù)（回調(diào)方法）：ShwMsgforView、ShwStatusInfo、 ShwProgressProc和ResetMsgTxt。 整個程序的完整代碼。 與客戶端程序一樣，首先搭建好應用委托回調(diào)機制的框架。由于這是異步服 務器端，故如前一樣，要專門定義兩個異步操作方法AsyncRcvMsg和 AsyncSndMsg，分別用來接收和發(fā)送信息，并且事先聲明和實例化與它們具有 相同簽名的委托ReceiveMessageDelegate和SendMessageDele