tcp

面向连接的传输协议：TCP

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“It's 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 “It's a fine day today”。

TPC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。

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：

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。

2.1单一客户端与服务端连接

当服务器开始对端口侦听之后，便可以创建客户端与它建立连接。这一步是通过在客户端创建一个TcpClient的类型实例完成。每创建一个新的 TcpClient便相当于创建了一个新的套接字Socket去与服务端通信，.Net会自动为这个套接字分配一个端口号，上面说过，TcpClient 类不过是对Socket进行了一个包装。创建TcpClient类型实例时，可以在构造函数中指定远程服务器的地址和端口号。这样在创建的同时，就会向远程服务端发送一个连接请求（“握手”），一旦成功，则两者间的连接就建立起来了。也可以使用重载的无参数构造函数创建对象，然后再调用Connect() 方法，在Connect()方法中传入远程服务器地址和端口号，来与服务器建立连接。

这里需要注意的是，不管是使用有参数的构造函数与服务器连接，或者是通过Connect()方法与服务器建立连接，都是同步方法（或者说是阻塞的，英文叫block）。它的意思是说，客户端在与服务端连接成功、从而方法返回，或者是服务端不存、从而抛出异常之前，是无法继续进行后继操作的。这里还有一个名为 BeginConnect()的方法，用于实施异步的连接，这样程序不会被阻塞，可以立即执行后面的操作，这是因为可能由于网络拥塞等问题，连接需要较长时间才能完成。网络编程中有非常多的异步操作，凡事都是由简入难，关于异步操作，我们后面再讨论，现在只看同步操作。

创建一个新的控制台应用程序项目，命名为ClientConsole，它是我们的客户端，然后添加下面的代码，创建与服务器的连接：

classClient {
    static void Main(string[]args) {

        Console.WriteLine("Client Running ...");
        TcpClientclient = new TcpClient();
        try{
           client.Connect("localhost",8500);     // 与服务器连接
        } catch (Exceptionex) {
            Console.WriteLine(ex.Message);
            return;
        }
        // 打印连接到的服务端信息
        Console.WriteLine("ServerConnected！{0} -->{1}",
           client.Client.LocalEndPoint, client.Client.RemoteEndPoint);

        // 按Q退出
    }
}

上面带代码中，我们通过调用Connect()方法来与服务端连接。随后，我们打印了这个连接消息：本机的Ip地址和端口号，以及连接到的远程Ip 地址和端口号。TcpClient的Client属性返回了一个Socket对象，它的LocalEndPoint和RemoteEndPoint属性分别包含了本地和远程的地址信息。先运行服务端，再运行这段代码。可以看到两边的输出情况如下：

// 服务端：
Server is running ...
Start Listening ...

// 客户端：
Client Running ...
Server Connected！127.0.0.1:4761 --> 127.0.0.1:8500

我们看到客户端使用的端口号为4761，上面已经说过，这个端口号是由.NET随机选取的，并不需要我们来设置，并且每次运行时，这个端口号都不同。再次打开“命令提示符”，输入“netstat-a”，可以看到下面的输出：

  TCP   jimmy:8500            0.0.0.0:0             LISTENING
  TCP   jimmy:8500            localhost:4761         ESTABLISHED
  TCP   jimmy:4761            localhost:8500         ESTABLISHED

从这里我们可以得出几个重要信息：1、端口8500和端口4761建立了连接，这个4761端口便是客户端用来与服务端进行通信的端口；2、 8500端口在与客户端建立起一个连接后，仍然继续保持在监听状态。这也就是说一个端口可以与多个远程端口建立通信，这是显然的，大家众所周之的HTTP 使用的默认端口为80，但是一个Web服务器要通过这个端口与多少个浏览器通信啊。

多个客户端与服务端连接

那么既然一个服务器端口可以应对多个客户端连接，如何让多个客户端与服务端连接。如同我们上面所说的，一个TcpClient就是一个Socket，所以我们只要创建多个TcpClient，然后再调用Connect()方法就可以了：

classClient {
    static void Main(string[]args) {

        Console.WriteLine("Client Running ...");
        TcpClientclient;

        for(int i = 0; i <= 2; i++) {
            try {
               client = new TcpClient();
               client.Connect("localhost",8500);     // 与服务器连接
           } catch (Exceptionex) {
               Console.WriteLine(ex.Message);
               return;
            }

            // 打印连接到的服务端信息
           Console.WriteLine("ServerConnected！{0} -->{1}",
               client.Client.LocalEndPoint, client.Client.RemoteEndPoint);
       }                  

        // 按Q退出
    }
}

上面代码最重要的就是client = new TcpClient()这句，如果你将这个声明放到循环外面，再循环的第二趟就会发生异常，原因很显然：一个TcpClient对象对应一个Socket，一个Socket对应着一个端口，如果不使用new操作符重新创建对象，那么就相当于使用一个已经与服务端建立了连接的端口再次与远程建立连接。