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。

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<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>        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            }        }        /// <summary>        /// 服务端 负责监听 客户端 发送来的数据的 方法        /// </summary>        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        /// <summary>        /// 显示消息        /// </summary>        /// <param name="msg"></param>        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();        }        /// <summary>/// 监听服务端 发来的消息/// </summary>        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。