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1、C#网络通信程序设计,第3章 基于TCP协议的程序设计,本章的主要内容,学习内容：（1）了解TCP协议的特点与数据包格式；（2）理解阻塞模式和非阻塞模式的特点及其应用；（3）掌握同步套接字编程和异步套接字编程方法；（4）掌握TcpListener和TcpClient的综合应用方法。学习目标：（1）掌握基于TCP协议的同步/异步套接字编程方法；（2）学会基于C/S结构的网络聊天程序设计与实现能力,7/5/2023,2,4.1 TCP协议介绍,(1)TCP协议提供服务的特点:面向连接的传输；端到端的通信；高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序；全双工方式传输；采用字节流方式，即以字节为单
2、位传输字节序列；紧急数据传送功能。,7/5/2023,3,(2)TCP数据包格式,注意标志位的作用注意选项的作用,如何使用选项部分?,7/5/2023,4,(3)TCP协议的通信特点,3次握手;4次挥手;回顾拥塞控制,7/5/2023,5,(4)TCP的常见端口,7/5/2023,6,4.2 阻塞模式/非阻塞模式,同步异步阻塞模式:读、写、连接、接收非阻塞模式,7/5/2023,7,4.2.1 阻塞模式的效率提升方法,(1)超时控制方法套接字选项设置：SetSockOption(),GetSockOption()应用示例：Socket socketTimeout=new Socket(Addr
3、essFamily.InterNetwork,SocketType.Dgram,ProtocolType.Udp);IPEndPoint myHost=new IPEndPoint(IPAddress.Any,8080);socketTimeout.SetSocket Option(SocketOptionLevel.Socket,SocketOptionName.ReceiveTimeout,3000);定时器,7/5/2023,8,(2)套接字多路复用方法,C#使用Socket类提供的Select方法。应用示例：ArrayList socketList=new ArrayList(5);s
4、ocketList.Add(sock1);socketList.Add(sock2);Socket.Select(socketList,null,null,1000);Byte buffer=new type1024;for(int i=0;isocketList.Length-1;i+)socketListi.Receive(buffer);Console.WriteLine(System.Text.Encoding.ASCII.GetString(buffer);这样，Select方法将监视sock1和sock2两个套接字上接收的数据。,7/5/2023,9,(3)调用异步选择函数Asyn
5、cSelect(),在VC+编程环境中使用；对于winsock 2.0，采用：WSAAsyncSelect()函数,7/5/2023,10,4.2.2 非阻塞模式的应用,(1)非阻塞套接字Socket sock=new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,Protocol Type.Tcp);sock.Blocking=false;(2)异步套接字 采用异步回调AsyncCallback，委托为应用程序提供完成异步操作。,7/5/2023,11,4.3 同步套接字编程技术,常规的网络聊天程序，相互发送文字信息。服务器监听，网络
6、接收数据，数据发送；客户机发出连接请求，数据发送与接收。,7/5/2023,12,服务器“开始监听”的主要代码,this.btnStartListen.Enabled=false;IPAddress ip=IPAddress.Parse(this.textBoxIP.Text);IPEndPoint server=new IPEndPoint(ip,Int32.Parse(this.textBoxPort.Text);socket=new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);socket.B
7、ind(server);/监听客户端连接socket.Listen(10);newSocket=socket.Accept();/显示客户IP和端口号this.lbState.Items.Add(与客户+newSocket.RemoteEndPoint.ToString()+建立连接);/创建一个线程接收客户信息thread=new Thread(new ThreadStart(AcceptMessage);thread.Start();,7/5/2023,13,服务器“数据接收”的主要代码,NetworkStream netStream=new NetworkStream(newSocket
8、);byte datasize=new byte4;netStream.Read(datasize,0,4);int size=System.BitConverter.ToInt32(datasize,0);Byte message=new bytesize;int dataleft=size;int start=0;while(dataleft0)int recv=netStream.Read(message,start,dataleft);start+=recv;dataleft-=recv;,接收数据的方法有2种：使用Socket类的Receive方法使用NetworkStream类的R
9、ead方法。Read方法的返回值是一个整数，表明实际从TCP缓冲区中读取的字节数，可能少于远端发来的数据量。,7/5/2023,14,服务器“数据发送”的主要代码,发送数据也有2种方法：使用Socket类的Send方法，应用示例：byte bytes=new byte2048;string message=测试数据发送;bytes=System.Text.Encoding.Unicode.GetBytes(message);newSocket.Send(bytes,bytes.Length,SocketFlags.None);使用NetworkStream类的Write方法，能够保证将用户数据
10、全部发送到TCP缓冲区中，自动完成。不需要用户管理，简化了编程工作。string str=this.rtbSend.Rtf;int i=str.Length;byte datasize=new byte4;datasize=System.BitConverter.GetBytes(i);/将位整数值转换为字节数组byte sendbytes=System.Text.Encoding.Unicode.GetBytes(str);NetworkStream netStream=new NetworkStream(newSocket);netStream.Write(datasize,0,4);ne
11、tStream.Write(sendbytes,0,sendbytes.Length);netStream.Flush();this.rtbSend.Rtf=;,7/5/2023,15,客户机“连接请求”的主要代码,IPAddress ip=IPAddress.Parse(this.tbIP.Text);IPEndPoint server=new IPEndPoint(ip,Int32.Parse(this.tbPort.Text);socket=new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);
12、trysocket.Connect(server);catchMessageBox.Show(与服务器连接失败！);return;this.btnRequest.Enabled=false;this.lbState.Items.Add(与服务器连接成功);Thread thread=new Thread(new ThreadStart(AcceptMessage);thread.Start();,7/5/2023,16,4.4 异步套接字编程技术,7/5/2023,17,(1)客户机发出连接请求,客户端使用BeginConnect方法发出连接请求给服务器：Socket socket=new S
13、ocket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);IPEndPoint iep=new IPEndPoint(IPAddress.Parse(127.0.0.1),8000);socket.BeginConnect(iep,new AsyncCallback(ConnectServer),socket);private void ConnectServer(IAsyncResult ar)clientSocket=(Socket)ar.AsyncState;clientSocket.EndConnect(a
14、r);clientSocket.BeginReceive(data,0,dataSize,SocketFlags.None,new AsyncCallback(ReceiveData),clientSocket);,7/5/2023,18,(2)服务器接收连接请求,private Socket serverSocket,newSocket;IPHostEntry myHost=new IPHostEntry();myHost=Dns.GetHostByName(NetHost);/主机名称NetHostIPAddress myIP=IPAddress.Parse(myHost.AddressL
15、ist0.ToString();/选取第1个地址IPEndPoint iep=new IPEndPoint(myIP,8000);serverSocket=new Socket(AddressFamily.InterNetwork,SocketType.Stream,Protocol Type.Tcp);serverSocket.Bind(iep);serverSocket.Listen(5);/监听队列为5/开始异步接收连接请求serverSocket.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptConnection),serverSocket);,7/5/202
16、3,19,(3)服务器发送和接收数据,一旦服务器接收到一个客户机连接请求，AsyncCallback委托将自动调用AcceptConnection方法。private void AcceptConnection(IAsyncResult ar)Socket myServer=(Socket)ar.AsyncState;/异步接收传入的连接，并创建新的Socket来处理远程主机通信newSocket=myServer.EndAccept(ar);byte message=System.Text.Encoding.Unicode.GetBytes(客户你好！);newSocket.BeginSen
17、d(message,0,message.Length,SocketFlags.None,new AsyncCallback(SendData),newSocket);,7/5/2023,20,SendData方法,当套接字准备好发送的数据时，会自动调用SendData方法。EndSend方法用于完成数据发送，并返回成功发送的字节数。该段程序示例如下：private void SendData(IAsyncResult ar)Socket client=(Socket)ar.AsyncState;trynewSocket.EndSend(ar);client.BeginReceive(data,
18、0,dataSize,SocketFlags.None,new AsyncCallback(ReceiveData),client);异步接收数据catchclient.Close();serverSocket.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptConnection),server Socket);/开始异步接收新的连接请求,7/5/2023,21,课堂思考,如何图形化描述以上异步套接字各种状态之间的状态变化？如状态转换图？,7/5/2023,22,4.5 基于TcpClient类和TcpListener类的编程,TcpClient类和TcpListene
19、r类是构建于Socket之上，提供了更高抽象级别的TCP服务，便于程序员快速编写网络程序。TcpClient类用于客户机，TcpListener类用于服务器。,7/5/2023,23,(1)TcpClient类的使用方法,第12 阶段:方法1:先创建,后连接:/创建TcpClient实例TcpClient client=new TcpClient();/向服务器发出连接请求client.Connect(www.software.org,8000);方法2:直接指定和连接服务器:TcpClient client=new TcpClient(www.software.org,8000);方法3:指
20、定IPEndPoint的方式：IPEndPoint localEndPoint=new IPEndPoint(IPAddress.Parse(192.168.0.88),8010);TcpClient client=new TcpClient(localEndPoint);client.Connect(www.software.org,8000);,4个阶段:创建实例、连接服务器、收发数据和关闭连接。,7/5/2023,24,(1)TcpClient类的使用方法,/第三阶段:数据接收netStream=client.GetStream();sr=new StreamReader(netStre
21、am,System.Text.Encoding.Unicode);str=sr.ReadLine();Console.WriteLine(str);/第三阶段:数据发送ws=client.GetStream();ws.Write(data,0,data.Length);/或者sw=new StreamWriter(ws,System.Text.Encoding.Unicode);sw.WriteLine(str);sw.Flush();./第4阶段：连接关闭client.Close();,4个阶段:创建实例、连接服务器、收发数据和关闭。,7/5/2023,25,(2)TcpListener类的
22、使用方法,TcpListener类用于监听和接收传入的连接请求，包括创建实例、监听连接、接收连接请求、收发数据和停止服务共5个阶段。典型用法如下：IPAddress localAddress=Dns.Resolve(Dns.GetHostName().AddressList0;IPEndPoint localEndPoint=new IPEndPoint(localAddress,8010);TcpListener tcpListener=new TcpListener(localEndPoint);/接着,开始侦听客户端的连接请求tcpListener.Start();/开始接收连接请求Tc
23、pClient newClient=tcpListener.AcceptTcpClient();程序执行到AcceptTcpClient()时，会处于阻塞状态，直到有客户端的连接请求到达。接收请求后会返回一个TcpClient对象，该对象将与此建立连接的客户端进行通信。,7/5/2023,26,4.6 网络游戏程序设计,服务器界面 客户机界面,7/5/2023,27,本章小结思考,同步套接字:采用多路复用、多线程方法、异步选择函数;异步套接字：能够很好地客户机/服务器的场合；TcpClient和TcpListener类的使用；,7/5/2023,28,实验项目,1完成一个并发服务的TCP程序设计，要求如下：（1）界面上能够设定连接数量，比如连接数为100；（2）当一个连接释放后，程序能够自动分配给新的客户请求；（3）从多台客户机上分别连接服务器，测试并发服务效果；（4）连接完成后，使客户之间可以直接通信，不需要再经过服务器，服务器仅作管理用。2修改网络游戏程序，达到以下功能：（1）能够设置每局的周期，比如1分钟；（2）能够更改比赛规则，比如3个相连时未输；（3）能够记录得分。3网络游戏设计思考：请参考有关资料，尝试设计一个网络五子棋游戏。还可以考虑网上中国象棋、网络麻将等，并扩展到Web应用环境中。,7/5/2023,29,
