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C# 网络编程系列专题五:TCP编程

创建时间:2012年12月28日 10:13  阅读次数:(8143)
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前言
前面专题的例子都是基于应用层上的HTTP协议的介绍, 现在本专题来介绍下传输层协议——TCP协议,主要介绍下TCP协议的工作过程和基于TCP协议的一个简单的通信程序,下面就开始本专题的正文了。

一、TCP的工作过程


首先TCP是一种面向连接的,可靠的,基于字节流的传输层通信协议。TCP的工作过程可以分为三个阶段:一、连接的建立;二、传输数据; 三、断开连接,下面就对这三个过程分别介绍下:

1.1 连接的建立
TCP的连接建立就像打电话一样, 我们打电话时,拨一个号码的号码并不是立即就可以接通的,期间会有一个“嘟 嘟”的呼叫过程, 这就好比是TCP协议的连接的建立阶段。当我们用TCP编写的程序,必须先建立TCP连接。TCP协议的连接建立通过三次握手来完成的,下面是在网上找的一张TCP三次握手的图片:


下面就对这三次握手简单的介绍:
第一次握手:建立连接时,客户端发送SYN包(seq=x)到服务器,并进入SYN_Send状态,等待服务器确认

第二次握手:服务器收到SYN包,必须确认客户的SYN(ACK=x+1),同时自己也发送一个SYN包(SEQ=y),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_Recv状态

第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ACK=y+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入Established(建立)状态,完成三次握手。

简单理解三次握手就是发送一个检验包给对方然后互相确认,双方都接到确认的一个信号时,这时候双方就建立了连接(就像我们打电话时,如果没人说话时就会说下 “喂”,说这句“喂” 也就是希望得到对方的一个确认,虽然这里双方已经建立了连接的,这里只是更形象的说明下三次握手的过程)。

1.2 传输数据
双方建立了连接,即在双方建立了一个通信通道(就像一座桥一样,在两端建立了一个通路,用桥来比喻通信通道主要是因为最近有一则新闻:哈尔滨阳明滩大桥坍塌事件),建立连接之后,当然是传输我们需要传输的数据到对方的,这里就开始简单介绍下传输数据的过程。

利用TCP传输数据时,数据是以字节流的形式进行传输,客户端与服务器端建立连接后,发送方需要先将发送的数据转换为字节流,然后将其发送给对方,发送数据时,可以通过程序不断地将数据流陆续写入TCP的发送缓冲中,然后TCP自动从发送缓冲中提取一定量的数据,将其组成TCP报文段发送到IP层,再通过IP层(也就是网络层)之下的网络接口发送出去;接受端从IP层接收到TCP报文段后,将其暂时保存在接受缓冲中,然后我们通过程序依次读取接受缓冲中的数据,从而达到相互通信的目的(简单的说就发送方把数据转换为数据流,再把数据流存储在发送缓冲中,然后传输层低层的协议从发送缓冲中读取数据把数据发送出去,然后接收端从底层接受到数据把数据存储在接收端的缓冲中,然后我们写的程序只是从缓冲中依次读取数据,然后显示出来,在客户端我们写代码做的事情是把数据写入Write写入发送端的缓冲中,然后服务器端(接收端)用Read方法在自己的缓冲中读取数据,用一句话概括,TCP的传输就是对数据的写——读操作)括号中的内容只是我个人理解,因为这样我感觉理解起来比较容易,对于刚开始接触TCP的朋友可以这样理解,然后再一句句话去扩展。

1.3 断开连接
发送完数据之后,最后就是断开连接了,下面是网上断开的连接的一张图片(断开一个连接需要经过四次握手):


TCP的工作过程就分为上面三个过程,TCP编程是作为上层应用编程的基础,就像之前专题中基于HTTP协议的Web服务器,Web浏览器,其传输层都用的是TCP协议进行传输的,还有基于FTP(文件传输协议),IMAP(交互式邮件存取协议) POP3(邮局协议的第3个版本) 和SMTP(简单邮件传输协议)的网络应用其传输层都用的是TCP协议,而不是UDP等其他传输层协议。

二、基于TCP协议的简单通信程序


这里简单实现了一个客户端与服务器间的通信程序,核心代码为:
客户端连接服务器端代码:
private void btnConnect_Click(object sender, EventArgs e)
{
    // 通过一个线程发起请求,多线程
    Thread connectThread = new Thread(ConnectToServer);
    connectThread.Start();
}

// 连接服务器方法,建立连接的过程
private void ConnectToServer()
{
    try
    {
        // 调用委托
        statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack, "正在连接...");
        if (tbxserverIp.Text == string.Empty || tbxPort.Text == string.Empty)
        {
            MessageBox.Show("请先输入服务器的IP地址和端口号");
        }

        IPAddress ipaddress = IPAddress.Parse(tbxserverIp.Text);
        tcpClient = new TcpClient();             
        tcpClient.Connect(ipaddress, int.Parse(tbxPort.Text));               
        
        // 延时操作
        Thread.Sleep(1000);
        if (tcpClient != null)
        {
            statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack, "连接成功");
            networkStream = tcpClient.GetStream();
            reader = new BinaryReader(networkStream);
            writer =new BinaryWriter(networkStream);
        }
         

    }
    catch
    {
        statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack,"连接失败");
        Thread.Sleep(1000);
        statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack,"就绪");
    }
}

客户端发送消息的代码:
// 发送消息
private void btnSend_Click(object sender, EventArgs e)
{
    Thread sendThread = new Thread(SendMessage);
    sendThread.Start(tbxMessage.Text);
}

private void SendMessage(object state)
{
    statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack, "正在发送...");
    try
    {
        writer.Write(state.ToString());
        Thread.Sleep(5000);
        writer.Flush();
        statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack, "完毕");

        tbxMessage.Invoke(resetMessageCallBack, null);
        lstbxMessageView.Invoke(showMessageCallback, state.ToString());
    }
    catch
    {
        if (reader != null)
        {
            reader.Close();
        }
        if (writer != null)
        {
            writer.Close();
        }
        if (tcpClient != null)
        {
            tcpClient.Close();
        }

        statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack, "断开了连接");
    }
}

服务器端接受开始监听客户端请求的代码:
// 开始监听
private void btnStart_Click(object sender, EventArgs e)
{
   
    tcpLister = new TcpListener(ipaddress,Port);
    tcpLister.Start();
    // 启动一个线程来接受请求
    Thread acceptThread =new Thread(acceptClientConnect);
    acceptThread.Start();
}

// 接受请求
private void acceptClientConnect()
{
    statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack,"正在监听");
    Thread.Sleep(1000);
    try
    {
        statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack,"等待连接");
        tcpClient = tcpLister.AcceptTcpClient();
        if (tcpLister != null)
        {
            statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack,"接受到连接");
            networkStream = tcpClient.GetStream();
            reader = new BinaryReader(networkStream);
            writer = new BinaryWriter(networkStream);
        }
    }
    catch
    {
        statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack, "停止监听");
        Thread.Sleep(1000);
        statusStripInfo.Invoke(showStatusCallBack, "就绪");
    }
}

现在看看运行的结果:
首先先启动服务器然后点开始监听,此时线程会堵塞,直到接受到一个连接请求位置


然后运行客户端,在IP地址和端口处输入服务器端的IP地址和端口号,点击连接服务器按钮后的界面如下:


通过接受按钮和发送按钮来实现双方的通信,实现界面如下:


三、总结
到这里本专题的内容将的差不多了, 本专题主要介绍了基于TCP协议工作过程和在net平台下自定义了一个简单通信的程序,希望本专题可以给那些初次接触TCP协议的朋友一些帮助,(大牛们应该直接可以闪过的),在后面的专题我将和大家分享UDP编程,讲完UDP编程后将结合这两章的内容实现一个类似QQ的即时聊天的工具,希望这些对大家有帮助籗_
来源:
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【编辑:Wyf

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