c# 網絡編程之tcp

一、概述

UDP和TCP是網絡通訊常用的兩個傳輸協議,C#一般可以通過Socket來實現UDP和TCP通訊,由於.NET框架通過UdpClient、TcpListener 、TcpClient這幾個類對Socket進行瞭封裝,使其使用更加方便, 本文就通過這幾個封裝過的類講解一下相關應用。

二、基本應用:連接、發送、接收

服務端建立偵聽並等待連接:

TcpListener tcpListener = new TcpListener(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9000);
tcpListener.Start();
if (tcpListener.Pending())
{
   TcpClient client = tcpListener.AcceptTcpClient();
   Console.WriteLine("Connected"); 
}

服務端是通過AcceptTcpClient方法獲得TcpClient對象,而客戶端是直接創建TcpClient對象。

TcpClient tcpClient = new TcpClient();
tcpClient.Connect("127.0.0.1", 9000);

發送數據TcpClient對象創建後,發送接收都通過TcpClient對象完成。

發送數據:

TcpClient tcpClient = new TcpClient();
    tcpClient.Connect("127.0.0.1", 9000);
    NetworkStream netStream = tcpClient.GetStream();

    int Len = 1024;
    byte[] datas = new byte[Len];

    netStream.Write(datas, 0, Len);    

    netStream.Close();
    tcpClient.Close();

接收數據:

TcpClient client = tcpListener.AcceptTcpClient();
Console.WriteLine("Connected"); 
 
 NetworkStream stream = client.GetStream();
 var remote = client.Client.RemoteEndPoint;

 byte[] data = new byte[1024];
 while (true)
 {
   if (stream.DataAvailable)
   {
    int len = stream.Read(data, 0, 1024);
    Console.WriteLine($"From:{remote}:Received ({len})");
   }
  Thread.Sleep(1);
 }

三、 粘包問題

和UDP不太一樣,TCP連接不會丟包,但存在粘包問題。(嚴格來說粘包這個說法是不嚴謹的,因為TCP通訊是基於流的,沒有包的概念,包隻是使用者自己的理解。) 下面分析一下粘包產生的原因及解決辦法。

TCP數據通訊是基於流來實現的,類似一個隊列,當有數據發送過來時,操作系統就會把發送過來的數據依次放到這個隊列中,對發送者而言,數據是一片一片發送的,所以自然會認為存在數據包的概念,但對於接收者而言,如果沒有及時去取這些數據,這些數據依次存放在隊列中,彼此之間並無明顯間隔,自然就粘包瞭。

還有一種情況粘包是發送端造成的,有時我們調用發送代碼時,操作系統可能並不會立即發送,而是放到緩存區,當緩存區達到一定數量時才真正發送。 

要解決粘包問題,大致有以下幾個方案。

1、 約定數據長度,發送端的數據都是指定長度,比如1024;接收端取數據時也取同樣長度,不夠長度就等待,保證取到的數據和發送端一致;

2、 接收端取數據的頻率遠大於發送端,比如發送端每1秒發送一段數據,接收端每0.1秒去取一次數據,這樣基本可以保證數據不會粘起來;

以上兩個方案都要求發送端需要立即發送,不可緩存數據。而且這兩種方案都有缺陷:首先,第一種方案:如果要包大小一致的話,如果約定的包比較大,肯定有較多數據冗餘,浪費網絡資源,如果包較小,連接就比較頻繁,效率不高。

其次,第二種方案:這個方案隻能在理想環境下可以實現,當服務端遭遇一段時間的計算壓力時可能會出現意外,不能完全保證。

比較完善的解決方案就是對接收到的數據進行預處理:首先通過定義特殊的字符組合作為包頭和包尾,如果傳輸ASCII字符,可以用0x02表示開始(STX),用0x03表示結束(ETX),比如:STX ‘H’ ‘e’ ‘l’ ‘l’ ‘o’ ETX (二進制數據: 02 48 65 6C 6C 6F 03)。如果數據較長可以在包頭留出固定位置存放包長度, 如:

02 00 05 48 65 6C 6C 6F 03

其中02 05 就表示正文長度為5個字節,可以進行校驗。

雖然第三種方案比較嚴謹,但相對復雜,在傳輸比較可靠、應用比較簡單的場景下,也可以采用前面兩種解決方案。

四、 一個完整的例程

服務端:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TCPServer
{
 class Program
 { 
  static void Main(string[] args)
  { 
   TcpListener tcpListener = new TcpListener(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9000);
   tcpListener.Start();

   while (true)
   {
    if (tcpListener.Pending())
    {
     TcpClient client = tcpListener.AcceptTcpClient();
     Console.WriteLine("Connected");     

     Task.Run(() =>
     { 
      NetworkStream stream = client.GetStream();
      var remote = client.Client.RemoteEndPoint;
      
      while (true)
      {
       if (stream.DataAvailable)
       {
        byte[] data = new byte[1024];
        int len = stream.Read(data, 0, 1024);
        string Name = Encoding.UTF8.GetString(data,0,len);
        var senddata = Encoding.UTF8.GetBytes("Hello:" + Name);
        stream.Write(senddata, 0, senddata.Length);
       }

       if (!client.IsOnline())
       {
        Console.WriteLine("Connect Closed.");
        break;
       }

       Thread.Sleep(1);
      }
     });
    }

    Thread.Sleep(1);
   }
  }
 }

 public static class TcpClientEx
 {
  public static bool IsOnline(this TcpClient client)
  {
   return !((client.Client.Poll(15000, SelectMode.SelectRead) && (client.Client.Available == 0)) || !client.Client.Connected);
  }
 }
}

客戶端:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace TCP_Clent
{
 class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {
   ThreadPool.SetMinThreads(100, 100);
   ThreadPool.SetMaxThreads(200, 200); 

   Parallel.For(1, 10, x =>
   {
    SendData("Tom");
   });

   Console.WriteLine("All Completed!");
   Console.ReadKey();
  }

  private static void SendData(string Name)
  {
   Task.Run(() =>
   {
    Console.WriteLine("Start");
    TcpClient tcpClient = new TcpClient();
    tcpClient.Connect("127.0.0.1", 9000);
    Console.WriteLine("Connected");
    NetworkStream netStream = tcpClient.GetStream();

    Task.Run(() =>
    {
     Thread.Sleep(100);
     while (true)
     {
      if (!tcpClient.Client.Connected)
      {
       break;
      }

      if (netStream == null)
      {
       break;
      }

      try
      {
       if (netStream.DataAvailable)
       {
        byte[] data = new byte[1024];
        int len = netStream.Read(data, 0, 1024);
        var message = Encoding.UTF8.GetString(data, 0, len);
        Console.WriteLine(message);
       }
      }
      catch
      {
       break;
      }

      Thread.Sleep(10);
     }
    });

    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
     byte[] datas = Encoding.UTF8.GetBytes(Name);
     int Len = datas.Length;
     netStream.Write(datas, 0, Len);
     Thread.Sleep(1000);
    }

    netStream.Close();
    netStream = null;
    tcpClient.Close();

    Console.WriteLine("Completed");
   });
  }  
 }
}

傳送門:

C#網絡編程入門系列包括三篇文章:

(一)C#網絡編程入門之UDP

(二)C#網絡編程入門之TCP

(三)C#網絡編程入門之HTTP

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