[网络协议] C#利用套接字实现数据发送

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[网络协议]C#利用套接字实现数据发送

文章目录

一、TCP/UDP

Socket 套接字是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。可以将套接字看作不同主机间的进程进行双向通信的端点，它构成了单个主机内及整个网络间的编程界面。
套接字的工作原理：
通过互联网进行通信，至少需要一对套接字，其中一个运行于客户机端，称之为ClientSocket，另一个运行于服务器端，称之为ServerSocket。
套接字之间的连接过程可以分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

1.1 TCP

TCP协议提供的是端到端服务。TCP协议所提供的端到端的服务是保证信息一定能够到达目的地址。它是一种面向连接的协议。

TCP编程的服务器端一般步骤：

创建一个socket，用函数socket()
绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()
开启监听，用函数listen()
接收客户端上来的连接，用函数accept()
收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()
关闭网络连接
关闭监听

客户端一般步骤：

创建一个socket，用函数socket()
设置要连接的对方的IP地址和端口等属性
连接服务器，用函数connect(）
收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()
关闭网络连接

1.2 UDP

UDP协议提供了一种不同于TCP协议的端到端服务。UDP协议所提供的端到端传输服务是尽力而为(best-effort)的，即UDP套接字将尽可能地传送信息，但并不保证信息一定能成功到达目的地址，而且信息到达的顺序与其发送顺序不一定一致。

服务器端：

创建一个socket，用函数socket()
绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()
循环接收数据，用函数recvfrom()
关闭网络连接

客户端：

创建一个socket，用函数socket()
设置对方的IP地址和端口等属性
发送数据，用函数sendto()
关闭网络连接

二、控制台程序使用 UDP 通信

编译工具：visual studio 2019

2.1 创建控制台程序

在屏幕上连续输出50行“hello cqjtu！重交物联2019级”

1.创建新项目

在这里插入图片描述

创建成功，如下图所示：
在这里插入图片描述

2.代码

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;

namespace test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            for (int i = 0; i < 50; i++)
            {
                Console.WriteLine("hello cqjtu！重交物联2019级", (i + 1));
            }
            System.Console.ReadKey();
        }
    }
}

3.编译输出结果
在这里插入图片描述

2.2 UDP通信

打开一个网络UDP 套接字，向另一台室友电脑发送这50行消息

我的电脑运行客户端程序，室友电脑运行服务器端程序，从而实现简单的通信功能

使用网络协议需要引入头文件.Net和.Net.Sockets，要实现两台电脑需在同一个网络下

服务端：

步骤：
1.实例化并设置socket实例对象
创建IP地址和端口

IPEndPoint ip = new IPEndPoint(IPAddress.Any,8001);

绑定监听地址：

socket.Bind(ip);

2.连接

IPEndPoint send = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
EndPoint Remote = (EndPoint)(send);

3.接收客户端发送过来的消息

receive = socket.ReceiveFrom(data, ref Remote);

4.完整代码

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

namespace test
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int receive;
            byte[] data = new byte[1024];

            //得到本机IP
            IPEndPoint ip = new IPEndPoint(IPAddress.Any,8080);

            Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram,ProtocolType.Udp);
            //绑定网络地址
            socket.Bind(ip);

            Console.WriteLine("This is a Server, host name is {0}", Dns.GetHostName());

            //等待客户机连接
            Console.WriteLine("正在连接客户机...");

            //得到客户机的IP
            IPEndPoint send = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
            EndPoint Remote = (EndPoint)(send);
            receive = socket.ReceiveFrom(data, ref Remote);
            Console.WriteLine("Message received from {0}: ", Remote.ToString());
            Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(data, 0, receive));

            //与客户机连接成功，返回连接成功信息
            string message = "你好！客户端";

            //字符串与字节数组相互转换
            data = Encoding.UTF8.GetBytes(message);

            //发送信息
            socket.SendTo(data, data.Length, SocketFlags.None, Remote);
            while(true)
            {
                data = new byte[1024];
                //接收信息
                receive = socket.ReceiveFrom(data, ref Remote);
                Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(data, 0, receive));
            }
        }
    }
}

客户端：

客户端程序与服务器程序非常类似。由于客户机不需要在指定的UDP端口等待流入的数据，所以不使用Bind()方法来绑定监听地址。而是在数据发送时使用系统随机指定的一个UDP端口。

完整代码：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;

namespace test1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            byte[] data = new byte[1024];

            //构建TCP 服务器
            Console.WriteLine("This is a Client, host name is {0}", Dns.GetHostName());

            //设置服务IP（这个IP地址是服务器的IP），设置端口号
            IPEndPoint ip = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("192.168.0.102"), 8080);

            //定义网络类型，数据连接类型和网络协议UDP
            Socket server = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

            //与服务器端连接成功，服务器端接收到消息
            string welcome = "你好! 服务器端";
            data = Encoding.UTF8.GetBytes(welcome);
            server.SendTo(data, data.Length, SocketFlags.None, ip);
            IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
            EndPoint Remote = (EndPoint)sender;

            data = new byte[1024];
            //对于不存在的IP地址，加入此行代码后，可以在指定时间内解除阻塞模式限制
            int recv = server.ReceiveFrom(data, ref Remote);
            Console.WriteLine("Message received from {0}: ", Remote.ToString());
            Console.WriteLine(Encoding.UTF8.GetString(data, 0, recv));

            Console.WriteLine("按下任意按键开始发送...");
            Console.ReadKey();
            int i = 0;
            while (i<=50)
            {
                string s = "hello cqjtu!重交物联2019级" + i;
                Console.WriteLine(s);
                server.SendTo(Encoding.UTF8.GetBytes(s), Remote);
                i++;
            }
            Console.WriteLine("发送完毕！");
            server.Close();
            Console.WriteLine("按下任意按键退出发送...");
            Console.ReadKey();
        }

    }
}

注意：要先运行服务器端代码，在运行客户端代码

2.3 结果

服务器端：
在这里插入图片描述
客户端：

在这里插入图片描述

3.4 抓包分析数据

在方框内输入 “ UDP ” 过滤包，然后就可以看到下面的信息，这些就是室友电脑发给我的 50 条数据，下面开始分析这些数据，只选择其中一条分析。
当室友电脑给我发送消息的时候，就能抓取包，貌似自己电脑给自己发消息抓不到包，建议两台电脑进行发送数据抓包

客户端抓包：

源地址是192.168.43.112，目的地址是192.168.43.236，使用协议为UDP，端口号为8080，长度为33字节

在这里插入图片描述

服务器端抓包：
在这里插入图片描述

三、Form窗口程序使用 TCP 通信

3.1 创建项目

在这里插入图片描述

创建成功如下图所示：
在这里插入图片描述

3.2 设计界面

在这里插入图片描述

我们这里需要3个控件，2 个 TextBox 控件和 1 个 Button 控件
在这里插入图片描述

1.设计消息显示界面

点击需要设计的控件，可以看到右下角控件的属性
点击三角形，勾选MultiLine（多行文本框），这样textbox就可以竖着拉长

在这里插入图片描述

添加垂直滚动条：右下角找到 ScrollBars 属性，设置参数为 Vertical
设置边界样式：找到 BorderStyle ，参数设置为 FixedSingle
控件name为textBox1

注意：所有控件的name属性不能重复，也不能有中文

在这里插入图片描述

设置消息显示界面的 TextBox 不可编辑：找到 Enabled 属性，参数设为 False 。

2.设计消息发送框

name为textBox2
设置文本样式，点击Font属性

根据喜好，自行选择

3.设计Button按钮

name为button1
修改Text属性

4.设计窗体

name属性：Form1
text属性：客户端
AcceptButton属性：设置为button控件的name属性（当我们点击电脑回车键的时候，就相当于点击发送按钮）

3.3 代码编写

红色方框后就是我们双击button控件后，自动生成的函数体
在这里插入图片描述

注意头文件.Net和.Net.Sockets

客户端：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;

namespace WindowsFormsApp1
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            try
            {
                string str;
                //做连接准备,ip地址为服务器ip地址
                IPEndPoint iPEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("192.168.0.102"), 8080);
                Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

                //开始连接
                str = "连接服务器中...";
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
                socket.Connect(iPEndPoint);//连接到服务器

                //发送消息
                string sendmessage = textBox2.Text;
                str = "消息内容: " + sendmessage;
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
                byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(sendmessage);
                str = "正在发送给服务器...";
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
                socket.Send(bs, bs.Length, 0);//发送信息

                //接收服务器端反馈信息
                string recvStr = "";
                byte[] recvBytes = new byte[1024];
                int bytes;
                bytes = socket.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);//接收服务器端返回的信息
                recvStr += Encoding.UTF8.GetString(recvBytes, 0, bytes);
                str = "服务器返回信息：" + recvStr;
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);

                //关闭socket
                socket.Close();
            }
            //异常处理
            catch (ArgumentNullException f)
            {
                string str = "ArgumentNullException: " + f.ToString();
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
            }
            catch (SocketException f)
            {
                string str = "ArgumentNullException: " + f.ToString();
                textBox1.AppendText(str + Environment.NewLine);
            }
            textBox1.AppendText("" + Environment.NewLine);
            textBox2.Text = "";
        }
    }
}

服务器端：

创建一个控制台应用，像前面UDP通信

代码：

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

namespace ConsoleApp2
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int i = 0;
            //连接准备
            IPEndPoint iPEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 8080);
            //创建端口对象
            Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
            socket.Bind(iPEndPoint);//绑定端口

            //循环监听并处理消息
            while (true)
            {
                i++;
                try
                {
                    Console.WriteLine("Perform operations {0} :", i);
                    Console.WriteLine("************************************");
                    socket.Listen(0);//开始监听
                    Console.WriteLine("等待连接...");

                    //实例化一个新的端口
                    Socket temp = socket.Accept();//为新建连接创建新的Socket
                    Console.WriteLine("连接成功！");

                    //接收客户端发来的消息
                    string recvStr = "";
                    byte[] recvBytes = new byte[1024];
                    int bytes;
                    bytes = temp.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);//接收客户端信息
                    recvStr += Encoding.UTF8.GetString(recvBytes, 0, bytes);
                    Console.WriteLine("消息内容:{0}", recvStr);//显示客户端传来的信息

                    //返回给客户端连接成功的信息
                    string sendmessage = "成功发送消息，客户端！";
                    byte[] bs = Encoding.UTF8.GetBytes(sendmessage);
                    temp.Send(bs, bs.Length, 0);

                    //关闭端口
                    temp.Close();
                    Console.WriteLine("Completed...");
                    Console.WriteLine("-----------------------------------");
                }
                catch (ArgumentNullException e)
                {
                    Console.WriteLine("ArgumentNullException: {0}", e);
                }
                catch (SocketException e)
                {
                    Console.WriteLine("SocketException: {0}", e);
                }
            }
        }
    }
}

3.4 结果展示

客户端：
在这里插入图片描述

服务器端：

在这里插入图片描述

3.5 抓包分析数据

在这里插入图片描述

看一下 UDP 包和 TCP 包的区别：
UDP：
Internet Protocl Version 4：IPv4协议
User Datagram Protocol：UDP协议
TCP：
Internet Protocl Version 4：IPv4协议
Transmission Control Protocol：TCP协议
在这里插入图片描述
可以看到都是IPv4协议，区别在于第四行，其余都差不多

3.6 端口扫描程序

单线程

单线程方式去进行会非常慢，会非常卡，只能通过停止调试按钮去关闭

在这里插入图片描述

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;


namespace WindowsFormsApp2
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        //主机地址
        private string hostAddress;
        //起始端口
        private int start;
        //终止端口
        private int end;
        //端口号
        private int port;
        //定义线程对象
        //private Thread scanThread;
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void label2_Click(object sender, EventArgs e)
        {

        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            try
            {
               
                //初始化
                textBox4.Clear();
                label5.Text = "0%";
                //获取ip地址和始末端口号
                hostAddress = textBox1.Text;
                start = Int32.Parse(textBox2.Text);
                end = Int32.Parse(textBox3.Text);
                if (decideAddress())
                {
                    //让输入的textbox只读，无法改变
                    textBox1.ReadOnly = true;
                    textBox2.ReadOnly = true;
                    textBox3.ReadOnly = true;
                    //设置进度条的范围
                    progressBar1.Minimum = start;
                    progressBar1.Maximum = end;
                    //显示框显示
                    textBox4.AppendText("端口扫描器 v1.0.0" + Environment.NewLine + Environment.NewLine);
                    //调用端口扫描函数
                    PortScan();
                }
                else
                {
                    //若端口号不合理，弹窗报错
                    MessageBox.Show("输入错误，端口范围为[0-65536]!");
                }
            }
            catch
            {
                //若输入的端口号为非整型，则弹窗报错
                MessageBox.Show("输入错误，端口范围为[0-65536]!");
            }
        }

        private bool decideAddress()
        {
            //判断端口号是否合理
            if ((start >= 0 && start <= 65536) && (end >= 0 && end <= 65536) && (start <= end))
                return true;
            else
                return false;
        }

        private void PortScan()
        {
            double x;
            string xian;
            //显示扫描状态
            textBox4.AppendText("开始扫描...（可能需要请您等待几分钟）" + Environment.NewLine + Environment.NewLine);
            //循环抛出线程扫描端口
            for (int i = start; i <= end; i++)
            {
                x = (double)(i - start + 1) / (end - start + 1);
                xian = x.ToString("0%");
                port = i;
                //调用端口i的扫描操作
                Scan();
                //进度条值改变
                label5.Text = xian;
                label5.Refresh();
                progressBar1.Value = i;
            }
            textBox4.AppendText(Environment.NewLine + "扫描结束！" + Environment.NewLine);
            //输入框textbox只读属性取消
            textBox1.ReadOnly = false;
            textBox2.ReadOnly = false;
            textBox3.ReadOnly = false;
        }

        private void Scan()
        {
            int portnow = port;
            //创建TcpClient对象，TcpClient用于为TCP网络服务提供客户端连接
            TcpClient objTCP = null;
            try
            {
                //用于TcpClient对象扫描端口
                objTCP = new TcpClient(hostAddress, portnow);
                //扫描到则显示到显示框
                textBox4.AppendText("端口 " + port + " 开放！" + Environment.NewLine);
            }
            catch
            {
                //未扫描到，则会抛出错误
            }
        }
    }
}

结果：
在这里插入图片描述

多线程

相比于单线程，多线程快很多
注意：
构造函数里的：
CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
可以直接跳过跨线程检查，如果程序不当，会造成死循环，在本程序中不直接跳过会出现问题；建议使用委托 delegate

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;


namespace WindowsFormsApp3
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        //主机地址
        private string hostAddress;
        //起始端口
        private int start;
        //终止端口
        private int end;
        //端口号
        private int port;
        //定义线程对象
        private Thread scanThread;
        //定义端口状态数据（开放则为true，否则为false）
        private bool[] done = new bool[65526];
        private bool OK;

        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            //不进行跨线程检查
            CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            try
            {
                //初始化
                textBox4.Clear();
                label5.Text = "0%";
                //获取ip地址和始末端口号
                hostAddress = textBox1.Text;
                start = Int32.Parse(textBox2.Text);
                end = Int32.Parse(textBox3.Text);
                if (decideAddress())
                {
                    textBox1.ReadOnly = true;
                    textBox2.ReadOnly = true;
                    textBox3.ReadOnly = true;
                    //创建线程，并创建ThreadStart委托对象
                    Thread process = new Thread(new ThreadStart(PortScan));
                    process.Start();
                    //设置进度条的范围
                    progressBar1.Minimum = start;
                    progressBar1.Maximum = end;
                    //显示框显示
                    textBox4.AppendText("端口扫描器 v1.0.0" + Environment.NewLine + Environment.NewLine);
                }
                else
                {
                    //若端口号不合理，弹窗报错
                    MessageBox.Show("输入错误，端口范围为[0-65536]!");
                }
            }
            catch
            {
                //若输入的端口号为非整型，则弹窗报错
                MessageBox.Show("输入错误，端口范围为[0-65536]!");
            }
        }

        private bool decideAddress()
        {
            //判断端口号是否合理
            if ((start >= 0 && start <= 65536) && (end >= 0 && end <= 65536) && (start <= end))
                return true;
            else
                return false;
        }

        private void PortScan()
        {
            double x;
            string xian;
            //显示扫描状态
            textBox4.AppendText("开始扫描...（可能需要请您等待几分钟）" + Environment.NewLine + Environment.NewLine);
            //循环抛出线程扫描端口
            for (int i = start; i <= end; i++)
            {
                x = (double)(i - start + 1) / (end - start + 1);
                xian = x.ToString("0%");
                port = i;
                //使用该端口的扫描线程
                scanThread = new Thread(new ThreadStart(Scan));
                scanThread.Start();
                //使线程睡眠
                System.Threading.Thread.Sleep(100);
                //进度条值改变
                label5.Text = xian;
                progressBar1.Value = i;
            }
            while (!OK)
            {
                OK = true;
                for (int i = start; i <= end; i++)
                {
                    if (!done[i])
                    {
                        OK = false;
                        break;
                    }
                }
                System.Threading.Thread.Sleep(1000);
            }
            textBox4.AppendText(Environment.NewLine + "扫描结束！" + Environment.NewLine);
            textBox1.ReadOnly = false;
            textBox2.ReadOnly = false;
            textBox3.ReadOnly = false;
        }

        private void Scan()
        {
            int portnow = port;
            //创建线程变量
            Thread Threadnow = scanThread;
            //扫描端口，成功则写入信息
            done[portnow] = true;
            //创建TcpClient对象，TcpClient用于为TCP网络服务提供客户端连接
            TcpClient objTCP = null;
            try
            {
                //用于TcpClient对象扫描端口
                objTCP = new TcpClient(hostAddress, portnow);
                //扫描到则显示到显示框
                textBox4.AppendText("端口 " + port + " 开放！" + Environment.NewLine);
            }
            catch
            {
                //未扫描到，则会抛出错误
            }
        }
    }
}