C#实现Socket通信：基于TCP/IP协议的网络编程

TCP/IP网络模型

最上层的是应用层，也就是我们日常可以接触到的，它会给数据添加对应的头部，并传输给传输层，应用层是我们日常会接触到的，比如HTTP，FTP，Telnet，DNS，SMTP。HTTPS默认端口是443.

传输层有两个协议：TCP和UDP，TCP常用于网络请求等可靠性要求高的场景下，UDP的特点是速度快，但可靠性较低，常用于VPN，域名查询的场景下。

TCP建立连接需要三次握手，客户端发送连接请求，服务器回应请求，客户端再次发送确认连接的请求。

客户端 ------SYN------>服务器（SYN=1，ACK=0，此时客户端还未连接，正发起连接请求）

客户端 <---SYN+ACK---服务器（SYN=1，ACK=1，此时服务器收到了连接请求，同意建立连接）

客户端 ------ACK------>服务器（SYN=0，ACK=1，连接已建立无需发送SYN去建立，只需发送ACK进行确认）

TCP断开连接需要四次挥手，客户端发送断开连接的请求，服务器回应请求表示可以，之后服务器再次发送断开连接的确认请求，客户端确认该请求。

客户端------FIN------>服务器（FIN=1，ACK=0，客户端发起断开连接的请求）

客户端<------ACK------服务器（FIN=0，ACK=1，服务器收到请求，向客户端确认请求，但还有部分数据未传完暂不断开）

客户端<------FIN------服务器（FIN=1，ACK=1，此时服务器的数据全部传输完成，可以断开连接）

客户端------ACK------>服务器（FIN=0，ACK=1，客户端确认收到了服务器的确认信息）

数据报文

数据报文是一次网络传输的基本单位，它包含多个部分：序列号，确认号，窗口，保留位，校验和。序列号用来打标记保证顺序是正确的，因为一次请求会被拆分为多个报文，确认号是告知接收方回应的标记，做到一一对应，保留字段包括刚刚提到的ACK，FIN，SYN，校验和是用来确认数据是否被篡改，如何无法通过校验会被丢弃，窗口是数据传输的吞吐量，受限于发送方和接收方的管道大小。

什么是拥塞窗口？

这是一种网络传输的过程，在初始阶段通信窗口的数量是成指数性增长，当达到临界值后，进行入拥塞避免阶段开始线性增长，当增长到出现丢包的情形时传输数量减半，并继续线性增长，如果接收到3次ACK请求，传输窗口的数量减半并加3，再进入线性增长。

网络层最常使用的是IP协议，这一层的职责是接收传输层的报文，将它封装为IP数据包，添加IP头。

两台电脑通过IP地址和端口号就可以建立Socket连接，一台电脑最多可以拥有2 ^ 16个端口。

通过在控制台中输入netstat -nao获取电脑的TCP和UDP连接，已经对应的PID。

Socket通信

Socket位于哪一层？

在 OSI 模型中，Socket 通常被认为是传输层的一部分，因为它直接与传输层协议（如 TCP 或 UDP）交互。

但从功能上看，Socket 更像是传输层和应用层之间的桥梁，因为它为应用层提供了访问传输层服务的接口。

如何用C#实现Socket通信？

这里需要用到一个第三方的类库TouchSocket，它比微软原生的Socket通信库多了很多功能，像是断点重连， 健康活性检验等等。

1、首先在Nuget上下载最新版的TouchSocket 3.1.1

2、创建一个TcpClient服务，进行事件绑定，配置插件，在Received事件中可以获取到服务器的反馈，发送数据通过Send方法

    // TCP客户端
    var _tcpClient = new TcpClient();
    
    #region 事件绑定
    _tcpClient.Connected = (client, e) =>
    {
        this.Invoke(new Action(() =>
        {
            this.richTextBoxMsgLog.AppendText($"连接到服务器".StringFormatLog() + Environment.NewLine);
        }));
    
        // 改变UI状态
        this._isOpen = true;
        this.Invoke(new Action(() => {
            this.btnOpen.Text = "断开连接";
            this.SwitchCheckBoxForSetting(false);
        }));
    
        return EasyTask.CompletedTask;
    };
    
    _tcpClient.Closed = (client, e) =>
    {
        this.Invoke(new Action(() =>
        {
            this.richTextBoxMsgLog.AppendText($"断开与服务器的连接".StringFormatLog() + Environment.NewLine);
        }));
    
        // 断开网络
        this._tcpClient.Close();
        this._isOpen = false;
        this.Invoke(new Action(() => {
                                        this.btnOpen.Text = "连接";
        this.SwitchCheckBoxForSetting(true);
        }));
    
        return EasyTask.CompletedTask;
    };
    
    _tcpClient.Received = (client, e) =>
    {
        string mes = e.ByteBlock.Span.ToString(Encoding.UTF8);
        this.Invoke(new Action(() =>
        {
            this.richTextBoxMsgLog.AppendText($"从服务器收到信息：{mes}".StringFormatLog() + Environment.NewLine);
        }));
    
        return EasyTask.CompletedTask;
    };
    
    #endregion
    
    // 配置断开重连机制
    var config = new TouchSocketConfig();
    config.ConfigurePlugins(plugins =>
    {
        // 自动重连
        plugins.UseTcpReconnection().UsePolling(TimeSpan.FromSeconds(1));
    });
    
    // 连接服务器
    await this._tcpClient.SetupAsync(config);
    await _tcpClient.ConnectAsync($"{ip}:{port}");

3、创建一个TcpServer服务，用于接收客户端发送的消息，代码和客户端的差不多。

    TcpService _service = new TcpService();

    // 创建一个TCP服务器
    _service.Connecting = (client, e) =>
    {
        return EasyTask.CompletedTask;
    };

    _service.Connected = (client, e) =>
    {
        this.Invoke(new Action(() =>
        {
            this.richTextBoxMsgLog.AppendText($"有客户端连接：{client.IP}:{client.Port}".StringFormatLog() + Environment.NewLine);
        }));
        return EasyTask.CompletedTask;
    };

    _service.Closing = (client, e) =>
    {
        return EasyTask.CompletedTask;
    };

    _service.Closed = (client, e) =>
    {
        this.Invoke(new Action(() =>
        {
            this.richTextBoxMsgLog.AppendText($"有客户端断开连接：{client.IP}:{client.Port}".StringFormatLog() + Environment.NewLine);
        }));
          
        return EasyTask.CompletedTask;
    };

    _service.Received = (client, e) =>
    {
        //从客户端收到信息
        var mes = e.ByteBlock.Span.ToString(Encoding.UTF8);
        this.Invoke(new Action(() =>
        {
            this.richTextBoxMsgLog.AppendText($"客户端：{client.IP}:{client.Port}，发送消息：{mes}".StringFormatLog() + Environment.NewLine);
        }));

        return EasyTask.CompletedTask;
    };

    var config = new TouchSocketConfig();
    config.ConfigurePlugins(plugins =>
    {
        // 健康活性检验插件（CheckClearPlugin）用于检测当前连接是否有正常的数据交流，如果没有，则主动断开连接。
        plugins.UseCheckClear().SetCheckClearType(CheckClearType.All).SetTick(TimeSpan.FromSeconds(60)).SetOnClose(async (c, t) =>
        {
            await c.ShutdownAsync(System.Net.Sockets.SocketShutdown.Both);
            await c.CloseAsync("超时无数据");
        });
    });

    await this._service.SetupAsync(config);
    await this._service.StartAsync($"{ip}:{port}");