# Socket

Socket（计算机术语为：套接字）是计算机网络编程中的一种通信机制，使网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换。它是一个抽象层，提供了一套标准的接口，使得应用程序可以通过这套接口与网络通信协议进行交互，实现数据传输和共享。

在网络编程中，Socket 通常被用来实现客户端和服务端之间的通信。客户端通过 Socket 连接到服务端，并向服务端发送数据请求，服务端接收请求并处理后，再将结果返回给客户端。这种通信方式可以用于实现各种不同类型的网络应用程序，如 Web 服务器、聊天软件、在线游戏等。

Socket 有三个重要参数：IP、端口、协议。这三个概念共同构成了网络通信的基础。

# IP（Internet Protocol）

IP 协议位于 TCP/IP 协议的第三层 —— 网络层，IP 是一种网络协议，用于在互联网上寻址和路由数据包。每台计算机在网络上都分配有一个唯一的 IP 地址，类似于一个邮政地址，用于标识计算机在网络上的位置。IP 地址由四个十进制数（例如：192.168.0.1）组成，每个数的取值范围是 0 到 255。IPv4 是目前使用最广泛的 IP 版本，而 IPv6 则是一种更新的 IP 协议版本。

# 端口（Port）

端口是计算机上用于数据通信的逻辑连接点，端口号用于标识计算机上具体的应用程序或服务。一个端口可以看作是计算机中的门，通过这个门可以发送和接收数据。端口号是一个 16 位的数字，可以是 0 到 65535 之间的任意值。其中，0 到 1023 的端口号被称为 "知名端口"，用于一些特殊的网络服务，例如 80 端口用于 HTTP 协议，22 端口用于 SSH 协议等。而大于 1023 的端口号则被称为 "动态端口"，用于临时的网络连接。

# 协议（Protocol）

协议是在网络中进行通信的规则和约定。不同的协议定义了数据的格式、传输方式、错误处理等各个方面的规定。常见的网络协议有 TCP（Transmission Control Protocol）和 UDP（User Datagram Protocol）。TCP 协议提供可靠的、面向连接的通信，适用于需要确保数据完整性和顺序的场景，例如网页浏览、文件传输等。而 UDP 协议则是一种不可靠的、无连接的通信，适用于对实时性有较高需求的场景，例如音频和视频传输。

# UDP

UDP 缺乏可靠性。UDP 本身不提供确认，序列号，超时重传等机制。UDP 数据报可能在网络中被复制，被重新排序。即 UDP 不保证数据报会到达其最终目的地，也不保证各个数据报的先后顺序，也不保证每个数据报只到达一次
UDP 数据报是有长度的。每个 UDP 数据报都有长度，如果一个数据报正确地到达目的地，那么该数据报的长度将随数据一起传递给接收方。而 TCP 是一个字节流协议，没有任何（协议上的）记录边界
UDP 是无连接的 UDP 客户和服务器之前不必存在长期的关系。UDP 发送数据报之前也不需要经过握手创建连接的过程
UDP 支持多播和广播。

# TCP

TCP 提供一种面向连接的、可靠的字节流服务
在一个 TCP 连接中，仅有两方进行彼此通信。广播和多播不能用于 TCP
TCP 使用校验和，确认和重传机制来保证可靠传输
TCP 给数据分节进行排序，并使用累积确认保证数据的顺序不变和非重复
TCP 使用滑动窗口机制来实现流量控制，通过动态改变窗口的大小进行拥塞控制

注意：TCP 并不能保证数据一定会被对方接收到，因为这是不可能的。TCP 能够做到的是，如果有可能，就把数据递送到接收方，否则就（通过放弃重传并且中断连接这一手段）通知用户。因此，准确说 TCP 也不是 100% 可靠的协议，它所能提供的是数据的可靠递送或故障的可靠通知。

# 三次握手

所谓三次握手 (Three-way Handshake)，是指建立一个 TCP 连接时，需要客户端和服务器总共发送 3 个包。

三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立 TCP 连接，并同步连接双方的序列号和确认号，交换 TCP 窗口大小信息。在 socket 编程中，客户端执行 connect () 时，将触发三次握手。

# 四次挥手

TCP 的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手 (Four-way handshake)，也叫做改进的三次握手。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在 socket 编程中，任何一方执行 close () 操作即可产生挥手操作。

# TCP 连接

TCP 协议中，客户端绑定端口后，先断开连接然后再次连接会报错，因为同一端口在短时间内（30 秒到 4 分钟之内）只能使用一次。因为客户端需要等待服务端的回复，如果超时，则断开连接。总而言之：先断开的一方，会延迟释放端口。

解决方法：

客户端每次连接使用不同的端口（这是大部分游戏的选择）。缺点：部分需求不允许更换端口。
让服务端先断开连接（让服务端先发送断开连接的请求）。缺点：端口越多，服务器压力越大。
原因：根据四次挥手的流程，先发送断开连接请求的会在最后断开连接。所以，让服务端先发送断开连接的请求，客户端先同意断开然后断开，因为已经断开了，所以可以再次连接。对于服务端，虽然没有立刻断开连接，但是服务端是接收连接请求的，如果客户端在断开后的短时间内再次发送连接请求，二者仍然可以正常连接。

# 流模式

TCP 的字节流模式指的是 TCP 将应用层交给它的数据视为无结构的字节流进行传输，不考虑这些数据在应用层的含义和分段情况。这意味着，发送方将应用层数据切分为多个数据段进行发送，在传输过程中，这些数据段可能会被拆分、合并，但最终到达接收方时，TCP 会重新组合这些数据段，保证数据的完整性和顺序。由于建立了连接，收到的数据都是同一主机发送的，所以可以让发送端 Write 一次，接收端 Read 多次，或者反过来

# CSharp 中用于实现网络通信的类

Socket 类、UdpClient 类和 TcpClient 类都是 CSharp 中用于实现网络通信的类。其中，Socket 类是最基础的网络通信类，提供了最底层、最灵活的网络通信接口。

如果需要更多的自由度和灵活性，那么 Socket 类可能更适合你的需求。在使用 Socket 类时，你需要更多地了解网络编程的底层知识、细节和原理，因为 Socket 类需要手动管理更多的网络细节（例如设置 Socket 选项、操作缓冲区等）。

UdpClient 类和 TcpClient 类则是基于 Socket 类封装的更高层次的网络通信类，提供了更方便和易用的接口。
UdpClient 类主要用于实现基于 UDP 协议的网络通信，提供了 Send 和 Receive 等方法。
TcpClient 类主要用于实现基于 TCP 协议的网络通信，提供了 Connect、GetStream 和 Read 等方法。

# UdpClient 和 TcpClient 的使用

获取自身的 IP 地址

	/// <summary>
	/// 获取自身的 IP 地址
	/// </summary>
	/// <returns></returns>
	private static string GetLocalIPAddress()
	{
	string ipAddress = "0.0.0.0";

	IPHostEntry host = Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName());

	foreach (IPAddress ip in host.AddressList)
	{
	if (ip.AddressFamily == System.Net.Sockets.AddressFamily.InterNetwork)
	{
	ipAddress = ip.ToString();
	break;
	}
	}

	return ipAddress;
	}

UdpClient

	// 终结点，包含 IP 地址和端口
	// 自身的终结点
	IPEndPoint IP_my = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("0.0.0.0"), 4444);

	// 目标终结点
	IPEndPoint IP_target = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("0.0.0.0"), 5555);




	// 发送端
	UdpClient udpClient_my = new UdpClient(IP_my);

	// 编码
	byte[] bytes_my = Encoding.UTF8.GetBytes("message");

	// 发送数据
	udpClient_my.Send(bytes_my, bytes_my.Length, IP_target);




	// 接收端
	UdpClient udpClient_target = new UdpClient(IP_target);

	// 任意 IP 地址，任意端口
	IPEndPoint endpoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);

	// 接收消息
	// 收到消息前，参数表示：需要接收（监听）的终结点
	// 收到消息以后，参数表示：实际的终结点
	// 在接收到消息前：阻塞线程
	// 接收到消息后：继续执行
	// 所以，必须通过辅助线程调用
	byte[] bytes_target = udpClient_target.Receive(ref endpoint);

	// 解码
	string message = Encoding.UTF8.GetString(bytes_target);




	// 手动释放资源
	udpClient_my.Dispose();
	udpClient_target.Dispose();

TcpClient

	// 自身的终结点
	IPEndPoint IP_my = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("0.0.0.0"), 4444);

	// 目标终结点
	IPEndPoint IP_target = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("0.0.0.0"), 5555);




	// 绑定指定的端口
	//TcpClient tcpClient_my = new TcpClient(IP_my);

	// 使用随机端口
	TcpClient tcpClient_my = new TcpClient();

	// 建立链接
	tcpClient_my.Connect(IP_target);

	// 获取流
	NetworkStream stream_my = tcpClient_my.GetStream();

	// 编码
	byte[] bytes_my = Encoding.UTF8.GetBytes("message");

	// 写入数据
	stream_my.Write(bytes_my);




	// 监听器
	TcpListener listener_target = new TcpListener(IP_target);

	// 接收端
	TcpClient tcpClient_target;

	// 流
	NetworkStream stream_target;

	// 存储字节数据
	byte[] bytes_target = new byte[1024];

	// 有效字符数
	int count;

	// 在监听到客户端链接前：阻塞线程
	// 在监听到客户端链接后：继续执行
	// 所以，必须通过辅助线程调用
	using (tcpClient_target = listener_target.AcceptTcpClient())
	{
	using (stream_target = tcpClient_target.GetStream())
	{
	while (true)
	{
	// 在读取到数据前：阻塞线程
	// 在读取到数据后：继续执行
	// 如果需要监听多个客户端链接，则需要开启线程
	// 返回值：实际读取到的字节数
	count = stream_target.Read(bytes_target);

	// 解码，只解析有效字符
	string message = Encoding.UTF8.GetString(bytes_target, 0, count);
	}
	}
	}




	// 手动释放资源
	stream_my.Dispose();
	tcpClient_my.Dispose();
	listener_target.Stop();

# 网络通信的例子

网络聊天室是一个很好的例子

CSharp