C# 网络编程系列五：TCP编程

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，如果大家有任何问题和有感兴趣的专题需要了解的，可以给我留言，在之后的文章都会和大家来分享。