C#网络编程（Socket编程）

0、写在前面的话

我创建的Unity、C#交流群，有兴趣可加入大家一起学习：952914223

1、Socket 介绍

1.1 Socket是什么

Socket的英文原意是“插座”,的意思，通常在计算机编程中称作套接字，是对对于TCP/IP的封装,我们可以将Socket联想成是由两个Socket对象搭建的成的一根通信管道，管道的两端是这两个Socket对象，而这根管道的连接的是两台主机的应用进程(通过IP地址和端口号确定进程)

1.2 Socket在网络中的位置

2、C# 中的Socket参数

2.1 超时控制参数

1. ReceiveTimeout：接收超时

socket.ReceiveTimeout = 5000; // 5秒(单位：毫秒)
// 超时抛出SocketException，ErrorCode为10060 (TimedOut)

2. SendTimeout：发送超时

socket.SendTimeout = 3000; // 3秒
// 影响Send/SendTo操作

3. BeginConnect：连接超时

// 通过Connect方法的异步版本实现
socket.BeginConnect(remoteEP, null, null);
if(!socket.Connected) {
    // 自定义超时逻辑
}

2.2 缓冲区参数

1. ReceiveBufferSize：接收缓冲区大小

socket.ReceiveBufferSize = 65536; // 64KB
// 影响内核网络栈的接收缓冲区

2. SendBufferSize：发送缓冲区大小

socket.SendBufferSize = 32768; // 32KB
// 影响内核网络栈的发送缓冲区

2.3 UDP专用参数

1. EnableBroadcast：启用广播

udpSocket.EnableBroadcast = true;
// 允许发送到广播地址(如255.255.255.255)

2. 多播设置

// 加入多播组
udpSocket.SetSocketOption(SocketOptionLevel.IP,
                        SocketOptionName.AddMembership,
                        new MulticastOption(IPAddress.Parse("224.0.0.1")));

// 设置多播TTL
udpSocket.SetSocketOption(SocketOptionLevel.IP,
                        SocketOptionName.MulticastTimeToLive,
                        2); // 最多跨越2个路由器

3、C# 中的Socket API

3.1 Socket（构造函数）

public Socket(SocketInformation socketInformation);
public Socket(SocketType socketType, ProtocolType protocolType);
public Socket(AddressFamily addressFamily, SocketType socketType, ProtocolType protocolType);

常见的 Socket 对象创建实例：

// 监控 ip4 地址，套接字类型为 TCP ，协议类型为 TCP
Socket s = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

3.1.1 SocketType

指定 Socket 类的实例表示的套接字类型。

SocketType	对应的ProtocolType	描述
Unknown	Unknown	指定未知的 Socket 类型
Stream（使用字节流）	Tcp	支持可靠、双向、基于连接的字节流
Dgram（使用数据报）	Udp	面向无连接
Raw	Icmp、lgmp	支持对基础传输协议的访问
Rdm		支持无连接、面向消息、以可靠方式发送的消息，
Seqpacket		在网络上提供排序字节流的面向连接且可靠的双向传输

3.1.2 ProtocolType

表示协议类型，是一个 enum 类型。
其中枚举重复值，常见用途：

• 为旧值提供别名
• 向后兼容
• 提供更清晰的命名选择

枚举值	值	协议说明
Unknown	-1	未知协议类型
Unspecified	0	未指定的协议
IP	0	Internet 协议 (IP) - 原始 IP 数据包
IPv6HopByHopOptions	0	IPv6 逐跳选项头
Icmp	1	Internet 控制消息协议 (ICMP)
Igmp	2	Internet 组管理协议 (IGMP)
Ggp	3	网关到网关协议 (GGP)
IPv4	4	IPv4 协议
Tcp	6	传输控制协议 (TCP)
Pup	12	PARC 通用数据包协议 (PUP)
Udp	17	用户数据报协议 (UDP)
Idp	22	Internet 数据报协议 (IDP)
IPv6	41	IPv6 协议
IPv6RoutingHeader	43	IPv6 路由头
IPv6FragmentHeader	44	IPv6 分片头
IPSecEncapsulatingSecurityPayload	50	IPv6 封装安全负载 (ESP) 头
IPSecAuthenticationHeader	51	IPv6 认证头 (AH)
IcmpV6	58	ICMP for IPv6
IPv6NoNextHeader	59	IPv6 无下一个头
IPv6DestinationOptions	60	IPv6 目的选项头
ND	77	Net Disk 协议 (非正式)
Raw	255	原始 IP 数据包
Ipx	1000	Internet 数据包交换协议 (IPX)
Spx	1256	顺序数据包交换协议 (SPX)
SpxII	1257	SPX 版本 2

3.1.3 AddressFamily

表示使用的网络寻址方案

枚举值	值	协议说明	使用场景
Unknown	-1	未知地址族	保留值
Unspecified	0	未指定的地址族	通用情况
Unix	1	Unix本地通信	Unix域Socket
InterNetwork	2	IPv4地址族	最常用的IPv4网络
ImpLink	3	ARPANET IMP地址	历史遗留
Pup	4	PUP协议地址	Xerox PUP网络
Chaos	5	MIT CHAOS协议	历史遗留
NS	6	Xerox NS协议	Xerox网络系统
Ipx	6	IPX/SPX地址	Novell网络
Iso	7	ISO协议	OSI协议族
Osi 7	OSI协议	同Iso
Ecma	8	ECMA协议	欧洲计算机制造商协会
DataKit	9	Datakit协议	AT&T Datakit
Ccitt 10	CCITT协议	TU-T协议
Sna	11	IBM SNA地址	IBM系统网络架构
DecNet	12 DECnet地址	Digital Equipment Corporation网络
DataLink	13	直接数据链路接口	数据链路层访问
Lat	14	LAT地址	Local Area Transport
HyperChannel	15	NSC Hyperchannel	Network Systems Corporation
AppleTalk	16	AppleTalk地址	Apple网络协议
NetBios	17	NetBios地址	Windows网络基本输入输出系统
VoiceView	18	VoiceView地址	VoiceView音频协议
FireFox	19	FireFox协议	非标准协议
Banyan	21	Banyan VINES	Banyan虚拟网络系统
Atm	22	本机ATM服务	异步传输模式
InterNetworkV6	23	IPv6地址族	IPv6网络
Cluster	24	Microsoft Wolfpack	Microsoft集群服务
Ieee12844	25	IEEE 1284.4工作组	打印机共享协议
Irda	26	IrDA地址	红外数据协会
NetworkDesigners	28	Network Designers OSI网关	网络设计者协议
Max	29	最大地址族	保留值

3.2 Bind()

绑定本地IP和端口，你将在在本地创建 IPEndPoint 对象，拥有此 ip:post 的访问权限。目的是绑定本地机器的某个端口，所有经过此端口的数据就归你管了。

public void Bind (System.Net.EndPoint localEP);

使用实例：

Socket serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
IPAddress iP = IPAddress.Parse("127.0.0.1");

serverSocket.Bind(new IPEndPoint(iP, 2300))

3.3 Connect()

与远程主机建立连接。Connect() 有四个重载方法，不必关注，只需知道，必需提供 IP 和 Post 两个值。

IPAddress iP = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
IPEndPoint iPEndPoint = new IPEndPoint(iP, 2300);
Socket serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);　　　　　　　　//创建与远程主机的连接
serverSocket.Connect(iPEndPoint);

3.4 Listen() (TCP)

监控所有发送到此主机的、特定端口的连接请求。服务端使用，客户端不需要。

public void Listen (int backlog);

使用 Bind() 后，使用 Listen() 方法进行监控，backlog 参数指定可排队等待接受的传入连接的数量,即挂起的连接队列的最大长度。

3.5 Accept() (TCP)

Accept() 以同步方式监听套接字，在连接请求队列中提取第一个挂起的连接请求，然后创建并返回一个新的 Socket 对象。

//创建终结点（EndPoint）
IPAddress ip = IPAddress.Any;             
IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, 8000);

//创建 socket 并开始监听
Socket serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
serverSocket.Bind(ipe);
serverSocket.Listen(10);//开始监听

//接受到client连接，为此连接建立新的socket，并接受信息
Socket temp = serverSocket.Accept();//为新建连接创建新的socket

注意的是，每次建立连接是一个 Accept() 对象，如果你要进行 服务器-客户端互相通讯，应使用同一个 Accept() 对象。每个 Accept 对象都是 从客户端请求建立开始的，期间只要使用同一个 Accept 对象，都可以进行数据传输。

3.6 Receive() 与 Send()

• Receive() ：接收信息

string recvStr = "";
byte[] recvBytes = new byte[1024];
int bytes;
bytes = socket.Receive(recvBytes, recvBytes.Length, 0);//从客户端接受信息
recvStr += Encoding.ASCII.GetString(recvBytes, 0, bytes);

• Send() ：发送信息

string str = "hello";
byte[] a = Encoding.UTF8.GetBytes(str);
send = socket.Send(a, 0);

3.7 ReceiveFrom()与SendTo()

• ReceiveFrom()

特性	Receive	ReceiveFrom
连接要求	需要已建立连接 (面向连接)	无需预先连接 (无连接)
适用协议	TCP UDP
来源获取	无法获取发送方信息	可获取发送方的端点信息
方法签名	int Receive(byte[] buffer)	int ReceiveFrom(byte[] buffer, ref EndPoint remoteEP)
典型用途	可靠数据流传输	数据报接收，特别是需要回复的场景

• SendTo()

特性	Send	SendTo
连接要求	需要已建立连接 (面向连接)	无需预先连接 (无连接)
适用协议	TCP	UDP
目标指定	在Connect时指定目标	每次发送时指定目标
性能	略高 (连接已建立)	略低 (每次需解析地址)
可靠性	高 (TCP保证送达和顺序)	低 (UDP不保证送达和顺序)
方法签名	Send(byte[] buffer)	SendTo(byte[] buffer, EndPoint remoteEP)

3.8 Shutdown()和Close()

释放资源，有 Accept 释放和 Socket 的释放。

• Shutdown()
  1. 向对方发送FIN包，启动TCP的正常关闭握手流程
  2. 非破坏性操作，Socket对象仍然有效
  3. 允许完成正在进行的数据传输
  4. 遵循TCP协议的四次挥手过程
  5. 对方应用会收到EOF（Receive返回0）

public void Shutdown (System.Net.Sockets.SocketShutdown how);

SocketShutdown：

值	描述
Send	禁止对此发送Socket
Receive	禁用对此接收Socket
Both	禁用发送和接收对此Socket

• Close()
  1. 破坏性操作，Socket对象不再可用
  2. 可能丢失发送/接收缓冲区中的数据
  3. 对方可能收到ConnectionReset错误
  4. 立即释放系统资源
• 最佳实践

void SafeClose(Socket socket)
{
    try
    {
        // 1. 先优雅关闭通信通道
        if(socket.Connected)
        {
            socket.Shutdown(SocketShutdown.Both);
        }
        
        // 2. 设置linger选项确保数据发送
        socket.LingerState = new LingerOption(true, 5); // 等待5秒
        
        // 3. 最终释放资源
        socket.Close();
    }
    catch(Exception ex)
    {
        // 记录日志
        Debug.WriteLine($"关闭Socket异常: {ex.Message}");
        
        // 确保资源释放
        socket?.Close(); 
    }
}

4、IPAddress 和 IPEndPoint

4.1 IPAddress

用来处理IP地址、转换IP地址
IPAddress.Parse() 方法可以把以小数点隔分的十进制 IP 表示转化成 IPAddress 类。

IPAddress ip = IPAddress.Parse("127.0.0.1");//把ip地址字符串转换为IPAddress类型的实例

IPAddress提供4个只读字段：

• Any 用于代表本地系统可用的任何IP地址
• Broadcase用于代表本地网络的IP广播地址
• Loopback用于代表系统的回送地址
• None用于代表系统上没有网络接口

4.2 IPEndPoint

表示IPAddress对象与端口的绑定

IPAddress ip = IPAddress.Any;              //把ip地址字符串转换为IPAddress类型的实例
IPEndPoint ipe = new IPEndPoint(ip, 8000);//用指定的端口和ip初始化IPEndPoint类的新实例