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= C#套接字编程 =

'''套接字编程'''（Socket Programming）是网络通信的核心技术之一，它允许不同主机上的进程通过TCP/IP协议进行数据交换。在C#中，套接字编程主要通过<code>System.Net.Sockets</code>命名空间下的类实现，尤其是<code>Socket</code>类。本指南将详细介绍C#套接字编程的基础概念、实现方法及实际应用。

== 概述 ==
套接字（Socket）是网络通信的端点，它定义了通信的两端（客户端和服务器）如何建立连接、发送和接收数据。在C#中，套接字编程支持以下主要协议：
* '''TCP（传输控制协议）'''：面向连接、可靠的字节流通信。
* '''UDP（用户数据报协议）'''：无连接、不可靠但高效的数据报通信。

=== 套接字通信流程 ===
<mermaid>
graph TD
    A[创建Socket对象] --> B[绑定IP和端口（服务器）]
    B --> C[监听连接（服务器）]
    C --> D[接受连接（服务器）]
    A --> E[连接服务器（客户端）]
    D --> F[发送/接收数据]
    E --> F
    F --> G[关闭连接]
</mermaid>

== TCP套接字编程 ==
TCP套接字编程分为'''服务器端'''和'''客户端'''两部分。

=== 服务器端实现 ===
以下是一个简单的TCP服务器示例，监听本地端口8080并接收客户端消息：

<syntaxhighlight lang="csharp">
using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class TcpServer
{
    static void Main()
    {
        // 1. 创建Socket对象
        Socket serverSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        
        // 2. 绑定IP和端口
        IPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 8080);
        serverSocket.Bind(endPoint);
        
        // 3. 开始监听，最大连接数为10
        serverSocket.Listen(10);
        Console.WriteLine("服务器已启动，等待连接...");
        
        // 4. 接受客户端连接
        Socket clientSocket = serverSocket.Accept();
        Console.WriteLine($"客户端已连接: {clientSocket.RemoteEndPoint}");
        
        // 5. 接收数据
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int bytesRead = clientSocket.Receive(buffer);
        string receivedMessage = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, bytesRead);
        Console.WriteLine($"收到消息: {receivedMessage}");
        
        // 6. 发送响应
        string response = "消息已接收";
        clientSocket.Send(Encoding.UTF8.GetBytes(response));
        
        // 7. 关闭连接
        clientSocket.Close();
        serverSocket.Close();
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 客户端实现 ===
对应的TCP客户端代码：

<syntaxhighlight lang="csharp">
using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class TcpClient
{
    static void Main()
    {
        // 1. 创建Socket对象
        Socket clientSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
        
        // 2. 连接服务器
        IPEndPoint serverEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 8080);
        clientSocket.Connect(serverEndPoint);
        
        // 3. 发送数据
        string message = "Hello, Server!";
        clientSocket.Send(Encoding.UTF8.GetBytes(message));
        
        // 4. 接收响应
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int bytesRead = clientSocket.Receive(buffer);
        string response = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, bytesRead);
        Console.WriteLine($"服务器响应: {response}");
        
        // 5. 关闭连接
        clientSocket.Close();
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 输入输出示例 ===
运行服务器和客户端后，输出如下：
<pre>
服务器输出：
服务器已启动，等待连接...
客户端已连接: 127.0.0.1:12345
收到消息: Hello, Server!

客户端输出：
服务器响应: 消息已接收
</pre>

== UDP套接字编程 ==
UDP是无连接的协议，适用于对实时性要求高但允许少量丢包的场景（如视频流）。

=== 服务器端实现 ===
<syntaxhighlight lang="csharp">
using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class UdpServer
{
    static void Main()
    {
        // 1. 创建UDP Socket
        Socket udpSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
        
        // 2. 绑定端口
        udpSocket.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, 9090));
        Console.WriteLine("UDP服务器已启动");
        
        // 3. 接收数据（无需连接）
        byte[] buffer = new byte[1024];
        EndPoint clientEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
        int bytesRead = udpSocket.ReceiveFrom(buffer, ref clientEndPoint);
        string message = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, bytesRead);
        Console.WriteLine($"收到来自 {clientEndPoint} 的消息: {message}");
        
        // 4. 发送响应
        udpSocket.SendTo(Encoding.UTF8.GetBytes("UDP响应"), clientEndPoint);
        
        udpSocket.Close();
    }
}
</syntaxhighlight>

=== 客户端实现 ===
<syntaxhighlight lang="csharp">
using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class UdpClient
{
    static void Main()
    {
        // 1. 创建UDP Socket
        Socket udpSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
        
        // 2. 发送数据（无需连接）
        IPEndPoint serverEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 9090);
        udpSocket.SendTo(Encoding.UTF8.GetBytes("Hello, UDP Server!"), serverEndPoint);
        
        // 3. 接收响应
        byte[] buffer = new byte[1024];
        EndPoint remoteEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
        int bytesRead = udpSocket.ReceiveFrom(buffer, ref remoteEndPoint);
        Console.WriteLine($"收到响应: {Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, bytesRead)}");
        
        udpSocket.Close();
    }
}
</syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==
=== 聊天应用程序 ===
套接字编程常用于实现实时聊天应用。以下是简化版聊天服务器的核心逻辑：
* 服务器使用<code>Accept</code>接收多个客户端连接。
* 每个客户端连接使用单独的线程处理。
* 使用<code>Send</code>/<code>Receive</code>实现消息广播。

=== 网络游戏通信 ===
在多人游戏中，UDP常用于传输玩家位置数据：
* 低延迟比可靠性更重要。
* 客户端定期发送位置更新包到服务器。
* 服务器将其他玩家的位置广播给所有客户端。

== 高级主题 ==
=== 异步套接字编程 ===
使用<code>BeginAccept</code>/<code>EndAccept</code>等异步方法避免阻塞线程：
<syntaxhighlight lang="csharp">
Socket.BeginAccept(ar => {
    Socket client = serverSocket.EndAccept(ar);
    // 处理客户端
}, null);
</syntaxhighlight>

=== 协议设计 ===
实际应用中需设计应用层协议，例如：
* 消息格式：长度前缀 + 二进制数据
* 错误处理：心跳包检测连接状态

== 常见问题 ==
* '''端口冲突'''：确保端口未被其他程序占用。
* '''防火墙限制'''：测试时可能需要关闭防火墙或添加规则。
* '''编码问题'''：统一使用UTF-8编码避免乱码。

== 总结 ==
C#套接字编程是构建网络应用的基础技能。通过<code>System.Net.Sockets</code>命名空间，开发者可以灵活实现TCP/UDP通信。实际开发中需注意：
* TCP适合可靠数据传输（如文件传输）。
* UDP适合实时应用（如视频会议）。
* 异步编程模型可提升服务器性能。

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