C#网络编程进阶指南

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"C#网络应用高级编程"是一本针对初学者的计算机教材，由马骏编著，人民邮电出版社出版。这本书是《C#网络应用编程基础》的后续，深入介绍了C#语言在网络编程中的高级应用，包括多线程处理、TCP、UDP、SMTP和POP3协议的应用，以及P2P编程、网络数据加密解密、三维设计与多媒体编程等。书中还提供了配套的实验指导、电子教案、源代码和习题解答，适合高校计算机专业学生和有一定C#基础的开发者学习。本书共8章，内容详实且实用。第1章首先讲解了进程和线程的概念，通过Process和Thread类介绍如何管理和操作线程，还讨论了IP地址、端口以及网络协议，如TCP/IP，以及相关的.NET Framework类如 IPAddress、Dns、IPHostEntry和IPEndPoint。此外，深入探讨了Socket类，包括面向连接和无连接的套接字，以及网络流的概念。第2章专注于TCP应用编程，涵盖了同步和异步两种方式。同步编程中，通过套接字、NetworkStream对象、TcpClient和TcpListener类来实现数据的发送和接收，并解决了TCP协议无消息边界的难题。接着，通过实例展示了如何用TCP编写网络游戏，包括服务器端和客户端的编程。异步TCP编程则讲解了EventWaitHandle类和AsyncCallback委托，允许非阻塞的网络通信。第3章至第5章可能涉及了UDP协议、SMTP和POP3邮件服务协议的使用，以及P2P应用编程，这部分内容未提供详细信息。第6章讨论了网络数据加密与解密技术，这对于网络安全和数据保护至关重要。第7章介绍了三维设计与多媒体编程，帮助读者掌握如何在C#中实现高级的图形和媒体功能。第8章提供了配套的上机实验指导，旨在帮助读者将理论知识转化为实际操作技能。这本书全面覆盖了C#网络编程的高级主题，对于希望深入理解和应用C#进行网络开发的读者来说，是一份宝贵的资源。

1.2.1 TCP/IP

网络协议

网络协议是网络上所有设备（网络服务器、计算机及交换机、路由器、防火墙等）之间通

信规则的集合，它定义了通信时信息必须采用的格式以及这些格式的含义。网络协议使网络上

各种设备能够相互交换信息。

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是一组

网络通信协议的总称，它规范了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的

数据交换格式以及传送方式。对普通用户来说，并不需要了解网络协议的整个结构，仅需了解

IP 的地址格式，即可与世界各地进行网络通信。

IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围内惟一的

标识符。一个 IP 地址主要由两部分组成：一部分是用于标识该地址所从属的网络号，另一部

分用于指明该网络上某个特定主机的主机号。网络号由因特网权力机构分配，主机地址由各个

网络的管理员统一分配。因此，网络地址的惟一性与网络内主机地址的惟一性确保了 IP 地址

的全球惟一性。

目前，大多数 IP 编址方案仍采用 IPv4 编址方案，即使用 32 位的二进制地址进行识别，

我们常见的形式是将 32 位的 IP 地址分成 4 个字节，然后把 4 个字节分别用十进制表示，中间

用圆点分开，这种方法叫做点分十进制表示法。

使用 IP 地址的点分十进制表示法，网络类的范围划分如下：

A 类：0.x.x.x—127.x.x.x （32 位二进制最高位为 0）

B 类：128.x.x.x—191.x.x.x （32 位二进制最高 2 位为 10）

C 类：192.x.x.x—223.x.x.x （32 位二进制最高 3 位为 110）

D 类：224.x.x.x—239.x.x.x （32 位二进制最高 4 位为 1110）

E 类：240.x.x.x—255.x.x.x （32 位二进制最高 5 位为 11110）

其中，D 类地址用于组播，E 类地址保留用于扩展或实验用。

在这些网络类中，每类网络又可以进一步分成不同的网络，或者叫子网。每个子网必须用

一个公共的网址把它与该类网络中的其他子网分开。为了识别 IP 地址的网络部分，又为特定

的子网定义了子网掩码。子网掩码用于区分哪些位作为网络地址部分，哪些位作为主机地址部

分。把所有的网络位用 1 来标识，主机位用 0 来标识，就得到了子网掩码。

从表面上看，好像知道了服务器的 IP 地址，客户端就能够和服务器相互通信。其实，真

正相互完成通信功能的不是两台计算机，而是两台计算机上的进程。IP 地址仅仅能够具体标

识到某台主机，而不能标识某台计算机上的进程。如果要标识具体的进程，需要引入新的地址

空间，这就是端口（Port）。在网络技术中，端口大致有两种意思：一是物理意义上的端口，

比如，ADSL Modem、集线器、交换机、路由器上连接其他网络设备的接口，如 RJ-45 端口、

SC 端口等等。二是逻辑意义上的端口，一般是指 TCP/IP 协议中的端口，端口号的范围从 0

到 65535，比如用于浏览网页服务的 80 端口，用于 FTP 服务的 21 端口等等。我们这里介绍的

是逻辑意义上的端口。定义端口是为了解决与多个应用程序同时进行通信的问题；它主要扩充

了 IP 地址的概念。假设一台计算机正在同时运行多个应用程序，并通过网络接收到了一个数

据包，这时就可以利用一个独有的端口号（该端口号在建立连接时确定）来标识目标进程。因

此，如果客户端 A 要与服务器 B 相互通信，客户端 A 不仅要知道服务器 B 的 IP 地址，而且

要知道服务器 B 提供具体服务的端口号。

由于使用 16 位二进制表示端口地址，因此可用端口地址的范围是 0～65535。

1.2.2 IPAddress

类与

Dns

类

在 System.Net 命名空间中，IPAddress 类提供了对 IP 地址的转换、处理等功能。该类提供

的 Parse 方法可将 IP 地址字符串转换为 IPAddress 实例。例如：

IPAddress ip = IPAddress.Parse("192.168.1.1");

IPAddress 类还提供了 7 个只读字段，分别代表程序中使用的特殊 IP 地址：

Any 表示本地系统可用的任何 IPv4 地址

Broadcast 表示本地 IPv4 网络广播地址

IPv6Any Socket.Bind 方法用此字段指出本地系统可用的 IPv6 地址

IPv6Loopback 表示系统的 IPv6 回送地址

IPv6None 表示系统上没有可用的 IPv6 网络接口

Loopback 表示系统的 IPv4 回送地址

None 表示系统上没有可用的 IPv4 网络接口

System.Net 命名空间下，还有一个 Dns 类，该类提供了一系列静态的方法，用于获取提供

本地或远程域名等功能。常用方法有：

1) GetHostAddresses 方法

获取指定主机的 IP 地址，返回一个 IPAddress 类型的数组。函数原形为：

public static IPAddress[] GetHostAddresses(string hostNameOrAddress);

例如：

IPAddress[] ip=Dns.GetHostAddresses("www.cctv.com");

listBox1.Items.AddRange(ip);

2) GetHostName 方法

获取本机主机名。例如：

string hostname = Dns.GetHostName();

1.2.3 IPHostEntry

类

IPHostEntry 类的实例对象中包含了 Internet 主机的相关信息。常用属性有两个：一个是

AddressList 属性，另一个是 HostName 属性。

AddressList 属性的作用是获取或设置与主机关联的 IP 地址列表，是一个 IPAddress 类型

的数组，包含了指定主机的所有 IP 地址；HostName 属性则包含了服务器的主机名。

在 Dns 类中，有一个专门获取 IPHostEntry 对象的方法，通过 IPHostEntry 对象，可以获

取本地或远程主机的相关 IP 地址。例如：

listBox1.Items.Add("搜狐新闻所用的服务器 IP 地址有：");

IPAddress[] ip = Dns.GetHostEntry("news.sohu.com").AddressList;

listBox1.Items.AddRange(ip);

listBox1.Items.Add("本机 IP 地址为：");

ip = Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName()).AddressList;

listBox1.Items.AddRange(ip);

1.2.4 IPEndPoint

类

要与远程主机进行通信，仅有 IP 地址是不够的。在 Internet 中，TCP/IP 使用一个网络地

址和一个服务端口号来唯一标识设备和服务。网络地址标识网络上的设备；端口号标识该设备

上的特定服务。网络地址和服务端口的组合称为端点。在 C#中，使用 IPEndPoint 类表示这个

端点，该类包含了应用程序连接到主机上的服务所需的 IP 地址和端口信息。

IPEndPoint 类常用的构造函数为：

public IPEndPoint(IPAddress, int);

其中第一个参数指定 IP 地址，第二个参数指定端口号。

例 1-4 演示了上述四个类的使用方法。在这个例子中，单击“显示本机 IP 信息”按钮可

以显示主机名及相关的 IP 地址；单击“显示服务器信息”按钮可以显示中央电视台服务器的

IP 地址信息。

【例 1-4】IPAddress 类、Dns类、IPHostEntry类和 IPEndPoint

类的使用方法。

(1) 创建一个名为 IPExample 的 Windows 应用程序项目。

(2) 从【工具箱】中向设计窗体拖放一个 ListBox 控件、两

个 Button 控件，设计界面效果如图 1-6 所示。

(3) 切换到 Form1 的代码编辑模式，添加命名空间的引用：

using System.Net;

(4) 分别在两个按钮的 Click 事件中添加代码：

private void buttonLocal_Click(object sender, EventArgs e)

{

listBox1.Items.Clear();

string name = Dns.GetHostName();

listBox1.Items.Add("本机主机名：" + name);

IPHostEntry me = Dns.GetHostEntry(name);

listBox1.Items.Add("本机所有 IP 地址：");

foreach (IPAddress ip in me.AddressList)

{

listBox1.Items.Add(ip);

}

IPAddress localip = IPAddress.Parse("127.0.0.1");

IPEndPoint iep = new IPEndPoint(localip, 80);

listBox1.Items.Add("The IPEndPoint is: " + iep.ToString());

listBox1.Items.Add("The Address is: " + iep.Address);

listBox1.Items.Add("The AddressFamily is: " + iep.AddressFamily);

listBox1.Items.Add("The max port number is: " + IPEndPoint.MaxPort);

listBox1.Items.Add("The min port number is: " + IPEndPoint.MinPort);

private void buttonRemote_Click(object sender, EventArgs e)

{

listBox1.Items.Clear();

IPHostEntry remoteHost = Dns.GetHostEntry("www.cctv.com");

IPAddress[] remoteIP = remoteHost.AddressList;

listBox1.Items.Add("中央电视台：");

foreach (IPAddress ip in remoteIP)

{

IPEndPoint iep = new IPEndPoint(ip, 80);

listBox1.Items.Add(iep);

}

图1-6 例1-4的设计界面

(5) 按<F5>键编译并执行，观察本机和远程的 IP 地址情况。

1.3 套接字

套接字是支持 TCP/IP 协议的网络通信的基本操作单元。可以将套接字看作不同主机间的

进程进行双向通信的端点，它构成了单个主机内及整个网络间的编程界面。套接字存在于通信

域中，通信域是为了处理一般的线程通过套接字通信而引进的一种抽象概念。套接字通常和同

一个域中的套接字交换数据（数据交换也可能穿越域的界限，但这时一定要执行某种解释程

序）。各种进程使用这个相同的域互相之间用 Internet 协议进行通信。

套接字可以根据通信性质分类，这种性质对于用户是可见的。应用程序一般仅在同一类的

套接字间进行通信。不过只要底层的通信协议允许，不同类型的套接字间也照样可以通信。套

接字有两种不同的类型：流套接字和数据报套接字。

要通过互联网进行通信，至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，我们称之为

ClientSocket，另一个运行于服务器端，我们称之为 ServerSocket。

根据连接启动的方式以及本地套接字要连接的目标，套接字之间的连接过程可以分为三个

步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

服务器监听是指服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状

态，实时监控网络状态。

客户端请求是指由客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为

此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和

端口号，然后再向服务器端套接字提出连接请求。

连接确认是指当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，它就响

应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的信息发给客户端，一旦客户

端确认了此信息，连接即可建立。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端

套接字的连接请求。

使用套接字处理数据有两种基本模式：同步套接字和异步套接字。

1. 同步套接字

同步套接字的特点是在通过 Socket 进行连接、接收、发送操作时，客户机或服务器在接

收到对方响应前会处于阻塞状态，即一直等到接收到对方请求时才继续执行下面的语句。可见，

同步套接字适用于数据处理不太多的场合。当程序执行的任务很多时，长时间的等待可能会让

用户无法忍受。

2. 异步套接字

在通过 Socket 进行连接、接收、发送操作时，客户机或服务器不会处于阻塞方式，而是

利用 callback 机制进行连接、接收和发送处理，这样就可以在调用发送或接收的方法后直接返

回，并继续执行下面的程序。可见，异步套接字特别适用于进行大量数据处理的场合。

使用同步套接字进行编程相对比较简单，而异步套接字则比较复杂。如果读者对套接字编

程还不太熟悉，最好先掌握同步套接字编程方法。真正理解了同步套接字的编程思想后，再进

一步学习异步套接字编程就不会感到太困难了。

1.3.1 Socket

类

Socket 类包含在 System.Net.Sockets 命名空间中。一个 Socket 实例包含了一个本地或者一

个远程端点的套接字信息。Socket 类的构造函数为：

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

其中，addressFamily 为网络类型，指定 Socket 使用的寻址方案，例如

AddressFamily.InterNetwork 表明为 IP 版本 4 的地址；socketType 指定 Socket 的类型，例如

SocketType.Stream 表明连接是基于流套接字的，而 SocketType.Dgram 表示连接是基于数据报

套接字的。protocolType 指定 Socket 使用的协议，例如 ProtocolType.Tcp 表明连接协议是 TCP

协议，而 ProtocolType.Udp 则表明连接协议是 UDP 协议。

Socket 构造函数的三个参数中，对于网络上的 IP 通信来说，AddressFamily 总是使用

AddressFamily.InterNetwork 枚举值。而 SocketType 参数则与 ProtocolType 参数配合使用，不

允许其他的匹配形式，也不允许混淆匹配。表 1-1 列出了可用于 IP 通信的组合。

表 1-1 IP 套接字定义组合

SocketType ProtocolType 说明

Dgram Udp

无连接通信

Stream Tcp

面向连接的通信

Raw Icmp

Internet控制报文协议

Raw Raw

简单IP包通信

熟悉了构造函数的参数含义，我们就可以创建套接字的实例：

Socket socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

套接字被创建后，我们就可以利用 Socket 类提供的一些属性方便的设置或检索信息。表

1-2 列出了常用的属性。

表 1-2 套接字常用属性

属性说明

AddressFamily

获取套接字的Address family

Avilable

从网络中获取准备读取的数据数量

Blocking

获取或设置表示套接字是否处于阻塞模式的值

Connected

获取一个值，该值表明套接字是否与最后完成发送或接收操作的远程设备得到连接

LocalEndPoint

获取套接字的本地EndPoint对象

ProtocolType

获取套接字的协议类型

RemoteEndPoint

获取套接字的远程EndPoint对象

SocketType

获取套接字的类型

在实际应用中，还可以通过调用 Socket 对象的 SetSocketOption 方法设置套接字的各种选

项，它有四种重载的形式：

public void SetSocketOption(SocketOptionLevel ol, SocketOptionName on, boolean value)

public void SetSocketOption(SocketOptionLevel ol, SocketOptionName on, byte[] value)

public void SetSocketOption(SocketOptionLevel ol, SocketOptionName on, int value)

public void SetSocketOption(SocketOptionLevel ol, SocketOptionName on, object value)

其中，ol 定义套接字选项的类型，可选类型有：IP、IPv6、Socket、Tcp、Udp。

on 指定套接字选项的值，表 1-3 列出了套接字常用的选项值。

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阿张

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