网络通信协议的区别.NET TCP、UDP、Socket、WebSocket-CSDN博客 (2024)

原文链接：https://www.cnblogs.com/kybs0/p/18312434

做.NET应用开发肯定会用到网络通信，而进程间通信是客户端开发使用频率较高的场景。

进程间通信方式主要有命名管道、消息队列、共享内存、Socket通信，个人使用最多的是Sokcet相关。

而Socket也有很多使用方式，Socket、WebSocket、TcpClient、UdpClient，是不是很多？HttpClient与TcpClient、WebSocket之间有什么关系？这里我们分别介绍下这些通信及使用方式

Socket

Socket是传输通信协议么？No，Socket是一种传输层和应用层之间、用于实现网络通信的编程接口。Socket可以使用各种协议如TCP、UDP协议实现进程通信，TCP/UDP才是传输通信协议

Socket位于传输层与应用层之间，接口在System.Net.Sockets命名空间下。下面是Socket以TCP通信的DEMO：

 //创建一个 Socket 实例 Socket clientSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp); //连接到服务器 clientSocket.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 8000)); //发送数据 string message = "Hello, Server!"; byte\[\] data = Encoding.ASCII.GetBytes(message); clientSocket.Send(data); //接收数据 byte\[\] buffer = new byte\[1024\]; int bytesRead = clientSocket.Receive(buffer); Debug.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(buffer, 0, bytesRead)); clientSocket.Close(); 

TcpClient/UdpClient

TCP/UDP均是位于传输层的通信协议，所以Socket的使用也是位于传输层的通信操作

TCP是面向连接，提供可靠、顺序的数据流传输。用于一对一的通信，即一个TCP连接只能有一个发送方和一个接收方。详细连接方式是，先通过三次握手建立连接、然后传输数据，传输数据完再通过4次挥手关闭连接。所以适用于需要数据完整性和可靠传输的场景

而UDP则是无连接的，不需要建立和维护连接状态，不提供确认机制，也不重传丢失的数据报，但也因此传输实时性高，适合低延时、数据量小、广播场景

基于Socket抽象编程接口，TCP、UDP构建更高级别抽象网络编程TcpClient、UdpClient，它们用于简化TCP网络编程中的常见任务

TcpClient、UdpClient是 .NET 提供的用于方便管理TCP和UDP网络通信的类，下面是对应的Demo

Tcp服务端：

 1 using System; 2 using System.Net; 3 using System.Net.Sockets; 4 using System.Text; 5 6 class TcpServerExample 7 { 8 public static void Main() 9 {10 TcpListener listener = new TcpListener(“127.0.0.1", 8000);11 listener.Start();12 Console.WriteLine("Server is listening on port 8000...");13 14 TcpClient client = listener.AcceptTcpClient();15 NetworkStream stream = client.GetStream();16 17 byte\[\] data = new byte\[1024\];18 int bytesRead = stream.Read(data, 0, data.Length);19 Console.WriteLine("Received: " + Encoding.ASCII.GetString(data, 0, bytesRead));20 21 byte\[\] response = Encoding.ASCII.GetBytes("Hello, Client!");22 stream.Write(response, 0, response.Length);23 24 stream.Close();25 client.Close();26 listener.Stop();27 }28 }

TCP客户端：

 1 using System; 2 using System.Net.Sockets; 3 using System.Text; 4 5 class TcpClientExample 6 { 7 public static void Main() 8 { 9 TcpClient client = new TcpClient("127.0.0.1", 8000);10 NetworkStream stream = client.GetStream();11 12 byte\[\] message = Encoding.ASCII.GetBytes("Hello, Server!");13 stream.Write(message, 0, message.Length);14 15 byte\[\] data = new byte\[1024\];16 int bytesRead = stream.Read(data, 0, data.Length);17 Debug.WriteLine("Received: " + Encoding.ASCII.GetString(data, 0, bytesRead));18 19 stream.Close();20 client.Close();21 }22 }

Udp服务端：

 1 using System; 2 using System.Net; 3 using System.Net.Sockets; 4 using System.Text; 5 6 class UdpServerExample 7 { 8 public static void Main() 9 {10 UdpClient udpServer = new UdpClient(8000);11 IPEndPoint remoteEP = new IPEndPoint(”127.0.0.1“, 0);12 13 Console.WriteLine("Server is listening on port 8000...");14 15 byte\[\] data = udpServer.Receive(ref remoteEP);16 Console.WriteLine("Received: " + Encoding.ASCII.GetString(data));17 18 byte\[\] response = Encoding.ASCII.GetBytes("Hello, Client!");19 udpServer.Send(response, response.Length, remoteEP);20 21 udpServer.Close();22 }23 }

Udp客户端：

 1 using System; 2 using System.Net; 3 using System.Net.Sockets; 4 using System.Text; 5 6 class UdpClientExample 7 { 8 public static void Main() 9 {10 UdpClient udpClient = new UdpClient();11 IPEndPoint remoteEP = new IPEndPoint(”127.0.0.1", 8000);12 13 byte\[\] message = Encoding.ASCII.GetBytes("Hello, Server!");14 udpClient.Send(message, message.Length, remoteEP);15 16 byte\[\] data = udpClient.Receive(ref remoteEP);17 Console.WriteLine("Received: " + Encoding.ASCII.GetString(data));18 19 udpClient.Close();20 }21 }

上面是基本的网络通信DEMO，TcpClient用于基于连接、可靠的TCP通信，适用于需要数据完整性和可靠传输的场景。Udp用于无连接、不保证传输的UDP通信，适用于对实时性要求高、允许少量数据丢失的场景（如视频流）。会议场景下的传屏软件适合用这个协议，传屏发送端固定帧率一直推送，网络丢失几帧问题不大，重要的是延时低了很多。

TcpClient、UdpClient是位于传输层的通信类，分别实现了基于TCP和UDP协议的通信功能。

HttpClient

讲完传输层的网络通信类，就要说下应用层的HttpClient，这是专门用于HTTP协议的通信

Http与TCP/UDP均是网络通信协议，TCP、UDP位于传输层，HTTP传于应用层，而且HTTP是基于TCP面向连接的，它是客户端单向发起的半双工协议。HTTP1.1之后引入持久连接，允许一个TCP连接进行多次请求/响应传输。HTTP层相比TCP它关注请求、响应的内容

HttpClient是Http协议的通信类，提供了封装好的、高级的HTTP功能（如发起GET, POST请求，处理响应等）。

HttpClient可以用于Web接口如Restful API的调用，我这边Windows应用的WebApi基础组件库就是用HttpClient实现的。

HttpClient类，在System.Net.Http.HttpClient命名空间下，HttpClient的内部实现是基于Socket的。也就是说，HttpClient底层使用Socket接口来建立连接并传输数据，但它隐藏了这些细节，为开发者提供了一个更简洁的API。

下面是我基于HttpClient实现的Web服务各类操作入口代码，可以简单浏览下：

 1 /// <summary> 2 /// 请求/推送数据 3 /// </summary> 4 /// <typeparam name="TResponse"></typeparam> 5 /// <param name="request"></param> 6 /// <returns></returns> 7 public async Task<TResponse> RequestAsync<TResponse>(HttpRequest request) where TResponse : HttpResponse, new() 8 { 9 var requestUrl = request.GetRequestUrl();10 try11 {12 using var client = CreateHttpClient(request);13 var requestMethod = request.GetRequestMethod();14 switch (requestMethod)15 {16 case RequestMethod.Get:17 {18 using var response = await client.GetAsync(requestUrl);19 return await response.GetTResponseAsync<TResponse>();20 }21 case RequestMethod.Post:22 {23 using var httpContent = request.GetHttpContent();24 using var response = await client.PostAsync(requestUrl, httpContent);25 return await response.GetTResponseAsync<TResponse>();26 }27 case RequestMethod.Put:28 {29 using var httpContent = request.GetHttpContent();30 using var response = await client.PutAsync(requestUrl, httpContent);31 return await response.GetTResponseAsync<TResponse>();32 }33 case RequestMethod.Delete:34 {35 using var response = await client.DeleteAsync(requestUrl);36 return await response.GetTResponseAsync<TResponse>();37 }38 case RequestMethod.PostForm:39 {40 using var requestMessage = new HttpRequestMessage(HttpMethod.Post, requestUrl);41 using var httpContent = request.GetHttpContent();42 requestMessage.Content = httpContent;43 using var response = await client.SendAsync(requestMessage);44 return await response.GetTResponseAsync<TResponse>();45 }46 }47 return new TResponse() { Message = $"不支持的请求类型：{requestMethod}" };48 }49 catch (ArgumentNullException e)50 {51 return new TResponse() { Code = NetErrorCodes.ParameterError, Message = e.Message, JsonData = e.StackTrace };52 }53 catch (TimeoutException e)54 {55 return new TResponse() { Code = NetErrorCodes.TimeOut, Message = e.Message, JsonData = e.StackTrace };56 }57 catch (Exception e)58 {59 return new TResponse() { Message = e.Message, JsonData = e.StackTrace };60 }61 }

HttpClient封装后的网络基础组件调用方式，也比较简单。

添加接口请求说明，参数及请求参数均统一在一个类文件里定义好：

 1 /// <summary> 2 /// 内网穿透注册接口 3 /// </summary> 4 \[Request("http://frp.supporter.ws.h3c.com/user/register",RequestMethod.Post)\] 5 \[DataContract\] 6 internal class RegisterFrpRequest : HttpRequest 7 { 8 public RegisterFrpRequest(string sn, string appName) 9 {10 Sn = sn;11 SeverNames = new List<RequestServiceName>()12 {13 new RequestServiceName(appName,"http")14 };15 }16 \[DataMember(Name = "sn")\]17 public string Sn { get; set; }18 19 \[DataMember(Name = "localServerNames")\]20 public List<RequestServiceName> SeverNames { get; set; }21 }

再定义请求结果返回数据，基类HttpResponse内有定义基本参数，状态Success、状态码Code、返回描述信息Message：

 1 \[DataContract\] 2 class RegisterFrpResponse : HttpResponse 3 { 4 5 \[DataMember(Name = "correlationId")\] 6 public string CorrelationId { get; set; } 7 8 \[DataMember(Name = "data")\] 9 public FrpRegisterData Data { get; set; }10 11 /// <summary>12 /// 是否成功13 /// </summary>14 public bool IsSuccess => Success && Code == 200000 && Data != null;15 }

然后，业务层可以进行简洁、高效率的调用：

var netClient = new NetHttpClient();

var response = await netClient.RequestAsync<RegisterFrpResponse>(new RegisterFrpRequest(sn, appName));

如果仅仅只是Data数据，可以只定义数据类型，然后使用泛型HttpResponse作为返回数据。

var response1 = await netClient.RequestAsync<HttpResponse<VersionInfo>>(new AppVersionRequest(appId));

WebSocket

WebSocket也是一个应用层通信，不同于可以实现俩类协议TCP/UDP的Socket，WebSocket是以HTTP/HTTPS连接、以TCP传输数据。

一旦握手成功，客户端和服务器之间可以进行双向数据传输，可以传输字节数据也可以传输文本内容。

• 持久连接：WebSocket 是持久化连接，除非主动关闭，否则在整个会话期间连接保持开放。

• 全双工通信：客户端和服务器可以随时发送数据，通信不再是单向的。使用System.Net.WebSockets.ClientWebSocket类来实现WebSocket通信，通过减少 HTTP 请求/响应的开销、延时较低。

而WebSocket与HttpClient呢，都用于应用层的网络通信，但它们的用途和通信协议是不同的。

• HttpClient使用 HTTP 协议，WebSocket使用WebSocket协议，该协议在初始连接时通过 HTTP/HTTPS握手，然后转换为基于TCP通信的WebSocket协议。所以虽然都有使用HTTP协议，但WebSocket后续就切换至基于TCP的全双工通信了

• HttpClient基于请求/响应模式，每次通信由客户端向服务器发起请求。WebSocket提供全双工通信，客户端和服务器都可以主动发送数据。

• HttpClient主要用于访问 RESTful API、下载文件或者发送HTTP请求。WebSocket主要用于实现低延迟的实时通信，如进程间通信、局域网通信等。

我团队Windows应用所使用的进程间通信，就是基于WebSocketSharp封装的。WebSocketSharp是一个功能全面、易于使用的第三方 WebSocket 库 GitHub - sta/websocket-sharp

至于为啥不直接使用ClientWebSocket。。。是因为当时团队还未切换.NET，使用的是.NETFramework。

后面团队使用的局域网通信基础组件就是用ClientWebSocket了。

下面是我封装的部分WebSocket通信代码，事件发送（广播）、以及监听其它客户端发送过来的事件消息：

 1 /// <summary> 2 /// 发送消息 3 /// </summary> 4 /// <typeparam name="TInput">发送参数类型</typeparam> 5 /// <param name="client">目标客户端</param> 6 /// <param name="innerEvent">事件名</param> 7 /// <param name="data">发送参数</param> 8 /// <returns></returns> 9 public async Task<ClientResponse> SendAsync<TInput>(string client, InnerEventItem innerEvent, TInput data)10 {11 var message = new ChannelSendingMessage(client, new ClientEvent(innerEvent.EventName, innerEvent.EventId, true), \_sourceClient);12 message.SetData<TInput>(data);13 return await SendMessageAsync(ChannelMessageType.ClientCommunication, message);14 }15 16 /// <summary>17 /// 订阅消息18 /// </summary>19 /// <param name="client">目标客户端</param>20 /// <param name="innerEvent">事件名称</param>21 /// <param name="func">委托</param>22 public ClientSubscribedEvent SubscribeFunc(string client, InnerEventItem innerEvent, Func<ClientResponse, object\> func)23 {24 var eventName = innerEvent?.EventName;25 if (string.IsNullOrEmpty(eventName) || func == null)26 {27 throw new ArgumentNullException($"{nameof(eventName)}或{nameof(func)}，参数不能为空!");28 }29 30 var subscribedEvent = new ClientSubscribedEvent(client, innerEvent, func);31 SubscribeEvent(subscribedEvent);32 return subscribedEvent;33 }34 /// <summary>35 /// 订阅消息36 /// </summary>37 /// <param name="client">目标客户端</param>38 /// <param name="innerEvent">事件名称</param>39 /// <param name="func">委托</param>40 public ClientSubscribedEvent SubscribeFuncTask(string client, InnerEventItem innerEvent, Func<ClientResponse, Task<object\>> func)41 {42 var eventName = innerEvent?.EventName;43 if (string.IsNullOrEmpty(eventName) || func == null)44 {45 throw new ArgumentNullException($"{nameof(eventName)}或{nameof(func)}，参数不能为空!");46 }47 48 var subscribedEvent = new ClientSubscribedEvent(client, innerEvent, func);49 SubscribeEvent(subscribedEvent);50 return subscribedEvent;51 }52 53 /// <summary>54 /// 订阅消息55 /// </summary>56 /// <param name="client">目标客户端</param>57 /// <param name="innerEvent">事件名称</param>58 /// <param name="action">委托</param>59 public ClientSubscribedEvent Subscribe(string client, InnerEventItem innerEvent, Action<ClientResponse> action)60 {61 var eventName = innerEvent?.EventName;62 if (string.IsNullOrEmpty(eventName) || action == null)63 {64 throw new ArgumentNullException($"{nameof(eventName)}或{nameof(action)}，参数不能为空!");65 }66 67 var subscribedEvent = new ClientSubscribedEvent(client, innerEvent, action);68 SubscribeEvent(subscribedEvent);69 return subscribedEvent;70 }