快捷導(dǎo)航

C# 實現(xiàn)WebSocket服務(wù)端教程

更新時間：2020年10月31日 08:40:44 作者：左手121

這篇文章主要介紹了C# 實現(xiàn)WebSocket服務(wù)端教程，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧

.net4.5中實現(xiàn)了對websocket的支持

在這里我使用的是.net4.0。因此需要對原本的socket發(fā)送的數(shù)據(jù)根據(jù)websocket的協(xié)議進行解析和打包。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;
using System.Net;

namespace WebSocketServer
{
 class Program
 {
  static void Main(string[] args)
  {
   WebSocket socket = new WebSocket();
   socket.start(8064);
  }
 }
}

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Net.Sockets;
using System.Net;
namespace WebSocketServer
{
 public class Session
 {
  private Socket _sockeclient;
  private byte[] _buffer;
  private string _ip;
  private bool _isweb = false;

  public Socket SockeClient
  {
   set { _sockeclient = value; }
   get { return _sockeclient; }
  }

  public byte[] buffer
  {
   set { _buffer = value; }
   get { return _buffer; }
  }

  public string IP
  {
   set { _ip = value; }
   get { return _ip; }
  }

  public bool isWeb
  {
   set { _isweb = value; }
   get { return _isweb; }
  }
 }
}

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Net.Sockets;
using System.Net;
using System.Text.RegularExpressions;
using System.Security.Cryptography;

namespace WebSocketServer
{
 public class WebSocket
 {
  private Dictionary<string, Session> SessionPool = new Dictionary<string, Session>();
  private Dictionary<string, string> MsgPool = new Dictionary<string, string>();

  #region 啟動WebSocket服務(wù)
  /// <summary>
  /// 啟動WebSocket服務(wù)
  /// </summary>
  public void start(int port)
  {
   Socket SockeServer = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
   SockeServer.Bind(new IPEndPoint(IPAddress.Any, port));
   SockeServer.Listen(20);
   SockeServer.BeginAccept(new AsyncCallback(Accept), SockeServer);
   Console.WriteLine("服務(wù)已啟動");
   Console.WriteLine("按任意鍵關(guān)閉服務(wù)");
   Console.ReadLine();
  }
  #endregion

  #region 處理客戶端連接請求
  /// <summary>
  /// 處理客戶端連接請求
  /// </summary>
  /// <param name="result"></param>
  private void Accept(IAsyncResult socket)
  {
   // 還原傳入的原始套接字
   Socket SockeServer = (Socket)socket.AsyncState;
   // 在原始套接字上調(diào)用EndAccept方法，返回新的套接字
   Socket SockeClient = SockeServer.EndAccept(socket);
   byte[] buffer = new byte[4096];
   try
   {
    //接收客戶端的數(shù)據(jù)
    SockeClient.BeginReceive(buffer, 0, buffer.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(Recieve), SockeClient);
    //保存登錄的客戶端
    Session session = new Session();
    session.SockeClient = SockeClient;
    session.IP = SockeClient.RemoteEndPoint.ToString();
    session.buffer = buffer;
    lock (SessionPool)
    {
     if (SessionPool.ContainsKey(session.IP))
     {
      this.SessionPool.Remove(session.IP);
     }
     this.SessionPool.Add(session.IP, session);
    }
    //準備接受下一個客戶端
    SockeServer.BeginAccept(new AsyncCallback(Accept), SockeServer);
    Console.WriteLine(string.Format("Client {0} connected", SockeClient.RemoteEndPoint));
   }
   catch (Exception ex)
   {
    Console.WriteLine("Error : " + ex.ToString());
   }
  }
  #endregion

  #region 處理接收的數(shù)據(jù)
  /// <summary>
  /// 處理接受的數(shù)據(jù)
  /// </summary>
  /// <param name="socket"></param>
  private void Recieve(IAsyncResult socket)
  {
   Socket SockeClient = (Socket)socket.AsyncState;
   string IP = SockeClient.RemoteEndPoint.ToString();
   if (SockeClient == null || !SessionPool.ContainsKey(IP))
   {
    return;
   }
   try
   {
    int length = SockeClient.EndReceive(socket);
    byte[] buffer = SessionPool[IP].buffer;
    SockeClient.BeginReceive(buffer, 0, buffer.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(Recieve), SockeClient);
    string msg = Encoding.UTF8.GetString(buffer, 0, length);
    // websocket建立連接的時候，除了TCP連接的三次握手，websocket協(xié)議中客戶端與服務(wù)器想建立連接需要一次額外的握手動作
    if (msg.Contains("Sec-WebSocket-Key"))
    {
     SockeClient.Send(PackageHandShakeData(buffer, length));
     SessionPool[IP].isWeb = true;
     return;
    }
    if (SessionPool[IP].isWeb)
    {
     msg = AnalyzeClientData(buffer, length);
    }
    byte[] msgBuffer = PackageServerData(msg);
    foreach (Session se in SessionPool.Values)
    {
     se.SockeClient.Send(msgBuffer, msgBuffer.Length, SocketFlags.None);
    }
   }
   catch
   {
    SockeClient.Disconnect(true);
    Console.WriteLine("客戶端 {0} 斷開連接", IP);
    SessionPool.Remove(IP);
   }
  }
  #endregion

  #region 客戶端和服務(wù)端的響應(yīng)
  /*
   * 客戶端向服務(wù)器發(fā)送請求
   * 
   * GET / HTTP/1.1
   * Origin: http://localhost:1416
   * Sec-WebSocket-Key: vDyPp55hT1PphRU5OAe2Wg==
   * Connection: Upgrade
   * Upgrade: Websocket
   *Sec-WebSocket-Version: 13
   * User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1; WOW64; Trident/7.0; rv:11.0) like Gecko
   * Host: localhost:8064
   * DNT: 1
   * Cache-Control: no-cache
   * Cookie: DTRememberName=admin
   * 
   * 服務(wù)器給出響應(yīng)
   * 
   * HTTP/1.1 101 Switching Protocols
   * Upgrade: websocket
   * Connection: Upgrade
   * Sec-WebSocket-Accept: xsOSgr30aKL2GNZKNHKmeT1qYjA=
   * 
   * 在請求中的“Sec-WebSocket-Key”是隨機的，服務(wù)器端會用這些數(shù)據(jù)來構(gòu)造出一個SHA-1的信息摘要。把“Sec-WebSocket-Key”加上一個魔幻字符串
   * “258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”。使用 SHA-1 加密，之后進行 BASE-64編碼，將結(jié)果做為 “Sec-WebSocket-Accept” 頭的值，返回給客戶端
   */
  #endregion

  #region 打包請求連接數(shù)據(jù)
  /// <summary>
  /// 打包請求連接數(shù)據(jù)
  /// </summary>
  /// <param name="handShakeBytes"></param>
  /// <param name="length"></param>
  /// <returns></returns>
  private byte[] PackageHandShakeData(byte[] handShakeBytes, int length)
  {
   string handShakeText = Encoding.UTF8.GetString(handShakeBytes, 0, length);
   string key = string.Empty;
   Regex reg = new Regex(@"Sec\-WebSocket\-Key:(.*?)\r\n");
   Match m = reg.Match(handShakeText);
   if (m.Value != "")
   {
    key = Regex.Replace(m.Value, @"Sec\-WebSocket\-Key:(.*?)\r\n", "$1").Trim();
   }
   byte[] secKeyBytes = SHA1.Create().ComputeHash(Encoding.ASCII.GetBytes(key + "258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11"));
   string secKey = Convert.ToBase64String(secKeyBytes);
   var responseBuilder = new StringBuilder();
   responseBuilder.Append("HTTP/1.1 101 Switching Protocols" + "\r\n");
   responseBuilder.Append("Upgrade: websocket" + "\r\n");
   responseBuilder.Append("Connection: Upgrade" + "\r\n");
   responseBuilder.Append("Sec-WebSocket-Accept: " + secKey + "\r\n\r\n");
   return Encoding.UTF8.GetBytes(responseBuilder.ToString());
  }
  #endregion

  #region 處理接收的數(shù)據(jù)
  /// <summary>
  /// 處理接收的數(shù)據(jù)
  /// </summary>
  /// <param name="recBytes"></param>
  /// <param name="length"></param>
  /// <returns></returns>
  private string AnalyzeClientData(byte[] recBytes, int length)
  {
   int start = 0;
   // 如果有數(shù)據(jù)則至少包括3位
   if (length < 2) return "";
   // 判斷是否為結(jié)束針
   bool IsEof = (recBytes[start] >> 7) > 0;
   // 暫不處理超過一幀的數(shù)據(jù)
   if (!IsEof) return "";
   start++;
   // 是否包含掩碼
   bool hasMask = (recBytes[start] >> 7) > 0;
   // 不包含掩碼的暫不處理
   if (!hasMask) return "";
   // 獲取數(shù)據(jù)長度
   UInt64 mPackageLength = (UInt64)recBytes[start] & 0x7F;
   start++;
   // 存儲4位掩碼值
   byte[] Masking_key = new byte[4];
   // 存儲數(shù)據(jù)
   byte[] mDataPackage;
   if (mPackageLength == 126)
   {
    // 等于126 隨后的兩個字節(jié)16位表示數(shù)據(jù)長度
    mPackageLength = (UInt64)(recBytes[start] << 8 | recBytes[start + 1]);
    start += 2;
   }
   if (mPackageLength == 127)
   {
    // 等于127 隨后的八個字節(jié)64位表示數(shù)據(jù)長度
    mPackageLength = (UInt64)(recBytes[start] << (8 * 7) | recBytes[start] << (8 * 6) | recBytes[start] << (8 * 5) | recBytes[start] << (8 * 4) | recBytes[start] << (8 * 3) | recBytes[start] << (8 * 2) | recBytes[start] << 8 | recBytes[start + 1]);
    start += 8;
   }
   mDataPackage = new byte[mPackageLength];
   for (UInt64 i = 0; i < mPackageLength; i++)
   {
    mDataPackage[i] = recBytes[i + (UInt64)start + 4];
   }
   Buffer.BlockCopy(recBytes, start, Masking_key, 0, 4);
   for (UInt64 i = 0; i < mPackageLength; i++)
   {
    mDataPackage[i] = (byte)(mDataPackage[i] ^ Masking_key[i % 4]);
   }
   return Encoding.UTF8.GetString(mDataPackage);
  }
  #endregion

  #region 發(fā)送數(shù)據(jù)
  /// <summary>
  /// 把發(fā)送給客戶端消息打包處理（拼接上誰什么時候發(fā)的什么消息）
  /// </summary>
  /// <returns>The data.</returns>
  /// <param name="message">Message.</param>
  private byte[] PackageServerData(string msg)
  {
   byte[] content = null;
   byte[] temp = Encoding.UTF8.GetBytes(msg);
   if (temp.Length < 126)
   {
    content = new byte[temp.Length + 2];
    content[0] = 0x81;
    content[1] = (byte)temp.Length;
    Buffer.BlockCopy(temp, 0, content, 2, temp.Length);
   }
   else if (temp.Length < 0xFFFF)
   {
    content = new byte[temp.Length + 4];
    content[0] = 0x81;
    content[1] = 126;
    content[2] = (byte)(temp.Length & 0xFF);
    content[3] = (byte)(temp.Length >> 8 & 0xFF);
    Buffer.BlockCopy(temp, 0, content, 4, temp.Length);
   }
   return content;
  }
  #endregion
 }
}

補充知識：【TCP/IP】使用C#實現(xiàn)websocket服務(wù)端與客戶端通信

一、websocket簡介

websocket是一種在單個TCP連接上進行全雙工通信的協(xié)議。

websocket使得客戶端和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換變得更加簡單，允許服務(wù)端主動向客戶端推送數(shù)據(jù)。在WebSocket API中，瀏覽器和服務(wù)器只需要完成一次握手，兩者之間就直接可以創(chuàng)建持久性的連接，并進行雙向數(shù)據(jù)傳輸。

二、背景

很多網(wǎng)站為了實現(xiàn)推送技術(shù)，所用的技術(shù)都是輪詢。

輪詢是在特定的時間間隔，由瀏覽器對客戶端發(fā)出HTTP請求，然后由服務(wù)器返回最新的數(shù)據(jù)給客戶端的瀏覽器。這種傳統(tǒng)的模式帶來很明顯的缺點，即瀏覽器需要不斷的向服務(wù)器發(fā)出請求，然后HTTP請求可能包含較長的頭部，其中真正有效的數(shù)據(jù)可能只是很小的一部分，顯然這樣會浪費很多的寬帶等資源。

在這種情況下，HTML5定義了websocket協(xié)議，能更好的節(jié)省服務(wù)器資源和寬帶，而且能夠更實時地進行通訊。

三、優(yōu)點

1、控制開銷

創(chuàng)建連接后，服務(wù)器和客戶端之間交換數(shù)據(jù)時，用于協(xié)議控制的數(shù)據(jù)包頭部相對較小。

2、實時性更強

由于協(xié)議是全雙工的，所以服務(wù)器可以隨時主動給客戶端下發(fā)數(shù)據(jù)。相對于HTTP請求需要等待客戶端發(fā)起請求服務(wù)端才能響應(yīng)，延遲明顯更少。

3、保持連接狀態(tài)

與HTTP不同的是，Websocket需要先創(chuàng)建連接，這就使得其成為一種有狀態(tài)的協(xié)議，之后通信時可以省略部分狀態(tài)信息。而HTTP請求可能需要在每個請求都攜帶狀態(tài)信息（如身份認證等）。

4、更好的二進制支持

5、支持擴展和更好的實現(xiàn)壓縮效果

四、原理

websocket同HTTP一樣也是應(yīng)用層的協(xié)議，但是它是一種雙向通信協(xié)議，建立在TCP之上的。

連接過程（握手過程）

1、客戶端、服務(wù)器建立TCP連接，三次握手。

這是通信的基礎(chǔ)，傳輸控制層，若失敗后續(xù)都不執(zhí)行。

2、TCP連接成功后，客戶端通過HTTP協(xié)議向服務(wù)器傳送websocket支持的版本號信息。（開始前的HTTP握手）

3、服務(wù)器收到客戶端的握手請求后，同樣采用HTTP協(xié)議回饋數(shù)據(jù)。

4、當收到了連接成功的消息后，通過TCP通道進行傳輸通信。

五、websocket和socket的關(guān)系

socket其實并不是一個協(xié)議，而是為了方便使用TCP和UDP而抽象出來的一層，是位于應(yīng)用層和傳輸控制層之間的一組接口。

socket是應(yīng)用層與TCP/IP協(xié)議通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設(shè)計模式中，socket其實就是一個門面模式，它把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議隱藏在socket接口后面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓socket去組織數(shù)據(jù)，以符合指定的協(xié)議。

兩臺主機通信，必須通過socket連接，socket則利用TCP/IP協(xié)議建立TCP連接。TCP連接則更依靠于底層的IP協(xié)議，IP協(xié)議的連接則依賴于鏈路層等更低層次。

websocket則是一個典型的應(yīng)用層協(xié)議。

六、使用C#實現(xiàn)websocket服務(wù)端與客戶端通信

（一） SuperWebSocket實現(xiàn)服務(wù)端

1、創(chuàng)建窗口程序，WindowsFormsWebsocketServer

2、添加程序包

工具 -->Nuget包管理 -->管理解決方案的Nuget程序包 -->搜索 SuperWebSocket ，選擇SuperWebSocketNETServer，點擊右側(cè) 安裝，等待安裝完成，安裝完成以后，項目會多出很多引用庫，如下

3、代碼實例

using SuperWebSocket;
using System;
using System.Windows.Forms;
 
namespace WindowsFormsWebsocketServer
{
  public partial class Form1 : Form
  {
    public Form1()
    {
      InitializeComponent();
      websocketServer();
    }
 
    private void websocketServer()
    {
      Log("我是服務(wù)端");
      WebSocketServer webSocketServer = new WebSocketServer();
      webSocketServer.NewSessionConnected += WebSocketServer_NewSessionConnected;
      webSocketServer.NewMessageReceived += WebSocketServer_NewMessageReceived;
      webSocketServer.SessionClosed += WebSocketServer_SessionClosed;
      if (!webSocketServer.Setup("127.0.0.1", 1234))
      {
        Log("設(shè)置服務(wù)監(jiān)聽失?。?);
      }
      if (!webSocketServer.Start())
      {
        Log("啟動服務(wù)監(jiān)聽失??！");
      }
      Log("啟動服務(wù)監(jiān)聽成功！");
      //webSocketServer.Dispose();
    }
 
    private void WebSocketServer_NewSessionConnected(WebSocketSession session)
    {
      Log("歡迎客戶端： 加入");
      //SendToAll(session, msg);
    }
 
    private void WebSocketServer_NewMessageReceived(WebSocketSession session, string value)
    {
      Log("服務(wù)端收到客戶端的數(shù)據(jù) ==》"+value);
      //SendToAll(session, value);
    }
 
    private void WebSocketServer_SessionClosed(WebSocketSession session, SuperSocket.SocketBase.CloseReason value)
    {
      Log("客戶端：關(guān)閉，原因：");
      //SendToAll(session, msg);
    }
 
    /// <summary>
    /// 廣播，同步推送消息給所有的客戶端
    /// </summary>
    /// <param name="webSocketSession"></param>
    /// <param name="msg"></param>
    public static void SendToAll(WebSocketSession webSocketSession, string msg)
    {
      foreach (var item in webSocketSession.AppServer.GetAllSessions())
      {
        item.Send(msg);
      }
    }
 
    private delegate void DoLog(string msg);
    public void Log(string msg)
    {
      if (this.logReveal.InvokeRequired)
      {
        DoLog doLog = new DoLog(Log);
        this.logReveal.Invoke(doLog, new object[] { msg });
      }
      else
      {
        if (this.logReveal.Items.Count > 20)
        {
          this.logReveal.Items.RemoveAt(0);
        }
        msg = DateTime.Now.ToLocalTime().ToString() + " " + msg;
        this.logReveal.Items.Add(msg);
      }
    }
  }
}

（二）WebSocket4Net實現(xiàn)客戶端

1、創(chuàng)建窗口程序，WindowsFormsWebsocketClient

2、添加程序包

工具 -->Nuget包管理 -->管理解決方案的Nuget程序包 -->搜索 WebSocket4Net ，選擇WebSocket4Net，點擊右側(cè) 安裝，等待安裝完成，安裝完成以后，項目會多出很多引用庫，如下

3、代碼實例

using System;
using WebSocket4Net;
using System.Threading;
using System.Windows.Forms;
 
namespace WindowsFormsWebsocketClient
{
  public partial class Form1 : Form
  {
    public Form1()
    {
      InitializeComponent();
      websocketServerTest();
    }
 
    public static WebSocket webSocket4Net = null;
    public void websocketServerTest()
    {
      FileUtil.getInstance().Log("我是客戶端");
      webSocket4Net = new WebSocket("ws://127.0.0.1:1234");
      webSocket4Net.Opened += WebSocket4Net_Opened;
      webSocket4Net.Error += websocket_Error;
      webSocket4Net.Closed += new EventHandler(websocket_Closed);
      webSocket4Net.MessageReceived += WebSocket4Net_MessageReceived;
      webSocket4Net.Open();
      Thread thread = new Thread(ClientSendMsgToServer);
      thread.IsBackground = true;
      thread.Start();
      //webSocket4Net.Dispose();
    }
 
    private void saveBtn_Click(object sender, EventArgs e)
    {
      websocketServerTest();
    }
 
    public void ClientSendMsgToServer()
    {
      int i = 1;
      while (true)
      {
        webSocket4Net.Send("love girl" + i++);
        Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(5));
      }
    }
 
    private void WebSocket4Net_MessageReceived(object sender, MessageReceivedEventArgs e)
    {
      FileUtil.getInstance().Log("服務(wù)端回復(fù)的數(shù)據(jù):" + e.Message);
    }
 
    private void WebSocket4Net_Opened(object sender, EventArgs e)
    {
      FileUtil.getInstance().Log("客戶端連接成功！發(fā)送數(shù)據(jù)中...");
      webSocket4Net.Send("來自客戶端，準備發(fā)送數(shù)據(jù)！");
    }
 
    private void websocket_Error(object sender, EventArgs e)
    {
      FileUtil.getInstance().Log("WebSocket錯誤");
      Thread.Sleep(5000);
      if (webSocket4Net.State!= WebSocketState.Open&&webSocket4Net.State!=WebSocketState.Connecting)
      {
        websocketServerTest();
      }
    }
 
    private void websocket_Closed(object sender, EventArgs e)
    {
      FileUtil.getInstance().Log("WebSocket已關(guān)閉");
      Thread.Sleep(5000);
      if (webSocket4Net.State != WebSocketState.Open && webSocket4Net.State != WebSocketState.Connecting)
      {
        websocketServerTest();
      }
    }
  }
}

（三）客戶端向服務(wù)端發(fā)送消息

客戶端：