工業和信息化部“十二五”規劃教材

普通高等學校“十二五”規劃教材

《C#網絡應用編程》第3版

第1章網絡應用編程基本知識2Ch1C#代碼編寫基礎1.1安裝VS2012開發環境1.2網絡應用編程模型1.3TCP/IP網絡協議1.4IP地址轉換與域名解析1.5網卡信息檢測與網絡流量檢測1.1安裝VS2012開發環境1．操作系統要求調試本書源程序的操作系統和內存要求如下。（1）操作系統：Windows7（32位或64位），建議使用64位Windows7。（2）內存：至少2GB。2．安裝VS2012和VS2012Update4本書源程序都在VS2012簡體中文旗艦版開發環境下調試通過。安裝VS2012后，還需要繼續安裝VS2012Update4；從微軟的網站上下載VS2012Update4后直接安裝即可；Update4已經包含了Update1、Update2和Update3，因此不需要安裝Update4之前的這些補丁。1.2網絡應用編程模型1.2.1互聯網與企業內部網1.2.2分散式、集中式和分布式1.2.3C/S模式1.2.4B/S模式1.2.5網絡應用程序編程模型1.2.1互聯網與企業內部網“網絡”有兩個含義：一個是互聯網，另一個是企業內部網。本課程主要介紹C/S模式的網絡應用編程；B/S編程可參考十二五規劃教材《HTML5與ASP.NET程序設計教程》（馬駿主編，人民郵電出版社出版）1．互聯網（Internet）互聯網（Internet）是一種覆蓋全世界的全球性互聯的網絡。2．企業內部網（Intranet）企業內部網（Intranet）是互聯網的另一種體現形式。將企業內部的網絡和企業外部的網絡通過防火墻有效隔離，每個Intranet都變成了一個相對獨立的網絡環境。1．互聯網（Internet）互聯網（Internet）是一種覆蓋全世界的全球性互聯的網絡。互聯網的最大特點相互連接的網絡都使用同一組通用的協議（TCP/IP協議簇），從而形成邏輯上的單一巨大國際網絡。互聯網的特點支持資源共享、采用分布式控制技術、采用分組交換技術、使用通信控制處理機、采用分層的網絡通信協議。互聯網并不等同萬維網（WorldWideWeb），它只是互聯網所提供的服務的其中一部分萬維網是一種使用超文本傳輸協議相互鏈接而成的全球性系統。2．企業內部網（Intranet）企業內部網（Intranet）是互聯網的另一種體現形式。每個Intranet都變成了一個相對獨立的網絡環境。這種網絡采用的仍然是Internet標準；它將企業內部的網絡和企業外部的網絡通過防火墻有效隔離。例如，某家公司的多個分公司分布在不同的國家，總公司與分公司之間以及分公司與分公司之間建立Intranet后，公司內部的應用程序仍然通過Internet快速交互。但是，由于防火墻的作用，公司外部的用戶則無法訪問它，外部用戶只能訪問公司對外公開的內容。1.2.2分散式、集中式和分布式早期計算機網絡的數據通信模型分散式（Decentralized）集中式（Centralized）分布式（Distributed）分散式、集中式和分布式的例子：一座大樓的房間制暖問題分散式：每個房間自己決定制暖設備的配備，各房間的自主性大，但大樓管理員無法統一控制用電量；集中式：整座大樓配備中央空調，所有房間的溫度由大樓管理員來負責，這種方式管理方便，但辦公室卻沒有了自主調溫能力；分布式：整座大樓配備中央空調，每個房間安裝溫度控制器，管理員能通過中央空調統一控制，各房間也可根據情況調節溫度。數據通信模型（一）——分散式分散式系統用戶只負責管理自己的計算機系統，各自獨立的系統之間沒有資源或信息的交換或共享。缺點存在大量共享數據的重復存儲；容易導致一個企業組織內各部門數據的不一致性；會造成硬件、支持和運營維護等成本的大量增加。早已經被淘汰。數據通信模型（二）——集中式集中式系統一臺計算機（稱為主機）保存一個企業組織的全部數據，而用戶則通過多個終端連接到這臺主機。終端本身并不具備處理信息的能力。優點所有運作和管理都由一臺主機來控制，硬件成本低；資源集中、數據共享，減小或消除了數據的冗余與不一致性。缺點可靠性問題，一旦主機出現故障，系統就全部癱瘓；多個用戶訪問時，系統響應慢，不能充分滿足不同部門或用戶的需要，也無法滿足某些部門的特殊需求。數據通信模型（三）——分布式系統分布式系統是分散式系統和集中式系統的混合體；將分散在網絡環境中的各種資源以一個整體的形式呈現給用戶，以全局方式管理系統資源；根據用戶需要動態分配任務，為用戶任意調度網絡資源；在這個過程中，用戶的操作體驗就像是正在使用單機工作一樣。調度過程對用戶來說是“透明”的。分布式系統與計算機網絡的主要區別是軟件而不是硬件。例如：用戶打開并編輯一個文件在分布式系統中，系統自動調度文件，用戶并不知道該文件到底保存在網絡中的哪臺計算機上在計算機網絡中，用戶必須先知道保存該文件的遠程主機，然后與該遠程主機連接，再傳送該文件到本機，才能進行編輯。1.2.3C/S模式C/S（Client/Server）也叫C/S模式、C/S架構或C/S模型它是在分布式的基礎上進一步抽象出來的編程模型。1．C/S模式及其特點胖客戶端應用程序編程架構，

其主要工作都在客戶端運行；例如QQ、飛信、360安全衛士等客戶端軟件。2．C/S應用程序編程模型面向服務的體系架構（SOA），WCF是其中一種具體實現技術。編寫服務端應用程序建議使用WCF；編寫客戶端應用程序建議使用WPF應用程序。3．C/S網絡編程建議的做法C/S模式及其特點C/S將一個網絡事務處理分為兩部分客戶端（Client，也叫客戶機）用于為用戶提供操作，同時向網絡提供請求服務的接口；服務端（Server）負責接收并處理客戶端發出的服務請求，并將服務處理結果返回給客戶端。C/S既適用于實際的應用程序，又適用于真正的計算機部署。從程序實現的角度來說，客戶端和服務端實際是計算機上的兩個進程的交互。服務端進程逐一等待并處理客戶端請求。運行服務端進程的計算機系統一般通過所提供的服務來命名。例如，提供郵件服務的主機稱為郵件服務器，提供遠程文件訪問的計算機稱為文件服務器等。1.2.4B/S模式B/S（Browse/Server）也叫B/S模式或B/S模型在分布式系統基礎上抽象

出來的網絡通信模型；僅使用HTTP（Hypertext

TransferProtocol，超文

本傳送協議）進行通信。B/S編程模型一般采用三層架構設計，由用戶界面、邏輯處理和數據支持構成。B/S模式的應用程序也稱為Web應用程序。B/S模式的優點是單臺計算機可以訪問任何Web服務器。其客戶端應用程序是一種通用的瀏覽器。只需要知道服務器的網址（IP地址或域名）即可訪問。1.2.5網絡應用程序編程模型網絡應用程序的編程模型分類從外部表現形式上分：控制臺界面、Windows窗體界面、Web窗體界面；從NET實現技術上分：控制臺應用程序、WinForm應用程序、WPF應用程序、Windows應用商店應用程序（僅適用于Windows8）、基于ASP.NET的Web應用程序以及面向服務的WCF應用程序；1．C/S客戶端應用程序編程模型WPF是編寫在Windows7、Windows8操作系統上運行的C/S客戶端應用程序編程模型。WPF整合了Windows窗體和Web窗體，為用戶界面、2D/3D圖形、文檔、音頻和視頻等提供了統一的界面描述和操作方法。使用WPF技術設計的代碼基本上是一樣的，大大縮小了Windows應用程序和Web應用程序之間的差別。另外，基于DirectX技術的WPF不僅帶來了絢麗的3D界面，而且其圖形向量渲染引擎也大大改進了傳統的2D界面。本書所有的客戶端程序例子都用WPF應用程序來實現。2．C/S服務端應用程序編程模型面向服務的C/S服務端應用程序，建議用WCF服務應用程序。控制臺應用程序、WinForm或者WPF應用程序的練習可以方便觀察和理解相關的概念和實現原理服務器的用途是為客戶端程序提供各種服務，在實際的應用開發中，一般不會將運行監視等功能放到服務端來實現。網絡管理員的職責處理服務器運行過程中出現的不正常情況；而不是為了讓網絡管理員去調試或運行某個服務器程序；管理員通過專用的客戶端程序去操作，而不是直接到服務器上去操作；3．B/S應用程序編程模型B/S應用程序編程模型（Web應用程序）主要有：ASP.NET；Silverlight；WPF瀏覽器應用程序；適用于企業內部網，即通過https來訪問而不是通過http來訪問1.3TCP/IP網絡協議1.3.1TCP/IP基本概念1.3.2傳統的網絡編程技術簡介1.3.1TCP/IP基本概念TCP/IP網絡模型采用4層結構，分別為：應用層、傳輸層、網際層和網絡接口層。各個層次的功能和對應的常用網絡協議如下表。層次名稱功

能協

議應用層（ApplicationLayer）負責實現與應用程序相關的功能FTP（文件傳輸協議）HTTP（超文本傳輸協議）DNS（域名服務器協議）SMTP（簡單郵件傳輸協議）NFS（網絡文件系統協議）傳輸層（Transport

Layer）負責提供節點間的數據傳送以及應用程序之間的通信服務，主要功能是數據格式化、數據確認和丟失重傳等TCP（控制傳輸協議）UDP（用戶數據報協議）網際層（Inter-networkLayer）負責提供基本的數據封包傳送功能，讓每一塊數據包都能夠到達目的主機，但它不檢查數據包是否被正確接收IP（網際協議）ICMP（網際控制消息協議）ARP（地址解析協議）RARP（反向地址解析協議）網絡接口層（Host-to-NetLayer）負責實際數據的傳輸HDLC（高級鏈路控制協議）PPP（點對點協議）SLIP（串行線路接口協議）1.3.2傳統的網絡編程技術簡介網絡應用程序若要偵聽網絡并發送請求，需要添加命名空間System.Net.Sockets的引用該命名空間中提供TcpClient類、TcpListener類和UdpClient類；封裝了不同傳輸協議建立連接的實現細節，提供了多種傳輸數據的操作方法。若要在套接字級別進行控制，可直接用該命名空間下的Socket類。用這些傳統技術編寫網絡應用程序的門檻較高；對計算機網絡的實現原理非常熟悉，還要有豐富的網絡編程經驗；在本書后續的章節中，主要學習新的網絡編程技術。這些新技術都是以傳統技術為基礎的。1．套接字編程（Socket類）套接字是支持TCP/IP網絡通信的基本操作單元；在一個套接字實例中，保存：本機的IP地址和端口、對方的IP地址

和端口、雙方通信采用的網絡協議等信息。套接字有3種不同的類型(System.Net.Sockets命名空間下的Socket類)流式套接字：實現面向連接的TCP通信數據報套接字：實現無連接的UDP通信原始套接字：實現IP數據包通信以上套接字均可用來實現。基于TCP和UDP的應用程序中，使用TcpListener類、TcpClient類或UdpClient類，和使用Socket類來實現都是可以的。而編寫自定義的新網絡協議程序時，則只能用Socket類來實現。2．TCP應用編程（TcpClient類、TcpListener類）

IP連接領域有兩種通信類型：面向連接的（Connection-Oriented）和無連接的（Connectionless）。在面向連接的套接字中，使用TCP來建立兩個IP地址端點之間的會話。一旦建立了這種連接，就可以在設備之間進行可靠的數據傳輸。對于網絡應用程序而言，在System.Net.Sockets命名空間下，除了套接字以外，.NET框架還提供了TcpClient類和TcpListener類。這些類封裝了不同傳輸協議建立連接的細節，提供了多種傳輸數據的操作方法。雖然TcpClient類和TcpListener類對套接字做了進一步的封裝，在一定程度上簡化了代碼編寫的復雜度，但是，仍然需要程序員編寫大量的實現代碼。3．UDP應用編程（UdpClient類）UDP使用無連接的套接字，無連接的套接字不需要在網絡設備之間發送連接信息。因此，在程序中很難確定有哪些服務器和客戶端。UdpClient類是在UDP層面對套接字編程的進一步封裝。它同樣在一定程度上簡化了代碼編寫的復雜度，但是，也同樣需要程序員編寫大量的實現代碼。4．其他傳統的網絡應用編程技術HTTP應用編程FTP應用編程SMTP與POP3應用編程P2P應用編程這些傳統編程技術的實現在本書第2版都做了相應的介紹。了解這些傳統技術的基本實現思路，對進一步理解新的網絡編程技術會非常有幫助。1.4IP地址轉換與域名解析1.4.1IP地址與端口1.4.2IP地址轉換相關類1.4.3域名解析IP地址轉換與域名解析相關的類都在System.Net命名空間下1.4.1IP地址與端口在網絡上，識別遠程主機的信息主要由兩部分組成：一是主機標識，用于識別與本地計算機通信的是哪臺遠程主機；二是端口號，用于識別和遠程主機的哪個進程通信。1．IP地址在因特網中，每臺聯網的主機都要有一個在全世界范圍內唯一的標識，該標識稱為IP地址。2．端口IP地址僅僅能夠識別到某臺主機，而不能識別該主機上的進程；如果要進一步識別是哪個進程，還需要引入新的地址空間，這就是端口（Port）。1．IP地址一個IP地址主要由兩部分組成：一部分用于識別該地址所屬的網絡號，另一部分指明網絡內的主機號。網絡號由Internet權力機構分配，主機號由各個網絡的管理員統一分配。（1）IPv4編址方案由4個字節（十進制表示）組成的二進制值進行識別，中間用圓點分開，這種方法叫做點分十進制表示法。（2）IPv6編址方案每個IP地址有16個字節（128位二進制數），其完整格式用8段16進制表示，各段之間用冒號分隔。5類IPv4的IP地址A類：0.x.x.x～127.x.x.x (32位二進制最高位為0)由1字節的網絡地址和3字節的主機地址組成；一個特殊的IP地址，即，該地址專用于本機回路測試；B類：128.x.x.x～191.x.x.x (32位二進制最高2位為10)由2字節的網絡地址和2字節的主機地址組成；C類：192.x.x.x～223.x.x.x (32位二進制最高3位為110)由3字節網絡地址和1字節主機地址組成，適用于小規模的局域網；D類：224.x.x.x～239.x.x.x (32位二進制最高4位為1110)一種特殊類型的IP地址：多點廣播地址；E類：240.x.x.x～255.x.x.x (32位二進制最高5位為11110)特殊用途備用；IPv6編址方案簡化表示形式每段中前面的0可以省略連續的0可省略為“::”但只能出現一次。例如：

1080:0:0:0:8:800:200C:417A簡寫為1080::8:800:200C:417AFF01:0:0:0:0:0:0:101簡寫為FF01::1010:0:0:0:0:0:0:1簡寫為::10:0:0:0:0:0:0:0簡寫為::本機回環地址：IPv4為，IPv6為::1另外，IPv6沒有定義廣播地址，其功能由多播地址替代。2．端口端口有兩種含義：一是指物理意義上的端口，如ADSLModem、集線器的接口；二是指邏輯意義上的端口，即進程標識，端口號的范圍從0到65535，比如用于HTTP的80端口，用于FTP的21端口等。在本書中的端口均指邏輯意義上的端口。端口是為了解決與多個進程同時進行通信的問題。可用端口地址的范圍是十進制的0～65535。端口地址用兩字節二進制數來表示；1000以內的端口號大多被標準協議所占用；應用程序中可以自由使用的端口號一般都使用大于1000的值。1.4.2IP地址轉換相關類網絡中兩臺計算機通信時，必須知道對方的IP地址和端口號以及采用的網絡通信協議；在某些應用中，可能還需要檢測與網卡相關的信息。復雜的網絡應用程序中，需要掌握幾個最基本的類：1、提供網際協議IP地址的IPAddress類；2、包含IP地址和端口號的IPEndPoint類；3、為Internet或Intranet主機提供信息容器的IPHostEntry類。1．IPAddress類（1/2）位于System.Net命名空間下；提供了對IP地址的轉換和處理功能。靜態Parse方法將IP地址字符串轉換為IPAddress的實例。例如：如果IP地址字符串格式不正確，調用Parse方法時會出現異常。Try{IPAddressip=IPAddress.Parse("6");}Catch{MessageBox.Show("請輸入正確的IP地址！");}1．IPAddress類（2/2）另外，利用該實例的AddressFamily屬性可判斷該IP地址是IPv6還是IPv4。例如：IPAddress類還提供了7個只讀字段，分別代表程序中使用的特殊IP地址。IPAddressip=IPAddress.Parse("::1");if(ip.AddressFamily==AddressFamily.InterNetworkV6){MessageBox.Show("這是IPv6地址");}IPAddress類常見只讀字段名

稱說

明Any提供一個IPv4地址，指示服務端應偵聽所有網絡接口上的客戶端活動，它等效于Broadcast提供IPv4網絡廣播地址，它等效于55IPv6Any提供所有可用的IPv6地址IPv6Loopback表示系統的IPv6回環地址，等效于::1IPv6None提供不使用任何網絡接口的IP地址Loopback表示系統的IPv4回環地址，等效于None表示Socket不應偵聽客戶端活動（不使用任何網絡接口）2．IPEndPoint類IPEndPoint是與IPAddress概念相關的一個類，它包含應用程序連接到主機上的服務所需的主機和端口信息。它由兩部分組成，一個是主機IP地址，另一個是端口號。IPEndPoint類的構造函數之一為：publicIPEndPoint(IPAddressaddress,intport);其中，第一個參數指定IP地址，第二個參數指定端口號。例如：IPAddresslocalAddress=IPAddress.Parse("");IPEndPointiep=newIPEndPoint(localAddress,65000);strings1="IP地址為:"+iep.Address;strings2="IP端口為:"+iep.Port;3．IPHostEntry類IPHostEntry類將一個域名系統（DNS）的主機名與一組別名和一組匹配的IP地址關聯。該類一般和Dns類一起使用。常用屬性AddressList屬性獲取或設置與主機關聯的IP地址列表（包括IPv4和IPv6）HostName屬性包含了指定主機的主機名靜態方法GetHostEntry()及其AddressList屬性獲取本地或遠程主機的IP地址列表。例如：//獲取搜狐服務器的所有IP地址IPAddress[]ips= Dns.GetHostEntry(“”).AddressList;1.4.3域名解析IP地址：能夠唯一地標識網絡上的計算機的數字型地址；域名：用字符型的名字來標識IP；字符型地址、域名地址，簡稱域名（DomainName）域名解析：將域名轉換為對應IP地址的過程；DNS（DomainNameSystem，域名系統）是因特網的一項核心服務，它可以將域名和IP地址相互轉換。互聯網中存在一些裝有域名系統的域名服務器，上面分層次存放許多域名到IP地址轉換的映射表。System.Net命名空間下的Dns類提供了方便的域名解析功能，可利用它從Internet域名系統檢索指定主機的信息。Dns類常用的靜態方法方法名稱說

明GetHostAddresses返回指定主機的Internet協議IP地址，與該方法對應的還有異步方法GetHostEntry將主機名或IP地址解析為IPHostEntry實例，與該方法對應的還有異步方法GetHostName獲取本地計算機的主機名.NET框架既提供了同步獲取的方法，也提供了異步獲取的方法。本章只介紹Dns類的同步方法，關于異步操作的用法在后面的章節中再介紹。（1）GetHostAddresses方法利用GetHostAddresses方法可以獲取指定主機的IP地址，該方法返回一個IPAddress類型的數組。方法原型為publicstaticIPAddress[]GetHostAddresses(stringhostNameOrAddress);參數中的hostNameOrAddress表示要解析的主機名或IP地址。例如：IPAddress[]ips=Dns.GetHostAddresses("");若hostNameOrAddress是IP地址，則直接返回此地址；

若hostNameOrAddress是空字符串，則返回所有IPv4和IPv6地址。例如：IPAddress[]ips=Dns.GetHostAddresses("");//獲取本機的所有IP地址（2）GetHostEntry方法GetHostEntry方法可返回一個IPHostEntry實例，用于在DNS服務器中查詢與某個主機名或IP地址關聯的IP地址列表。方法原型為publicstaticIPHostEntryGetHostEntry(stringhostNameOrAddress)參數中的hostNameOrAddress表示要解析的主機名或IP地址。當參數為空字符串時，返回本地主機的IPHostEntry實例。例如：IPHostEntryhost=Dns.GetHostEntry("");varipAddresses=host.AddressList;//獲取本機所有IP地址stringname=host.HostName;//獲取本機主機名（3）GetHostName方法該方法用于獲取本機主機名。例如：stringhostname=Dns.GetHostName();【例1-1】演示IPAddress類、Dns類、IPHostEntry類和IPEndPoint類的使用方法，顯示中央電視臺所有服務器的IP地址信息和本機主機名及相關的IP地址。運行效果如圖1-3所示。1.5網卡信息檢測與網絡流量檢測1.5.1網卡信息檢測相關類1.5.2網絡流量檢測相關類1.5.1網卡信息檢測相關類1．NetworkInterface類位于System.Net.NetworkInformation命名空間下；可以檢測本機有多少個網絡適配器、哪些網絡連接可用，并可獲取某個網絡適配器的型號、MAC地址和速度等信息。獲取網絡適配器相關信息時，要先構造NetworkInterface對象。注意不能直接使用new關鍵字構造該類的實例，而用該類提供的靜態GetAllNetworkInterfaces方法得到NetworkInterface類型數組。每個網絡適配器，都包含一個NetworkInterface對象與之對應。例如：NetworkInterface[]adapters= NetworkInterface.GetAllNetworkInterfaces();NetworkInterface類常用的屬性和方法名

稱說

明Name屬性獲取網絡適配器的名稱Speed屬性獲取網絡適配器的速度（bit/秒）GetAllNetworkInterfaces方法返回描述本地計算機上的所有網絡適配器對象語法：publicstaticNetworkInterface[]GetAllNetworkInterfaces()GetIPProperties方法描述此網絡適配器配置的對象語法：publicabstractIPInterfacePropertiesGetIPProperties()GetIPv4Statistics方法獲取IPv4統計信息語法：publicabstractIPv4InterfaceStatisticsGetIPv4Statistics()GetIsNetworkAvailable方法指示是否有任何可用的網絡連接語法：publicstaticboolGetIsNetworkAvailable()GetPhysicalAddress方法返回適配器的媒體訪問控制(MAC)地址語法：publicabstractPhysicalAddressGetPhysicalAddress()Supports方法指示接口是否支持指定的協議（IPv4或IPv6）如果支持則為true2．IPInterfaceProperties類IPInterfaceProperties類提供了檢測IPv4和IPv6的網絡適配器地址信息，利用該類可檢測本機所有網絡適配器支持的各種地址，如DNS服務器的IP地址、網關地址以及多路廣播地址等。IPInterfaceProperties是一個抽象類，不能直接創建該類的實例，而是通過調用NetworkInterface對象的GetIPProperties方法得到該類的實例。例如：NetworkInterface[]adapters= NetworkInterface.GetAllNetworkInterfaces();IPInterfacePropertiesadapterProperties= adapters[0].GetIPProperties();IPInterfaceProperties類常用的屬性和方法名

稱說

明AnycastAddresses屬性獲取分配給此接口的任意廣播IP地址DhcpServerAddresses屬性獲取此接口的動態主機配置協議（DHCP）服務器的地址DnsAddre