C# 如何实现一个WebSocket服务端

发布时间：2020-11-02 15:26:45 作者：Leah
来源：亿速云阅读：948

这期内容当中小编将会给大家带来有关C# 如何实现一个WebSocket服务端，文章内容丰富且以专业的角度为大家分析和叙述，阅读完这篇文章希望大家可以有所收获。

.net4.5中实现了对websocket的支持

在这里我使用的是.net4.0。因此需要对原本的socket发送的数据根据websocket的协议进行解析和打包。

&#65279;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);
  }
 }
}

&#65279;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; }
  }
 }
}

&#65279;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 启动WebSocket服务
  /// <summary>
  /// 启动WebSocket服务
  /// </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("服务已启动");
   Console.WriteLine("按任意键关闭服务");
   Console.ReadLine();
  }
  #endregion

  #region 处理客户端连接请求
  /// <summary>
  /// 处理客户端连接请求
  /// </summary>
  /// <param name="result"></param>
  private void Accept(IAsyncResult socket)
  {
   // 还原传入的原始套接字
   Socket SockeServer = (Socket)socket.AsyncState;
   // 在原始套接字上调用EndAccept方法，返回新的套接字
   Socket SockeClient = SockeServer.EndAccept(socket);
   byte[] buffer = new byte[4096];
   try
   {
    //接收客户端的数据
    SockeClient.BeginReceive(buffer, 0, buffer.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(Recieve), SockeClient);
    //保存登录的客户端
    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);
    }
    //准备接受下一个客户端
    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 处理接收的数据
  /// <summary>
  /// 处理接受的数据
  /// </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建立连接的时候，除了TCP连接的三次握手，websocket协议中客户端与服务器想建立连接需要一次额外的握手动作
    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("客户端 {0} 断开连接", IP);
    SessionPool.Remove(IP);
   }
  }
  #endregion

  #region 客户端和服务端的响应
  /*
   * 客户端向服务器发送请求
   * 
   * 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
   * 
   * 服务器给出响应
   * 
   * HTTP/1.1 101 Switching Protocols
   * Upgrade: websocket
   * Connection: Upgrade
   * Sec-WebSocket-Accept: xsOSgr30aKL2GNZKNHKmeT1qYjA=
   * 
   * 在请求中的“Sec-WebSocket-Key”是随机的，服务器端会用这些数据来构造出一个SHA-1的信息摘要。把“Sec-WebSocket-Key”加上一个魔幻字符串
   * “258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”。使用 SHA-1 加密，之后进行 BASE-64编码，将结果做为 “Sec-WebSocket-Accept” 头的值，返回给客户端
   */
  #endregion

  #region 打包请求连接数据
  /// <summary>
  /// 打包请求连接数据
  /// </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:(.*&#63;)\r\n");
   Match m = reg.Match(handShakeText);
   if (m.Value != "")
   {
    key = Regex.Replace(m.Value, @"Sec\-WebSocket\-Key:(.*&#63;)\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 处理接收的数据
  /// <summary>
  /// 处理接收的数据
  /// </summary>
  /// <param name="recBytes"></param>
  /// <param name="length"></param>
  /// <returns></returns>
  private string AnalyzeClientData(byte[] recBytes, int length)
  {
   int start = 0;
   // 如果有数据则至少包括3位
   if (length < 2) return "";
   // 判断是否为结束针
   bool IsEof = (recBytes[start] >> 7) > 0;
   // 暂不处理超过一帧的数据
   if (!IsEof) return "";
   start++;
   // 是否包含掩码
   bool hasMask = (recBytes[start] >> 7) > 0;
   // 不包含掩码的暂不处理
   if (!hasMask) return "";
   // 获取数据长度
   UInt64 mPackageLength = (UInt64)recBytes[start] & 0x7F;
   start++;
   // 存储4位掩码值
   byte[] Masking_key = new byte[4];
   // 存储数据
   byte[] mDataPackage;
   if (mPackageLength == 126)
   {
    // 等于126 随后的两个字节16位表示数据长度
    mPackageLength = (UInt64)(recBytes[start] << 8 | recBytes[start + 1]);
    start += 2;
   }
   if (mPackageLength == 127)
   {
    // 等于127 随后的八个字节64位表示数据长度
    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 发送数据
  /// <summary>
  /// 把发送给客户端消息打包处理（拼接上谁什么时候发的什么消息）
  /// </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
 }
}

补充知识：【TCP/IP】使用C#实现websocket服务端与客户端通信

一、websocket简介

websocket是一种在单个TCP连接上进行全双工通信的协议。

websocket使得客户端和服务器之间的数据交换变得更加简单，允许服务端主动向客户端推送数据。在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要完成一次握手，两者之间就直接可以创建持久性的连接，并进行双向数据传输。

二、背景

很多网站为了实现推送技术，所用的技术都是轮询。

轮询是在特定的时间间隔，由浏览器对客户端发出HTTP请求，然后由服务器返回最新的数据给客户端的浏览器。这种传统的模式带来很明显的缺点，即浏览器需要不断的向服务器发出请求，然后HTTP请求可能包含较长的头部，其中真正有效的数据可能只是很小的一部分，显然这样会浪费很多的宽带等资源。

在这种情况下，HTML5定义了websocket协议，能更好的节省服务器资源和宽带，而且能够更实时地进行通讯。

三、优点

1、控制开销

创建连接后，服务器和客户端之间交换数据时，用于协议控制的数据包头部相对较小。

2、实时性更强

由于协议是全双工的，所以服务器可以随时主动给客户端下发数据。相对于HTTP请求需要等待客户端发起请求服务端才能响应，延迟明显更少。

3、保持连接状态

与HTTP不同的是，Websocket需要先创建连接，这就使得其成为一种有状态的协议，之后通信时可以省略部分状态信息。而HTTP请求可能需要在每个请求都携带状态信息（如身份认证等）。

4、更好的二进制支持

5、支持扩展和更好的实现压缩效果

四、原理

websocket同HTTP一样也是应用层的协议，但是它是一种双向通信协议，建立在TCP之上的。

连接过程（握手过程）

1、客户端、服务器建立TCP连接，三次握手。

这是通信的基础，传输控制层，若失败后续都不执行。

2、TCP连接成功后，客户端通过HTTP协议向服务器传送websocket支持的版本号信息。（开始前的HTTP握手）

3、服务器收到客户端的握手请求后，同样采用HTTP协议回馈数据。

4、当收到了连接成功的消息后，通过TCP通道进行传输通信。

五、websocket和socket的关系

socket其实并不是一个协议，而是为了方便使用TCP和UDP而抽象出来的一层，是位于应用层和传输控制层之间的一组接口。

socket是应用层与TCP/IP协议通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议隐藏在socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让socket去组织数据，以符合指定的协议。

两台主机通信，必须通过socket连接，socket则利用TCP/IP协议建立TCP连接。TCP连接则更依靠于底层的IP协议，IP协议的连接则依赖于链路层等更低层次。

websocket则是一个典型的应用层协议。

C# 如何实现一个WebSocket服务端

六、使用C#实现websocket服务端与客户端通信

（一） SuperWebSocket实现服务端

1、创建窗口程序，WindowsFormsWebsocketServer

2、添加程序包

工具 -->Nuget包管理 -->管理解决方案的Nuget程序包 -->搜索 SuperWebSocket ，选择SuperWebSocketNETServer，点击右侧安装，等待安装完成，安装完成以后，项目会多出很多引用库，如下

C# 如何实现一个WebSocket服务端

3、代码实例

using SuperWebSocket;
using System;
using System.Windows.Forms;
 
namespace WindowsFormsWebsocketServer
{
  public partial class Form1 : Form
  {
    public Form1()
    {
      InitializeComponent();
      websocketServer();
    }
 
    private void websocketServer()
    {
      Log("我是服务端");
      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("设置服务监听失败！");
      }
      if (!webSocketServer.Start())
      {
        Log("启动服务监听失败！");
      }
      Log("启动服务监听成功！");
      //webSocketServer.Dispose();
    }
 
    private void WebSocketServer_NewSessionConnected(WebSocketSession session)
    {
      Log("欢迎客户端： 加入");
      //SendToAll(session, msg);
    }
 
    private void WebSocketServer_NewMessageReceived(WebSocketSession session, string value)
    {
      Log("服务端收到客户端的数据 ==》"+value);
      //SendToAll(session, value);
    }
 
    private void WebSocketServer_SessionClosed(WebSocketSession session, SuperSocket.SocketBase.CloseReason value)
    {
      Log("客户端：关闭，原因：");
      //SendToAll(session, msg);
    }
 
    /// <summary>
    /// 广播，同步推送消息给所有的客户端
    /// </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实现客户端

1、创建窗口程序，WindowsFormsWebsocketClient

2、添加程序包

工具 -->Nuget包管理 -->管理解决方案的Nuget程序包 -->搜索 WebSocket4Net ，选择WebSocket4Net，点击右侧安装，等待安装完成，安装完成以后，项目会多出很多引用库，如下

C# 如何实现一个WebSocket服务端

3、代码实例

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("我是客户端");
      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("服务端回复的数据:" + e.Message);
    }
 
    private void WebSocket4Net_Opened(object sender, EventArgs e)
    {
      FileUtil.getInstance().Log("客户端连接成功！发送数据中...");
      webSocket4Net.Send("来自客户端，准备发送数据！");
    }
 
    private void websocket_Error(object sender, EventArgs e)
    {
      FileUtil.getInstance().Log("WebSocket错误");
      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已关闭");
      Thread.Sleep(5000);
      if (webSocket4Net.State != WebSocketState.Open && webSocket4Net.State != WebSocketState.Connecting)
      {
        websocketServerTest();
      }
    }
  }
}

上述就是小编为大家分享的C# 如何实现一个WebSocket服务端了，如果刚好有类似的疑惑，不妨参照上述分析进行理解。如果想知道更多相关知识，欢迎关注亿速云行业资讯频道。

C# 如何实现一个WebSocket服务端

一、websocket简介

二、背景

三、优点

四、原理

六、使用C#实现websocket服务端与客户端通信

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