【Unity】网络游戏编程实践(1)Socket

这学期学了《计算机网络》,基本概念都有,但是感觉对整个体系没有太理解,希望通过这次项目实训进行更深入的实践。

1.网络进程的通信

网络中如何唯一标识一个进程?TCP/IP协议族已经解决了这个问题,网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机,而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序(进程)。这样利用三元组(ip地址,协议,端口)就可以标识网络的进程了,网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

2.Socket的来历

在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的,撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载,Croker写道:“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端,而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道:“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”

socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,都可以用“打开(open) –> 读写(write/read) –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭)

socket即为套接字:

它是网络通信过程中端点的抽象表示,包含进行网络通信必需的五种信息:连接使用的协议,本地主机的IP地址,本地进程的协议端口,远地主机的IP地址,远地进程的协议端口。

3.Socket的基本操作

既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现,那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例,介绍几个基本的socket接口函数。不同编程语言在实现上有所差异。

3.1 socket()

socket函数对应于普通文件的open操作。

int socket(int domain, int type, int protocol);

C#下创建一个套接字:

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

三个参数分别代表:

协议族(协议域):选择ipv4或者ipv6(本例所用为ipv4,ipv6为InterNetWorkV6)

套接字类型:游戏开发中最常用的是字节流套接字,即Stream。常用的套接字类型还有SOCK_DGRAM(Dgram)、SOCK_RAW(Raw)、SOCK_SEQPACKET(Seqpacket)等。

协议:常用的协议有,IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等。此处使用TCP。

3.2 bind()

当我们调用socket()创建一个socket时,返回的socket描述字存在于协议族(address family)空间中,但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址,就必须调用bind()函数,否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

C#下执行绑定(Ip和端口自行指定):

IPAddress ipAdr = IPAddress.Parse("127.0.0.1");
IPEndPoint ipEp = new IPEndPoint (ipAdr, 1234);
listenfd.Bind (ipEp);

三个参数分别代表:

sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。

addr:一个const struct sockaddr *指针,指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同。

addrlen:对应的是地址的长度。

C#执行bind比较方便。

3.3 listen()和connect()

如果作为一个服务器,在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket,如果客户端这时调用connect()发出连接请求,服务器端就会接收到这个请求。

int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

C#下开启监听:

//开启监听,0表示等待接收的连接数不限
listenfd.Listen(0);
Console.WriteLine ("[服务器]启动成功");//控制台输出

listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字,第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的,listen函数将socket变为被动类型的,等待客户的连接请求。

C#下客户端进行连接:

string host = hostInput.text;
int port = int.Parse(portInput.text);
socket.Connect(host, port);
clientText.text = "客户端地址 " + socket.LocalEndPoint.ToString();

connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字,第二参数为服务器的socket地址,第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

3.4 accept()

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后,就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后,就会调用accept()函数取接收请求,这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了,即类同于普通文件的读写I/O操作。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

C#下实现accept()

Socket connfd=listenfd.Accept();
Console.WriteLine ("[服务器]Accept");

accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字,第二个参数为指向struct sockaddr *的指针,用于返回客户端的协议地址,第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功,那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字,代表与返回客户的TCP连接。

注意:accept的第一个参数为服务器的socket描述字,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字;而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字,它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字,当服务器完成了对某个客户的服务,相应的已连接socket描述字就被关闭。

C#中的已连接描述字即为上面的connfd。

3.5 recv()和send()

相当于文件系统中的read()和write()。客户端和服务器都使用这两个函数。

3.6 close()

在服务器与客户端建立连接之后,会进行一些读写操作,完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字,就像操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

socket.Close();

实现效果:

首先开启服务端

img

客户端链接成功后效果

img

服务端反馈:

img


参考资料:

Linux Socket编程(不限Linux)

《Unity3D 网络游戏实战》 罗培羽著

明日目标:实时聊天平台

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