Wie entwerfe ich einen skalierbaren TCP/IP-Server mit lang andauernden Verbindungen?

Skalierbares TCP/IP-Server-Entwurfsmuster

Beim Entwurf eines skalierbaren TCP/IP-Servers, der lang laufende Verbindungen erfordert, ist es wichtig, dies zu berücksichtigen die effizienteste Netzwerkarchitektur. Asynchrone Sockets sind ein empfohlener Ansatz, da sie mehrere Clients gleichzeitig verwalten können, ohne übermäßige Ressourcen zu verbrauchen.

Netzwerkarchitektur

• Server :

  • Starten Sie einen Dienst mit mindestens einem Thread zur Verarbeitung eingehender Daten Verbindungen.
  • Implementieren Sie asynchrone Sockets mit den Methoden BeginReceive und EndReceive.
  • Erstellen Sie eine Klasse zum Verwalten von Clientverbindungen, einschließlich einer Liste zum Speichern von Verweisen auf aktive Clients.
  • Verwenden Sie die BeginAccept-Methode auf dem Server-Socket, um auf eingehende Verbindungen zu warten und AcceptCallback aufzurufen, wenn eine Verbindung hergestellt wird eingerichtet.

• Client:

  • Mit einem Socket eine Verbindung zum Server herstellen.
  • Senden und Empfangen Sie Daten asynchron über den Socket mit BeginSend und BeginReceive.

Datenfluss

• Daten fließen hauptsächlich vom Server zu den Clients, mit gelegentlichen Befehlen von den Clients .
• Der Server sendet regelmäßig Statusdaten an die Clients.
• Empfangene Daten von Clients können gepuffert und asynchron verarbeitet werden, wodurch Jobs im Thread-Pool erstellt werden, um Verzögerungen beim weiteren Datenempfang zu verhindern.

Beispielcode

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;

namespace TcpServer
{
    class xConnection
    {
        public byte[] buffer;
        public System.Net.Sockets.Socket socket;
    }

    class Server
    {
        private List<xConnection> _sockets;
        private System.Net.Sockets.Socket _serverSocket;
        private int _port;
        private int _backlog;

        public bool Start()
        {
            IPHostEntry localhost = Dns.GetHostEntry(Dns.GetHostName());
            IPEndPoint serverEndPoint = new IPEndPoint(localhost.AddressList[0], _port);

            try
            {
                _serverSocket = new Socket(serverEndPoint.Address.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);
                _serverSocket.Bind(serverEndPoint);
                _serverSocket.Listen(_backlog);
                _serverSocket.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptCallback), _serverSocket);
                return true;
            }
            catch (Exception e)
            {
                // Handle exceptions appropriately
                return false;
            }
        }

        private void AcceptCallback(IAsyncResult result)
        {
            try
            {
                Socket serverSocket = (Socket)result.AsyncState;
                xConnection conn = new xConnection();
                conn.socket = serverSocket.EndAccept(result);
                conn.buffer = new byte[_bufferSize];

                lock (_sockets)
                {
                    _sockets.Add(conn);
                }
                conn.socket.BeginReceive(conn.buffer, 0, conn.buffer.Length, SocketFlags.None, new AsyncCallback(ReceiveCallback), conn);
                _serverSocket.BeginAccept(new AsyncCallback(AcceptCallback), _serverSocket);
            }
            catch (Exception e)
            {
                // Handle exceptions appropriately
            }
        }

        private void Send(byte[] message, xConnection conn)
        {
            if (conn != null &amp;&amp; conn.socket.Connected)
            {
                lock (conn.socket)
                {
                    conn.socket.Send(message, message.Length, SocketFlags.None);
                }
            }
        }
    }
}

Zusätzliche Überlegungen

• Erwägen Sie die Verwendung eines Reassembly-Protokolls für die Verarbeitung eingehender Daten Fragmente.
• Verwenden Sie jeweils ein einzelnes BeginAccept, um potenzielle Fehler zu vermeiden.
• Synchronisieren Sie den Zugriff auf gemeinsam genutzte Ressourcen, wie z. B. die Clientliste, um die Thread-Sicherheit zu gewährleisten.

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