基於C#的UDP協議的同步實現

一、摘要

 　　總結基於C#的UDP協議的同步通信。

 

二、實驗平台

 　　Visual Studio 2010

 

三、實驗原理

 　　UDP傳輸協議同TCP傳輸協議的區別可查閱相關文檔，此處不再贅述。

 

四、實例

 4.1 采用socket實現UDP

　　由於UDP是一種無連接的協議。因此，為了使服務器應用能夠發送和接收UDP數據包，則需要做兩件事情：
(1) 創建一個Socket對象；
(2) 將創建的套接字對象與本地IPEndPoint進行綁定。
　　完成上述步驟后，那么創建的套接字就能夠在IPEndPoint上接收流入的UDP數據包，或者將流出的UDP數據包發送到網絡中其他任意設備。使用UDP進行通信時，不需要連接。因為異地的主機之間沒有建立連接，所以UDP不能使用標准的Send()和Receive()t套接字方法，而是使用兩個其他的方法：SendTo()和ReceiveFrom()。

    SendTo()方法指定要發送的數據，和目標機器的IPEndPoint。該方法有多種不同的使用方法，可以根據具體的應用進行選擇，但是至少要指定數據包和目標機器。如下：
    SendTo(byte[] data,EndPoint Remote)
    ReceiveFrom()方法同SendTo()方法類似，但是使用EndPoint對象聲明的方式不一樣。利用ref修飾，傳遞的不是一個EndPoint對象，而是將參數傳遞給一個EndPoint對象。

 

　　UDP應用不是嚴格意義上的真正的服務器和客戶機，而是平等的關系，即沒有主與次的關系。為了簡便起見，仍然把下面的這個應用叫做UDP服務器。

　　服務器端代碼：

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

namespace UDP
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int recv;
            byte[] data = new byte[1024];

            //得到本機IP，設置TCP端口號         
            IPEndPoint ip = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 8001);
            Socket newsock = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

            //綁定網絡地址
            newsock.Bind(ip);

            Console.WriteLine("This is a Server, host name is {0}", Dns.GetHostName());

            //等待客戶機連接
            Console.WriteLine("Waiting for a client");

            //得到客戶機IP
            IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
            EndPoint Remote = (EndPoint)(sender);
            recv = newsock.ReceiveFrom(data, ref Remote);
            Console.WriteLine("Message received from {0}: ", Remote.ToString());
            Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv));

            //客戶機連接成功后，發送信息
            string welcome = "你好 ! ";

            //字符串與字節數組相互轉換
            data = Encoding.ASCII.GetBytes(welcome);

            //發送信息
            newsock.SendTo(data, data.Length, SocketFlags.None, Remote);
            while (true)
            {
                data = new byte[1024];
                //發送接收信息
                recv = newsock.ReceiveFrom(data, ref Remote);
                Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv));
                newsock.SendTo(data, recv, SocketFlags.None, Remote);
            }
        }

    }
}

　　對於接收流入的UDP服務器程序來說，必須將程序與本地系統中指定的UDP端口進行綁定。這就可以通過使用合適的本地IP地址創建一個IPEndPoint對象，以及合適的UDP端口號。上述范例程序中的UDP服務器能夠在端口8001從網絡上接收任意流入的UDP數據包。

 

　　UDP客戶機程序與服務器程序非常類似。
　　因為客戶機不需要在指定的UDP端口等待流入的數據，因此，不使用Bind()方法，而是使用在數據發送時系統隨機指定的一個UDP端口，而且使用同一個端口接收返回的消息。在開發產品時，要為客戶機指定一套UDP端口，以便服務器和客戶機程序使用相同的端口號。UDP客戶機程序首先定義一個IPEndPoint，UDP服務器將發送數據包到這個IPEndPoint。如果在遠程設備上運行UDP服務器程序，在IPEndPoint定義中必須輸入適當的IP地址和UDP端口號信息。

　　客戶端代碼：

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

namespace UDPClient
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            byte[] data = new byte[1024];
            string input, stringData;

            //構建TCP 服務器
            Console.WriteLine("This is a Client, host name is {0}", Dns.GetHostName());

            //設置服務IP，設置TCP端口號
            IPEndPoint ip = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 8001);

            //定義網絡類型，數據連接類型和網絡協議UDP
            Socket server = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

            string welcome = "你好! ";
            data = Encoding.ASCII.GetBytes(welcome);
            server.SendTo(data, data.Length, SocketFlags.None, ip);
            IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
            EndPoint Remote = (EndPoint)sender;

            data = new byte[1024];
            //對於不存在的IP地址，加入此行代碼后，可以在指定時間內解除阻塞模式限制
            int recv = server.ReceiveFrom(data, ref Remote);
            Console.WriteLine("Message received from {0}: ", Remote.ToString());
            Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv));
            while (true)
            {
                input = Console.ReadLine();
                if (input == "exit")
                    break;
                server.SendTo(Encoding.ASCII.GetBytes(input), Remote);
                data = new byte[1024];
                recv = server.ReceiveFrom(data, ref Remote);
                stringData = Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv);
                Console.WriteLine(stringData);
            }
            Console.WriteLine("Stopping Client.");
            server.Close();
        }

    }
}

 

　　上述代碼的實現邏輯為：相關設置完成后，服務器端先向客戶端發送信息，之后客戶端通過鍵盤發送字符串，服務器端收到后再發送給客戶端，如此循環。

4.2 采用UDPClient類實現

服務器端代碼：

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

public class Custom
{
    // 設置IP，IPV6
    private static readonly IPAddress GroupAddress = IPAddress.Parse("IP地址");
    // 設置端口
    private const int GroupPort = 11000;

    private static void StartListener()
    {
        bool done = false;

        UdpClient listener = new UdpClient();

        IPEndPoint groupEP = new IPEndPoint(GroupAddress, GroupPort);

        try
        {
            //IPV6，組播
            listener.JoinMulticastGroup(GroupAddress);

            listener.Connect(groupEP);

            while (!done)
            {
                Console.WriteLine("Waiting for broadcast");

                byte[] bytes = listener.Receive(ref groupEP);

                Console.WriteLine("Received broadcast from {0} :\n {1}\n", groupEP.ToString(), Encoding.ASCII.GetString(bytes, 0, bytes.Length));
            }

            listener.Close();

        }
        catch (Exception e)
        {
            Console.WriteLine(e.ToString());
        }

    }

    public static int Main(String[] args)
    {
        StartListener();

        return 0;
    }
}

 

客戶端代碼：

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

public class Client
{

    private static IPAddress GroupAddress = IPAddress.Parse("IP地址");

    private static int GroupPort = 11000;

    private static void Send(String message)
    {
        UdpClient sender = new UdpClient();

        IPEndPoint groupEP = new IPEndPoint(GroupAddress, GroupPort);

        try
        {
            Console.WriteLine("Sending datagram : {0}", message);

            byte[] bytes = Encoding.ASCII.GetBytes(message);

            sender.Send(bytes, bytes.Length, groupEP);

            sender.Close();

        }
        catch (Exception e)
        {
            Console.WriteLine(e.ToString());
        }

    }

    public static int Main(String[] args)
    {
        Send(args[0]);

        return 0;
    }
}

 

 　　以上代碼需要說明的是：

(1) 上述代碼是基於IPV6地址的組播模式。IPv4中的廣播(broadcast)可以導致網絡性能的下降甚至廣播風暴(broadcast storm)。在IPv6中就不存在廣播這一概念了，取而代之的是組播(multicast)和任意播(anycast)。

(2) IPV6地址表示方法：

a) X:X:X:X:X:X:X:X(每個X代表16位的16進制數字)，不區分大小寫；

b) 排頭的0可省略，比如09C0就可以寫成9C0，0000可以寫成0；

c) 連續為0的字段可以以::來代替，但是整個地址中::只能出現一次，比如FF01:0:0:0:0:0:0:1就可以簡寫成FF01::1。

(3) 如果是采用窗體的形式建議使用這種格式，否則在接收數據時可能會出現死機的現象。

// 創建一個子線程

            Thread thread = new Thread(
                delegate()
                {
                    try
                    {
                        //在這里寫你的代碼
                    }
                    catch (Exception )
                    {

                    }
                }
            );

            thread.Start();