基于C#的UDP协议的同步通信实现代码

一、摘要

总结基于C#的UDP协议的同步通信。

二、实验平台

Visual Studio 2010

三、实验原理

UDP传输协议同TCP传输协议的区别可查阅相关文档，此处不再赘述。

四、实例

4.1 采用socket实现UDP

由于UDP是一种无连接的协议。因此，为了使服务器应用能够发送和接收UDP数据包，则需要做两件事情：

(1) 创建一个Socket对象；

(2) 将创建的套接字对象与本地IPEndPoint进行绑定。

完成上述步骤后，那么创建的套接字就能够在IPEndPoint上接收流入的UDP数据包，或者将流出的UDP数据包发送到网络中其他任意设备。使用UDP进行通信时，不需要连接。因为异地的主机之间没有建立连接，所以UDP不能使用标准的Send()和Receive()t套接字方法，而是使用两个其他的方法：SendTo()和ReceiveFrom()。

SendTo()方法指定要发送的数据，和目标机器的IPEndPoint。该方法有多种不同的使用方法，可以根据具体的应用进行选择，但是至少要指定数据包和目标机器。如下：

SendTo(byte[] data,EndPoint Remote)

ReceiveFrom()方法同SendTo()方法类似，但是使用EndPoint对象声明的方式不一样。利用ref修饰，传递的不是一个EndPoint对象，而是将参数传递给一个EndPoint对象。

UDP应用不是严格意义上的真正的服务器和客户机，而是平等的关系，即没有主与次的关系。为了简便起见，仍然把下面的这个应用叫做UDP服务器。

服务器端代码：

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];

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

   //绑定网络地址
   newsock.Bind(ip);

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

   //等待客户机连接
   Console.WriteLine("Waiting for a client");

   //得到客户机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));

   //客户机连接成功后，发送信息
   string welcome = "你好 ! ";

   //字符串与字节数组相互转换
   data = Encoding.ASCII.GetBytes(welcome);

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

 }
}

对于接收流入的UDP服务器程序来说，必须将程序与本地系统中指定的UDP端口进行绑定。这就可以通过使用合适的本地IP地址创建一个IPEndPoint对象，以及合适的UDP端口号。上述范例程序中的UDP服务器能够在端口8001从网络上接收任意流入的UDP数据包。

UDP客户机程序与服务器程序非常类似。

因为客户机不需要在指定的UDP端口等待流入的数据，因此，不使用Bind()方法，而是使用在数据发送时系统随机指定的一个UDP端口，而且使用同一个端口接收返回的消息。在开发产品时，要为客户机指定一套UDP端口，以便服务器和客户机程序使用相同的端口号。UDP客户机程序首先定义一个IPEndPoint，UDP服务器将发送数据包到这个IPEndPoint。如果在远程设备上运行UDP服务器程序，在IPEndPoint定义中必须输入适当的IP地址和UDP端口号信息。

客户端代码：

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;

   //构建TCP 服务器
   Console.WriteLine("This is a Client, host name is {0}", Dns.GetHostName());

   //设置服务IP，设置TCP端口号
   IPEndPoint ip = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 8001);

   //定义网络类型，数据连接类型和网络协议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];
   //对于不存在的IP地址，加入此行代码后，可以在指定时间内解除阻塞模式限制
   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();
  }

 }
}

上述代码的实现逻辑为：相关设置完成后，服务器端先向客户端发送信息，之后客户端通过键盘发送字符串，服务器端收到后再发送给客户端，如此循环。

4.2 采用UDPClient类实现

服务器端代码：

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

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

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

  UdpClient listener = new UdpClient();

  IPEndPoint groupEP = new IPEndPoint(GroupAddress, GroupPort);

  try
  {
   //IPV6，组播
   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;
 }
}

客户端代码：

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;
 }
}

以上代码需要说明的是：

(1) 上述代码是基于IPV6地址的组播模式。IPv4中的广播(broadcast)可以导致网络性能的下降甚至广播风暴(broadcast storm)。在IPv6中就不存在广播这一概念了，取而代之的是组播(multicast)和任意播(anycast)。

(2) IPV6地址表示方法：

a) X:X:X:X:X:X:X:X(每个X代表16位的16进制数字)，不区分大小写；

b) 排头的0可省略，比如09C0就可以写成9C0，0000可以写成0；

c) 连续为0的字段可以以::来代替，但是整个地址中::只能出现一次，比如FF01:0:0:0:0:0:0:1就可以简写成FF01::1。

(3) 如果是采用窗体的形式建议使用这种格式，否则在接收数据时可能会出现死机的现象。

// 创建一个子线程

   Thread thread = new Thread(
    delegate()
    {
     try
     {
      //在这里写你的代码
     }
     catch (Exception )
     {

     }
    }
   );

   thread.Start();

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