网络编程之UDP协议下C#编写服务端 树莓派作客户端实现发送接受消息

一、socket原理介绍

socket

socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为进程通信机制，取后一种意思。通常也称作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄（其实就是两个程序通信用的）。
socket非常类似于电话插座。以一个电话网为例：电话的通话双方相当于相互通信的2个程序，电话号码就是ip地址。任何用户在通话之前，首先要占有一部电话机，相当于申请一个socket；同时要知道对方的号码，相当于对方有一个固定的socket。然后向对方拨号呼叫，相当于发出连接请求。对方假如在场并空闲，拿起电话话筒，双方就可以正式通话，相当于连接成功。双方通话的过程，是一方向电话机发出信号和对方从电话机接收信号的过程，相当于向socket发送数据和从socket接收数据。通话结束后，一方挂起电话机相当于关闭socket，撤销连接。

TCP

TCP是面向连接的协议，TCP协议通过三个报文段完成类似电话呼叫的连接建立过程，这个过程称为三次握手
第一次握手：建立连接时，客户端发送SYN包（SEQ=x）到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认。

第二次握手：服务器收到SYN包，必须确认客户的SYN（ACK=x+1），同时自己也发送一个SYN包（SEQ=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ACK=y+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入Established状态，完成三次握手。
TCP最主要的特点如下。
(1) 是面向连接的协议。
(2) 端到端的通信。每个TCP连接只能有两个端点，而且只能一对一通信，不能一点对多点直接通信。
(3) 高可靠性。通过TCP连接传送的数据，能保证数据无差错、不丢失、不重复地准确到达接收方，并且保证各数据到达的顺序与其发出的顺序相同。
(4) 全双工方式传输。
(5) 数据以字节流的方式传输。
(6) 传输的数据无消息边界。

UDP

TCP包含了专门的传递保证机制，当数据接收方收到发送方传来的信息时，会自动向发送方发出确认消息；发送方只有在接收到该确认消息之后才继续传送其他信息，否则将一直等待直到收到确认信息为止。与TCP不同，UDP并不提供数据传送的保证机制。如果在从发送方到接收方的传递过程中出现数据报的丢失，协议本身并不能做出任何检测或提示。因此，通常人们把UDP称为不可靠的传输协议。UDP不能确保数据的发送和接收顺序。对于突发性的数据报，有可能会乱序。
UDP的优势

(1) UDP速度比TCP快
由于UDP不需要先与对方建立连接，也不需要传输确认，因此其数据传输速度比TCP快得多。对于强调传输性能而不是传输完整性的应用（比如网络音频播放、视频点播和网络会议等），使用UDP比较合适，因为它的传输速度快，使通过网络播放的视频音质好、画面清晰。
(2) UDP有消息边界
发送方UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下直接交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界。使用UDP不需要考虑消息边界问题，这样使得UDP编程相比TCP，在对接收到的数据的处理方面要方便的多。在程序员看来，UDP套接字使用比TCP简单。UDP的这一特征也说明了它是一种面向报文的传输协议。
(3) UDP可以一对多传输
由于传输数据不建立连接，也就不需要维护连接状态（包括收发状态等），因此一台服务器可以同时向多个客户端传输相同的消息。利用UDP可以使用广播或组播的方式同时向子网上的所有客户进程发送消息，这一点也比TCP方便。
其中，速度快是UDP的首要优势

二、C#写一个helloworld,并输出五十行

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

namespace Client
{
     
    class Client
    {
     
        static void Main(string[] args)
        {
     
            for (int i = 0; i < 50; i++)
            {
     
                Console.WriteLine("hello cqjtu！重交物联2018级");
            }
            Console.ReadLine();
         }
     }
 }

控制台闪退，就在mian函数末尾加个 Console.ReadLine();或者Console.ReadKey();

三、 C#写一个控制台程序作为客户端

1、vs2015professinoal里新建一个C#控制台应用程序
问题记录：在我创建工程时有一个问题，创建好了之后会窗口提示错误

Visual Studio 遇到了异常,这可能是由某个扩展所致的

在提示过后创建的工程看不到自动生成的代码，也无法进行编辑，在网上看到很多朋友也遇到了这个问题，也给出了各种各样的解决办法，但是大家普遍反映不靠谱，说明这个问题是具有个体差异性的，每个人可能问题解决的路径不一样，在此写下作为问题记录。
那么我多次尝试认为最有效的解决办法是，VS的修复功能，打开安装程序，点击修复然后等待，这是最稳妥的解决办法了。

问题解决重新创建项目

2、在program.cs中写入代码

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

namespace Client
{
     
    class Client
    {
     
        static void Main(string[] args)
        {
     
            for (int i = 0; i < 50; i++)
            {
     
                Console.WriteLine("hello cqjtu！重交物联2018级");
            }
            
            UdpClient udpSender = new UdpClient(0);
            udpSender.Connect("192.168.43.46", 5000);// 连接到服务端并指定接收端口
            for (int i = 0; i < 50; i++)
            {
     
                byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes("hello cqjtu！重交物联2018级");
                udpSender.Send(sendBytes, sendBytes.Length);// 把消息转换成字节流发送到服务端
            }
            byte[] over = Encoding.UTF8.GetBytes("stop");
            udpSender.Send(over, over.Length);
            Console.ReadLine();
        }
    }
}

如果要进行本地测试，只要将ip改为127.0.0.1

四、在树莓派上编写服务端

1、

树莓派上的服务端用python编写，因为配置会相对简单，而且好像C#在Linux上支持没有windows那么好，前期准备也更麻烦。
为了减少后续因为版本问题的麻烦
这里我先将默认的python版本更换为python3

sudo rm /usr/bin/python 
sudo ln -s /usr/bin/python3.6 /usr/bin/python 

2、
新建一个 test 文夹，并在该文件夹中新建 Server.py

cd ~
mkdir test
cd test
sudo vim Server.py

vim要自己安装哦
3、写入代码

# -*- coding: utf-8 -*-
from socket import *
udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
local_addr = ('', 5000)
udp_socket.bind(local_addr)
print("wait for conecting!")
while True:
    
    recv_data = udp_socket.recvfrom(1024)
    recv_result = recv_data[0].decode('utf-8')
    if recv_result == 'stop':
         print("over!")
         break
    print(recv_result)
udp_socket.close()

python2在备注（或者别的）里面出现中文的时候，是不能够运行的，运行的话会报错：

SyntaxError: Non-ASCII character ‘\xe7’ in file car-training.py on
line 7, but no encoding declared; see
http://python.org/dev/peps/pep-0263/ for details 此时只需要在文件开头加上一行代码即可：

# -*- coding: utf-8 -*-

一定记得关闭socket，通信是会占用资源的。
4、测试通信
先运行服务端

python3 server.py

然后运行客户端

消息发送成功

五、窗口程序实现消息发送

1、创建一个窗口工程

2、设计窗口

就是拖了一个textbox和一个按钮就完事了

3、修改窗口代码

using System;

using System.Text;

using System.Windows.Forms;
using System.Net.Sockets;


namespace WindowsFormsApplication3
{
     
    public partial class Form1 : Form
    {
     
        public Form1()
        {
     
            InitializeComponent();
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
     
            UdpClient udpSender = new UdpClient(0);
            udpSender.Connect("192.168.43.46", 5000);
            string message = textBox1.Text;
           
            byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(message);
            udpSender.Send(sendBytes, sendBytes.Length);
        }

    }
}

这里需要注意一下，点击button1的响应需要自己加上

在设计页面点击这个闪电，找到click,点击下拉列表，点击button_click就可以了。
根据vs版本不一样，有可能vs已经帮你响应好了，如果是就省略这一步，但是如果出问题，就记得排查这一步，看是否响应。

4、测试通信
先运行服务端
再运行客户端

输入stop发送，树莓派那边侦听结束

六、wireshark抓包

设置udp为筛选条件
找到这个包


可以看到目的mac，源mac，数据类型，ip包总长的具体信息

可以看到生命周期，udp 协议

源端口、目的端口、数据报长度、校验和

数据包长度为5字节

七、参考：

socket原理
python中文字符问题
使用vs为按钮添加后台点击事件