基于C#的以太網通訊實現：TcpClient異步通訊詳解
在現代工業控制和物聯網應用中，以太網通訊是一種常見的數據傳輸方式。本文將介紹如何使用C#實現基于TCP協議的以太網通訊，并通過異步編程提高通訊效率。我們將使用TcpClient類來實現客戶端與服務器的連接、數據發送和接收，并詳細講解關鍵技術點。

1. 概述

以太網通訊基于TCP/IP協議，是一種可靠的、面向連接的通訊方式。在C#中，System.Net.Sockets.TcpClient類提供了對TCP協議的支持，可以方便地實現客戶端與服務器之間的通訊。本文將使用異步編程模型（APM）來處理連接、發送和接收數據，以提高程序的響應性和性能。

2. 關鍵技術點

2.1 TcpClient類

TcpClient是C#中用于實現TCP客戶端通訊的核心類。它封裝了底層的Socket操作，提供了簡單易用的接口。

2.2 數據緩沖區

在通訊過程中，數據通過字節數組（byte[]）進行傳輸。合理設置緩沖區大小可以提高數據傳輸效率。

2.3 連接超時處理

在網絡通訊中，連接超時是一個常見問題。通過設置超時時間，可以避免程序長時間等待無響應的服務器。

3. 代碼實現

以下是基于TcpClient的異步通訊實現代碼，關鍵技術點已標識。

3.1 TcpClientAsyncTool類

    public class TcpClientAsyncTool{TcpClient tcpClient;public bool isConnected = false;IPAddress iPAddress;int port;int connectTimeout;byte[] receiveBuffer = new byte[1024];public TcpClientAsyncTool(string ip, int port, int connectTimeout = 2000){tcpClient = new TcpClient();this.iPAddress = IPAddress.Parse(ip);this.port = port;this.connectTimeout = connectTimeout;}/// <summary>/// 連接服務器/// </summary>/// <param name="errorMsg"></param>/// <returns></returns>public bool Connect(Action connectDelegate, out string errorMsg){bool result = false;errorMsg = string.Empty;try{IAsyncResult asyncResult = tcpClient.BeginConnect(iPAddress, port, null, null);connectDelegate();bool success = asyncResult.AsyncWaitHandle.WaitOne(TimeSpan.FromMilliseconds(connectTimeout));//設置連接超時時間為2秒tcpClient.EndConnect(asyncResult);result = true;isConnected = result;}catch (Exception ex){errorMsg = ex.Message;}return result;}/// <summary>/// 斷開連接/// </summary>/// <param name="errorMsg"></param>/// <returns></returns>public bool DisConnect(out string errorMsg){bool result = false;errorMsg = string.Empty;try{tcpClient.Close();isConnected = result;}catch (Exception ex){errorMsg = ex.Message;}return result;}/// <summary>/// 發送數據/// </summary>/// <param name="bytes"></param>/// <param name="errorMsg"></param>/// <returns></returns>public bool SendData(byte[] sendBytes, out string errorMsg){bool result = false;errorMsg = string.Empty;try{NetworkStream networkStream = tcpClient.GetStream();IAsyncResult asyncResult = networkStream.BeginWrite(sendBytes, 0, sendBytes.Length, null, null);networkStream.EndWrite(asyncResult);result = true;}catch (Exception ex){errorMsg = ex.Message + ex.StackTrace;}return result;}/// <summary>/// 接收數據/// </summary>/// <param name="result"></param>/// <param name="errorMsg"></param>/// <returns></returns>public byte[] ReceiveData(out bool result, out string errorMsg){result = false;errorMsg = string.Empty;byte[] readByteArray = null;try{NetworkStream networkStream = tcpClient.GetStream();IAsyncResult iAsyncResult = networkStream.BeginRead(receiveBuffer, 0, receiveBuffer.Length, null, null);int readBytes = networkStream.EndRead(iAsyncResult);readByteArray = new byte[readBytes];Array.Copy(receiveBuffer, readByteArray, readBytes);result = true;}catch (Exception ex){errorMsg = ex.Message + ex.StackTrace;}return readByteArray;}}

3.2 使用示例

以下是使用TcpClientAsyncTool類的示例代碼，展示了如何連接服務器、發送和接收數據。

3.2.1 socket連接，端口號10010

    tcpClient1 = new TcpConnect.TcpClientAsyncTool(controlBoxWithID1.IP, 10010); // 初始化TcpClienttasks.Add(Task.Run(async () =>{if (tcpClient1.Connect(action, out errorMsg)) // 連接服務器{isConnected1 = true;await Task.Run(new Action(ReaceiveData)); // 啟動數據接收任務}}));

3.2.2 數據接收

提前聲明：TcpConnect.TcpClientAsyncTool tcpClient1; TcpClient客戶端1

private void ReaceiveData()
{while (true){try{bool result = false;string errorMsg = string.Empty;byte[] readReadBytes = tcpClient1.ReceiveData(out result, out errorMsg); // 接收數據if (readReadBytes != null){//處理接收數據信息readReadBytes }}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"Failed to connect to power supply: {ex.Message}"); // 捕獲異常并輸出錯誤信息}if (isConnected1 == false){break; // 如果連接斷開，退出循環}}
}

3.2.2 數據發送

        public void SendData1(byte[] message){string errorMsg = string.Empty;if (isConnected1){tcpClient1.SendData(message, out errorMsg);}}

4. 關鍵技術解析

4.1 異步連接

通過BeginConnect和EndConnect方法實現異步連接，避免了主線程阻塞。使用AsyncWaitHandle.WaitOne設置超時時間，防止連接無響應的服務器。

4.2 異步發送和接收數據

使用BeginWrite/EndWrite和BeginRead/EndRead實現異步數據發送和接收，確保通訊過程不會阻塞主線程。

4.3 數據緩沖區

通過byte[]數組作為數據緩沖區，接收到的數據會被存儲在該數組中。合理設置緩沖區大小可以提高數據傳輸效率。

4.4 連接狀態管理
通過isConnected變量管理連接狀態，確保在連接斷開時及時停止數據接收任務。

5. 總結

本文介紹了如何使用C#實現基于TCP協議的以太網通訊，并通過異步編程模型提高了通訊效率。關鍵技術點包括TcpClient的使用、異步編程模型、數據緩沖區和連接超時處理。通過本文的代碼示例，您可以快速實現一個可靠的以太網通訊客戶端。

希望這篇文章對您有所幫助！如果有任何問題，歡迎在評論區留言討論。