基于C#的以太网通讯实现：TcpClient异步通讯详解
在现代工业控制和物联网应用中，以太网通讯是一种常见的数据传输方式。本文将介绍如何使用C#实现基于TCP协议的以太网通讯，并通过异步编程提高通讯效率。我们将使用TcpClient类来实现客户端与服务器的连接、数据发送和接收，并详细讲解关键技术点。

1. 概述

以太网通讯基于TCP/IP协议，是一种可靠的、面向连接的通讯方式。在C#中，System.Net.Sockets.TcpClient类提供了对TCP协议的支持，可以方便地实现客户端与服务器之间的通讯。本文将使用异步编程模型（APM）来处理连接、发送和接收数据，以提高程序的响应性和性能。

2. 关键技术点

2.1 TcpClient类

TcpClient是C#中用于实现TCP客户端通讯的核心类。它封装了底层的Socket操作，提供了简单易用的接口。

2.2 数据缓冲区

在通讯过程中，数据通过字节数组（byte[]）进行传输。合理设置缓冲区大小可以提高数据传输效率。

2.3 连接超时处理

在网络通讯中，连接超时是一个常见问题。通过设置超时时间，可以避免程序长时间等待无响应的服务器。

3. 代码实现

以下是基于TcpClient的异步通讯实现代码，关键技术点已标识。

3.1 TcpClientAsyncTool类

    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>/// 连接服务器/// </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));//设置连接超时时间为2秒tcpClient.EndConnect(asyncResult);result = true;isConnected = result;}catch (Exception ex){errorMsg = ex.Message;}return result;}/// <summary>/// 断开连接/// </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>/// 发送数据/// </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>/// 接收数据/// </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类的示例代码，展示了如何连接服务器、发送和接收数据。

3.2.1 socket连接，端口号10010

    tcpClient1 = new TcpConnect.TcpClientAsyncTool(controlBoxWithID1.IP, 10010); // 初始化TcpClienttasks.Add(Task.Run(async () =>{if (tcpClient1.Connect(action, out errorMsg)) // 连接服务器{isConnected1 = true;await Task.Run(new Action(ReaceiveData)); // 启动数据接收任务}}));

3.2.2 数据接收

提前声明：TcpConnect.TcpClientAsyncTool tcpClient1; TcpClient客户端1

private void ReaceiveData()
{while (true){try{bool result = false;string errorMsg = string.Empty;byte[] readReadBytes = tcpClient1.ReceiveData(out result, out errorMsg); // 接收数据if (readReadBytes != null){//处理接收数据信息readReadBytes }}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"Failed to connect to power supply: {ex.Message}"); // 捕获异常并输出错误信息}if (isConnected1 == false){break; // 如果连接断开，退出循环}}
}

3.2.2 数据发送

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

4. 关键技术解析

4.1 异步连接

通过BeginConnect和EndConnect方法实现异步连接，避免了主线程阻塞。使用AsyncWaitHandle.WaitOne设置超时时间，防止连接无响应的服务器。

4.2 异步发送和接收数据

使用BeginWrite/EndWrite和BeginRead/EndRead实现异步数据发送和接收，确保通讯过程不会阻塞主线程。

4.3 数据缓冲区

通过byte[]数组作为数据缓冲区，接收到的数据会被存储在该数组中。合理设置缓冲区大小可以提高数据传输效率。

4.4 连接状态管理
通过isConnected变量管理连接状态，确保在连接断开时及时停止数据接收任务。

5. 总结

本文介绍了如何使用C#实现基于TCP协议的以太网通讯，并通过异步编程模型提高了通讯效率。关键技术点包括TcpClient的使用、异步编程模型、数据缓冲区和连接超时处理。通过本文的代码示例，您可以快速实现一个可靠的以太网通讯客户端。

希望这篇文章对您有所帮助！如果有任何问题，欢迎在评论区留言讨论。