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= C#网络编程概述 =

'''C#网络编程'''是指使用C#语言进行计算机网络通信的开发技术，它允许应用程序通过网络协议（如TCP/IP、HTTP等）与其他设备或服务交换数据。本概述将介绍C#网络编程的核心概念、常用类库及实际应用场景。

== 核心概念 ==

C#网络编程主要基于以下两个核心协议：

=== 1. TCP（传输控制协议） ===
TCP是一种面向连接的协议，提供可靠的数据传输。它确保数据按顺序到达且无丢失，适用于需要高可靠性的场景（如文件传输、数据库连接）。

=== 2. UDP（用户数据报协议） ===
UDP是无连接的协议，不保证数据包的顺序或可靠性，但具有低延迟特性，适用于实时应用（如视频流、在线游戏）。

== .NET中的网络编程类库 ==

C#通过.NET类库提供丰富的网络编程支持，主要命名空间包括：
* <code>System.Net</code>：基础网络功能（如DNS解析）
* <code>System.Net.Sockets</code>：TCP/UDP套接字编程
* <code>System.Net.Http</code>：HTTP客户端功能

=== TCP示例：简易服务器与客户端 ===

以下是一个使用TCP协议的简易服务器和客户端实现：

<syntaxhighlight lang="csharp">
// 服务器端代码
using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class TCPServer
{
    static void Main()
    {
        TcpListener server = new TcpListener(IPAddress.Any, 8080);
        server.Start();
        Console.WriteLine("服务器已启动，等待连接...");

        TcpClient client = server.AcceptTcpClient();
        Console.WriteLine("客户端已连接");

        NetworkStream stream = client.GetStream();
        byte[] buffer = new byte[1024];
        int bytesRead = stream.Read(buffer, 0, buffer.Length);
        string message = Encoding.ASCII.GetString(buffer, 0, bytesRead);
        Console.WriteLine($"收到消息: {message}");

        string response = "消息已接收";
        byte[] data = Encoding.ASCII.GetBytes(response);
        stream.Write(data, 0, data.Length);

        client.Close();
        server.Stop();
    }
}
</syntaxhighlight>

<syntaxhighlight lang="csharp">
// 客户端代码
using System;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class TCPClient
{
    static void Main()
    {
        TcpClient client = new TcpClient("127.0.0.1", 8080);
        Console.WriteLine("已连接到服务器");

        NetworkStream stream = client.GetStream();
        string message = "Hello, Server!";
        byte[] data = Encoding.ASCII.GetBytes(message);
        stream.Write(data, 0, data.Length);
        Console.WriteLine($"发送消息: {message}");

        byte[] buffer = new byte[1024];
        int bytesRead = stream.Read(buffer, 0, buffer.Length);
        string response = Encoding.ASCII.GetString(buffer, 0, bytesRead);
        Console.WriteLine($"服务器响应: {response}");

        client.Close();
    }
}
</syntaxhighlight>

'''输出示例：'''
<pre>
服务器输出：
服务器已启动，等待连接...
客户端已连接
收到消息: Hello, Server!

客户端输出：
已连接到服务器
发送消息: Hello, Server!
服务器响应: 消息已接收
</pre>

=== UDP示例：简单数据报通信 ===

<syntaxhighlight lang="csharp">
// UDP发送端
using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class UDPSender
{
    static void Main()
    {
        UdpClient sender = new UdpClient();
        IPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 8081);

        string message = "UDP测试消息";
        byte[] data = Encoding.ASCII.GetBytes(message);
        sender.Send(data, data.Length, endPoint);
        Console.WriteLine($"已发送UDP消息: {message}");

        sender.Close();
    }
}
</syntaxhighlight>

<syntaxhighlight lang="csharp">
// UDP接收端
using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;

class UDPReceiver
{
    static void Main()
    {
        UdpClient receiver = new UdpClient(8081);
        IPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);

        byte[] data = receiver.Receive(ref endPoint);
        string message = Encoding.ASCII.GetString(data);
        Console.WriteLine($"收到来自 {endPoint} 的消息: {message}");

        receiver.Close();
    }
}
</syntaxhighlight>

== 网络通信流程 ==

<mermaid>
sequenceDiagram
    participant Client
    participant Server
    Client->>Server: SYN (同步序列号)
    Server->>Client: SYN-ACK (确认+同步)
    Client->>Server: ACK (确认)
    Note right of Server: TCP三次握手完成
    Client->>Server: 数据请求
    Server->>Client: 数据响应
    Client->>Server: FIN (结束连接)
    Server->>Client: ACK (确认)
    Server->>Client: FIN (结束连接)
    Client->>Server: ACK (确认)
    Note right of Server: TCP四次挥手完成
</mermaid>

== 实际应用场景 ==

1. '''即时通讯应用'''：使用TCP协议保证消息可靠传输
2. '''在线游戏'''：UDP协议用于实时位置同步
3. '''物联网(IoT)'''：设备通过HTTP/REST API与云端通信
4. '''文件传输工具'''：TCP协议确保文件完整性
5. '''远程监控系统'''：结合TCP/UDP实现命令控制和视频流传输

== 高级主题 ==

对于进阶开发者，可进一步探索：
* 异步网络编程（<code>async/await</code>模式）
* 网络安全（SSL/TLS加密）
* 协议设计（自定义二进制协议）
* 高性能网络（SocketAsyncEventArgs）
* WebSocket实时通信

== 性能考量 ==

网络编程需注意以下性能因素：
* 带宽消耗
* 延迟（Latency）
* 吞吐量（Throughput）
* 并发连接数
* 资源占用（CPU/内存）

数学上，网络吞吐量可表示为：
<math>
Throughput = \frac{TransferSize}{TransferTime}
</math>

== 总结 ==

C#网络编程是构建现代分布式应用的基础技能。通过.NET提供的丰富类库，开发者可以轻松实现从简单的客户端-服务器通信到复杂的分布式系统。初学者应从TCP/UDP基础开始，逐步掌握异步编程和协议设计等高级主题。

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