C# 上位机UDP/TCP连接外部设备

连接方式：PC与外部设备使用网线连接同一个路由器，此时路由器通过DHCP给双方分配同网段的IP；

目标：通过UPD探测外部连接设备，获取外部设备的IP，再根据IP建立TCP链接；

一、UDP探测外部设备

UDP(无连接协议)与TCP(三次握手连接状态)不同，UDP的通信双方平等，没有服务端、客户端之分，且UDP通信可以广播，而TCP作为点对点协议，必须先建立连接，因此先用UDP广播获取外部设备IP。

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IPEndPoint point = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0); // 监听本机网卡的所有IP地址，设置自身的端口为0
using UdpClient client = new(point) { EnableBroadcast = true }; // 创建UdpClient对象，EnableBroadcast 给所有IP都发信息
byte[] request = Encoding.UTF8.GetBytes("自行定义的字符串");
IPAddress target = IPAddress.Broadcast;
await client.SendAsync(request.AsMemory(), new IPEndPoint(target, port));  // 发送双方约定的信息，port为已知的外部设备端口，外部设备不需要知道这边的端口是什么

while(!cancelToken.IsCanceled)
{
    UdpReceiveResult reply = await client.ReceiveAsync();
    // 解析reply.Buffer，获取外部设备的IP和Name
}

二、TCP连接

外部设备作为TCP的服务端(TcpListener)，已固定ip和端口，由上位机作为客户端发送连接请求。

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TcpClient client = new TcpClient();
client.ConnectAsync(ip, port, token);  // ip为IPAddress对象，由UDP读出来后创建的，port为已经约定好的外部设备端口

连接方式：PC与外部设备通过网线直连，此时PC端需调整IP，让自身与外部设备在同一网段下；

目标：上位机读取自身网卡信息，按照已知的外部设备IP，修正网卡自身IP，实现同一网段，再建立TCP连接；

一、获取本机网卡对象

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- NetworkInterface interface = NetworkInterface.GetAllNetworkInferfaces()  // 获取当前操作系统检测到的所有网络接口
                                               .Where(t => t.NetworkInterfaceType == NetworkInterfaceType.Ethernet &&  // 仅选择物理网卡，筛选掉回环地址、虚拟网卡、WIFI等
                                                           t.OperationalStatus == OperationalStatus.Up &&  // 仅选择已成功链接的网卡
                                                           !t.Name.Contains("Npcap", StringComparision.OrdinalIgnoreCase) &&  // 筛选掉虚拟网卡
                                                           !t.Name.Contains("Loopback", StringComparision.OrdinalIgnoreCase) &&  // 再筛一次回环地址
                                                           t.GetIPProperties().UnicastAddresses.Any(p => p.Address.AddressFamily == AddressFamily.InterNetwork)).// 只要InterNetwork IPV4；GetIPProperties：获取该网络接口的属性，包含网关、DHCP信息；UnicastAddresses：包含所有的单播地址信息，同时包含IPV4、IPV6(AddressFamily.InterNetworkV6)
                                                           FirstOrDefault();  

                                                           // DHCP 动态主机配置协议：网络设备自动获取IP、子网掩码、网关等信息；

二、修改本机IP

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string[] parts = targetIp.Split['.'];  // targetIp为已知的外部设备IP
string clientIp = $"{parts[0]}.{parts[1]}.{parts[2]}.{100}";  // clientIp为上位机(Tcp客户端)的新IP，100那里自行添加自增逻辑什么的

// Windows
ProcessStartInfo info = new("netsh", $"interface ip set address \"{interface.Name}\" static {clientIp} 255.255.255.0")
{
    UseShellExecute = true,  // 修改IP需要管理员权限，UseShellExecute可以获得UAC提权，即临时获取管理员权限
    Verb = "runas",  // 弹窗提示是否给权限
    CreateNoWindow = true  // 后台运行
};

using Process process = Process.Start(info);
await process.WaitForExitAsync();
var errorCode = process.ExitCode;  // errorCode为0就是成功

// 后续恢复DHCP自动分配IP：netsh interface ip set address \"{interface.Name}\" dhcp

// Linux
ProcessStartInfo info = new("ip", $"addr replace {clientIp}/24 dev {interface.Name} ")  // 24为子网掩码长度
{
    RedirectStandardOutput = true,  // Process信息重定向到输出
    RedirectStandardError = true  // Process信息重定向到错误
};

using Process process = Process.Start(info);
await process.WaitForExitAsync();
var errorCode = process.ExitCode;

// 后续恢复DHCP自动分配IP：ip addr flash dev {interface.Name}

三、建立TCP连接

同上；