深入浅出PingUDP

一、PingUDP端口探究

UDP（User Datagram Protocol 用户数据报协议）是不可靠的传输层协议，它不保证数据传输的可靠性和有序性，但具有较小的数据包头开销、高效率、快速传输等特点。而PingUDP利用UDP传输ICMP报文实现了类似Ping的功能，但是在使用中也会出现交互性问题，其中一个常见问题就是端口不正确。

在PingUDP发送ICMP报文时，需要指定目的端口，否则将无法接收到响应，因此我们需要明确PingUDP所使用的默认端口号，或者自行指定端口号来保证正确的通信。

using System.Net.Sockets;
public class PingUDPClient
{
    private readonly UdpClient _udpClient;

    public PingUDPClient(int port = 0)
    {
        _udpClient = new UdpClient(port);
    }

    // ...
}

二、PingUDP端口号的选择

在实际使用PingUDP时，我们可能需要根据具体的场景自行选择合适的端口号，以避免端口冲突或其他问题。但并不是所有的端口号都适用于PingUDP。

首先，需要考虑到端口号的非系统预留性，例如1024以下的端口号通常都被系统占用，而且应用程序必须拥有管理员权限才能够使用。其次，还应该注意到安全性问题，使用常见的端口号（如80, 443, 21等）可能会被恶意软件攻击，因此需要使用不易被扫描的、较为随机的端口号。

using System.Net.Sockets;
public class PingUDPClient
{
    private readonly UdpClient _udpClient;

    public PingUDPClient(int port = 0)
    {
        // 可以使用一个随机的端口号
        if (port == 0) 
        {
            var random = new Random();
            byte[] buffer = new byte[2];
            random.NextBytes(buffer);
            port = (buffer[0] << 8) + buffer[1];
        }

        _udpClient = new UdpClient(port);
    }

    // ...
}

三、PingUDP的包头和数据

UDP报文不仅仅包含了数据的内容，还包含了报文的首部。在PingUDP中，报文的首部包含了类型、代码、校验和等信息，且与Ping不同的是，PingUDP将这些信息放在了数据部分。

具体而言，PingUDP的报文结构如下：

 0               1               2               3         
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|     Type      |     Code      |          Checksum             |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|             Identifier          |           Sequence Number    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                            Data (200 Bytes Max)               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

其中，Type占一个字节，表示消息类型。Code也占一个字节，表示消息的子类型。Checksum占用两个字节，表示整个报文的校验和。Identifier占用两个字节，Sequence Number占用两个字节，都是为了确定每个PingUDP包的唯一性。而Data最多只有200字节，用于传递不同的测试数据。

using System.Net.Sockets;
public class PingUDPClient
{
    private readonly UdpClient _udpClient;

    public PingUDPClient(int port = 0)
    {
        // ...
    }

    public byte[] SendPing(string hostNameOrAddress, int timeout = 5000)
    {
        IPAddress ipAddress;

        try
        {
            ipAddress = Dns.GetHostAddresses(hostNameOrAddress)[0];
        }
        catch (Exception ex)
        {
            throw new Exception("解析主机名或IP地址失败：", ex);
        }

        var pingData = new byte[200];

        // 填充数据部分
        new Random().NextBytes(pingData);

        // 填充头部
        pingData[0] = 8; // Echo Request
        pingData[1] = 0; // Subcode

        var checksum = Checksum(pingData);
        pingData[2] = (byte)(checksum >> 8); // 高位字节
        pingData[3] = (byte)checksum; // 低位字节

        // ...

        return null;
    }

    private ushort Checksum(byte[] buffer)
    {
        // ...
    }
}

四、PingUDP的超时处理方式

PingUDP的超时处理方式与Ping类似，都需要设置一个等待时间。但是PingUDP要比Ping更为灵活，因为它可以通过网络中的路由器设备分散流量，从而避免网络拥塞和丢包问题。在PingUDP中，我们可以通过设置TTL（Time To Live）和Don’t Fragment（DF）来控制流量。

具体而言，TTL表示生存时间，每经过一个路由器，TTL值就会减1，当TTL值为0时，路由器会把报文丢弃。Don’t Fragment表示不要分片，如果报文长度超出了所经过的某个路由器的MTU（Maximum Transmission Unit），该路由器会将报文拆分成几个小片进行传输，但是设置了该标志后，路由器就会丢弃该报文。

using System.Net.Sockets;
public class PingUDPClient
{
    // ...

    public byte[] SendPing(string hostNameOrAddress, int timeout = 5000)
    {
        // ...

        _udpClient.Send(pingData, pingData.Length, new IPEndPoint(ipAddress, 0));

        var startTime = Environment.TickCount;

        var receivedData = _udpClient.Receive(ref ipAddress, ref port);

        var roundTripTime = Environment.TickCount - startTime;

        // ...

        return null;
    }
}