Работа с UDP-пакетами на языке C#

[teplofizik]

Вдруг понадобилось мне с компьютера отправлять пакеты ArtNet по сети. Желательно, чтобы это было просто, удобно и достаточно гибко. Для подобного рода задач (что-то сделать на компьютере) я в последнее время предпочитаю C#. Там дофига готовых проверенных библиотек и заниматься велосипедостроением не надо.

Вообще, отправить широковещательный UDP-пакет достаточно просто:

using System.Net;
using System.Net.Sockets;

class ArtNetNode
{
        private IPEndPoint BroadcastEndPoint;
	private UdpClient udpClient; // Сетевой интерфейс
	private int Port;

	
	public ArtNetNode()
        {
		// Стандартный порт ArtNet: 6454
		Port = 0x1936;

		// 2.255.255.255
		IPAddress Address = new IPAddress(0xffffff02);
		BroadcastEndPoint = new IPEndPoint(Address, Port);

		udpClient = new UdpClient(Port);

		udpClient.EnableBroadcast = true;

		udpClient.Client.SendTimeout = 100;
		udpClient.Client.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReuseAddress, true);
	}

	// Отправка пакета по широковещатльному адресу 2.255.255.255
	public Send(byte[] Data)
	{
		udpClient.Send(Data, Data.Length, BroadcastEndPoint);
	}
}

Но интересно не это, интереснее мне, как же удобнее представлять пакеты внутри кода? В языке Си есть структуры, которые могут задать расположение объектов в памяти. В C# ничего такого нет, и всю разборку на байты и их расположение надо выполнять вручную.
В идеале класс должен давать доступ к полям структуры, как для записи, так и для чтения. Пусть не всем, но самым важным, которые непременно будут раз от раза меняться.

Для первого опыта я выбрал достаточно простой пакет: ArtDMX.

typedef struct _ArtDmx
{
	char     ID[8];
	uint16_t OpCode;    // Тип пакета ARTNET_DMX = 0x5000
	uint8_t  ProtVerH;  // Версия протокола: 14.0
	uint8_t  ProtVer;
	uint8_t  Sequence;  // Для определения последовательности пакетов
	uint8_t  Physical;  // Физический порт устройства (только для информации)
	uint8_t  Net;
	uint8_t  Universe;  // Идентификатор потока
	uint8_t  LengthH;
	uint8_t  Length;    // Кличество передаваемых каналов (512)
	uint8_t  Data[512]; // 512 каналов с данными
} ArtDmx;

Принцип создания пакета дубовый: записываем в массив байт по нужным смещениям числа. Для удобства можно создать функции, которые бы записывали по смещению в массив строки заданной длины, массивы, числа разного размера (1, 2, 4 байт) и формата (Big/Little Endian).
Поля ID, OpCode, ProtVer (H), Length здесь будут всегда одними и теми же, потому можно их жёстко захардкодить в инициализации класса.

// побайтовое представление пакета
private byte[] Packet = new byte[11 + 512];

public ArtDMX()
{
	// Оформим заголовок

	// ID[8]
	Helper.WriteString(ref Packet, 0, "Art-Net", 8);
	// OpCode: 0x5000, Little Endian
	Helper.WriteUInt16(ref Packet, 8, Convert.ToInt16(OpCodes.OpDmx));
	// ProtVer: 00, 14, Big Endian
	Helper.WriteUInt16BE(ref Packet, 10, 0x000E);

	// Length: 512, Big Endian
	Helper.WriteUInt16BE(ref Packet, 16, 512);
}

Остальные поля можно представить уже в виде свойств класса, которые читают и записывают этот массив так, как надо:

public byte Net
{
	get { return Packet[15]; }
	set { Packet[15] = value; }
}

// Чтение и запись каналов данных
public byte[] Data
{
	get
	{
		byte[] DMX = new byte[512];
		Buffer.BlockCopy(Packet, 18, DMX, 0, 512);

		return DMX;
	}
	set
	{
		Buffer.BlockCopy(value, 0, Packet, 18, Math.Min(value.Length, 512));
	}
}

// Для работы с отдельными каналами
public byte this[int index]

{
	get { return ((index >= 0) && (index < 512)) ? Packet[18 + index] : Convert.ToByte(0); }
	set
	{
		if ((index >= 0) && (index < 512))
		{
			Packet[18 + index] = value;
		}
	}
}

Получение пакета для внешнего кода:

public byte[] GetPacket()
{
	// если пакет меньше, то считать размер и выделять столько, сколько надо
	byte[] Data = new byte[Packet.Length];

	// Sequence - порядковый номер отправленного пакета, увеличим на 1
	Helper.WriteByte(ref Data, 12, Sequence++);

	// Копипастим массив
	Buffer.BlockCopy(Packet, 0, Data, 0, Packet.Length);

	return Data;
}

Для внешнего кода работа с полями будет такой же, как и в Си:

ArtDMX DMX = new ArtDMX();

DMX.Universe = 0x01; // subnet 0, universe 1.

// Пила на 239 канале (в DMX номера каналов начинаются с 1, в коде же с 0)
{
	DMX[238]++;

	byte[] Packet = DMX.GetPacket();
	udpClient.Send(Packet, Packet.Length, BroadcastEndPoint);
}

Добавление конструктора класса, принимающего сырой пакет (и копирущего этот пакет во внутренний буфер), без каких-либо ещё лишних телодвижений позволит читать его содержимое через такие удобные свойствочки.

Внизу предложены мои варианты исходников, использовать просто:
private ArtNet.ArtNetNode Node = new ArtNet.ArtNetNode();
Node.Start();

В итоге в сети появится поток 0-0, в котором на 239 канале будет пила. Выбор канала объясняется просто: тут стоит башка, у которой стартовый адрес 239. И при запуске программы она начинает крутиться вокруг вертикальной оси. Для просмотра потоков ArtNet можно воспользоваться программой DMX Workshop.

Файлы:
ArtNetNode.cs
ArtDMX.cs
OpCodes.cs
Helper.cs

П.С. Я язык C# знаю весьма посредственно, потому может существовать 100500 куда как лучших решений оной проблемы, просто я о них пока не знаю.