C# | 实现QUIC协议的客户端与服务端

时间：2021-10-01 01:14:10

C# 实现QUIC协议的客户端与服务端

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QUIC协议

QUIC（Quick UDP Internet Connections）是一种基于UDP协议的可靠、安全、高效的传输协议，由Google开发。它是HTTP/3协议的基础，并被视为未来互联网传输层协议的重要候选者之一。

QUIC对比TCP

与TCP不同，QUIC协议使用多路复用（Multiplexing）技术，可以在一个连接上同时传输多个数据流，这些数据流可以独立于彼此进行流量控制和拥塞控制，从而提高了传输效率。此外，QUIC协议还支持零RTT握手，即在第一次连接时就可以发送数据，进一步减少了延迟。

可靠性与安全性

QUIC协议提供了可靠的数据传输，包括数据包重传、数据包丢失恢复等机制，可以在不牺牲效率的前提下保证数据的可靠性。

QUIC协议还具有安全性强的特点，采用了TLS1.3协议，支持加密和身份验证，可以有效防止中间人攻击和数据泄露。

QUIC协议的特点

可靠性：提供可靠的数据传输机制，保证数据的完整性和正确性。
高效性：采用多路复用技术和零RTT握手，提高了传输效率和性能。
安全性：采用了TLS1.3协议，支持加密和身份验证，防止中间人攻击和数据泄露。
灵活性：QUIC协议可以运行在不同的网络环境和应用场景中，并支持可扩展的应用层协议。

技术前景

QUIC协议已经得到了广泛的应用和推广。在Chrome、Firefox、Edge等浏览器中，已经支持QUIC协议，很多网站也开始采用QUIC协议进行数据传输。同时，很多公司和组织也在开发基于QUIC协议的自己的应用程序。

示例代码

服务端

可以使用Microsoft的AspNetCore.Quic库来建立QUIC服务端。

需要添加对以下命名空间的引用：
Microsoft.AspNetCore.Connections Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Transport.Quic

需要在项目中安装的包：
Microsoft.AspNetCore.Quic

以下是示例代码：

using System;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Connections;
using Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Core;
using Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Transport.Quic;

public class QuicServer
{
    public async Task StartAsync()
    {
        var endpoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 12345); // 监听IP地址和端口号
        var quicOptions = new QuicTransportOptions(); // 创建QUIC传输选项
        var quicListener = new QuicTransportFactory(quicOptions).Create(endpoint); // 创建QUIC监听器

        var kestrelOptions = new KestrelServerOptions(); // 创建Kestrel选项
        kestrelOptions.Listen(quicListener, builder => builder.UseConnectionHandler<QuicServerHandler>()); // 将QUIC监听器添加到Kestrel中

        var server = new KestrelServer(kestrelOptions); // 创建Kestrel服务器

        await server.StartAsync(new QuicServerHandler()); // 启动服务器
    }
}

public class QuicServerHandler : ConnectionHandler
{
    public override async Task OnConnectedAsync(ConnectionContext connection)
    {
        Console.WriteLine($"New connection from {connection.RemoteEndPoint}");

        while (true)
        {
            var result = await connection.Transport.Input.ReadAsync();
            var buffer = result.Buffer;

            try
            {
                if (buffer.IsEmpty && result.IsCompleted)
                {
                    break;
                }

                foreach (var segment in buffer)
                {
                    var message = Encoding.ASCII.GetString(segment.Span);
                    Console.WriteLine($"Received message: {message}");
                }
            }
            finally
            {
                connection.Transport.Input.AdvanceTo(buffer.End);
            }
        }
    }
}

在上面的示例中，首先创建了一个QUIC监听器，然后将其添加到Kestrel选项中。接下来，创建了一个Kestrel服务器，并启动了服务器。在服务器中，实现了一个自定义的ConnectionHandler来处理连接。在连接处理程序中，使用Input属性从传输层读取数据，并将读取到的数据转换为字符串。

注意: 这里使用了异步方法，因为QUIC是基于异步的。

客户端

可以使用Microsoft的AspNetCore.Quic库来编写QUIC客户端。

需要添加对以下命名空间的引用：
Microsoft.AspNetCore.Connections Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Transport.Quic

需要在项目中安装的包：
Microsoft.AspNetCore.Quic

示例代码如下：

using System;
using System.Net;
using System.Threading.Tasks;
using Microsoft.AspNetCore.Connections;
using Microsoft.AspNetCore.Server.Kestrel.Transport.Quic;

public class QuicClient
{
    public async Task SendAsync(string message)
    {
        var endpoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 12345); // 远程服务器的IP地址和端口号
        var quicOptions = new QuicClientConnectionOptions(); // 创建QUIC客户端连接选项
        var quicConnection = new QuicConnection(new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0), endpoint, quicOptions); // 创建QUIC连接

        try
        {
            await quicConnection.ConnectAsync(); // 连接到服务器

            var connection = await quicConnection.CreateConnectionContextAsync(); // 创建连接上下文

            var buffer = Encoding.ASCII.GetBytes(message); // 将字符串转换为字节数组
            await connection.Transport.Output.WriteAsync(buffer); // 将字节数组写入传输层

            await connection.Transport.Output.CompleteAsync(); // 关闭传输层输出流
        }
        finally
        {
            await quicConnection.CloseAsync(QuicConnectionCloseReason.NoError); // 关闭QUIC连接
        }
    }
}

在上面的示例中，首先创建了一个QUIC连接，然后连接到远程服务器。
接下来，使用CreateConnectionContextAsync方法创建了一个连接上下文，并将消息写入传输层的输出流。
最后，关闭传输层输出流和QUIC连接。

注意: 这里使用了异步方法，因为QUIC是基于异步的。

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