VB.NET(VB2022)でTCPクライアント(非同期)を実装

こんにちは、ENGかぴです。

VB.NET（Visual Basic 2022）のデスクトップアプリでTCP通信の接続要求を行うTCPクライアントを非同期処理で行う方法を紹介します。非同期受信のため接続待機や受信待機時にアプリが固まることなく他の処理が行えます。

以下はVisual Basic 2022をVB2022とします。外部機器には下記記事のArduino UNO（以下Arduinoとする）を使用しています。

ArduinoのEthernetライブラリでLAN通信する

TCPクライアントからArduinoにTCP通信接続を要求し、文字列の送信と応答を確認します。VB.NET（VB2022）のデスクトップアプリで動作確認したことを下記リンクにまとめています。

VB.NET（VB2022）のデスクトップアプリ開発でできること

TCPクライアントの動作を確認するアプリ
TCP通信を行う方法
動作確認（デバッグ）
ソースコード全体
関連リンク

TCPクライアントの動作を確認するアプリ

TCP通信を行う接続先のIPアドレスとポートを入力して「接続」ボタンをクリックするとTCP通信の接続を行い、「送信」ボタンで横のテキストボックスに入力した文字列を送信します。

接続先からパケットを受信すると受信したパケットデータをテキストボックスに表示して確認できるようにします。

コントロールの実装

各種コントロールの追加方法を下記記事にまとめています。本記事でも同様のコントロールを流用して使用します。

VB.NET(VB2022)のUDP通信を非同期処理で行う方法

ツールボックスからコントロールを追加し、一部のプロパティを変更します。コントロールの名称はイラストの通りの番号の配置とします。

変数の宣言

アプリで共通する変数を宣言する場合はフォームクラス内で変数を宣言する必要があります。VBの場合はDimでメモリに変数を割り当てます。

Imports System.Net
Imports System.Net.NetworkInformation
Imports System.Net.Sockets
Imports System.Text

Public Class Form1
    Dim ClientTCP As TcpClient
End Class

Form1クラス直前でインポート（Imports）しているものはネームスペースを使用する意味です。7行目のTcpClientはSystem.Net.SocketsネームスペースのTcpClientクラスでインスタンス化する宣言になります。インポートしない場合はSystem.Net.Socketsと記述する必要がありますが、名前の簡素化に従って省略するとネームスペースが自動で追加されます。

例ではアプリ全体で使用するTcpClientをインスタンス化しています。クラス内で宣言した場合はアプリを終了しない限りメモリを割り当てた状態になります。TcpClientはTCP接続やTCPパケットの送受信に使用します。

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イベントの追加

コントロールに対してイベントを追加します。エディターを選択している状態でF7を押すか、右クリックで表示されるメニュー「コードの表示(C)」を選択するとコードの編集画面(Form1.vb)に遷移します。次のイベントを追加します。

フォームを呼び出したときに一度だけ処理するLoadイベント
Button1～3をクリックしたときに呼び出すClickイベント（TCP接続はTCP通信を行う方法参照）
ComboBox1で選択したインデックス番号を取得するSelectedIndexChangedイベント
ComboBox1をクリックしたときに呼び出すMouseClickイベント

１～3のイベントはフォームをダブルクリックすると追加されます。4のイベントはコードエディターで追加します。イベントの処理の内容はソースコード全体を確認してください。

コントロール選択でComboBox1を選択します。コントロール選択の横にあるイベント一覧からMouseClickを選択するとイベントが追加できます。イベントを選択すると自動でイベントの追加されます。

Private Sub ComboBox1_MouseClick(sender As Object, e As EventArgs) Handles ComboBox1.MouseClick
    ComboBoxInit()
End Sub

自動生成されたサブルーチンの後方にHandles ComboBox1.MouseClickのように記述されている部分がイベントの発生要因になります。生成したイベントのサブルーチンに処理を追加します。例ではComboBoxを初期化する処理を追加しています。

TCP通信を行う方法

TCP通信はパソコンのクライアントからArduinoのサーバーに対して接続要求を出し、接続の応答を受けるとTCPパケットの双方向通信ができるようになります。

TCP通信は接続先と1対1の双方向通信を行うため、UDP通信のように1対Nの通信は対応していませんが、プロトコルでパケットの再送や送信順番などを管理するためパケットを正確に伝送できるのが特徴です。

クライアントまたはサーバーが切断要求を出すと接続中のソケットを破棄する処理が進みますが、瞬時に破棄せずに一定期間ソケットを維持します。クライアントでTCP通信のポートを固定している場合は切断したソケットが完全に破棄されるまで次の接続ができなくなるため注意が必要です。

TCP接続を行う

System.Net.Socketsのネームスペースを使用します。TextBoxに入力したIPアドレスやポートを使用して接続先と接続を行います。Button1のクリックイベントに処理を追加します。

Private Sub Button1_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button1.Click

    If Button1.BackColor = Color.LightGreen Then
        remoteIp = TextBox1.Text & "." &
                   TextBox2.Text & "." &
                   TextBox3.Text & "." &
                   TextBox4.Text
        remotePort = TextBox5.Text

        Try
            ClientTCP = New TcpClient()
            ClientTCP.BeginConnect(remoteIp, remotePort, AddressOf ConnectCallback, ClientTCP)
            Timer1.Enabled = True
        Catch ex As Exception

        End Try
    End If
End Sub

remoteIpは接続先のIPアドレスの文字列の生成に使用します。「192.168.11.100」のような文字列を生成するため文字列の”＆”を使用して連結して生成しています。remotePortは接続先のポートの指定に使用します。

TcpClientクラスを初期化してインスタンス化します。インスタンス化したClientTcpを使用してTCP通信の管理を行います。引数に接続先のIPやポートを指定するとTCP接続が開始するため引数はしていません。

ローカルポートを指定する方法もありますが、TCP通信はプロトコルの仕様上切断してもソケット情報がしばらく破棄されずに残るためローカルポートを指定せず引数を指定しない方法が良い場合もあります。指定しない場合は空いたポートが自動で割り当てられます。

接続に失敗した時、アプリが強制終了しないようにTry Catch文で処理を行います。

BeginConnect()メソッドで非同期でTCP接続要求を出します。第1引数に接続先のIPアドレス、第2引数に接続先のポート番号を指定します。IPアドレスはホスト名を指定する方法もあります。

第3引数にコールバック関数を指定します。AddressOfで非同期でコールバックするAsyncCallback型のプロシージャ（サブルーチンを呼び出し可能にしたもの）を生成してサブルーチンを指定しています。

第4引数にTCP接続を管理しているオブジェクトを指定します。

非同期の接続要求なので接続待機中にアプリが固まることなく処理を行うことができます。

Private Sub ConnectCallback(AR As IAsyncResult)
    Try
       If ClientTCP.Connected Then
           Button1.BackColor = Color.LightBlue
           Button2.BackColor = Color.LightGreen
       End If
    Catch ex As Exception

    End Try
End Sub

接続処理が完了するとBeginConnet()メソッドで指定したコールバック関数に遷移します。接続に失敗している場合があるためConnectedプロパティで接続中であるかを確認して接続状態を示すボタンの色を変更します。

TCPパケットを受信する

TCP接続するとTCPパケットの双方向通信ができるようになります。TCPパケットのデータを取得はタイマのインターバルの100ms毎にGetStream()のBeginRead()メソッドを使用して行います。

Private Sub Timer1_Tick(sender As Object, e As EventArgs) Handles Timer1.Tick

    If ClientTCP.Client IsNot Nothing Then
        Try
            If ClientTCP.Connected Then
                If ClientTCP.Available Then
                    ReDim getByte(ClientTCP.Available - 1)
                    ClientTCP.GetStream().BeginRead(getByte, 0, ClientTCP.Available, AddressOf ReceiveCallback, ClientTCP)
                End If
            End If
        Catch ex As Exception

        End Try
    End If
End Sub

クライアントがインスタンス化されておりTCP接続中であれば読み取り可能なパケットが存在するかをAvailableプロパティで確認します。パケットが存在する場合、GetStream()のBeginRead()メソッドでデータを読み取ります。

BeginRead()メソッドは第1引数に読み取ったデータを格納する配列を指定します。第2引数は読み取り開始の位置を指定します。例では全てのデータを取得するため0を指定しています。第3引数は読み取るデータのサイズを指定します。例ではAvailableで取得した読み取り可能なデータ数を指定しています。

第4引数はコールバック関数を指定します。AddressOfで非同期でコールバックするAsyncCallback型のプロシージャ（サブルーチンを呼び出し可能にしたもの）を生成してサブルーチンを指定しています。

第5引数にTCP接続を管理するオブジェクトを指定します。

Private Sub ReceiveCallback(AR As IAsyncResult)
    Dim i As Integer
    ' ソケット受信
    For i = 0 To getByte.Length - 1
        RxRingSet(getByte(i))
    Next
End Sub

パケットを受信するとBeginRead()メソッドで指定したコールバック関数に遷移します。BeginRead()メソッドで指定したgetByte[]配列にパケットのデータが格納されているため表示用のデータに移し替えて格納しています。

getByte[]配列のサイズはAvailableでパケットのサイズを確認してRedimでリサイズしているため受信したデータのみを移し替えることができます。

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TCP接続を切断する

Private Sub Button2_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button2.Click
    '//クライアントのインスタンスが有ったら
    If ClientTCP IsNot Nothing Then
        ClientTCP.Close()
    End If
End Sub

Button2をクリックした時にTCP接続中のクライアントが存在している場合、Close()メソッドで切断の処理を行います。

クライアントが存在しない場合にClose()メソッドを使用するとアプリが強制終了するため、クライアントが存在を確認してから切断処理を行います。

TCPパケットを送信する

Private Sub Button3_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button3.Click
    Dim data() As Byte = Encoding.GetEncoding("utf-8").GetBytes(TextBox6.Text)
    Dim buf(data.Length + 1) As Byte

    For i = 0 To data.Length - 1
        buf(i) = data(i)
    Next
    'CRLFを付加する場合に追加する
    buf(data.Length) = &HD
    buf(data.Length + 1) = &HA

    If ClientTCP IsNot Nothing Then
        Try
            ClientTCP.GetStream().Write(buf, 0, buf.Length)
        Catch ex As Exception

        End Try
    End If
End Sub

Button3をクリックした時にTCP接続中のクライアントが存在している場合、TextBox6に入力している文字列を「UTF-8」でエンコーディングしてGetStream()のWrite()メソッドで送信します。

第1引数に送信するデータのアドレス（配列）、第2引数に送信するデータの先頭のオフセット値を指定します。例では配列をすべて送信するため0を指定しています。第3引数に送信するデータのサイズを指定します。

クライアントが存在しない場合、アプリが強制終了するため、クライアントが存在を確認してから切断処理を行います。

動作確認（デバッグ）

パソコンとArduino UNO+Ehternet Shield Rev2をLANケーブル（クロス）で接続します。ArduinoのIPアドレスを192.168.11.2にしているのでパソコンのLANポートを同じクラスのIPアドレスとして192.168.11.100にしています。

Arduinoは電源を入れると５秒間隔で温湿度データを測定します。アプリでTCP接続するとサーバーのArduinoがクライアントを検出します。CRLF（0xD 0x0A）をアプリから送信するとArduinoは温湿度データを含めた文字列で応答します。アプリは応答した文字列をTextBox7に表示します。

動作確認のためデバッグを行います。デバッグの開始はエディタ上部の「▶開始」をクリックすると開始します。

アプリのComboBox1で使用可能なイーサーネットを選択します。接続先グループのTextBoxにArduinoのIPアドレス及びポートを指定します。Arduinoはポート80で接続待ちする設定なのでポートは80にします。接続元のポートも80にしていますが自動で割り付けるため使用しません。

デバッグを繰り返し行う場合TextBoxのTextプロパティに直接IPアドレスやポート番号を指定しておくと入力する手間が省けるためスムーズにデバッグが行えます。

「接続」ボタンをクリックするとTCP接続を行います。接続に成功するとButton1の色がLightBlueになりButton2の色がLightGreenになります。この状態で、Arduinoに空のテキスト（実際はCRLFを付加している）を送信するとArduinoが温湿度データを含む文字列で応答しTextBox7に表示します。

次に、アプリからArduinoにTCPパケットを送信します。TextBox6に「test」を入力して「送信」ボタンをクリックします。次に「あいうえお」を入力して「送信」ボタンをクリックします。

Arduinoのシリアルモニターを確認すると文字列で「test」及び「あいうえお」が表示されておりTCPパケットが受信できていることが分かります。

「切断」ボタンをクリックするとTCP接続が切断されてシリアルモニターに「client disconnected」が表示しています。

コードのデバッグを行う場合は、コードエディタでブレークポイントを置くことで一時的にプログラムを停止させることができます。

ブレークポイントはコードエディターの最左部分をクリックして●マークが表示されれば設置できています。例ではButton1がクリックされた時に発生したイベントの先頭部分にブレークポイントを置いています。この状態でButton1をクリックするとブレークポイントでプログラムが一時停止します。

F11を押すとステップ実行になるため１行ずつ内容を確認しながらデバッグを行うことができます。上部の「▶続行(C)」をクリックするとブレークポイント状態から通常の動作に復帰します。

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ソースコード全体

以下のソースコードはコンパイルして動作確認をしております。コメントなど細かな部分で間違っていたりやライブラリの更新などにより動作しなくなったりする可能性があります。参考としてお使いいただければと思います。

Imports System.Net
Imports System.Net.NetworkInformation
Imports System.Net.Sockets
Imports System.Text

Public Class Form1

    Structure NET_INTERFACE
        Dim name As String
        Dim localip As IPAddress
    End Structure

    Const RXRGSZ As Integer = 2048

    Structure TYP_COMRING
        Dim rp As Integer
        Dim wp As Integer
        Dim dat() As Byte
    End Structure

    Dim ClientTCP As TcpClient
    Dim LocalNet() As NET_INTERFACE
    Dim localIp As IPAddress
    Dim localPort As Integer
    Dim remoteIp As String = ""
    Dim remotePort As Integer
    Dim lifcnt As Integer
    Dim RxRing As TYP_COMRING '受信したデータを管理
    Dim getByte(100) As Byte

    Private Sub GetNetworkList()
        Dim netinterface = NetworkInterface.GetAllNetworkInterfaces
        Dim wk(netinterface.Length - 1) As NET_INTERFACE
        Dim i As Integer
        Dim j As Integer = 0
        Dim cnt As Integer = 0

        For Each netin In netinterface
            If netin.OperationalStatus = OperationalStatus.Up AndAlso
               netin.NetworkInterfaceType = NetworkInterfaceType.Ethernet Then

                wk(i).name = netin.Name
                cnt += 1

                Dim ipprperties As IPInterfaceProperties = netin.GetIPProperties

                If ipprperties IsNot Nothing Then
                    For Each ipadrs In ipprperties.UnicastAddresses
                        wk(i).localip = ipadrs.Address
                    Next
                End If
            End If

            i += 1
        Next

        ReDim LocalNet(cnt - 1)

        For i = 0 To wk.Length - 1
            If wk(i).name <> "" Then
                LocalNet(j) = wk(i)
                j += 1
            End If
        Next

    End Sub

    Private Sub Form1_Load(sender As Object, e As EventArgs) Handles MyBase.Load
        ComboBoxInit()
        RxRingInit()
    End Sub

    Private Sub Button1_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button1.Click

        If Button1.BackColor = Color.LightGreen Then
            remoteIp = TextBox1.Text & "." &
                       TextBox2.Text & "." &
                       TextBox3.Text & "." &
                       TextBox4.Text

            localPort = TextBox8.Text
            remotePort = TextBox5.Text

            Try
                ClientTCP = New TcpClient()
                ClientTCP.BeginConnect(remoteIp, remotePort, AddressOf ConnectCallback, ClientTCP)
                Timer1.Enabled = True
            Catch ex As Exception

            End Try
        End If
    End Sub

    '非同期接続コールバック
    Private Sub ConnectCallback(AR As IAsyncResult)
        Try
            If ClientTCP.Connected Then
                Button1.BackColor = Color.LightBlue
                Button2.BackColor = Color.LightGreen
            End If
        Catch ex As Exception

        End Try
    End Sub

    '非同期受信コールバック
    Private Sub ReceiveCallback(AR As IAsyncResult)
        Dim i As Integer
        ' ソケット受信
        For i = 0 To getByte.Length - 1
            RxRingSet(getByte(i))
        Next
    End Sub

    Private Sub Button2_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button2.Click
        If Button2.BackColor = Color.LightGreen Then
            '//クライアントのインスタンスが有ったら
            If ClientTCP IsNot Nothing Then
                ClientTCP.Close()

                Button2.BackColor = Color.LightBlue
                Button1.BackColor = Color.LightGreen
                Timer1.Enabled = False
            End If
        End If
    End Sub

    Private Sub Button3_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button3.Click
        Dim data() As Byte = Encoding.GetEncoding("utf-8").GetBytes(TextBox6.Text)
        Dim buf(data.Length + 1) As Byte

        For i = 0 To data.Length - 1
            buf(i) = data(i)
        Next
        'CRLFを付加する場合に追加する
        buf(data.Length) = &HD
        buf(data.Length + 1) = &HA

        If ClientTCP IsNot Nothing Then
            Try
                ClientTCP.GetStream().Write(buf, 0, buf.Length)
            Catch ex As Exception

            End Try
        End If
    End Sub

    Private Sub ComboBox1_MouseClick(sender As Object, e As MouseEventArgs) Handles ComboBox1.MouseClick
        ComboBoxInit()
    End Sub

    Private Sub ComboBox1_SelectedIndexChanged(sender As Object, e As EventArgs) Handles ComboBox1.SelectedIndexChanged
        localIp = LocalNet(ComboBox1.SelectedIndex).localip
    End Sub

    Private Sub ComboBoxInit()
        Dim i As Integer
        Dim str As String = ""

        GetNetworkList()
        ComboBox1.Items.Clear()

        For i = 0 To LocalNet.Length - 1
            str = LocalNet(i).name & " " & "IP:" & LocalNet(i).localip.ToString
            ComboBox1.Items.Add(str)
        Next

    End Sub

    Private Sub Timer1_Tick(sender As Object, e As EventArgs) Handles Timer1.Tick
        Dim sz As Integer
        Dim i As Integer

        sz = RxRing.wp - RxRing.rp

        If sz < 0 Then
            sz += RxRing.dat.Length
        End If

        If sz > 0 Then
            For i = 0 To sz - 1
                TextBox7.Text &= Chr(RxRing.dat(RxRing.rp))
                RingRpAdd()
            Next

        End If

        If ClientTCP.Client IsNot Nothing Then
            Try
                If ClientTCP.Connected Then
                    If ClientTCP.Available Then
                        ReDim getByte(ClientTCP.Available - 1)
                        ClientTCP.GetStream().BeginRead(getByte, 0, ClientTCP.Available, AddressOf ReceiveCallback, ClientTCP)
                    End If
                End If

            Catch ex As Exception

            End Try
        End If

    End Sub

    'RxRingの初期化を行う
    Private Sub RxRingInit()
        RxRing.wp = 0
        RxRing.rp = 0
        ReDim RxRing.dat(RXRGSZ - 1)
    End Sub

    'RxRingのwpを更新する
    Public Sub RxRingSet(dat As Byte)

        RxRing.dat(RxRing.wp) = dat

        RxRing.wp += 1
        If RxRing.wp = RxRing.dat.Length Then
            RxRing.wp = 0
        End If
    End Sub

    'RxRingのrpを更新する
    Private Sub RingRpAdd()

        RxRing.rp += 1
        If RxRing.rp >= RxRing.dat.Length Then
            RxRing.rp = 0
        End If

    End Sub

    Private Sub Button4_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button4.Click
        TextBox7.Clear()
    End Sub

End Class

TextBox1～4、5、8は数値以外の文字列を受け付けるため数値以外の入力を許可しないようにKeyPressイベントを追加実装しても良いと思います。KeyPressイベントについては下記記事を参考にしてください。

VB.NET(VB2022)のTextBoxの実装とイベントの追加方法

コントロールの番号やイベントハンドラーなどのプロパティ名などを変更している場合はソースコードのイベントハンドラーをお使いのイベントハンドラーに置き換えてください。