基于C#和ScottPlot开发专业级网络流量监控工具

目录

• 前言
• 项目功能
• 核心技术
• 核心架构
• 核心功能实现
• 注意事项
• 设计技巧
• 算法亮点
• 高级优化技巧
• 实战应用场景
• 企业级应用
• 开发调试
• 技术要点
• 性能优化秘籍
• 常见坑点规避
• 总结

前言

软件开发和系统运维中，网络性能是决定应用稳定性和用户体验的关键因素。

大家是否曾遇到过这样的情况：正在处理重要任务时，网络突然变得异常缓慢，却无法确定是哪个程序在"偷跑"流量？或者作为运维人员，需要实时掌握服务器的网络负载情况，但市面上的工具要么功能臃肿，要么界面陈旧难用。

本文将带你使用 C# 和强大的 ScottPlot 可视化库，从零开始构建一个专业级的网络流量监控工具。它不仅具备实时监控、动态图表、多网卡支持等核心功能，还拥有美观的界面和高度可定制性。更重要的是，整个过程将帮助大家深入理解网络编程、数据可视化与性能优化的核心技术。

项目功能

这款网络流量监控工具在解决实际问题，具备以下核心功能：

• 实时监控上传与下载速度，精确到每秒。
• 通过动态折线图展示历史流量数据，直观呈现网络波动。
• 支持选择多个网络接口，方便在多网卡环境下进行监控。
• 展示详细的网络统计信息，如总收发字节数。
• 提供启动/停止监控的控制按钮，操作灵活。

核心技术

项目基于 .NET Framework 和 WinForm 开发，结合 ScottPlot 这一强大的开源绘图库，实现高效的数据可视化。

必备 NuGet 包：

<PackageReference Include="ScottPlot.WinForms" Version="5.0.0" />

关键命名空间：

using ScottPlot;                        // 图表核心功能
using ScottPlot.WinForms;              // WinForms集成
using System.Net.NetworkInformation;   // 网络接口操作
using Timer = System.Windows.Forms.Timer; // 定时器

核心架构

首先定义工具所需的数据结构和变量：

public partial class Form1 : Form
{ 
    // 定时器和网络接口
    private Timer updateTimer;
    private NetworkInterface selectedInterface;
    private List<NetworkInterface> networkInterfaces;
    
    // 历史数据存储
    private List<double> downloadHistory;
    private List<double> uploadHistory;
    private List<DateTime> timeHistory;
    
    // 基准数据用于计算差值
    private long lastBytesReceived;
    private long lastBytesSent;
    private DateTime lastUpdateTime;
    
    // 数据点控制
    private int maxHistoryPoints = 60; // 保留60个数据点（1分钟历史）
    
    // ScottPlot 图表对象
    private ScottPlot.Plottables.Scatter downloadPlot;
    private ScottPlot.Plottables.Scatter uploadPlot;
}

设计亮点

采用"差值计算法"来精确测量网络速度。通过记录上一次的接收和发送字节数，结合时间间隔，计算出实时速率，避免了累积误差。

核心功能实现

网络接口发现与初始化：

private void LoadNetworkInterfaces()
{ 
    // 获取所有活跃的非回环网络接口
    networkInterfaces = NetworkInterface.GetAllNetworkInterfaces()
        .Where(ni => ni.OperationalStatus == OperationalStatus.Up &&
                     ni.NetworkInterfaceType != NetworkInterfaceType.Loopback)
        .ToList();
    
    comboBoxInterfaces.Items.Clear();
    foreach (var ni in networkInterfaces)
    { 
        // 显示友好的接口名称
        comboBoxInterfaces.Items.Add($"{ni.Name} ({ni.NetworkInterfaceType})");
    }
    
    if (comboBoxInterfaces.Items.Count > 0)
    { 
        comboBoxInterfaces.SelectedIndex = 0;
        selectedInterface = networkInterfaces[0];
        
        //  关键：初始化基准值，确保第一次计算的准确性
        var stats = selectedInterface.GetIPv4Statistics();
        lastBytesReceived = stats.BytesReceived;
        lastBytesSent = stats.BytesSent;
    }
}

注意事项

• 过滤掉回环接口（Loopback）以避免干扰。
• 仅选择处于“运行中”（Up）状态的接口。
• 初始化基准值是确保首次计算准确的关键步骤。

图表初始化与配置

private void SetupChart()
{ 
    // 清除所有绘图对象
    formsPlot.Plot.Clear();
    formsPlot.Plot.Legend.FontName = "SimSun"; // 中文字体支持
    
    //  坐标轴美化
    formsPlot.Plot.Axes.Left.Label.Text = "速度 (KB/s)";
    formsPlot.Plot.Axes.Bottom.Label.Text = "时间";
    formsPlot.Plot.Axes.Left.Label.FontSize = 12;
    formsPlot.Plot.Axes.Bottom.Label.FontSize = 12;
    formsPlot.Plot.Axes.Bottom.Label.FontName = "SimSun";
    formsPlot.Plot.Axes.Left.Label.FontName = "SimSun";
    
    //  创建下载速度线条
    downloadPlot = formsPlot.Plot.Add.Scatter(new double[0], new double[0]);
    downloadPlot.Color = ScottPlot.Color.Fromhtml("#007BFF"); // 专业蓝色
    downloadPlot.LineWidth = 2;
    downloadPlot.MarkerSize = 0; // 不显示数据点，保持线条流畅
    downloadPlot.LegendText = "下载速度";
    
    //  创建上传速度线条
    uploadPlot = formsPlot.Plot.Add.Scatter(new double[0], new double[0]);
    uploadPlot.Color = ScottPlot.Color.FromHtml("#DC3545"); // 警示红色
    uploadPlot.LineWidth = 2;
    uploadPlot.MarkerSize = 0;
    uploadPlot.LegendText = "上传速度";
    
    // 显示图例并设置时间轴
    formsPlot.Plot.ShowLegend(Alignment.UpperRight);
    formsPlot.Plot.Axes.DateTimeTicksBottom(); // 时间轴格式化
    formsPlot.Refresh();
}

设计技巧

• 使用专业配色方案提升视觉效果。
• 时间轴自动格式化，提升用户体验。
• 图例置于右上角，避免遮挡主要数据。

实时数据更新核心逻辑：

private void UpdateTimer_Tick(object sender, EventArgs e)
{ 
    if (selectedInterface == null) return;
    
    try
    { 
        var stats = selectedInterface.GetIPv4Statistics();
        var currentTime = DateTime.Now;
        var timeSpan = (currentTime - lastUpdateTime).TotalSeconds;
        
        //  核心算法：差值法计算实时速度
        if (timeSpan > 0 && lastBytesReceived > 0 && lastBytesSent > 0)
        { 
            // 计算速度 (KB/s)
            double downloadSpeed = (stats.BytesReceived - lastBytesReceived) / timeSpan / 1024;
            double uploadSpeed = (stats.BytesSent - lastByphptesSent) / timeSpan / 1024;
            
            // ️ 防御性编程：确保速度不为负数
            downloadSpeed = Math.Max(0, downloadSpeed);
            uploadSpeephpd = Math.Max(0, uploadSpeed);
            
            // 更新各个显示组件
            UpdateRealTimeDisplay(downloadSpeed, uploadSpeed, stats);
            UpdateHistory(downloadSpeed, uploadSpeed, currentTime);
            UpdateChart();
        }
        
        // 更新基准值
        lastBytesReceived = stats.BytesReceived;
        lastBytesSent = stats.BytesSent;
        lastUpdateTime = currentTime;
    }
    catch (Exception ex)
    { 
        //  优雅的错误处理
        labelStatus.Text = $"监控错误: {ex.Message}";
        labelStatus.ForeColor = System.Drawing.Color.Red;
    }
}

算法亮点

android

• 通过差值除以时间间隔得到精确的实时速度。
• 防御性编程确保速度值非负。
• 异常处理机制保证程序整体稳定性。

动态图表更新：

private void UpdateChart()
{ 
    if (timeHistory.Count == 0) return;
    
    try
    { 
        //  时间格式转换：DateTime转OADate用于ScottPlot
        double[] timeArray = timeHistory.Select(t => t.ToOADate()).ToArray();
        double[] downloadArray = downloadHistory.ToArray();
        double[] uploadArray = uploadHistory.ToArray();
        
        //  动态更新策略：移除旧对象，添加新对象
        if (downloadPlot != null)
            formsPlot.Plot.Remove(downloadPlot);
编程        if (uploadPlot != null)
            formsPlot.Plot.Remove(uploadPlot);
        
        // 重新创建图表对象
        downloadPlot = formsPlot.Plot.Add.Scatter(timeArray, downloadArray);
        downloadPlot.Color = ScottPlot.Color.FromHtml("#007BFF");
        downloadPlot.LineWidth = 2;
        downloadPlot.MarkerSize = 0;
        downloadPlot.LegendText = "下载速度";
        
        uploadPlot = formsPlot.Plot.Add.Scatter(timeArray, uploadArray);
        uploadPlot.Color = ScottPlot.Color.FromHtml("#DC3545");
        uploadPlot.LineWidth = 2;
        uploadPlot.MarkerSize = 0;
        uploadPlot.LegendText = "上传速度";
        
        formsPlot.Plot.ShowLegend(Alignment.UpperRight);
        
        //  智能坐标轴调整
        formsPlot.Plot.Axes.AutoScale();
        
        // 设置X轴显示最近的时间窗口
        if (timeArray.Length > 0)
        { 
            var latestTime = timeArray[timeArray.Length - 1];
            var earliestTime = DateTime.Now.AddSeconds(-maxHistoryPoints).ToOADate();
            formsPlot.Plot.Axes.SetLimitsX(earliestTime, latestTime);
        }
        
        formsPlot.Refresh();
    }
    catch (Exception ex)
    { 
        // ️ 图表更新失败不影响主程序
        System.Diagnostics.Debug.WriteLine($"Chart update error: {ex.Message}");
    }
}

用户界面交互：

private void comboBoxInterfaces_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)
{ 
    if (comboBoxInterfaces.SelectedIndex >= 0)
    { 
        selectedInterface = networkInterfaces[comboBoxInterfaces.SelectedIndex];
        
        //  重置统计基准
        var stats = selectedInterface.GetIPv4Statistics();
        lastBytesReceived = stats.BytesReceived;
        lastBytesSent = stats.BytesSent;
        lastUpdateTime = DateTime.Now;
        
        // 清空历史数据重新开始
        downloadHistory.Clear();
        uploadHistory.Clear();
        timeHistory.Clear();
        
        // 重新初始化图表
        formsPlot.Plot.Clear();
        SetupChart();
        
        labelStatus.Text = $"已切换到: {selectedInterface.Name}";
        labelStatus.ForeColor = System.Drawing.Color.Blue;
    }
}

private void buttonStartStop_Click(object sender, EventArgs e)
{ 
    if (updateTimer.Enabled)
    { 
        //  停止监控
        updateTimer.Stop();
        buttonStartStop.Text = "开始监控";
        buttonStartStop.BackColor = System.Drawing.Color.FromArgb(40, 167, 69);
        labelStatus.Text = "监控已停止";
        labelStatus.ForeColor = System.Drawing.Color.Red;
    }
    else
    { 
        // ▶️ 开始监控
        updateTimer.Start();
        buttonStartStop.Text = "停止监控";
        buttonStartStop.BackColor = System.Drawing.Color.FromArgb(220, 53, 69);
        labelStatus.Text = "监控已开始";
        labelStatus.ForeColor = System.Drawing.Color.Green;
    }
}

高级优化技巧

数据格式化工具：

private string FormatSpeed(double bytesPerSecond)
{ 
    //  智能单位转换
    if (bytesPerSecond < 1024)
        return $"{bytesPerSecond:F1} B/s";
    else if (bytesPerSecond < 1024 * 1024)
        return $"{bytesPerSecond / 1024:F1} KB/s";
    else if (bytesPerSecond < 1024L * 1024 * 1024)
        return $"{bytesPerSecond / (1024 * 1024):F1} MB/s";
    else
        return $"{bytesPerSecond / (1024L * 1024 * 1024):F1} GB/s";
}

private string FormatBytes(long bytes)
{ 
    //  流量统计格式化
    if (bytes < 1024)
        return $"{bytes} B";
    else if (bytes < 1024 * 1024)
        return $"{bytes / 1024.0:F1} KB";
    else if (bytes < 1024L * 1024 * 1024)
        return $"{bytes / (1024.0 * 1024):F1} MB";
    else if (bytes < 1024L * 1024 * 1024 * 1024)
        return $"{bytes / (1024.0 * 1024 * 1024):F1} GB";
    else
        return $"{bytes / (1024.0 * 1024 * 1024 * 1024):F1} TB";
}

内存管理与资源清理

private void UpdateHistory(double downloadSpeed, double uploadSpeed, DateTime currentTime)
{ 
    downloadHistory.Add(downloadSpeed);
    uploadHistory.Add(uploadSpeed);
    timeHistory.Add(currentTime);
    
    //  滑动窗口：自动清理过期数据
    while (downloadHistory.Count > maxHistoryPoints)
    { 
        downloadHistory.RemoveAt(0);
        uploadHistory.RemoveAt(0);
        timeHistory.RemoveAt(0);
    }
}

protected override void OnFormClos编程ing(FormClosingEventArgs e)
{ 
    //  优雅关闭：清理资源
    updateTimer?.Stop();
    updateTimer?.Dispose();
    base.OnFormClosing(e);
}

实战应用场景

企业级应用

• 服务器监控：部署在生产服务器上，实时监控带宽使用情况。
• 网络诊断：快速定位网络性能瓶颈，排查异常流量。
• 流量统计：为网络容量规划和成本控制提供数据支持。

开发调试

• API 测试：监控接口调用过程中的网络开销，评估性能。
• 性能优化：识别应用中网络密集型的操作，进行针对性优化。
• 资源监控：实时追踪特定应用或进程的网络资源消耗。

技术要点

性能优化秘籍

1、异步 UI 更新：使用 Invoke 确保图表更新在主线程执行，保证线程安全。

2、数据点控制：限制历史数据数量，避免内存泄漏。

3、异常隔离：将图表更新等非核心功能的异常进行捕获，不影响数据采集主流程。

常见坑点规避

• 初始化陷阱：必须在开始监控前设置正确的基准字节数。
• 负数速度：网络接口重置可能导致字节数归零，需使用 Math.Max 防止速度为负。
• 线程安全：所有 UI 操作必须在主线程中执行。

项目源码

Gitee：gitee.com/smallcore/DotNetCore/tree/master/DotNetCore/NetworkTool

总结

通过这个项目，我们不仅成功开发了一个功能完备、界面美观的网络流量监控工具，更重要的是深入掌握了多项核心技术：从 NetworkInterface 类的高级用法，到 ScottPlot 的数据可视化最佳实践，再到性能优化与异常处理的工程思维。这个工具可以直接应用于实际工作场景，不管是系统运维还是应用开发，都能提供有力的支持。

更重要的是，它展示了如何将简单的技术组件组合起来，解决复杂的实际问题，这正是编程的魅力所在。

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