Node.js 网络通信(二)02-构建UDP服务——UDP简介 & UDP三种传播方式-单播、广播、组播 & UDP一对多通信场景 & dgram模块用于构建UDP服务之Socket方法和事件

Node.js 网络通信(二)02-构建UDP服务——UDP简介 & UDP三种传播方式-单播、广播、组播 & UDP一对多通信场景 & dgram模块用于构建UDP服务之Socket方法和事件

第3章 构建 UDP 服务

内容安排：

• UDP 介绍
• Node 中的核心模块 dgram
• 使用 Node 实现 UDP 单播
• 使用 Node 实现 UDP 广播
• 使用 Node 实现 UDP 组播

UDP 简介

• User Datagram Protocol，简称 UDP ，又称用户数据报协议
• 和 TCP 一样，位于网络传输层用于处理数据包
• UDP 最大的特点是无连接
• UDP 传输速度快
• UDP 数据传输不可靠
  • 不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的
  • 可靠性由应用层负责
• 支持一对一通信，也支持一对多通信
• 许多关键的互联网应用程序使用 UDP
  • 如 DNS 域名系统服务、TFTP 简单文件传输协议、DHCP 动态主机设置协议 等
• UDP 适用于对速度要求比较高，对数据质量要求不严谨的应用
  • 例如流媒体、实时多人游戏、实时音视频

TCP 和 UDP

TCP和UDP: 都是数据传输方式的协议.比如说我要给你钱, 我是以手把手的方式拿给你呢还是以快递的方式寄给你呢.

注：事实上，UDP协议的这种乱序性基本上很少出现，通常只会在网络非常拥挤的情况下才有可能发生。

什么时候用 TCP，什么时候用 UDP？

• 对速度要求比较高的时候使用UDP，例如视频聊天, QQ聊天
• 对数据安全要求比较高的时候使用TCP，例如数据传输,文件下载
• 假如对于视频聊天来说,如果画质优先那就选用TCP, 如果流畅度优先那就选用UDP

UDP 的三种传播方式

1、UDP 单播

• 单播是目的地址为单一目标的一种传播方式
• 地址范围：0.0.0.0 ~ 223.255.255.255

2、UDP 广播

• 目的地址为网络中的所有设备
• 地址范围分为两种
  • 受限广播：它不被路由转发，IP 地址的网络字段和主机字段全为1就是地址 255.255.255.255
  • 直接广播：会被路由转发，IP地址的网络字段定义这个网络，主机字段通常全为1，如 192.168.10.255

3、UDP 组播

• 多播（Multicast）也叫组播，把信息传递给一组目的地地址
• 地址范围：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
• 224.0.0.0 ~ 224.0.0.255 为永久组地址，224.0.0.0.0 保留不分配，其它供路由协议使用
• 224.0.1.0 ~ 224.0.1.255 为公用组播地址，可以用于 Internet
• 224.0.2.0 ~ 238.255.255.255 为用户可用的组播地址（临时组），全网范围有效，使用需要申请
• 239.0.0.0 ~ 239.255.255.255 为本地管理组播地址，仅在特定本地范围有效

UDP 一对多通信场景

单播传输（Unicast）：在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也必须相应的复制多份的相同数据包。如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时，将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。

广播（Broadcast）：是指在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。广播意味着网络向子网每一个主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。所以广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，通过路由器和网络设备控制广播传输。在网络中的应用较多，如客户机通过DHCP自动获得IP地址的过程就是通过广播来实现的。但是与单播和多播相比，广播几乎占用了子网内网络的所有带宽

组播：组播解决了单播和广播方式效率低的问题。当网络中的某些用户需求特定信息时，组播源（即组播信息发送者）仅发送一次信息，组播路由器借助组播路由协议为组播数据包建立树型路由，被传递的信息在尽可能远的分叉路口才开始复制和分发。网上视频会议、网上视频点播特别适合采用多播方式。

1、单播面对 “一对多”

• 在单播通信中每一个数据包都有确切的目的IP地址
• 对于同一份数据，如果存在多个接收者，Server 需发送与接收者数目相同的单播数据包
• 当接收者成百上千时，将极大的加重 Server 的负担

2、广播面对 “一对多”

• 广播数据包被限制在局域网中
• 一旦有设备发送广播数据则广播域内所有设备都收到这个数据包，并且不得不消耗资源去处理，大量的广播数据包将消耗网络的带宽及设备资源
• 在 IPv6 中，广播的报文传输方式被取消

3、组播面对 “一对多”

• 组播非常适合一对多的模型，只有加入到特定组播组的成员，才会接收到组播数据。当存在多个组播组成员时，源无需发送多个数据拷贝，仅需发送一份即可，组播网络设备会根据实际需要转发或拷贝组播数据
• 数据流只发送给加入该组播组的接收者（组成员），而不需要该数据的设备不会收到该组播流量
• 相同的组播报文，在一段链路上仅有一份数据，大大提高了网络资源的利用率

Node 中的 dgram 模块

Node 为我们提供了 dgram 模块用于构建 UDP 服务。

使用该模块创建 UDP 套接字非常简单，UDP 套接字一旦创建，既可以作为客户端发送数据，也可以作为服务器接收数据。

const dgram = require('dgram')
const socket = dgram.createSocket('udp4')

Socket 方法

Socket 事件

使用 Node 实现 UDP 单播

服务端

const dgram = require('dgram')

const server = dgram.createSocket('udp4')

server.on('listening', () => {
  const address = server.address()
  console.log(`server running ${address.address}:${address.port}`)
})

server.on('message', (msg, remoteInfo) => {
  console.log(`server got ${msg} from ${remoteInfo.address}:${remoteInfo.port}`)
  server.send('world', remoteInfo.port, remoteInfo.address)
})

server.on('error', err => {
  console.log('server error', err)
})

server.bind(3000)

客户端

const dgram = require('dgram')

const client = dgram.createSocket('udp4')

// client.send('hello', 3000, 'localhost')

client.on('listening', () => {
  const address = client.address()
  console.log(`client running ${address.address}:${address.port}`)

  client.send('hello', 3000, 'localhost')
})

client.on('message', (msg, remoteInfo) => {
  console.log(`client got ${msg} from ${remoteInfo.address}:${remoteInfo.port}`)
})

client.on('error', err => {
  console.log('client error', err)
})

client.bind(8000)

使用 Node 实现 UDP 广播

服务端

const dgram = require('dgram')

const server = dgram.createSocket('udp4')

server.on('listening', () => {
  const address = server.address()
  
  console.log(`server running ${address.address}:${address.port}`)
  
  server.setBroadcast(true) // 开启广播模式
  
  server.send('hello', 8000, '255.255.255.255')

  // 每隔2秒发送一条广播消息
  setInterval(function () {
    // 直接地址 192.168.10.255
    // 受限地址 255.255.255.255
    server.send('hello', 8000, '192.168.10.255')
    // server.send('hello', 8000, '255.255.255.255')
  }, 2000)
})

server.on('message', (msg, remoteInfo) => {
  console.log(`server got ${msg} from ${remoteInfo.address}:${remoteInfo.port}`)
  server.send('world', remoteInfo.port, remoteInfo.address)
})

server.on('error', err => {
  console.log('server error', err)
})

server.bind(3000)

客户端

const dgram = require('dgram')

const client = dgram.createSocket('udp4')

client.on('message', (msg, remoteInfo) => {
  console.log(`client got ${msg} from ${remoteInfo.address}:${remoteInfo.port}`)
})

client.on('error', err => {
  console.log('client error', err)
})

client.bind(8000)

使用 Node 实现 UDP 组播

服务端

const dgram = require('dgram')

const server = dgram.createSocket('udp4')

server.on('listening', () => {
  const address = server.address()
  setInterval(function () {
    server.send('hello', 8000, '224.0.1.100')
  }, 2000)
})

server.on('message', (msg, remoteInfo) => {
  console.log(`server got ${msg} from ${remoteInfo.address}:${remoteInfo.port}`)
  server.send('world', remoteInfo.port, remoteInfo.address)
})

server.on('error', err => {
  console.log('server error', err)
})

server.bind(3000)

客户端

const dgram = require('dgram')

const client = dgram.createSocket('udp4')

client.on('listening', () => {
  const address = client.address()
  console.log(`client running ${address.address}:${address.port}`)

  client.addMembership('224.0.1.100')
})

client.on('message', (msg, remoteInfo) => {
  console.log(`client got ${msg} from ${remoteInfo.address}:${remoteInfo.port}`)
})

client.on('error', err => {
  console.log('client error', err)
})

client.bind(8000)

代码007普通

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