【Node dgram模塊實現UDP通訊】

一、什麼是UDP?

這裏簡單介紹下，UDP，即用戶數據報協議，一種面向無鏈接的傳輸層協議，提供不可靠的消息傳送服務。UDP協議使用端口號爲不一樣的應用保留其各自的數據傳輸通道，這一點很是重要。與TCP相比，佔用資源更少，傳輸速度更快。

二、瞭解UDP單播、廣播和組播

單播：向一個單播地址發送UDP數據報時，數據報只能被指定的IP主機接收，同一子網下的其它主機都不會接收該數據報。單播過程（假設子網地址：192.168.10，該子網下有兩臺主機：192.168.10.2，192.168.10.3，向192.168.10.2發送數據報）

1. 向主機192.168.10.2的8060端口發送數據報，該IP數據報目標IP在以太網中被ARP解析成MAC地址，而後將此MAC地址設置爲目標地址發出去。
2. 該子網下的主機以太網接口看到該數據幀時，對比本身的MAC地址，若是不同，則忽略該數據幀。
3. 直到192.168.10.2主機看到該數據幀時，發現MAC一致，則讀入該數據幀，而後在IP層對比目標IP和本機IP，在UDP層對比端口號是否一致，最後接收該數據幀。

廣播：向一個廣播地址發送UDP數據報，該廣播網絡下的全部主機都會受到影響，主機根據端口號來判斷是否丟棄該數據。廣播過程（假設子網地址：192.168.10，則該網絡的廣播地址爲：192.168.10.255，該子網下有兩臺主機：192.168.10.2，192.168.10.3，向192.168.10.255發送數據報）：

1. 向192.168.10.255主機端口爲8060發送數據報，，該IP數據報目標IP在以太網中被ARP解析成MAC地址，而後將此MAC地址設置爲目標地址發出去。
2. 192.168.10.2和192.168.10.3的主機接口都會和此廣播地址匹配成功，直到該數據報進入傳輸層時根據端口是否匹配判斷是否丟棄該數據,端口爲8060的會保留該數據，不然將數據丟棄。

組播：向一個組播地址發送UDP數據報，該組網絡下的全部主機都會受到影響，主機根據端口號來判斷是否丟棄該數據。組播過程原理與廣播相似。

3.dgram 模塊API介紹

該模塊用來建立UDP數據報socket，繼承了EventEmitter，該模塊的API以下所示：

3.1 UDP單播實現

服務端：

const dgram = require("dgram"),
    server = dgram.createSocket("udp4");

server.on("close", () => {
    console.log("socket已經關閉");
})

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

server.on("listening", () => {
    console.log("socket正在監聽...");
})

server.on("message", (msg, rinfo) => {
    console.log(`message from client ${rinfo.address}:${rinfo.port}-${msg}`);
    server.send(`welcome ${rinfo.address}:${rinfo.port}`, rinfo.port, rinfo.address);
    setTimeout(function () {
        server.send(`exit`, rinfo.port, rinfo.address);
    }, 2000);
})

server.bind(8060)

客戶端：

const dgram = require("dgram"),
    client = dgram.createSocket("udp4");

client.on("close", () => {
    console.log("socket已經關閉");
})

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

client.on("listening", () => {
    console.log("socket正在監聽");
})

client.on("message", (msg, rinfo) => {
    if (msg == "exit") {
        client.close();
    }
    console.log(`message from server ${rinfo.address}:${rinfo.port}-${msg}`);
})

client.send(`hello`,8060,'127.0.0.1');

3.2 UDP廣播實現

要實現UDP廣播，就必須知道廣播地址，廣播地址如何計算呢？能夠利用ipconfig(windows)或ifconfig(*unix)獲得ip地址和mask掩碼地址，而後利用ip地址與mask子網掩碼作與操做獲得網絡地址，網絡地址中主機位都爲1就是廣播地址，舉個例子：

IP:149.88.160.58 mask:11111111.11111111.11000000.00000000
IP&MASK獲得網絡地址：149.88.128.0/18 網絡號就是主機位全爲0,即149.88.10000000.00000000
即149.88.128.0 廣播地址就是主機位全爲1,即149.88.10111111.11111111即149.88.191.255

接着實現UDP廣播，我機子的IP爲192.168.0.193，掩碼爲255.255.255.0，所以廣播地址爲192.168.0.255，服務端向廣播地址的8061端口發送數據報，客戶端綁定本機的8061端口，以下所示：

服務端：

const dgram = require("dgram"),
    server = dgram.createSocket("udp4");

server.on("close", () => {
    console.log("socket已關閉....");
});

server.on("listening", () => {
    console.log("socket正在監聽...");
    server.setBroadcast(true);
    server.setTTL(128);
    setInterval(() => {
        server.send("你們好啊，我是服務端.", 8061, "192.168.0.255")
    }, 2000)
})

server.on("message", (msg, rinfo) => {
    console.log(`msg from client ${rinfo.address}:${rinfo.port}`);
})

server.bind(8060,"192.168.0.193");

客戶端：

const dgram = require("dgram"),
    client = dgram.createSocket("udp4");

client.on("close",()=>{
    console.log("socket已關閉...");
})

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

client.on("listening",()=>{
    console.log("正在監聽...");
})

client.on("message",(msg,rinfo)=>{
    console.log(`msg from server:${msg}`);
})

client.bind(8061,"192.168.0.193")

3.3 UDP組播實現

組播地址是實現UDP組播的關鍵，所以瞭解組播地址是重點。什麼是組播地址？IANA將D類地址

(224.0.0.0-239.255.255.255)分配給IP組播，用來標識一個IP組播組，由IGMP(組管理協議)協議維護組成員關係，其中：
224.0.0.0～224.0.0.255爲永久組地址，地址224.0.0.0保留不作分配，其它地址供路由協議使用；
224.0.1.0～224.0.1.255是公用組播地址，能夠用於Internet；
224.0.2.0～238.255.255.255爲用戶可用的組播地址（臨時組地址），全網範圍內有效；
239.0.0.0～239.255.255.255爲本地管理組播地址，僅在特定的本地範圍內有效。 向組播地址發送數據報，只有該組成員纔會接收此數據報。

dgram模塊的addMembership()方法將socket加入組播組中，dropMembership()方法退出組播組。下面以組播地址224.100.100.100來實現UDP組播，以下所示：
服務端：

const dgram = require('dgram'),
    server = dgram.createSocket("udp4"),
    multicastAddr = '224.100.100.100';

server.on("error",err=>{
    console.log('socket已關閉');
})

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

server.on("listening",()=>{
    console.log("socket正在監聽中.....");
    server.addMembership(multicastAddr);
    server.setMulticastTTL(128);
    setInterval(()=>{
        sendMsg();
    },1500)
})

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

function sendMsg(){
    server.send('你們好啊，我是服務端.',8061,multicastAddr);
}
server.bind(8060);

客戶端：

const dgram = require("dgram"),
    client = dgram.createSocket("udp4"),
    multicastAddr = '224.100.100.100';

client.on("close", () => {
    console.log("socket已關閉...");
})

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

client.on("listening", () => {
    console.log("socket正在監聽...");
    client.addMembership(multicastAddr);
})

client.on("message", (msg, rinfo) => {
    console.log(`msg from server:${msg}`);
})

client.bind(8061)

另外UDP內網穿透相關的內容，你們也可自行了解一下。

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