nodejs网络通信

lowMan
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node提供了net、dgram、http、https4个模块，分别用于处理tcp、udp、http、https，适用于服务器端和客户端。

node网络通信概念

网络7层模型

image.png 也有人把7层模型简化为5层模型

image.png

物理层：

电缆、光纤等，传输0和1这些信号

链接层：

单纯的0和1没有意义，连接层是规定0和1的分组方式

链接层-以太网协议:

    一组电信号构成一个数据包，叫作"帧"(frame)，每一帧分为两个部分：标头(head)和数据(data)。
    标头包含数据包的一些说明，比如发送者、接收者、数据类型。
    标头的长度固定为18字节，数据的长度，最短为46字节，最长为1500字节。
    因此整个帧最短为64字节，最长为1518字节，如果数据很长，就必须分割为多个包发送。

链接层-mac地址

以太网那个数据包的标头包含了发送者和接受者的信息，那么发送者和接受者是如何标识呢？
以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有“网卡”接口，数据包必须是从一块网卡，
传送到另一块网卡，网卡的地址就是数据包发送的地址和接收的地址。这叫做mac地址。
每块网卡出场的时候，都有一个全世界独一无二的mac地址，长度是48个二进制位，通常用12个16进制数表示。
比如：00-B0-D0-86-BB-F7
前6个16进制数是厂商编号，后6个是该厂商的网卡流水号，有了mac地址，就可以定位网卡和数据包的路径了。

链接层-广播

以太网数据包必须知道接收方的mac地址，然后才能发送。
首先，一块网卡怎么会知道另一块网卡的mac地址？
其次，就算有mac地址，系统怎么才能把数据包准确送到接收方。

回答是以太网采用一种很原始的方式，他不是把数据包准确送到接收方，
而是向本网络内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方。

网络层-由来

以太网协议，依靠mac地址发送数据，理论上，单单依靠mac地址，上海的网卡就可以找到洛杉矶的网卡了，技术上是可以实现的。
但是这样做有一个重大的缺点，以太网采用广播的方式发送数据包，所有成员人手一包，不仅效率低，
而且局限在发送者所在的子网络。也就是说，如果两台计算机不在同一个子网络，广播是传不过去的。
这种设计是合理的，否则互联网上每台计算机都会收到所有的包，那会引起灾难。
互联网是无数子网络共同组成的一个巨型网络，很像想象上海和洛杉矶的电脑会在同一个子网络，这几乎是不可能的。
因此，必须找到一种方法，能够区分哪些mac地址属于同一个子网络，哪些不是，如果是同一个子网络，就采用广播方式发送，否则就采用路由方式发送，("路由"的意思，就是指如何向不同的子网络分发数据包)，mac地址本身无法做到这一点，它只与厂商有关与所处网络无关。
这就导致了网络层的诞生，它的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络，这套地址就叫做网络地址。简称"网址"。
于是，网络层出现以后，每台计算机有了两种地址，一种是mac地址，另一种是网络地址，两种地址之间没有任何联系，mac地址是绑定在网卡上的，网络地址则是管理员分配的，它们只是随机组合到一起，网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络，mac地址则将数据包送到该子网络的目标网卡，因此从逻辑上可以推断，必定是先处理网络地址，然后再处理mac地址。

网络层-ip协议

规定网络地址的协议，叫作ip协议，它所定位的地址，就称为ip地址。
目前广泛采用的是ip协议的第4版，简称ipv4，这个版本规定，网络地址由32个二进制组成。
比如：172.16.254.1
习惯上，我们用分成4段的十进制数表示ip地址，从0.0.0.0一直到255.255.255.255
ip协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配ip地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

传输层-端口号

有了mac地址和ip地址，我们已经可以在互联网上任意两台主机上建立通信。接下来的问题是，同一台主机上有许多程序都需要用到网络，比如，你一边浏览网页，一边与朋友线上聊天，当一个数据包从互联网上发来的时候，你怎么知道，他是表示网页的内容，还是表示在线聊天的内容？
也就是说，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序(进程)使用，这个参数就叫做端口(port),它其实是每一个使用网卡的程序的编号，每个数据包都发送到主机的特定端口，所以不同的程序就能取到自己所需要的数据。
端口是0-65535之间的一个整数，正好16个二进制位，0-1023的端口被系统占用，用户只能选用大于1023的端口，不管是浏览网页还是在线聊天，应用程序会随机选用一个端口，然后与服务器的相应端口联系。
传输层的功能就是建立端口到端口的通信，相比之下，网络层的功能是建立主机到主机的通信，只要确定主机和端口，我们就能实现程序之间的交流，因此，unix就把主机+端口，叫作"套接字"(socket)，有了它，就可以进行网络应用程序开发了。

传输层-udp协议

现在我们必须在数据包中加入端口信息，这就是需要新的协议，最简单的实现叫做udp协议，他的格式几乎就是在数据前面加上端口号。
udp数据包也就是由标头和数据两部分组成。
标头部分主要定义了发出端口和接收端口，数据部分就是具体的内容，然后，把整个udp数据包放入ip数据包的数据部分，而前面说过，ip数据包又是放在以太网数据包中的，
udp包非常简单，标头部分一共只有8个字节，总长度不超过65535字节，正好放进一个ip数据包。
udp协议本身不太可靠，数据发出去了，怎么知道对方有没有收到，对方把数据发出来了，对方怎么知道我收到了没有。所以保证不了数据传输的完整和一致性。

传输层-tcp协议

tcp：transmission control protocol传输控制协议
释义：是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通讯协议
udp是不可靠的
tcp保证了数据的可靠性

开发人员主要接触到的是传输层，tcp可靠，那么什么时候哟个tcp什么时候用udp，需要根据场景，比如网页需要可靠的数据，用tcp比较好，比如视频直播、语音通话就可以用udp协议，它不会因为数据的丢失再去做连接，做额外的处理，顶多是卡顿一下。tcp有一个重要的特性就是一旦数据发送失败了就会重新发送。

应用层

应用程序收到传输层的数据，接下来就要进行解读，由于互联网是开放架构，数据来源五花八门，必须事先规定好格式，否则根本无法解读。
应用层的作用，就是规定应用程序的数据格式。
举例说：tcp协议可以为各种各样的程序传递数据，比如email、www、ftp等，那么必须有不同协议规定，电子邮件，网页、ftp数据的格式，这些应用程序协议就构成了应用层。
这是最高的一层，直接面对用户，他的数据就放在tcp数据包的数据部分，

构建tcp服务

image.png 简单的服务端：

const net = require('net')
const server = net.createServer()

server.on('connection', (clientSocket) => {
  console.log('有新的连接进来了')
  // 监听clientSocket的data事件
  clientSocket.on('data', data => {
    console.log('客户端说:', data.toString())
  })

  // 通过clientSocket给当前连接的客户端发送数据
  clientSocket.write('hello')
})

server.listen(3000, () => {
  console.log('server running 127.0.0.1:3000')
})

简单的客户端:

const net = require('net')

const client = net.createConnection({
  host: '127.0.0.1',
  port: 3000,
})

client.on('connect', () => {
  console.log('成功连接到服务器')
  // 给服务端发送数据了
  client.write('world')

  // 获取终端输入，发送给服务端
  process.stdin.on('data', data => {
    client.write(data)
  })
})

client.on('data', data => {
  console.log('服务端说:', data.toString())
})

构建udp服务

  • user Datagram protocol,简称udp，又称数据用户报协议
  • 和tcp一样，位于网络传输层用于传输数据包
  • udp的最大特点是无连接
  • udp的传输速度快
  • 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

image.png

image.png

image.png

单播

server.js

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 get ${msg} from ${remoteInfo.address}:${remoteInfo.port}`)
  // 给客户端回复一条消息
  server.send('word', remoteInfo.port, remoteInfo.address)
})

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

server.bind(3000)

client.js

const dgram = require('dgram');
const client = dgram.createSocket('udp4');

// 客户端给localhost主机的3000端口发一条消息
// 如果绑定了端口，就不能直接在这里发消息了，需要在listening回调里发送
client.send('hello', 3000, 'localhost')

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

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

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

// 不绑定端口号的时候，会自动分配一个(如果需要固定一个端口号，就绑定一个端口号)
// client.bind(3000)

广播

server.js

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.send('hello', 8000, '255.255.255.255')
  // 开启广播模式
  server.setBroadcast(true)
  // 每隔两秒，发送一条广播消息
  setInterval(() => {
    // 直接地址， 192.168.10.255 可以经过路由器转发，直接广播更精确，范围更小，在指定网段内广播
    // 受限地址 255.255.255.255  受限地址不会经过路由转发，在当前路由器局域网中进行传播(在当前局域网中的所有电脑，只要监听8000端口，就会收到消息)
    server.send('hello', 8000, '255.255.255.255')
  }, 2000);
})

server.on('message', (msg, remoteInfo) => {
  console.log(`server get ${msg} from ${remoteInfo.address}:${remoteInfo.port}`)
  // 给客户端回复一条消息
  server.send('word', remoteInfo.port, remoteInfo.address)
})

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

server.bind(3000)

client.js

const dgram = require('dgram');
const client = dgram.createSocket('udp4');

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

client.on('error', err => {
  console.log('client error', err)
})
// 绑定8000端口
client.bind(8000)

组播

server.js

const dgram = require('dgram');
const server = dgram.createSocket('udp4');

server.on('listening', () => {
  const address = server.address();
  console.log(`server running ${address.address} ${address.port}`)
  setInterval(() => {
    // 组播地址 224.0.1.100
    server.send('hello', 8000, '224.0.1.100')
  }, 2000);
})

server.on('message', (msg, remoteInfo) => {
  console.log(`server get ${msg} from ${remoteInfo.address}:${remoteInfo.port}`)
  // 给客户端回复一条消息
  server.send('word', remoteInfo.port, remoteInfo.address)
})

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

server.bind(3000)

client.js

const dgram = require('dgram');
const client = dgram.createSocket('udp4');

client.on('listening', () => {
  const address = client.address();
  console.log(`client running ${address.address} ${address.port}`)
  // 加入组播组
  client.addMembership('224.0.1.100')
})

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

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

// 绑定8000端口
client.bind(8000)

构建http服务

tcp和udp都属于网络传输层协议，如果要构建高效的网络应用，就应该从传输层进行着手，但是对于经典的浏览器网页和服务器端通信场景，如果单纯的使用更底层的传输层协议则会变得麻烦。

所以对于经典的BS(browser server)通信,基于传输层之上，专门制定了更上一层的通信协议： http，用于浏览器和服务器端进行通信，由于http协议本身并不考虑数据如何传输及其他细节问题，所以属于应用层协议。

node提供了基本的http和https模块，用于http和https的封装。

image.png

image.png

image.png server.js

const http = require('http')
const fs = require('fs');

const hostname = '127.0.0.1';
const port = 3000;

const server = http.createServer((req, res) => {
  fs.readFile('./index.html',(err, data) => {
    if(err) {
      res.statusCode = 404;
      res.end('404 not found')
      return;
    }
    res.statusCode = 200;
    res.end(data)
  })
})

server.listen(port,hostname,() => {
  console.log(`server running at http://${hostname}:${port}`)
})
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