NodeJs 第十四章（UDP）

安利君_AnLijun
180 阅读6分钟

UDP

UDP 协议是 TCP/IP 协议族的一部分，它是一种无连接的数据报服务。与 TCP 协议相比，UDP 协议不保证数据的可靠传输，也不提供流量控制和错误恢复功能。因此，UDP 更适合于那些需要快速传输大量数据但允许一定程度数据丢失的应用场景，例如视频流、在线游戏等。

UDP 的主要特点

  • 无连接：发送数据之前不需要建立连接。
  • 简单高效：报文长度固定且较小，传输效率高。
  • 不可靠：不保证数据包能够到达目的地，也不保证接收顺序。
  • 面向报文：数据报长度固定，一次传输的数据长度限制在64K以内。

UDP 和 TCP 的区别

  • 连接性：TCP 需要在通信双方建立连接后才能开始数据传输，而 UDP 不需要。
  • 可靠性：TCP 提供可靠的数据传输，通过序列号、重传机制等确保数据正确无误地到达目的地；UDP 则不保证数据包能够成功到达目标地址。
  • 速度：由于不需要握手过程和错误恢复机制，UDP 通常比 TCP 快。
  • 数据包大小：UDP 支持的最大数据报大小为 64 KB，而 TCP 没有固定的最大数据报大小限制。

创建 UDP 服务器

在 Node.js 中，可以使用 dgram 模块来创建 UDP 服务器和客户端。这个模块提供了创建 UDP 套接字（Socket）的功能，通过这些套接字可以发送和接收 UDP 数据报。

引入 dgram 模块

首先，我们需要引入 dgram 模块。这是 Node.js 提供的一个内置模块，专门用于处理 UDP 和 ICMP 协议。

const dgram = require('dgram');

创建 UDP 服务器

接下来，我们使用 dgram.createSocket() 方法创建一个新的 UDP 服务器。这个方法接受一个参数，表示使用的协议类型。对于 UDP，这个参数应该是 'udp4' 或 'udp6'。

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

绑定端口和地址

创建服务器后，我们需要指定服务器监听的端口和地址。这可以通过调用 server.bind() 方法来完成。

server.bind(41234, '0.0.0.0', () => {
    console.log('UDP Server is listening on port 41234');
});

这里，我们让服务器绑定到本地 IP 地址 0.0.0.0 上的端口 41234。0.0.0.0 表示所有可用的网络接口，这意味着服务器将监听所有可用的网络接口上的该端口。

监听数据包

为了处理接收到的数据包，我们需要为服务器添加一个 'message' 事件的监听器。当服务器接收到新的数据报时，这个事件就会被触发。

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

这里的 msg 参数包含了接收到的数据报的内容，而 rinfo 对象则包含了发送方的信息，包括地址和端口号。

关闭服务器

当不再需要服务器时，我们可以调用 server.close() 方法来关闭它。

server.close(() => {
    console.log('Server closed.');
});

完整代码示例

结合以上步骤，我们可以得到一个完整的 UDP 服务器代码示例：

const dgram = require('dgram');
const server = dgram.createSocket('udp4');
server.bind(41234, '0.0.0.0', () => {
    console.log('UDP Server is listening on port 41234');
});
server.on('message', (msg, rinfo) => {
    console.log(`Server got: ${msg} from ${rinfo.address}:${rinfo.port}`);
});

// 关闭服务器的示例
setTimeout(() => {
    server.close(() => {
        console.log('Server closed.');
    });
}, 10000);

在这个例子中，服务器会在启动后立即开始监听端口 41234，并在收到数据报时打印接收到的消息和发送者的地址。10 秒后，服务器将自动关闭。

在上面的代码中，我们首先引入了 dgram 模块，然后创建了一个 UDP 服务器实例。通过监听 'listening' 事件，我们可以知道服务器何时开始监听指定端口。当服务器接收到消息时，会触发 'message' 事件，并传递消息内容和发送方的信息。最后，我们通过调用 bind 方法来绑定服务器到一个特定的端口上。

创建 UDP 客户端

创建 UDP 客户端也非常直观。同样地，我们使用 dgram 模块，并通过 createSocket 方法来创建客户端实例。下面是一个简单的客户端示例：

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

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

client.bind(41235); // 客户端也需绑定到一个端口

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

// 发送消息给服务器
client.send(Buffer.from('Hello Server!'), 41234, '127.0.0.1', (err) => {
    if (err) throw err;
    console.log('Message sent to the server!');
});

在这个示例中，我们创建了一个 UDP 客户端，并且它也需要绑定到一个特定的端口。此外，我们还添加了一个 'message' 事件处理器，以便能够接收来自服务器的消息。最后，我们通过调用 send 方法向服务器发送了一条消息。

处理多客户端连接

在实际应用中，我们可能需要同时处理来自多个客户端的连接。这可以通过在不同的端口上启动多个 UDP 套接字来实现，或者在同一端口上使用多个套接字。然而，在大多数情况下，我们只需要一个套接字就能满足需求。为了实现这一点，我们可以根据接收到的数据包的内容来区分不同的客户端请求。

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

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

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

    // 根据消息内容处理不同的逻辑
    if (msg.toString() === 'ClientA Request') {
        // 处理客户端 A 的请求
        server.send(Buffer.from('Response from Server'), rinfo.port, rinfo.address);
    } else if (msg.toString() === 'ClientB Request') {
        // 处理客户端 B 的请求
        server.send(Buffer.from('Another Response'), rinfo.port, rinfo.address);
    }
});

server.bind(41236);

在这段代码中，我们根据接收到的消息内容来判断应该执行哪种类型的处理逻辑。例如，如果消息内容是 "ClientA Request"，我们就向该客户端发送一条特定的响应消息。

使用 Node.js 发送 UDP 数据包

在 Node.js 中，我们可以通过 dgram 模块来创建 UDP 套接字并发送数据包。以下是一个简单的示例代码，演示了如何发送一个 UDP 数据包到指定的 IP 地址和端口：

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

const message = Buffer.from('Hello, World!');
const address = '127.0.0.1';
const port = 41234;

server.send(message, port, address, (err) => {
    if (err) {
        console.error(`Error sending message: ${err.stack}`);
        server.close();
        return;
    }
    console.log(`Message sent to ${address}:${port}`);
    server.close();
});

在这个例子中，我们首先引入了 dgram 模块，并通过 dgram.createSocket('udp4') 创建了一个 UDP 套接字。然后，我们定义了一个要发送的消息，并指定了目标 IP 地址和端口号。最后，我们调用了 server.send() 方法来发送数据包，并在回调函数中处理可能发生的错误。

接收 UDP 数据包

除了发送数据包之外，我们还可以使用 UDP 套接字来监听并接收来自其他主机的数据包。下面的代码展示了如何设置一个 UDP 服务器来接收数据包：

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

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

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

server.bind(41235);

这里，我们首先创建了一个 UDP 套接字，并将其绑定到本地端口 41235 上。当套接字准备好接收数据时，会触发 'listening' 事件。接下来，我们通过监听 'message' 事件来处理接收到的数据包。每次接收到新的数据包时，这个事件处理器会被调用，并且传递给它两个参数：一个是接收到的原始数据（msg），另一个是关于发送方的信息（rinfo 对象，包含发送方的 IP 地址和端口号）。

处理 UDP 数据包

在实际应用中，处理 UDP 数据包可能会涉及到更多的细节。例如，你可能需要解析从服务器接收到的数据包，或者根据不同的消息类型执行不同的操作。下面是一些常见的数据包处理技术：

解析接收到的数据包

当你接收到一个数据包时，可以通过检查其内容来确定如何处理它。例如，如果你知道服务器发送的是 JSON 格式的数据，那么你可以使用 JSON.parse 方法来解析这些数据：

client.on('message', (msg, rinfo) => {
    try {
        const parsedData = JSON.parse(msg.toString());
        console.log(`Received JSON data: `, parsedData);
    } catch (error) {
        console.error('Error parsing message:', error);
    }
});

构建并发送自定义格式的数据包

除了接收数据包外，你还需要能够构建并发送自定义格式的数据包。这可以通过使用 Buffer 对象来实现。例如，假设你需要发送一个包含两个整数的简单数据包：

function sendData(a, b) {
    const buffer = Buffer.alloc(8);
    buffer.writeUInt32BE(a, 0);
    buffer.writeUInt32BE(b, 4);

    client.send(buffer, 41234, '127.0.0.1', (err) => {
        if (err) throw err;
        console.log('Data packet sent!');
    });
}

sendData(123, 456);

在这个例子中，我们创建了一个长度为 8 字节的缓冲区，并将两个整数写入其中。然后，我们使用 client.send 方法将这个缓冲区发送到服务器。

错误处理

在处理 UDP 通信时，错误处理是非常重要的。虽然 UDP 本身不保证数据包的顺序或可靠性，但仍然有一些常见的错误情况需要考虑，比如网络不可达、端口被占用等。以下是一些基本的错误处理策略：

捕获发送错误

当发送数据包时，如果发生错误，可以通过回调函数来捕获这些错误：

client.send(buffer, 41234, '127.0.0.1', (err) => {
    if (err) {
        console.error('Error sending data:', err);
    } else {
        console.log('Data sent successfully.');
    }
});

监听套接字错误

你还可以监听套接字上的 'error' 事件来处理其他类型的错误：

client.on('error', (err) => {
    console.error('Socket error:', err);
});
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