Node의 TCP와 UDP에 대한 간략한 분석

노드는 이벤트 기반, 비차단, 단일 스레드이며 확장성이 뛰어나 매우 가볍고 배포에 적합합니다. 네트워크. Node 是一个面向网络而生的平台，它具有事件驱动、无阻塞、单线程等特性，具备良好的可伸缩性，使得它十分轻量，适合在分布式网络中扮演各种各样的角色。

Node 提供了 net、dgram、http、http2、https 等模块，分别用于处理 TCP、UDP、HTTP、HTTPS，适用于服务端和客户端。

构建 TCP 服务

TCP 服务在网络应用中十分常见,目前大多数的应用都是基于 TCP 搭建而成的,它的全名为传输控制协议,在 OSI 模型中属于传输层协议,许多应用层协议基于 TCP 构建,典型的 HTTP、SMTP、IMAP 等协议。在这里不讲 TCP 相关知识点了,如果感兴趣可以关注我 计算机网络 这个专栏进行学习。

创建 TCP 服务端

在基本了解 TCP 的工作原理之后,我们可以开始创建一个 TCP 服务器端来接受网络请求,net 模块提供了一个异步网络 API,用于创建基于 stream 的 TCP 或 IPC 服务器和客户端。【相关教程推荐：nodejs视频教程、编程教学】

请看下面这个例子,我们在 server.js 文件中编写以下代码,如下:

import net from "net";

const server = net.createServer((socket) => {
  socket.on("data", (data) => {
    console.log("监听到客户端的数据:", data.toString());
  });
  // 监听客户端断开连接事件
  socket.on("end", () => {
    console.log("客户端断开连接");
  });
  // 发送数据给客户端
  socket.end("over over over\n");
});

// 启动服务
server.listen(3000, () => {
  console.log("服务创建成功");
});

我们通过 net.createServer(listener) 即可创建一个 TCP 服务器,该函数的参数是里链接事件 connection 的侦听器。

当我们在终端执行该文件时,服务创建成功 输出在了终端。

nodemon .\server.js

在前面我们通过 net.createServer 创建了一个服务端,那么接下来我们使用 net.connect 创建一个客户端进行会话,具体代码如下所示:

import net from "net";

const client = net.connect({ port: 3000 }, () => {
  client.write("今晚出去吃饭,收到请 over\n");
});
// 接收服务端的数据
client.on("data", (data) => {
  console.log("接收服务端的数据: ", data.toString());
  // 断开连接
  client.end();
});

// 断开连接
client.on("end", () => {
  console.log("断开连接");
});

我们这个时候对两个文件执行,如下所示:

接下来我们还有这样的一个例子,具体代码如下图所示:

具体运行结果请看下面的动图:

在客户端我使用 client.write() 发送了多次数据,但是只有 setTimeout 之外的是正常的，setTimeout 里面连续发送的似乎并不是每一次一返回,而是会随机合并返回了,在这里也就出现了粘包了。

TCP 针对网络中的小数据包有一定的优化策略: Negle 算法,如果每次只发送一个字节的内容而不优化,网络中将充满只有极少数有效数据的数据报,将十分浪费网络资源,该算法针对这种情况,要求缓冲区的数据达到一定数量或者一定时间后才将其发出,所以小数据包将会被该算法合并,以此来优化网络。这种优化虽然使网络有效地使用,但是数据有可能被延迟发送。

在 Node 中,由于 TCP 默认启用了 Negle 算法,可以调用 socket.setNoDelay(true) 去掉 Negle 算法,使得 write() 可以立即发送数据到网络中:

关闭 Nagle 算法并不总是有效的,因为其是在服务端完成合并,TCP 接收到数据会先存放于自己的缓冲区中,然后通知应用接收,应用层因为网络或其它的原因若不能及时从 TCP 缓冲区中取出数据,也会造成 TCP 缓冲区中存放多段数据块,就又会形成粘包。

TCP原理

在 Node 中,调用 createServer() 等同于调用 new Server()

노드는 net, dgram, http, http2, 를 제공합니다. https 및 기타 모듈은 TCP, UDP, HTTP, HTTPS를 처리하는 데 사용됩니다. 서버와 클라이언트.

TCP 서비스 구축

TCP 서비스는 네트워크 애플리케이션에서 매우 일반적입니다. 현재 애플리케이션의 대부분은 TCP를 기반으로 합니다. > 전체 이름은 OSI 모델의 전송 계층 프로토콜인 전송 제어 프로토콜입니다. 많은 애플리케이션 계층 프로토콜은 TCP를 기반으로 구축됩니다. >HTTP, SMTP, IMAP 및 기타 프로토콜. 여기서는 TCP 관련 지식에 대해 이야기하지 않겠습니다. 관심이 있으시면 저를 팔로우하세요 컴퓨터 네트워크 이 칼럼에 대해 알아보세요. 🎜TCP 서버 생성🎜🎜TCP 작동 방식에 대한 기본 이해가 끝나면 시작할 수 있습니다. 네트워크 요청을 수락하기 위한 TCP 서버 생성 net 모듈은 stream 생성을 위한 비동기 네트워크 API를 제공합니다. TCP 또는 IPC 서버 및 클라이언트. [권장 관련 튜토리얼: nodejs 동영상 튜토리얼, 프로그래밍 교육】🎜🎜아래 예를 살펴보세요. server.js에 있습니다. code> 파일에 다음 코드를 작성합니다. 🎜<pre class='brush:php;toolbar:false;'>function createServer(options, connectionListener) { return new Server(options, connectionListener); }</pre>🎜 <code>net.createServer(listener)를 통해 TCP 서버를 생성할 수 있습니다. 링크 이벤트 Connection의 리스너입니다. 🎜🎜파일을 터미널에서 실행하면 터미널에 서비스가 성공적으로 생성되었습니다가 출력됩니다. 🎜

function Server(options, connectionListener) {
  EventEmitter.call(this);
  // 注册连接到来时执行的回调
  if (typeof options === "function") {
    connectionListener = options;
    options = {};
    this.on("connection", connectionListener);
  } else if (options == null || typeof options === "object") {
    options = { ...options };

    if (typeof connectionListener === "function") {
      this.on("connection", connectionListener);
    }
  }
  // 服务器建立的连接数
  this._connections = 0;

  this[async_id_symbol] = -1;
  this._handle = null;
  this._usingWorkers = false;
  this._workers = [];
  this._unref = false;
  // 服务器下的所有连接是否允许半连接
  this.allowHalfOpen = options.allowHalfOpen || false;
  // 有连接时是否注册读事件
  this.pauseOnConnect = !!options.pauseOnConnect;
  this.noDelay = Boolean(options.noDelay);
  // 是否支持keepAlive
  this.keepAlive = Boolean(options.keepAlive);
  this.keepAliveInitialDelay = ~~(options.keepAliveInitialDelay / 1000);
}
ObjectSetPrototypeOf(Server.prototype, EventEmitter.prototype);
ObjectSetPrototypeOf(Server, EventEmitter);

🎜 앞서 net.createServer를 통해 서버를 생성한 다음 net.connect를 사용하여 세션용 클라이언트를 생성합니다.🎜

Server.prototype.listen = function (...args) {
  /*
         处理入参，根据文档我们知道listen可以接收好几个参数，
          假设我们这里是只传了端口号9297  
        */
  var normalized = normalizeArgs(args);
  //  normalized = [{port: 9297}, null];
  var options = normalized[0];
  var cb = normalized[1];
  // 第一次listen的时候会创建，如果非空说明已经listen过
  if (this._handle) {
    throw new errors.Error("ERR_SERVER_ALREADY_LISTEN");
  }
  // listen成功后执行的回调
  var hasCallback = cb !== null;
  if (hasCallback) {
    // listen成功的回调
    this.once("listening", cb);
  }

  options = options._handle || options.handle || options;
  // 第一种情况，传进来的是一个TCP服务器，而不是需要创建一个服务器
  if (options instanceof TCP) {
    this._handle = options;
    this[async_id_symbol] = this._handle.getAsyncId();
    listenIncluster(this, null, -1, -1, backlogFromArgs);
    return this;
  }
  // 第二种，传进来一个对象，并且带了fd
  if (typeof options.fd === "number" && options.fd >= 0) {
    listenIncluster(this, null, null, null, backlogFromArgs, options.fd);
    return this;
  }
  // 创建一个tcp服务器
  var backlog;
  if (typeof options.port === "number" || typeof options.port === "string") {
    backlog = options.backlog || backlogFromArgs;
    // 第三种 启动一个TCP服务器，传了host则先进行DNS解析
    if (options.host) {
      lookupAndListen(
        this,
        options.port | 0,
        options.host,
        backlog,
        options.exclusive
      );
    } else {
      listenIncluster(
        this,
        null,
        options.port | 0,
        4,
        backlog,
        undefined,
        options.exclusive
      );
    }
    return this;
  }
};

🎜 이때 아래와 같이 두 파일을 실행합니다.🎜🎜🎜🎜다음으로 그러한 예가 있습니다. 구체적인 코드는 아래와 같습니다:🎜🎜🎜🎜구체적인 실행 결과는 아래 애니메이션을 참조하세요:🎜🎜🎜🎜클라이언트에서는 client .write()에서 여러 번 데이터를 보냈으나 <code>setTimeout 이외의 것만 정상입니다. setTimeout에서 계속해서 보내는 것은 매번 반환되지 않는 것 같습니다. 무작위로 병합되어 반환되며 고정 패킷이 여기에 나타납니다. 🎜🎜TCP에는 네트워크의 작은 데이터 패킷에 대한 특정 최적화 전략인 Negle 알고리즘이 있습니다. 최적화 없이 한 번에 1바이트의 콘텐츠만 전송되면 네트워크는 데이터그램을 전송합니다. 아주 적은 양의 유효한 데이터만 채우는 것은 네트워크 자원을 낭비하게 됩니다. 이러한 상황에서 이 알고리즘은 버퍼의 데이터가 특정 양 또는 특정 시간에 도달한 후에 전송해야 하므로 작은 데이터 패킷은 이 알고리즘으로 병합하여 네트워크를 최적화합니다. 이러한 최적화를 통해 네트워크를 효율적으로 사용할 수는 있지만 데이터 전송이 지연될 수 있습니다. 🎜🎜Node에서 TCP는 기본적으로 Negle 알고리즘을 활성화하므로 socket.setNoDelay(true)를 호출할 수 있습니다. > write()가 즉시 네트워크에 데이터를 보낼 수 있도록 Negle 알고리즘을 제거합니다. 🎜🎜🎜🎜Close Nagle 알고리즘은 항상 효과적인 것은 아닙니다. 서버는 TCP에서 수신한 데이터를 자체 버퍼에 먼저 저장한 다음 애플리케이션 계층이 TCP 버퍼에서 데이터를 검색하면 TCP 버퍼에 여러 데이터 블록이 저장되어 끈적한 패킷이 발생하게 됩니다. 🎜<h2 id="strong-TCP-원칙-strong"><strong>TCP 원칙</strong></h2>🎜 <code>노드에서 createServer() 호출은 new Server() 호출과 동일합니다. , 구체적인 결과는 아래 그림에 표시됩니다. 🎜🎜🎜🎜

这主要的原因它在 Node 源码中有如下定义,所以调用 createServer() 函数实际上调用的是 new Server(),具体代码如下图所示:

function createServer(options, connectionListener) {
  return new Server(options, connectionListener);
}

该构造函数的定义主要有如下所示:

function Server(options, connectionListener) {
  EventEmitter.call(this);
  // 注册连接到来时执行的回调
  if (typeof options === "function") {
    connectionListener = options;
    options = {};
    this.on("connection", connectionListener);
  } else if (options == null || typeof options === "object") {
    options = { ...options };

    if (typeof connectionListener === "function") {
      this.on("connection", connectionListener);
    }
  }
  // 服务器建立的连接数
  this._connections = 0;

  this[async_id_symbol] = -1;
  this._handle = null;
  this._usingWorkers = false;
  this._workers = [];
  this._unref = false;
  // 服务器下的所有连接是否允许半连接
  this.allowHalfOpen = options.allowHalfOpen || false;
  // 有连接时是否注册读事件
  this.pauseOnConnect = !!options.pauseOnConnect;
  this.noDelay = Boolean(options.noDelay);
  // 是否支持keepAlive
  this.keepAlive = Boolean(options.keepAlive);
  this.keepAliveInitialDelay = ~~(options.keepAliveInitialDelay / 1000);
}
ObjectSetPrototypeOf(Server.prototype, EventEmitter.prototype);
ObjectSetPrototypeOf(Server, EventEmitter);

listen

它返回的是一个普通的 JavaScript 对象,接着调用 listen 函数监听端口,listen 方法支持多种使用方式主要有以下这几种方法:

• 传入的是一个已经创建的 TCP 服务器,而不是需要创建的一个服务器;
• 传进来是一个对象,并且带了 fd 字段;
• 创建了一个 TCP 服务器,并启动该服务器,如果传入了 host 会对其进行域名解析；

该方法的的主要逻辑有如下代码所示:

Server.prototype.listen = function (...args) {
  /*
         处理入参，根据文档我们知道listen可以接收好几个参数，
          假设我们这里是只传了端口号9297  
        */
  var normalized = normalizeArgs(args);
  //  normalized = [{port: 9297}, null];
  var options = normalized[0];
  var cb = normalized[1];
  // 第一次listen的时候会创建，如果非空说明已经listen过
  if (this._handle) {
    throw new errors.Error("ERR_SERVER_ALREADY_LISTEN");
  }
  // listen成功后执行的回调
  var hasCallback = cb !== null;
  if (hasCallback) {
    // listen成功的回调
    this.once("listening", cb);
  }

  options = options._handle || options.handle || options;
  // 第一种情况，传进来的是一个TCP服务器，而不是需要创建一个服务器
  if (options instanceof TCP) {
    this._handle = options;
    this[async_id_symbol] = this._handle.getAsyncId();
    listenIncluster(this, null, -1, -1, backlogFromArgs);
    return this;
  }
  // 第二种，传进来一个对象，并且带了fd
  if (typeof options.fd === "number" && options.fd >= 0) {
    listenIncluster(this, null, null, null, backlogFromArgs, options.fd);
    return this;
  }
  // 创建一个tcp服务器
  var backlog;
  if (typeof options.port === "number" || typeof options.port === "string") {
    backlog = options.backlog || backlogFromArgs;
    // 第三种 启动一个TCP服务器，传了host则先进行DNS解析
    if (options.host) {
      lookupAndListen(
        this,
        options.port | 0,
        options.host,
        backlog,
        options.exclusive
      );
    } else {
      listenIncluster(
        this,
        null,
        options.port | 0,
        4,
        backlog,
        undefined,
        options.exclusive
      );
    }
    return this;
  }
};

listenInCluster

在每种方式的最后丢回调用 listenIncluster 方法,该方法主要做的事情是区分 master 进程 和 worker 进程,采用不同的处理策略:

• mastr 进程: 直接调用 server._listen 启动监听;
• worker 进程: 使用 cluster._getServer 处理传入的 server 对象,修改 server._handle 再调用了 server._listen 启动监听;

构建 UDP 服务

UDP 又称用户数据包协议,与 TCP 一样同属于网络层传输层。UDP 和 TCP 最大的不同是 UDP 不是面向链接的。

创建 <span style="font-size: 18px;">UDP</span> 服务

创建 UDP 套接字十分简单,UDP 套接字一旦创建,既可以作为客户端发送数据,也可以作为服务端接收数据,下面的代码创建了一个 UDP 套接字,具体代码如下所示:

import dgram from "node:dgram";

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

server.on("error", (err) => {
  console.error(`server error:\n${err.stack}`);
  server.close();
});

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

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

server.bind(3000);

该套接字将接收所有网课上 3000 端口上的消息,在绑定完成后,将触发 listening 事件,会终端执行,会输出 server listening 0.0.0.0:3000 字段。

接下来我们创建一个客户端和服务端进行对话,具体代码如下所示:

import dgram from "node:dgram";
import { Buffer } from "node:buffer";

const message = Buffer.from("你个叼毛");
const client = dgram.createSocket("udp4");

client.send(message, 0, message.length, 3000, "localhost", () => {
  client.close();
});

终端的最终输出结果如下图所示

UDP 广播

在 dgram 模块中,可以使用 socket 端口对象的 setBroadcast 方法来进行数据的广播:

socket.setBroadcast(flag);

• flag: 当 flag 为 true 时,UDP 服务器或者客户端可以利用其所用的 socket 端口对象的 send 方法中的地址修改为广播地址。

服务端的代码定义在 server.js 文件,具体代码如下所示:

import dgram from "dgram";

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

server.on("message", function (msg, rinfo) {
  console.log(
    "server got: " + msg + " from " + rinfo.address + ":" + rinfo.port
  );
});

server.on("listening", function () {
  var address = server.address();
  console.log("server listening " + address.address + ":" + address.port);
});

server.bind(3000);

客户端的代码定义在 server.js 文件,具体代码如下定义:

import dgram from "dgram";
import { Buffer } from "buffer";

const socket = dgram.createSocket("udp4");
const params = process.argv.splice(2);

socket.bind(function () {
  socket.setBroadcast(true);
});

const message = Buffer.from(...params);

socket.send(message, 0, message.length, 3000, "255.255.255.255", () => {
  socket.close();
});

具体运行效果如下图所示:

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위 내용은 Node의 TCP와 UDP에 대한 간략한 분석의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!