Node.js：dgram模塊實現UDP通信

1、什么是UDP?

這里簡單介紹下，UDP，即用戶數據報協議，一種面向無連接的傳輸層協議，提供不可靠的消息傳送服務。UDP協議使用端口號為不同的應用保留其各自的數據傳輸通道，這一點非常重要。與TCP相比，占用資源更少，傳輸速度更快。

2、了解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，該子網下有兩台主機：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，然后將此MAC地址設置為目標地址發出去。
2. 該子網下的主機以太網接口看到該數據幀時，對比自己的MAC地址，如果不一樣，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，然后在IP層對比目標IP和本機IP，在UDP層對比端口號是否一致，最后接收該數據幀。

廣播：向一個廣播地址發送UDP數據報，該廣播網絡下的所有主機都會受到影響，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為：192.168.10.255，該子網下有兩台主機：192.168.10.2，192.168.10.3，向192.168.10.255發送數據報）：

1. 向192.168.10.255主機端口為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，然后將此MAC地址設置為目標地址發出去。
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,端口為8060的會保留該數據，否則將數據丟棄。

廣播：向一個組播地址發送UDP數據報，該組網絡下的所有主機都會受到影響，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類似。

3、dgram模塊API介紹

該模塊用來創建UDP數據報socket，繼承了EventEmitter，該模塊的API如下所示：

3、UDP單播實現

單播的原理上面已經說了，這里便不再敘述。
服務端：

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

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

server.bind('8060');

客戶端：

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

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

client.on('error',(err)=>{
	console.log(err);
});
client.on('message',(msg,rinfo)=>{
	if(msg=='exit') client.close();
	console.log(`receive message from ${rinfo.address}:${rinfo.port}`);
});
client.send(`hello`,8060,'1.1.1.69');

3、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？可以利用ipconfig(windows)或ifconfig(*unix)得到ip地址和mask掩碼地址，然后利用ip地址與mask子網掩碼做與操作得到網絡地址，網絡地址中主機位都為1就是廣播地址，舉個例子：

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

接着實現UDP廣播，我機子的IP為1.1.1.69，掩碼為255.255.255.0，因此廣播地址為1.1.1.255，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，如下所示：
服務端：

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

server.on('close',()=>{
	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.setBroadcast(!0);//開啟廣播
	server.setTTL(128);
	server.send('大家好啊，我是服務端.',8061,'1.1.1.255');
});

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

server.bind('8060','1.1.1.69');

客戶端：

const dgram = require('dgram');
const 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('socket正在監聽中...');
});
client.on('message',(msg,rinfo)=>{
	console.log(`receive message from ${rinfo.address}:${rinfo.port}：${msg}`);
});
client.bind(8061,'1.1.1.69');

3、UDP組播實現

組播地址是實現UDP組播的關鍵，因此了解組播地址是重點。什么是組播地址？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)協議維護組成員關系，其中：
224.0.0.0～224.0.0.255為永久組地址，地址224.0.0.0保留不做分配，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，可以用於Internet；
224.0.2.0～238.255.255.255為用戶可用的組播地址（臨時組地址），全網范圍內有效；
239.0.0.0～239.255.255.255為本地管理組播地址，僅在特定的本地范圍內有效。
向組播地址發送數據報，只有該組成員才會接收此數據報。
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，如下所示：
服務端：

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

server.on('close',()=>{
	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(`receive message from ${rinfo.address}:${rinfo.port}`);
});

function sendMsg(){
	server.send('大家好啊，我是服務端.',8061,multicastAddr);
}

server.bind('8060','1.1.1.69');

客戶端：

const dgram = require('dgram');
const client = dgram.createSocket('udp4');
const 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正在監聽中...');
	client.addMembership(multicastAddr);
});
client.on('message',(msg,rinfo)=>{
	console.log(`receive message from ${rinfo.address}:${rinfo.port}：${msg}`);
});
client.bind(8061,'1.1.1.69');

另外UDP內網穿透相關的內容，大家也可自行了解一下。