簡介
上一篇文章我們講解了Socket的分類和最常用到的Stream Socket，Stream Socket一般是基於TCP協議的，所以我們經常在web服務中能夠看到他們的身影。當然TCP協議有個孿生兄弟叫做UDP，那么基於UDP來做傳輸協議的socket協議就叫做Datagram Socket，今天我們一起來詳細了解一下Datagram Socket。
什么是Datagram Socket
和有連接的Stream Socket不同，Datagram Socket是無連接的。有連接的Stream Socket表明這個socket是穩定可靠的，所以我們可以在Stream socket中進行穩定的數據傳輸，當然這個穩定是說數據包不會丟失，但是並不一定能夠確保數據包不被篡改。
Datagram Socket這種無連接的通常被用在容許數據部分丟失的場景，比如語音、視頻等等，無連接的好處就是不需要TCP那樣復雜的建立連接的步驟，所以相對而言更加簡單。
Datagram Socket通常使用的就是UDP協議作為底層的數據傳輸協議。
對於UDP來說，因為UDP協議本身並不會保證數據的順序和數據異常的處理，這些都需要在應用程序中自己實現。
常見的UDP應用有DNS(Domain Name System)服務，NTP(Network Time Protocol)服務等等。
在JDK的java.net包中提供了對Datagram Socket的封裝,在其中定義了三個連接的狀態：
class DatagramSocket implements java.io.Closeable {
...
static final int ST_NOT_CONNECTED = 0;
static final int ST_CONNECTED = 1;
static final int ST_CONNECTED_NO_IMPL = 2;
...
}
分別表示沒有建立連接，建立了連接和建立了連接，但是還沒有到實現的level。
另外，在DatagramSocket中還包含了一個連接的地址和端口：
InetAddress connectedAddress = null;
int connectedPort = -1;
使用socat來創建UDP服務
注意，在使用后續的命令之前，需要在unix環境中執行安裝命令：yum install iproute2 netcat-openbsd socat
和之前的Stream Socket一樣，我們也可以使用socat命令，來建立一個UDP服務器，我們需要用到socat的下面幾個參數：
udp4-listen:<port> groups=FD,SOCKET,LISTEN,CHILD,RANGE,IP4,UDP
udp6-listen:<port> groups=FD,SOCKET,LISTEN,CHILD,RANGE,IP6,UDP
我們需要監聽udp4和udp6的數據，所以這里使用 udp4-listen和udp6-listen兩個參數。
后面的端口號可以自定義，這里我們還是使用同樣的8888端口，對應的命令如下：
socat UDP4-LISTEN:8888,fork /dev/null&
socat UDP6-LISTEN:8888,ipv6only=1,fork /dev/null&
上面的命令，我們在8888端口上監聽UDP4和UDP6的連接信息，其中fork參數表示程序在接收到程序包之后繼續運行，如果不用fork，那么程序會自動退出。
socat后面本來要接一個bi-address，這里我們使用/dev/null，表示丟棄掉所有的income信息。
UDP6-LISTEN有個特殊的參數叫做ipv6only，表示收到的數據包不要發送到IPv4-mapped IPv6 addresses。
什么是IPv4-mapped IPv6 addresses？ 簡單點說就是將IPv4映射到了IPv6的地址中。
執行上述命令，我們會得到下面的輸出：
[1] 16174
[2] 16184
因為是后台執行，所以我們返回了進程的ID。
使用ss命令來監控Datagram Sockets
ss命令可以用來檢查socket的狀態，這里我們需要用到ss的這樣幾個參數：
-4, --ipv4 display only IP version 4 sockets
-u, --udp display only UDP sockets
-l, --listening display listening sockets
-n, --numeric don't resolve service names
因為我們只監聽ipv4和ipv6的數據，所以這里我們用-4和-6這兩個參數。
另外因為只需要監聽udp sockets，所以需要使用-u參數。
因為是監聽，所以使用-l參數，最后我們希望看到具體的數字，而不是被解析成了服務名，所以這里使用-n參數。
我們使用下面的命令看看結果：
ss -4 -uln
可以得到下面的結果：
State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port
UNCONN 0 0 *:8888 *:*
上面的命令只監聽了Ipv4，我們再看看Ipv6：
ss -6 -uln
可以得到下面的結果：
State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port
UNCONN 0 0 :::8888 :::*
和Ipv4的很類似，表示我們在Ipv6上監聽到了端口8888。
使用nc建立和UDP Socket的連接
我們已經建立好了了監聽UDP連接的服務器，接下來我們嘗試使用nc命令來進行連接。
nc是Ncat的簡稱，是一個非常小並且高效的網絡工具。我們來看下本例子中會用到的參數：
-4 Use IPv4 only
-6 Use IPv6 only
-u, --udp Use UDP instead of default TCP
-v, --verbose Set verbosity level (can be used several times)
-z Zero-I/O mode, report connection status only
因為需要連接到Ipv4和Ipv6，所以需要-4和-6參數。
默認情況下nc使用的是TCP協議，如果要使用udp則需要使用-u這個參數。
另外我們需要輸出詳細的信息，所以需要-v參數，最后我們直接建立連接，並不發送任何數據，所以這里使用-z參數，我們執行一下來看看效果：
nc -4 -u -vz 127.0.0.1 8888
看看下面的輸出結果：
Ncat: Version 7.50 ( https://nmap.org/ncat )
Ncat: Connected to 127.0.0.1:8888.
Ncat: UDP packet sent successfully
Ncat: 1 bytes sent, 0 bytes received in 2.02 seconds.
表示UDP連接成功。
同樣的，我們可以使用下面的命令來連接到UDP socket：
nc -6 -u -vz ::1 8888
其中::1表示的是本機的ipv6地址.
可以得到下面的結果：
Ncat: Version 7.50 ( https://nmap.org/ncat )
Ncat: Connected to ::1:8888.
Ncat: UDP packet sent successfully
Ncat: 1 bytes sent, 0 bytes received in 2.02 seconds.
表示UDP連接成功。
總結
本文講解了datagram socket的基本概念，並且使用一些unix的基本命令來構建了udp服務器和客戶端，方便大家理解。
本文已收錄於 http://www.flydean.com/16-datagram-socket/
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