UDP / Datagram Sockets

dgram 模块封装了对 UDP Datagram sockets 的实现。

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

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

server.bind(41234);
// server listening 0.0.0.0:41234

Class: dgram.Socket

dgram.Socket 是一个封装了和数据报相关的函数的 EventEmitter 实例对象。

使用 dgram.createSocket() 可以创建新的 dgram.Socket 实例，且不需要使用 new 关键字。

事件：'close'

当 socket 使用 close() 关闭之后就会触发 close 事件。一旦触发该事件，socket 就不再触发 message 事件。

事件：'error'

  • exception，Error 实例

当出现任意错误时就会触发 error 事件，该事件的监听器函数只接收一个错误对象。

事件：'listening'

当 socket 开始监听数据报信息时就会触发 listening 事件，且在 UDP socket 创建时就可以触发该事件。

事件：'message'

  • msg，Buffer 实例，消息
  • rinfo，对象，远程地址信息

当 socket 接收到新的数据报时就会触发 message 事件。该事件的处理函数接收两个参数：msg 和 rifno，其中 msg 参数是一个 Buffer 实例，rinfo 参数是一个对象，该对象包含了发报者的地址属性 address/family/port：

socket.on('message', (msg, rinfo) => {
  console.log('Received %d bytes from %s:%d\n', msg.length, rinfo.address, rinfo.port);
});

socket.addMembership(multicastAddress[, multicastInterface])

  • multicastAddress，字符串
  • multicastInterface，字符串

该方法根据给定的 multicastAddress（使用 IP_ADD_MEMBERSHIP socket 选项） 通知 kernel 加入广播组。如果未指定 multicastInterface 参数，操作系统会尝试为所有的有效网络接口添加广播关系。

socket.address()

该方法返回一个包含 socket 地址信息的对象。对于 UDP socket，该对象包含 address、family 和 port 属性。

socket.bind([port][, address][, callback])

  • port，整数
  • address，字符串
  • callback，函数，不接收任何参数，完成绑定时调用

对于 UDP socket，该方法用于让 dgram.Socket 监听 port 和 address 指定接口的数据报信息。如果未指定 port，则操作系统绑定一个随机接口。如果未指定 address，则操作系统会尝试监听所有的地址。绑定完成之后会立即出发 listening 事件并调用 callback 回调函数。

注意，同时为 socket.bind() 设置 listening 事件监听器和 callback 回调函数虽然没有坏处，但略显多余。

socket 绑定数据报之后就会让 Node.js 进程持续运行以接收数据报信息。

如果绑定失败，则触发 error 事件。极少数情况下，会抛出一个 Error 实例，比如尝试绑定一个已关闭的 socket。

下面代码演示了监听 41234 端口的 UDP 服务器：

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

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

server.bind(41234);
// server listening 0.0.0.0:41234

socket.bind(options[, callback])

  • options，对象，包含以下属性
    • port，数值
    • address，字符串
    • exclusive，布尔值
  • callback，函数

对于 UDP socket，该方法用于让 dgram.Socket 监听 options 参数中 port 和 address 所指定的接口的数据报信息。如果未指定 port，则操作系统绑定一个随机接口。如果未指定 address，则操作系统会尝试监听所有的地址。绑定完成之后会立即出发 listening 事件并调用 callback 回调函数。

只有 dgram.Socket 配合 cluster 模块使用时，options 对象中的可选属性 exclusive 才有效。如果 exclusive 的值为 false（默认值），cluster worker 将会使用相同的底层 socket 句柄，并允许连接处理共享的任务；如果 exclusive 的值为 true，则不允许共享句柄，即使共享端口也会抛出错误。

下面代码演示了 socket 监听独享端口的示例：

socket.bind({
  address: 'localhost',
  port: 8000,
  exclusive: true
});

socket.close([callback])

该方法用于关闭底层 socket 并停止监听数据。如果指定了 callback，则该回调函数会被系统自动添加为 close 事件的监听器。

socket.dropMembership(multicastAddress[, multicastInterface])

  • multicastAddress，字符串
  • multicastInterface，字符串

该方法根据给定的 multicastAddress（使用 IP_ADD_MEMBERSHIP socket 选项） 通知 kernel 离开广播组。当 socket 关闭或者进程终端时，kernel 会自动调用该方法，所以对于大多数的应用来说，基本不需要主动调用该方法。

如果未指定 multicastInterface 参数，操作系统会尝试为所有的有效网络接口移除广播关系。

socket.send(msg[, offset, length], port, address[, callback])

  • msg，Buffer 实例或字符串或数组，用于发送的消息
  • offset，整数，指定在 Buffer 实例中数据发送的起始位置
  • length，整数，消息的字节量
  • port，整数，分发端口
  • address，字符串，分发主机名或 IP 地址
  • callback，函数，消息发送之后调用的回调函数

该方法通过 socket 广播数据报，使用时必须指定 port 和 address。

msg 参数包含了发送的消息，且根据 msg 的类型不同，系统会做不同的处理。如果 msg 是一个 Buffer 实例，那么 offset 和 length 属性就用来指定数据发送的起始位置及长度。如果 msg 是一个字符串，则会被系统自动转换为 utf8 格式的 Buffer 实例。当消息中含有多字节字符时，offset 和 length 参数指定的就不再试字符位置了，而是字节长度。如果 msg 是一个数组，那么一定不要指定 offset 和 `length

address 参数是一个字符串。如果 address 是一个主机名，那么 DNS 就会解析该主机的地址；如果未指定 address 或者该参数是一个字符串，那么系统就会自动为其赋值为 127.0.0.1 或 ::1。

如果 socket 之前没有通过 bind() 方法进行绑定，那么 socket 就会被分配一个随机接口并绑定到所有的接口地址，比如在 udp4 socket 中是 0.0.0.0，在 udp6 socket 中是 ::0。

可选参数 callback 可用于记录 DNS 错误或指定何时复用 buf 对象。注意，DNS 查询会推迟消息发送的是时间，这段延迟多于 Node.js 事件循环一次的时间。

确定数据报被发送的唯一方式就是使用 callback。如果发送过程中出现了错误且指定了 callback，那么 callback 的第一个参数就包含了该错误。如果未指定 callback，那么在 socket 对象上就会触发 error 事件。

offset 和 length 是可选参数，但如果指定了其中之一，那么就必须指定另一个。此外，只有 msg 是 Buffer 实例或字符串时，才可以传递该参数。

下面代码演示了如何使用 localhost 上的随机端口发送 UDP 包：

const dgram = require('dgram');
const message = new Buffer('Some bytes');
const client = dgram.createSocket('udp4');
client.send(message, 41234, 'localhost', (err) => {
  client.close();
});

下面代码演示了如何使用 localhost 上的随机端口发送包含多个 Buffer 实例的 UDP 包：

const dgram = require('dgram');
const buf1 = new Buffer('Some ');
const buf2 = new Buffer('bytes');
const client = dgram.createSocket('udp4');
client.send([buf1, buf2], 41234, 'localhost', (err) => {
  client.close();
});

发送多个 Buffer 实例的快慢取决于开发者的应用程序和操作系统，所以开发者需要测试一下相关的性能。通常来说，这种方式还是比较快的。

关于 UDP 数据报的长短

一个 IPv4/6 数据报的最大长度取决于 MTU（Maximum Transmission Unit）和 Payload Length 的值：

  • Payload Length 的长度为 16 个字节，这意味着一个包含网络头信息和数据（65,507 bytes = 65,535 − 8 bytes UDP header − 20 bytes IP header）的有效负荷不能超过 64K。这对于环回接口（loopback interfaces）没有什么问题，但是对于大多数的主机和网络就不那么够用了。
  • MTU 是链路层对数据报消息支持的最大长度。对于 IPv4 连接，无论是完整接收还是碎片接收，允许的 MTU 最小值是 68 个八位字节，IPv4 的建议值为 576 个八位字节。对于 IPv6，最小值是 1280 个八位字节，最小片段重组缓存值是 1500 个八位字节。68 个八位字节太小了，所以对于大多数的链路层最小值都是 1500 个八位字节。

开发者无法预先知道一个包所经过的所有链接的 MTU。如果发送的数据报大于接收者的 MTU 上限，那么包就会被静默丢弃，既没有任何反馈也不会到大目的地。

socket.setBroadcast(flag)

  • flag，布尔值

该方法用于设置请清除 socket 的 SO_BROADCAST 选项。如果值为 true，则 UDP 包可能会被发往本地的广播地址。

socket.setMulticastLoopback(flag)

  • flag，布尔值

该方法用于设置请清除 socket 的 SO_BROADCAST 选项。如果值为 true，则组播包也会被本地接口接收。

socket.setMulticastTTL(ttl)

  • ttl，整数

该方法用于设置 IP_MULTICAST_TTL。虽然通常来说 TTL 表示生存时间 Time to Live，但在这里它表示一个包允许经过的 IP 跳跃点数量。每一个路由或网关都会减少包的 TTL 值，如果 TTL 的值为 0，那么该包将不会被转发。通常使用网络探测器或多播时会修改 TTL 的值。

socket.setTTL() 的参数是 1~255 之间的数值，用于表示跳跃点的数量，在大多数系统上默认值为 64 且可以被人为的改动。

socket.ref()

默认情况下，绑定 socket 会从 socket 创建到打开的过程阻塞 Node.js 进行的执行。socket.unref() 方法可用于从引用计数中去除 socket，以保持 Node.js 进程的活跃。socket.ref() 方法用于将 socket 添加到引用计数中并回复为默认行为。

反复调用 socket.ref() 并不会有额外的效果。

由于 socket.ref() 返回一个 socket 的引用，所以该方法之后可以进行链式调用。

socket.unref()

默认情况下，绑定 socket 会从 socket 创建到打开的过程阻塞 Node.js 进行的执行。socket.unref() 方法可用于从引用计数中去除 socket，以保持 Node.js 进程的活跃，并且即使 socket 仍在监听，也可以退出进程。

反复调用 socket.unref() 并不会有额外的效果。

由于 socket.unref() 返回一个 socket 的引用，所以该方法之后可以进行链式调用。

异步 socket.bind()

从 Node.js v0.10 开始， dgram.Socket#bind() 方法被修改成了异步执行的方法。类似如下的同步执行代码：

const s = dgram.createSocket('udp4');
s.bind(1234);
s.addMembership('224.0.0.114');

必须修改成接收回调函数的方法：

const s = dgram.createSocket('udp4');
s.bind(1234, () => {
  s.addMembership('224.0.0.114');
});

dgram 模块方法

dgram.createSocket(options[, callback])

  • options，对象
  • callback，函数，和 message 事件所绑定
  • 返回值类型：dgram.Socket 实例

该方法用于创建一个 dgram.Socket 对象。options 参数是一个包含 type 必选属性，udp4 或 udp6 两者之一以及可选布尔属性 reuseAddr 的对象。

如果 reuseAddr 的值为 true，即使其他进程已经绑定了 socket，socket.bind() 也可以复用地址。reuseAddr 的默认值为 false。可选参数 callback 会和 message 事件绑定。

一旦创建了 socket，调用 socket.bind() 就会让 socket 开始监听数据报消息。当socket.bind() 没有接收到 address 和 port 参数时，系统就会将 socket 绑定到所有的接口地址的随机端口上。使用 socket.address().address 和 socket.address().port 可以获取相应的绑定地址和端口信息。

dgram.createSocket(type[, callback])

  • type，字符串，udp4 和 udp6 中的一个
  • callback，函数，和 message 事件绑定
  • 返回值类型：dgram.Socket 实例

该方法根据指定的 type 创建一个 dgram.Socket 对象。type 参数可以是 udp4 和 udp6 中的一个。可选参数 callback 会和 message 事件绑定。

一旦创建了 socket，调用 socket.bind() 就会让 socket 开始监听数据报消息。当socket.bind() 没有接收到 address 和 port 参数时，系统就会将 socket 绑定到所有的接口地址的随机端口上。使用 socket.address().address 和 socket.address().port 可以获取相应的绑定地址和端口信息。

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