Node.js 高级编程之 UDP（看看它是如何不可靠的） |
您所在的位置：网站首页 › node高级编程 › Node.js 高级编程之 UDP（看看它是如何不可靠的） |
Node.js 高级编程之 UDP（看看它是如何不可靠的）
|
前言
UDP 协议是我们平时较少接触到的知识，不同于 TCP，它是“不可靠”的，今天我们就来实战一下看下它到底怎么个不可靠法？ 不可靠的 UDP实验前，我们先介绍一下需要用到的工具（Mac 环境，其他环境请自行搜索相关工具）： Network Link Conditioner：模拟丢包场景，可以去苹果开发者网站上下载 Wireshark：抓包分析工具 云主机：因为实现发现 Network Link Conditioner 对本地回环地址不起作用，如果有更好的方法求大佬指出然后我们准备两段代码，一段作为 UDP Server，一段作为 UDP Client，Client 会向 Server 发送 26 个英文大写字母，Server 会将他们存到文件： // udp-server.js const udp = require('dgram') const server = udp.createSocket('udp4') const fs = require('fs') server.on('listening', function () { var address = server.address() var port = address.port console.log('Server is listening at port ' + port) }) server.on('message', function (msg, info) { console.log( `Data received from ${info.address}:${info.port}: ${msg.toString()}` ) fs.appendFileSync('./out', msg.toString()) }) server.on('error', function (error) { console.log('Error: ' + error) server.close() }) server.bind(7788) // udp-client.js const udp = require('dgram') const client = udp.createSocket('udp4') for (let i = 0; i < 26; i++) { const char = String.fromCharCode(0x41 + i) client.send(Buffer.from(char), 7788, '********', function (error) { if (error) { console.log(error) } }) } 复制代码接着我们按照下面步骤开始实验： 通过 Network Link Conditioner 把丢包率设置为 50%：接着，我们来看一下实验结果： 首先，我们可以看到服务端接收到的字母少了很多，只有 14 个：为了进行对比，我们可以换成 TCP 试试，代码如下，结果就不贴了： // tcp-server.js const net = require('net') const server = net.createServer() const fs = require('fs') server.on('connection', function (conn) { conn.on('data', (msg) => { console.log( `Data received from ${conn.address().address}:${ conn.address().port }: ${msg.toString()}` ) fs.appendFileSync('./out', msg.toString()) }) }) server.listen(8899, () => { console.log('server listening to %j', server.address().port) }) // tcp-client.js var net = require('net') var client = new net.Socket() client.connect(8899, '********', function () { for (let i = 0; i < 26; i++) { const char = String.fromCharCode(0x41 + i) client.write(char) } }) 复制代码接下我们试试基于 UDP 来实现一个可靠的传输协议，主要解决上面的丢包和乱序问题。 基于 UDP 的简单可靠传输协议首先，需要设计一下我们的协议格式。为了简单起见，我们只在原来 UDP 的数据部分分别新增 4 个字节的 SEQ 和 ACK： +-------------------------------+ | 64 个字节的 UDP 首部 | +-------------------------------+ | SEQ(4 个字节) | ACK(4 个字节) | +-------------------------------+ | Data | +-------------------------------+ 复制代码其中 SEQ 表示当前包的序号，ACK 表示回复序号。 接下来看看，我们如何解决前面的两个问题。 乱序问题接收方需要维护一个变量 expectedSeq 的变量表示期待接收到的包序号。为了简单起见，我们制定如下规则：如果当前接收到的包序号等于 expectedSeq，则把包交给应用层处理，并发送 ACK 给发送方；否则我们都直接丢弃。当然更好的做法是维护一个接收窗口，这样可以批量的提交数据给应用层，也可以用来缓存大于 expectedSeq 的包。 假设现在发送方发送了 1 2 3 两个包，但是到达接收方的顺序是 3 2 1，按照我们的规则接收方会丢弃 3 和 2，接收 1。好家伙，顺序倒是不乱了，但是包没了。 所以还得把丢包问题也解决了才行。 丢包问题发送方维护一个发送窗口用来存储已发送但是还未被确认的包： +---+---+---+---+ | 1 | 2 | 3 | 4 | +---+---+---+---+ 复制代码发送方每发送一个包的同时还需要将包放入发送窗口，并设置一个定时器用来重发这个包。当发送方接收到来自接收方的 ACK 时，需要取消掉对应包的定时器，并将发送窗口中小于 ACK 的包都删除。 +---+---+---+---+ | 1 | 2 | 3 | 4 | +---+---+---+---+ // ACK = 4，删除 1 2 3，并取消掉他们的定时器 +---+ | 4 | +---+ 复制代码完整代码及使用 Demo 见文末，现在可以正常按顺序输出 26 个字母了，但是离“可靠”协议还差得远。比如第一次输出完 26 个字母后，我们再次启动客户端时发现就没有任何输出了。原因在于此时接收端的 expectedSeq 已经是 20 多了，但是新启动的 client 发送的 SEQ 还是从 1 开始的，结果就是接收端一直丢弃接收到的包，发送端一直重试。 要解决这个问题，可以参考 TCP 在传输两端建立“连接”的概念，在开始发送前通过“三次握手”建立连接，也就是确定起始 SEQ，初始化窗口等工作，结束前通过“四次挥手”断开连接，即清理窗口定时器等工作。这个就留到以后再说吧。 代码 // packet.js class Packet { constructor({seq, ack, data = ''}) { this.seq = seq // 序列号 this.ack = ack // 确认号 this.data = data // 数据 } // 将 Packet 转换成 Buffer，以便通过网络传输 toBuffer() { const seqBuffer = Buffer.alloc(4) seqBuffer.writeUInt32BE(this.seq) const ackBuffer = Buffer.alloc(4) ackBuffer.writeUInt32BE(this.ack) const dataBuffer = Buffer.from(this.data) return Buffer.concat([seqBuffer, ackBuffer, dataBuffer]) } // 从 Buffer 中解析出 Packet static fromBuffer(buffer) { const seq = buffer.readUInt32BE() const ack = buffer.readUInt32BE(4) const data = buffer.slice(8) return new Packet({seq, ack, data}) } } module.exports = Packet // reliableUDP.js const dgram = require('dgram') const Packet = require('./packet') class ReliableUDP { constructor() { this.socket = dgram.createSocket('udp4') this.socket.on('message', this.handleMessage.bind(this)) this.sendWindow = [] // 发送窗口，用于存放待确认的数据包 this.receiveWindow = [] // 接收窗口，用于存放已接收的数据包 this.expectedSeq = 1 // 期望接收的数据包序列号 this.nextSeq = 1 // 下一个要发送的数据包序列号 this.timeout = 100 // 超时时间，单位为毫秒 this.timeoutIds = {} // 用于存放定时器 ID } listen(port, address, fn) { this.socket.bind(port, address, fn) } // 发送数据包 sendPacket(packet, address, port) { const buffer = packet.toBuffer() this.socket.send(buffer, port, address, (err) => { if (err) { console.error(err) } }) if (packet.ack) return if (!this.sendWindow.includes((p) => p.seq === packet.seq)) this.sendWindow.push(packet) // 设置超时定时器 const timeoutId = setTimeout(() => { this.handleTimeout(packet.seq, address, port) }, this.timeout) this.timeoutIds[packet.seq] = timeoutId } // 处理接收到的数据包 handleMessage(msg, rinfo) { const {address, port} = rinfo const packet = Packet.fromBuffer(msg) // 收到的是应答的包 if (packet.ack) { const ackNum = packet.ack - 1 // 处理发送窗口中已经确认的数据包 while (this.sendWindow.length > 0 && this.sendWindow[0].seq 0 && this.receiveWindow[0].seq p.seq === seq) if (packet) { this.sendPacket(packet, address, port) } } } module.exports = ReliableUDP // server.js const ReliableUDP = require('./reliableUDP') const server = new ReliableUDP() server.listen(7788, 'localhost') server.onReceive((data) => { console.log(data.toString()) }) // client.js const ReliableUDP = require('./reliableUDP') const client = new ReliableUDP() for (let i = 0; i < 26; i++) { const char = String.fromCharCode(0x41 + i) client.send(char, 'localhost', 7788) } 复制代码欢迎关注公众号“前端游”，第一时间获取更多技术文章。 |
【本文地址】
今日新闻 |
推荐新闻 |