Node.js 网络通信(二)01-构建TCP服务——TCP全名为传输控制协议，属于传输层协议，如http协议 & 显著特征是在传输之前需要三次握手形成会话 & Socket通信模型

Node.js 网络通信(二)01-构建TCP服务——TCP全名为传输控制协议，属于传输层协议，如http协议 & 显著特征是在传输之前需要三次握手形成会话 & Socket通信模型

第2章 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。

TCP 全名为传输控制协议，在 OSI 模型（由七层模型，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层）中属于传输层协议。许多应用层协议基于TCP构建，典型的是HTTP、SMTP、IMAP等协议。

七层协议示意图如下：

层级	作用
应用层	HTTP、SMTP、IMAP等
表示层	加密/解密等
会话层	通信连接/维持会话
传输层	TCP/UDP
网络层	IP
链路层	网络特有的链路接口
物理层	网络物理硬件

TCP 是面向连接的协议，其显著的特征是在传输之前需要3次握手形成会话，如下图所示

只有会话形成之后，服务器端和客户端之间才能互相发送数据。在创建会话的过程中，服务器端和客户端分别提供一个套接字，这个两个套接字共同形成一个连接。服务器端与客户端则通过套接字实现两者之间连接通信的操作。下面是一个基于 Socket 套接字编程的网络通信模型。

基本示例

服务端：

const net = require('net');
const server = net.createServer((c) => {
    
    
  // 'connection' listener
  console.log('client connected');
  c.on('end', () => {
    
    
    console.log('client disconnected');
  });
  c.write('hello\r\n');
  c.pipe(c);
});
server.on('error', (err) => {
    
    
  throw err;
});
server.listen(8124, () => {
    
    
  console.log('server bound');
});

客户端：

const net = require('net');
const client = net.createConnection({
    
     port: 8124 }, () => {
    
    
  // 'connect' listener
  console.log('connected to server!');
  client.write('world!\r\n');
});
client.on('data', (data) => {
    
    
  console.log(data.toString());
  client.end();
});
client.on('end', () => {
    
    
  console.log('disconnected from server');
});

相关 API

官方API文档：https://nodejs.org/dist/latest-v10.x/docs/api/net.html

服务端相关 API

Class: net.Server

• [new net.Server(options][, connectionListener]) 创建服务器
• Event: ‘close’ 当服务器关闭时，触发该事件
• Event: ‘connection’ 当有新的客户端连接进来时，触发该事件
• Event: ‘error’ 当服务器发生错误时，触发该事件
• Event: ‘listening’ 当调用 server.listen() 绑定端口后触发，简洁写法为 server.listen(port, listeningListener)，通过 listen() 方法的第二个参数传入
• server.address() 服务器创建侦听成功后，可以用来获取服务器地址相关信息，包含 { port: 12346, family: 'IPv4', address: '127.0.0.1' } 信息
• server.close([callback]) 当服务器关闭时触发，在调用 server.close() 后，服务器将停止接受新的套接字连接，但保持当前存在的连接，等待所有连接都断开后，会触发该事件
• server.connections 获取当前已建立连接的数量
  • 注意：该 API 即将废弃，推荐使用 server.getConnections() 替换
• server.getConnections(callback) 获取当前已建立连接的数量
• server.listen() 绑定端口号启动服务，开始等待侦听
  • [server.listen(handle, backlog][, callback])
  • [server.listen(options, callback])
  • [server.listen(path, backlog][, callback])
  • [server.listen(port[, host[, backlog]]][, callback])
• server.listening 获取服务器的侦听状态
• server.maxConnections 在服务器连接数较高的时候，可以通过设置该属性用于拒绝超过最大数的连接
• server.ref() 恢复服务器侦听
• server.unref() 暂停服务器侦听，可以使用 server.ref() 恢复服务器侦听

套接字 Socket 相关 API

Class: net.Socket

• new net.Socket([options]) 创建 Socket 连接
• Event: ‘close’ 当套接字完全关闭时，触发该事件
• Event: ‘connect’ 该事件用于客户端，当套接字与服务端连接成功时会被触发
• Event: ‘data’ 当一端调用 write() 发送数据时，另一端会触发 data 事件，事件传递的数据即是 write() 发送的数据
• Event: ‘drain’ 当任意一端调用 write() 发送数据时，当前这端会触发该事件
• Event: ‘end’ 当连接中的任意一端发送了 FIN 数据时，将会触发该事件
• Event: ‘error’ 当异常发生时，触发该事件
• Event: ‘timeout’ 当一定时间后连接不再活跃时，该事件将会被触发，通知用户当前连接已经被闲置了
• socket.address() 获取套接字的连接信息，例如 { port: 12346, family: 'IPv4', address: '127.0.0.1' }
• socket.localAddress 获取当前套接字地址
• socket.localPort 获取当前套接字端口号
• socket.remoteAddress 获取另一端套接字地址
• socket.remoteFamily 获取另一端套接字IP协议版本
• socket.remotePort 获取另一端套接字连接端口号
• socket.setEncoding([encoding]) 设置获取数据解析的编码格式，默认不处理
• socket.write(data[, encoding][, callback]) 通过套接字发送数据

其它 API

• net.connect() 创建 Socket 客户端连接，和 net.createConnection() 作用相等
  • net.connect(options[, connectListener])
  • [net.connect(port, host][, connectListener])
• net.createConnection() 创建 Socket 客户端连接
  • net.createConnection(options[, connectListener])
  • net.createConnection(path[, connectListener])
  • [net.createConnection(port, host][, connectListener])
• [net.createServer(options][, connectionListener]) 创建Socket服务端，等价于 new net.Server()
• net.isIP(input) 判断是否是IP地址
• net.isIPv4(input) 判断是否是符合 IPv4协议的地址
• net.isIPv6(input) 判断是否是符合 IPv6 协议的地址

案例：聊天室

初始化

核心需求

• 用户第一次进来，提示用户输入昵称进行注册
  • 昵称不允许重复
• 广播消息（群发）
• 用户昵称
• 点对点消息（私聊）

数据格式设计（语言协议）

• 什么是数据格式
  • 数据格式（data format）是描述数据保存在文件或记录中的规则。可以是字符形式的文本格式，或二进制数据形式的压缩格式
• 为什么要进行数据格式设计
• 比较常见的数据传输格式
  • JSON
  • XML
  • YAML
  • …

用户登录

客户端：

{
    
    
  "type": "login",
  "nickname": "xxx"
}

服务端：

{
    
    
  "type": "login",
  "success": true | false,
  "message": "登录成功|失败",
  "sumUsers": 10
}

广播消息

客户端：

{
    
    
  "type": "broadcast",
  "message": "xxx"
}

服务端：

{
    
    
  "type": "broadcast",
  "nickname": "xxx",
  "message": "xxx"
}

点对点消息

客户端：

{
    
    
  "type": "p2p",
  "to": "xxx",
  "message": "xxx"
}

服务端：

{
    
    
  "type": "p2p",
  "from": "xxx",
  "to": "xxx",
  "message": "xxx"
}

上线|离线通知日志

服务端：

{
    
    
  "type": "log",
  "message": "xxx 进入|离开了聊天室，当前在线人数：xx"
}

用户登录

• 客户端输入昵称发送到服务端
• 服务端接收数据，校验昵称是否重复
  • 如果已重复，则发送通知告诉客户端
  • 如果可以使用，则将用户昵称及通信 Socket 存储到容器中用于后续使用

群发消息

• 客户端输入消息发送到服务端
• 服务端将消息发送给所有当前连接（也就是存储客户端Socket的容器）的客户端
• 客户端收到消息，将消息输出到终端

私聊

• 客户端输入消息发送到服务端
• 服务端根据消息内容从容器中找到对应的通信客户端，然后将消息发送给该客户端
• 对应的客户端收到消息，将消息输入到终端

上线|离线通知

• 上线通知
• 离线通知

总结

• TCP 必须建立连接（三次握手建立连接）才能通信

• TCP 只是负责数据的传输，不关心传输的数据格式问题

{
    
    
  "type": "xxx"
}

• 如果需要使用 TCP 通信完成某种功能，则需要制定数据格式协议，或者使用第三方协议
• Socket 就是与之通信的另一端，通过 Socket 接收或是发送数据
• Socket 通信模型