Node.js 网络通信

基于Node.js的网络编程

• 面向网络而生
• 事件驱动、无阻塞、单线程
• 非常轻量
• Node的API 十分贴合网络，适合用来构建灵活的网络服务
• 传统的web平台大多数都需要专门的web服务器作为容器，如asp，asp.net 需要IIS作为服务器，PHP需要搭载Apache或Nginx环境等。
• node可以非常方便的搭建网络服务器和客户端
• node提供了net、dgram、http、https 四个模块，分别用于处理TCP、UDP、HTTP、HTTPS，适用于服务器和客户端。

Node.js 网络通信概述

OSI网络的七层模型：

• 应用层： 为应用程序提供服务
• 表示层： 数据格式转化、数据加密
• 会话层： 建立、管理和维护会话
• 传输层： 建立、管理和维护端到端的连接
• 网络层： IP选址及路由选择
• 数据链路层： 提供介质和链路管理
• 物理层： 物理层

层与协议：

• 每一层都是为了完成一种功能，为了实现这些功能，就需要大家都遵守共同的规则。大家都遵守的规则就叫做“协议（protocol）”。
• 互联网的每一层，都定义了很多协议，这些协议的总称，就叫做“互联网协议”（internet Protocol），他们是互联网的核心。

实体层

电脑要组网，第一件事就是把电脑连起来，可以用光缆，电缆，双绞线，无线电波，量子等方式。它是把电脑连接起来的物理手段，它主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传送0和1的电信号。

链接层

单纯的0和1没有任何意义，必须规定解读方式，多少个电信号算一组？ 每个信号位有何意义？
这就是“链接层”的功能，它在“实体层”的上方，确定了0和1的分组方式。

• 链接层-以太网协议
  早起的时候，每家公司都有自己的电信号分组方式，逐渐的，一种叫做“以太网”的协议占据了主导地位。
  以太网规定，一组电信号构成一个数据包，叫做“帧”，每一帧分成两个部分，标头（Head）和数据（Data)。
  “标头”包含数据包的一些说明项，比如发送者，接受者，数据类型等等。“数据”则是数据包的具体内容。
  “标头”的长度，固定为18字节，“数据的长度”，最短为46字节，最长为1500字节。
  因此，整个帧最短为64字节，最长伟1518字节，如果数据很长，就必须分割成多个帧进行发送。
• 链接层-MAC协议
  以太网数据包的“标头”，包含了发送者和接受者的信息，那么，发送者和接受者是如何标呢？
  以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有“网卡”接口（物理），数据包必须是从一块网卡，传送到另一块网卡。
  网卡的地址，就是数据包的发送地址和 接受地址，这叫做MAC地址。
  每一块网卡出厂的时候，都有一个全世界独一无二的MAC地址，长度是48个二进制位，通常用12个16进制数表示。
  例如： 00-B0-D0-86-BB-F7
  前6个十六进制数是厂商编号，后6个是该厂商的网卡流水号，有了MAC地址，就可以定位网卡和数据包的路径了。
• 链接层-广播
  以太网数据包必须知道接受方的MAC地址，然后才能发送。
  首先，一块网卡怎么会知道另一块网的MAC地址呢？
  答案是以太网采用了很原始的方式，它不是吧数据包准确的送到接收方，而是向本网络内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为接收方。
  举例：
  A计算机向B计算机发送一个数据包，同一个子网络的C、D、E计算机都会收到这个包，它们读取这个包的“标头”，招到接受方的MAC地址，然后与自身的MAC地址做比对，如果相同就接受这个包，做进一步处理。否则就丢弃这个包。这种发送方式就叫做“广播”

网络层

• 由来：
  以太网协议依靠MAC地址发送数据。理论上，单单依靠MAC地址，上海的网卡就可以访问到洛杉矶的网卡了，技术上是可以实现的。
  但是，这样做有一个重大的缺点，以太网采用广播方式发送数据包，所有成员人手一“包”，不仅效率低，而且局限在发送者发在的子网络中。也就是说，如果两台计算机不再同一个子网络，广播是传不过去的，这种设计是合理的，否则互联网上每一台计算机都会收到所有包，那会引起灾难。
  互联网是无数子网络共同组成的一个巨型网络，很难想象从上海到洛杉矶的电脑会在同一个子网络，这几乎是不可能的。
  因此，必须要找到一种方法，能够区分哪些MAC地址属于同一个子网络，哪些不是。如果是同一个子网络，就采用广播发送方式，否则就采用路由方式发送。（路由的意思就是指如何向不同的子网络分发数据包，这是一个很大的主题，本文不涉及），遗憾的是，MAC地址本身无法做到这一点，它只与厂商有关，与所处网络无关。
  这就导致了“网络层”的诞生。它的作用是引用一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做“网络地址”，简称“网址”。
  于是，“网络层”出现以后，每台计算机有了两种地址，一种是MAC地址，另一种是网络地址，两种地址之间没有任何联系，MAC地址是绑定在网卡上的，网络地址则是管理员分配的，它们只是随机组合在一起。
  网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络，MAC地址则将数据包送到该子网络中的目标网卡。因此，从逻辑上可以推断，必定是先处理网络地址，然后再处理MAC地址。
• IP 协议：
  规定网络地址的协议，叫做IP协议，它所定义的地址，就被称为IP地址。
  目前，广泛采用的是IP协议的第四版，这个版本规定，网络地址又32个二进制位组成。
  例如： 192.168.0.1
  习惯上，我们用分成4段的十进制树表示IP地址，从0.0.0.0 到255.255.255.255
  IP 协议的作用主要有两个，一个是位每台计算机分配的IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。

传输层

• 传输层-端口号：
  有了MAC地址和IP地址，我们已经可以在互联网上任意两台主机上建立通信。
  接下来的问题是，同一台主机上有许多程序都需要用到网络，比如，你一边浏览网页，一边与朋友在线聊天，当一个数据包从互联网上发来的时候，你怎么知道，它是表示网页的内容还是表示在线聊天的内容呢？
  也就是说，我们还需要一个参数，表示这个数据包到底供哪个程序（进程使用），这个参数就叫做“端口”，它其实是每一个使用网卡的程序的编号，每个数据包都发到主机的特定端口，所以不同的程序就能收到自己所需要的数据。

“端口”是从0到65535之间的一个整数，正好16个二进制位，0到1024的端口被系统占用，用户只能选用大雨1023的端口。不管是浏览网页还是在线聊天，应用程序会随机选用一个端口，然后与服务器的相应端口联系。

“传输层”的功能，就是建立“端口到端口”的通信。相比之下，“网络层”的功能就是建立“主机到主机”的通信，只要确认主机和端口，我们就能实现程序之间的交流。因此，unix系统就把主机+ 端口，叫做“套接字”(socket)。有了它，就可以进行网络应用的开发了。

• 传输层-UDP协议：
  现在，我们必须在数据包中加入端口信息，这就需要新的协议，最简单的实现叫做UDP协议，它的格式几乎就是在数据前面，加上端口。
  UDP数据包，也是有“标头”和：“数据”两个部分组成。
  标头部分定义了发出端口和接受端口，数据部分就是具体的内容，然后，把整个UDP数据放入数据包的数据部分，而前面说过，IP数据包又是放在以太网数据包之中的，所以整个以太网数据包现在变成了，多个标头+ 加数据包
  UDP数据包非常简单，标头部分一共8个字节，总长度不超过65535字节，正好放进一个IP数据包。

• 传输层-TCP协议：
  TCP：Transmission Control Protocol 传输控制协议
  释义： 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议
  UDP： 是不可靠的
  TCP： 保证了数据的可靠性

应用层

• 应用程序收到传输层的数据，接下来就要进行解读，由于互联网是开放的，数据来源五花八门，必须实现规定号格式，否则根本无法解读。
  应用层的作用，就是规定应用程序的数据格式。
  举例来说，TCP协议可以说为各种各样的程序传递数据，比如Email，WWW，FTP等，那么，必须有不同协议规定电子邮件，网页，FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了应用层。
  这是最高的一层，直接面对用户，他的数据放在TCP数据部分，因此，现在以太网的数据包就变成下面这样。