16. 网络协议之:socket协议详解之Datagram Socket
简介
上一篇文章我们讲解了Socket的分类和最常用到的Stream Socket，Stream Socket一般是基于TCP协议的，所以我们经常在web服务中能够看到他们的身影。当然TCP协议有个孪生兄弟叫做UDP，那么基于UDP来做传输协议的socket协议就叫做Datagram Socket，今天我们一起来详细了解一下Datagram Socket。
什么是Datagram Socket
和有连接的Stream Socket不同，Datagram Socket是无连接的。有连接的Stream Socket表明这个socket是稳定可靠的，所以我们可以在Stream socket中进行稳定的数据传输，当然这个稳定是说数据包不会丢失，但是并不一定能够确保数据包不被篡改。
Datagram Socket这种无连接的通常被用在容许数据部分丢失的场景，比如语音、视频等等，无连接的好处就是不需要TCP那样复杂的建立连接的步骤，所以相对而言更加简单。
Datagram Socket通常使用的就是UDP协议作为底层的数据传输协议。
对于UDP来说，因为UDP协议本身并不会保证数据的顺序和数据异常的处理，这些都需要在应用程序中自己实现。
常见的UDP应用有DNS(Domain Name System)服务，NTP(Network Time Protocol)服务等等。
在JDK的java.net包中提供了对Datagram Socket的封装,在其中定义了三个连接的状态：
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;
...
}
分别表示没有建立连接，建立了连接和建立了连接，但是还没有到实现的level。
另外，在DatagramSocket中还包含了一个连接的地址和端口：
InetAddress connectedAddress = null;
int connectedPort = -1;
使用socat来创建UDP服务
注意，在使用后续的命令之前，需要在unix环境中执行安装命令：yum install iproute2 netcat-openbsd socat
和之前的Stream Socket一样，我们也可以使用socat命令，来建立一个UDP服务器，我们需要用到socat的下面几个参数：
udp4-listen:<port> groups=FD,SOCKET,LISTEN,CHILD,RANGE,IP4,UDP
udp6-listen:<port> groups=FD,SOCKET,LISTEN,CHILD,RANGE,IP6,UDP
我们需要监听udp4和udp6的数据，所以这里使用 udp4-listen和udp6-listen两个参数。
后面的端口号可以自定义，这里我们还是使用同样的8888端口，对应的命令如下：
socat UDP4-LISTEN:8888,fork /dev/null&
socat UDP6-LISTEN:8888,ipv6only=1,fork /dev/null&
上面的命令，我们在8888端口上监听UDP4和UDP6的连接信息，其中fork参数表示程序在接收到程序包之后继续运行，如果不用fork，那么程序会自动退出。
socat后面本来要接一个bi-address，这里我们使用/dev/null，表示丢弃掉所有的income信息。
UDP6-LISTEN有个特殊的参数叫做ipv6only，表示收到的数据包不要发送到IPv4-mapped IPv6 addresses。
什么是IPv4-mapped IPv6 addresses？ 简单点说就是将IPv4映射到了IPv6的地址中。
执行上述命令，我们会得到下面的输出：
[1] 16174
[2] 16184
因为是后台执行，所以我们返回了进程的ID。
使用ss命令来监控Datagram Sockets
ss命令可以用来检查socket的状态，这里我们需要用到ss的这样几个参数：
-4, --ipv4 display only IP version 4 sockets
-6, --ipv6 display only IP version 6 sockets
-u, --udp display only UDP sockets
-l, --listening display listening sockets
-n, --numeric don't resolve service names
因为我们只监听ipv4和ipv6的数据，所以这里我们用-4和-6这两个参数。
另外因为只需要监听udp sockets，所以需要使用-u参数。
因为是监听，所以使用-l参数，最后我们希望看到具体的数字，而不是被解析成了服务名，所以这里使用-n参数。
我们使用下面的命令看看结果：
ss -4 -uln
可以得到下面的结果：
State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port
UNCONN 0 0 *:8888 *:*
上面的命令只监听了Ipv4，我们再看看Ipv6：
ss -6 -uln
可以得到下面的结果：
State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port
UNCONN 0 0 :::8888 :::*
和Ipv4的很类似，表示我们在Ipv6上监听到了端口8888。
使用nc建立和UDP Socket的连接
我们已经建立好了了监听UDP连接的服务器，接下来我们尝试使用nc命令来进行连接。
nc是Ncat的简称，是一个非常小并且高效的网络工具。我们来看下本例子中会用到的参数：
-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
因为 需要连接到Ipv4和Ipv6，所以需要-4和-6参数。
默认情况下nc使用的是TCP协议，如果要使用udp则需要使用-u这个参数。
另外我们需要输出详细的信息，所以需要-v参数，最后我们直接建立连接，并不发送任何数据，所以这里使用-z参数，我们执行一下来看看效果：
nc -4 -u -vz 127.0.0.1 8888
看看下面的输出结果：
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连接成功。
同样的，我们可以使用下面的命令来连接到UDP socket：
nc -6 -u -vz ::1 8888
其中::1表示的是本机的ipv6地址.
可以得到下面的结果：
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连接成功。
总结
本文讲解了datagram socket的基本概念，并且使用一些unix的基本命令来构建了udp服务器和客户端，方便大家理解。
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