Node.js网络编程

在Web领域，大多数编程语言需要专门的Web服务器容器，如ASP需要IIS服务器，Java需要Tomcat服务器，PHP需要Apache服务器。Node则不需要额外的容器。

Node提供了多个模块：

net：TCP
dgram：UDP
http：HTTP
https：HTTPS

构建TCP服务

TCP：传输控制协议。传输层

大多数网络应用是基于TCP搭建的。

创建会话，服务端和客户端分别提供一个套接字，实现连接。

创建TCP服务器端：

var net = require('net');
var server = net.createServer(function(socket){
    socket.on('data', function(data){
        // 接收到数据
        socket.write('接收到数据：' + data);
    });
    socket.on('end', function(){
        // 连接断开
        socket.write('连接断开');
    });
    socket.write('Hello!!!');
});
// 监听接口
server.listen(8124, fcuntion(socket){
    // 新的连接
});

TCP服务事件：

服务器事件
连接事件

服务器可以同时与多个客户端保持连接，每个连接都是可读可写的Stream对象。

TCP对小数据包有优化策略：Nagle算法。合并成一个大数据包再发送，可以导致延迟，Node默认是开启的，可以关闭。

1	socket.setNoDelay(true);

构建UDP服务

UDP：用户数据包服务。不是面向连接的。

在UDP中，一个socket可以与多个UDP服务通信。

适用于允许丢包的场景，如音视频。

创建UDP套接字，既可以作为客户端发送数据，也可以作为服务器接收数据。

1 2	var dgram = require('dgram'); var socket = dgram.createSocket('udp4');

接收数据

// 监听接收的数据
socket.on('message', function(msg, rinfo){
    console.log('接收到：', msg);
    console.log('来自：' + rinfo.address)
});
// 监听开始事件
socket.on('listen', function(){

});
// 设置接收端口
sokcet.bind(41234);

发送数据

var msg = Buffer.form('Hello');
// 给指定主机发送数据
socket.send(msg, 0, msg.length, 41234, 'localhost', function(err, bytes){
    // 发送完成回调
});

构建HTTP服务

TCP和UDP都是传输层协议，用于构建高效的网络应用。如果支持普通的应用，使用应用层协议就绰绰有余，如 HTTP。

HTTP构建在TCP之上

HTTP报文：报文头+报文体

TCP服务以connection为单位，HTTP服务以request为单位，一个TCP会话可以用于多次HTTP请求和响应。

http模块是将connection到request的过程进行了封装。

HTTP服务端

ServerRequest

ServerResponse

var http = require('http');
var server = http.createServer(function(req, res){
    // req是请求报文
    // req.method
    // req.url
    // 写入响应头
    res.writeHead(200, {
        'Content-Type': 'text/plain' 
    });
    res.write();
    res.end();
});
// 
server.listen(1337, '127.0.0.1');

请求报文的主体是一个只读流对象，响应报文的主体是一个可写流对象。

HTTP服务的事件

connection：客户端与服务端建立连接时触发
request：在解析出请求头时触发
close：服务器关闭时（所有连接都断开）触发
connect：当客户端发起CONNECT请求时触发
checkContinue：当客户端发送头部带Expect: 100-continue的请求时触发
upgrade：当客户端要求升级协议时触发，与WebSocket有关
clientError

HTTP客户端

ClientRequest

ClientResponse

var http = require('http');
// 请求头内容
var options = {
    hostname: '127.0.0.1',
    port: 1334,
    method: 'GET',
    path:'/'
}
// 创建请求ClientRequest
var req = http.request(options, function(res){
    // 响应内容
    res.setEncoding('utf8');
    res.on('data', function(chunk){

    })
});
req.end();

http模块包含一个默认的客户端代码对象http.globalAgent，对连接进行管理，底层是线程池，对同一个服务端的请求最多创建5个连接（同浏览器限制相同）

HTTP客户端事件

response：得到服务端响应
socket：当底层连接分配给当前请求时
connect：当服务端响应了CONNECT请求时
upgrade：当服务端响应了101 Switching Protocols状态时
continue：当服务端响应了100 Continue状态时

构建WebSocket服务

Node没有内置WebSocket库，社区的ws模块封装了WebSocket底层实现。

WebSocket相对HTTP的好处：

客户端与服务端只建立一个TCP连接
服务端可以推送数据到客户端，双向通信
协议头更轻量

WebSocket客户端

var socket = new WebSocket('ws://127.0.0.1:12100/updates');
// 建立连接
socket.onopen(function(){
    // 向服务端发送数据
    socket.send();
});
// 接收服务端事件
socket.onmessage(function(event){

});

WebSocket协议分为：握手和数据传输

通过HTTP发送升级协议请求，特有协议头：

Upgrade: websocket,
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Key: 
Sec-WebSocket-Protocol: char, superchat
Sec-WebSocket-Version: 13

重点：Sec-WebSocket-Key的值用于校验。

（1）客户端随机生成一个Base64编码的字符串key。

（2）服务端拿到该字符串后，与一串特定字符串拼接，计算SHA1散列值，再进行Base64编码，放在响应的Sec-WebSocket-Accept中。

1	Base64(sha1(key+'xxx'))

（3）客户端通过响应拿到返回值，进行校验

1	Base64(sha1(key+'xxx')) == accept

WeBSocket数据帧协议

客户端需要对发送的数据帧进行掩码处理，服务端发送给客户端的则不能做掩码处理。

每8位（1个字节）为一列。

每一位的意义：

opcode：4位操作码，用来描述当前帧
masked：1位，是否进行掩码处理，客户端为1需要掩码，服务端为0不需要掩码
payload length：7或7+16或7+64位，标识数据长度
masking key：32位，掩码
payload data：位数为8的倍数，数据

发送数据时，需要构造一个或多个数据帧协议报文。

客户端发送报文时，需要使用掩码对二进制进行加密，服务端收到后，需要进行解密。

服务端发送报文时，无需掩码。

网络服务与安全

SSL（Secure Sockets Layer，安全套接协议）很早就提出了，是一种安全协议，在传输层对网络连接进行加密和解密，应用层是透明的，后来标准化为 TLS（Transport Layer Security）安全传输层协议。

Node提供了3个安全方面的模块：

crypto：各种加密算法
tls：功能与net模块类似，但建立在 TLS/SSL 加密的 TCP 连接上
https：功能和http模块类似，只是建立在安全连接上

TLS/SSL

基于非对称加密

客户端和服务端都有自己的公钥/私钥。公钥加密要发送的数据，私钥解密接收到的数据。

在建立安全传输之前，客户端和服务端需要互换公钥。给谁发送消息就用谁的公钥进行加密，对方接收到使用自己的私钥就可以解密。

Node的底层采用openssl来实现TLS/SSL。

生成私钥

1	openssl genrsa

生成公钥

1	openssl rsa

中间人攻击：在客户端和服务器交换公钥时，攻击者插入其中，同时扮演客户端和服务端，获得双方的公钥，这样就可以解密拿到双方的真实数据。

为了解决中间人攻击，TLS/SSL引入了“数字证书”。

数字证书

主要包含：

服务器基本信息
服务器公钥
认证机构信息
认证机构的签名

引入了一个第三方——CA（Certificate Authority，证书认证机构），CA的作用是为站点颁发证书。

通过正规的证书机构颁发证书需要付出一定的精力和费用，大部分小公司采用“自签名证书”，即自己扮演CA，给自己的服务器颁发证书。

服务器端：

通过私钥生成CSR（Certificate Signing Request，证书签名请求）
把CSR交给CA

CA端颁发证书：

生成自己的私钥key
生成自己的csr
生成自己的证书crt
用自己的私钥key和证书crt给服务器的csr生成服务器的crt
把服务器crt交给服务器

客户端连接前会获取服务器证书，并通过CA证书验证服务端证书的真伪。

知名CA机构的证书一般预装在浏览器中，自签名证书客户端需要获取。

TLS服务

创建服务器端

var tls = require('tls')
var fs = require('fs')
var options = {
    // 服务器私钥
    key: fs.readFileSync('/keys/server.key'),
    // 服务器证书
    cert: fs.readFileSync('/keys/server.cert'),
    requestCert: true,
    // CA证书
    ca: [fs.readFileSync('/keys/ca.cert')]
}
var server = tls.createServer(options, function(stream))
server.listen(8000, function)

创建客户端

var tls = require('tls')
var fs = require('fs')
var options = {
    // 客户端私钥
    key: fs.readFileSync('/keys/server.key'),
    // 客户端证书
    cert: fs.readFileSync('/keys/server.cert'),
    // CA证书
    ca: [fs.readFileSync('/keys/ca.cert')]
}
var stream = tls.connect(8000, options, function)
stream.setEncoding('uft8')
stream.on('data', function);
stream.on('end', function);

HTTPS服务

HTTPS服务是工作在TLS/SSL上的HTTP。

服务端需要准备私钥和签名证书。

HTTPS服务端

var https = require('https')
var fs = require('fs')
var options = {
    key: fs.readFileSync('./keys/server.key'),
    cert: fs.readFileSync('./keys/server.cert')
}
https.createServer(options, function(req, res){
    res.writeHead()
    res.end()
}).listen(8000);

HTTPS客户端

var https = require('https')
var fs = require('fs')


var options = {
    hostname: 'localhost',
    port: 8000,
    path: '/',
    method: 'GET',
    key: fs.readFileSync('./keys/client.key'),
    cert: fs.readFileSync('./keys/client.cert'),
    ca: [fs.readFileSync('./keys/ca.cert')]
}
options.agent = new https.Agent(options)
var req = https.request(options, function(res){})
req.end()