AF_INET域与AF_UNIX域socket通信原理

AF_INET用作非本机通信

          AF_INET域socket通信过程是典型的TCP/IP四层模型的通信过程,如下:

AF_INET域通信过程

       发送方、接收方依赖IP:Port来标识,即将本地的socket绑定到对应的IP端口上,发送数据时,指定对方的IP端口,经过Internet,可以根据此IP端口最终找到接收方;接收数据时,可以从数据包中获取到发送方的IP端口。

       发送方通过系统调用send()将原始数据发送到操作系统内核缓冲区中。内核缓冲区从上到下依次经过TCP层、IP层、链路层的编码,分别添加对应的头部信息,经过网卡将一个数据包发送到网络中。经过网络路由到接收方的网卡。网卡通过系统中断将数据包通知到接收方的操作系统,再沿着发送方编码的反方向进行解码,即依次经过链路层、IP层、TCP层去除头部、检查校验等,最终将原始数据上报到接收方进程。

AF_INET用作本机通信

      先说结论:不走网卡,不走物理设备,但是走虚拟设备,loopback device环回.

     本机的报文的路径是这样的:应用层-> socket接口 -> 传输层(tcp/udp报文) -> 网络层 -> back to 传输层 -> backto socket接口 -.> 传回应用程序

      在网络层,会在路由表查询路由,路由表(软件路由,真正的转发需要依靠硬件路由,这里路由表包括快速转发表和FIB表)初始化时会保存主机路由(host route,or 环回路由), 查询(先匹配mask,再匹配ip,localhost路由在路由表最顶端,最优先查到)后发现不用转发就不用走中断,不用发送给链接层了,不用发送给网络设备(网卡)。像网卡发送接收报文一样,走相同的接收流程,只不过net device是loopback device,最后发送回应用程序。这一套流程当然和转发和接收外网报文一样,都要经过内核协议栈的处理,不同的是本机地址不用挂net device.

AF_UNIX本机通信

        典型的本地IPC,类似于管道,依赖路径名标识发送方和接收方。即发送数据时,指定接收方绑定的路径名,操作系统根据该路径名可以直接找到对应的接收方,并将原始数据直接拷贝到接收方的内核缓冲区中,并上报给接收方进程进行处理。同样的接收方可以从收到的数据包中获取到发送方的路径名,并通过此路径名向其发送数据。

AF_INET和AF_UNIX通信对比

相同点

       操作系统提供的接口socket(),bind(),connect(),accept(),send(),recv(),以及用来对其进行多路复用事件检测的select(),poll(),epoll()都是完全相同的。收发数据的过程中,上层应用感知不到底层的差别。

不同点

1 建立socket传递的地址域,及bind()的地址结构稍有区别:

        socket() 分别传递不同的域AF_INET和AF_UNIX

        bind()的地址结构分别为sockaddr_in(制定IP端口)和sockaddr_un(指定路径名)

2 AF_INET需经过多个协议层的编解码,消耗系统cpu,并且数据传输需要经过网卡,受到网卡带宽的限制。AF_UNIX数据到达内核缓冲区后,由内核根据指定路径名找到接收方socket对应的内核缓冲区,直接将数据拷贝过去,不经过协议层编解码,节省系统cpu,并且不经过网卡,因此不受网卡带宽的限制。

3 AF_UNIX的传输速率远远大于AF_INET

4 AF_INET不仅可以用作本机的跨进程通信,同样的可以用于不同机器之间的通信,其就是为了在不同机器之间进行网络互联传递数据而生。而AF_UNIX则只能用于本机内进程之间的通信。

使用场景

        AF_UNIX由于其对系统cpu的较少消耗,不受限于网卡带宽,及高效的传递速率,本机通信则首选AF_UNIX域。

        不用多说,AF_INET则用于跨机器之间的通信。

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