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為什麼 ping 比 UDP 套接字快很多？

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為什麼 ping 比 UDP 套接字快很多？

我正在嘗試對本地網路上 UDP 套接字的速度進行基準測試。

透過 ping 我的本地 IP 位址，我獲得了大約 80 微秒的往返時間。

我編寫了一個最小的 UDP 伺服器和客戶端來基準延遲，如下所示。客戶端和伺服器運行在同一主機上，使用相同的網路介面。用戶端透過資料封包套接字向伺服器傳送一個 timeval，伺服器收到後立即計算目前 timeval 與接收到的 timeval 之間的差值。這樣做，我獲得了約 110 微秒的單程行程，總共約 220 微秒的 RTT。

為什麼 ping 比我的程式快​​得多？

cc udpserver.c -o udpserver
cc udpclient.c -o udpclient
./udpserver 4321
./udpclient 127.0.0.1 4321

udpserver.c

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

    void error(char *msg)
    {
        perror(msg);
        exit(1);
    }
    int main(int argc, char *argv[])
    {
         int sockfd, newsockfd, portno;
         struct timeval tval_recv, tval_now;
         struct sockaddr_in serv_addr;
         int n;

     /* Check arguments */
     if (argc < 2) {
         fprintf(stderr,"ERROR, no port provided\n");
         exit(1);
     }

     /* Set up socket */
     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
     if (sockfd < 0)
        error("ERROR opening socket");

     /* Setup socket address for server */
     memset((char *) &serv_addr, '\0', sizeof(serv_addr));
     serv_addr.sin_family = AF_INET;
     serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
     serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

     /* Bind socket to socket address */
     if(bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,
              sizeof(serv_addr)) < 0)
              error("ERROR on binding");

     while(1) {
       n = recvfrom(sockfd, &tval_recv, sizeof(tval_recv), 0, NULL, NULL);

       if(n < 0)
         error("ERROR in recvfrom");

       gettimeofday(&tval_now, NULL);

       printf("%ld.%06ld\n", tval_now.tv_sec - tval_recv.tv_sec,
           (long int)(tval_now.tv_usec - tval_recv.tv_usec));
     }

     return 0;
}

udpclient.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>

void error(char *msg) {
    perror(msg);
    exit(0);
}

int main(int argc, char **argv) {
    in_addr_t s_addr;
    int sockfd, portno, n;
    struct sockaddr_in serveraddr;
    struct timeval tval;
//    struct timespec ts_current;

    /* Check arguments */
    if (argc != 3) {
       fprintf(stderr,"Usage: %s <hostname> <port>\n", argv[0]);
       exit(0);
    }

    /* Create the socket */
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0)
        error("Error opening socket");

    /* Set the socket address */
    s_addr = inet_addr(argv[1]);
    portno = atoi(argv[2]);
    memset((char *) &serveraddr, '\0', sizeof(serveraddr));
    memcpy(&serveraddr.sin_addr.s_addr, &s_addr, sizeof(s_addr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    /* Send packets */
    while(1) {
      gettimeofday(&tval, NULL);
//      clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts_current);
      n = sendto(sockfd, &tval, sizeof(tval), 0, (struct sockaddr *)&serveraddr,
        sizeof(serveraddr));
      if(n < 0)
        error("ERROR in sendto");
      sleep(1);
    }

    return 0;
}

答案1

胡亂猜測：

ping是一個使用該icmp協定的工具。icmp位於 OSI 模型的第 3 層，即網路層。

udpclient.c是一個使用該udp協定的工具。udp位於 OSI 模型的第 4 層，即傳輸層。

每一層都會將額外的資料加入原始資料。作為一個基本範例：icmp封包包含來源 IP 位址和目標 IP 位址。資料udp封包包含所有這些以及例如 UDP 連接埠資訊。此連接埠資訊需要由網路堆疊中的更高層級來解釋。

因此 UDP 封包必須在網路堆疊中向上爬行一層。人們可以想像走樓梯到四樓而不是三樓。需要的時間會更長，但比 30μs 長得多。

我相信這 30μs 包括

  • 數據大小icmp對比udp
  • 用於封裝和解封裝的 NIC/驅動程式/CPU 時間
  • udpclient.c使用的CPU時間

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