硬核圖解！斷網(wǎng)了，還能ping通 127.0.0.1 嗎？為什么？
可能看到標題，你就知道答案了，但是你了解背后的原因嗎？那如果把 127.0.0.1 換成 0.0.0.0 或 localhost 會怎么樣呢？你知道這幾個IP有什么區(qū)別嗎？
以前面試的時候就遇到過這個問題，大家看個動圖了解下面試官和我當時的場景，求當時小白的心里陰影面積。
話不多說，我們直接開車。
拔掉網(wǎng)線，斷網(wǎng)。
然后在控制臺輸入ping 127.0.0.1。
$?ping?127.0.0.1
PING?127.0.0.1?(127.0.0.1):?56?data?bytes
64?bytes?from?127.0.0.1:?icmp_seq=0?ttl=64?time=0.080?ms
64?bytes?from?127.0.0.1:?icmp_seq=1?ttl=64?time=0.093?ms
64?bytes?from?127.0.0.1:?icmp_seq=2?ttl=64?time=0.074?ms
64?bytes?from?127.0.0.1:?icmp_seq=3?ttl=64?time=0.079?ms
64?bytes?from?127.0.0.1:?icmp_seq=4?ttl=64?time=0.079?ms
^C
---?127.0.0.1?ping?statistics?---
5?packets?transmitted,?5?packets?received,?0.0%?packet?loss
round-trip?min/avg/max/stddev?=?0.074/0.081/0.093/0.006?ms
說明，拔了網(wǎng)線，ping 127.0.0.1 ?是能ping通的。
其實這篇文章看到這里，標題前半個問題已經(jīng)被回答了。但是我們可以再想深一點。
為什么斷網(wǎng)了還能 ping 通 127.0.0.1 呢？
這能說明你不用交網(wǎng)費就能上網(wǎng)嗎？
不能。
首先我們需要進入基礎科普環(huán)節(jié)。
不懂的同學看了就懂了，懂的看了就當查漏補缺吧。
什么是127.0.0.1
首先，這是個 IPV4 地址。
IPV4 地址有 32 位，一個字節(jié)有 8 位，共 4 個字節(jié)。
其中127 開頭的都屬于回環(huán)地址，也是 IPV4 的特殊地址，沒什么道理，就是人為規(guī)定的。
而127.0.0.1是眾多回環(huán)地址中的一個。之所以不是 127.0.0.2 ，而是 127.0.0.1，是因為源碼里就是這么定義的，也沒什么道理。
/*?Address?to?loopback?in?software?to?local?host.??*/
#define????INADDR_LOOPBACK?????0x7f000001??/*?127.0.0.1???*/
IPv4 的地址是 32 位的，2的32次方，大概是40+億。地球光人口就76億了，40億IP這點量，塞牙縫都不夠，實際上IP也確實用完了。
所以就有了IPV6， IPv6 的地址是 128 位的，大概是2的128次方≈10的38次方。據(jù)說地球的沙子數(shù)量大概是 10的23次方，所以IPV6的IP可以認為用不完。
IPV4以8位一組，每組之間用 . 號隔開。
IPV6就以16位為一組，每組之間用 : 號隔開。如果全是0，那么可以省略不寫。
在IPV4下的回環(huán)地址是 127.0.0.1，在IPV6下，表達為 ::1 。中間把連續(xù)的0給省略了，之所以不是7個 冒號，而是2個冒號: ， 是因為一個 IPV6 地址中只允許出現(xiàn)?次兩個連續(xù)的冒號。
多說一句：在IPV4下用的是 ping 127.0.0.1 命令。在IPV6下用的是 ping6 ?::1 命令。
什么是 ping
ping 是應用層命令，可以理解為它跟游戲或者聊天軟件屬于同一層。只不過聊天軟件可以收發(fā)消息，還能點個贊什么的，有很多復雜的功能。而 ping 作為一個小軟件，它的功能比較簡單，就是嘗試發(fā)送一個小小的消息到目標機器上，判斷目的機器是否可達，其實也就是判斷目標機器網(wǎng)絡是否能連通。
ping應用的底層，用的是網(wǎng)絡層的ICMP協(xié)議。
雖然ICMP協(xié)議和IP協(xié)議都屬于網(wǎng)絡層協(xié)議，但其實ICMP也是利用了IP協(xié)議進行消息的傳輸。
所以，大家在這里完全可以簡單的理解為 ping 某個IP 就是往某個IP地址發(fā)個消息。
TCP發(fā)數(shù)據(jù)和ping的區(qū)別
一般情況下，我們會使用 TCP 進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸，那么我們可以看下它和 ping 的區(qū)別。
ping和其他應用層軟件都屬于應用層。
那么我們橫向對比一下，比方說聊天軟件，如果用的是TCP的方式去發(fā)送消息。
為了發(fā)送消息，那就得先知道往哪發(fā)。linux里萬物皆文件，那你要發(fā)消息的目的地，也是個文件，這里就引出了socket 的概念。
要使用 socket , 那么首先需要創(chuàng)建它。
在 TCP 傳輸中創(chuàng)建的方式是 ?socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);，其中 AF_INET 表示將使用 IPV4 里 host:port 的方式去解析待會你輸入的網(wǎng)絡地址。SOCK_STREAM 是指使用面向字節(jié)流的 TCP 協(xié)議，工作在傳輸層。
創(chuàng)建好了 socket 之后，就可以愉快的把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寫到這個文件里。調用 socket 的sendto接口的過程中進程會從用戶態(tài)進入到內核態(tài)，最后會調用到 sock_sendmsg 方法。
然后進入傳輸層，帶上TCP頭。網(wǎng)絡層帶上IP頭，數(shù)據(jù)鏈路層帶上 MAC頭等一系列操作后。進入網(wǎng)卡的發(fā)送隊列 ring buffer ，順著網(wǎng)卡就發(fā)出去了。
回到 ping ， 整個過程也基本跟 TCP 發(fā)數(shù)據(jù)類似，差異的地方主要在于，創(chuàng)建 socket 的時候用的是 ?socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP)，SOCK_RAW 是原始套接字 ，工作在網(wǎng)絡層， 所以構建ICMP（網(wǎng)絡層協(xié)議）的數(shù)據(jù)，是再合適不過了。ping 在進入內核態(tài)后最后也是調用的 ?sock_sendmsg 方法，進入到網(wǎng)絡層后加上ICMP和IP頭后，數(shù)據(jù)鏈路層加上MAC頭，也是順著網(wǎng)卡發(fā)出。因此 本質上ping 跟 普通應用發(fā)消息 在程序流程上沒太大差別。
這也解釋了為什么當你發(fā)現(xiàn)懷疑網(wǎng)絡有問題的時候，別人第一時間是問你能ping通嗎？因為可以簡單理解為ping就是自己組了個數(shù)據(jù)包，讓系統(tǒng)按著其他軟件發(fā)送數(shù)據(jù)的路徑往外發(fā)一遍，能通的話說明其他軟件發(fā)的數(shù)據(jù)也能通。
為什么斷網(wǎng)了還能 ping 通 127.0.0.1
前面提到，有網(wǎng)的情況下，ping 最后是通過網(wǎng)卡將數(shù)據(jù)發(fā)送出去的。
那么斷網(wǎng)的情況下，網(wǎng)卡已經(jīng)不工作了，ping 回環(huán)地址卻一切正常，我們可以看下這種情況下的工作原理。
從應用層到傳輸層再到網(wǎng)絡層。這段路徑跟ping外網(wǎng)的時候是幾乎是一樣的。到了網(wǎng)絡層，系統(tǒng)會根據(jù)目的IP，在路由表中獲取對應的路由信息，而這其中就包含選擇哪個網(wǎng)卡把消息發(fā)出。
當發(fā)現(xiàn)目標IP是外網(wǎng)IP時，會從"真網(wǎng)卡"發(fā)出。
當發(fā)現(xiàn)目標IP是回環(huán)地址時，就會選擇本地網(wǎng)卡。
本地網(wǎng)卡，其實就是個"假網(wǎng)卡"，它不像"真網(wǎng)卡"那樣有個ring buffer什么的，"假網(wǎng)卡"會把數(shù)據(jù)推到一個叫 input_pkt_queue 的 鏈表 中。這個鏈表，其實是所有網(wǎng)卡共享的，上面掛著發(fā)給本機的各種消息。消息被發(fā)送到這個鏈表后，會再觸發(fā)一個軟中斷。
專門處理軟中斷的工具人"ksoftirqd" （這是個內核線程），它在收到軟中斷后就會立馬去鏈表里把消息取出，然后順著數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層等層層往上傳遞最后給到應用程序。
ping 回環(huán)地址和通過TCP等各種協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)到回環(huán)地址都是走這條路徑。整條路徑從發(fā)到收，都沒有經(jīng)過"真網(wǎng)卡"。之所以127.0.0.1叫本地回環(huán)地址，可以理解為，消息發(fā)出到這個地址上的話，就不會出網(wǎng)絡，在本機打個轉就又回來了。所以斷網(wǎng)，依然能 ping 通 127.0.0.1。
ping回環(huán)地址和ping本機地址有什么區(qū)別
我們在mac里執(zhí)行 ifconfig 。
$?ifconfig
lo0:?flags=8049?mtu?16384
????inet?127.0.0.1?netmask?0xff000000
????...
en0:?flags=8863?mtu?1500
????inet?192.168.31.6?netmask?0xffffff00?broadcast?192.168.31.255
????...
能看到 lo0，表示本地回環(huán)接口，對應的地址，就是我們前面提到的 127.0.0.1 ，也就是回環(huán)地址。
和 eth0，表示本機第一塊網(wǎng)卡，對應的IP地址是192.168.31.6，管它叫本機IP。
之前一直認為ping本機IP的話會通過"真網(wǎng)卡"出去，然后遇到第一個路由器，再發(fā)回來到本機。
為了驗證這個說法，可以進行抓包，但結果跟上面的說法并不相同。
可以看到 ping 本機IP 跟 ping 回環(huán)地址一樣，相關的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，都是走的 ?lo0，本地回環(huán)接口，也就是前面提到的"假網(wǎng)卡"。
只要走了本地回環(huán)接口，那數(shù)據(jù)都不會發(fā)送到網(wǎng)絡中，在本機網(wǎng)絡協(xié)議棧中兜一圈，就發(fā)回來了。因此 ping回環(huán)地址和ping本機地址沒有區(qū)別。
127.0.0.1 和 localhost 以及 0.0.0.0 有區(qū)別嗎
回到文章開頭動圖里的提問，算是面試八股文里的老?？土恕?/p>
以前第一次用 nginx 的時候，發(fā)現(xiàn)用這幾個 IP，都能正常訪問到 nginx 的歡迎網(wǎng)頁。一度認為這幾個 IP 都是一樣的。
但本質上還是有些區(qū)別的。
首先 localhost 就不叫 IP，它是一個域名，就跟 "baidu.com",是一個形式的東西，只不過默認會把它解析為 127.0.0.1 ，當然這可以在 /etc/hosts 文件下進行修改。
所以默認情況下，使用 localhost ?跟使用 ?127.0.0.1 ?確實是沒區(qū)別的。
其次就是 0.0.0.0，執(zhí)行 ping 0.0.0.0 ?，是會失敗的，因為它在IPV4中表示的是無效的目標地址。
$?ping?0.0.0.0
PING?0.0.0.0?(0.0.0.0):?56?data?bytes
ping:?sendto:?No?route?to?host
ping:?sendto:?No?route?to?host
但它還是很有用處的，回想下，我們啟動服務器的時候，一般會 listen 一個 IP 和端口，等待客戶端的連接。
如果此時 listen 的是本機的 0.0.0.0 , 那么它表示本機上的所有IPV4地址。
/*?Address?to?accept?any?incoming?messages.?*/
#define????INADDR_ANY??????((unsigned?long?int)?0x00000000)?/*?0.0.0.0???*/
舉個例子。剛剛提到的 127.0.0.1 和 192.168.31.6 ，都是本機的IPV4地址，如果監(jiān)聽 0.0.0.0 ?，那么用上面兩個地址，都能訪問到這個服務器。
當然， 客戶端 connect 時，不能使用 0.0.0.0 。必須指明要連接哪個服務器IP。
總結
127.0.0.1是回環(huán)地址。localhost是域名，但默認等于127.0.0.1。ping回環(huán)地址和ping本機地址，是一樣的，走的是lo0 "假網(wǎng)卡"，都會經(jīng)過網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層等邏輯，最后在快要出網(wǎng)卡前狠狠拐了個彎， 將數(shù)據(jù)插入到一個鏈表后就軟中斷通知 ksoftirqd 來進行收數(shù)據(jù)的邏輯，壓根就不出網(wǎng)絡。所以斷網(wǎng)了也能ping通回環(huán)地址。如果服務器
listen的是0.0.0.0，那么此時用127.0.0.1和本機地址都可以訪問到服務。
最后
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參考資料
《127.0.0.1 之本機網(wǎng)絡通信過程知多少 ?！》—— 推薦關注飛哥的《開發(fā)內功修煉》