面试官：断网了，还能 ping 通 127.0.0.1 吗？

谁践踏了优雅 2024-03-30 09:38 33阅读 0赞

你**女神爱不爱你**，你问她，她可能不会告诉你。

但**网通不通**，你 `ping` 一下就知道了。

可能看到标题，你就知道答案了，但是你了解背后的原因吗？

那如果把 `127.0.0.1` 换成 `0.0.0.0` 或 `localhost` 会怎么样呢？你知道这几个`IP`有什么区别吗？

以前面试的时候就遇到过这个问题，大家看个动图了解下面试官和我当时的场景，求当时我的心里阴影面积。

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话不多说，我们直接开车。

拔掉网线，断网。

![fd01c915061df06e36e3988a0ca9769b.jpeg][]

然后在控制台输入`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

说明，拔了网线，`ping 127.0.0.1` 是**能ping通的**。

其实这篇文章看到这里，标题前半个问题已经被回答了。但是我们可以再想深一点。

为什么断网了还能 `ping` 通 `127.0.0.1` 呢？

**这能说明你不用交网费就能上网吗？**

**不能。**

首先我们需要进入基础科普环节。

不懂的同学看了就懂了，懂的看了就当查漏补缺吧。

#### 什么是127.0.0.1 ####

首先，这是个 `IPV4` 地址。

`IPV4` 地址有 `32` 位，一个字节有 `8` 位，共 `4` 个字节。

其中**127 开头的都属于回环地址**，也是 `IPV4` 的特殊地址，没什么道理，就是人为规定的。

而`127.0.0.1`是**众多**回环地址中的一个。之所以不是 `127.0.0.2` ，而是 `127.0.0.1`，是因为源码里就是这么定义的，也没什么道理。

/\* Address to loopback in software to local host. \*/  
\#define INADDR\_LOOPBACK 0x7f000001 /\* 127.0.0.1 \*/

![119ab56b25769c9c230888b56fbf9915.png][]

回环地址

`IPv4` 的地址是 `32` 位的，2的32次方，大概是`40+亿`。地球光人口就76亿了，40亿IP这点量，**塞牙缝都不够**，实际上**IP也确实用完**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**。据说地球的沙子数量大概是 **10的23次方**，所以IPV6的IP可以认为用不完。

IPV4以8位一组，每组之间用 **.** 号隔开。

IPV6就以16位为一组，每组之间用 **:** 号隔开。如果全是0，那么可以省略不写。

![ba1a84bacdd71ea9ad3ddc9a5c0f2de3.png][]

ipv6回环地址

在IPV4下的回环地址是 `127.0.0.1`，在`IPV6`下，表达为 `::1` 。中间把**连续的0**给省略了，之所以不是**7个 冒号**，而是**2个冒号:** ， 是因为一个 IPV6 地址中**只允许出现⼀次两个连续的冒号**。

> 多说一句：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 是应用层命令，可以理解为它跟游戏或者聊天软件属于同一层。只不过聊天软件可以收发消息，还能点个赞什么的，有很多复杂的功能。而 ping 作为一个小软件，它的功能比较简单，就是**尝试**发送一个小小的消息到目标机器上，判断目的机器是否**可达**，其实也就是判断目标机器网络是否能连通。

ping应用的底层，用的是网络层的**ICMP协议**。

![4ba4d15155dc81d5bcf0e366ff889503.png][]

IP和ICMP和Ping所在分层

虽然ICMP协议和IP协议**都属于网络层协议**，但其实**ICMP也是利用了IP协议进行消息的传输**。

![46d8b70a64b7b3e283b2441faf38854f.png][]

ip和icmp的关系

所以，大家在这里完全可以简单的理解为 ping 某个IP 就是往某个IP地址发个消息。

#### TCP发数据和ping的区别 ####

一般情况下，我们会使用 TCP 进行网络数据传输，那么我们可以看下它和 ping 的区别。

![bd2c0c860ec923266d487b194ef7d9b2.png][]

ping和普通发消息的关系

ping和其他应用层软件都属于**应用层**。

那么我们横向对比一下，比方说聊天软件，如果用的是TCP的方式去发送消息。

为了发送消息，那就得先知道往哪发。linux里万物皆文件，那你要发消息的目的地，也是个文件，这里就引出了socket 的概念。

要使用 `socket` , 那么首先需要创建它。

在 TCP 传输中创建的方式是 `socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);`，其中 `AF_INET` 表示将使用 IPV4 里 **host:port** 的方式去解析待会你输入的网络地址。`SOCK_STREAM` 是指使用面向字节流的 TCP 协议，**工作在传输层**。

创建好了 `socket` 之后，就可以愉快的把要传输的数据写到这个文件里。调用 socket 的`sendto`接口的过程中进程会从**用户态进入到内核态**，最后会调用到 `sock_sendmsg` 方法。

然后进入传输层，带上`TCP`头。网络层带上`IP`头，数据链路层带上 `MAC`头等一系列操作后。进入网卡的**发送队列 ring buffer** ，顺着网卡就发出去了。

回到 `ping` ， 整个过程也基本跟 `TCP` 发数据类似，差异的地方主要在于，创建 `socket` 的时候用的是 `socket(AF_INET,SOCK_RAW,IPPROTO_ICMP)`，`SOCK_RAW` 是原始套接字 ，**工作在网络层**， 所以构建`ICMP`（网络层协议）的数据，是再合适不过了。ping 在进入内核态后最后也是调用的 `sock_sendmsg` 方法，进入到网络层后加上**ICMP和IP头**后，数据链路层加上**MAC头**，也是顺着网卡发出。因此 本质上ping 跟 普通应用发消息 在程序流程上没太大差别。

这也解释了**为什么当你发现怀疑网络有问题的时候，别人第一时间是问你能ping通吗？**因为可以简单理解为ping就是自己组了个数据包，让系统按着其他软件发送数据的路径往外发一遍，能通的话说明其他软件发的数据也能通。

#### 为什么断网了还能 ping 通 127.0.0.1 ####

前面提到，有网的情况下，ping 最后是**通过网卡**将数据发送出去的。

那么断网的情况下，网卡已经不工作了，ping 回环地址却一切正常，我们可以看下这种情况下的工作原理。

![13d26462202a0eccb2d56e10c010d596.png][]

ping回环地址

从应用层到传输层再到网络层。这段路径跟ping外网的时候是几乎是一样的。到了网络层，系统会根据目的IP，在路由表中获取对应的**路由信息**，而这其中就包含选择**哪个网卡**把消息发出。

当发现**目标IP是外网IP**时，会从"真网卡"发出。

当发现**目标IP是回环地址**时，就会选择**本地网卡**。

本地网卡，其实就是个**"假网卡"**，它不像"真网卡"那样有个`ring buffer`什么的，"假网卡"会把数据推到一个叫 `input_pkt_queue` 的 **链表** 中。这个链表，其实是所有网卡共享的，上面挂着发给本机的各种消息。消息被发送到这个链表后，会再触发一个**软中断**。

专门处理软中断的工具人**"ksoftirqd"** （这是个**内核线程**），它在收到软中断后就会立马去链表里把消息取出，然后顺着数据链路层、网络层等层层往上传递最后给到应用程序。

![841cae124c0436745237c0ed9d7770ac.png][]

工具人ksoftirqd

ping 回环地址和**通过TCP等各种协议发送数据到回环地址**都是走这条路径。整条路径从发到收，都没有经过"真网卡"。**之所以127.0.0.1叫本地回环地址，可以理解为，消息发出到这个地址上的话，就不会出网络，在本机打个转就又回来了。**所以断网，依然能 `ping` 通 `127.0.0.1`。

#### ping回环地址和ping本机地址有什么区别 ####

我们在mac里执行 `ifconfig` 。

$ ifconfig  
lo0: flags=8049<UP,LOOPBACK,RUNNING,MULTICAST> mtu 16384  
inet 127.0.0.1 netmask 0xff000000  
...  
en0: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500  
inet 192.168.31.6 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.31.255  
...

能看到 **lo0**，表示本地回环接口，对应的地址，就是我们前面提到的 **127.0.0.1** ，也就是**回环地址**。

和 **eth0**，表示本机第一块网卡，对应的IP地址是**192.168.31.6**，管它叫**本机IP**。

之前一直认为ping本机IP的话会通过"真网卡"出去，然后遇到第一个路由器，再发回来到本机。

为了验证这个说法，可以进行抓包，但结果跟上面的说法并不相同。

![dc8ca421e901b568d5afdb7045172185.png][]

ping 127.0.0.1

![0651eb3461f6ef70d214a2ef1e6bd5bf.png][]

ping 本机地址

可以看到 ping 本机IP 跟 ping 回环地址一样，相关的网络数据，都是走的 **lo0**，本地回环接口，也就是前面提到的**"假网卡"**。

只要走了本地回环接口，那数据都不会发送到网络中，在本机网络协议栈中兜一圈，就发回来了。因此 **ping回环地址和ping本机地址没有区别**。

#### 127.0.0.1 和 localhost 以及 0.0.0.0 有区别吗 ####

回到文章开头动图里的提问，算是面试八股文里的老常客了。

以前第一次用 `nginx` 的时候，发现用这几个 `IP`，都能正常访问到 `nginx` 的欢迎网页。一度认为这几个 `IP` 都是一样的。

![75f35d9509eb2b4009de806196e96d6f.png][]

访问127.0.0.1:80

![b47054e2e8ddffb25990c937f6a960ab.png][]

访问localhost:80

![fc5fdb63706f70d4531cbd4178d9e8f3.png][]

访问0.0.0.0:80

![8d54f165d6483cd55423e36ae5208f86.png][]

访问本机的IP地址

但本质上还是有些区别的。

首先 `localhost` 就不叫 `IP`，它是一个域名，就跟 `"baidu.com"`,是一个形式的东西，只不过默认会把它解析为 `127.0.0.1` ，当然这可以在 `/etc/hosts` 文件下进行修改。

所以默认情况下，使用 `localhost` 跟使用 `127.0.0.1` 确实是没区别的。

其次就是 `0.0.0.0`，执行 ping 0.0.0.0 ，是会失败的，因为它在`IPV4`中表示的是无效的**目标地址**。

$ 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

但它还是很有用处的，回想下，我们启动服务器的时候，一般会 `listen` 一个 IP 和端口，等待客户端的连接。

如果此时 `listen` 的是本机的 `0.0.0.0` , 那么它表示本机上的**所有IPV4地址**。

/\* Address to accept any incoming messages. \*/  
\#define INADDR\_ANY ((unsigned long int) 0x00000000) /\* 0.0.0.0 \*/

举个例子。刚刚提到的 `127.0.0.1` 和 `192.168.31.6` ，都是本机的IPV4地址，如果监听 `0.0.0.0` ，那么用上面两个地址，都能访问到这个服务器。

当然， 客户端 `connect` 时，不能使用 `0.0.0.0` 。必须指明要连接哪个服务器IP。

#### 总结 ####

*  `127.0.0.1` 是**回环地址**。`localhost`是**域名**，但默认等于 `127.0.0.1`。
 *  `ping` 回环地址和 `ping` 本机地址，是一样的，走的是**lo0 "假网卡"**，都会经过网络层和数据链路层等逻辑，最后在快要出网卡前**狠狠拐了个弯**， 将数据插入到一个**链表**后就**软中断**通知 **ksoftirqd** 来进行**收数据**的逻辑，**压根就不出网络**。所以断网了也能 `ping` 通回环地址。
 *  如果服务器 `listen` 的是 `0.0.0.0`，那么此时用`127.0.0.1`和本机地址**都可以**访问到服务。

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