網(wǎng)通不通，你 ping 一下就知道了。

可能看到標(biāo)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(huì)怎么樣呢？你知道這幾個(gè)IP有什么區(qū)別嗎？

話不多說(shuō)，我們直接開(kāi)車(chē)。

拔掉網(wǎng)線，斷網(wǎng)。

然后在控制臺(tái)輸入ping 127.0.0.1。

$ping127.0.0.1
PING127.0.0.1(127.0.0.1):56databytes
64bytesfrom127.0.0.1:icmp_seq=0ttl=64time=0.080ms
64bytesfrom127.0.0.1:icmp_seq=1ttl=64time=0.093ms
64bytesfrom127.0.0.1:icmp_seq=2ttl=64time=0.074ms
64bytesfrom127.0.0.1:icmp_seq=3ttl=64time=0.079ms
64bytesfrom127.0.0.1:icmp_seq=4ttl=64time=0.079ms
^C
---127.0.0.1pingstatistics---
5packetstransmitted,5packetsreceived,0.0%packetloss
round-tripmin/avg/max/stddev=0.074/0.081/0.093/0.006ms

說(shuō)明，拔了網(wǎng)線，ping 127.0.0.1 是能ping通的。

其實(shí)這篇文章看到這里，標(biāo)題前半個(gè)問(wèn)題已經(jīng)被回答了。但是我們可以再想深一點(diǎn)。

為什么斷網(wǎng)了還能 ping 通 127.0.0.1 呢？

這能說(shuō)明你不用交網(wǎng)費(fèi)就能上網(wǎng)嗎？

不能。

首先我們需要進(jìn)入基礎(chǔ)科普環(huán)節(jié)。

不懂的同學(xué)看了就懂了，懂的看了就當(dāng)查漏補(bǔ)缺吧。

什么是127.0.0.1

首先，這是個(gè) IPV4 地址。

IPV4 地址有 32 位，一個(gè)字節(jié)有 8 位，共 4 個(gè)字節(jié)。

其中127 開(kāi)頭的都屬于回環(huán)地址，也是 IPV4 的特殊地址，沒(méi)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(gè)。之所以不是 127.0.0.2 ，而是 127.0.0.1，是因?yàn)樵创a里就是這么定義的，也沒(méi)什么道理。

/*Addresstoloopbackinsoftwaretolocalhost.*/
#defineINADDR_LOOPBACK0x7f000001/*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(diǎn)量，塞牙縫都不夠，實(shí)際上IP也確實(shí)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(shuō)地球的沙子數(shù)量大概是 10的23次方，所以IPV6的IP可以認(rèn)為用不完。

IPV4以8位一組，每組之間用 . 號(hào)隔開(kāi)。

IPV6就以16位為一組，每組之間用 : 號(hào)隔開(kāi)。如果全是0，那么可以省略不寫(xiě)。

ipv6回環(huán)地址

在IPV4下的回環(huán)地址是 127.0.0.1，在IPV6下，表達(dá)為 ::1 。中間把連續(xù)的0給省略了，之所以不是7個(gè) 冒號(hào)，而是2個(gè)冒號(hào): ， 是因?yàn)橐粋€(gè) IPV6 地址中只允許出現(xiàn)?次兩個(gè)連續(xù)的冒號(hào)。

多說(shuō)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(yīng)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(guò)聊天軟件可以收發(fā)消息，還能點(diǎn)個(gè)贊什么的，有很多復(fù)雜的功能。

而 ping 作為一個(gè)小軟件，它的功能比較簡(jiǎn)單，就是嘗試發(fā)送一個(gè)小小的消息到目標(biāo)機(jī)器上，判斷目的機(jī)器是否可達(dá)，其實(shí)也就是判斷目標(biāo)機(jī)器網(wǎng)絡(luò)是否能連通。

ping應(yīng)用的底層，用的是網(wǎng)絡(luò)層的ICMP協(xié)議。

IP和ICMP和Ping所在分層

雖然ICMP協(xié)議和IP協(xié)議都屬于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，但其實(shí)ICMP也是利用了IP協(xié)議進(jìn)行消息的傳輸。

ip和icmp的關(guān)系

所以，大家在這里完全可以簡(jiǎn)單的理解為 ping 某個(gè)IP 就是往某個(gè)IP地址發(fā)個(gè)消息。

TCP發(fā)數(shù)據(jù)和ping的區(qū)別

一般情況下，我們會(huì)使用 TCP 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，那么我們可以看下它和 ping 的區(qū)別。

ping和普通發(fā)消息的關(guān)系

ping和其他應(yīng)用層軟件都屬于應(yīng)用層。

那么我們橫向?qū)Ρ纫幌拢确秸f(shuō)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(wàn)物皆文件，那你要發(fā)消息的目的地，也是個(gè)文件，這里就引出了socket 的概念。

要使用 socket , 那么首先需要?jiǎng)?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(huì)你輸入的網(wǎng)絡(luò)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(xiě)到這個(gè)文件里。調(diào)用 socket 的sendto接口的過(guò)程中進(jìn)程會(huì)從用戶態(tài)進(jìn)入到內(nèi)核態(tài)，最后會(huì)調(diào)用到 sock_sendmsg 方法。

然后進(jìn)入傳輸層，帶上TCP頭。網(wǎng)絡(luò)層帶上IP頭，數(shù)據(jù)鏈路層帶上 MAC頭等一系列操作后。進(jìn)入網(wǎng)卡的發(fā)送隊(duì)列 ring buffer ，順著網(wǎng)卡就發(fā)出去了。

回到 ping ， 整個(gè)過(guò)程也基本跟 TCP 發(fā)數(shù)據(jù)類(lèi)似，差異的地方主要在于，創(chuàng)建 socket 的時(shí)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(luò)層， 所以構(gòu)建ICMP（網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議）的數(shù)據(jù)，是再合適不過(guò)了。

ping 在進(jìn)入內(nèi)核態(tài)后最后也是調(diào)用的 sock_sendmsg 方法，進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)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(zhì)上ping 跟 普通應(yīng)用發(fā)消息 在程序流程上沒(méi)太大差別。

這也解釋了為什么當(dāng)你發(fā)現(xiàn)懷疑網(wǎng)絡(luò)有問(wèn)題的時(shí)候，別人第一時(shí)間是問(wèn)你能ping通嗎？因?yàn)榭梢院?jiǎn)單理解為ping就是自己組了個(gè)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(shuō)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(guò)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。

ping回環(huán)地址

從應(yīng)用層到傳輸層再到網(wǎng)絡(luò)層。這段路徑跟ping外網(wǎng)的時(shí)候是幾乎是一樣的。到了網(wǎng)絡(luò)層，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)目的IP，在路由表中獲取對(duì)應(yīng)的路由信息，而這其中就包含選擇哪個(gè)網(wǎng)卡把消息發(fā)出。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)IP是外網(wǎng)IP時(shí)，會(huì)從"真網(wǎng)卡"發(fā)出。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)IP是回環(huán)地址時(shí)，就會(huì)選擇本地網(wǎng)卡。

本地網(wǎng)卡，其實(shí)就是個(gè)"假網(wǎng)卡"，它不像"真網(wǎng)卡"那樣有個(gè)ring buffer什么的，"假網(wǎng)卡"會(huì)把數(shù)據(jù)推到一個(gè)叫 input_pkt_queue 的 鏈表 中。這個(gè)鏈表，其實(shí)是所有網(wǎng)卡共享的，上面掛著發(fā)給本機(jī)的各種消息。消息被發(fā)送到這個(gè)鏈表后，會(huì)再觸發(fā)一個(gè)軟中斷。

專(zhuān)門(mén)處理軟中斷的工具人"ksoftirqd" （這是個(gè)內(nèi)核線程），它在收到軟中斷后就會(huì)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(luò)層等層層往上傳遞最后給到應(yīng)用程序。

工具人ksoftirqd

ping 回環(huán)地址和通過(guò)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(méi)有經(jīng)過(guò)"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(gè)地址上的話，就不會(huì)出網(wǎng)絡(luò)，在本機(jī)打個(gè)轉(zhuǎn)就又回來(lái)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(jī)地址有什么區(qū)別

我們?cè)趍ac里執(zhí)行 ifconfig 。

$ifconfig
lo0:flags=8049mtu16384
inet127.0.0.1netmask0xff000000
...
en0:flags=8863mtu1500
inet192.168.31.6netmask0xffffff00broadcast192.168.31.255
...

能看到 lo0，表示本地回環(huán)接口，對(duì)應(yīng)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(jī)第一塊網(wǎng)卡，對(duì)應(yīng)的IP地址是192.168.31.6，管它叫本機(jī)IP。

之前一直認(rèn)為ping本機(jī)IP的話會(huì)通過(guò)"真網(wǎng)卡"出去，然后遇到第一個(gè)路由器，再發(fā)回來(lái)到本機(jī)。

為了驗(yàn)證這個(gè)說(shuō)法，可以進(jìn)行抓包，但結(jié)果跟上面的說(shuō)法并不相同。

ping 127.0.0.1

ping 本機(jī)地址

可以看到 ping 本機(jī)IP 跟 ping 回環(huán)地址一樣，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)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(huì)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中，在本機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中兜一圈，就發(fā)回來(lái)了。因此 ping回環(huán)地址和ping本機(jī)地址沒(méi)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(kāi)頭動(dòng)圖里的提問(wèn)，算是面試八股文里的老常客了。

以前第一次用 nginx 的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)用這幾個(gè) IP，都能正常訪問(wèn)到 nginx 的歡迎網(wǎng)頁(yè)。一度認(rèn)為這幾個(gè) IP 都是一樣的。

訪問(wèn)127.0.0.1:80 訪問(wèn)localhost:80 訪問(wèn)0.0.0.0:80 訪問(wèn)本機(jī)的IP地址

但本質(zhì)上還是有些區(qū)別的。

首先 localhost 就不叫 IP，它是一個(gè)域名，就跟 "baidu.com",是一個(gè)形式的東西，只不過(guò)默認(rèn)會(huì)把它解析為 127.0.0.1 ，當(dāng)然這可以在 /etc/hosts 文件下進(jìn)行修改。

所以默認(rèn)情況下，使用 localhost 跟使用 127.0.0.1 確實(shí)是沒(méi)區(qū)別的。

其次就是 0.0.0.0，執(zhí)行 ping 0.0.0.0 ，是會(huì)失敗的，因?yàn)樗贗PV4中表示的是無(wú)效的目標(biāo)地址。

$ping0.0.0.0
PING0.0.0.0(0.0.0.0):56databytes
ping:sendto:Noroutetohost
ping:sendto:Noroutetohost

但它還是很有用處的，回想下，我們啟動(dòng)服務(wù)器的時(shí)候，一般會(huì) listen 一個(gè) IP 和端口，等待客戶端的連接。

如果此時(shí) listen 的是本機(jī)的 0.0.0.0 , 那么它表示本機(jī)上的所有IPV4地址。

/*Addresstoacceptanyincomingmessages.*/
#defineINADDR_ANY((unsignedlongint)0x00000000)/*0.0.0.0*/

舉個(gè)例子。剛剛提到的 127.0.0.1 和 192.168.31.6 ，都是本機(jī)的IPV4地址，如果監(jiān)聽(tīng) 0.0.0.0 ，那么用上面兩個(gè)地址，都能訪問(wèn)到這個(gè)服務(wù)器。

當(dāng)然， 客戶端 connect 時(shí)，不能使用 0.0.0.0 。必須指明要連接哪個(gè)服務(wù)器IP。

總結(jié)

127.0.0.1 是回環(huán)地址。localhost是域名，但默認(rèn)等于 127.0.0.1。

ping 回環(huán)地址和 ping 本機(jī)地址，是一樣的，走的是lo0 "假網(wǎng)卡"，都會(huì)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)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(gè)彎， 將數(shù)據(jù)插入到一個(gè)鏈表后就軟中斷通知 ksoftirqd 來(lái)進(jìn)行收數(shù)據(jù)的邏輯，壓根就不出網(wǎng)絡(luò)。所以斷網(wǎng)了也能 ping 通回環(huán)地址。

如果服務(wù)器 listen 的是 0.0.0.0，那么此時(shí)用127.0.0.1和本機(jī)地址都可以訪問(wèn)到服務(wù)。

審核編輯：劉清