断网了,还能ping通 127.0.0.1 吗?

如果面试的时候你遇到了这个问题,搞得定吗?

你可能知道答案,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?

话不多说,我们直接拔掉网线,断网。

然后在控制台输入ping 127.0.0.1。

拔掉网线的情况下,ping 127.0.0.1  是能ping通的。

为什么断网了还能 ping 通 127.0.0.1 呢?

什么是127.0.0.1

127.0.0.1是什么?这是个 IPV4 地址。

IPV4 地址有 32 位,一个字节有 8 位,共 4 个字节。

127.0.0.1是众多回环地址中的一个,127 开头的都属于回环地址,没什么道理,就是人为规定的。

IPv4 的地址是 32 位的,2的32次方,大概是40+亿。是地球人口的一半多点,40亿IP这点量,肯定是不够用的,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。

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。

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,它的功能比较简单,可以用来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。

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。

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
那么使用 TCP 进行网络数据传输和ping有什么区别呢?

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。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的方式。

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,这又是为什么?

流程跟ping外网的时候是几乎是一样的。区别在于到了网络层,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。

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。

127.0.0.1和localhost以及0.0.0.0有区别吗

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。

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。

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。

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