断网了,还能ping通127.0.0.1吗

1. 前言

网通不通, 你ping一下就知道了,如果把127.0.0.1换成0.0.0.0或则localhost会怎样呢?这几个IP有什么区别?

话不多说,拔掉网线,断开WI-FI,然后在控制台ping 127.0.0.1

说明,断网了还是能够ping127.0.0.1的。

2. 什么是127.0.0.1

首先,这个是IPV4地址,IPV4地址有 32 位, 一个字节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,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,是因为源码就是这么定义的,没什么道理。

IPV4的地址是32位,2的32次方,大概是40+亿。这点数量不够用,目前IP已经用完,所以就有了IPV6IPV6地址是128位的也就是2的128次方≈10的38次方

  • 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。

IPV4的回环地址是127.0.0.1, 在IPV6下,表达式为:::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IPV6地址只允许出现一次两个连续的冒号

在IPV4下用 ping 127.0.0.1 命令, 在IPV6下用Ping :: 1命令

3. 什么是ping

ping 是应用层命令,ping作为一个小软件,它的功能是尝试发送一个小小的消息到目标机器上,判断目标机器是否可达,也就是判断目标机器网络是否可以联通。

ping应用的底层用户的是网络层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

简单的理解为 ping 某个IP 就是往某个IP地址发个消息

4. 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,那么可以看下它和ping的区别。

ping 和其他应用软件都属于应用层。

那么我们横向对比一下,比如说聊天软件,如果用的是TCP的方式去发送消息,那么就得先知道往哪发,Linux里万物皆文件,那么你要发消息的目的地,也就是个文件,这里就需要使用socket。

  1. 在TCP传输中创建socket的方式是socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)

    • AF_INET: 表示将使用IPV4里host:port的方式去解析你输入的网络地址
    • SOCK_STREAM: 指使用面向字节流的TCP协议,工作在传输层。
  2. 创建好socket之后,就可以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socket_sendmsg方法。

  3. 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ringbuffer, 顺着网卡就发出去了。

再回到ping,整个过程基本跟TCP发数据类似,差异的地方主要在于:

  1. 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。

  2. ping 在进入内核态最后也是调用的sock_sengmsg方法,计入到网络层后加上ICMP和IP头,数据链路层加上MAC头,也是顺着网卡发出

因此,本质上ping 和普通应用发消息在程序流上没有太大的差别。

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

5. 卫生棉断网了还能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出去的,那么在断网的情况下,网卡已经不工作了,ping回环地址却一切正常,可以看下这种情况下的工作原理。

从应用层到出书层再到网络层,这段路径跟ping外网的时候几乎是一样的,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,这其中就包括选择哪个网卡把消息发送出去。

  • 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,会选择本地网卡

本地网卡会把数据推到一个叫input_pkt_queue的链表中,这个链表是所有网卡共享的,上面挂着发给本机的各种消息,消息被发送到这个链表后,会在触发一个软中断

专门处理软中断的工具人ksoftirqd(内核线程),它在收到软中断后就会立即去链表将消息取出,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。

6. ping回环地址和ping本机地址有什么区别

查看本机地址和回环地址

  • lo0 : 表示本地回环接口对应的地址,也就是回环地址
  • en0 : 表示本地第一块网卡,对应的地址是192.168.1.100,也叫做本地IP

之前一直人为ping 本地IP的话会通过”真网卡”出去,然后遇到第一个路由器,再发回到本机。

为了验证这个说法,可以进行抓包。

  1. ping 127.0.0.1

  2. ping 本机IP

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。

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

7. 127.0.0.1和localhost以及0.0.0.0区别

访问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。



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 127.0.0.1192.168.1.100 ,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。

8. 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。