首发于个人公众号：小白 debug
原文地址：硬核图解！断网了，还能 ping 通 127.0.0.1 吗？为什么？
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，求当时小白的心里阴影面积。
话不多说，我们直接开车。
拔掉网线，断网。
然后在控制台输入 ping 127.0.0.1。
1 | ping 127.0.0.1 |
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。
1 | /* Address to loopback in software to local host. */ |
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。
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。
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
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。
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。
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。
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 。
1 | ifconfig |
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。
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。
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。
1 | ping 0.0.0.0 |
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。
1 | /* Address to accept any incoming messages. */ |
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。
最后
最近工作上的事情太忙，本来就黑的黑眼圈，就更黑了，鸽了大家这么久实在不好意思哈。
这篇文章里，有几张大图本来都是动图，但是发现动起来之后发现字太小，点开来放大之后图又不会动了。有些影响体验，我就先改成静态图吧。
欢迎大家加我微信（公众号里右下角“联系我”），互相围观朋友圈砍一刀啥的哈哈。
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我是小白，我们下期见。
参考资料
《127.0.0.1 之本机网络通信过程知多少 ?！》—— 推荐关注飞哥的《开发内功修炼》
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