硬核图解！断网了，还能ping通 127.0.0.1 吗？为什么？
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2021-10-11 19:44
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。
$ 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 */
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 。
$ ifconfig
lo0: flags=8049 mtu 16384
inet 127.0.0.1 netmask 0xff000000
...
en0: flags=8863 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。
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。
$ 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。
最后
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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》