回环地址的一点儿破事

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心血来潮，小水一篇！

回环地址（loopback address）

loopback 在维基百科上有一段这样的解释：Loopback (also written loop-back) is the routing of electronic signals or digital data streams back to their source without intentional processing or modification. It is primarily a means of testing the communications infrastructure. 通熟的说就是将由“源”发送出去的数据路由回“源”。

作为划水选手，我们肯定会接触过这样一个东西 -> Virtual loopback interface。当我们写的应用/服务想在同一台机器上进行通信的时候，基本都会使用到它。

在类 Unix 系统中，虚拟回环接口（Virtual loopback interface）通常被命名为 lo 或者 lo0。我们可以使用 ipconfig 看一下：

ipconfig loopback address

emmm，127.0.0.1，好家伙，没错，127.0.0.1 就是一个 IPv4 的回环地址。IETF 标准中（RFC1122、RFC5735）将 IPv4 CIDR 地址块 127.0.0.0/8 划为回环地址（即 127.0.0.0 ~ 127.255.255.255）。IPv6 下回环地址为 ::1/128。

CIDR 表示

IPv6 下 127.0.0.1 表示为 ::1

几个常见的小家伙

OK, 回环地址简介完了，接下来让我们看下以下几个常用的“小家伙”：

  • localhost
  • 0.0.0.0
  • 127.0.0.1

在这里，抛出几个问题？再自问自答！😎

  • 这三个家伙有什么区别？

显而易见，0.0.0.0 和 127.0.0.1 是 IP 地址嘛，localhost 是 hostname。至于再具体点的东西，可以看下后面两个问题。

  • 为什么断网后，我们还能 ping 通这三个东西？

断网的情况下，我们使用 ping 命令，ping 一下公网的 IP 地址，一般是不通的。但是 ping 127.0.0.1 却可以。因为 127.0.0.1 是一个回环地址（Loopback Address），操作系统对于走真实网卡的公网 IP 数据包的处理和走虚拟网卡的本机回环地址（之前介绍的 lo 和 lo0，Virtual loopback interface）的处理是不一样的。相对于目标是公网 IP 的数据包走的 ring buffer，回环地址的数据包走了一个数据结构 input_pkt_queue 触发软中断 ksoftirqd 处理，这篇文章有较为深入的介绍 👉🔗🐂。

至于 ping localhost 也是通的是因为 localhost DNS 解析到了回环地址 127.0.0.1，可以使用 cat /etc/hosts 查看 Linux hosts 文件。IETF 标准 RFC6761 将域名 localhost 默认保留给了回环地址 127.0.0.1。

代码语言：javascript
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➜ cat /etc/hosts
127.0.0.1       localhost
::1     ip6-localhost ip6-loopback

至于为什么断网能 ping 通 0.0.0.0，可以结合下一个问题思考一下。

  • 开发完后的 Web Service，我们一般会 listen 0.0.0.0，这有什么用？

listen 0.0.0.0 会监听本机上的所有IPV4地址。让服务访问方就可以通过本机的多个 IP 地址（包括回环地址，只要服务访问方与本机处于同一个网络下）访问本机的 Web 服务。RFC 5735 对特殊的 0.0.0.0 地址做了介绍。

ping 0.0.0.0

Wireshark 回环地址抓包

在这里介绍下使用 Wireshark 抓取回环地址的数据包，

Wireshark 如果想要抓取回环地址的包（(loopback packets)），需要安装 Npcap。

1、我们本地使用 Go 的 Gin 起个粗糙版 Web 服务：

代码语言：javascript
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package main

import "github.com/gin-gonic/gin"


func main() {

r := gin.Default()

r.GET("/ping", func(c *gin.Context) {

c.JSON(200, gin.H{

"message": "pong",

})

})

r.Run() // listen and serve on 0.0.0.0:8080 (for windows "localhost:8080")

}
Go-Gin

2、打开 Wireshark，capture 回环地址的虚拟网卡：

Wireshark capture loopback

3、过滤一下 TCP 端口，curl 一下 localhost:8080/ping：

代码语言：javascript
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curl --location --request GET 'localhost:8080/ping'
Wireshark TCP port filter

水完，收工！😊

参考

  • LoopBack (Virtual loopback interface) - wikipedia
  • Localhost - wikipedia
  • 断网了，还能ping通 127.0.0.1 吗？为什么？

#localhost#ping#操作系统#服务#域名