环回接口---loopback

Posted 2020-10-30 D R Y ! -geek~

尽管在网上查了不少资料，但依然未找到全面的解释，最近给县局作岗位认证培时， 忽然间想通了些问题，很多疑问迎刃而解。以下是我对环回地址及环回接口的一些认识，供大家参考交流：
一、环回接口
为了标识和管理网络设备（如路由器、pc），我们通常会利用到这些设备的接口（包括物理接口和逻辑接口：如vlan）上设置的IP地址。但很多情况下，尽管该设备未脱离网络，由于其管理地址所处的接口状态处于down，该设备便无法管理（因为物理连接断开，接口协议起不来）。为了解决这一问题，于是便出现了loopback接口，该接口为设备上一个逻辑接口，接口状态不受物理端口up/down的影响，只要设备的系统协议不出问题，该接口就不会down掉。顺便补充一下，尽管3层vlan亦是逻辑接口，但通常我们使用的vlan都是居于端口的，而且核心层交换机vlan一般只关联一个端口，当端口状态处于down时vlan接口是无法up起来的。
由此可见loopback接口的地址无疑是标示物理设备本身的最佳选择，因为只要设备运行正常，它将永处于up状态。
二、环回地址及环回路由
loopback地址即是loopback接口上设置的地址，该地址用于标示设备本身。A类地址段127.0.0.0被用作本地环回地址，一般设备都默认采用127.0.0.1，当然也可在loopback接口上设置公网IP，作为全网的设备标识。
当设备给其自身发数据包时，是把该数据包送往其loopback接口（其实是直接送给cpu处理）。但如果目的IP不是其loopback地址，它如何得知数据包的目的地址就是它自己的IP地址呢呢？此时就需要环回路由来识别了。一般pc网卡上的IP及一些低端网络设备的管理IP都默认指向其环回接口，但很多高端设备都需要手动设置环回路由。例如一台路由器的其中一个接口地址为61.175.201.54，则环回路由应该设置为61.175.201.54/32 127.0.0.1，以表示该地址就在自身接口上。
三、应用举例
就拿pc来说，pc的网卡就相当于路由器的一个接口。如一台pc网卡上设置的地址为220.172.115.50，网卡连接正常时，协议状态up，在dos命令行状态下输入ipconfig
便可看到该网卡上的IP地址。此时在主机上ping其网卡地址的过程如下：主机发送一个icmp包，目的地址为220.172.115.50，请求对方回答；主机根据默认环回主机路由发现数据包目的地址的下一跳指向其loopback接口（主机事先并不知道该地址就在其网卡上），于是将数据包发往其loopback接口（即直接发往cpu）；之后主机收到源IP为220.172.114.50的ping包，于是对该数据包进行回答，回应包亦根据环回路由原路返回。从该过程可看出，该数据包的始发点和被接收点都在同一个接口（即主机本身的loopback接口），寻址过程为一个环回过程，因此该接口称之为“环回接口”。当网卡连接断开时，协议down下，用ipconfig便发现“media disconnected”等提示，无IP地址显示。ping 220.172.115.50便出现“destination unreachable”等提示（由于网卡协议没起来，主机没能发现相应路由，无法做出转发决定，从而提示路由不可达）。但此时ping 127.0.0.0/8网段的IP均能ping通，因为一般pc默认把127.0.0.0/8网段IP作为loopback地址，当主机发现该数据包的目的地址为其自身的环回地址时，便将该数据包直接送往其cpu。由此可看出ping通环回地址并不表示就能ping通网卡地址，因此不要拿ping 127.0.0.1来检测网卡的好坏，这样做是行不通的。
下面我们来看看关于路由器的例子。如routerA的接口s0/1与routerB的接口s0/2直接相连，routerA s0/1的地址为202.56.112.11而routerB s0/2的地址为202.56.112.12
，两台路由器都没有做接口环回路由。此时在routerA上ping其接口s0/1的IP地址能ping通，但tracert 202.56.112.11便发现该数据包并未直接送给routerA本身，而是通过routerB后再回到routerA的。第一次遇到这种情况时我也很诧异，但理解环回的概念以后，这个疑惑也就自然解开。下面我们也来看看该数据包的寻址过程：首先路由器（cisco2600以上）没有默认接口地址的loopback路由，并且这两台router也没有做相关手工设置。因此当routerA发送目的地址为其s0/1的icmp ping包时，routerA查找路由表没发现指向环回接口的主机路由（主机路由优先级高于网络路由），于是根据直连路由将该数据包转发到routerB；routerB接收到该数据包后也根据直连路由将其转发给routerA；routerA收到该ping包后，作出回应，回应包原路返回。因而便出现一个有趣的现象，routerA ping自己的延迟比其ping routerB的延迟还要大。为此很多设备都手工设置了本地环回路由，从而减少不必要的麻烦。