Модуль 3.1: Основи TCP/IP

Основи мереж | Складність: [MEDIUM] | Час: 30–35 хв

Передумови

Перед початком цього модуля:

Обов’язково: Базове розуміння того, що таке комп’ютерна мережа.
Бажано: Модуль 1.1: Архітектура ядра

Що ви зможете робити після цього модуля

Після завершення цього модуля ви зможете:

Відстежити TCP-з’єднання від SYN до FIN та пояснити, що відбувається на кожному кроці
Розрахувати діапазони підмереж з CIDR-нотації та визначити, чи перебувають дві IP-адреси в одній мережі
Діагностувати мережеві проблеми, інтерпретуючи вивід ping, traceroute та ss
Пояснити, як таблиці маршрутизації Linux визначають, куди підуть пакети

Чому цей модуль важливий

Кожен под Kubernetes, кожен сервіс, кожен запит через Ingress — усі вони працюють на базі стеку TCP/IP. Коли мережа не працює, вам потрібно розуміти фундамент, на якому вона побудована.

Розуміння TCP/IP допоможе вам:

Виправляти помилки зв’язку — чому мій под не може достукатися до іншого сервісу?
Розуміти мережі Kubernetes — як насправді працюють Services, NodePorts та LoadBalancers?
Вирішувати проблеми з продуктивністю — це затримка (latency), втрата пакетів чи неправильна маршрутизація?
Налаштовувати мережі — підмережі, CIDR, маршрути (routes).

Коли curl зависає, коли пакети зникають, коли затримка різко зростає — вам потрібні знання TCP/IP.

Чи знали ви?

TCP був розроблений, щоб вижити в ядерній війні — попередник Інтернету, ARPANET, фінансувався DARPA (Міноборони США). Здатність TCP/IP обходити вузли, що вийшли з ладу, походить саме з цього військового минулого.
«Тристороннє рукостискання» (SYN, SYN-ACK, ACK) потребує 1.5 повних цикли передачі (RTT) — саме тому TCP-з’єднання мають вищу затримку, ніж UDP. При затримці в 100мс вам знадобиться 150мс тільки на те, щоб встановити зв’язок.
IP-адреси — це просто числа довжиною 32 біти (IPv4) або 128 біт (IPv6). Уся магія маршрутизації відбувається з цими простими цифрами. 32 біти IPv4 дають нам близько 4.3 мільярда адрес, які вже закінчилися, тому ми переходимо на IPv6.

Мережевий стек

Модель OSI проти моделі TCP/IP

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│           Модель OSI         │         Модель TCP/IP           │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  7. Прикладний               │                                 │
│  6. Представлення            │  Прикладний                     │
│  5. Сеансовий                │  (HTTP, DNS, SSH)               │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  4. Транспортний             │  Транспортний                   │
│     (TCP, UDP)               │  (TCP, UDP)                     │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  3. Мережевий                │  Міжмережевий (Internet)        │
│     (IP)                     │  (IP)                           │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  2. Канальний                │                                 │
│  1. Фізичний                 │  Мережевий доступ               │
│     (Ethernet, WiFi)         │  (Ethernet)                     │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

IP-адресація

Структура IPv4-адреси

IP-адреса: 192.168.1.100
Двійкова:  11000000.10101000.00000001.01100100

Маска підмережі: 255.255.255.0 (або /24)
Двійкова:        11111111.11111111.11111111.00000000

Мережа:    192.168.1.0   (перші 24 біти)
Хост:      .100          (останні 8 біт)

CIDR нотація (популярні маски)

CIDR	Маска	К-сть хостів	Використання
/32	255.255.255.255	1	Конкретний хост
/24	255.255.255.0	254	Мала мережа
/16	255.255.0.0	65,534	Мережа компанії
/8	255.0.0.0	16 млн	Велика мережа

TCP проти UDP

TCP: Надійний, впорядкований

    Клієнт                                         Сервер
      │                                              │
      │────────── SYN (Привіт, давай з'єднаємось) ──▶│
      │                                              │
      │◀───────── SYN-ACK (Привіт, давай!) ──────────│
      │                                              │
      │────────── ACK (Окей, починаємо дані) ───────▶│
      │                                              │
      │         З'ЄДНАННЯ ВСТАНОВЛЕНО                │

Особливості:

Гарантує доставку пакетів.
Зберігає порядок даних.
Використовується для HTTP, баз даних, SSH.

UDP: Швидкий, простий

Особливості:

Немає “рукостискання”.
Немає гарантії доставки.
Мінімальні затримки.
Використовується для DNS, стрімінгу відео, ігор.

Маршрутизація (Routing)

Таблиця маршрутизації каже ядру, куди відправляти пакети для різних адрес.

# Подивитися таблицю маршрутизації
ip route

default via … — це ваш “шлюз за замовчуванням” (Gateway). Туди йдуть усі пакети, для яких немає точного правила.

Порти та сокети

Порт	Сервіс	Протокол
22	SSH	TCP
53	DNS	UDP/TCP
80	HTTP	TCP
443	HTTPS	TCP
6443	Kubernetes API	TCP

# Подивитися відкриті порти
ss -tulpn

Тест

Що таке CIDR /24?

Відповідь
Це маска підмережі 255.255.255.0. Вона означає, що перші 24 біти адреси належать мережі, а останні 8 біт — конкретному комп'ютеру в ній. Це дає можливість підключити 254 пристрої.
Яка головна перевага UDP над TCP?

Відповідь
Швидкість. UDP не витрачає час на встановлення з'єднання та підтвердження отримання кожного байта даних. Це критично для дзвінків та онлайн-ігор.
Яка команда в Linux показує IP-адреси на мережевих інтерфейсах?

Відповідь
`ip addr` (або застаріла `ifconfig`).
Що таке Default Gateway?

Відповідь
Це "вихід" із вашої мережі в інші мережі (зазвичай в Інтернет). Якщо ваш комп'ютер не знає, де знаходиться отримувач пакета, він відправляє його на Default Gateway.

Практична вправа

Завдання: Дослідити мережеві налаштування своєї системи.

Подивіться всі свої IP-адреси:
Terminal window
```
ip -br addr
```
Знайдіть свій шлюз за замовчуванням:
Terminal window
```
ip route | grep default
```
Перевірте, які порти зараз “слухають” на вашій машині:
Terminal window
```
sudo ss -tlnp
```
Спробуйте дізнатися шлях пакета до сервера Google:
Terminal window
```
traceroute -m 10 8.8.8.8
```

Критерії успіху: Ви розумієте свою мережеву адресу та знаєте, як перевірити порти.

Підсумок

TCP/IP — мова, якою спілкується Інтернет та Kubernetes.
IP-адреса ідентифікує машину, Порт ідентифікує програму на ній.
TCP — надійність, UDP — швидкість.
Routing — це дорожня карта для пакетів у мережі.

Далі: Модуль 3.2: DNS в Linux — дізнайтеся, як текстові імена перетворюються на IP-адреси.