Модуль 0.7: Що таке мережа?

Складність: [ШВИДКО] — Для початківців

Час на виконання: 25-30 хвилин

Передумови: Модуль 0.4: Файли та директорії — Ви повинні вільно запускати команди та навігувати в директоріях.

---

Що ви зможете зробити

Після цього модуля ви зможете:

• Пояснити, як комп’ютери знаходять один одного за допомогою IP-адрес та DNS
• Відрізнити локальні та публічні IP-адреси та знати, коли кожна з них важлива
• Використовувати ping, curl та nslookup для діагностики базових проблем зі з’єднанням
• Інтерпретувати коди стану HTTP (200, 404) та пояснити їхнє значення

---

Чому це важливо

Kubernetes — це система для запуску застосунків на декількох комп’ютерах, які спілкуються один з одним через мережу. Якщо ви не розумієте, що таке мережа, що означає IP-адреса або що робить порт, Kubernetes здаватиметься магією — і не найкращою її формою.

Цей модуль надасть вам ментальну модель. До кінця ви зрозумієте, як комп’ютери знаходять один одного, як вони спілкуються, і ви використаєте справжні мережеві команди у своєму терміналі.

---

Що таке мережа?

Мережа — це два або більше комп’ютерів, з’єднаних разом, щоб вони могли обмінюватися інформацією.

Це все. Це вся концепція.

Ваш домашній Wi-Fi? Це мережа. Інтернет? Це мережа мереж — мільйони з’єднаних комп’ютерів. Коли ви відвідуєте google.com, ваш комп’ютер надсилає повідомлення через мережу комп’ютеру Google, який надсилає повідомлення у відповідь.

Аналогія з ресторанною кухнею: мережа схожа на систему інтеркому у великій мережі ресторанів. Кожна кухня (комп’ютер) має свій інтерком (мережеве з’єднання). Будь-яка кухня може зателефонувати іншій кухні, щоб поділитися рецептами, запросити продукти або скоординувати замовлення. Система інтеркому, що з’єднує всі кухні? Це і є мережа.

Локальна мережа та інтернет

Тип	Що це таке	Приклад
Локальна мережа (LAN)	Комп’ютери поруч, з’єднані безпосередньо	Ваш ноутбук і принтер у домашній мережі Wi-Fi
Інтернет (WAN)	Комп’ютери в будь-якій точці світу, з’єднані через інфраструктуру	Ваш ноутбук спілкується із сервером у Токіо

У Kubernetes ви працюватимете з обома типами: локальними мережами всередині кластера (де контейнери спілкуються один з одним) та інтернет-з’єднаннями із зовнішнього світу до ваших застосунків.

---

IP-адреси: як комп’ютери знаходять один одного

Кожен комп’ютер у мережі має IP-адресу — унікальний номер, який ідентифікує його, подібно до того, як поштова адреса ідентифікує будівлю.

192.168.1.42

Це IP-адреса. Вона складається з чотирьох чисел, розділених крапками, кожне з яких від 0 до 255.

Аналогія з поштовою адресою

Концепція	Мережа	Реальний світ
IP-адреса	192.168.1.42	Вулиця Головна, 123
Що вона робить	Ідентифікує конкретний комп’ютер	Ідентифікує конкретну будівлю
Хто її призначає	Ваш роутер (для локальної мережі) або ваш ISP (для інтернету)	Міський відділ планування

Типи IP-адрес

Приватні IP-адреси — використовуються всередині вашої локальної мережі:

192.168.x.x    (найпоширеніші для домашніх мереж)
10.x.x.x       (поширені в офісах та дата-центрах)
172.16-31.x.x  (менш поширені, але валідні)

Вони працюють лише у вашій локальній мережі. Це як номери квартир — вони мають сенс всередині будівлі, але хтось зовні не знатиме, яку будівлю ви маєте на увазі.

Публічні IP-адреси — ваша адреса в інтернеті:

Ваш роутер має публічну IP-адресу, яку бачить решта інтернету. Кожен пристрій за вашим роутером використовує цю спільну публічну адресу.

Як знайти свою IP-адресу

На macOS:

$ ipconfig getifaddr en0
192.168.1.42

На Linux:

$ hostname -I
192.168.1.42

На будь-якій системі (ваша публічна IP):

$ curl -s ifconfig.me
203.0.113.55

Не хвилюйтеся, якщо вивід відрізняється від прикладів. Числа будуть різними — це очікувано, оскільки кожен комп’ютер отримує свою унікальну адресу.

---

Порти: багато дверей на одній адресі

Зупиніться та подумайте: уявіть єдиний фізичний сервер, на якому розміщено три різні вебсайти компаній та внутрішня система електронної пошти, і всі вони мають одну й ту саму публічну IP-адресу. Коли браузер клієнта надсилає запит на цю IP-адресу, який механічний процес сортування гарантує, що запит потрапить на потрібний вебсайт, а не в поштову систему?

Отже, кожен комп’ютер має IP-адресу. Але комп’ютер запускає багато програм одночасно — веббраузер, поштовий клієнт, застосунок для чату. Як комп’ютер знає, яка програма має отримати вхідне повідомлення?

Саме для цього існують порти.

Порт — це число (від 0 до 65535), яке ідентифікує конкретну програму або сервіс на комп’ютері.

Аналогія з багатоквартирним будинком

Якщо IP-адреса — це адреса будинку (сама будівля), то порт — це номер квартири (конкретна одиниця всередині будівлі).

IP-адреса:  192.168.1.42     = Вулиця Головна, 123
Порт:        80               = Квартира 80

Повна адреса: 192.168.1.42:80 = Вулиця Головна, 123, кв. 80

Двокрапка : розділяє IP-адресу та номер порту.

Поширені порти

Порт	Сервіс	Що він робить
80	HTTP	Звичайний вебтрафік (коли ви відвідуєте сайт)
443	HTTPS	Захищений вебтрафік (замок у вашому браузері)
22	SSH	Захищений віддалений доступ до термінала
53	DNS	Пошук доменних імен
6443	Kubernetes API	Як kubectl спілкується з вашим кластером

У Kubernetes ви бачитимете порти всюди. Кожен сервіс має порт. Кожен контейнер відкриває порти. Розуміння цієї концепції зараз вбереже вас від величезної плутанини пізніше.

---

DNS: телефонна книга інтернету

Коли ви вводите google.com у своєму браузері, ваш комп’ютер насправді не знає, де знаходиться google.com. Комп’ютери розуміють лише IP-адреси (числа). То як це працює?

Зупиніться та подумайте: якщо ви відключите свій комп’ютер від інтернету, ви все одно зможете отримати доступ до свого домашнього роутера, ввівви 192.168.1.1 у браузері, але введення router.local може не спрацювати. Виходячи з того, як комп’ютери ідентифікують один одного, якого конкретного елемента інфраструктури не вистачає, коли ви намагаєтеся використати зрозуміле для людини ім’я офлайн?

DNS — Domain Name System (система доменних імен) — перекладає зрозумілі людям імена на IP-адреси.

Ви вводите:    google.com
DNS повертає:  142.250.80.46
Ваш комп'ютер під'єднується до: 142.250.80.46

Аналогія з телефонною книгою

Без DNS	З DNS
”Зателефонувати 142.250.80.46"	"Зателефонувати в Google”
Вам потрібно запам’ятовувати числа	Ви просто пам’ятаєте назви
Як у старі часи, коли вчили номери напам’ять	Як список контактів у вашому телефоні

DNS — це причина, чому вам не потрібно вводити 142.250.80.46 щоразу, коли ви хочете щось знайти. Ви вводите google.com, а DNS шукає номер для вас.

Як працює DNS (спрощено)

1. Ви вводите: google.com
2. Ваш комп'ютер запитує у роутера: "Яка IP для google.com?"
3. Ваш роутер запитує у DNS-сервера: "Яка IP для google.com?"
4. DNS-сервер відповідає: "142.250.80.46"
5. Ваш комп'ютер під'єднується до 142.250.80.46

Все це відбувається за мілісекунди. Ви цього навіть не помічаєте.

---

Збираємо все разом: надсилання листа

Давайте використаємо одну велику аналогію, щоб пов’язати все разом:

Відвідування вебсайту схоже на надсилання листа.

1. Ви хочете надіслати лист до "Головного офісу Google"
   (Ви вводите google.com)

2. Ви шукаєте адресу в телефонній книзі
   (DNS перекладає google.com → 142.250.80.46)

3. Ви пишете поштову адресу на конверті
   (IP-адреса: 142.250.80.46)

4. Ви пишете номер квартири або відділу
   (Порт: 443 для HTTPS)

5. Ви кладете лист у поштову скриньку
   (Ваш комп'ютер надсилає запит через мережу)

6. Google отримує його і надсилає відповідь
   (Вебсторінка повертається у ваш браузер)

Ось так ви зрозуміли основи роботи мереж.

---

Ваші перші мережеві команди

Давайте перейдемо до практики. Відкрийте свій термінал і спробуйте ці команди.

ping — “Ти там?”

ping надсилає крихітне повідомлення іншому комп’ютеру та чекає на відповідь. Це як постукати у чиїсь двері, щоб перевірити, чи хтось є вдома.

$ ping -c 4 google.com
PING google.com (142.250.80.46): 56 data bytes
64 bytes from 142.250.80.46: icmp_seq=0 ttl=118 time=11.4 ms
64 bytes from 142.250.80.46: icmp_seq=1 ttl=118 time=10.8 ms
64 bytes from 142.250.80.46: icmp_seq=2 ttl=118 time=11.2 ms
64 bytes from 142.250.80.46: icmp_seq=3 ttl=118 time=10.9 ms

• -c 4 означає “надіслати 4 пінги та зупинитися”. Без цього ping працюватиме нескінченно (на Linux/macOS), поки ви не натиснете Ctrl+C.
• time=11.4 ms означає, що шлях туди і назад зайняв 11.4 мілісекунди. Це швидкість, з якою світло (ну, електричні сигнали) може дійти до сервера Google і повернутися.

Якщо ви бачите Request timeout, сервер або не існує, або блокує пінги, або є проблема з мережею.

curl — “Дай мені цю вебсторінку”

curl отримує контент за URL. Сприймайте це як веббраузер у вашому терміналі — але він показує вам сирий текст замість відтворення красивої сторінки.

$ curl -s example.com

Ви побачите сирий HTML:

<!doctype html>
<html>
<head>
    <title>Example Domain</title>
...

Прапорець -s означає “silent” (тихий) — він приховує панель прогресу, щоб ви бачили лише контент.

Отримання лише заголовків (метаданих про відповідь):

$ curl -I example.com
HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html; charset=UTF-8
...

200 OK означає, що сервер отримав ваш запит і все гаразд. Ви дізнаєтеся більше про коди стану HTTP пізніше, але ось найважливіші:

Код	Значення	Аналогія
200	OK — ось те, що ви просили	”Замовлення готове! Ось ваша їжа.”
404	Not found — сторінки не існує	”Вибачте, у нашому меню немає такої страви.”
500	Server error — щось зламалося на боці сервера	”На кухні пожежа.”

nslookup або dig — “Знайди адресу”

Ці команди вручну запитують DNS про переклад імені на IP-адресу:

$ nslookup google.com
Server:    192.168.1.1
Address:   192.168.1.1#53

Non-authoritative answer:
Name:   google.com
Address: 142.250.80.46

Це підтверджує, що google.com перекладається як 142.250.80.46 (ваш результат може відрізнятися — у Google багато серверів по всьому світу).

---

Чи знали ви?

1. Поширена проблема на продакшені: кешування DNS. Іноді, навіть після завершення міграції сервера та оновлення записів DNS, ваш застосунок продовжує під’єднуватися до старої IP-адреси, тому що він закешував старий результат DNS. Це спричиняло реальні тривалі збої величезного масштабу. Наприклад, глобальний гігант електронної комерції одного разу зазнав 4-годинного збою під час міграції, коли їхні платіжні шлюзи агресивно кешували застарілі записи DNS, що коштувало приблизно 3,2 мільйона доларів втрачених транзакцій, оскільки застосунок просто відмовлявся шукати нову адресу.

2. NAT (Network Address Translation) та “це працює на моїй машині”. Ваша локальна машина може мати IP на кшталт 192.168.1.42, але інтернет бачить лише публічну IP-адресу вашого роутера. Коли ви запускаєте сервер на своєму ноутбуці, він прив’язаний до вашої локальної IP-адреси. Ось чому ви можете отримати доступ до нього локально, але ваш друг в іншому кінці міста отримує помилку “connection refused” — він не може спрямувати трафік через публічний інтернет безпосередньо до вашої приватної локальної IP без правил NAT на вашому роутері.

3. DNS винайшли тому, що запам’ятовувати IP-адреси було надто важко. До появи DNS (1983 рік) існував буквально один текстовий файл під назвою hosts.txt, у якому перелічувалися всі комп’ютери в інтернеті та їхні адреси. Хтось підтримував його вручну. Зі зростанням інтернету це стало неможливим, тому Пол Мокапетріс винайшов DNS, щоб автоматизувати цей процес.

4. Вичерпання IP-адрес — це реальність. Оригінальна система IP-адрес (IPv4) має лише близько 4,3 мільярда адрес. До 2010-х років вони фактично закінчилися. Щоб вирішити це, інженери створили IPv6, яка має стільки адрес (340 ундециліонів), що ми могли б призначити по одній кожному атому на поверхні Землі, і у нас все одно залишилося б чимало. Проте перехід всього інтернету на IPv6 займає десятиліття, саме тому NAT (згаданий вище) сьогодні настільки важливий для спільного використання IPv4-адрес.

---

Типові помилки

Помилка	Що відбувається	Як виправити
Забули -c з ping	Ping працює вічно	Натисніть Ctrl+C, щоб зупинити, або завжди використовуйте ping -c 4
Пінг сайту, який блокує ping	Request timeout — здається, що він не працює	Сайт може бути в порядку — багато серверів блокують ping. Використовуйте curl замість нього
Плутанина між IP-адресою та портом	Під’єднання не туди	IP = який комп’ютер. Порт = який сервіс на цьому комп’ютері. 192.168.1.42:80
Думка, що локальна IP — це публічна IP	Плутанина при наданні адреси іншим	192.168.x.x — тільки локальна. Використовуйте curl ifconfig.me для публічної IP
Забули http:// з curl	Іноді curl вгадує неправильно або видає помилку	Будьте точними: curl http://example.com або curl https://example.com
Думка, що збій DNS означає падіння сайту	Неможливо отримати доступ до сайту	Сайт може бути в порядку, але DNS не може розпізнати ім’я. Спробуйте використати IP безпосередньо

---

Контрольні запитання

Запитання 1: Ваш друг каже, що адреса його нового ноутбука — 192.168.1.42, і просить вас під’єднатися до нього з вашого дому. Ви пробуєте, але нічого не виходить. Виходячи з наданого типу адреси, чому це не спрацювало?

Показати відповідь

Адреса 192.168.1.42 — це приватна, локальна IP-адреса, призначена спеціально для внутрішніх мереж. Вона ідентифікує комп’ютери лише в межах однієї локальної мережі (LAN) і є абсолютно невидимою для зовнішнього інтернету. Оскільки ви перебуваєте у себе вдома, а ваш друг — у себе, ви перебуваєте у двох абсолютно різних локальних мережах. Щоб під’єднатися через інтернет, вашому комп’ютеру потрібно було б звернутися до публічної IP-адреси роутера вашого друга, а на його роутері мало б бути налаштоване правило для перенаправлення цього трафіку на його конкретний ноутбук.

Запитання 2: Ви налаштовуєте новий вебзастосунок. Ви можете успішно запустити ping 203.0.113.55 і отримати відповіді, що вказує на те, що сервер у мережі. Однак запуск curl http://203.0.113.55 просто завершується через тайм-аут. На якому рівні мережі, швидше за все, виникла проблема?

Показати відповідь

Проблема виникає на рівні порту або застоунку, а не на рівні мережевої маршрутизації. Успішна команда ping доводить, що IP-адреса доступна, сервер увімкнений і мережевий шлях вільний. Однак curl намагається під’єднатися саме до вебсервісу на порту 80 (HTTP). Тайм-аут вказує на те, що або фаєрвол блокує трафік саме на порт 80, або програмне забезпечення вебсервера вийшло з ладу і не очікує з’єднань на цьому порту.

Запитання 3: Користувач повідомляє, що не може отримати доступ до API вашої компанії за адресою api.example.com. Ви запускаєте ping api.example.com, і він одразу видає cannot resolve api.example.com: Unknown host. Однак ви знаєте, що публічна IP сервера — 203.0.113.100, і curl http://203.0.113.100 повертає 200 OK. Діагностуйте точну точку збою.

Показати відповідь

Збій локалізовано в системі розпізнавання DNS. Це означає, що “телефонна книга” інтернету не може перекласти ім’я. Оскільки команда curl чудово працює з прямою IP-адресою і повертає 200 OK, ми можемо остаточно довести, що сервер працює, мережевий шлях вільний і застосунок справний. Помилка Unknown host від ping показує, що ваш комп’ютер не може з’ясувати, яка IP-адреса належить api.example.com. Щоб виправити це, потрібно перевірити та оновити записи DNS для домену, щоб вони вказували на 203.0.113.100.

Запитання 4: Клієнт скаржиться, що вебсайт вашої компанії не працює. Ви запускаєте curl -I https://example.com і отримуєте відповідь 500 Internal Server Error. Проблема в інтернет-з’єднанні клієнта, DNS чи сервері вашої компанії?

Показати відповідь

Проблема однозначно в сервері та інфраструктурі застосунку вашої компанії. Код стану HTTP серії 500 генерується самим вебсервером. Це означає, що інтернет-з’єднання клієнта працює, DNS розпізнано правильно і мережа успішно доставила запит. Сервер отримав запит, але код застосунку зіткнувся з критичною помилкою (наприклад, збоєм з’єднання з базою даних або синтаксичною помилкою) під час спроби обробити його та створити вебсторінку. Вам потрібно перевірити логи застосунку на сервері, щоб знайти точну програмну помилку, яка спричинила збій.

Запитання 5: Молодший розробник запускає ping -c 4 api.example.com, і він повертає Request timeout для кожного пакета. Він одразу заявляє: “Сервер API повністю впав і зламаний!”. Ви запускаєте curl -I https://api.example.com на тій же машині та отримуєте HTTP/1.1 200 OK. Чому висновок молодшого розробника був неправильним і що відбувається насправді?

Показати відповідь

Молодший розробник помилково припустив, що невдалий ping однозначно означає, що сервер офлайн або недоступний у мережі. Насправді ping використовує специфічний тип діагностичного мережевого трафіку (ICMP), який багато сучасних серверів та корпоративних фаєрволів навмисно ігнорують з міркувань безпеки. Водночас вони пропускають звичайний вебтрафік (TCP) через порти 80 та 443. Успішна команда curl довела, що вебсервер активно працює, мережева маршрутизація в нормі, і він успішно віддає контент на законні вебзапити. Ping просто не спрацював, тому що фаєрвол сервера налаштований ігнорувати діагностичні “стуки”.

Запитання 6: Ви допомагаєте колезі діагностувати застосунок, який під’єднується до бази даних. База даних має працювати за адресою 10.0.5.50:5432. У логах застосунку відображається помилка: Connection refused to 10.0.5.50 on port 80. Виходячи з цього логу, яка найбільш ймовірна причина збою?

Показати відповідь

Застосунок намагається під’єднатися до бази даних за неправильним номером порту. Хоча цільова IP-адреса 10.0.5.50 правильна, застосунок намагається спілкуватися через порт 80, який є портом за замовчуванням для звичайного незашифрованого вебтрафіку. Сервіс бази даних насправді очікує з’єднань на порту 5432, залишаючи порт 80 абсолютно без уваги. Оскільки за цією адресою немає сервісу, який би слухав порт 80, операційна система на сервері бази даних активно відхиляє спробу з’єднання, що призводить до помилки “Connection refused”. Необхідно оновити конфігураційний файл застосунку, щоб явно вказати порт 5432.

Запитання 7: Ваша команда щойно запустила новий маркетинговий сайт за адресою promo.company.com. Коли ви вводите це у браузері, він не завантажується. Ви запускаєте nslookup promo.company.com, і команда повертає server can't find promo.company.com: NXDOMAIN. Однак провідний інженер каже, що сервер чудово працює за адресою 198.51.100.22. Яку конкретно систему потрібно оновити, щоб виправити цю проблему?

Показати відповідь

Потрібно оновити записи системи доменних імен (DNS) для домену компанії. Помилка NXDOMAIN (Non-Existent Domain — неіснуючий домен) від команди nslookup доводить, що публічного DNS-запису, який би пов’язував зрозуміле людині ім’я promo.company.com з будь-якою IP-адресою, не існує. Навіть якщо сервер повністю працездатний за адресою 198.51.100.22, браузери в інтернеті не мають можливості дізнатися цю інформацію про маршрутизацію, оскільки запис у “телефонній книзі” відсутній. Команда інфраструктури повинна увійти до панелі DNS-провайдера та створити “A-запис”, який спрямовує новий піддомен на правильну публічну IP-адресу.

---

Практична вправа: Дослідження мережі

Об’єкт

Використовувати мережеві команди для дослідження з’єднань, пошуку адрес та отримання вебконтенту.

Кроки

1. Перевірте мережеве з’єднання з популярним вебсайтом: Використовуйте термінальний інструмент, який надсилає короткі повідомлення серверу, щоб перевірити, чи він відповідає. Надішліть рівно 4 повідомлення на google.com, щоб команда не працювала вічно. Зверніть увагу на IP-адресу, у яку воно перетворюється, та час відповіді.

2. Порівняйте затримку (latency) з іншим сервісом: Запустіть ту саму команду з кроку 1, але цього разу для cloudflare.com. Час відповіді швидший чи повільніший? Різниця залежить від того, наскільки далеко їхні сервери знаходяться від вас.

3. Знайдіть свою локальну IP-адресу: Використовуйте відповідну команду, щоб знайти свою локальну IP:

На macOS:

$ ipconfig getifaddr en0

На Linux:

$ hostname -I

Запишіть свою локальну IP. Вона повинна починатися з 192.168., 10. або 172..

4. Дізнайтеся свою публічну IP-адресу: Використовуйте curl у тихому режимі (з прапорцем -s), щоб отримати сторінку за адресою ifconfig.me. Це виведе IP-адресу, яку бачить решта інтернету для вас. Зауважте, як вона відрізняється від вашої локальної IP.

5. Вручну дізнайтеся IP доменного імені: Використовуйте інструмент пошуку DNS, про який ви дізналися (наприклад, nslookup), щоб знайти точну IP-адресу для github.com. Знайдіть IP-адресу в отриманому виводі.

6. Отримайте вебсторінку:

$ curl -s example.com

Ви повинні побачити сирий HTML сторінки example.com.

7. Вивчіть заголовки відповіді сервера: Замість того, щоб отримувати повний HTML, попросіть example.com надати лише метадані заголовків (використовуючи прапорець -I). Знайдіть HTTP/1.1 200 OK у виводі — це означає успіх!

8. Спровокуйте конкретний код помилки HTTP: Використовуйте curl, щоб запитати лише заголовки для шляху, який точно не існує на example.com (наприклад, example.com/this-page-does-not-exist). Знайдіть статус 404 у відповіді — це означає “not found” (не знайдено).

9. Поєднайте навички роботи з мережею та файлами: Знову отримайте сирий HTML example.com у тихому режимі, але цього разу перенаправте вивід у новий файл під назвою my-first-webpage.html всередині директорії ~/kubedojo-practice/. Потім використайте команду читання файлів, щоб вивести вміст цього нового файлу на екран і переконатися, що все спрацювало.

Критерії успіху

Ви завершили цю вправу, коли зможете:

• Пінгувати вебсайт та бачити час відповіді
• Знайти свою локальну IP-адресу
• Знайти свою публічну IP-адресу
• Дізнатися IP доменного імені за допомогою nslookup
• Отримати вебсторінку за допомогою curl
• Ідентифікувати відповіді 200 (OK) та 404 (Not Found)
• Зберегти вебсторінку у файл

---

Ви щойно використали інструмент, яким щодня користуються досвідчені інженери. Ви на своєму місці.

---

Наступний модуль

Тепер ви розумієте, як комп’ютери знаходять один одного та спілкуються. IP-адреси, порти, DNS та базові мережеві команди тепер у вашому арсеналі.

Наступний модуль: Модуль 0.8: Сервери та SSH — Дізнайтеся, що таке сервер, де вони живуть і як під’єднатися до них віддалено.