L3 Маршрутизация: статика и динамика

Коммутатор (L2) знает, как доставить кадр внутри одной сети. Но как пакет попадает из сети 10.0.1.0/24 в сеть 10.0.99.0/24 на другом конце страны? Это работа маршрутизатора. Маршрутизация — сердце L3 и навык, который отличает «настроил по инструкции» от «понимаю, что происходит». Это фундаментальный модуль: на нём стоят следующие два — OSPF и BGP.

1. Что такое маршрутизация и зачем

Маршрутизатор — это устройство с несколькими интерфейсами в разных сетях (L3-доменах). Его единственная задача: получить пакет, посмотреть IP назначения, найти в своей таблице маршрутизации лучшее совпадение и переслать пакет в нужный интерфейс или следующему роутеру.

Ключевой принцип: каждый роутер принимает решение независимо, hop-by-hop. Никто не знает весь путь целиком. Каждый знает только «куда передать дальше» (next-hop). Это как спрашивать дорогу: на каждом перекрёстке тебе говорят следующий поворот, а не весь маршрут до цели.

2. Как принимается решение: longest prefix match

В таблице может быть несколько записей, подходящих под адрес назначения. Роутер всегда выбирает самую специфичную — с самой длинной маской (longest prefix match, LPM). Чем длиннее префикс, тем «точнее» он описывает цель.

Пример. Пакет идёт на 10.0.99.7. В таблице:

Уточнение по строке /26: 10.0.99.0/26 покрывает .0–.63, значит .7 в него входит. Тогда победил бы /26 — он ещё длиннее /24. Правило железобетонное: чем длиннее маска среди подходящих, тем выше приоритет. Default /0 используется только когда ничего более специфичного не нашлось — «маршрут последней надежды».

Полный порядок выбора маршрута

LPM — только первый шаг. Полный алгоритм роутера такой:

3. Анатомия таблицы маршрутизации

Посмотрим на реальный вывод Cisco show ip route и разберём по частям:

Разберём строку O 10.0.50.0/24 [110/20] via 10.0.12.2, 00:14:21, Gi0/1:

4. RIB и FIB — то, что путают даже мидлы

То, что показывает show ip route — это RIB (Routing Information Base), «база знаний» управляющей плоскости (control plane). Сюда стекаются все маршруты от всех протоколов, здесь идёт выбор лучшего. Но пересылать каждый пакет, перебирая RIB, было бы медленно.

Поэтому из RIB выжимается FIB (Forwarding Information Base) — оптимизированная таблица для «железной» пересылки на полной скорости. На Cisco механизм называется CEF. FIB уже содержит готовый ответ: «для такого префикса — такой выходной интерфейс и такой MAC next-hop», без рекурсии в момент пересылки.

5. Рекурсивный lookup и «маршрут есть, а не пингуется»

Когда у маршрута указан только next-hop IP (а не выходной интерфейс), роутер должен сначала выяснить: «а как добраться до самого next-hop?». Это рекурсивный lookup — ещё один поиск по таблице. Если next-hop никуда не резолвится — маршрут не установится, хотя ты его и прописал.

6. Статическая маршрутизация

Статический маршрут — ты руками прописываешь: «для такой-то сети next-hop вот этот». Просто, предсказуемо, не ест CPU и трафик на протокол. Минус — не адаптируется: если линк упал, статика всё равно указывает туда (если не настроен tracking).

Где статика реально уместна

• Default route к провайдеру — самый частый кейс. Тебе не нужен протокол, чтобы знать «весь интернет — туда».
• Stub-сети — площадка с единственным выходом. Динамика там избыточна.
• Маршрут к управляющему сегменту, который должен быть всегда фиксирован.
• Blackhole / null-route — выбросить мусорный или атакующий трафик дёшево, на уровне FIB.

Floating static route — резерв

Статике можно вручную задать AD выше, чем у основного маршрута. Тогда она «спит» и появляется в таблице, только если основной (например, OSPF) пропал. Это дешёвый backup-путь.

Статика + tracking — чтобы не было чёрных дыр

Проблема статики: интерфейс «up», но дальше по пути всё мертво — а статика всё равно шлёт туда. Решение — привязать маршрут к проверке доступности (IP SLA + object tracking): маршрут живёт, только пока пингуется цель.

7. Administrative Distance — кому верить

А что, если про одну и ту же сеть 10.0.99.0/24 роутер узнал двумя способами — например, и по OSPF, и по BGP? Метрики разных протоколов несравнимы (у OSPF — cost, у RIP — хопы). Поэтому роутер сначала сравнивает Administrative Distance — степень доверия к источнику. Меньше AD = больше доверия.

AD можно менять — например, чтобы плавно мигрировать с одного протокола на другой:

8. Динамическая маршрутизация — зачем

В сети из 3 роутеров статику ещё можно держать в голове. В сети из 300 — нет: при каждом изменении пришлось бы руками править десятки таблиц, а при падении линка сеть «легла» бы до прихода инженера. Протоколы динамической маршрутизации решают это: роутеры сами обмениваются информацией о сетях, считают лучшие пути и перестраиваются автоматически за секунды, когда топология меняется (это называется convergence — сходимость).

IGP против EGP — главное деление

Все протоколы делятся на две категории по зоне ответственности:

• IGP (Interior Gateway Protocol) — работает внутри одной автономной системы (AS), то есть внутри сети одной организации. Цель — быстро найти лучший путь. Сюда: OSPF, IS-IS, EIGRP, RIP.
• EGP — работает между автономными системами, то есть в масштабе всего интернета. Здесь главное не «самый быстрый путь», а политика (с кем дружим, через кого пускаем трафик). Сегодня EGP ровно один — BGP.

9. RIP / EIGRP / OSPF / IS-IS / BGP — когда что

Distance-vector против link-state

Distance-vector (RIP, EIGRP) — «слухи от соседей»: роутер верит тому, что рассказали соседи, и не видит топологию целиком. Отсюда медленная сходимость и риск петель (борются split-horizon, poison reverse). Link-state (OSPF, IS-IS) — каждый роутер строит у себя полную карту сети и сам считает кратчайшие пути (алгоритм Дейкстры). Поэтому link-state сходится быстрее и устойчивее к петлям.

10. ECMP — несколько путей одновременно

Если до одной сети есть два равноценных пути (одинаковый AD и одинаковая метрика), роутер может использовать оба сразу — это Equal-Cost Multi-Path. Пропускная способность складывается, а при падении одного линка трафик мгновенно идёт по второму.

Как именно балансируется — per-flow, не per-packet

Важная деталь: трафик раскидывается по потокам (flow), а не по пакетам. Роутер берёт хеш от набора полей (src/dst IP, часто + src/dst port) и по нему выбирает путь. Все пакеты одного TCP-соединения идут одним путём — иначе они бы переставлялись (reordering), и TCP решил бы, что это потери.

ECMP — фундамент дизайна современных дата-центров (Spine-Leaf): десятки равноценных путей между уровнями, трафик «размазан» по всем. Это та же идея, что и multipath в Linux (ip route ... nexthop ... nexthop ...).

11. Сценарий целиком: три роутера, статика + default

Соберём всё вместе. Топология: офис (R1) — ядро (R2) — выход в интернет (R3 → провайдер).

12. Packet walk: что происходит с пакетом по пути

Хост 10.0.1.5 открывает 1.1.1.1. Пошагово:

1. Хост видит: 1.1.1.1 не в моей /24 → шлю на default gateway 10.0.1.1 (R1). ARP узнаёт MAC R1.
2. R1: LPM → подходит только 0.0.0.0/0 via 10.0.12.2. Переписывает dst MAC на R2, src MAC на свой, TTL 64→63, шлёт.
3. R2: то же, 0.0.0.0/0 via 10.0.23.2 → R3. TTL 63→62.
4. R3: 0.0.0.0/0 via 203.0.113.2 → провайдер. Тут же срабатывает NAT (см. модуль 10): src 10.0.1.5 → публичный IP.
5. Ответ идёт обратно: провайдер → R3 → (по маршруту 10.0.0.0/16) R2 → (10.0.1.0/24) R1 → хост.

13. Мост в DevOps: маршрутизация, которую ты увидишь каждый день

Когда ты перейдёшь в DevOps, протоколы вроде OSPF трогать будешь редко, но сама модель маршрутизации останется ровно той же — и понимание из этого модуля станет твоим преимуществом:

• Linux: ip route — та же таблица, default gateway, next-hop, метрики. Каждый под в Kubernetes маршрутизируется по этим правилам.
• Policy routing в Linux: несколько таблиц (ip rule, ip route ... table 100) — это аналог PBR. Часто нужно для multi-homing и VPN.
• Облако (AWS/GCP): «Route Tables» у VPC — это та же таблица с LPM. 0.0.0.0/0 → igw — это default route к интернет-шлюзу, буквально как к провайдеру.
• Kubernetes: CNI (Calico, Cilium) раздаёт маршруты до подов; Calico умеет анонсировать их по BGP — да, тот самый BGP из модуля 7.
• Cilium/eBPF: заменяет часть классической маршрутизации программой в ядре — но решение «куда слать пакет» принимается по тем же принципам.

14. Команды для практики

Cisco

Linux (то же самое на сервере)

15. Вопросы с собеседования

16. Частые ошибки джунов