Урок 4 — Порты, TCP и UDP

У сервера один IP — но на нём работает 5 разных программ: web-сервер, SSH, БД, мониторинг. Как пакеты не путаются и попадают к нужной программе? Ответ: порты. А TCP и UDP — это два способа, которыми пакеты доставляются. Знать обязательно.

1. Зачем нужны порты

IP-адрес говорит, на какой компьютер доставить пакет. Но на одном компьютере одновременно работают много программ — браузер, мессенджер, web-сервер, SSH. Как операционная система решает, какой из них отдать пакет?

Ответ: каждая программа «садится» на свой порт — это число от 0 до 65535. IP плюс порт — уникальный адрес конкретной программы.

2. Диапазон портов

Портов 65 536 штук (от 0 до 65535). Они официально разделены на три группы:

Порты, которые нужно знать наизусть

3. Сокет — IP + порт

Сокет (socket) — это пара «IP-адрес + порт». То есть конкретная точка общения. 203.0.113.10:443 — это сокет.

Чтобы соединение установилось, нужны два сокета:

# Клиентский сокет (выдан ОС динамически из ephemeral)
192.168.1.42:54321

# Серверный сокет (где живёт программа)
203.0.113.10:443

# Пара = уникальное соединение
(192.168.1.42:54321) ↔ (203.0.113.10:443)

Каждое соединение — это уникальная четвёрка: IP1+порт1+IP2+порт2. Если ты одновременно открыл 5 вкладок одного и того же сайта, у тебя 5 разных клиентских портов, и сервер видит 5 разных соединений.

4. TCP — доставка с гарантией

В уроке 1 мы говорили: данные дробятся на пакеты. Но «дробятся» — это слишком просто. Кто гарантирует, что пакеты дойдут? В правильном порядке? Без потерь? Без дубликатов?

За это отвечает TCP (Transmission Control Protocol). Это «надёжная» доставка. TCP делает три ключевые вещи:

5. Three-way handshake

Прежде чем обмениваться данными, клиент и сервер выполняют 3-шаговое «рукопожатие». Запомни эти три шага — это любимый вопрос на собеседовании.

SYN = synchronize («синхронизировать»), ACK = acknowledge («подтверждаю»). Это специальные флаги в TCP-заголовке пакета.

Зачем такая сложность? Чтобы:

• Обе стороны точно знали, что другая жива и готова
• Согласовать «начальные номера» пакетов — для последующей проверки порядка
• Защититься от подделок (random sequence number мешает атакам)

Закрытие соединения тоже не «бац, и нет». Там 4 шага: FIN → ACK → FIN → ACK. Не нужно сейчас зубрить — главное помнить «открытие и закрытие — это процедуры, а не моментальные действия».

6. Состояния TCP-соединения

В любой момент времени соединение находится в одном из «состояний». Их можно увидеть командой ss -tan или старой netstat. Главные:

7. UDP — быстро и без гарантий

UDP (User Datagram Protocol) — противоположность TCP. Минимум формальностей:

• Никакого handshake — отправил и забыл
• Никаких подтверждений
• Никакого порядка
• Никаких retry
• Никакого контроля перегрузки

Звучит «плохо», но в нужных задачах — это огромный плюс. Какие задачи?

• DNS-запросы. Короткие, один пакет туда — один обратно. TCP здесь — overhead.
• VoIP, видеозвонки. Лучше потерять кадр и идти дальше, чем «застрять» в ожидании retry.
• Стриминг видео. То же.
• Игры. Состояние мира обновляется 60 раз в секунду — потерянный кадр заменится следующим.
• Метрики мониторинга. Если один datapoint потерялся — не страшно, следующий через секунду.
• QUIC и HTTP/3. Они работают поверх UDP, реализуя надёжность на более высоком уровне.

8. Сравнение — когда что использовать

Правило: если ты сомневаешься, какой использовать — выбирай TCP. UDP — только когда понимаешь, зачем тебе именно он.

9. Что с этим делает DevOps

10. Команды и упражнения

Что слушает на твоём хосте

# Linux — современный инструмент
ss -tlnp                       # TCP + LISTEN + numeric + processes
ss -ulnp                       # UDP + LISTEN + numeric + processes
ss -tan                        # все TCP-соединения и их состояния

# Старый netstat (всё ещё работает)
netstat -tlnp
netstat -tan | grep ESTABLISHED

# Узнать, какой процесс слушает порт 443
sudo lsof -i :443
sudo ss -tlnp 'sport = :443'

Проверить, открыт ли порт удалённо

# Самый быстрый способ — netcat
nc -zv example.com 443         # -z = только сканировать, -v = вербозно

# Через nmap (если установлен)
nmap -p 22,80,443 example.com

# Через curl — если HTTP-порт
curl -v telnet://example.com:22

Сделать запрос вручную (без браузера)

# Откроем TCP-соединение и пошлём HTTP «руками»
nc example.com 80
GET / HTTP/1.1
Host: example.com

# После двух Enter сервер ответит. Это и есть «голый» HTTP

Посмотреть трёхэтапное рукопожатие в живую

# tcpdump — слушает пакеты на сетевом интерфейсе
# Запускай в одной вкладке:
sudo tcpdump -i any -nn port 80 and host example.com

# Во второй вкладке — сделай запрос:
curl http://example.com

# Увидишь SYN, SYN-ACK, ACK — в реальности

11. Чек-лист «понимаю это»

12. Плейбук: «сервис не отвечает» — первый рабочий алгоритм

Это твой первый настоящий плейбук диагностики — алгоритм, который инженеры гоняют по десять раз на дню. Ситуация: приложение должно работать на сервере на порту 8080, но клиент говорит «не открывается». Действуй по шагам, не перескакивай:

13. Задачи — реши сам (ответы спрятаны)