L3 IP-адрес на пальцах

Это самый первый кирпич. Пока не поймёшь, что такое IP-адрес, маска и шлюз — VRF, BGP и услуги оператора будут звучать как заклинания. Поэтому здесь — предельно медленно, с нуля, с картинками и с задачами, которые ты решишь сам. Не спеши: этот урок — фундамент всего пути.

1. Зачем тебе это: первая заявка на работе

Начнём не с теории, а с реальности. Твой первый день инженером СПД. Прилетает заявка:

Что здесь вообще написано? Что такое /30? Почему «шлюз клиента у нас»? Что проверять? К концу урока ты прочитаешь эту заявку так же легко, как SMS. А пока запомни главную мысль:

2. Что такое IP-адрес и зачем он нужен

Представь огромный город из миллиардов компьютеров. Чтобы один компьютер отправил данные другому, ему нужно знать куда их отправлять. Значит, у каждого участника должен быть адрес. Вот этот адрес в мире сетей и называется IP-адрес (IP = Internet Protocol, «протокол Интернета»).

IP-адрес — это уникальный номер устройства в сети. Пример: 192.168.1.10. Когда твой ноутбук хочет открыть сайт, он режет данные на кусочки — пакеты — и на каждый «клеит конверт» (заголовок), где написано:

Дальше пакет путешествует по сети, и каждый маршрутизатор по дороге читает адрес получателя и решает, куда передать пакет дальше — как сортировочный центр почты. Ответ сайта едет обратно точно так же, только адреса меняются местами.

3. Из чего состоит IP-адрес

Возьмём классический IPv4-адрес 192.168.1.10. Разложим по полочкам:

• Адрес состоит из 4 чисел, разделённых точками. Каждое число называют октет (потому что внутри это 8 бит — «окта» = восемь).
• Каждое число может быть от 0 до 255. Почему именно 255? Потому что 8 бит (восемь нулей-единиц) кодируют ровно 256 значений: от 0 до 255. Больше в один октет не влезает.
• Итого весь адрес — это 4 × 8 = 32 бита. Поэтому IPv4-адресов всего около 4,3 млрд — и их, кстати, уже не хватает (об этом ниже, в теме приватных адресов).

Проверь себя на автоматизм: адрес 192.168.1.300 — может существовать? Нет: 300 > 255, в один октет не влезает. Если видишь такой «адрес» в заявке — это опечатка.

4. Маска — «где улица, а где номер квартиры»

Вот здесь новички спотыкаются чаще всего. Держись, объясняю совсем на пальцах — и с примерами, которые ты пересчитаешь сам.

IP-адрес логически делится на две части:

А маска — это то, что говорит: «вот до сюда адрес — это улица (сеть), а дальше — квартиры (хосты)». Маску пишут двумя способами, и это одно и то же:

Запомни простое правило: чем больше число после слэша — тем меньше сеть. /24 — большая сеть (254 хоста), /30 — крошечная (2 хоста). Кажется нелогичным, но так и есть: число после слэша — это сколько бит «съедено» под улицу, и чем больше бит на улицу, тем меньше остаётся на квартиры.

Разбор руками: сеть 192.168.1.10/24

Один раз посчитаем полностью — по шагам, чтобы стало «своим»:

Два «съеденных» адреса в каждой сети

В любой обычной сети два адреса всегда заняты служебными ролями — назначать их устройствам нельзя:

Поэтому в /24 адресов 256, а раздать можно 254. И поэтому же в таблице выше у /30 из 4 адресов рабочих только 2. Формула на всю жизнь: хостов = 2^{(32 − маска)} − 2.

5. Главный алгоритм: «сосед или чужой?»

Теперь — самое важное место урока. Когда компьютер хочет отправить пакет, он всегда сначала отвечает себе на один вопрос: «получатель в моей сети или в чужой?» От ответа зависит всё дальнейшее:

А как компьютер понимает, своя сеть или чужая? Сравнивает «улицы»: накладывает свою маску на свой адрес и на адрес получателя и смотрит, совпала ли сетевая часть.

Разбор на примере. Мой адрес 192.168.1.10/24:

6. Шлюз (gateway) — выход из своего района

Устройства из одной сети (одной «улицы») говорят друг с другом напрямую. Но что, если нужно достучаться до устройства на другой улице (в другой сети или в Интернете)? Сам ты туда дорогу не знаешь. Тебе нужен шлюз — устройство (обычно роутер), которое знает, как выйти наружу и куда передать пакет дальше.

На каждом устройстве прописан «шлюз по умолчанию» (default gateway). Обрати внимание на два неочевидных, но железных правила:

• Шлюз обязан быть в твоей же сети. Ты должен уметь дотянуться до него напрямую. Шлюз 10.0.0.1 при твоём адресе 192.168.1.10/24 — ошибка конфигурации: до него самого не добраться.
• Шлюз — это чья-то нога в твоей сети. У роутера много портов, и в каждой подключённой сети у него свой адрес. 192.168.1.1 — не «весь роутер», а его порт, смотрящий на твою улицу.

7. Публичные и приватные адреса

Адресов IPv4 всего ~4,3 млрд, а устройств в мире — десятки миллиардов. Не хватает. Поэтому адреса поделили на два лагеря:

Как приватный адрес выходит в интернет? Через NAT (Network Address Translation): роутер на границе подменяет твой серый адрес на свой белый. Для сайта твой запрос выглядит как запрос от белого адреса роутера. Дома это делает твой Wi-Fi-роутер; у оператора — граничное оборудование, и там это называется CGNAT (Carrier-Grade NAT — «операторский NAT», один белый адрес делят десятки абонентов; для него зарезервирован специальный диапазон 100.64.0.0/10 — встретишь его в выдаче адресов оператора).

Почему это важно инженеру СПД? Потому что в услугах оператора адреса — это отдельная история: в IP access клиенту часто дают публичные адреса, во внутренней сети и в IPVPN гуляют приватные, а в EPL адресов оператора вообще нет (это чистый L2 — увидишь в уроке 6). Так что «какой адрес и откуда» — постоянный рабочий вопрос.

8. Откуда у устройства берётся адрес: DHCP и статика

Адрес появляется на устройстве одним из двух способов:

Запомни рабочее правило: всё, к чему подключаются другие, сидит на статике (роутеры, шлюзы, серверы, стыки PE–CE). Всё, что само подключается, — на DHCP (ноутбуки, телефоны). На стыках оператора, с которыми ты будешь работать, DHCP не бывает — только руки и документация.

9. Почему на стыках оператора живут /30 и /31

Внутри сети оператора роутеры соединяются друг с другом «точка-точка»: один линк — ровно два устройства на концах. Сколько IP-адресов нужно такому линку? Ровно два — по одному на каждый конец. Тратить на это целую сеть /24 (256 адресов) — расточительство. Поэтому берут самую маленькую подходящую сеть.

Раньше везде использовали /30 (потому что /31 когда-то не поддерживался). Сейчас на стыках всё чаще /31 — экономит адреса вдвое. Когда увидишь на порту роутера маску /30 или /31 — знай: это линк между двумя железками, а не пользовательская сеть.

Разбор руками: заявка из начала урока

Вернёмся к заявке: «адрес стыка 85.142.30.1/30». Теперь ты можешь посчитать всё сам:

Loopback /32 — «паспорт роутера»

Ещё один житель операторской сети — loopback-интерфейс с маской /32 (ровно один адрес). Это виртуальный порт внутри роутера: у него нет кабеля, он не может «упасть» из-за выдернутого провода. Поэтому loopback используют как постоянное «имя» роутера: по нему устройство мониторят, на него поднимают служебные сессии (BGP — увидишь в уроке 4). Физический порт может умереть, а роутер останется доступен через другой путь — по loopback.

10. Как посмотреть IP на железе

Три системы, с которыми ты будешь сталкиваться каждый день. Сначала Windows (свой ноутбук):

На Linux-хосте (серверы, да и половина сетевых железок внутри — Linux):

На маршрутизаторе Cisco:

Обрати внимание на последние две колонки Cisco: Status — жив ли порт физически (кабель, сигнал), Protocol — жив ли логически. Рабочий порт — это up/up. down/down — нет линка (кабель?), administratively down — порт выключен командой (кто-то дал shutdown).

11. Мини-лаба: исследуй свою домашнюю сеть

10 минут практики прямо сейчас закрепят урок лучше, чем три перечитывания. Открой командную строку (Windows: Win+R → cmd; в macOS/Linux — терминал):

12. Частые ошибки новичков — запомни заранее

13. Словарик урока (термины, как их говорят на работе)

14. Задачи — реши сам (ответы спрятаны)