Как пакеты находят дорогу

Каждый маршрутизатор уменьшает TTL пакета на единицу. Когда он доходит до 0, пакет выбрасывают, поэтому пакет, попавший в петлю, не может кружить вечно.

Попробуй симулятор, прежде чем читать дальше. Поставь TTL 2 и нажми «Отправить», потом поставь 64 и отправь снова. Следи, где пакеты остановятся в первый раз.

Что ты только что увидел: обратный отсчёт в каждом пакете

При TTL 2 каждый пакет погиб на втором встреченном маршрутизаторе, и обратно пришло красное сообщение. При 64 пакеты дошли до сервера с остатком 60 после четырёх маршрутизаторов. В заголовке IPv4 есть 8-битное поле Time to Live (TTL, «время жизни»), поэтому его наибольшее значение 255. RFC 791 требует, чтобы каждый маршрутизатор уменьшал его хотя бы на единицу, а многие компьютеры начинают с 64. Когда значение доходит до 0, маршрутизатор отбрасывает пакет и отправляет отправителю сообщение ICMP «Time Exceeded» (RFC 792). Это и было красное сообщение.

Зачем вообще обратный отсчёт? Ошибка в таблицах маршрутизации может пустить пакет по кругу, и без ограничения он занимал бы связи вечно. В названии есть слово «время», и на бумаге RFC 791 измеряет его в секундах. Но каждый маршрутизатор отнимает хотя бы единицу, так что на деле это счётчик переходов. В IPv6 у того же поля название проще: Hop Limit, предел переходов.

Кнопка traceroute по этому правилу рисует карту. Она отправляет пробу с TTL 1: первый маршрутизатор отбрасывает её и отвечает, и так становится известен его адрес. TTL 2 открывает второй маршрутизатор, и так далее, пока не ответит получатель. Нажми её и прочитай список, который она строит. Потом разорви R1 и R3 и отправь снова, чтобы увидеть, как пакеты идут другим путём.

Каждый маршрутизатор ищет одну строку в таблице

Ни один маршрутизатор не знает всего пути от твоего ноутбука до сервера на другом континенте. Каждый принимает одно решение: какому соседу отдать пакет с этим адресом получателя? Пакет проходит один переход, и следующий маршрутизатор решает снова. Маршрут складывается из цепочки таких местных решений.

Решение берётся из таблицы пересылки, списка префиксов, у каждого из которых указан сосед. Маршрутизатор выбирает запись, совпадающую с адресом получателя по самому длинному префиксу, потому что более длинный префикс означает более точное совпадение. Допустим, таблица отправляет 203.0.0.0/16 соседу B, а 203.0.113.0/24 соседу A. Пакет для 203.0.113.9 совпадает с обеими записями, побеждает /24, и он уходит к A. Пакет для 203.0.7.1 совпадает только с /16, поэтому уходит к B. В большинстве таблиц есть ещё запись по умолчанию для всего остального; в домашнем роутере она указывает на провайдера.

Кто заполняет таблицы

Внутри одной компании маршрутизаторы сообщают друг другу, что им доступно, с помощью протоколов маршрутизации и находят новые пути, когда связь обрывается. Между десятками тысяч отдельных сетей, из которых состоит интернет, протокол пограничного шлюза (BGP, RFC 4271) разносит объявления вроде «я могу доставить в 198.51.100.0/24». Когда кабель перерезан, маршруты через него отзываются, и трафик переходит на оставшийся путь. В симуляторе именно это произошло, когда ты разорвал R1 и R3.

Большинство пакетов теряется из переполненной очереди

Маршрутизаторы ещё и заставляют пакеты ждать. В час пик пакеты приходят быстрее, чем исходящая связь успевает их передать, поэтому каждый маршрутизатор держит в памяти очередь. Когда очередь заполнена, следующий пришедший пакет просто отбрасывается. Никому об этом не сообщают; отправитель может догадаться только позже. Так пакеты пропадают в интернете чаще всего, чаще, чем из-за перерезанного кабеля. Слабый сигнал Wi-Fi тоже может испортить кадр, и его придётся выбросить. Сам IP ничего не обещает. RFC 791 говорит, что он не обеспечивает надёжной связи: нет ни подтверждений, ни повторной передачи. Возвращать потерянные данные приходится компьютерам на двух концах, и об этом следующий урок.

Фото в 3 000 000 байт занимает 2055 пакетов

Связи ограничивают размер одного пакета. В Ethernet один кадр несёт не больше 1500 байт полезных данных (RFC 894). Вычти 20 байт заголовка IPv4 и 20 байт заголовка TCP, и в каждый пакет поместится около 1460 байт твоих данных. Поэтому фото в 3 000 000 байт требует 3 000 000 ÷ 1460 ≈ 2054.8, с округлением вверх 2055 пакетов, и каждый маршрутизируется сам по себе.