Как функционира интернет? Как действа?

Как работи и работи интернет? Добър въпрос! Растежът му е подобен на експлозия, а .com-сайтовете се споменават постоянно по телевизията, радиото и в списанията. Тъй като тя се е превърнала в значителна част от нашия живот, е необходимо да го разберем добре, за да използваме най-ефективно този инструмент. Тази статия обяснява концепциите и типовете интернет, нейната основна инфраструктура и технологии, които осигуряват нейното функциониране.

Глобална мрежа

Определението за Интернет обикновено дава следното. Това е глобална мрежа от компютърни ресурси, свързани чрез високопроизводителни комуникационни линии и общо адресно пространство. Следователно всяко свързано с него устройство трябва да има уникален идентификатор. Какъв е IP адресът на компютъра? IPv4 интернет адресите са написани във формата nnn.nnn.nnn.nnn, където nnn е число от 0 до 255. IP съкращението означава протокол за взаимодействие. Това е една от основните понятия на интернет, но повече за това по-късно. Например, един компютър има идентификатор 1.2.3.4, а другият има 5.6.7.8.

Ако връзката към Интернет е чрез доставчик, временният IP адрес обикновено се присвоява на потребителя за времетраенето на сесията за отдалечен достъп. Ако връзката се осъществява от локална мрежа (LAN), компютърът може да има постоянен идентификатор и временен идентификатор, предоставен от DHCP сървъра (Dynamic Host Configuration Protocol). Във всеки случай, ако компютърът е свързан към интернет, той има уникален IP адрес.

Ping програма

Ако използвате операционната система Microsoft Windows или един от вариантите на Unix, има удобна програма, която ви позволява да тествате връзката с интернет. Това се нарича пинг, може би, от звука, който старите сонари са построили на подводниците. Ако използвате Windows, трябва да изпълните командния ред. В случай на операционната система, която е един вид Unix, трябва да отидете на командния ред. Ако въведете например ping yahoo.com, програмата ще изпрати съобщение за искане на Internet Control Message Protocol (ICMP) на посочения компютър. Респондентът ще отговори. Програмата ping изчислява времето за реакция (ако това се случи). Освен това, ако въведете име на домейн (например yahoo.com), помощната програма показва IP адреса на компютъра.

Протоколни пакети

Така че компютърът е свързан към мрежата и има уникален адрес. За да бъде ясно и за "чайките", как работи интернет, е необходимо да разберете как компютърът "разговаря" с други машини. Да предположим, че IP адресът на потребителя е 1.2.3.4 и иска да изпрати съобщение "Здравей, компютър 5.6.7.8!" На машината с адрес 5.6.7.8. Очевидно е, че съобщението трябва да се предава чрез всеки канал, свързващ компютъра на потребителя с интернет. Да приемем, че е изпратено съобщение по телефона. Необходимо е текстът да се превърне в електронни сигнали, да се предават и отново да се представят като текст. Как се постига това? Благодарение на използването на пакета от протоколи. Необходимо е всеки компютър да комуникира в глобалната мрежа и обикновено е вграден в операционната система. Пакетът се нарича TCP / IP поради 2 основни комуникационни протоколи. Йерархията на TCP / IP е, както следва:

• Слой на приложение. Тук се използват протоколи, специфични за WWW, електронна поща, FTP и др.
• Нивото на протокола за комуникационен контрол. TCP маршрути пакети към специфични програми, използващи номера на порта.
• Нивото на интернет протокола. IP маршрутизира пакети към конкретен компютър, използващ IP адрес.
• Нивото на хардуера. Преобразува бинарни данни в мрежови сигнали и обратно (например Ethernet мрежова карта, модем и т.н.).

Ако следвате пътя на съобщението "Здравей, компютър 5.6.7.8!", Изпратено от компютъра на потребителя до машината с IP адрес 5.6.7.8, тогава можете да разберете как е подреден интернет. Ще има нещо като:

1. Обработката на съобщението започва с протокола от най-високо ниво и се премества надолу.
2. Ако изпращащото съобщение е дълго, всяко ниво, през което преминава, може да го раздели на по-малки данни. Това се дължи на факта, че информацията, изпратена чрез интернет (и повечето компютърни мрежи), се представя под формата на управлявани части, наречени пакети.
3. Пакетите се изпращат за обработка до транспортното ниво. На всеки от тях се назначава номер на порт. Използвайте пакет от протоколи TCP / IP и изпратете съобщения са в състояние на много програми. Трябва да знаете кой от целевите компютри трябва да получи съобщението, защото ще чуе конкретен порт.
4. Тогава пакетите отиват към IP слоя. Тук всеки от тях получава адреса на местоназначението (5.6.7.8).
5. Сега, когато пакетите съобщения имат номер на порт и IP адрес, те са готови за изпращане по Интернет. Хардуерният слой се грижи пакетите, съдържащи текста на съобщението, да се преобразуват в електронни сигнали и да се предават по комуникационната линия.
6. В другия край доставчикът има пряка връзка с интернет. Рутерът проверява целевия адрес на всеки пакет и определя къде да го изпрати. Често следващата спирка е друг маршрутизатор.
7. Накрая пакетите достигат до компютъра 5.6.7.8. Тук обработката им започва с протоколите на долното ниво и напредва нагоре.
8. Тъй като пакетите преминават по-високи нива на TCP / IP, те премахват цялата информация за маршрута, добавена от изпращащия компютър (например IP адрес и номер на порт) от тях.
9. Когато съобщението стигне до протокола от най-високо ниво, пакетите се събират в оригиналната им форма.
   

Интернет вкъщи

Така че всичко това обяснява как се преместват пакетите от един компютър на друг чрез глобална мрежа. Но какво става в пропастта? Как наистина Интернет работи и работи?

Да разгледаме физическата връзка чрез телефонна мрежа с доставчика на комуникационни услуги. Това изисква известно обяснение за начина, по който е подреден ISP. Доставчикът на услуги инсталира модем за клиенти. Обикновено той е свързан със специален компютър, който контролира посоката на потока от данни от модема към интернет гръбнака или специализирания маршрутизатор. Тази конфигурация може да се нарече порт сървър, тъй като служи за достъп до мрежата. Също така събира информация за времето на използване, както и за количеството изпратени и получени данни.

След като пакетите минават през телефонната мрежа и местното оборудване на доставчика, те се изпращат до гръбнака на доставчика или частта от неговата честотна лента, която той наема. Следователно данните обикновено преминават през няколко маршрутизатори и гръбначни мрежи, специални линии и т.н., докато не намерят крайната си цел - компютър с адрес 5.6.7.8. По този начин се урежда домашен интернет. Но би било лошо, ако потребителят знае точния маршрут на пакетите си в глобалната мрежа? Възможно е.

Traceroute програма

Когато се свързвате с интернет от компютър на платформа на Microsoft Windows или Unix версия, друга полезна програма е полезна. Тя се нарича Traceroute и определя пътя, който предава пакетите, достигайки конкретен IP адрес. Подобно на пинг, той трябва да се изпълнява от командния ред. В Windows трябва да използвате команда за проследяване yahoo.com, и в Unix - traceroute yahoo.com. Подобно на пинг, помощната програма ви позволява да въведете IP адреси вместо имена на домейни. Traceroute ще отпечата списък с всички рутери, компютри и други интернет обекти, които трябва да предадат пакетите, за да стигнат до местоназначението си.

инфраструктура

Как е технически подреденият интернет гръбнак? Състои се от много големи мрежи, свързани помежду си. Тези големи мрежи са известни като доставчици на мрежови услуги или NSP. Примери са UUNet, IBM, CerfNet, BBN Planet, PSINet, SprintNet и др. Тези мрежи взаимодействат помежду си за обмен на трафик. Всеки доставчик на НПУ трябва да се свърже с три точки за достъп до мрежата (НПД). В тях трафикът на пакети може да премине от една гръбнака към друга. NSPs също са свързани чрез градските MAE маршрутни станции. Последните изпълняват същата роля като НПД, но са частна собственост. NAP се използва за първоначално свързване с глобалната мрежа. Както MAE, така и NAP се наричат ​​интернет обменни точки или IX. Доставчиците на мрежи също продават трафик на малки мрежи, като доставчици на интернет доставчици.

Основната инфраструктура на NSP е сложна схема. Повечето мрежови доставчици публикуват на своите уебсайтове карти на мрежовата инфраструктура, които лесно могат да бъдат намерени. Да представляваме наистина начина на подреждане на интернет ще бъде почти невъзможно поради неговия размер, сложност и постоянно променяща се структура.

Йерархия на маршрутизация

За да разберете как работи интернет, е необходимо да разберете въпроса как пакетите намерят правилния път през мрежата. Дали всеки компютър, свързан към мрежата, знае къде се намират други компютри? Или пакетите просто се "излъчват" на всяка машина в Интернет? Отговорът на двата въпроса е отрицателен. Никой не знае къде се намират други компютри и пакетите не се изпращат на всички машини едновременно. Информацията, използвана за предаване на данни до техните дестинации, се съдържа в таблици, съхранявани на всеки маршрутизатор, свързан към мрежата - друга интернет концепция.

Маршрутизаторите са пакетни комутатори. Те обикновено са свързани между мрежите, за да пренасочат пакети между тях. Всеки рутер знае за своите подмрежи и какви адреси използват. Устройството като правило не знае IP адресите на "горното" ниво. Големи NSP-backbones са свързани чрез NAP. Те обслужват няколко подмрежи, а тези - дори повече подмрежи. В долната част има локални мрежи с свързани компютри.

Когато пакетът пристигне в маршрутизатора, последният проверява IP адреса, поставен там от слоя IP протокол на изходната машина. След това се проверява маршрутна таблица. Ако се намери мрежата, съдържаща IP адреса, тогава пакетът се изпраща там. В противен случай следва маршрутът по подразбиране, обикновено следващият рутер в йерархията на мрежата. С надеждата, че той ще знае къде да изпрати пакета. Ако това не се случи, данните ще се увеличат до достигане на багажника на NSP. Върховите маршрутизатори съдържат най-големите таблици за маршрутизиране и тук пакетът ще бъде изпратен до правилния багажник, където ще започне пътуването си надолу.

Име на домейн и определение на адреса

Ами ако не знаете IP адреса на компютъра, с който искате да се свържете? Какво ще стане, ако имам нужда от достъп до уеб сървър, наречен anothercomputer.com? Как браузърът знае къде се намира този компютър? Отговорът на всички тези въпроси е DNS Domain Name Service. Тази интернет концепция означава разпределена база данни, която проследява имената на компютрите и техните съответни IP адреси.

Много машини са свързани към DNS база данни и софтуер, който позволява достъп до нея. Тези машини са известни като DNS сървъри. Те не съдържат цялата база данни, а само нейната подмножество. Ако DNS сървърът няма име на домейн, поискано от друг компютър, то го пренасочва към друг сървър.

Услугата за име на домейни е структурирана като йерархия, подобна на йерархията на маршрутизиране на IP адреси. Компютърът, който изисква разрешение на име, ще бъде пренасочен към йерархията, докато не бъде открит DNS сървър, който може да разреши името на домейна в заявката.

Когато е конфигурирана интернет връзка (например чрез локална мрежа или чрез телефонна връзка в Windows), основният и един или повече вторични DNS сървъри обикновено се задават по време на инсталирането. По този начин всички приложения, които трябва да разрешат имената на домейни, ще могат да функционират нормално. Например, когато въведете име на домейн в браузър, последният се свързва с основния DNS сървър. След получаване на IP адреса приложението ще се свърже с целевия компютър и ще поиска необходимата уеб страница.

Преглед на интернет протоколите

Както беше отбелязано по-рано в раздела за TCP / IP, много протоколи се използват в глобалната мрежа. Те включват TCP, IP, маршрутизация, контрол на достъпа, слой на приложение и т.н. Следващите раздели описват някои от най-важните и често използвани. Това ще ви позволи да разберете по-добре как работи интернет и как работи. Протоколите се обсъждат в низходящ ред на тяхното ниво.

HTTP и World Wide Web

Един от най-често използваните услуги в Интернет е World Wide Web (WWW). Протоколът на слоя за приложение, който осигурява работата в глобалната мрежа, е протоколът за прехвърляне на хипертекст или HTTP. Не бива да се бърка с HTML езика, използван за писане на уеб страници. HTTP е протокол, който браузърите и сървърите използват, за да комуникират помежду си. Това е протокол на ниво приложение, защото се използва от някои програми за комуникация помежду си. В този случай това са браузъри и сървъри.

HTTP е протокол, който не изисква предварително инсталиране на връзка. Клиентите (браузъри) изпращат заявки до сървъри за уеб елементи, като например страници и изображения. След техническото обслужване връзката е прекъсната. За всяко искане отново трябва да установите връзка.

Повечето протоколи са ориентирани към връзката. Това означава, че компютрите, взаимодействащи помежду си, комуникират чрез интернет. HTTP обаче не е така. Преди клиентът да може да направи HTTP заявка, сървърът трябва да установи нова връзка.

За да разберете как работи интернет, трябва да знаете какво се случва, когато въведете URL адрес в уеб браузър:

1. Ако URL адресът съдържа име на домейн, браузърът първо се свързва със сървъра за имена на домейни и получава съответния IP адрес.
2. След това браузърът се свързва със сървъра и изпраща заявка за HTTP за желаната страница.
3. Сървърът получава заявка и проверява страницата. Ако съществува, тя го изпраща. Ако сървърът не може да намери заявената страница, той изпраща съобщение за грешка HTTP 404. (404 означава "Страницата не е намерена", понеже всеки, който търси уеб сайтове, вероятно знае).
4. Браузърът получава исканата и връзката е затворена.
5. След това браузърът анализира страницата и търси други елементи, необходими за нейното завършване. Обикновено това са изображения, аплети и т.н.
6. За всеки елемент браузърът прави допълнителни връзки и HTTP заявки към сървъра.
7. Когато се изтеглят всички изображения, аплети и т.н., страницата ще бъде напълно заредена в прозореца на браузъра.
   

Използване на Telnet клиента

Telnet е отдалечена терминална услуга, използвана в Интернет. Неговото приложение е намалено, но е полезно средство за изучаване на глобалната мрежа. В Windows програмата може да бъде намерена в системната директория. След стартирането, трябва да отворите менюто "Terminal" и да изберете Local Echo в прозореца за настройки. Това означава, че можете да видите заявката си за HTTP, когато я въведете.

В менюто "Връзка" изберете "Отдалечена система". След това въведете google.com за името на хоста и 80 за пристанището. По подразбиране уеб сървърът слуша този конкретен порт. Като кликнете върху "Свързване", трябва да въведете GET / HTTP / 1.0 и да щракнете двукратно върху "Enter".

Това е проста HTTP заявка към уеб сървъра, за да получи основната му страница. Потребителят трябва да го види накратко, след което ще се появи диалогов прозорец със съобщение за загубата на връзката. Ако искате да запазите извлечената страница, трябва да активирате регистрацията. След това можете да прегледате уеб страницата и HTML кода, който сте използвали, за да я създадете.

Повечето интернет протоколи, които определят начина на подреждане на интернет, са описани в документи, известни като Request for Comments или RFC. Те могат да бъдат намерени в интернет. Например HTTP версия 1.0 е описана в RFC 1945.

Протоколи за приложения: SMTP и електронна поща

Друга широко използвана интернет услуга е електронна поща. Той използва протокол на слой приложение, наречен Simple Mail Transfer Protocol или SMTP. Това е и текстов протокол, но за разлика от HTTP, SMTP е свързан с връзка. Освен това е по-сложно от HTTP. В SMTP команди и аспекти повече, отколкото в HTTP.

Когато отворите e-mail клиент за четене на имейл съобщение, обикновено се случва следното:

1. Пощенският клиент (Lotus Notes, Microsoft Outlook и т.н.) отваря връзка към пощенския сървър по подразбиране, чийто IP адрес или домейн обикновено се конфигурират по време на инсталирането.
2. Пощенският сървър винаги предава първото съобщение, за да се идентифицира.
3. Клиентът изпраща командата HELO SMTP, на която е получен отговор от 250 ОК.
4. В зависимост от това дали клиентът проверява или изпраща пощата и т.н., съответните SMTP команди се изпращат на сървъра, за да може той да реагира по подходящ начин.

Тази транзакция на заявката / отговора ще продължи, докато клиентът не изпрати командата QUIT. След това сървърът ще се сбогува и връзката ще бъде затворена.

Протокол за контрол на преноса

Под нивото на приложението в пакета от протоколи е TCP слоят. Когато програмите отворят връзка с друг компютър, изпратените от тях съобщения се изпращат през стека до TCP ниво. Последният е отговорен за маршрутизиране на протоколите за приложения към съответния софтуер на целевия компютър. За тази цел се използват номерата на портове. Портите могат да се разглеждат като отделни канали на всеки компютър. Например, когато четете електронна поща по едно и също време, можете да сърфирате в интернет. Това се дължи на факта, че браузърът и пощенският клиент използват различни номера на портове. Когато пакетът пристигне на компютъра и прокара пътя към стека на протокола, TCP слоят определя коя програма получава пакета въз основа на номера на порта.

По-долу са номерата на порта за някои от най-често използваните интернет услуги:

• FTP - 20/21.
• Telnet - 23.
• SMTP - 25.
• HTTP - 80.

Протокол за транспорта

TCP работи както следва:

• Когато TCP слоят получи данните от протокола на ниво приложение, той ги разделя на управляеми "парчета" и след това добавя към всяка от тях заглавка с информация за номера на порта, към който трябва да бъдат изпратени данните.
• Когато TCP слоят получи пакет от по-ниско ниво на IP, заглавните данни от пакета се изтриват. Ако е необходимо, те могат да бъдат възстановени. След това данните се изпращат към желаното приложение въз основа на номера на порта.

Така че съобщенията, които се движат по протокола, се изпращат на правилния адрес.

TCP не е текстов протокол. Това е услуга за трансфер, ориентирана към връзка, надеждна байт. Ориентацията на връзката означава, че две приложения, използващи TCP, трябва да установят връзка преди обмен на данни. Транспортният протокол е надежден, защото за всеки приет пакет за потвърждаване на доставката изпращачът получава потвърждение. TCP заглавието също така включва контролна сума, за да провери за грешки в получените данни.

Заглавката на транспортния протокол не осигурява място за IP адреса. Това се дължи на факта, че задачата му е да осигури надеждно събиране на данни на ниво заявление. Задачата за прехвърляне на данни между компютри се осъществява чрез IP.

Интернет протокол

За разлика от TCP, IP е ненадежден протокол без връзка. IP не се интересува дали пакетът стига до местоназначението или не. IP също не знае за връзките и номерата на портовете. Заданието за IP изпраща данни на други компютри. Пакетите са независими обекти и може да не пристигат в ред или изобщо да постигнат целта. Задачата на TCP е да се уверите, че данните пристигат и се намират правилно. Единственото нещо, което IP има общо с TCP, е как той получава данните и добавя собствена IP заглавна информация към TCP данните.

Данните на ниво приложение се сегментират на ниво транспортно протокол и към него се добавя TCP заглавка. След това пакетът се формира на ниво IP, към него се добавя IP-заглавка и след това се предава през широкообхватната мрежа.

Как функционира интернет: книгите

За начинаещи е налице обширна литература по този въпрос. Популярен сред читателите е поредицата "За манекени". Тъй като интернет е уреден, е възможно да се научат от книгите "Интернет" и "Потребители и Интернет". Те ще ви помогнат бързо да изберете доставчик, да се свържете с мрежата, да научите как да използвате браузъра и т.н. За начинаещи книгите ще станат полезни диригенти в глобалната мрежа.

заключение

Сега трябва да е ясно как е подреден интернет. Но колко дълго ще остане така? Предварително използваната версия 4 на IP, позволяваща само 2³² адресите бяха заменени с IPv6 с 2¹²⁸ теоретично възможни адреси. Интернет измина дълъг път от създаването си като изследователски проект на Министерството на отбраната на САЩ. Никой не знае какво ще стане. Едно нещо е сигурно: Интернет обединява света като никой друг механизъм. Информационната епоха е в разгара си и да бъдете свидетел на това е голямо удоволствие.