Как работи Интернет? Как работи той?

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 05:17

Как работи Интернет? Добър въпрос! Неговият растеж е експлозиран и сайтовете.com постоянно се представят по телевизията, радиото и списанията. Тъй като той се превърна в значителна част от нашия живот, е необходимо да го разберем добре, за да използваме този инструмент най-ефективно. Тази статия обяснява концепциите и видовете Интернет, неговата основна инфраструктура и технологиите, които го правят възможно.

Глобална мрежа

Интернет обикновено се дефинира по следния начин. Това е глобална мрежа от компютърни ресурси, свързани с високопроизводителни комуникационни линии и общо адресно пространство. Следователно всяко устройство, свързано с него, трябва да има уникален идентификатор. Как е подреден IP адресът на компютъра? IPv4 интернет адресите се записват във формата nnn.nnn.nnn.nnn, където nnn е число между 0 и 255. Съкращението IP означава протокол за работа в мрежа. Това е една от основните концепции на Интернет, но повече за това по-късно. Например един компютър имаидентификаторът е 1.2.3.4, а другият е 5.6.7.8.

Ако се свържете с интернет чрез интернет доставчик, на потребителя обикновено се присвоява временен IP адрес за продължителността на сесията за отдалечен достъп. Ако връзката се осъществява от локална мрежа (LAN), тогава компютърът може да има или постоянен идентификатор, или временен идентификатор, предоставен от DHCP (протокол за динамично конфигуриране на хост) сървър. Във всеки случай, ако компютърът е свързан към интернет, той има уникален IP адрес.

Програма за пинг

Ако използвате операционната система Microsoft Windows или един от разновидностите на Unix, има удобна програма, която ви позволява да проверите вашата интернет връзка. Нарича се пинг, вероятно след звука, издаван от старите подводни сонари. Ако използвате Windows, трябва да стартирате прозорец на командния ред. В случай на операционна система, която е разновидност на Unix, тогава трябва да отидете на командния ред. Ако въведете, например, ping www.yahoo.com, програмата ще изпрати ICMP (Internet Control Message Protocol) съобщение за ехо заявка до посочения компютър. Анкетираната машина ще отговори. Програмата за ping отчита времето, необходимо за връщане на отговор (ако го прави). Освен това, ако въведете име на домейн (например www.yahoo.com), помощната програма ще покаже IP адреса на компютъра.

Протоколни пакети

И така, компютърът е свързан към мрежата и има уникален адрес. За да стане ясно за "манекените" как работи Интернет, трябва да разберете как компютърът"разговаря" с други машини. Да предположим, че IP адресът на устройството на потребителя е 1.2.3.4 и той желае да изпрати съобщение "Здравей, компютър 5.6.7.8!" към машината с адрес 5.6.7.8. Очевидно съобщението трябва да се предава по всеки канал, свързващ компютъра на потребителя с интернет. Да кажем, че е изпратено съобщение по телефона. Необходимо е текстът да се преобразува в електронни сигнали, да се предаде и след това да се представи отново като текст. Как се постига това? Чрез използването на пакет 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-та основни комуникационни протокола, използвани в него. Йерархията на TCP/IP е както следва:

Приложен слой. Той използва протоколи, специфични за WWW, имейл, FTP и др.
Протоколен слой за управление на предаването. TCP насочва пакети към конкретни програми, използвайки номер на порт.
Слой на интернет протокола. IP насочва пакети към конкретен компютър, използвайки IP адрес.
Хардуерно ниво. Преобразува двоични данни в мрежови сигнали и обратно (например Ethernet мрежова карта, модем и др.).

Ако следвате пътя на "Здравей, компютър 5.6.7.8!" Ще се случи нещо подобно:

Обработката на съобщенията започва от протокола на горния слой и върви надолу.
Ако изпращаното съобщение е дълго, всяко ниво, през което топреминава, може да го разбие на по-малки части от данни. Това е така, защото информацията, изпратена през Интернет (и повечето компютърни мрежи) е на управляеми части, наречени пакети.
Пакетите се изпращат до транспортния слой за обработка. На всеки от тях е присвоен номер на порт. Много програми могат да използват пакета с протоколи TCP/IP и да изпращат съобщения. Трябва да знаете кой на целевия компютър трябва да получи съобщението, защото ще слуша на конкретен порт.
Освен това пакетите отиват на IP ниво. Тук всеки от тях получава адрес на местоназначение (5.6.7.8).
Сега, когато пакетите със съобщения имат номер на порт и IP адрес, те са готови за изпращане през Интернет. Хардуерното ниво се грижи пакетите, съдържащи текста на съобщението, да се преобразуват в електронни сигнали и да се предават по комуникационната линия.
В другия край доставчикът на интернет услуги има директна връзка с интернет. Рутерът проверява адреса на местоназначението на всеки пакет и определя къде да го изпрати. Често следващата спирка е друг рутер.
В крайна сметка пакетите достигат компютър 5.6.7.8. Тук тяхната обработка започва от протоколите на долния слой и върви нагоре.
Тъй като пакетите преминават по-високи нива на TCP/IP, те премахват всяка информация за маршрутизиране, добавена от изпращащия компютър (като IP адрес и номер на порт).
Когато съобщение достигне протокола на горния слой, пакетите се сглобяват отново в оригиналната си форма.

Домашен интернет

Така че всичко по-горе обяснява как пакетите се преместват от един компютър на друг през WAN. Но какво се случва между тях? Как наистина работи Интернет?

Помислете за физическа връзка през телефонната мрежа с доставчик на телекомуникационни услуги. Това изисква известно обяснение как работи един ISP. Доставчикът на услуги създава пул от модеми за своите клиенти. Обикновено е свързан към специален компютър, който контролира посоката на потока от данни от модема към интернет гръбнака или специален рутер. Тази настройка може да се нарече порт сървър, защото обработва достъпа до мрежата. Също така събира информация за времето на използване, както и количеството изпратени и получени данни.

След като пакетите преминат през телефонната мрежа и локалното оборудване на доставчика, те се изпращат към гръбнака на доставчика или част от неговата честотна лента, наета от него. Оттук данните обикновено преминават през няколко рутера и опорни мрежи, наети линии и т.н., докато намерят местоназначението си – компютър с адрес 5.6.7.8. Ето как работи домашният интернет. Но би било лошо, ако потребителят знае точния маршрут на своите пакети през глобалната мрежа? Възможно е.

Traceroute

Когато се свързвате с интернет от компютър с Microsoft Windows или вариация на Unix, друга удобна програма е полезна. Нарича се Traceroute и указва пътя, койтопакетите преминават, достигайки до определен IP адрес. Подобно на ping, той трябва да се стартира от командния ред. В Windows използвайте командата tracert www.yahoo.com, а в Unix – traceroute www.yahoo.com. Подобно на ping, помощната програма ви позволява да въвеждате IP адреси вместо имена на домейни. Traceroute ще разпечата списък с всички рутери, компютри и други интернет обекти, които пакетите трябва да преминат, за да достигнат до местоназначението си.

Инфраструктура

Как е технически подредена интернет гръбнакът? Състои се от много големи мрежи, свързани една с друга. 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 комуникират помежду си, за да обменят трафик. Всеки NSP изисква връзка с три мрежови точки за достъп (NAP). При тях пакетният трафик може да се движи от една опорна мрежа към друга. NSP също са свързани чрез градските маршрутни станции MAE. Последните изпълняват същата роля като NAP, но са частна собственост. Първоначално NAP са били използвани за свързване към глобалната мрежа. И MAE, и NAP се наричат точки за обмен на Интернет или IX. Мрежовите доставчици също продават честотна лента на малки мрежи като интернет доставчици.

Основната инфраструктура на самата NSP е сложна схема. Повечето доставчици на мрежи публикуват карти на мрежовата инфраструктура на своите уебсайтове, които могат лесно да бъдат намерени. Реалистично изобразете какИнтернет е настроен, би било почти невъзможно поради неговия размер, сложност и постоянно променяща се структура.

Йерархия на маршрутизиране

За да разберете как работи Интернет, трябва да разберете как пакетите намират правилния път през мрежата. Всеки компютър, свързан към мрежата, знае ли къде се намират други компютри? Или пакетите просто са "преведени" на всяка машина в Интернет? Отговорът и на двата въпроса е отрицателен. Никой не знае къде са другите компютри и пакетите не се изпращат до всички машини едновременно. Информацията, използвана за доставяне на данни до неговите дестинации, се съдържа в таблици, съхранявани на всеки рутер, свързан към мрежата - друга концепция за Интернет.

Рутерите са пакетни комутатори. Обикновено се свързват между мрежите, за да препращат пакети между тях. Всеки рутер знае за своите подмрежи и какви адреси използва. Устройството, като правило, не знае IP адресите на "горното" ниво. Големите NSP магистрали са свързани чрез NAP. Те обслужват няколко подмрежи, а тези обслужват още повече подмрежи. В долната част са локални мрежи със свързани компютри.

Когато пакетът пристигне в рутера, последният проверява IP адреса, поставен там от слоя на IP протокола на изходната машина. След това се проверява таблицата за маршрутизиране. Ако се намери мрежата, съдържаща IP адреса, пакетът се изпраща там. В противен случай той следва маршрута по подразбиране, обикновено до следващия рутер в мрежовата йерархия. С надеждата, че ще знае къде да изпрати пакета. Ако това не се случи, тогава данните ще се покачват, докато достигнат гръбнака на NSP. Рутерите нагоре по веригата съдържат най-големите таблици за маршрутизиране и това е мястото, където пакетът ще бъде изпратен до правилния гръбнак, където ще започне своето "надолу" пътуване.

Имена на домейни и разделителна способност на адреси

Но какво ще стане, ако не знаете IP адреса на компютъра, към който искате да се свържете? Ами ако имате нужда от достъп до уеб сървър, наречен www.anothercomputer.com? Как браузърът знае къде се намира този компютър? Отговорът на всички тези въпроси е DNS услуга за имена на домейни. Тази концепция за Интернет се отнася до разпределена база данни, която следи имената на компютри и съответните им IP адреси.

Много машини са свързани към DNS базата данни и софтуер, който ви позволява да получите достъп до нея. Тези машини са известни като DNS сървъри. Те не съдържат цялата база данни, а само част от нея. Ако DNS сървърът няма името на домейна, поискано от друг компютър, той го пренасочва към друг сървър.

Услугата за имена на домейни е структурирана като йерархия, подобна на тази на IP маршрутизирането. Компютърът, изискващ разделяне на имена, ще бъде пренасочен "нагоре" в йерархията, докато се намери DNS сървър, който може да разреши името на домейна в заявката.

Когато е конфигурирана интернет връзка (например през локална мрежа или чрез комутируема връзка в Windows), основният и един или повече вторични DNS сървъри обикновено се посочват по време на инсталацията. По този начин,всички приложения, които се нуждаят от разделяне на имена на домейни, ще могат да функционират нормално. Например, когато въведете име на домейн в браузър, последният се свързва с основния DNS сървър. След като получи IP адреса, приложението ще се свърже с целевия компютър и ще поиска желаната уеб страница.

Преглед на интернет протоколите

Както беше отбелязано по-рано в раздела за TCP/IP, има много протоколи, използвани в WAN. Те включват TCP, IP, маршрутизиране, контрол на достъпа до медиите, приложен слой и т. н. Следващите раздели описват някои от по-важните и често използвани протоколи. Това ще ви позволи да разберете по-добре как е организиран интернет и как работи. Протоколите се обсъждат в низходящ ред на тяхното ниво.

HTTP и World Wide Web

Една от най-използваните услуги в Интернет е World Wide Web (WWW). Протоколът на приложния слой, който позволява WAN, е Hypertext Transfer Protocol или HTTP. Не трябва да се бърка с HTML езика за маркиране на хипертекст, използван за писане на уеб страници. HTTP е протоколът, който браузърите и сървърите използват за комуникация помежду си. Това е протокол на приложния слой, тъй като се използва от някои програми за комуникация помежду си. В този случай това са браузъри и сървъри.

HTTP е протокол без връзка. Клиентите (браузърите) изпращат заявки до сървъри за уеб елементи като страници и изображения. След тяхното обслужване, връзкатасе изключва. За всяка заявка връзката трябва да се установи отново.

Повечето протоколи са ориентирани към връзката. Това означава, че компютрите, които комуникират помежду си, комуникират през 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 в уеб браузър:

Ако URL адресът съдържа име на домейн, браузърът първо се свързва със сървъра за имена на домейни и получава съответния IP адрес.
След това браузърът се свързва със сървъра и изпраща HTTP заявка за желаната страница.
Сървърът получава заявката и проверява правилната страница. Ако съществува, изпратете го. Ако сървърът не може да намери исканата страница, той изпраща съобщение за грешка HTTP 404. (404 означава Страницата не е намерена, както вероятно знае всеки, който е преглеждал уебсайтове).
Браузърът получава това, което е поискано и връзката е затворена.
След това браузърът анализира страницата и търси други елементи, необходими, за да я завърши. Обикновено това са изображения, аплети и т.н.
За всеки елемент браузърът прави допълнителни връзки и HTTP заявки към сървъра.
Когато всички изображения, аплети и т.н. завършат зареждането, страницата ще бъде напълно заредена в прозореца на браузъра.

Използване на Telnet клиента

Telnet е услуга за отдалечен терминал, използвана в Интернет. Използването му е намаляло, но е полезен инструмент за изследване на глобалната мрежа. В Windows програмата може да бъде намерена в системната директория. След като го стартирате, трябва да отворите менюто "Терминал" и да изберете Local Echo в прозореца с настройки. Това означава, че можете да видите вашата HTTP заявка, докато я въвеждате.

В менюто "Връзка" изберете елемента "Отдалечена система". След това въведете www.google.com за името на хоста и 80 за порта. По подразбиране уеб сървърът слуша този порт. След като щракнете върху Свързване, трябва да въведете GET/HTTP/1.0 и да натиснете Enter два пъти.

Това е проста HTTP заявка към уеб сървър за получаване на основната му страница. Потребителят трябва да го види и след това ще се появи диалогов прозорец, в който се посочва, че връзката е загубена. Ако искате да запазите извлечената страница, трябва да активирате регистрирането. След това можете да видите уеб страницата и HTML кода, който е бил използван за създаването й.

Повечето интернет протоколи, които определят как работи Интернет, са описани в документи, известни като Заявка за коментари или RFC. Те могат да бъдат намерени в интернет. Например, HTTP версия 1.0 е описана в RFC 1945.

Протоколи за приложение: SMTP и имейл

Друга широко използвана интернет услуга е имейл. Той използва протокол на приложния слой, наречен Simple Mail Transfer Protocol, или SMTP. Това също е текстов протокол, но за разлика от HTTP, SMTP е ориентиран към връзката. В допълнение, той също е по-сложен от HTTP. В SMTP има повече команди и аспекти, отколкото в

При отваряне на пощенския клиент за четенеимейл съобщенията обикновено вървят така:

Пощенският клиент (Lotus Notes, Microsoft Outlook и др.) отваря връзка към пощенския сървър по подразбиране, чийто IP адрес или име на домейн обикновено се конфигурират по време на инсталацията.
Пощенският сървър винаги изпраща първото съобщение, за да се идентифицира.
Клиентът изпраща SMTP HELO команда, на която получава отговор 250 OK.
В зависимост от това дали клиентът проверява или изпраща поща и т.н., съответните SMTP команди се изпращат до сървъра, така че той да може да отговори съответно.

Тази транзакция на заявка/отговор ще продължи, докато клиентът не изпрати команда QUIT. След това сървърът ще каже сбогом и връзката ще бъде затворена.

Протокол за управление на трансмисията

Под слоя на приложението в стека на протоколите е TCP слоят. Когато програмите отворят връзка с друг компютър, съобщенията, които изпращат, се предават нагоре по стека към TCP слоя. Последният е отговорен за маршрутизирането на приложните протоколи към съответния софтуер на целевия компютър. За това се използват номера на портове. Портовете могат да се разглеждат като отделни канали на всеки компютър. Например, докато четете имейл, можете да сърфирате в мрежата по едно и също време. Това е така, защото браузърът и пощенският клиент използват различни номера на портове. Когато един пакет пристигне в компютъра и си проправи път нагоре по стека от протоколи, TCP слоят определя коя програма получава пакета наномер на порта.

Номера на портове за някои от най-често използваните интернет услуги са изброени по-долу:

FTP – 20/21.
Telnet – 23.
SMTP – 25.
HTTP – 80.

Транспортен протокол

TCP работи така:

Когато TCP слоят получава данни от протокола на приложния слой, той ги разделя на управляеми „парчета“и след това добавя заглавка към всяка от тях с информация за номера на порта, до който трябва да бъдат изпратени данните.
Когато TCP слоят получи пакет от по-нисък IP слой, данните за заглавката се премахват от пакета. Ако е необходимо, те могат да бъдат възстановени. След това данните се изпращат до необходимото приложение въз основа на номера на порта.

Ето как съобщенията пътуват нагоре по протоколния стек до правилния адрес.

TCP не е текстов протокол. Това е ориентирана към връзката, надеждна услуга за прехвърляне на байтове. Ориентиран към връзката означава, че две приложения, използващи TCP, трябва да установят връзка, преди да обменят данни. Транспортният протокол е надежден, тъй като за всеки получен пакет се изпраща потвърждение до подателя за потвърждение на доставката. TCP заглавката включва също контролна сума за проверка за грешки в получените данни.

Няма място за IP адрес в заглавката на транспортния протокол. Това се дължи на факта, че неговата задача е да осигури надеждно получаване на данни от приложния слой. Задачата за прехвърляне на данни между компютри се изпълнява от IP.

Интернет протокол

BЗа разлика от TCP, IP е ненадежден протокол без връзка. IP не се интересува дали пакетът ще стигне до местоназначението си или не. IP също не знае за връзки и номера на портове. IP задачата е да изпраща данни към други компютри. Пакетите са независими единици и може да пристигнат извън ред или изобщо да не достигнат местоназначението си. Задачата на TCP е да се увери, че данните се получават и намират правилно. Единственото нещо, което IP има общо с TCP, е как получава данни и добавя своя собствена IP заглавна информация към TCP данните.

Данните от слоя на приложението се сегментират на слоя на транспортния протокол и се добавят с TCP заглавка. След това пакетът се формира на ниво IP, към него се добавя IP хедър и след това се предава по глобалната мрежа.

Как работи Интернет: книги

За начинаещи потребители има обширна литература по тази тема. Поредицата "За манекени" е популярен сред читателите. Как работи Интернет, можете да научите от книгите "Интернет" и "Потребителите и Интернет". Те ще ви помогнат бързо да изберете доставчик, да се свържете с мрежата, да ви научат как да използвате браузър и т.н. За начинаещи книгите ще бъдат полезни ръководства за глобалната мрежа.

Заключение

Сега трябва да е ясно как работи Интернет. Но колко дълго ще остане така? Използваната по-рано версия 4 на IP, която позволява само 2³² адреса, е заменена от IPv6 с 2^{128 адреса, теоретично възможни. Интернет измина дълъг път от създаването си като изследователски проект на Министерството на отбраната на САЩ. Никой не знае какъв ще стане. Едно е сигурно: Интернет свързва света като никой друг механизъм. Информационната ера е в разгара си и е голямо удоволствие да я наблюдаваме.}