كيف يعمل الإنترنت؟ شرح الحزم وعناوين IP ونظام DNS

يستخدم مليارات الأشخاص الإنترنت يومياً، لكن الآليات التي تقف خلف تحميل صفحة بسيطة غالباً ما تكون غير مرئية. في جوهره، الإنترنت ليس شبكة واحدة بل شبكة من الشبكات المملوكة والمشغلة بشكل مستقل التي توافق على تبادل حركة المرور باستخدام قواعد تقنية مشتركة، وفقاً لشبكة Mozilla للمطورين (MDN).

من الكبلات المحلية إلى شبكة عالمية

داخل المنزل أو المكتب، تتصل أجهزة الكمبيوتر عبر كبلات فعلية (إيثرنت) أو إشارات لاسلكية (Wi-Fi) بجهاز يسمى محول الشبكة، وفقاً لـ MDN. لكل جهاز معرّف أجهزة فريد يُعرف باسم عنوان MAC، يتم تعيينه من قبل الشركة المصنعة، ويستخدم المحول هذه العناوين لإعادة توجيه الرسائل إلى الجهاز الصحيح على تلك الشبكة المحلية.

لربط الشبكات المحلية المنفصلة معاً، يتم استخدام أجهزة التوجيه بدلاً من المحولات. تعتمد أجهزة التوجيه على عناوين IP - التسميات الرقمية المكتوبة كمجموعات من أربعة أرقام، مثل 142.250.190.78 - بدلاً من عناوين MAC. وفقاً لـ MDN، يتم هيكلة عناوين IP بحيث يمكن لجهاز التوجيه إعادة توجيه حركة المرور لكتلة كاملة من العناوين التي تشترك في نفس البادئة، بدلاً من تتبع كل جهاز فردي.

يربط المودم الشبكة المحلية بالبنية التحتية الأوسع للهاتف أو الكابل، وتشغل شركة خدمة الإنترنت (ISP) أجهزة التوجيه التي تربط هذا الاتصال بشبكات ISP أخرى. يصف MDN الإنترنت نفسه ببساطة كمجموع كل هذه شبكات ISP المترابطة في جميع أنحاء العالم.

الحزم: تنتقل البيانات في قطع صغيرة ومستقلة

بدلاً من إرسال ملف أو صفحة ويب كتيار مستمر واحد، يقسم الجهاز المرسل إلى وحدات صغيرة تسمى الحزم. يتم تصنيف كل حزمة بعناوين IP للمصدر والوجهة، ويمكن لكل حزمة أن تسلك مسارها الخاص عبر الشبكة، حيث يقرأ أجهزة التوجيه وجهة كل حزمة ويقررون الخطوة التالية في الطريق.

تُعرف هذه الطريقة باسم تبديل الحزم، وقد تم تنظيرها بواسطة Leonard Kleinrock في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في ورقة عام يوليو 1961، وفقاً لتاريخ الإنترنت من قبل Internet Society. في عام 1965، بنى Lawrence G. Roberts شبكة حاسوب واسعة النطاق مبكرة تربط الحواسيب عبر خط هاتفي، مما أثبت أن تبديل الحزم فاق أداء نموذج الهاتف المحول الدائري التقليدي لنقل البيانات.

TCP/IP: القواعد المشتركة التي توافق عليها الشبكات

لكي تعمل الحزم من شبكات مختلفة ومصممة بشكل مستقل معاً، كان هناك حاجة إلى بروتوكول مشترك. وضع Robert Kahn، الذي انضم إلى وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة للدفاع (DARPA) عام 1972، مبادئ الشبكات ذات البنية المفتوحة والعمل مع Vint Cerf، الذي كان في جامعة ستانفورد، بدءاً من ربيع 1973 لتصميم ما أصبح TCP/IP، كما تشير Internet Society. تم توزيع تصميمهم كورقة عمل في سبتمبر 1973 وتم نشره بشكل محسن في عام 1974.

قوانين Kahn الأساسية، كما وصفتها Internet Society، كانت أن كل شبكة يمكنها أن تحتفظ بتصميمها الداخلي الخاص بها، والاتصال سيحدث على أساس الجهد الأفضل بدون ضمانات، وستبقى البوابات المتصلة بسيطة، ولن تمارس أي سلطة واحدة سيطرة تشغيلية عالمية. هذا التصميم اللامركزي هو السبب في أن أي شركة واحدة أو حكومة لا تدير الإنترنت ككل.

DNS: ترجمة الأسماء إلى عناوين

إدخال اسم نطاق مثل icann.org في المتصفح لا يتواصل مباشرة مع أي جهاز - تحتاج أجهزة الكمبيوتر إلى عنوان IP الرقمي بدلاً من ذلك. يقوم نظام اسم النطاق (DNS) بهذه الترجمة وتصفه مؤسسة الإنترنت لأسماء الأرقام المخصصة (ICANN) بأنه 'دليل عنوان الإنترنت'.

توضح ICANN، المنظمة غير الربحية التي تنسق نظام اسم النطاق العالمي، أن كل جهاز متصل بالإنترنت له عنوان IP فريد، و DNS يسمح للأشخاص باستخدام أسماء نطاقات قابلة للقراءة بدلاً من حفظ سلاسل الأرقام. يتكون اسم النطاق من جزأين أو أكثر من قطع النص مفصولة بنقاط، وعندما يبحث المتصفح عن واحد، يعيد DNS عنوان IP المطابق بحيث يمكن للاتصال أن يمضي قدماً.

كيف تعبر البيانات القارات فعلياً

بمجرد تجاوز الشبكات المحلية، تنتقل حركة إنترنت المسافات الطويلة بين القارات في الغالب عبر كبلات الألياف البصرية تحت البحر بدلاً من الأقمار الصناعية. تشير بيانات مزود الصناعة TeleGeography إلى أن الكبلات تحت البحر تمثل أكثر من 99٪ من حركة البيانات بين القارات.

تلاحظ TeleGeography أيضاً حذراً يستحق الإسناد بدقة: يعود هذا الرقم المتكرر على نطاق واسع إلى بيانات لجنة الاتصالات الفيدرالية الأمريكية (FCC) من عام 2013 التي تظهر أن الأقمار الصناعية شكلت 0.37٪ فقط من السعة الدولية الأمريكية في ذلك الوقت، ولا تطلب لجنة الاتصالات الفيدرالية بعد الآن من مشغلي الأقمار الصناعية أن يبلغوا عن أرقام الدوائر المحدثة. تقول TeleGeography أن الادعاء العام حول الكبلات تحت البحر يتجه في الاتجاه الصحيح ولكن لا يمكن التحقق منه حالياً بأرقام عالمية دقيقة وحديثة.

جمع كل ذلك معاً

عندما يفتح شخص ما صفحة ويب، يستعلم جهاز أولاً DNS لحل اسم نطاق الموقع إلى عنوان IP. ثم يرسل الجهاز حزماً موجهة إلى عنوان IP هذا؛ أجهزة التوجيه داخل شبكات ISP توجه كل حزمة، ربما عبر الكبلات تحت البحر إذا كانت الوجهة على قارة أخرى، حتى تصل الحزم إلى خادم الوجهة. يرسل الخادم رده مرة أخرى كحزم، والتي يعيد الجهاز الأصلي تجميعها في الصفحة التي يراها المستخدم.