מיליארדים של אנשים משתמשים באינטרנט יומיום, אך המכניקה שמאחורי טעינת דף פשוט לעתים קרובות אינה נראית. בהיבטו הבסיסי, האינטרנט אינו רשת אחת אלא רשת של רשתות בבעלות עצמאית ובניהול עצמאי המסכימות להחליף תנועת תעבורה באמצעות כללים טכניים משותפים, על פי רשת Mozilla Developer Network (MDN).
מכבלים מקומיים לרשת עולמית
בתוך בית או משרד, מחשבים מתחברים דרך כבלים פיזיים (Ethernet) או אותות אלחוטיים (Wi-Fi) להתקן הנקרא מתג רשת, על פי MDN. לכל התקן יש מזהה חומרה ייחודי הידוע ככתובת MAC, המוקצה על ידי היצרן, והמתג משתמש בכתובות אלה לשליחת הודעות למכונה הנכונה באותה רשת מקומית.
כדי לקשר רשתות מקומיות נפרדות יחד, משתמשים בנתבים במקום בהחלפות. נתבים מסתמכים על כתובות IP - תוויות מספריות הכתובות כארבע קבוצות מספרים, כגון 142.250.190.78 - ולא כתובות MAC. על פי MDN, כתובות IP מובנות כך שנתב יכול להעביר תנועת תעבורה עבור בלוק שלם של כתובות החולקות את אותו קידומת, במקום לעקוב אחר כל התקן בודד.
מודם מחבר רשת מקומית לתשתית הרחבה יותר של טלפון או כבל, וספק שירות אינטרנט (ISP) מפעיל את הנתבים המחברים את הקשר הזה לרשתות ISP אחרות. MDN מתאר את האינטרנט עצמו כסך הכל של כל רשתות ISP המחוברות הללו בעולם.
חבילות: נתונים נוסעים בחתיכות קטנות ועצמאיות
במקום לשלוח קובץ או דף אינטרנט כזרם רציף אחד, ההתקן השולח פורץ אותו ליחידות קטנות הנקראות חבילות. כל חבילה נתוניית עם כתובות IP למקור ויעד יכולה לעבור את הנתיב שלה על פני הרשת, כשנתבים קוראים את היעד של כל חבילה וקובעים את הקפיצה הבאה בדרך.
גישה זו, הידועה כהחלפת חבילות, הייתה מתוגברת על ידי Leonard Kleinrock ב-MIT בעיתון יולי 1961, על פי ההיסטוריה של האינטרנט של האגודה האינטרנטית. בשנת 1965, Lawrence G. Roberts בנה רשת מחשבים רחבה מוקדמת המחברת מחשבים דרך קו טלפוני, והדגימה כי החלפת חבילות עלתה על הביצועים של מודל הטלפון המעובד המסורתי להעברת נתונים.
TCP/IP: הכללים המשותפים שרשתות מסכימות לעקוב
כדי שחבילות מרשתות שונות ותכוננו בעצמאות יוכלו לעבוד זו עם זו, נחוצה הייתה פרוטוקול משותפת. Robert Kahn, שהצטרף לסוכנות הפרויקטים המחקר המתקדם הגנה (DARPA) בשנת 1972, קבע עקרונות של רשתות בעיצוב פתוח ועבד עם Vint Cerf, שהיה באוניברסיטת Stanford, החל מאביב 1973 כדי לעצב מה שהפך TCP/IP, על פי האגודה האינטרנטית. התכנון שלהם הופץ כעיתון עבודה בספטמבר 1973 ופורסם בצורה משופרת בשנת 1974.
הכללים היסודיים של Kahn, כפי שתוארו על ידי האגודה האינטרנטית, היו שכל רשת יכולה להחזיק בעיצוב הפנימי שלה, התקשורת תתרחש על בסיס מאמץ טוב ללא ערבויות, הערים המחברות יישארו פשוטות, ואף רשות אחת לא תמומש שליטה תפעולית עולמית. עיצוב מבוזר זה הוא הסיבה לכך שאף חברה או ממשלה אחת לא מנהלת את האינטרנט כמו שלם.
DNS: תרגום שמות לכתובות
הקלדת שם דומיין כגון icann.org לדפדפן לא מתקשרת ישירות עם כל התקן - מחשבים זקוקים לכתובת IP מספרית במקום. מערכת שמות התחום (DNS) מבצעת תרגום זה והיא מתוארת על ידי תאגיד האינטרנט לשמות ומספרים מוקצים (ICANN) כ"ספר הכתובות של האינטרנט".
ICANN, הארגון ללא כוונת רווח המתאם את מערכת שמות התחום הגלובאלית, מסביר כי לכל התקן המחובר לאינטרנט יש כתובת IP ייחודית, ו-DNS מאפשר לאנשים להשתמש בשמות דומיין הניתנים לקריאה במקום לשנן רצפי מספרים. שם דומיין מורכב משני קטעים או יותר של טקסט המופרדים בנקודות, וכאשר דפדפן מחפש אחד, DNS מחזיר את כתובת ה-IP התואמת כך שהחיבור יכול להמשיך.
כיצד הנתונים חוצים יבשות פיזית
לאחר שעברה רשתות מקומיות, תעבורת אינטרנט למרחקים ארוכים בין יבשות נוסעת בעיקר דרך כבלי סיבים אופטיים תת-ימיים ולא לוויינים. TeleGeography, ספק נתוני תעשייה, קובע כי כבלים תת-ימיים מהווים יותר מ-99% מתעבורת הנתונים בין יבשות.
TeleGeography מציינת גם הערה ראויה ליחוס מדויק: אחוז חוזר זה חוזר לנתוני הנציבות לתקשורת הפדרלית של ארה"ב (FCC) משנת 2013 המראים כי לוויינים היווה רק 0.37% מהיכולת הבינלאומית של ארה"ב באותה תקופה, ו- FCC כבר לא דורש מאופרטורי לוויינים להדווח על נתונים עדכניים של מעגלים. TeleGeography אומרת שהטענה הכללית על כבלים תת-ימיים נמצאת בכיוון נכון אך לא ניתן לאמת כרגע עם נתונים גלובליים דקיקים ומעודכנים.
הרכבה את הכל ביחד
כאשר מישהו פותח דף אינטרנט, התקן קודם כל שואל DNS כדי לפתור את שם התחום של האתר לכתובת IP. ההתקן לאחר מכן שולח חבילות המובלות לכתובת IP זו; נתבים בתוך רשתות ISP משדרים כל חבילה, אולי דרך כבלים תת-ימיים אם היעד נמצא ביבשת אחרת, עד שהחבילות מגיעות לשרת היעד. השרת שולח את תגובתו חזרה כחבילות, אשר ההתקן המקורי מרכיב מחדש לדף שהמשתמש רואה.
