Jak działa internet? Pakiety, adresy IP i DNS wyjaśnione

Miliardy ludzi używają internetu codziennie, jednak mechanika stojąca za prostym załadowaniem strony jest często niewidoczna. Zasadniczo internet to nie jedna sieć, ale siatka niezależnie posiadanych i obsługiwanych sieci, które zgadzają się wymieniać ruch przy użyciu wspólnych reguł technicznych, zgodnie z Mozilla Developer Network (MDN).

Od lokalnych kabli do sieci globalnej

Wewnątrz domu lub biura komputery łączą się przez kable fizyczne (Ethernet) lub sygnały bezprzewodowe (Wi-Fi) z urządzeniem zwanym przełącznikiem sieciowym, wyjaśnia MDN. Każde urządzenie ma unikalny identyfikator sprzętu znany jako adres MAC, przypisany przez producenta, a przełącznik używa tych adresów do przesyłania wiadomości na właściwą maszynę w tej lokalnej sieci.

Aby połączyć oddzielne sieci lokalne, zamiast przełączników używane są routery. Routery polegają na adresach IP — etykietach numerycznych napisanych jako cztery grupy liczb, takie jak 142.250.190.78 — a nie na adresach MAC. Zgodnie z MDN, adresy IP są zbudowane tak, że router może przesyłać ruch dla całego bloku adresów współdzielących ten sam prefiks, zamiast śledzić każde poszczególne urządzenie.

Modem łączy sieć lokalną z szerszą infrastrukturą telefoniczną lub kablową, a Dostawca Usług Internetowych (ISP) obsługuje routery, które łączą to połączenie z innymi sieciami ISP. MDN opisuje sam internet jako po prostu sumę wszystkich tych powiązanych sieci ISP na całym świecie.

Pakiety: dane podróżują w małych, niezależnych jednostkach

Zamiast wysyłać plik lub stronę internetową jako jeden ciągły strumień, urządzenie wysyłające dzieli ją na małe jednostki zwane pakietami. Każdy pakiet jest oznaczony źródłowym i docelowym adresem IP i może podróżować własną ścieżką przez sieć, a routery czytają adres docelowy każdego paketu i decydują o następnym przeskoku.

Takie podejście, znane jako komutacja pakietów, zostało teoretycznie opracowane przez Leonarda Kleinrocka z MIT w artykule z lipca 1961 roku, zgodnie z historią internetu Internet Society. W 1965 roku Lawrence G. Roberts zbudował wczesną sieć komputerową o dużym zasięgu łączącą komputery przez linię telefoniczną, pokazując, że komutacja pakietów przewyższyła tradycyjny model komutacji obwodów telefonicznych w przesyłaniu danych.

TCP/IP: wspólne reguły, które sieci zgadzają się przestrzegać

Aby pakiety z różnych, niezależnie projektowanych sieci mogły współdziałać, potrzebny był wspólny protokół. Robert Kahn, który dołączył do Agencji Projektów Badawczych Zaawansowanych Obrony USA (DARPA) w 1972 roku, sformułował zasady sieci otwartej architektury i pracował z Vintem Cerfem, wówczas na Uniwersytecie Stanforda, począwszy od wiosny 1973 roku, aby zaprojektować to, co stało się TCP/IP, stwierdza Internet Society. Ich projekt został rozpowszechniony jako dokument roboczy we wrześniu 1973 roku i opublikowany w ulepszonej formie w 1974 roku.

Podstawowe zasady Kahna, jak opisuje to Internet Society, były takie, że każda sieć mogła utrzymać swój własny wewnętrzny projekt, komunikacja odbywałaby się na podstawie najlepszych wysiłków bez gwarancji, łączące bramy pozostałyby proste, i żaden organ nie będzie sprawować globalnej kontroli operacyjnej. Taki zdecentralizowany projekt jest powodem, dla którego żadna firma czy rząd nie administruje internetem jako całością.

DNS: tłumaczenie nazw na adresy

Wpisanie nazwy domeny, takiej jak icann.org, do przeglądarki nie komunikuje się bezpośrednio z żadną maszyną — komputery potrzebują zamiast tego numerycznego adresu IP. System Nazw Domen (DNS) wykonuje to tłumaczenie i jest opisywany przez Korporację Internetu do Przydzielania Numerów i Nazw (ICANN) jako "książka adresowa Internetu".

ICANN, organizacja non-profit koordynująca globalny system nazw domen, wyjaśnia, że każde urządzenie połączone z internetem ma unikalny adres IP, a DNS pozwala ludziom używać czytelnych nazw domen zamiast zapamiętywania sekwencji liczb. Nazwa domeny składa się z dwóch lub więcej segmentów tekstowych oddzielonych kropkami i gdy przeglądarka szuka jednej, DNS zwraca pasujący adres IP, aby połączenie mogło się odbyć.

Jak dane fizycznie przechodzą między kontynentami

Po przeminięciu sieci lokalnych, ruch internetu na dużych odległościach między kontynentami w przeważającej większości przypadków przesyła się przez podmorskie kable światłowodowe, a nie satelity. Dostawca danych branżowych TeleGeography stwierdza, że kable podmorskie stanowią ponad 99% międzykontynentarnego ruchu danych.

TeleGeography zaznacza również zastrzeżenie godne dokładnego przypisania: ta szeroko powielana liczba wywodzi się z danych Federalnej Komisji Komunikacji USA (FCC) z 2013 roku pokazujących, że satelity stanowiły zaledwie 0,37% międzynarodowej pojemności USA w tamtym czasie, a FCC nie wymaga już od operatorów satelitów zgłaszania zaktualizowanych liczb obwodów. TeleGeography stwierdza, że ogólne twierdzenie o kablach podmorskich jest kierunkowo dokładne, ale obecnie nie można go zweryfikować za pomocą dokładnych, aktualnych danych globalnych.

Łącząc to wszystko razem

Gdy ktoś otworzy stronę internetową, urządzenie najpierw wysyła zapytanie do DNS, aby rozwiązać nazwę domeny witryny na adres IP. Urządzenie następnie wysyła pakiety adresowane na ten adres IP; routery wewnątrz sieci ISP przesyłają każdy pakiet, potencjalnie przez kable podmorskie, jeśli cel znajduje się na innym kontynencie, aż pakiety dotrą do serwera docelowego. Serwer wysyła odpowiedź z powrotem w postaci pakietów, które urządzenie oryginalne ponownie montuje w stronę, którą widzi użytkownik.