Как работает интернет? Пакеты, IP-адреса и DNS объяснены

Миллиарды людей используют интернет ежедневно, однако механика за простой загрузкой страницы часто остается невидимой. По своей сути, интернет — это не одна сеть, а сетка независимо принадлежащих и управляемых сетей, которые согласны обмениваться трафиком, используя общие технические правила, согласно Mozilla Developer Network (MDN).

От локальных кабелей к глобальной сети

Внутри дома или офиса компьютеры подключаются через физические кабели (Ethernet) или беспроводные сигналы (Wi-Fi) к устройству, называемому сетевым коммутатором, объясняет MDN. Каждое устройство имеет уникальный аппаратный идентификатор, известный как MAC-адрес, назначенный его производителем, и коммутатор использует эти адреса для отправки сообщений нужному компьютеру в этой локальной сети.

Для соединения отдельных локальных сетей вместо коммутаторов используются маршрутизаторы. Маршрутизаторы полагаются на IP-адреса — численные метки, написанные как четыре группы цифр, такие как 142.250.190.78 — а не на MAC-адреса. Согласно MDN, IP-адреса структурированы так, что маршрутизатор может пересылать трафик для целого блока адресов, совместно использующих один префикс, вместо отслеживания каждого отдельного устройства.

Модем подключает локальную сеть к более широкой телефонной или кабельной инфраструктуре, а интернет-провайдер (ISP) управляет маршрутизаторами, которые связывают это соединение с другими сетями ISP. MDN описывает интернет как просто сумму всех этих взаимосвязанных сетей ISP во всем мире.

Пакеты: данные путешествуют небольшими независимыми единицами

Вместо того чтобы отправлять файл или веб-страницу как один непрерывный поток, отправляющее устройство разбивает ее на небольшие единицы, называемые пакетами. Каждый пакет помечен исходным и целевым IP-адресами и может проходить свой путь через сеть, при этом маршрутизаторы читают пункт назначения каждого пакета и определяют следующий переход на этом пути.

Этот подход, известный как коммутация пакетов, был теоретически обоснован Леонардом Кляйнроком в Массачусетском технологическом институте (MIT) в июльском документе 1961 года, согласно истории интернета Общества интернета. В 1965 году Лоуренс Дж. Робертс создал раннюю территориально распределенную компьютерную сеть, соединяющую компьютеры через телефонную линию, продемонстрировав, что коммутация пакетов превосходит традиционную модель коммутации каналов телефонной сети для передачи данных.

TCP/IP: общие правила, которыми согласны следовать сети

Для того чтобы пакеты из разных, независимо разработанных сетей могли взаимодействовать, был необходим общий протокол. Роберт Кан, присоединившийся к Агентству передовых исследовательских проектов министерства обороны США (DARPA) в 1972 году, сформулировал принципы открытой архитектуры сетей и работал с Винтом Серфом, тогда находившимся в Стэнфордском университете, начиная с весны 1973 года, чтобы спроектировать то, что стало TCP/IP, согласно Обществу интернета. Их проект был распространен как рабочий документ в сентябре 1973 года и опубликован в уточненной форме в 1974 году.

Основные принципы Кана, как описано Обществом интернета, заключались в том, что каждая сеть может сохранить свою собственную внутреннюю конструкцию, связь будет происходить на основе лучших усилий без гарантий, соединяющие шлюзы будут оставаться простыми, и ни один орган не будет осуществлять глобальный операционный контроль. Эта децентрализованная архитектура является причиной того, что ни одна компания и ни одно государство не администрируют интернет в целом.

DNS: перевод названий в адреса

Ввод названия домена, такого как icann.org, в браузер не устанавливает прямое соединение с какой-либо машиной — компьютерам вместо этого нужен численный IP-адрес. Система доменных имен (DNS) выполняет этот перевод и описывается Корпорацией интернета по присвоению номеров и имен (ICANN) как "адресная книга интернета".

ICANN, некоммерческая организация, координирующая глобальную систему доменных имен, объясняет, что каждое устройство, подключенное к интернету, имеет уникальный IP-адрес, и DNS позволяет людям использовать понятные названия доменов вместо запоминания последовательностей чисел. Названия доменов состоят из двух или более текстовых сегментов, разделенных точками, и когда браузер ищет один, DNS возвращает соответствующий IP-адрес, чтобы соединение могло продолжиться.

Как данные физически переходят через континенты

После локальных сетей дальний интернет-трафик между континентами в подавляющем большинстве случаев проходит через подводные оптоволоконные кабели, а не спутники. Поставщик данных отрасли TeleGeography указывает, что подводные кабели несут более 99% межконтинентального трафика данных.

TeleGeography также отмечает важную оговорку: это часто повторяемая цифра происходит из данных Федеральной комиссии по коммуникациям США (FCC) 2013 года, показывающей, что спутники составляли всего 0,37% международной емкости США в то время, и FCC больше не требует от операторов спутников сообщать обновленные цифры каналов. TeleGeography говорит, что общее утверждение о подводных кабелях директивно точно, но в настоящее время не может быть проверено точными, актуальными глобальными цифрами.

Собирая все вместе

Когда кто-то открывает веб-страницу, устройство сначала отправляет запрос к DNS, чтобы преобразовать название домена сайта в IP-адрес. Затем устройство отправляет пакеты, адресованные этому IP-адресу; маршрутизаторы внутри сетей ISP пересылают каждый пакет, потенциально через подводные кабели, если пункт назначения находится на другом континенте, пока пакеты не достигнут целевого сервера. Сервер отправляет ответ обратно пакетами, которые исходное устройство переводит в страницу, видимую пользователю.