Современный мир тяжело представить себе без Интернета. С его помощью можно выполнять разные действия: отдыхать, играть в онлайн-игры, смотреть разные фильмы и видео, заказывать товары и услуги, получать консультации, учиться, узнавать новости и даже работать. Интернетом пользуется почти каждый обладатель телефона, планшета или компьютера. Только мало кто думает над тем, как он работает.

Сегодня предстоит познакомиться с Интернетом поближе. Предстоит выяснить, что это вообще такое, каково его устройство и ключевые особенности. Также нужно разобраться с тем, что происходит, когда человек выходит в сеть. Дополнительно будет представлена информация о передаче информации/файлов по сети. Речь идет о протоколе TCP/IP. Он сейчас является наиболее распространенным.

Определение

Интернет – это глобальная сеть. Она объединяет между собой миллионы устройств по всему миру. Представляет собой международную систему компьютерных сетей, построенную на базе IP и маршрутизации IP-пакетов.

Простыми словами, Интернет – это собранные в единую сеть при помощи удаленного соединения компьютеры, смартфоны и другие устройства с возможностью передачи информации от одной машины к другой.

Интернет состоит из:

1. Локальных LAN-сетей. Они соединяют близко расположенные друг к другу устройства. Обеспечивают совместный доступ к приложениям и документам. Чаще всего такой тип сети используется в офисах и небольших компаниях.
2. Глобальных сетей WAN. Они соединяют устройства на большом расстоянии друг от друга.
3. Беспроводных сетей. Функционируют такие сети без использования физического кабеля.

Все перечисленные сети связаны оптоволоконными кабелями, радиоволнами и спутниковыми каналами. Они переплетены между собой. В конечном итоге пользователи получают общую Всемирную «паутину» – Интернет.

История создания

Развитие Интернета началось в 1960-х годах. Тогда Леонард Клейнрок (ученый-информатик) издал книгу под названием «Коммуникационные сети». В ней объяснялось разделение данных на небольшие пакеты и их отправка по компьютерным сетям. Это привело к появлению математической теории коммутации пакетов.

Через 9 лет соответствующая технология послужила основой сети ARPANET. Она была создана агентством передовых исследовательских проектов – ARPA по приказу Минобороны США. Разработка стала первым прототипом современного Интернета. С помощью него исследовательские центры и университеты получили возможность дистанционного обмена данными. На протяжении длительного времени сеть была закрытой. Ее открыли только к 1973 году. Именно тогда к прототипу Интернета начали активно подключаться другие страны.

Со временем количество подключенных пользователей значительно увеличилось. Это привело к тому, что технологии, используемые ранее, устарели. Они не справлялись с нагрузкой и требовали улучшения.

В 1983 году американские учены Винтон Серф и Роберт Кан создали протоколы TCP и IP. Первый отвечал за доставку данных до получателя в полном объеме. Второй использовался для формирования точного адреса устройства в сети. Эти разработки стали основой современного Интернета.

В 1989 году впервые зашла речь о создании глобальной сетевой паутины. Тим Бернерс Ли и Роберт Кайо предположили, что однажды появится сеть, которая объединит всех людей на планете. А еще – позволит быстро обмениваться информацией, независимо от местоположения.

Так и получилось. Сегодня в Интернете «работают» около 5,3 миллиардов пользователей. Это около 66 % всего населения мира.

Устройство Интернета

Для обеспечения доступа в глобальную сеть необходимо воспользоваться несколькими элементами. А именно:

1. Кабели. Они используются для передачи информации по проводам через оптические сигналы. Кабели покрывают всю поверхность нашей планеты. Исключение – Антарктида. Кабели есть даже под водой. Это позволяет данным переходить между континентами.
2. Маршрутизаторы. Такие устройства нужны для непосредственной пересылки данных. Они выполняют роль своеобразных «навигаторов», которые выбирают оптимальные пути передачи данных. Делается это еще и так, чтобы информация из пункта А дошла до пункта Б без затруднений, «пробок» и быстрее всего.
3. Браузеры. Это специальное программное обеспечение, используемое для работы с глобальной сетью. С такими приложениями обычно знаком даже новый пользователь ПК. Браузеры получают сигналы в виде зашифрованных кодов, переводят их в понятные клиентам языки и загружают веб-страницы.
4. Интернет-провайдеры. Они обеспечивают непосредственный доступ в телекоммуникационную сеть Интернет.

Без всего этого рассматриваемая паутина просто не будет функционировать. Интернет-провайдеры делятся на несколько уровней. Каждый из них подразумевает определенные особенности:

1. 1 уровень. Такие провайдеры владеют межконтинентальными кабелями. Они являются наиболее «привилегированными» и дорогими.
2. 2 уровень. Обладают собственным оборудованием и кабелями. Обеспечивают доступ к «паутине» напрямую. Иногда «докупают транзит» у провайдеров первого уровня.
3. 3 уровень. Занимаются продажей подключения к «паутине». Собственного оборудования для «проведения Интернета» у них нет. Обычно оно закупается у более крупных провайдеров.

Если пользователь решит посетить «путину» через домашний Wi-Fi, сначала происходит подключение к локальной сети. Далее – к глобальному Интернету, после чего запрос уходит на сервер, где расположен тот или иной сайт. За счет присваивания компьютеру уникального IP-адреса информация с серверной части доходит в полном объеме до получателя. Она нигде не потеряется. Узнать свой IP можно через специальные сторонние сайты.

Для подключения к «паутине» могут использоваться беспроводные мобильные сети. Они объединяют гаджет с провайдером, а после все происходит точно так же, как и при обычном подключении к Интернету.

Кому принадлежит

Internet является уникальной технологией – она работает без центрального управления. Сегодня нет одной компании или человека, который был бы в «паутине» главным. Вместо этого есть организации, контролирующие работу сетей:

1. IAB – группа технических советников. Они следят за корректным функционированием Internet. Сюда можно отнести написание протоколов и технической документации, организацию долгосрочных исследований.
2. ICANN – некоммерческая организация. Занимается присвоением имен и номеров в Internet.
3. Международный союз электросвязи – специализированное учреждение ООН. Занимается координированием глобальных сетей и услуг электросвязи по всему миру. Также занимается спутниками, мобильной связь, теле- и радиовещанием.
4. ISOC – международная профессиональная компания. Занимается развитием и популяризацией Internet. Проводит разнообразные исследования, формирует отчеты и пишет рекомендации по дальнейшему улучшению технологий.

Теперь, когда понятно, что собой представляет Всемирная паутина, можно более подробно рассмотреть непосредственную передачу данных в ней. Особое внимание будет уделено TCP/IP.

TCP/IP и информационный обмен

TCP/IP – стек протоколов, задающих правила передачи данных по сети. В честь них и названа модель. В ней:

1. TCP или Transmission Control Protocol отвечает непосредственно за обмен данными. Он управляет их отправкой, следит за тем, чтобы информация дошла до получателя в целости и сохранности. TCP предусматривает гарантии того, что все пройдет успешно.
2. IP или Internet Protocol. Отвечает за переадресацию. Его задачей является связь устройств друг с другом. А еще – разделение данных на пакеты. Это необходимо для их успешной и удобной отправки. Чтобы протокол мог быстро отыскать путь от одного компьютера к другому, были придуманы IP-адреса. Они представляют собой уникальные идентификаторы, которые есть у каждого устройства в Internet. 

Представленные протоколы функционируют совместно. IP строит маршрут, а TCP служит в качестве контролера успешной передачи данных.

Кроме TCP/IP есть другие модели передачи информации: HTTP, FTP, UDP и другие. Все они предназначаются под те или иные задачи. HTTP дает возможность браузеру формировать запросы к серверу, а FTP – скачивать документы и файлы. UDP открывает перспективы быстрой передачи музыки, видео, игр и другого контента, но с возможными потерями по пути. В отличие от TCP/IP у UDP нет гарантий полноценной доставки информации до получателя.

Принцип работы модели

TCP/IP работает по определенному принципу. Как только пользователь кликает по ссылке, браузер отправляет запрос на сервер. На последнем хранится необходимая страница. Для передачи запроса формируется HTTP-команда, в которой описывается все, что сервер должен передать в качестве ответа. Серверная часть клиент-серверной модели получает запрос, обрабатывает его и выдает результат. Им служит ответ на команду в HTTP-формате. В нем хранятся нужные пользователю сведения. Подобным принципом браузер и сервер «общаются» до тех пор, пока человек не закроет браузер.

Сами по себе HTTP-запросы представляют собой простые текстовые сообщения. Они не знают, как и где искать сервер с необходимой информацией. И способы получения данных – тоже. Для выполнения представленных задач как раз и нужны протоколы TCP/IP.

Изначально IP определяет расположение сервера (IP-адрес). Для этого используется DNS-система. Она представляет собой глобальную информационную базу, в которой имена сайтов находятся напротив их IP-адресов.

После того как IP найдет сервер и получит от него страницу, он начнет делить данные на небольшие части – пакеты. Каждый пакет – элемент файла с размером от 1 до 64 Кб. Внутри размещаются не только данные, но и служебная информация:

• номер пакета;
• адрес отправителя;
• адрес получателя;
• иные полезные сведения.

Чтобы пакеты в полном объеме были доставлены от сервера к человеку, осуществляется подключение протокола TCP. У него предусматривается механизм подтверждения: при направлении пакета сервером TCP спрашивает у устройства пользователя, нормально ли дошли данные или нет. В случае положительного ответа направляется следующий пакет, иначе – предпринимается повторная попытка передачи.

Как только все пакеты будут получены, браузер соберет из них полноценную страницу и выведет ее на дисплей устройства.

Данный принцип актуален для статичных файлов – таких, которые загружаются всего один раз и используются в дальнейшем. Если нужно посмотреть видео, придется пользоваться другим протоколом – UDP. Он не гарантирует целостности данных и может в процессе информационного обмена потерять пакеты, но все это компенсируется скоростью передачи. Именно поэтому пользователь может при плохом подключении к Internet вместо качественной «картинки» лицезреть пиксели.

Уровни TCP/IP

Модель TCP/IP предусматривает несколько уровней. Глобально она подразделяется на:

1. Канальный уровень. Отвечает за непосредственное взаимодействие по сетевому оборудованию. К нему можно отнести Ethernet-кабели или Wi-Fi.
2. Межсетевой уровень. Используется в качестве «помощника» при общении отдельных сетей друг с другом.
3. Транспортный уровень. Отвечает за информационный обмен между оборудованием. Здесь могут использоваться не только протоколы TCP/IP, но и другие.
4. Прикладной уровень. Помогает программному обеспечению общаться друг с другом. Для реализации поставленной задачи используются интерфейсы или API.

Каждый уровень предусматривает свои собственные протоколы обеспечения надежности передачи информации.

Канальный уровень

Как устроена модель TCP/IP, ясно. Теперь каждый ее «слой» нужно рассмотреть более подробно. Первым является канальный. Он нужен для установки физического соединения между техникой в локальной сети. Делается это при помощи радиоволн или проводов/кабелей.

В качестве примеров протоколов такого типа можно привести Ethernet, Bluetooth и Wi-Fi. Он работает так, что информация делится на фреймы (небольшие части) и передается между гаджетами. Каждый фрейм включает в себя служебные данные и часть передаваемых сведений.

Чтобы понять, куда направлять фреймы, используются MAC-адреса. Они представляют собой уникальные физические адреса устройств. По ним протоколы канального уровня смогут определить отправителей и получателей в Интернете.

Также канальный уровень проверяет факт того, что данные передаются без ошибок. Для этого используются разные средства проверки. Если появляется ошибка, фрейм отправляется устройством обратно. Позже он передается снова. Если все прошло успешно, фрейм передается на следующий уровень.

Межсетевой уровень

Используется для построения оптимального маршрута следования информации между устройствами. Соответствующая операция называется маршрутизацией.

IP-протокол выясняет местоположение устройств по их IP-адресам, а потом строит до них наиболее короткие пути. Имеющаяся информация делится им на пакеты.

Для определения положения получателя и оптимального пути до него IP обращается к DNS – он знает IP-адреса всех устройств в Интернете.

После получения адреса, передаваемый документ делится на пакеты. Далее начинается непосредственная информационная передача. Она осуществляется по коммутаторам и маршрутизаторам.

Транспортный уровень

Используется для непосредственной передачи информации в сети Интернет. Путь определяется на предыдущем уровне.

На транспортном уровне устанавливается надежное соединение между гаджетами. После здесь осуществляется «слежка» за передачей информации. При необходимости – исправляются ошибки.

Прикладной уровень

Нужен для настройки связи между программами. В качестве примера можно привести браузер и серверное программное обеспечение. Протоколами тут выступают:

1. HTTP – наиболее популярный протокол для информационного обмена в Интернете.
2. SMTP – протокол, который используется для отправки электронной почты.
3. FTP – еще один известный, но менее распространенный протокол. Он ориентирован на передачу файлов.

На уровне используются разные протоколы и сервисы, помогающие приложениям обмениваться информацией друг с другом. Он необходим для упрощения передачи данных. Именно с его помощью разработчики и обычные пользователи будут взаимодействовать с моделью TCP/IP в Интернете.

P. S. Интересуют компьютерные сети, сетевые технологии, протоколы передачи данных? Обратите внимание на следующие курсы в Otus:

• Network engineer;
• Network engineer. Basic.