Одним из величайших событий в истории человечества стало появление Интернета.
Компьютерные сети изменили как уклад жизни практически каждого человека в отдельности, так общество в целом.
С каждым годом мир становится все более вовлеченным в сетевые проекты и сервисы, ведь это общедоступно, быстро и, относительно, дешево. Одним словом эффективно.
Но как устроена работа интернета? Рассмотрим более детально принцип работы Интернета, историю создания и принципы функционирования.
Что такое Интернет простыми словами и его суть
Интернет – это международная система компьютерных сетей, построенная на базе IP и маршрутизации IP-пакетов. Основана данная система на соединении между собой огромного количества компьютеров по всему миру, а её работу обеспечивают несколько системно значимых узлов.
Интернет простыми словами – это собранные в единую сеть посредством удалённого соединения компьютеры с возможностью дистанционной передачи информации от одной машине к другой.
Синонимы термина «Интернет» Всемирная сеть, Глобальная сеть, сеть или Всемирная паутина.
Надо сказать, что само понятие компьютер, как ключевое звено сети, следует рассматривать в расширительном значении. Благодаря развитию 3G и 4G технологий, доступом в сеть сейчас обладают такие устройства как телефоны, планшеты и, в некоторых случаях, даже бытовая техника стиральные машины, холодильники, которые создали отдельное понятие интернет вещей.
Рассматривая процессы хранения и передачи информации, также следует сделать пояснение, что под этими двумя достаточно универсальными понятиями сокрыта целая сфера нематериальной деятельности человеческого общества. По факту сейчас в сети люди общаются, обучаются, потребляют аудио/видео контент, узнают новости, осуществляют оплату товаров и услуг.
Учитывая приведенную выше информацию можно сформулировать достаточно небольшое и понятное определение. Простыми словами Интернет это объединенные по всему миру в сеть компьютеры и иные схожие устройства, осуществляющие процессы обмена и хранения информации, благодаря которым люди могут общаться, обучаться, просмотр фильмы и слушать музыку не учитывая границы и расстояния.
История создания
Первые шаги в направлении создания всемирной компьютерной сети были предприняты в 1962 году Джозефом Ликлайдером (Joseph Carl Robnett Licklider). В своей работе «Галактическая Сеть» («Galactic Network»), он описал первую подробную концепцию компьютерной сети. В том же году Пол Бэран (Paul Baran) из RAND Corporation в докладе «О Распределенных Коммуникационных Сетях» («On Distributed Communication Networks») предложил создать децентрализованную систему связанных между собою компьютеров. Устройства в такой сети были бы равноправны, что позволяло бы сохранить ее информацию и работоспособность даже при частичном уничтожении.
В условиях «Холодной войны» перспективы живучести системы произвели впечатление на власти США, ведь появлялась возможность в разы повысить вероятность сохранения контроля за действиями войск даже после нанесения противником ядерного удара. Правительство Америки выделило финансирование на исследования в данной области.
Спустя несколько лет в Управлении перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (ARPA) Ларри Робертсом (Lawrence G.Roberts) было предложено создать внутреннюю сеть связав все компьютеры организации. Работы по созданию такой сети были поручены 4 образовательным организациям:
- Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе (UCLA, University of California, Los Angeles),
- Стэнфордскому исследовательскому институту (Stanford Research Institute),
- Калифорнийскому университету в Санта-Барбаре (University of California, Santa Barbara),
- Университету штата Юта (Utah State University).
Между учреждениями был проложен кабель связи, и специалисты во главе с Фрэнком Хартом (Frank Hart) стали работать над поиском решений по организации будущей сети.
Уже в 1969 году большинство технических проблем удалось преодолеть, и впервые в мире инфраструктура компьютерной сети объединила 4 образовательных учреждения, расположенные на значительных друг от друга расстояниях.
Сеть была названа ARPANET (англ. Advanced Research Projects Agency Network).
Однако долго удержать сеть в таком состоянии не получилось – она начала активно развиваться, к её использованию присоединились множество учёных. Развитие проекта шло стремительно, и уже в 1971 году была создана первая программа, позволяющая отправлять электронную почту.
В 1973 году были завершены работы по прокладке трансатлантического телефонного кабеля, который открыл доступ к сети первым организациям из Европы, сделав сеть международной.
Начиная с 70-ых и по 80-ые годы через сеть в большинстве своем обменивались электронной почтой, рассылали новостные сводки и выкладывали списки объявлений.
В тоже время ARPANET не могла автоматически взаимодействовать с другими компьютерными сетями и это стало основным сдерживающим фактором ее дальнейшего развития.
Стремительное развитие различных протоколов передачи данных значительно затрудняло объединение и взаимодействие сетей построенных на различных стандартах. Появилась необходимость стандартизации и разработки универсальных протоколов передачи данных. Решением проблемы стала разработка IP, ICMP, TCP, UDP, Telnet, DNS, FTP.
Так уже 1 января 1983 года ARPANET удалось перевести с протокола NCP на более прогрессивный TCP/IP. Он по сей день актуален и применяется для соединения (наслоения) различных компьютерных сетей. Именно в это время за сетью ARPANET закрепляется термин «Интернет» («Internet»).
В 1984 году Национальным научным фондом США (NSF) из множества небольших сетей была создана крупная межвузовская сеть NSFNet (англ. National Science Foundation Network). Обладая наибольшей, чем конкуренты пропускной способностью, она постепенно перехватила «пальму первенства» у сети ARPA.
Однако, уже в 1989 году специалистом Европейского совета по ядерным исследованиям (ЦЕРН) Тимом Бернерсом-Ли была предложена концепция Всемирной паутины World Wide Web (WWW), разработаны HTTP, HTML и универсальные идентификаторы URI. Благодаря ему сегодняшний интернет выглядит таким какой он есть.
В 1990 году сеть ARPA не могла более конкурировать с NSFNet и была закрыта, термин Интернет стал нарицательным в отношении новой сети.
В 1991 году именно NSFNet открыл пользователям доступ во Всемирную паутину, а разработанный в 1993 году браузер NCSA Mosaic обеспечил не виданное ранее удобство работы.
Это подстегнуло еще больший интерес к сети со стороны как ученых так и простых людей, с 1993 года по 1995 год мир созерцал взрывной рост количества пользователей Интернет. В 1995 году NSFNet возвратилась в сугубо научные круги оставив маршрутизацию сетевого трафика уже появившимся и окрепшим провайдерам. Понятие Всемирная паутина стало синонимом Интернет.
Отсутствие единого регулирования и общедоступность технических стандартов, привлекали все больше пользователей в сеть, где можно было обрести независимость от государственных и корпоративных институтов. В Интернет стали входить ранее существовавшие обособленно сети, такие как Usenet и Bitnet, сеть стала главным центром обмена информацией по всему миру.
Принцип работы сети
Несмотря на столь высокотехнологичный путь развития, принципы работы сети Интернет достаточно просты, логичны и будут доступны для понимания любому заинтересовавшемуся. Рассмотрим кратко как работает глобальная сеть интернет.
Ранее было уже показано, что по своей сути интернет это обычная сеть передачи данных, отличительной чертой которой являются очень значительные (глобальные) масштабы. Как и любая компьютерная сеть, она состоит из программно-аппаратного оборудования и его соединяющих каналов связи.
К оборудованию следует причислять:
- клиента,
- сервер,
- сетевые устройства.
Клиентом может выступать любое устройство способное осуществлять запрос на получение информации сети, а при получении предоставлять ее в доступном виде компьютер, ноутбук, планшет, смартфон и т.д.
Сервером является устройство, на котором хранится сетевая информация в виде баз данных. Базы предоставляют ответ на информационные запросы, передавая его клиенту.
Под сетевым оборудованием понимается канал связи соединяющий клиента и сервер. Схема передачи информации между клиентом и сервером по каналу связи подразумевает:
- направление на сервер клиентом информационного запроса,
- поступление на сервер через сетевое оборудование запроса,
- обработка сервером запроса и формирование результата (ответа),
- отправка с сервера по сетевому оборудованию клиенту ответа.
Для поддержания постоянной работы данной схемы необходима непрерывная работа сервера и сетевого оборудования.
К сетевым устройствам относят:
- модемы,
- маршрутизаторы,
- коммутаторы,
- каналы связи.
Модем предназначен для конвертации информации из цифровой в аналоговую и обратно. Это делается для передачи данных по различным каналам связи.
В маршрутизаторах хранятся «Таблицы маршрутизации», в которых находятся адреса и соответствующие им пакеты данных. Через коммутатор информация движется на прямую между двумя компьютерами по специальному кабелю. Устройства в данном случае находятся на достаточно близких расстояниях друг от друга.
Коммутаторы в основном необходимы для локальных сетей, а модемы и маршрутизаторы для соединения с Интернет.
Узлы (серверы и клиенты)
Наравне с термином «компьютерная сеть» в технологии Интернет зачастую встречается понятие «узел». Видимо, данное слово берет свое начало из проведения аналогии между компьютерной и рыболовецкой сетью, в которой нити соединяются между собой множеством узлов.
Узлы играют одну из первостепенных ролей в том, как работает Интернет.
Серверы и иные клиенты являются достаточно универсальными устройствами, однако, это не мешает им выполнять одну из главных функций Всемирной паутины хранение информации.
Необходимо отметить, что классическая формулировка значения слова сервер на сегодняшний день немного разнится с понятием сервера как узла сети Интернет. Поэтому сервер Глобальной паутины принято именовать Веб-сервер.
- Веб-сервер это программное обеспечение и компьютер, на котором оно непосредственно действует, обрабатывающее HTTP запросы/ответы клиентов. HTTP запросы/ответы могут содержать в себе HTML страницы, файлы, изображения, медиа потоки и иные данные.
- Серверы – это мощные надёжные компьютеры, на которых круглосуточно поддерживается работа сети интернет.
Сервером осуществляются такие задачи как получение трафика другими компьютерами, перекодировка доменов в вид IP-адресов, хранение общих данных сети и так далее. Они работают 24 часа в сутки, поэтому даже в случае массового отключения простых компьютеров от сети, серверы сохранят информацию и работоспособность интернета. Аналогично понятию Веб-сервера, под термином клиента на сегодняшний день понимается как аппаратная часть (компьютер), так и установленная на нем програмная часть.
- Клиент это веб-браузер (или иное программное обеспечение) и устройство, на котором он непосредственно установлен, передающие веб-серверу запросы на получение ресурсов, обозначенных URL-адресами.
Интернет ресурсами являются HTML-страницы, файлы, изображения и иные данные запрашиваемые клиентом. В ответ на такие запросы веб-сервер пересылает искомую информацию. Обмен запросами и ответами между клиентами и веб-серверами происходит посредствам протокола HTTP.
Маршрутизаторы
Рассматривая специальные узлы сети Интернет, первостепенное внимание следует уделить такому устройству как маршрутизатор.
Работа маршрутизатора, в соответствии с его названием прокладывать по сети путь из точки А в точку В.
В данном случае точкой А является пользовательский компьютер, а точкой В – какой-либо сайт в сети, к которому пользователь желает получить доступ.
Роутер налаживает обмен информацией между данными элементами.
Важность данного устройства обусловлена тем, что без него сети построенные на совершенно различной архитектуре никогда не смогли бы объединиться в Интернет.
Маршрутизатор функционирует на третьем «сетевом» уровне модели OSI (модели и уровни сети будут рассмотрены далее).
Как уже говорилось ранее, в основном устройство применяют для объединения сетей самых различных типов с несовместимыми архитектурой и протоколами. Нередко с помощью маршрутизатора обеспечивается доступ из локальной сети вИнтернет, посредством создания транслятора адресов и межсетевого экрана. Также устройство уменьшает загруженность сети производя фильтрацию пакетов и разделение доменов на коллизионные и широковещательные.
Как правило, маршрутизатор это специализированное компьютерное устройство, однако, с помощью применения специальных программных пакетов (Quagga, IPFW) большинство компьютеров могут вести работу в режиме маршрутизатора.
Протоколы
В компьютерной науке часто встречается такое понятие как протокол передачи данных.
Как правило, под термином понимаются соглашения интерфейса логического уровня, определяющие порядок обмена данными между различным программным обеспечением. Такие соглашения формируют единообразный алгоритм передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программ, установленных на различных устройствах, расположенных на различных расстояниях друг от друга и соединенных тем или иным интерфейсом (в случае с Интернет сетевым интерфейсом).
Рассматривая протоколы передачи данных в контексте сети Интернет, будет правильным вести разговор о «сетевом протоколе».
- Сетевой протокол это набор алгоритмов, обеспечивающий возможность соединения и обмена данными между устройствами включенными в сеть.
На сегодняшний день все вновь разрабатываемые протоколы определяются Инженерным советом Интернета (англ. Internet Engineering Task Force, IETF) открытым международным сообществом разработчиков развивающих архитектуру сети Интернет.
Согласно самой распространенной классификации «модель OSI» все протоколы подразделяются в зависимости от своего назначения на 7 уровней:
-
Характеризует свойства линии связи (оптическая, электрическая, механическая и т.д.).
-
Определяет алгоритм использования физического уровня узлами сети.
-
Регулирует адресацию и доставку сообщений.
-
Регулирует адресацию и доставку сообщений.
-
Координирует работу программного обеспечения установленного на взаимодействующих по сети различных компьютерах.
-
Конвертирует данные из внутреннего формата компьютера в формат передачи.
-
Служит границей между прикладным программным обеспечением и другими уровнями. Это сетевые программы пользователя с пользовательским ориентированным интерфейсом.
Таким образом на всех 7 уровнях сетевые протоколы устанавливают алгоритм работы компьютеров, которые соединены в сеть.
Сегодня основные протоколы сети Интернет это:
- TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol),
- HTTP (Hyper Text Transfer Protocol),
- FTP (File Transfer Protocol),
- POP3 (Post Office Protocol),
- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).
Система адресов
Поскольку к сети Интернет в режиме реального времени подключаются тысячи узлов (устройств различного вида), то логичным является вопрос их идентификации. Для этого каждому компьютеру включенному в сеть Интернет присваивается свой уникальный адрес именуемый IP-адрес (IP address Internet Protocol адрес).
IP-адресация создавалась с учетом того, что Интернет является «сетью сетей», а не простым множеством соединенных устройств. Поэтому любой IP включает как адрес сети (домена т.е. устройств объединенных в сеть по какому-либо признаку), так и адрес самого устройства (узла) находящегося в этой сети (домене). Часть кода обозначающая сеть именуется идентификатор сети. Цифры присваиваются при регистрации домена в ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers – организация по назначению имен и адресов в Интернете). Именно посредствам регистрации каждый домен имеет свой уникальный идентификатор.
Вторая часть кода, идентифицирующая непосредственно отдельное устройство (узел-компьютер и т.д.) домена, именуется адрес узла (хоста). Такой идентификатор как правило присваивается системным администратором или иным лицом регулирующим работу домена.
На сегодняшний день существует несколько версий IP-адресов, самыми популярными являются IPv4 и IPv6.
- IPv4 является 32-битовым числом, записываемым в виде 4 десятичных чисел значением от 0 до 255 и разделяемых точками (прим. 195.178.0.8).
- IPv6 это 128-битовое число, разделителем в котором является двоеточие (напр. 2005:0xb8:95a3:0000:0000:8l2e:0390:7944).
Запись адреса в цифровом виде приемлема для машинной обработки, но не удобна человеческому восприятию. Для решения этой проблемы, каждому домену стали присваивать также мнемонический адрес (имя домена), состоящий из слов, написанных латинским алфавитом.
Домены
Выше уже кратко упоминалось о таком понятии, как домен. Рассматривая термин подробнее можно прийти к выводу, что он имеет множество значений. Рассмотрим наиболее подходящие исходя из применимости к сети Интернет его определения.
Домен (с фр. domaine) — область, единица структуры. В средние века доменами обозначалось отдельное владение короля, феодала.
В информатике, часто используют понятия доменная зона зона ответственности в распределенной системе DNS (англ. Domain Name System «система доменных имён», подробнее будет ниже) и доменное имя имя-символ, помогающее находить адреса интернет-серверов.
Исходя из выше рассмотренных определений можно заключить, что доменная зона в Интернете есть не что иное как группа машин (компьютеров, серверов и т.д.) объединенных по некоторому признаку.
В доменной зоне может быть, как одно, так и значительное число устройств. Так для работы небольшого сайта достаточно одного сервера, который будет иметь доменное имя, однако доменным именем yandex.ru очевидно именуется куда более значительная группа машин.
Домены позволяют структурировать Интернет по тем или иным признакам. Система доменов построена на четкой иерархии. Существуют домены 1-го, 2-го, 3-го и далее уровней.
Домены первого уровня подразделяются на три вида:
-
Состоят из 2 латинских букв, обозначающих страну Россия (ru), США (us), Латвия (lv)…
-
Состоят из 3 букв латыни, обозначающих коммерческие компании com, образовательные учреждения edu, правительства gov и т.д.
-
Состоят из английских слов, характеризующую тематику, например, .town, .online, .bar, .love или как у нас .today
Если под одним доменом объединено несколько серверов или иных машин, то лицо администрирующее сеть, может расширить (дополнить) доменное мнемоническое имя, с помощью назначения отдельных имен для каждого компьютера домена. Например, серверу в домене viras.com присваивается имя maincomp.viras.com. Это значит, что машина именуемая maincomp работает в организации Viras, которая находится в классе доменов верхнего уровня для коммерческих компаний.
DNS-серверы
На первый взгляд, что может быть проще чем найти ресурс, если известен его адрес. Однако, количество адресов в сети Интернет сегодня настолько велико, что не существует какого-либо единого компьютера, хранящего все адреса и информацию о способах соединиться с тем или иным устройством сети.
Для целей хранения адресов компьютеров в сети Интернет были созданы специальные DNS-серверы (англ. Domain Name Service служба доменных имен). Эти серверы расположены по всему миру и отвечают за работу той или иной конкретной части сети. Любая организация, создающая домен, должна создать каталог включающий в себя мнемонические и соответствующие им IP адреса устройств входящих в этот домен. Каталог разрабатывается на одном из серверов домена, компьютер с таким каталогом именуется DNS-сервером.
Основной функцией DNS-сервера является представление информации об адресах хранящихся в его каталоге по запросу клиентов сети. Так при необходимости найти компьютер в сети Интернет, компьютер подключенный к этой же сети связывается с DNS-сервером, который предоставляет из своего каталога искомый адрес. Если необходимый адрес не будет найден, на первом DNS-сервере, то уже сам он отправит запрос к другим аналогичным серверам, а те в свою очередь к следующим, и так будет продолжаться пока не будет найден искомый адрес. За доли минуты запрос способен облететь весь земной шар и найти в итоге необходимые данные.
Найти необходимый компьютер в сети, как правило не конечная задача. В основном поиск производится относительно конкретного файла хранящегося на каком-либо компьютере (компьютерах) в Интернет. Для такого поиска мало знать мнемонический или IP-адреса.
Поэтому для определения местоположения и извлечения конкретного файла (документа) сети Интернет, ему присваивается свой уникальный адрес URL (Uniform resource Locator унифицированный указатель информационного ресурса).
URL состоит из:
- Названия протокола, с помощью которого необходимо обратиться за искомой информацией,
- Адреса сервера ( состоящий из кода домена и кода самого узла, компьютера),
- Наименования искомого файла на сервере.
Хорошим примером будет адрес: https://web.city.ac.uk/pages.html, где:
- http протокол,
- city.ac.uk адрес сервера,
- pages.html целое имя файла.
Стоит заметить, что имя файла отличается от имен файлов с которыми работает операционная система Windows. Это обусловлено тем, что большинство серверов используют в работе операционную систему Unix, где другие правила записи имен файлов.
HTML
Рассмотрев принципы работы сети Интернет, можно воссоздать довольно четкую картину происходящего движения информации по сети, начиная от запроса отправленного клиентом и заканчивая получением ответа от DNS-сервера. Но что же происходит с ответом, когда он попадает на компьютер-клиент?
Как ранее было сказано революционным в процессе развития Интернет стало изобретение браузера или интернет-обозревателя приложения предоставляющего пользователю удобный интерфейс для отправки запросов на веб-страницы, их просмотра при получении в качестве ответа.
Для удобства работы с Интернет помимо самого браузера Тимом Бернерсом-Ли также еще был разработан язык HTML, именно по нему и его более продвинутой версией XHTML на сегодняшний день работают большинство известных нам интернет-обозревателей (Google Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Internet Explorer и Safari).
Как уже упоминалось HTML интерпретируется браузерами, результатом такой интерпретации и является отображаемая на дисплее компьютера (телефона и т.д.) интернет-страница.
Язык гипертекстовой разметки значительно упростил создание интернет документов (страниц) и обмен ими.
Уровни сети (Видимая часть интернета, глубинный интернет и даркнет)
В начале «нулевых» приходилось не раз слышать, что интернет это попросту свалка всевозможной информации, расположенной хаотично и не всегда отвечающей требованиям законности и достоверности. С одной стороны это вызывало ощущения безграничной свободы, с другой постоянные опасения за безопасность своих собственных данных.
Сегодня многое изменилось, сеть разрослась до ранее немыслимых масштабов, а власти большинства стран, корпорации и правообладатели стали всерьез относиться к соблюдению законности в киберпространстве.
Активные действия и рост количества сетевого контента сформировали отчетливую картину процесса сегментирования Глобальной паутины. Сегодня нельзя полностью представить, как устроена работа Интернета без изучения его сегментов и уровней.
На сегодняшний день можно встретить следующее деление Интернет на уровни:
- Видимая часть сети (включает в себя обычный и подводный интернет),
- Невидимая часть сети (состоит из глубинного интернета, даркнета,закрытого интернета, марианского интернета).
Обычный интернет включает всем известные социальные сети, поисковые службы, стриминговые сервисы, официальные сайты корпораций и правительств. Доступ в обычный интернет не представляет каких-либо трудностей для любого пользователя.
Подводный интернет также является видимой частью сети доступ к нему ничем не усложнен, разве, что ссылки на него будут гораздо реже встречаться на сайтах поисковиков. Данный сегмент сети содержит сайты-клубы по интересам, зачастую находящиеся на полулегальном положении, FTP-сервера, запрещенные фото и видео.
Глубинный интернет самая доступная из невидимой части. В нем содержится сомнительный с точки зрения законности контент: хакерские форумы, заблокированные сайты, информация экстремистской направленности. Попасть на этот уровень сети можно посредствам использования прокси-сервера или цепи прокси-серверов.
Даркнет, вход в который возможен только с использованием специализированных программ типа Tor. На этом уровне происходит торговля наркотиками, людьми, оружием, также происходит обмен секретными документами и данными добытыми нелегальным путем.
Закрытый интернет, его существование подвергается сомнению. Однако, предполагается, что на данном уровне могут храниться отчеты о тайных правительственных экспериментах и опытах, снафф видео и т.д. Доступ на этот уровень возможен только в замкнутых системах.
Марианский интернет, скорее всего мифический выдуманный уровень сети. Согласно предположению, должен содержать тайные знания о человечестве, а также ответы на многие необъяснимые вещи. Как попасть на данный уровень сети неизвестно.
Заключение
Интернет бесспорно величайшее изобретение человечества.
За полвека существования работа сети интернет кардинально изменила парадигму мира. Сеть проникла в самые отдаленные уголки планеты, в самые непроходимые и не имевшие ранее связей с внешним миром территории. Его свобода и информативность предоставили простому пользователю неограниченные возможности по самообразованию и общению.
Несмотря на кажущуюся сложность, разобраться с тем, как работает интернет, не слишком сложно, если вникнуть в его структуру и механизмы взаимодействия между узлами. Всемирная сеть состоит из нескольких основных элементов, взаимодействие которых обеспечивает её стабильное функционирование. Фактически, интернет подразделяется на три уровня, причём видимая его часть, индексируемая при помощи поисковых систем, в несколько сотен раз меньше, чем скрытая от пользователей.
Интернет сближает народы различных материков, культур и взглядов, помогает найти взаимопонимание.
Сегодня в мире, пожалуй, нет такой отрасли хозяйства, которая тем или иным образом не касалась бы Всемирной паутины, а учитывая темпы внедрения новых технологий с уверенностью утверждать, что Интернет это новая отправная точка в развитии человечества.