Jak funguje internet? Dobrá otázka! Její růst exploduje a stránky.com se neustále objevují v televizi, rádiu a časopisech. Vzhledem k tomu, že se stal významnou součástí našich životů, je nutné mu dobře porozumět, abychom jej mohli co nejefektivněji využívat. Tento článek vysvětluje koncepty a typy internetu, jeho základní infrastrukturu a technologie, které jej umožňují.
Globální síť
Internet je obvykle definován následovně. Jde o globální síť počítačových zdrojů propojených vysoce výkonnými komunikačními linkami a společným adresním prostorem. Každé zařízení k němu připojené proto musí mít jedinečné ID. Jak je uspořádána IP adresa počítače? Internetové adresy IPv4 se zapisují ve tvaru nnn.nnn.nnn.nnn, kde nnn je číslo mezi 0 a 255. Zkratka IP znamená Internetworking Protocol. Toto je jeden ze základních pojmů internetu, ale o tom později. Například jeden počítač máID je 1.2.3.4 a druhé je 5.6.7.8.
Pokud se připojujete k internetu prostřednictvím ISP, je uživateli obvykle přidělena dočasná IP adresa po dobu trvání relace vzdáleného přístupu. Pokud je připojení vytvořeno z místní sítě (LAN), může mít počítač buď trvalé ID, nebo dočasné ID poskytnuté serverem DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). V každém případě, pokud je počítač připojen k internetu, má jedinečnou IP adresu.
Program ping
Pokud používáte operační systém Microsoft Windows nebo některou z variant Unixu, existuje praktický program, který vám umožní zkontrolovat připojení k internetu. Říká se tomu ping, pravděpodobně podle zvuku, který vydávaly staré ponorkové sonary. Pokud používáte Windows, musíte spustit okno příkazového řádku. V případě operačního systému, který je řadou Unix, byste měli přejít na příkazový řádek. Pokud napíšete například ping www.yahoo.com, program odešle zprávu s požadavkem ICMP (Internet Control Message Protocol) do určeného počítače. Vyzvané zařízení odpoví. Program ping počítá čas potřebný k vrácení odpovědi (pokud ano). Pokud také zadáte název domény (například www.yahoo.com), nástroj zobrazí IP adresu počítače.
Protokolové balíčky
Počítač je tedy připojen k síti a má jedinečnou adresu. Aby bylo pro "blbce" jasné, jak funguje internet, musíte pochopit, jak PC"mluví" s jinými stroji. Předpokládejme, že IP adresa zařízení uživatele je 1.2.3.4 a přeje si poslat zprávu "Ahoj, počítač 5.6.7.8!" na stroj s adresou 5.6.7.8. Je zřejmé, že zpráva musí být přenášena přes jakýkoli kanál spojující PC uživatele s internetem. Řekněme, že je zpráva odeslána telefonicky. Je nutné převést text na elektronické signály, přenést je a poté je znovu prezentovat jako text. Jak je toho dosaženo? Prostřednictvím použití balíku protokolů. Je nutné, aby každý počítač komunikoval v globální síti a je obvykle zabudován do operačního systému. Balíček se nazývá TCP / IP kvůli 2 hlavním komunikačním protokolům, které jsou v něm použity. Hierarchie TCP/IP je následující:
- Aplikační vrstva. Používá protokoly specifické pro WWW, e-mail, FTP atd.
- Vrstva protokolu řízení přenosu. TCP směruje pakety do konkrétních programů pomocí čísla portu.
- Vrstva internetového protokolu. IP směruje pakety na konkrétní počítač pomocí IP adresy.
- Hardwarová úroveň. Převádí binární data na síťové signály a naopak (například síťová karta Ethernet, modem atd.).
Pokud budete postupovat podle cesty "Ahoj, počítač 5.6.7.8!" Stane se něco takového:
- Zpracování zpráv začíná protokolem nejvyšší vrstvy a postupuje dolů.
- Pokud je odesílaná zpráva dlouhá, každá úroveň, kterou procházíprojde, může je rozdělit na menší části dat. Je to proto, že informace odesílané přes internet (a většinu počítačových sítí) jsou ve spravovatelných částech nazývaných pakety.
- Pakety jsou odesílány do transportní vrstvy ke zpracování. Každému je přiřazeno číslo portu. Mnoho programů dokáže používat protokol TCP/IP a odesílat zprávy. Musíte vědět, který z cílového počítače by měl zprávu obdržet, protože bude naslouchat na konkrétním portu.
- Dále pakety přecházejí na úroveň IP. Zde každý z nich obdrží cílovou adresu (5.6.7.8).
- Nyní, když mají pakety zpráv číslo portu a IP adresu, jsou připraveny k odeslání přes internet. Hardwarová úroveň se stará o to, aby pakety obsahující text zprávy byly převedeny na elektronické signály a přeneseny po komunikační lince.
- Na druhém konci má ISP přímé připojení k internetu. Směrovač zkontroluje cílovou adresu každého paketu a určí, kam jej má odeslat. Často je další zastávkou jiný router.
- Nakonec se pakety dostanou do počítače 5.6.7.8. Zde jejich zpracování začíná od protokolů nižší vrstvy a postupuje směrem nahoru.
- Jak pakety procházejí vyššími úrovněmi TCP/IP, odstraňují veškeré informace o směrování přidané odesílajícím počítačem (jako je IP adresa a číslo portu).
- Když zpráva dosáhne protokolu horní vrstvy, pakety jsou znovu sestaveny do původní podoby.
Domácí internet
Vše výše uvedené vysvětluje, jak se pakety přesouvají z jednoho počítače do druhého přes WAN. Ale co se stane mezi tím? Jak internet skutečně funguje?
Zvažte fyzické připojení přes telefonní síť k poskytovateli telekomunikačních služeb. To vyžaduje určité vysvětlení toho, jak ISP funguje. Poskytovatel služeb nastaví pro své klienty fond modemů. Obvykle je připojen k vyhrazenému počítači, který řídí směr toku dat z modemu do páteřní sítě internetu nebo do vyhrazeného routeru. Toto nastavení lze nazvat portovým serverem, protože zajišťuje přístup k síti. Shromažďuje také informace o době používání a také o množství odeslaných a přijatých dat.
Po průchodu pakety telefonní sítí a místním zařízením poskytovatele jsou odeslány do páteřní sítě poskytovatele nebo jím pronajaté části jeho šířky pásma. Odtud data obvykle procházejí několika routery a páteřními sítěmi, pronajatými okruhy atd., dokud nenajdou svůj cíl – počítač s adresou 5.6.7.8. Takto funguje domácí internet. Bylo by ale špatné, kdyby uživatel znal přesnou cestu svých paketů přes globální síť? Je to možné.
Traceroute
Při připojování k internetu z počítače se systémem Microsoft Windows nebo variantou Unixu se hodí další užitečný program. Jmenuje se Traceroute a označuje cestu, kterápakety projdou a dosáhnou konkrétní IP adresy. Stejně jako ping musí být spuštěn z příkazového řádku. V systému Windows použijte příkaz tracert www.yahoo.com a v systému Unix traceroute www.yahoo.com. Podobně jako ping vám tento nástroj umožňuje zadávat IP adresy místo doménových jmen. Traceroute vytiskne seznam všech směrovačů, počítačů a dalších internetových entit, kterými musí pakety projít, aby dosáhly svého cíle.
Infrastruktura
Jak je internetová páteř technicky uspořádána? Skládá se z mnoha vzájemně propojených velkých sítí. Tyto velké sítě jsou známé jako poskytovatelé síťových služeb nebo NSP. Příklady jsou UUNet, IBM, CerfNet, BBN Planet, PSINet, SprintNet atd. Tyto sítě spolu komunikují za účelem výměny provozu. Každý NSP vyžaduje připojení ke třem síťovým přístupovým bodům (NAP). V nich se paketový provoz může přesouvat z jedné páteřní sítě do druhé. NSP jsou také připojeni prostřednictvím městských směrovacích stanic MAE. Ty plní stejnou roli jako NAP, ale jsou v soukromém vlastnictví. NAP se původně používaly pro připojení ke globální síti. MAE i NAP se označují jako Internet Exchange Points neboli IX. Poskytovatelé sítí také prodávají šířku pásma malým sítím, jako jsou ISP.
Základní infrastruktura samotného NSP je komplexní schéma. Většina poskytovatelů sítí zveřejňuje na svých webových stránkách mapy síťové infrastruktury, které lze snadno najít. Realisticky vylíčit jakInternet je nastaven, bylo by to téměř nemožné kvůli jeho velikosti, složitosti a neustále se měnící struktuře.
Hierarchie směrování
Abyste pochopili, jak internet funguje, musíte porozumět tomu, jak pakety nacházejí správnou cestu přes síť. Ví každý počítač připojený k síti, kde se nacházejí další počítače? Nebo jsou pakety jen "přeloženy" do každého stroje na internetu? Odpověď na obě otázky je záporná. Nikdo neví, kde jsou ostatní počítače, a pakety nejsou odesílány na všechny počítače současně. Informace používané k doručování dat do jejich cílů jsou obsaženy v tabulkách uložených na každém routeru připojeném k síti – další koncept internetu.
Routery jsou paketové přepínače. Obvykle se připojují mezi sítěmi, aby mezi nimi předávaly pakety. Každý router ví o svých podsítích a jaké adresy používá. Zařízení zpravidla nezná IP adresy "vyšší" úrovně. Velké svazky NSP jsou propojeny prostřednictvím NAP. Obsluhují několik podsítí a ty obsluhují ještě více podsítí. V dolní části jsou místní sítě s připojenými počítači.
Když paket dorazí do routeru, router zkontroluje IP adresu, kterou tam umístila vrstva protokolu IP na zdrojovém počítači. Poté se zkontroluje směrovací tabulka. Pokud je nalezena síť obsahující IP adresu, pak je tam paket odeslán. Jinak postupuje po výchozí trase, obvykle k dalšímu směrovači v hierarchii sítě. S nadějí, že bude vědět, kam balíček poslat. Pokud se tak nestane, budou data stoupat, dokud nedosáhnou páteře NSP. Upstream routery obsahují největší směrovací tabulky a to je místo, kde bude paket odeslán do správné páteře, kde zahájí svou cestu „sestupně“.
Názvy domén a rozlišení adres
Co když ale neznáte IP adresu počítače, ke kterému se chcete připojit? Co když potřebujete přístup k webovému serveru s názvem www.anothercomputer.com? Jak prohlížeč pozná, kde se tento počítač nachází? Odpověď na všechny tyto otázky je DNS Domain Name Service. Tento koncept internetu odkazuje na distribuovanou databázi, která sleduje názvy počítačů a jejich odpovídající IP adresy.
Mnoho strojů je připojeno k databázi DNS a softwaru, který vám k ní umožňuje přístup. Tyto počítače jsou známé jako servery DNS. Neobsahují celou databázi, ale pouze její podmnožinu. Pokud server DNS nemá název domény požadovaný jiným počítačem, přesměruje jej na jiný server.
Služba doménových jmen je strukturována jako hierarchie podobná směrování IP. Počítač požadující překlad názvu bude v hierarchii přesměrován „nahoru“, dokud nebude nalezen server DNS, který dokáže přeložit název domény v požadavku.
Když je konfigurováno připojení k Internetu (například přes místní síť nebo prostřednictvím vytáčeného připojení v systému Windows), primární a jeden nebo více sekundárních serverů DNS jsou obvykle specifikovány během instalace. Tím pádem,všechny aplikace, které potřebují překlad názvu domény, budou moci normálně fungovat. Když například zadáte název domény do prohlížeče, prohlížeč se připojí k primárnímu serveru DNS. Po získání IP adresy se aplikace připojí k cílovému počítači a vyžádá si požadovanou webovou stránku.
Přehled internetových protokolů
Jak bylo uvedeno dříve v části o TCP/IP, v síti WAN se používá mnoho protokolů. Patří mezi ně TCP, IP, směrování, řízení přístupu k médiím, aplikační vrstva atd. Následující části popisují některé z důležitějších a běžně používaných protokolů. To vám umožní lépe porozumět tomu, jak je internet organizován a jak funguje. Protokoly jsou diskutovány v sestupném pořadí podle jejich úrovně.
HTTP a World Wide Web
Jednou z nejpoužívanějších služeb na internetu je World Wide Web (WWW). Protokol aplikační vrstvy, který umožňuje WAN, je Hypertext Transfer Protocol neboli HTTP. Neměl by být zaměňován s hypertextovým značkovacím jazykem HTML používaným k psaní webových stránek. HTTP je protokol, který prohlížeče a servery používají ke vzájemné komunikaci. Jde o protokol aplikační vrstvy, protože jej používají některé programy ke vzájemné komunikaci. V tomto případě se jedná o prohlížeče a servery.
HTTP je protokol bez připojení. Klienti (prohlížeče) odesílají požadavky serverům na webové prvky, jako jsou stránky a obrázky. Po jejich obsluze spojenívypne. Pro každý požadavek je nutné znovu navázat spojení.
Většina protokolů je orientována na připojení. To znamená, že počítače, které spolu komunikují, komunikují přes internet. HTTP však není. Než může klient provést požadavek HTTP, musí server vytvořit nové připojení.
Abyste pochopili, jak internet funguje, musíte vědět, co se stane, když zadáte adresu URL do webového prohlížeče:
- Pokud adresa URL obsahuje název domény, prohlížeč se nejprve připojí k serveru názvu domény a získá odpovídající IP adresu.
- Prohlížeč se poté připojí k serveru a odešle HTTP požadavek na požadovanou stránku.
- Server přijme požadavek a zkontroluje správnou stránku. Pokud existuje, pošlete jej. Pokud server nemůže najít požadovanou stránku, odešle chybovou zprávu HTTP 404. (404 znamená Stránka nenalezena, jak pravděpodobně ví každý, kdo procházel webové stránky).
- Prohlížeč přijme, co je požadováno, a spojení se ukončí.
- Prohlížeč poté stránku analyzuje a hledá další prvky potřebné k jejímu dokončení. Obvykle se jedná o obrázky, applety atd.
- Pro každý prvek vytváří prohlížeč další připojení a požadavky HTTP se serverem.
- Po dokončení načítání všech obrázků, apletů atd. se stránka plně načte v okně prohlížeče.
Pomocí klienta Telnet
Telnet je vzdálená terminálová služba používaná na internetu. Jeho používání upadlo, ale je užitečným nástrojem pro průzkum globální sítě. V systému Windows lze program nalézt v systémovém adresáři. Po jeho spuštění je potřeba otevřít nabídku „Terminál“a v okně nastavení vybrat Local Echo. To znamená, že můžete vidět svůj požadavek HTTP, když jej zadáváte.
V nabídce „Připojení“vyberte položku „Vzdálený systém“. Dále zadejte www.google.com jako název hostitele a 80 jako port. Ve výchozím nastavení webový server naslouchá na tomto portu. Po kliknutí na Připojit musíte zadat GET/HTTP/1.0 a dvakrát stisknout Enter.
Toto je jednoduchý HTTP požadavek na webový server, aby získal jeho kořenovou stránku. Uživatel by jej měl nahlédnout a poté se objeví dialogové okno s oznámením, že spojení bylo ztraceno. Pokud chcete načtenou stránku uložit, musíte povolit protokolování. Poté můžete zobrazit webovou stránku a kód HTML, který byl použit k jejímu vytvoření.
Většina internetových protokolů, které definují, jak internet funguje, je popsána v dokumentech známých jako Request For Comments nebo RFC. Lze je najít na internetu. Například HTTP verze 1.0 je popsána v RFC 1945.
Aplikační protokoly: SMTP a e-mail
Další široce používanou internetovou službou je e-mail. Využívá protokol aplikační vrstvy nazývaný Simple Mail Transfer Protocol neboli SMTP. Toto je také textový protokol, ale na rozdíl od HTTP je SMTP orientován na spojení. Navíc je také složitější než HTTP. V SMTP je více příkazů a aspektů než v
Při otevírání poštovního klienta pro čteníe-mailové zprávy obvykle vypadají takto:
- Poštovní klient (Lotus Notes, Microsoft Outlook atd.) otevře připojení k výchozímu poštovnímu serveru, jehož IP adresa nebo název domény se obvykle konfiguruje během instalace.
- Poštovní server vždy odešle první zprávu, aby se identifikoval.
- Klient odešle SMTP příkaz HELO, na který obdrží odpověď 250 OK.
- V závislosti na tom, zda klient kontroluje nebo odesílá poštu atd., jsou na server odesílány příslušné příkazy SMTP, aby mohl odpovídajícím způsobem reagovat.
Tato transakce požadavku/odpovědi bude pokračovat, dokud klient neodešle příkaz QUIT. Server se poté rozloučí a spojení bude uzavřeno.
Transmission Control Protocol
Pod aplikační vrstvou v zásobníku protokolů je vrstva TCP. Když programy otevřou připojení k jinému počítači, zprávy, které odesílají, jsou předány v zásobníku vrstvě TCP. Ten je zodpovědný za směrování aplikačních protokolů do příslušného softwaru na cílovém počítači. K tomu se používají čísla portů. Porty lze považovat za samostatné kanály na každém počítači. Například při čtení e-mailů můžete zároveň procházet web. Důvodem je, že prohlížeč a poštovní klient používají různá čísla portů. Když paket dorazí do počítače a dostane se do zásobníku protokolů, vrstva TCP určí, který program paket přijme.číslo portu.
Čísla portů pro některé z nejběžněji používaných internetových služeb jsou uvedena níže:
- FTP – 20/21.
- Telnet – 23.
- SMTP – 25.
- HTTP – 80.
Dopravní protokol
TCP funguje takto:
- Když vrstva TCP přijme data protokolu aplikační vrstvy, rozdělí je na spravovatelné „části“a ke každé z nich pak přidá záhlaví s informací o čísle portu, na který mají být data odeslána.
- Když vrstva TCP přijme paket z nižší vrstvy IP, data záhlaví jsou z paketu odstraněna. V případě potřeby je lze obnovit. Data jsou poté odeslána do požadované aplikace na základě čísla portu.
Takto se zprávy pohybují v zásobníku protokolů na správnou adresu.
TCP není textový protokol. Je to spolehlivá služba přenosu bajtů orientovaná na připojení. Orientace na připojení znamená, že dvě aplikace používající TCP musí před výměnou dat navázat spojení. Transportní protokol je spolehlivý, protože pro každý přijatý paket je odesílateli zasláno potvrzení, které potvrzuje doručení. TCP hlavička také obsahuje kontrolní součet pro kontrolu chyb v přijatých datech.
V hlavičce transportního protokolu není místo pro IP adresu. Je to dáno tím, že jeho úkolem je zajistit spolehlivý příjem dat aplikační vrstvy. Úkolem přenosu dat mezi počítači je IP.
Internet Protocol
BNa rozdíl od TCP je IP nespolehlivý protokol bez připojení. IP je jedno, jestli se paket dostane do cíle nebo ne. IP také nezná připojení a čísla portů. Úkolem IP je odesílat data do jiných počítačů. Pakety jsou nezávislé entity a mohou dorazit mimo provoz nebo se nemusí dostat do cíle vůbec. Úkolem TCP je zajistit, aby byla data přijímána a umístěna správně. Jediná věc, kterou má IP adresa TCP společného, je způsob, jakým přijímá data a přidává k datům TCP své vlastní informace z hlavičky IP.
Data aplikační vrstvy jsou segmentována na vrstvě transportního protokolu a jsou připojena hlavičkou TCP. Dále je paket vytvořen na úrovni IP, je k němu přidána IP hlavička a poté je přenášen přes globální síť.
Jak funguje internet: knihy
Pro začínající uživatele je k tomuto tématu k dispozici rozsáhlá literatura. Série "For Dummies" je oblíbená u čtenářů. Jak funguje internet, se můžete naučit z knih „Internet“a „Uživatelé a internet“. Pomohou vám rychle vybrat poskytovatele, připojit se k síti, naučit vás používat prohlížeč atd. Pro začátečníky budou knihy užitečnými průvodci globální sítí.
Závěr
Nyní by mělo být jasné, jak internet funguje. Ale jak dlouho to tak zůstane? Dříve používaná verze 4 IP, která umožňovala pouze 232 adres, byla nahrazena IPv6 s teoreticky možnými 2128 adresami. Internet ušel od svého vzniku jako výzkumný projekt amerického ministerstva obrany dlouhou cestu. Nikdo neví, čím se stane. Jedna věc je jistá: Internet spojuje svět jako žádný jiný mechanismus. Informační věk je v plném proudu a je nám velkým potěšením být toho svědkem.
