Kuidas Internet töötab? Hea küsimus! Selle kasv on plahvatuslikult kasvanud ja.com-saite kajastatakse pidev alt televisioonis, raadios ja ajakirjades. Kuna see on muutunud meie elu oluliseks osaks, on vaja seda hästi mõista, et seda tööriista kõige tõhusam alt kasutada. See artikkel selgitab Interneti mõisteid ja tüüpe, selle põhiinfrastruktuuri ja tehnoloogiaid, mis seda võimaldavad.
Globaalne võrk
Internetti defineeritakse tavaliselt järgmiselt. See on ülemaailmne arvutiressursside võrk, mis on ühendatud suure jõudlusega sideliinide ja ühise aadressiruumiga. Seetõttu peab igal sellega ühendatud seadmel olema kordumatu ID. Kuidas on paigutatud arvuti IP-aadress? IPv4 Interneti-aadressid kirjutatakse kujul nnn.nnn.nnn.nnn, kus nnn on arv vahemikus 0 kuni 255. Lühend IP tähistab Interneti-tööprotokolli. See on üks Interneti põhimõisteid, kuid sellest lähem alt hiljem. Näiteks ühel arvutil onID on 1.2.3.4 ja teine on 5.6.7.8.
Kui loote Interneti-ühenduse Interneti-teenuse pakkuja kaudu, määratakse kasutajale tavaliselt kaugjuurdepääsu seansi ajaks ajutine IP-aadress. Kui ühendus luuakse kohtvõrgust (LAN), võib arvutil olla kas alaline ID või ajutine ID, mille annab DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) server. Igal juhul, kui arvuti on Internetiga ühendatud, on sellel kordumatu IP-aadress.
Pingi programm
Kui kasutate Microsoft Windowsi operatsioonisüsteemi või mõnda Unixi versiooni, on olemas mugav programm, mis võimaldab teil oma Interneti-ühendust kontrollida. Seda nimetatakse pingiks, ilmselt vanade allveelaevade sonaride tekitatud heli järgi. Kui kasutate Windowsi, peate käivitama käsuviiba akna. Kui tegemist on erineva Unixi opsüsteemiga, peaksite minema käsureale. Kui sisestate näiteks ping www.yahoo.com, saadab programm määratud arvutisse ICMP (Internet Control Message Protocol) kajapäringu sõnumi. Küsitav masin vastab. Ping-programm loeb aega, mis kulub vastuse tagastamiseks (kui see vastab). Samuti, kui sisestate domeeninime (näiteks www.yahoo.com), kuvab utiliit arvuti IP-aadressi.
Protokollipaketid
Seega on arvuti võrku ühendatud ja sellel on kordumatu aadress. Interneti toimimise "mannekeenidele" selgeks tegemiseks peate mõistma, kuidas arvuti töötab"räägib" teiste masinatega. Oletame, et kasutaja seadme IP-aadress on 1.2.3.4 ja ta soovib saata sõnumi "Tere, arvuti 5.6.7.8!" masinale aadressiga 5.6.7.8. Ilmselgelt tuleb teade edastada mis tahes kanali kaudu, mis ühendab kasutaja arvuti Internetiga. Oletame, et telefoni teel saadetakse sõnum. Tekst on vaja teisendada elektroonilisteks signaalideks, need edastada ja seejärel uuesti tekstina esitada. Kuidas see saavutatakse? Protokollipaketi kasutamise kaudu. Iga arvuti jaoks on vaja suhelda globaalses võrgus ja see on tavaliselt operatsioonisüsteemi sisse ehitatud. Paketti nimetatakse TCP / IP-ks, kuna selles kasutatakse kahte peamist sideprotokolli. TCP/IP hierarhia on järgmine:
- Rakenduskiht. See kasutab WWW-le, e-postile, FTP-le jne spetsiifilisi protokolle.
- Edastuse juhtimisprotokolli kiht. TCP suunab paketid kindlatesse programmidesse, kasutades pordi numbrit.
- Interneti-protokolli kiht. IP suunab paketid kindlasse arvutisse, kasutades IP-aadressi.
- Riistvaratase. Teisendab binaarandmed võrgusignaalideks ja vastupidi (näiteks Etherneti võrgukaart, modem jne).
Kui järgite "Tere, arvuti 5.6.7.8!" Juhtub midagi sellist:
- Sõnumi töötlemine algab ülemise kihi protokollist ja läheb allapoole.
- Kui saadetav sõnum on pikk, siis iga tase, mille kaudu see saadetakseläbib, saab selle jagada väiksemateks andmeteks. Selle põhjuseks on asjaolu, et Interneti (ja enamiku arvutivõrkude) kaudu saadetud teave on hallatavate tükkidena, mida nimetatakse pakettideks.
- Paketid saadetakse töötlemiseks transpordikihile. Igale neist on määratud pordi number. Paljud programmid on võimelised kasutama TCP/IP-protokolli paketti ja saatma sõnumeid. Peate teadma, milline sihtarvuti peaks sõnumi saama, kuna see kuulab konkreetset porti.
- Lisaks lähevad paketid IP tasemele. Siin saab igaüks neist sihtkoha aadressi (5.6.7.8).
- Nüüd, kui sõnumipakettidel on pordi number ja IP-aadress, on need valmis Interneti kaudu saatmiseks. Riistvaratase hoolitseb selle eest, et sõnumi teksti sisaldavad paketid muudetaks elektroonilisteks signaalideks ja edastataks sideliini kaudu.
- Teises otsas on Interneti-teenuse pakkujal otseühendus Internetiga. Ruuter kontrollib iga paketi sihtkoha aadressi ja määrab, kuhu see saata. Sageli on järgmine peatus teine ruuter.
- Lõpuks jõuavad paketid arvutisse 5.6.7.8. Siin algab nende töötlemine madalama kihi protokollidest ja liigub edasi.
- Kuna paketid läbivad kõrgemaid TCP/IP tasemeid, eemaldavad nad saatva arvuti lisatud marsruutimisteabe (nt IP-aadress ja pordi number).
- Kui sõnum jõuab ülemise kihi protokolli, komplekteeritakse paketid uuesti nende algsel kujul.
Kodune Internet
Seega kõik ül altoodu selgitab, kuidas paketid liiguvad ühest arvutist teise WAN-i kaudu. Aga mis juhtub vahepeal? Kuidas Internet tegelikult töötab?
Kaaluge füüsilist ühendust telefonivõrgu kaudu telekommunikatsiooniteenuse pakkujaga. See nõuab ISP tööpõhimõtteid. Teenusepakkuja loob oma klientide jaoks modemikogumi. Tavaliselt on see ühendatud spetsiaalse arvutiga, mis juhib andmevoo suunda modemist Interneti magistraalliini või spetsiaalsesse ruuterisse. Seda seadistust võib nimetada pordiserveriks, kuna see haldab juurdepääsu võrgule. Samuti kogub see teavet kasutusaja ning saadetud ja vastuvõetud andmete hulga kohta.
Pärast seda, kui paketid läbivad telefonivõrgu ja teenusepakkuja kohalikke seadmeid, saadetakse need pakkuja magistra altorusse või tema poolt liisitud osa ribalaiusest. Siit liiguvad andmed tavaliselt läbi mitu ruuterit ja magistraalvõrku, püsiliine jne, kuni leiavad oma sihtkoha – arvuti aadressiga 5.6.7.8. Kodune Internet töötab nii. Aga kas oleks halb, kui kasutaja teaks oma pakettide täpset marsruuti läbi globaalse võrgu? See on võimalik.
Traceroute
Kui loote Interneti-ühenduse arvutist, kus töötab Microsoft Windows või mõni Unixi variatsioon, tuleb kasuks veel üks mugav programm. Seda nimetatakse Traceroute'iks ja see tähistab seda teedpaketid läbivad, jõudes kindlale IP-aadressile. Nagu ping, tuleb seda käivitada käsure alt. Windowsis kasutage käsku tracert www.yahoo.com ja Unixis traceroute www.yahoo.com. Nagu ping, võimaldab utiliit sisestada domeeninimede asemel IP-aadresse. Traceroute prindib välja nimekirja kõigist ruuteritest, arvutitest ja muudest Interneti-üksustest, mida paketid peavad sihtkohta jõudmiseks läbima.
Infrastruktuur
Kuidas on Interneti magistraal tehniliselt korraldatud? See koosneb paljudest üksteisega ühendatud suurtest võrkudest. Neid suuri võrke nimetatakse võrguteenuse pakkujateks või NSP-deks. Näiteks UUNet, IBM, CerfNet, BBN Planet, PSINet, SprintNet jne. Need võrgud suhtlevad üksteisega liikluse vahetamiseks. Iga NSP nõuab ühendust kolme võrgupääsupunktiga (NAP). Nendes saab pakettliiklus liikuda ühest magistraalvõrgust teise. NSP-d on ühendatud ka linna MAE marsruutimisjaamade kaudu. Viimased täidavad sama rolli kui NAP, kuid on eraomandis. NAP-e kasutati algselt ülemaailmse võrguga ühenduse loomiseks. Nii MAE-d kui ka NAP-i nimetatakse Interneti-vahetuspunktideks või IX-ks. Võrgupakkujad müüvad ribalaiust ka väikestele võrkudele, näiteks Interneti-teenuse pakkujatele.
NSP aluseks olev infrastruktuur on keeruline skeem. Enamik võrguteenuse pakkujaid avaldab oma veebisaitidel võrguinfrastruktuuri kaarte, mida on lihtne leida. Kujutage realistlikult, kuidasInternet on üles seatud, oleks see selle suuruse, keerukuse ja pidev alt muutuva struktuuri tõttu peaaegu võimatu.
Marsruutimise hierarhia
Interneti toimimise mõistmiseks peate mõistma, kuidas paketid leiavad võrgu kaudu õige tee. Kas iga võrku ühendatud arvuti teab, kus teised arvutid asuvad? Või on paketid lihts alt "tõlgitud" igasse Interneti-masinasse? Vastus mõlemale küsimusele on eitav. Keegi ei tea, kus teised arvutid asuvad, ja pakette ei saadeta kõikidesse masinatesse korraga. Andmete sihtkohtadesse edastamiseks kasutatav teave sisaldub tabelites, mis on salvestatud igasse võrku ühendatud ruuterisse – see on veel üks Interneti mõiste.
Ruuterid on pakettkommutaatorid. Tavaliselt ühendavad nad võrkude vahel, et pakette nende vahel edastada. Iga ruuter teab oma alamvõrke ja milliseid aadresse nad kasutavad. Seade reeglina ei tea "ülemise" taseme IP-aadresse. Suured NSP magistraalid on ühendatud NAP-ide kaudu. Need teenindavad mitut alamvõrku ja need teenindavad veelgi rohkem alamvõrke. Allosas on ühendatud arvutitega kohalikud võrgud.
Kui pakett saabub ruuterisse, kontrollib viimane lähtemasina IP-protokollikihi poolt sinna pandud IP-aadressi. Seejärel kontrollitakse marsruutimistabelit. Kui IP-aadressi sisaldav võrk leitakse, saadetakse pakett sinna. Vastasel juhul järgib see vaikemarsruuti, tavaliselt võrguhierarhias järgmise ruuterini. Lootusega, et ta teab, kuhu pakk saata. Kui seda ei juhtu, tõusevad andmed seni, kuni need jõuavad NSP magistraalliini. Ülesvoolu ruuterid sisaldavad suurimaid marsruutimistabeleid ja see on koht, kus pakett saadetakse õigele magistraalvõrgule, kus see alustab oma "allapoole" teekonda.
Domeeninimed ja aadressilahendus
Aga mis siis, kui te ei tea selle arvuti IP-aadressi, millega soovite ühenduse luua? Mida teha, kui vajate juurdepääsu veebiserverile nimega www.anothercomputer.com? Kuidas brauser teab, kus see arvuti asub? Vastus kõigile neile küsimustele on DNS-i domeeninimeteenus. See Interneti-kontseptsioon viitab hajutatud andmebaasile, mis jälgib arvutite nimesid ja neile vastavaid IP-aadresse.
Paljud masinad on ühendatud DNS-i andmebaasi ja tarkvaraga, mis võimaldab teil sellele juurde pääseda. Neid masinaid tuntakse DNS-serveritena. Need ei sisalda kogu andmebaasi, vaid ainult selle alamhulka. Kui DNS-serveril ei ole teise arvuti taotletud domeeninime, suunab see selle teise serverisse.
Domeeninimeteenus on üles ehitatud IP-marsruutimisega sarnase hierarhiana. Nimelahendust taotlev arvuti suunatakse hierarhias "ülespoole", kuni leitakse DNS-server, mis suudab päringus oleva domeeninime lahendada.
Kui Interneti-ühendus on konfigureeritud (näiteks üle kohtvõrgu või Windowsis sissehelistamisühenduse kaudu), määratakse installimise ajal tavaliselt esmane ja üks või mitu teisest DNS-serverit. Seegakõik rakendused, mis vajavad domeeninime eraldusvõimet, saavad normaalselt töötada. Näiteks kui sisestate brauseris domeeninime, loob viimane ühenduse esmase DNS-serveriga. Pärast IP-aadressi saamist loob rakendus ühenduse sihtarvutiga ja taotleb soovitud veebilehte.
Ülevaade Interneti-protokollidest
Nagu varem TCP/IP-d käsitlevas osas märgitud, kasutatakse WAN-is palju protokolle. Nende hulka kuuluvad TCP, IP, marsruutimine, meedia juurdepääsu kontroll, rakenduskiht jne. Järgmised jaotised kirjeldavad mõnda olulisemat ja sagedamini kasutatavat protokolli. See võimaldab teil paremini mõista, kuidas Internet on korraldatud ja kuidas see töötab. Protokolle käsitletakse nende taseme kahanevas järjekorras.
HTTP ja ülemaailmne veeb
Üks enimkasutatavaid teenuseid Internetis on World Wide Web (WWW). Rakenduskihi protokoll, mis võimaldab WAN-i, on hüperteksti edastusprotokoll ehk HTTP. Seda ei tohiks segi ajada HTML-i hüperteksti märgistuskeelega, mida kasutatakse veebilehtede kirjutamiseks. HTTP on protokoll, mida brauserid ja serverid kasutavad üksteisega suhtlemiseks. See on rakenduskihi protokoll, kuna mõned programmid kasutavad seda üksteisega suhtlemiseks. Sel juhul on need brauserid ja serverid.
HTTP on ühenduseta protokoll. Kliendid (brauserid) saadavad serveritele päringuid veebielementide, näiteks lehtede ja piltide kohta. Pärast nende teenindamist ühenduslülitub välja. Iga päringu jaoks tuleb ühendus uuesti luua.
Enamik protokolle on ühendusele orienteeritud. See tähendab, et omavahel suhtlevad arvutid suhtlevad Interneti kaudu. HTTP aga ei ole. Enne kui klient saab teha HTTP-päringu, peab server looma uue ühenduse.
Interneti toimimise mõistmiseks peate teadma, mis juhtub URL-i sisestamisel veebibrauserisse:
- Kui URL sisaldab domeeninime, loob brauser esm alt ühenduse domeeninimeserveriga ja hangib vastava IP-aadressi.
- Seejärel loob brauser ühenduse serveriga ja saadab soovitud lehe
- Server võtab päringu vastu ja kontrollib õiget lehte. Kui see on olemas, saatke see. Kui server ei leia soovitud lehte, saadab see HTTP 404 tõrketeate. (404 tähendab lehte ei leitud, seda teab ilmselt igaüks, kes on veebisaite sirvinud).
- Brauser võtab küsitu vastu ja ühendus suletakse.
- Seejärel sõelub brauser lehe ja otsib muid selle lõpetamiseks vajalikke elemente. Tavaliselt on need pildid, apletid jne.
- Iga elemendi puhul loob brauser serveriga täiendavaid ühendusi ja
- Kui kõik pildid, apletid jne on laadimise lõpetanud, laaditakse leht brauseriaknas täielikult.
Telneti kliendi kasutamine
Telnet on Internetis kasutatav kaugterminali teenus. Selle kasutamine on vähenenud, kuid see on kasulik tööriist globaalse võrgu uurimiseks. Windowsis leiate programmi süsteemikataloogist. Pärast selle käivitamist peate avama menüü "Terminal" ja valima seadete aknas Local Echo. See tähendab, et näete oma HTTP-päringut selle sisestamisel.
Valige menüüs "Ühendus" üksus "Kaugsüsteem". Järgmisena sisestage hostinimeks www.google.com ja pordi jaoks 80. Vaikimisi kuulab veebiserver seda porti. Pärast nupul Ühenda klõpsamist peate sisestama GET/HTTP/1.0 ja vajutama kaks korda sisestusklahvi.
See on lihtne HTTP-päring veebiserverile selle juurlehe hankimiseks. Kasutaja peaks seda nägema ja seejärel ilmub dialoogiboks, mis teatab, et ühendus on katkenud. Kui soovite allalaaditud lehe salvestada, peate logimise lubama. Seejärel saate vaadata veebilehte ja selle loomiseks kasutatud HTML-i.
Enamik Interneti-protokolle, mis määravad Interneti toimimise, on kirjeldatud dokumentides, mida nimetatakse kommentaaride päringuks või RFC-ks. Neid võib leida Internetist. Näiteks HTTP versiooni 1.0 kirjeldab RFC 1945.
Rakendusprotokollid: SMTP ja e-post
Teine laialdaselt kasutatav Interneti-teenus on e-post. See kasutab rakenduskihi protokolli, mida nimetatakse lihtsaks meiliedastusprotokolliks ehk SMTP-ks. See on samuti tekstiprotokoll, kuid erinev alt HTTP-st on SMTP ühendusele orienteeritud. Lisaks on see ka keerulisem kui HTTP. SMTP-s on rohkem käske ja aspekte kui
E-posti kliendi lugemiseks avamisele-kirjad lähevad tavaliselt järgmiselt:
- E-posti klient (Lotus Notes, Microsoft Outlook jne) avab ühenduse vaikepostiserveriga, mille IP-aadress või domeeninimi tavaliselt installimise ajal konfigureeritakse.
- Meiliserver saadab enda tuvastamiseks alati esimese sõnumi.
- Klient saadab SMTP HELO käsu, millele saab vastuse 250 OK.
- Sõltuv alt sellest, kas klient kontrollib või saadab kirju jne, saadetakse serverile sobivad SMTP-käsud, et see saaks vastav alt vastata.
See päringu/vastuse tehing jätkub seni, kuni klient saadab QUIT-käsu. Seejärel jätab server hüvasti ja ühendus suletakse.
Edasijuhtimisprotokoll
Protokollivirna rakenduskihi all on TCP-kiht. Kui programmid avavad ühenduse teise arvutiga, edastatakse nende saadetud sõnumid virnast TCP-kihile. Viimane vastutab rakendusprotokollide suunamise eest sihtarvuti vastavasse tarkvarasse. Selleks kasutatakse pordinumbreid. Porte võib pidada iga arvuti eraldi kanaliteks. Näiteks e-kirjade lugemise ajal saate samal ajal veebi sirvida. Seda seetõttu, et brauser ja meiliklient kasutavad erinevaid pordinumbreid. Kui pakett saabub arvutisse ja jõuab protokollipinust üles, määrab TCP kiht, milline programm paketi vastu võtab.pordi number.
Mõnede kõige sagedamini kasutatavate Interneti-teenuste pordinumbrid on loetletud allpool:
- FTP – 20/21.
- Telnet – 23.
- SMTP – 25.
- HTTP – 80.
Transpordiprotokoll
TCP töötab järgmiselt:
- Kui TCP-kiht võtab vastu rakenduskihi protokolliandmed, jagab see need hallatavateks "tükkideks" ja lisab seejärel igaühele neist päise teabega pordi numbri kohta, kuhu andmed tuleks saata.
- Kui TCP-kiht võtab vastu paketi madalam alt IP-kihilt, eemaldatakse paketist päiseandmed. Vajadusel saab neid taastada. Seejärel saadetakse andmed pordi numbri alusel nõutavasse rakendusse.
Nii liiguvad sõnumid protokollivirnas üles õigele aadressile.
TCP ei ole tekstipõhine protokoll. See on ühendusele orienteeritud usaldusväärne baidiedastusteenus. Ühendusele orienteeritud tähendab, et kaks TCP-d kasutavat rakendust peavad enne andmete vahetamist ühenduse looma. Transpordiprotokoll on usaldusväärne, kuna iga vastuvõetud paketi kohta saadetakse saatjale kättetoimetamise kinnitus. TCP päis sisaldab ka kontrollsummat, et kontrollida vastuvõetud andmetes vigu.
Transpordiprotokolli päises pole IP-aadressi jaoks ruumi. Selle põhjuseks on asjaolu, et selle ülesanne on tagada rakenduskihi andmete usaldusväärne vastuvõtt. Andmete ülekandmist arvutite vahel teostab IP.
Interneti-protokoll
BErinev alt TCP-st on IP ebausaldusväärne ühenduseta protokoll. IP-l pole vahet, kas pakett jõuab sihtkohta või mitte. IP ei tea ka ühendusi ja pordinumbreid. IP-ülesanne on saata andmeid teistele arvutitele. Paketid on iseseisvad üksused ja võivad saabuda korrast ära või ei pruugi üldse sihtkohta jõuda. TCP ülesanne on veenduda, et andmed võetakse vastu ja asuvad õigesti. Ainus, mis IP-l on TCP-ga ühist, on see, kuidas see andmeid vastu võtab ja TCP-andmetele oma IP-päise teabe lisab.
Rakenduskihi andmed segmenteeritakse transpordiprotokolli kihis ja lisatakse TCP päisega. Järgmisena moodustatakse pakett IP tasemel, sellele lisatakse IP päis ja seejärel edastatakse see üle globaalse võrgu.
Kuidas Internet töötab: raamatud
Algajatele kasutajatele on sellel teemal saadaval ulatuslik kirjandus. Sari "For Dummies" on lugejate seas populaarne. Kuidas Internet töötab, saate õppida raamatutest "Internet" ja "Kasutajad ja Internet". Need aitavad teil kiiresti teenusepakkujat valida, võrguga ühenduse luua, õpetavad brauserit kasutama jne. Algajatele on raamatud ülemaailmse võrgu jaoks kasulikud juhendid.
Järeldus
Nüüd peaks olema selge, kuidas Internet töötab. Aga kaua see nii jääb? Varem kasutatud IP versioon 4, mis lubas ainult 232 aadressi, on asendatud IPv6-ga 2128 teoreetiliselt võimaliku aadressiga. Internet on alates selle loomisest USA kaitseministeeriumi uurimisprojektina kaugele jõudnud. Keegi ei tea, mis temast saab. Üks on kindel: Internet ühendab maailma nagu ükski teine mehhanism. Infoajastu on täies hoos ja selle tunnistajaks on suur rõõm.
