Video Thumbnail

КАК УСТРОЕН ИНТЕРНЕТ. НАЧАЛО

Alek OS41:58
https://www.youtube.com/watch?v=tRijLaXxSwU

Содержание

Краткое резюме

  • Интернет возник из военной задачи США создать устойчивую сеть связи, невосприимчивую к ядерным ударам.
  • Идея передачи данных пакетами, предложенная Полом Бэроном, стала основой для ARPANET, первого прототипа интернета.
  • Позже интернет перешёл из военной в научную среду, а затем был коммерциализирован и стал глобальной сетью для всех.
  • Основу адресации в интернете составляют два типа адресов: MAC — уникальный физический адрес сетевого интерфейса, и IP — виртуальный адрес устройства в глобальной сети.
  • IP-адресация позволяет объединять множество локальных сетей в единую глобальную систему, а маршрутизаторы передают пакеты по кратчайшему пути.
  • Протоколы DHCP и ARP обеспечивают динамическое получение IP-адресов и сопоставление IP с MAC-адресами.
  • Из-за роста числа устройств был введён протокол IPv6 с расширенным форматом адресов, сменивший IPv4.
  • DNS-система обеспечивает преобразование доменных имён в IP-адреса и обеспечивает удобство работы с интернетом.

Возникновение интернета: от военных задач до научной сети 🌐

Интернет родился в контексте Холодной войны в США, где возникла необходимость создать надёжную и безопасную сеть связи, устойчивая к разрушениям, включая ядерные удары. Министерство обороны США поставило задачу создать сеть, которая не могла бы быть легко разрушена.

Идея передачи данных по небольшим фрагментам — пакетам, предложенная Полом Бэроном, стала революционной. Данные разбивались на пакеты, которые передавались разными маршрутами между компьютерами, называемыми хостами, через промежуточные узлы — импульсно-мультиплексорные машины (IMP). Приёмник собирал исходное сообщение из разных пакетов.

Этот прототип сети получил название ARPANET, и 29 октября 1969 года было отправлено первое сообщение по сети между двумя институтами, находящимися на расстоянии 640 км друг от друга. Хотя изначально передача сообщения шла с ошибками, вскоре неполадки были устранены, и сеть успешно заработала.

Переход в научную и коммерческую среды

ARPANET быстро расширилась на университеты по всей территории США, предоставляя учёным возможность совместно и удалённо работать над научными проектами. Это существенно ускорило развитие технологий и науки.

Позже, поскольку ARPANET была военной сетью и доступ к ней строго контролировался, Национальный научный фонд США (NSF) создал сеть NSFNET, открытую для всех и постепенно вытеснившую закрытую ARPANET. В 1980–1990-х годах к интернету стали подключаться коммерческие компании, развивалась инфраструктура интернет-провайдеров. В результате интернет превратился в глобальный инструмент коммуникации доступный миллионам пользователей.

Адресация в интернете: MAC и IP-адреса 🖥️

Для передачи данных в локальной среде нужен уникальный физический идентификатор устройства — MAC-адрес. Это 48-битный адрес, где первые 24 бита — уникальный идентификатор производителя, а остальные 24 — номер устройства.

Однако для глобальной маршрутизации MAC-адресов недостаточно, потому что их сложнее агрегировать и искать в интернете с миллиардами устройств.

Решением стали IP-адреса — виртуальные адреса, позволяющие объединить множество локальных сетей. IP-адрес состоит из двух частей: адреса сети (подсети) и адреса хоста (устройства внутри сети). Этот принцип позволяет адресовать устройства и направлять пакеты по сети.

Таблицы коммутации и маршрутизаторы

В локальных сетях используется оборудование:

  • Хаб — просто ретранслирует кадры всем устройствам сети.
  • Коммутатор (Switch) — запоминает, какие Mac-адреса к каким портам подключены, и направляет кадры конкретным адресатам, что значительно повышает эффективность и безопасность.

Маршрутизаторы (роутеры) выступают "воротами" между подсетями и глобальной сетью, принимая IP-пакеты и направляя их по кратчайшему пути к устройству назначения.

Протоколы DHCP и ARP: динамическое присвоение адресов и сопоставление MAC с IP ⚙️

  • DHCP позволяет устройствам автоматически получать IP-адреса от сервера, избегая ручной настройки. Клиент DHCP отсылает широкий запрос, сервер отвечает предложением, клиент подтверждает выбор, и адрес закрепляется на время аренды. Есть возможность продления или отказа от IP.

  • ARP служит для получения MAC-адреса по известному IP-адресу внутри локальной сети. Запросы ARP — широковещательные, и при получении ответа MAC записывается в таблицу соответствия IP-MAC.

Таким образом, эти протоколы обеспечивают динамическое и автоматизированное функционирование сетей.

Проблема исчерпания адресов и переход на IPv6 🚀

Протокол IPv4 использует 32-битную адресацию, что ограничивает количество уникальных адресов примерно 4 млрд. С ростом интернета и подключением к нему не только ПК и смартфонов, но и бытовой техники, таких адресов стало недостаточно.

В 1992 году началась разработка протокола IPv6 с 128-битными адресами (16 байт), что позволяет создавать огромное количество уникальных адресов. IPv6 совместно с IPv4 используется до сих пор.

Формат IPv6 состоит из восьми 16-битных блоков, разделённых двоеточиями, с возможностью сокращения последовательностей нулей. Адреса делятся на глобальные, локальные и Link Local, аналогично IPv4, но имеют гораздо большую ёмкость.

Система доменных имён DNS: удобно и надёжно 🏷️

Для удобства пользователей введена система DNS, которая преобразует человеко-читаемые домены (например, example.ru) в IP-адреса. DNS — иерархическая, децентрализованная система, где корневой домен находится на вершине, ниже — домены первого и других уровней.

DNS-записи бывают разных типов:

  • A — IP-адрес для домена,
  • MX — почтовый сервер,
  • CNAME — псевдоним для одного IP,
  • PTR — обратное преобразование IP в домен.

Работа DNS включает рекурсивный и итеративный поиск, кеширование данных, что повышает скорость и надёжность.

Заключение: как передаётся пакет

Пакеты с данными, исходя из IP-адреса назначения, направляются маршрутизаторами по оптимальному пути между сетями, используя систему MAC- и IP-адресации, и протоколы DHCP и ARP для корректной работы адресации и доставки.

«Сила интернета заключается в удалённом обмене информацией, позволяющем не только общаться, но и обучаться, работать и развивать технологии.» 🌍✨