Как работает интернет? Как связаны интернет провайдеры? Простое объяснение сложной технологии.

Интернет — это глобальная система взаимосвязанных компьютерных сетей, которая позволяет устройствам по всему миру обмениваться информацией.

Чтобы понять, как он работает, давайте разберем его шаг за шагом на простых примерах.

Подписывайтесь на мой канал в Телеграмм, чтобы ничего не пропустить.

Основные понятия и идеи

1. Что такое интернет?

Интернет — это нечто вроде огромной «всемирной паутины» (World Wide Web), соединяющей миллиарды устройств. Это не единое устройство или сервер, а совокупность множества сетей, которые связаны между собой.

Пример: Представьте, что интернет — это сеть дорог, которые соединяют города (устройства и сервера). Каждый город может отправлять и получать сообщения от других городов.

2. Как передаются данные?

Вся информация в интернете передается в виде небольших «пакетов» данных. Эти пакеты — это как письма, в которых указаны:

• Адрес отправителя.
• Адрес получателя.
• Часть содержимого (например, кусочек видео, текста или изображения).

Пример: Ты хочешь отправить другу фотографию. Эта фотография «разрезается» на множество маленьких частей (пакетов), которые отправляются по сети. Пакеты могут двигаться разными путями, но в конечном итоге они собираются у друга обратно в единое изображение.

Основные компоненты интернета

1. Устройства

Устройства — это телефоны, компьютеры, планшеты и т. д., которые подключаются к интернету.

Пример: Когда ты открываешь браузер на телефоне и вводишь адрес сайта, твой телефон становится участником интернет-коммуникации.

2. Серверы

Серверы — это мощные компьютеры, которые хранят данные (например, веб-сайты, видео, файлы) и передают их по запросу.

Пример: Когда ты вводишь в браузере «example.com», твой запрос отправляется на сервер, где находится этот сайт, и сервер возвращает тебе его содержимое.

3. IP-адреса

Каждое устройство в интернете имеет уникальный адрес — IP-адрес (например, 192.168.1.1). Это как почтовый адрес для дома, который нужен, чтобы доставить данные.

Пример: Если ты хочешь отправить письмо другу, ты должен знать его адрес. Точно так же устройства в интернете используют IP-адреса, чтобы найти друг друга.

4. DNS (Система доменных имен)

Людям легче запоминать названия, а не числа. DNS работает как переводчик: он преобразует адреса сайтов (например, «example.com») в IP-адреса (например, «93.184.216.34»).

Пример: Представь, что у тебя есть телефонный справочник. Ты ищешь имя друга (название сайта), чтобы узнать его номер телефона (IP-адрес).

5. Протоколы

Протоколы — это стандартизированные наборы правил и инструкций, определяющие, как устройства в сети обмениваются данными. Они обеспечивают согласованность и надежность передачи информации, независимо от типа устройств или расстояния между ними. Каждый протокол выполняет свою задачу, формируя основу для передачи данных в интернете.

Протоколы работают на разных уровнях модели OSI (Open Systems Interconnection) или модели TCP/IP, каждый из которых отвечает за определенные аспекты передачи данных.

Протоколы на разных уровнях:

1. Физический уровень и уровень канала данных (1-2): Здесь определяются правила передачи данных по физическим каналам связи (например, кабелям, Wi-Fi).
Примеры: Ethernet, Wi-Fi (802.11).

Пример: Это как дорожное покрытие и разметка, по которым движутся автомобили.

2. Сетевой уровень (3): Отвечает за адресацию и маршрутизацию данных между устройствами.
Примеры: IP (Internet Protocol), ICMP (для проверки соединения, например, ping).

Пример: Это как карты и указатели, которые помогают автомобилям добраться до нужного города (устройства).

3. Транспортный уровень (4): Обеспечивает надежную доставку данных и контроль ошибок.
Примеры: TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol).

Пример: Это как курьерская служба, которая проверяет, все ли посылки доставлены, или, наоборот, просто отправляет их без проверки.

4. Прикладной уровень (5-7):Здесь работают протоколы, которые взаимодействуют с пользователями и приложениями.
Примеры: HTTP/HTTPS (для веб-страниц), FTP (для передачи файлов), SMTP (для отправки писем), DNS (для преобразования доменов в IP-адреса).

Пример: Это как интерфейс для пользователей, где они могут увидеть и взаимодействовать с информацией.

Важные протоколы интернета:

1. IP (Internet Protocol) — интернет-протокол: Основной протокол, который определяет, как данные (пакеты) передаются по сети.
IP отвечает за адресацию: каждый пакет данных имеет "адрес отправителя" и "адрес получателя" (IP-адреса).
Существует две версии протокола: IPv4 — наиболее широко используемая версия (адреса, например, 192.168.1.1).
IPv6 — новая версия, которая решает проблему нехватки адресов (например, 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334).
Пример: IP — это как почтовая служба, которая доставляет письма по определенным адресам.

2. TCP (Transmission Control Protocol) — протокол управления передачей: TCP работает вместе с IP (вместе они формируют стек TCP/IP).
Гарантирует надежную доставку данных: проверяет, что все пакеты прибыли к получателю в правильном порядке и без ошибок.
Если пакет теряется, TCP запрашивает его повторную отправку.
Используется для приложений, где важна точность передачи (например, загрузка файлов, просмотр веб-страниц).
Пример: TCP — это как курьер, который проверяет, что все страницы книги доставлены в правильном порядке.

3. UDP (User Datagram Protocol) — протокол датаграмм пользователя: Альтернатива TCP, но менее надежный.
UDP не проверяет, доставлены ли все пакеты, и не гарантирует их порядок.
Используется для приложений, где важна скорость, а не точность (например, потоковое видео, онлайн-игры, голосовые вызовы через интернет).
Пример: UDP — это как отправка открыток, где не важно, если одна из них потеряется.

4. HTTP (HyperText Transfer Protocol) — протокол передачи гипертекста: Протокол, который используется для передачи данных между браузером и веб-сервером.
Работает на основе запросов и ответов: браузер запрашивает страницу, сервер отправляет её содержимое (HTML, изображения, видео и т. д.).
Пример: HTTP — это как посетитель, который запрашивает меню в ресторане, а сервер — это официант, который приносит заказ.

5. HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure) — защищенный протокол передачи гипертекста: Расширение HTTP, которое добавляет шифрование благодаря использованию протокола TLS (Transport Layer Security).
HTTPS защищает данные от перехвата и изменения, что особенно важно при передаче конфиденциальной информации (например, при оплате онлайн).
Пример: HTTPS — это как запечатанный конверт, который защищает письмо от посторонних глаз.

6. FTP (File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов: Используется для загрузки и передачи файлов между устройствами.
Подходит для перемещения больших объемов данных между серверами и клиентами.
Современные альтернативы, такие как SFTP (Secure FTP), добавляют шифрование для повышения безопасности.
Пример: FTP — это как грузовик, который перевозит коробки с файлами между складами.

7. DNS (Domain Name System) (тут повторяюсь - но это тоже протокол)— система доменных имен: Протокол, который преобразует понятные для человека адреса (например, www.google.com) в IP-адреса (например, 142.250.190.14).
Без DNS пользователи должны были бы вводить IP-адреса для доступа к сайтам.
Пример: DNS — это как телефонный справочник, который переводит имя человека в его номер телефона.

8. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол отправки почты: Используется для отправки электронных писем.
Работает в сочетании с другими протоколами (например, POP3 или IMAP) для получения писем.
Пример: SMTP — это как почтальон, который отправляет письма адресатам.

9. IMAP (Internet Message Access Protocol) и POP3 (Post Office Protocol): Эти протоколы отвечают за получение электронных писем.
IMAP: Позволяет синхронизировать почту между устройствами (например, телефон, планшет и компьютер).
POP3: Загружает письма с сервера на устройство и обычно удаляет их с сервера.
Пример: IMAP — это как доступ к электронной почте через облако, а POP3 — это скачивание копии писем на компьютер.

10. TLS/SSL (Transport Layer Security / Secure Sockets Layer): Протоколы, которые обеспечивают шифрование данных для защиты от перехвата.
Используются например в HTTPS, где требуется безопасная передача данных.
Пример: TLS/SSL — это как замок на сейфе, который защищает данные от взлома.

Пример:

Протоколы — это как дорожные правила. Они определяют, как автомобили (данные) должны двигаться по дорогам (сети), чтобы избежать хаоса и аварий. Например, IP указывает, куда ехать, TCP проверяет, все ли пассажиры (пакеты) добрались до места, а HTTPS шифрует автомобиль, чтобы никто не мог заглянуть внутрь. Каждый протокол выполняет свою функцию, обеспечивая согласованную и безопасную работу интернета.

Как работает интернет на практике?

Пример 1: Открытие веб-сайта

1. Ты вводишь в браузере адрес сайта, например, «example.com».

2. Твой компьютер отправляет запрос на сервер DNS, чтобы узнать IP-адрес сайта.

3. После получения IP-адреса твой компьютер отправляет запрос на сервер с этим адресом.

4. Сервер обрабатывает запрос и отправляет обратно данные (например, HTML-код страницы).

5. Браузер отображает страницу.

Пример 2: Отправка сообщения

1. Ты пишешь сообщение в мессенджере и нажимаешь «Отправить».

2. Сообщение разбивается на пакеты данных и отправляется на сервер мессенджера.

3. Сервер передает пакеты адресату, который их «собирает» обратно в сообщение.

Как интернет работал раньше?

1. Начало интернета

Интернет начал развиваться в 1960-х годах как проект ARPANET. Изначально он был создан для военных и ученых, чтобы обмениваться данными между несколькими компьютерами. Соединение было медленным, и использовались телефонные линии.

Пример: Представь, что у тебя есть два компьютера, соединенные проводом. Ты можешь отправить текстовое сообщение с одного на другой. Так выглядел интернет в самом начале.

2. Эволюция

• В 1980-х интернет стал доступен университетам и исследовательским центрам.
• В 1990-х с появлением World Wide Web (WWW) интернет стал массовым.
• В 2000-х интернет стал доступен для пользователей по всему миру благодаря Wi-Fi и мобильным сетям.

Раньше интернет был очень медленным (модемы на скорости 56 Кбит/с), и страницы загружались долго. Сегодня мы используем высокоскоростное соединение.

Интернет-провайдеры

1. Интернет-провайдеры: локальные и глобальные

Провайдеры (ISP — Internet Service Providers) играют роль связующего звена между пользователями и глобальной сетью интернет. Однако сами провайдеры не существуют в вакууме — они также должны быть соединены друг с другом, чтобы данные могли перемещаться от одного пользователя или сети к другому.

Типы провайдеров:

• Локальные провайдеры (Tier 3): Это компании, которые предоставляют интернет-услуги конечным пользователям (домам, офисам, организациям). Например, это может быть ваш домашний интернет-провайдер.
• Региональные провайдеры (Tier 2): Эти компании предоставляют услуги локальным провайдерам и подключены к более крупным сетям. Они могут обслуживать целые регионы.
• Глобальные провайдеры или магистральные сети (Tier 1): Это огромные компании, которые владеют основными "магистралями" интернета — оптоволоконными линиями, соединяющими страны и континенты. Эти провайдеры обычно не платят за доступ к другим сетям, потому что они обмениваются трафиком на взаимовыгодных условиях.

2. Как провайдеры соединяются друг с другом?

Есть два основных способа, как провайдеры обмениваются данными:

1. Пиринговые соглашения (peering):

Это взаимный обмен трафиком между сетями без оплаты. Два провайдера (или больше) договариваются подключиться друг к другу напрямую, чтобы обмениваться данными.
Обычно это делается, если объем трафика между сетями примерно равен.
Например, если два провайдера обслуживают соседние регионы, они могут установить прямую связь, чтобы данные шли быстрее.
Пример: Представьте два соседних города. Вместо того чтобы отправлять письмо через столицу (где находится магистраль), местные операторы прокладывают прямую линию между городами.

2. Транзитные соглашения (transit):

Если одна сеть хочет подключиться к глобальной сети (например, к Tier 1 провайдеру), она платит за доступ. Это называется "транзитом".
Транзитные провайдеры предоставляют своим клиентам доступ ко всем остальным сетям, к которым они подключены.
Пример: Локальный провайдер в небольшом городе может платить крупному Tier 2 провайдеру за доступ к более обширной сети.

3. Интернет-обменники (IXP)

Для оптимизации взаимодействия между провайдерами создаются специальные точки обмена интернет-трафиком — Internet Exchange Points (IXP). Это физические центры, где множество провайдеров подключаются друг к другу, чтобы обмениваться данными.

• Зачем нужны IXP?

Чтобы сократить задержки (данные передаются быстрее, потому что идут напрямую).

Чтобы снизить расходы (не нужно платить за транзит через магистральную сеть).

Чтобы уменьшить нагрузку на магистральные линии.

Пример: Представьте большой рынок, где производители (провайдеры) обмениваются товарами (трафиком) напрямую, а не через посредников.

4. Магистральные сети и глобальные кабели

На самом высоком уровне интернет строится на магистральных сетях, которые соединяют страны и континенты. Это огромные оптоволоконные кабели, проложенные под землей и под водой.

• Подводные кабели: Большая часть международного интернет-трафика передается через подводные кабели, протянутые по дну океанов. Эти кабели соединяют континенты, например, Европу и Америку.
• Наземные магистрали: Это высокоскоростные линии связи между крупными городами внутри стран.

Пример: Представьте себе железнодорожные пути, которые соединяют большие города по всему миру. Через эти пути передаются все "грузы" интернета.

5. Кто "контролирует" интернет?

Никто не владеет интернетом целиком. Это децентрализованная система. Однако есть организации, которые координируют работу интернета:

• ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers): Управляет доменными именами (например, .com, .org) и IP-адресами.
• IETF (Internet Engineering Task Force): Разрабатывает технические стандарты интернета.

Провайдеры договариваются между собой и заключают соглашения, чтобы обеспечить работу интернета. Если один провайдер решит отключиться от другого, это может повлиять на маршруты, но интернет в целом будет продолжать работать.

6. Почему это важно?

Связь между провайдерами определяет:

• Скорость загрузки данных.
• Задержки (латентность).
• Стоимость интернета.

Если связь между провайдерами плохая (например, из-за перегрузки или разрыва подводного кабеля), это может замедлить интернет или сделать его недоступным для целых регионов.

7. Пример взаимодействия провайдеров

1. Ты находишься дома и смотришь видео на YouTube.

2. Твой локальный провайдер передает запрос на серверы YouTube.

3. Если серверы YouTube находятся далеко (например, в другой стране), запрос идет через сеть регионального провайдера и далее через магистральную сеть.

4. Магистральная сеть передает данные на сервер YouTube (или ближайший дата-центр), и видео отправляется обратно по тому же пути.

7.1. Пример взаимодействия провайдеров с VPN

1. Ты включаешь VPN.

Когда ты запускаешь VPN, твое устройство подключается к серверу VPN, который может находиться в другой стране.

С этого момента все твои данные сначала проходят через этот сервер. Локальный интернет-провайдер видит только зашифрованный трафик, направленный на сервер VPN, но не знает, что ты делаешь в интернете (например, смотришь YouTube).

2. Ты заходишь на YouTube и запускаешь видео.

Теперь мы посмотрим, как изменяется путь данных:

1. Твой компьютер/телефон отправляет запрос на сервер VPN.

Вместо того чтобы сразу обращаться к YouTube, твой запрос сначала направляется на сервер VPN.
Трафик между твоим устройством и сервером VPN зашифрован, поэтому провайдер или другие посредники не могут видеть содержимое трафика.
Пример: Представь, что ты отправляешь письмо, но сначала прячешь его в запечатанный конверт и передаешь посреднику (VPN), который затем отправляет письмо от своего имени.

2. Сервер VPN отправляет запрос на YouTube.

Теперь сервер VPN от твоего имени обращается к серверам YouTube. Для YouTube это выглядит так, словно запрос пришел от VPN-сервера, а не от твоего устройства.
Если сервер VPN находится в другой стране, YouTube будет думать, что ты находишься в этой стране. Это позволяет, например, получить доступ к контенту, который заблокирован в твоем регионе.
Пример: VPN — это как агент, который отправляет письмо от своего имени, скрывая, кто его настоящий автор.

3. YouTube обрабатывает запрос и отправляет видео на сервер VPN.

Сервер YouTube отправляет видеоданные не напрямую к твоему устройству, а на сервер VPN, потому что он думает, что запрос пришел оттуда.
Данные передаются по магистральной сети через провайдеров VPN-сервера.

4. Сервер VPN пересылает видео тебе.

Когда сервер VPN получает видеоданные, он зашифровывает их и отправляет обратно на твое устройство через зашифрованное соединение.
Твой локальный провайдер снова видит только зашифрованный трафик, но не знает, что ты смотришь YouTube.
Пример: Агент (VPN) получает ответное письмо от YouTube, помещает его в защищенный конверт и передает тебе.

Как это влияет на работу провайдеров?

1. Твой локальный провайдер:

Вместо того чтобы видеть, что ты отправляешь запрос на YouTube, он видит только зашифрованный поток данных, направленный на сервер VPN.
Провайдер не знает, какие сайты ты посещаешь или что ты смотришь.

2. Серверы VPN:

Сервер VPN становится посредником между тобой и YouTube. Это увеличивает нагрузку на провайдера, который обслуживает сервер VPN, потому что через него проходит весь трафик.

3. Магистральные сети:

Если сервер VPN находится далеко от тебя (например, в другой стране), данные могут проходить через большее количество магистральных сетей. Это может увеличить задержки, но также позволяет обойти региональные ограничения.

4. Серверы YouTube:

Для YouTube твой IP-адрес — это адрес VPN-сервера. Это может повлиять на доступность контента (например, ты сможешь смотреть видео, доступные только в другой стране).

Проблемы и ограничения

При использовании VPN могут возникать различные проблемы и ограничения, связанные как с техническими аспектами работы VPN, так и с политикой интернет-провайдеров, сервисов и самих VPN. Ниже приведен список основных и дополнительных проблем, включая ранее упомянутые и новые, такие как DPI, блокировки и другие.

1. Скорость:

• VPN может замедлить соединение, так как данные сначала передаются на сервер VPN, а затем на конечный сервер (например, YouTube).
• Скорость также зависит от качества соединения между VPN-сервером и магистральной сетью. Если сервер находится далеко, это может вызвать дополнительные задержки.
• Если ты используешь бесплатный или перегруженный VPN-сервер, скорость может существенно снижаться.

Пример: Если сервер VPN находится в другой стране, твои данные могут проходить через большее количество промежуточных серверов, что увеличивает время загрузки.

2. Нагрузка на сервер VPN:

• Если сервер VPN перегружен (например, его используют слишком много пользователей одновременно), это может замедлить передачу данных.
• Бесплатные VPN-сервисы, как правило, имеют ограниченные ресурсы, что приводит к снижению скорости и доступности соединения.

Пример: Бесплатные VPN часто ограничивают количество пользователей на сервере, но при этом серверы могут быть переполнены, что снижает качество соединения.

3. Задержки (пинг):

• Если сервер VPN находится далеко от твоего физического местоположения, это может увеличить задержки (высокий пинг), особенно для потокового видео, онлайн-игр или видеозвонков.
• Задержки связаны с тем, что трафик проходит через дополнительные узлы (серверы VPN), увеличивая физическое расстояние.

Пример: Если ты подключаешься к серверу VPN в США из Европы, задержки могут быть заметными, особенно для приложений, требующих низкого пинга.

4. Доверие к VPN:

• Все твои данные проходят через сервер VPN. Если VPN небезопасен или ненадежен, твои данные могут быть уязвимы.
• Некоторые бесплатные VPN могут продавать твои данные третьим лицам или внедрять рекламу.

Пример: Бесплатные VPN-сервисы, такие как "Hola VPN", ранее были замечены в продаже пользовательского трафика другим компаниям.

5. DPI (глубокий анализ пакетов):

• Провайдеры могут использовать DPI (Deep Packet Inspection) для анализа трафика, даже если он зашифрован.
• DPI может обнаруживать характерные признаки трафика VPN (например, паттерны заголовков пакетов, размер и частоту) и замедлять или блокировать его.
• DPI также может определять тип трафика (например, потоковое видео YouTube) и применять к нему ограничения, даже если ты используешь VPN.

Пример: Провайдер может не знать, что ты смотришь YouTube через VPN, но DPI может определить, что данные относятся к видеопотоку, и замедлить его.

6. Блокировка VPN:

• Некоторые провайдеры или государственные органы могут активно блокировать использование VPN.
• Это делается путем блокировки известных IP-адресов VPN-серверов или анализа протоколов VPN.
• В странах с ограничениями интернета, таких как Китай, Россия или Иран, использование VPN может быть затруднено или запрещено.

Пример: В Китае "Большой китайский файрвол" активно блокирует большинство стандартных VPN-протоколов (например, OpenVPN) и IP-адресов известных VPN-сервисов.

7. Обнаружение протоколов VPN:

• Провайдер может анализировать трафик и пытаться определить, какой протокол VPN используется (например, OpenVPN, WireGuard, IPSec).
• Если протокол обнаружен, провайдер может замедлить соединение, разорвать его или полностью заблокировать.

Пример: Некоторые провайдеры могут блокировать определенные порты, используемые VPN-протоколами, например порт 1194 для OpenVPN.

8. Ограничение пропускной способности (throttling):

• Провайдеры могут намеренно ограничивать скорость для определенных типов трафика (например, видеопотоков или P2P).
• Это может происходить даже при использовании VPN, если провайдер ограничивает весь трафик, поступающий от твоего устройства.

Пример: Если ты регулярно используешь большое количество данных, провайдер может ограничить скорость для всего твоего подключения, независимо от того, используешь ты VPN или нет.

9. Конфликт с алгоритмами оптимизации трафика:

• Провайдеры используют локальные серверы кэширования (например, для YouTube или Netflix), чтобы ускорить доступ к контенту.
• VPN обходит эти серверы, так как весь трафик идет через удаленный VPN-сервер, что увеличивает время загрузки.

Пример: Если ты используешь VPN, видео на YouTube может загружаться из другого региона, а не из локального кэш-сервера.

10. Ограничения на стороне YouTube (или других сервисов):

• Некоторые сервисы, такие как YouTube, могут обнаруживать использование VPN.
• Если много пользователей подключаются к YouTube через один и тот же VPN-сервер, платформа может ограничить скорость для этого IP-адреса или запросить дополнительную верификацию.

Пример: Если YouTube видит подозрительную активность с IP-адреса VPN, он может временно замедлить скорость видео для всех пользователей этого сервера.

11. Лимиты со стороны VPN-провайдера:

• Некоторые VPN-сервисы накладывают ограничения на пропускную способность или скорость, особенно если они бесплатные.
• Ограничения также могут возникать из-за перегрузки серверов VPN.

Пример: Бесплатные VPN часто ограничивают скорость до 1-2 Мбит/с, что делает просмотр видео в высоком разрешении невозможным.

Заключение

Провайдеры связаны через сложную систему прямых подключений (пирингов) и транзитных соглашений, а также через точки обмена трафиком и магистральные сети.

Эта структура похожа на глобальную транспортную систему, где данные — это пассажиры, путешествующие через сеть дорог, мостов и туннелей. Несмотря на сложность, интернет остается гибкой и децентрализованной системой, что делает его устойчивым и масштабируемым.

Интернет — это сложная, но удивительная система, которая соединяет весь мир. Он работает благодаря взаимодействию устройств, серверов, протоколов и сетей. Представь себе его как почту, телефонную сеть и библиотеку одновременно. Сегодня интернет стал гораздо быстрее и доступнее, чем раньше, и продолжает развиваться.

Поддержать блог можно лайком и комментарием. А если хочется сделать больше, можно кинуть монетку на кофе.

Раз вы прочитали эту статью, скорее всего вам будет интересен весь раздел про Анонимность в сети.

Если Вам интересно, что еще можно найти на канале QA Helper, прочитайте статью: Вместо оглавления. Что вы найдете на канале QA Helper - справочник тестировщика?

Не забудьте подписаться на канал, чтобы не пропустить полезную информацию: QA Helper - справочник тестировщика

Пишите в комментариях что еще было бы интересно рассмотреть более подробно.