Статья, которую вы сейчас читаете прошла десятки тысяч километров, чтобы добраться до вашего компьютера, смартфона или планшета от центра данных Google, где она хранится. Интересно узнать как работает интернет? Тогда давайте углубимся в детали этого удивительного путешествия цифровых данных.
Статьи, видео, которые вы читаете или смотрите в интернете, хранятся в центре обработки данных, который может находиться за тысячи километров от вас. Как же эти данные попадают на ваш смартфон?
Использование спутников
Один из простых способов достичь этого использование спутников. Из центра обработки данных сигнал может быть отправлен на спутник через антенну, а затем на ваш смартфон, через другую антенну находящуюся рядом с вами.
Однако этот способ передачи сигналов не очень хорошая идея. Потому что спутник находится на расстоянии около 35 тысяч километров над земным экватором, поэтому для успешной передачи данных необходимо преодолеть в общей сложности 70 тысяч километров. Такое большое расстояние создает значительную задержку в приеме сигнала. Точнее это вызывает огромную задержку, которая неприемлема для большинства интернет-приложений. Но если эта статья доходит до вас не через спутник, то каким образом вы её читаете?
Оптоволоконные кабели
Это происходит благодаря сложной сети оптоволоконных кабелей, которые соединяют центр обработки данных и ваше устройство. Ваш смартфон может быть подключен к интернету через сотовую сеть или через маршрутизатор Wi-Fi, но в конечном итоге он подсоединяется к этой сети оптоволоконных кабелей.
Как вы помните, статья, которую вы сейчас читаете хранится в центре обработки данных, точнее она хранится на твердотельном накопителе в центре обработки данных. Этот твердотельный накопитель SSD выполняет функции внутренней памяти сервера.
Сервер это мощный компьютер задачей которого является предоставлением вам видео или любого другого хранимого контента по вашему запросу.
Задача состоит в том чтобы передать данные хранящиеся в центре обработки данных конкретно на ваше устройство через сложную сеть оптоволоконных кабелей. Давайте рассмотрим, как это происходит.
Прежде, чем продолжить мы должны уяснить, что представляет из себя IP-адрес. Каждое устройство подключенное к интернету будь-то сервер, компьютер или мобильный телефон четко идентифицируется строкой цифр, известной, как ip-адрес.
IP-адрес можно сравнить с почтовым адресом благодаря которому, мы можем безошибочно идентифицировать любой дом или квартиру. Письмо отправленное вам доходит до вас благодаря указанному на конверте почтовому адресу. Точно так же в мире интернета IP-адрес действует как адрес доставки, благодаря которому информация достигает пункта назначения. Ваш интернет провайдер, компания предоставляющая вам доступ в интернет, дает IP-адрес вашему устройству и вы всегда можете узнать какой IP-адрес у вашего смартфона или ноутбука.
Сервер в центре обработки данных также имеет свой IP-адрес. Сайты, которые хранятся на сервере, становятся доступными, если вы знаете IP-адрес сервера. Однако сайтов очень много и человеку трудно запомнить столько ip-адресов. Поэтому для решения этой проблемы используются доменные имена такие как youtube.com, rocksmith.ru и так далее.
Эти имена соответствуют IP-адресам, нам легче запомнить их чем длинную последовательность цифр. Однако, поскольку сервер может хранить несколько веб-сайтов одновременно, то все они не могут быть доступны по одному IP-адресу. В таких случаях требуются заголовки хоста дополнительная информация, которая используется для уникальной идентификации каждого веб-сайта на сервере.
Но для гигантских веб-сайтов таких как facebook.com или youtube.com вся инфраструктура центра обработки данных будет выделена для хранения конкретного веб-сайта. Для доступа в интернет мы всегда используем доменные имена вместо цифр ip-адресов, но как интернет соотносит наш запрос доменного имени с IP-адресом?
Для этого есть огромная телефонная книга называемая системой доменных имен или DNS, если вы знаете имя человека, но не знаете его телефонный номер вы можете просто найти его в телефонной книге. DNS-сервер предоставляет такую же услугу интернету. Ваш интернет провайдер или другие организации могут управлять dns сервером.
В итоге: как работает интернет
Итак, подведем итоги, вы вводите доменное имя и браузер отправляет запрос на dns сервер для получения соответствующего IP-адреса.
После получения ip-адреса ваш браузер просто перенаправляет ваш запрос в центр обработки данных, а точнее на соответствующий сервер, как только сервер получает запрос на доступ к определенному web-сайту, начинается поток данных. Данные передаются в цифровом формате через оптоволоконные кабели в виде световых импульсов.
Этим световым импульсам иногда приходится преодолевать тысячи километров по оптоволоконному кабелю, чтобы добраться до места назначения. Во время путешествия им часто приходится преодолевать трудно проходимую местность, горы или море. Есть несколько мировых компаний которые прокладывают и обслуживают эти оптические кабельные сети (AT&T, Google, Orange, Verizon).
С помощью корабля прокладка оптоволоконных кабелей осуществляется примерно следующим способом. С корабля, глубоко в море опускается, так называемый плуг, который создает борозду на морском дне. По ней прокладывают оптоволоконный кабель. Сложная сеть таких оптических кабелей представляет собой основу интернета. Эти оптоволоконные кабели передающие световые импульсы протянуты по морскому дну к порогу вашего дома, где они подключены к маршрутизатору.
Маршрутизатор преобразует эти световые сигналы в электрические, затем для передачи электрических сигналов на ваш ноутбук используется кабель Ethernet. Однако, если вы подключаетесь к интернету через мобильную связь, с оптического кабеля сигнал отправляется на вышку сотовой связи, a с вышки сигнал поступает на ваш смартфон в виде электромагнитных волн.
Поскольку интернет является глобальной сетью появилась необходимость в организации контролирующей назначение ip-адресов, регистрацию доменных имен и так далее. Этим занимается организация ICANN расположенная в США. Что в интернете поражает сильнее всего? Так это его эффективность передачи данных по сравнению с сотовыми и стационарными коммуникационными технологиями.
Видео, которые вы смотрите например на YouTube находятся в центре данных Google, оно отправляется к вами в виде невероятно длинной последовательности нулей и единиц. Способ, которым эти нули и единицы разбиваются на маленькие кусочки известные, как пакеты и делает передачу данных в интернете эффективной.
Давайте предположим, что эти потоки нулей и единиц разделены сервером на разные пакеты, где каждый пакет состоит из шести битов. Наряду с битыми видео, каждый пакет также состоит из порядкового номера и IP-адресов сервера и вашего устройства. С этой информацией пакеты отправляются на ваш смартфон. Нет необходимости, чтобы все пакеты проходили по одному и тому же маршруту, каждый пакет независимо выбирает лучший маршрут доступный в конкретное время его отправки. При достижении вашего устройства, пакеты собираются в соответствии с их порядковым номером, если какие-то пакеты не достигают вашего смартфона, то с него отправляется запрос на повторную отправку потерянных пакетов.
Можно сравнить это с работой отлаженной почтовой сети, где клиенты не следует основным правилам в отношении адресов назначения. В этом случае письма не смогут достичь правильного места, точно то же в интернете мы используем так называемые протоколы для управления этим сложным потоком пакетов данных.
Протоколы устанавливают правила для преобразования пакетов данных, привязки адресов источника и назначения к каждому пакету, а также правила для маршрутизаторов и тому подобное. Для разных приложений используемые протоколы различны.
