Как устроен интернет: базовые понятия

Это первая статья нашего учебника для ИТ-менеджеров - тот самый момент, когда мы вместе глубоко вдыхаем, смотрим на огромный и пугающе сложный мир технологий и решаем: «Ладно, разберёмся». Итак, как же устроен интернет? Начнем с базовых терминов.

Что такое «данные» в IT

В обычной жизни мы говорим: «Мне нужно передать данные» и имеем в виду что угодно - файл, таблицу, письмо.
В IT под данными понимают любую информацию, представленную в виде последовательности единиц и нулей (битов), с которой компьютер может работать.

Ключевые идеи:

Компьютеру всё равно, что это - текст, картинка, видео или платеж. Для него это просто последовательность битов.
Чтобы эти биты имели смысл, люди договариваются о формате: например, что сначала идёт длина текста, потом код символов, потом подпись и т.д.

В контексте сетей нас интересуют данные, которые нужно передать от одного участника к другому:

запрос от браузера к сайту;
сообщение из чата;
команда от мобильного приложения к серверу;
финансовая транзакция из нашего сервиса в банк.

Тут важно понимать: когда технари говорят «данные не дошли», «данные битые», «данные не тем форматом» - это разные проблемы:

не дошли - проблема сети/доставки;
битые - проблема целостности (по пути испортились);
не тем форматом - проблема согласования протокола/контракта.

Сообщения и потоки

Когда данные передаются по сети, обычно говорят либо о сообщениях, либо о потоках.

Сообщение - это кусок данных, у которого есть:

начало и конец;
отправитель и получатель (или хотя бы получатель);
определённая структура (формат).

Примеры сообщений:

один HTTP-запрос от браузера к серверу;
одно сообщение в очереди (в Kafka, RabbitMQ);
одно push-уведомление.

Поток - это длительная последовательность данных, которая идёт непрерывно или очень долго:

видеострим (онлайн-трансляция);
аудио-стриминг;
бесконечный поток событий от датчиков.

Важное отличие:

Сообщение: «прилетело - обработали - забыли».
Поток: «идёт постоянный поток кусочков данных, система всё время слушает и обрабатывает».

Это различие важно для выбора технологий и архитектуры, о которых мы будем говорить дальше.

Пакеты: как данные «нарезаются» для сети

Сеть не передаёт сразу весь файл или сообщение целиком.
Она работает с более мелкими кусочками, которые называются пакеты (network packets).

Пакет - это небольшой фрагмент данных, к которому добавлена служебная информация:

от кого и кому он идёт (адреса);
какому «каналу» или протоколу он принадлежит;
контроль целостности (поломался ли пакет по пути).

Если провести аналогию:

у тебя есть большой документ (сообщение);
ты режешь его на много конвертов (пакеты);
на каждый конверт пишешь адрес отправителя, адрес получателя и номер страницы;
почта доставляет конверты по разным маршрутам;
у получателя есть инструкция как собрать все страницы в правильном порядке.

Ключевые свойства пакетов:

один логический запрос (например, HTTP-запрос) может быть разбит на множество пакетов;
пакеты могут идти разными путями через интернет;
пакеты могут приходить не по порядку, а нижележащие протоколы заботятся о том, чтобы собирать их в правильном порядке (или нет - это уже различия TCP/UDP, о которых дальше).

Кто такой «клиент», а кто «сервер»

Это один из самых важных базовых терминов.

Клиент - это программа или устройство, которое инициирует запрос к другому участнику:

браузер пользователя;
мобильное приложение;
другая система.

Характерные признаки клиента:

он «начинает разговор»;
обычно расположен ближе к пользователю;
может быть «тонким» (мало логики, почти всё на сервере) или «толстым» (много логики на себе).

Сервер - это программа или система, которая:

ждёт входящих запросов;
обрабатывает их и возвращает ответ.

С точки зрения бизнес-логики сервер:

«знает всё» о данных;
реализует основные процессы (регистрация, создание заказа, платежи и т.д.).

Важно: «сервер» - это не обязательно железный компьютер. Это может быть, наример:

программа (процесс) на одном физическом сервере;
набор микросервисов в облаке.

Локальная сеть и интернет

Прежде чем говорить «интернет не работает», нужно понимать, что часто проблемы вообще не в самом интернете, а в локальной сети компании или пользователя.

Локальная сеть (LAN - Local Area Network)

Локальная сеть - это сеть внутри ограниченного пространства:

офис;
квартира;
дата-центр.

Типичные компоненты:

Wi‑Fi роутер/точка доступа;
коммутаторы;
устройства: компьютеры, телефоны, принтеры, серверы.

Особенности:

Локальная сеть не обязана быть напрямую доступна из интернета;
часто она «спрятана» за одним внешним адресом.
Внутри LAN устройства зачастую обращаются друг к другу напрямую или через внутренние маршрутизаторы.

Пример проблем локальной сети:

«Wi‑Fi отвалился», но интернет у провайдера есть.
Не работает доступ к внутреннему серверу, хотя внешние сайты открываются.

Интернет

Интернет - это огромная сеть, состоящая из множества меньших сетей (в том числе локальных), соединённых между собой.

Ключевые идеи:

У каждой сети есть свой провайдер (оператор связи), который подключает её к большим магистральным сетям.
Данные передаются между сетями через цепочку маршрутизаторов, которые «пересылают» пакеты от одного сегмента сети к другому.

Провайдер и маршрутизатор (роутер)

Теперь - два героя, которых ты будешь слышать очень часто: провайдер и маршрутизатор.

Провайдер (ISP - Internet Service Provider)

Провайдер - это организация, которая:

подключает дома, офисы и дата-центры к интернету;
обеспечивает канал передачи данных;
часто даёт публичный IP‑адрес (или диапазон), через который наша сеть видна «наружу».

Примеры для бизнеса:

у офиса один или несколько провайдеров;
у дата-центра/облака - свои каналы и договорённости с магистральными операторами.

Риски для проекта:

Если у офиса один провайдер и он падает - команда из офиса не может работать, но пользователи, скорее всего, могут обращаться к нашему продукту (если он в облаке).
Если каналы/провайдеры на стороне дата-центра перегружены или «лежат» - пользователи не могут достучаться до наших серверов.

Маршрутизатор (роутер)

Маршрутизатор - это устройство или программа, которая принимает решение:

«Куда отправить этот пакет дальше, чтобы он в итоге дошел до назначения».

Маршрутизаторы есть:

у провайдера;
в ядре крупных сетей;
в офисе или квартире (домашний роутер).

Домашний роутер обычно совмещает несколько функций:

маршрутизатор (пересылает пакеты между локальной сетью и интернетом);
firewall (фильтрация трафика);
Wi‑Fi точка доступа.

Как всё это связывается вместе: короткий сценарий

Давай увяжем все понятия в одну простую картину - это будет рабочим «скелетом» для последующих разделов.

Пример: пользователь в офисе открывает наш веб‑сервис в браузере.

Пользователь в помещении подключен к локальной сети (Wi‑Fi/кабель).
Его устройство отправляет данные - HTTP-запрос, который в сетевом слое разбивается на пакеты.
Пакеты попадают на офисный маршрутизатор (роутер).
Роутер отправляет пакеты по каналу к провайдеру.
Провайдер передаёт пакеты через цепочку маршрутизаторов в интернет, дальше - в нужный дата-центр/облако.
В дата-центре пакеты доходят до сервера (или кластера серверов), где работает наш веб‑сервис.
Сервер, в роли сервера в модели клиент–сервер, принимает запрос, обрабатывает его (обращается к БД, внешним системам) и отправляет ответ обратно.
Ответ снова идёт через цепочку маршрутизаторов, провайдеров и наконец попадает к клиенту - браузеру.
Браузер из полученных данных строит страницу (об этом будет глава про HTTP и браузер).

На каждом шаге может что-то пойти не так:

на стороне клиента (сломался Wi‑Fi, перегрузка устройства);
в локальной сети (битый кабель, роутер завис);
у провайдера (авария, перегрузка);
в магистралях (редко, но бывает);
в дата-центре (сбои, отказ оборудования);
на самом сервере (ошибка приложения, перегрузка БД).

Что важно запомнить из базовых понятий

Данные - это информация, представленная в виде битов. Чтобы они имели смысл, нужен формат и протокол.
Сообщение - логическая единица обмена (запрос, ответ, событие). Сеть передаёт его кусками - пакетами.
Пакет - небольшой фрагмент данных плюс служебная информация. Пакеты могут теряться, приходить не по порядку, идти разными путями.
Клиент инициирует запрос, сервер отвечает. Это не только браузер и «железный» сервер - это абстрактные роли в архитектуре.
Локальная сеть - сеть внутри офиса/квартиры/дата-центра; интернет - сеть сетей, соединённых провайдерами.
Провайдер даёт выход в интернет; маршрутизатор решает, куда дальше отправить пакеты.
Любая проблема с «интернетом» почти всегда лежит на одном из этих уровней - устройство, локальная сеть, провайдер, магистраль, дата-центр, сервер.

СЛЕДУЮЩАЯ СТАТЬЯ: Модель OSI: семь уровней сети