Как работает Интернет? (Полный курс)

Курс, не требующий технической подготовки, объясняет, как работает Интернет, разбивая его на основные компоненты. Курс иллюстрирует роль интернет-провайдеров и взаимосвязанной кабельной сети с помощью понятных визуальных представлений. Слушатели знакомятся с абстрактными концепциями, которые упрощают сложные онлайн-соединения. Интерактивные вопросы в конце помогут вам лучше усвоить основные идеи цифрового мира.

Создание локальной сети с помощью коммутатора Коммутатор соединяет компьютеры в ограниченном пространстве, образуя локальную сеть (LAN) с помощью проводных соединений. Обычно каждый компьютер подключается к коммутатору по медным кабелям, таким как Cat5 или Cat6, в то время как волоконно-оптические кабели обеспечивают еще более быструю передачу данных для некоторых установок. Хотя беспроводные точки доступа также могут соединять устройства, для коммутаторов требуются физические кабели для создания такой сети. Этот метод напрямую поддерживает внутреннюю связь в домах или офисах.

Направление пакетов данных по Локальной Сети Когда один компьютер отправляет пакет другому, коммутатор получает пакет и проверяет информацию о его адресате. Затем коммутатор эффективно перенаправляет пакет на нужный порт, гарантируя, что данные будут переданы нужному компьютеру. Этот процесс маршрутизации пакетов подтверждает, что устройства в одной сети могут беспрепятственно взаимодействовать. Это подчеркивает фундаментальный механизм, лежащий в основе взаимодействия по локальной сети.

Аппаратное обеспечение коммутатора и подключение к портам Коммутаторы оснащены несколькими портами локальной сети, которые физически соединяют компьютеры с помощью кабелей. Количество портов, которое может варьироваться в зависимости от модели, напрямую зависит от мощности и цены коммутатора. Каждое подключение через порты локальной сети создает наглядную карту локальной сети, иллюстрирующую компоновку оборудования, необходимую для взаимодействия устройств. Эта конфигурация подготавливает почву для последующего понимания того, как сети могут подключаться к Интернету.

Локальная связь через коммутатор Локальная сеть использует коммутатор для управления пакетами данных и передачи их между подключенными устройствами, гарантируя, что сообщения дойдут до определенного адресата в локальной сети. Коммутатор интеллектуально определяет предполагаемого получателя каждого пакета, что упрощает внутреннюю связь. Однако, хотя он поддерживает обмен данными между устройствами, он не устанавливает подключение за пределами локальной сети.

Расширение доступа к Интернету с помощью маршрутизатора Маршрутизатор служит важнейшим шлюзом, соединяющим локальную сеть с глобальным Интернетом. Пакеты данных сначала отправляются с компьютеров на коммутатор, который, распознав пакеты, предназначенные для внешних сетей, перенаправляет их на маршрутизатор. Затем маршрутизатор обрабатывает эти пакеты и передает их в Интернет по выделенному кабелю, предоставляемому интернет-провайдером, тем самым обеспечивая внешнюю связь.

Глобальная связь через Взаимосвязанные локальные Сети Интернет представляет собой обширную структуру, которая связывает миллионы локальных сетей, а маршрутизаторы служат мостами для передачи пакетов по всему миру. Визуализация упрощенной модели показывает, как эти маршрутизаторы управляют передачей данных, гарантируя, что отдельные сети остаются подключенными. Домашние маршрутизаторы объединяют в себе функции как маршрутизатора, так и коммутатора, эффективно управляя локальными коммуникациями в небольших помещениях.

Распределенная маршрутизация для устранения отдельных точек сбоя Один маршрутизатор, обслуживающий весь земной шар, был бы неосуществим из-за огромных требований к пропускной способности и риска полного краха сети в случае его выхода из строя. Распределяя маршрутизаторы по всему миру, сеть позволяет избежать перегрузки какого-либо одного устройства и сводит к минимуму такие проблемы, как чрезмерная длина кабеля. Эта децентрализованная архитектура обеспечивает надежную связь, гарантируя, что даже в случае сбоя в работе одного маршрутизатора Интернет в целом останется устойчивым.

Проектирование распределенной сети и балансировка нагрузки Интернет переходит от централизованной модели, при которой один маршрутизатор был бы перегружен множеством кабельных подключений, к распределенной системе с многочисленными маршрутизаторами, которые эффективно балансируют нагрузку. Такая конструкция сводит к минимуму необходимость в длинных, перегруженных кабелях и предотвращает появление единой точки отказа, гарантируя, что в случае сбоя в работе некоторых маршрутизаторов сеть продолжит работать с незначительным снижением производительности. Надежная балансировка нагрузки между несколькими маршрутизаторами обеспечивает стабильное подключение на больших расстояниях.

Волоконно-оптические кабели: глобальная магистраль и уязвимость Международная связь основана на почти 468 подводных волоконно-оптических кабелях, которые простираются от коротких линий связи до участков протяженностью до 20 000 километров, обеспечивая высокоскоростную передачу данных практически без ошибок. Эти кабели соединяют континенты, эффективно преодолевая обширные океаны, обеспечивая 99% глобального цифрового обмена. Тем не менее, сеть остается уязвимой к стихийным бедствиям, авариям и преднамеренным сбоям в работе, когда повреждение одного длинного кабеля может привести к массовым отключениям.

Передача пакетов данных из локальной сети по глобальным маршрутам Компьютер начинает с отправки пакета данных, который передается с коммутатора локальной сети на маршрутизатор, запуская его передачу из частной локальной сети в более широкий Интернет. Коммутатор проверяет адрес назначения и передает пакет маршрутизатору, который распознает, что он должен выйти из локальной сети. Затем маршрутизатор пересылает пакет на внешний шлюз, подготавливая почву для межсетевого взаимодействия.

Интеллектуальная маршрутизация с помощью таблиц и алгоритмов Маршрутизаторы используют подробные таблицы маршрутизации, созданные специализированными процессорами, использующими передовые алгоритмы, для оценки множества путей. Устройства игнорируют порт, с которого поступил пакет, и принимают решения на основе таких факторов, как количество переходов и перегрузка сети. Этот систематический процесс выбора иногда может способствовать выбору немного более длинного маршрута, чтобы избежать загруженных стыковок и обеспечить быструю и эффективную доставку.

Интернет: Сеть взаимосвязанных систем Интернет определяется как обширное объединение отдельных сетей, которые соединяют устройства по всему миру. Каждая локальная сеть, корпоративная и домашняя сеть объединяются через центральные узлы инфраструктуры, образуя единую цифровую экосистему. Эта взаимосвязанная система обеспечивает практически мгновенную глобальную связь и воплощает концепцию сети сетей.

Маршрутизация пакетов через домашний маршрутизатор Домашняя сеть, состоящая из одного устройства, использует маршрутизатор для управления бесперебойным обменом пакетами, что устраняет необходимость в коммутаторе. Когда пользователь заходит на веб-сайт, компьютер генерирует пакет, который маршрутизатор пересылает в Интернет. Этот процесс передачи пакетов является фундаментальным механизмом, который подключает компьютер к глобальным сетям, эффективно обрабатывая как исходящие запросы, так и входящие ответы.

Потоковое видео с эффективностью распределенного сервера Потоковое видео передается фрагментарно, что позволяет начать просмотр до получения всего файла. Пакеты запросов отправляются на серверы, которые возвращают фрагменты видео, адаптируясь к различным скоростям Интернета для обеспечения плавного воспроизведения. Сеть распределенных серверов балансирует нагрузку, направляя каждый запрос в наиболее подходящее место, обеспечивая надежную работу без единой точки сбоя.

Объединение разрозненных офисных сетей Глобальная сеть объединяет отдельные локальные сети из разных регионов в единую защищенную среду. Удаленные офисы используют эту специализированную сеть для работы так, как будто они подключены напрямую. Этот подход использует существующие интернет-соединения для объединения разрозненных локальных сетей, обеспечивая согласованную коммуникацию.

Риски, связанные с использованием общедоступного Интернета для хранения конфиденциальных данных Прямая связь через общедоступный Интернет делает конфиденциальные файлы компании уязвимыми для перехвата и несанкционированного изменения. Передача данных без защиты по сети общего пользования приводит к значительным уязвимостям в системе безопасности. В описании подчеркивается, что при подключении к сети общего пользования отсутствуют меры безопасности, необходимые для обмена конфиденциальной информацией.

Защита связи с помощью VPN-туннелирования VPN-туннелирование создает безопасный виртуальный канал связи через общедоступный Интернет за счет инкапсуляции пакетов данных в дополнительный защитный слой. Такая инкапсуляция имитирует эффект частного туннеля, гарантируя, что передаваемая информация остается защищенной от внешних помех. Аналогия с вложением письма в конверт иллюстрирует, как туннелирование обеспечивает конфиденциальность данных во время передачи.

Повышение Безопасности С Помощью Шифрования Шифрование преобразует данные в нечитаемый формат, гарантируя, что даже в случае перехвата передачи информация останется конфиденциальной. Шифруя данные перед их инкапсуляцией с помощью VPN-туннелирования, компании значительно снижают риск несанкционированного доступа. Такой многоуровневый подход имеет решающее значение для защиты конфиденциальных транзакций и поддержания общей целостности сети.

Прямые подключения к Локальной Сети обеспечивают повышенную Безопасность Представьте себе два офисных помещения, соединенных коммутаторами на небольшом расстоянии, образуя локальную сеть, которая хранит данные по выделенным кабелям и позволяет избежать рисков выхода в Интернет. Такой подход, идеально подходящий для сетей кампуса, обеспечивает превосходную безопасность по сравнению с решениями VPN, в которых пакеты передаются по сетям общего пользования. Хотя оба метода обеспечивают безопасную связь, внутренняя конструкция локальной сети обеспечивает более надежное и безопасное соединение на близком расстоянии, хотя VPN остаются практичным выбором для работы на больших расстояниях с такими опциями, как частные и общедоступные каналы.

Маршрутизаторы соединяют различные сети для организованной коммуникации Маршрутизаторы служат ключевым мостом, соединяющим различные сети, позволяя различным подразделениям — как в пределах одного офиса, так и в разных точках мира — беспрепятственно взаимодействовать. Каждый кабель, подключенный к маршрутизатору, представляет собой отдельную сеть, что обеспечивает правильную маршрутизацию данных из различных сегментов для поддержания иерархии и порядка. Такая структура подчеркивает четкое разделение ролей: коммутаторы формируют локальные сети, в то время как маршрутизаторы точно объединяют отдельные сетевые среды.

Интернет-провайдеры: основа подключения к Интернету Интернет-провайдеры (ISP) - это компании, ответственные за передачу пакетов данных через глобальную сеть маршрутизаторов. Они управляют путями передачи пакетов, обеспечивая связь между вашим устройством и цифровым миром. Без интернет-провайдера доступ к Интернету был бы невозможен, поскольку они являются основным шлюзом для онлайн-общения.

Локальные сети: Соединение соседних районов Местные интернет-провайдеры служат начальной точкой подключения, соединяя дома и небольшие офисы в определенных районах. Они используют точки присутствия (POPs), где маршрутизаторы и другие устройства обеспечивают эффективную передачу данных. Настройка локальной сети может включать в себя один или несколько путей маршрутизации в зависимости от размера области, обеспечивая эффективную связь в меньших масштабах.

Региональная интеграция: Налаживание коммуникаций по всему городу Региональные интернет-провайдеры расширяют возможности подключения, установленные локальными сетями, объединяя различные районы и города. Они предоставляют структурированную иерархическую систему, которая обеспечивает бесперебойную передачу пакетов данных на больших территориях. Такой подход сводит к минимуму сложность за счет сокращения прямых подключений при сохранении надежной связи между городскими районами.

Глобальный охват: Содействие международному обмену данными Глобальные интернет-провайдеры обеспечивают связь между странами, объединяя региональные сети на разных континентах. Они предлагают множество путей маршрутизации, обеспечивающих эффективную передачу данных на большие расстояния даже при наличии прямых подключений. Этот уровень подключения обеспечивает бесперебойную международную связь, завершая иерархическую структуру от локального до глобального доступа в Интернет.

Путь веб-запроса и получения ответа Пользователь из Бельгии отправляет цифровой запрос на доступ к веб-сайту, размещенному в США, и сообщение проходит через ряд глобальных узлов с непредсказуемой маршрутизацией. Сервер обрабатывает этот запрос и создает ответ, который включает HTML, изображения, видео и весь необходимый веб-контент. Ответное сообщение отправляется по другому маршруту и обрабатывается за миллисекунды, позволяя веб-странице появиться в браузере. Этот повторяющийся процесс происходит каждый раз при обращении к веб-сайту, подчеркивая сложность, стоящую за кажущимся простым щелчком мыши.

Распределенная инфраструктура и пиринг для повышения скорости Такой гигант, как Google, использует сеть распределенных серверов по всему миру, чтобы пользователи могли подключаться к ближайшему серверу для более быстрого обслуживания. Использование множества кластеров серверов сокращает время ожидания и повышает общую скорость отклика веб-сайта. Google повышает эффективность этого процесса с помощью пиринга, устанавливая прямые соединения с местными интернет-провайдерами для сокращения пути передачи данных и повышения безопасности. Такая настройка отличается от небольших веб-сайтов, которые используют меньшее количество серверов и стандартную маршрутизацию, что иногда приводит к снижению производительности.

Глобальные сети интернет-провайдеров и магистральный Интернет Глобальные ASB-компании управляют международным потоком данных, образуя основу Интернета с подключенными пунктами обмена, которые обеспечивают синхронную связь. Эти сети обеспечивают баланс между технической эффективностью и финансовыми соображениями, поскольку создание глобальной инфраструктуры является дорогостоящим процессом, но может принести значительную прибыль. Пользователи могут выбирать из местных, региональных или глобальных интернет-провайдеров в зависимости от доступности услуг в их регионе. Гибкие возможности подключения позволяют как обычным потребителям, так и потенциальным предпринимателям-провайдерам принимать обоснованные решения о своем доступе в Интернет.