Введение
Я работаю веб-разработчиком, и моя работа вплотную связана с Интернетом. Тем не менее, даже я часто ловлю себя на том, что не знаю как устроены какие-то вещи в этом самом Интернете. В этой статье попробуем разобраться что там и как. Начнем с того, что такое Интернет для нас всех как для пользователей.
- Что такое Интернет?
- Интернет у нас дома
- Интернет в шкафу
- Интернет в ещё одном шкафу
- Иерархия провайдеров
- Опорная сеть Интернета
- Соединяем всё
Что такое Интернет?
Для нас как для пользователей Интернет — это такой ящик, белый прямоугольник с надписью “Интернет”.
В этом прямоугольнике можно найти много всего интересного, и мы к этому прямоугольнику как-то подключаемся и идём, например, смотреть видео на YouTube (не знаю, как вы, а я подключаюсь к YouTube всегда именно с таким выражением лица).
Мы пользуемся Интернетом каждый день по много часов. По статистике средний пользователь проводит онлайн больше 6 часов в день [источник]. Однако, обычно мы мало знаем и редко задумываемся, что там внутри. Эта статья — это моя попытка разобраться, что же там внутри этого прямоугольника.
Часть 1 (физическая)
Для начала разберемся как Интернет устроен чисто физически, на уровне “куда какой кабель втыкается”. Для этого вспомним, как мы обычно подключаемся к Интернету.
Интернет у нас дома
У нас всегда есть какое-то устройство — физическая вещь - компьютер, ноутбук, смартфон, в общем всё то, что иногда называют “железом”. И вот внутри нашего железа обычно есть специальная микросхема (или кусок большой микросхемы), который называется сетевая плата и отвечает за подключение к сети. Сетевые платы бывают тысяч разных видов, они могут подключаться к сети по проводу или без провода. Сейчас чаще всего это именно беcпроводное подключение, по всем знакомому WiFi. Вот для примера сетевая плата, а точнее беспроводной модуль, в ноутбуке компании Apple. [источник]
Сетевая плата (беспроводной модуль) в MacBook Pro 2015
Этот беспроводной модуль умеет подключаться через радиосигнал к другому устройству, и это называется “подключился к WiFi”.
Устройство, к которому подключается наша сетевая плата, — это, чаще всего, роутер. Выглядит роутер примерно так:
Это такое специальное устройство, в которое с одной стороны Интернет приходит, а с другой стороны Интернет уходит. Уходит он клиентам (то есть устройствам), подключенным к этому роутеру по кабелю или через WiFi.
В основном, для нас как для пользователей подключение к Интернету на этом и заканчивается. Самое последнее, что мы видим — это кабель провайдера, который уходит через стену квартиры куда-то в подъезд. Давайте посмотрим, что там на другом конце этого кабеля и откуда там Интернет.
Интернет в шкафу
Если вы живете в многоквартирном доме, как я, то скорее всего в вашем подъезде, в подвале, на чердаке или где-то рядом стоит или висит шкаф с большим количеством проводов. В лучшем случае этот шкаф выглядит примерно, как на этих фото.
Но бывает и вот так.
Тут всё зависит от вашего провайдера и специалистов, которые подключали ваш подъезд.
В независимсти от того, как это выглядит, в этих шкафах стоят роутеры (или ещё по-другому маршрутизаторы) провайдера. Проводов так много, потому что сюда приходят подключения от всех квартир в доме или подъезде. В один роутер можно воткнуть от 8 до 48 кабелей. Поэтому, если квартир в доме много, то нужно несколько роутеров, для которых удобно сделать такой вот общий шкаф. В домах поменьше вполне можно обойтись и одним роутером.
Роутер из шкафа в подъезде
Выглядят эти роутеры более серьёзно, чем наша белая коробочка с жёлтыми гнёздами, но в общем и целом с этим роутером такая же история, как с роутером в квартире. С одной стороны в роутер Интернет приходит, а с другой — уходит клиентам. Клиенты для этого роутера — это те самые роутеры в наших квартирах.
Конечно, если погружаться в детали, то можно найти довольно много отличий роутеров в шкафах от наших “квартирных” роутеров, но сейчас нам это не очень важно. Пока нам бы разобраться откуда Интернет в этом шкафу, откуда он туда приходит.
Интернет в ещё одном шкафу
Шкаф в подъезде получает Интренет по кабелю, чаще всего оптоволоконному. Этот кабель тянется в центр обработки данных провайдера, где втыкается (сюрприз!) в еще один роутер.
Ещё один шкаф с роутерами
К провайдеру подключено обычно довольно много домов, поэтому и на этом уровне подключения тоже нужно много роутеров, и они тоже вставляются в специальные шкафы. Только эти шкафы уже стоят не где-то в подъезде, а в специальном помещении, и в эти роутеры уже подключены целые дома. Например, каждый жёлтый проводок оптики на картинке выше — это один многоквартирный дом.
Итак, у нас пока получается такая схема для сети нашего провайдера:
- у каждого клиента в квартире стоит роутер
- этот роутер подключается к другому роутеру в шкафу в подъезде
- шкаф в подъезде подключается к еще более крутому роутеру в дата центре провайдера
Эта система нужна провайдеру, чтобы распределять и управлять доступом клиентов в Интернет. Но провайдер не владеет Интернетом. Значит провайдер этот Интернет получает ещё откуда-то? Откуда всё-таки трафик у самого провайдера?
Иерархия провайдеров
Провайдер получает трафик от других провайдеров, или если чуть шире — от операторов связи. Весь Интернет — это и есть все операторы связи и передача трафика между ними. Если мы возмём двух любых операторов связи, то между ними может быть 3 варианта взаимодействия:
- операторы никак не связаны
- один оператор продаёт трафик другому
- операторы обмениваются трафиком друг с другом (это называется пиринг)
С первым пунктом всё понятно, а на пунктах 2 и 3 как раз и основана иерархия операторов связи. Это иерархия условная, там нет каких-то строгих критериев, но деление довольно часто используемое. Есть Tier 1, Tier 2 и Tier 3 операторы.
Tier 3 операторы имеют доступ к Интернету только через покупку трафика у других операторов.
Tier 2 операторы имеют доступ к части сети через пиринг (обмен трафиком) с другими операторами, а доступ к остальному Интернету покупают у других операторов.
Tier 1 операторы никому не платят за трафик, они только обмениваются трафиком друг с другом и продают его другим операторам.
В мире около 10-15-ти Tier 1 операторов, и каждый из них имеет доступ ко всему Интернету. Tier 1 провайдеры имеют возможность передавать трафик между разными странами и континентами за счёт того, что владеют или арендуют магистральные кабели.
Опорная сеть Интернета
Магистральные кабели (они же магистральные сети, они же опорная сеть Интернета) физически соединяют участки Интернета, расположенные в разных странах и на разных континентах. На карте магистральные сети выглядят примерно вот так. [Infrapedia]
Карта опорных сетей Интернета
Примерно — потому что никто точно не знает как они выглядят, нет какого-то центрального хранилища информации о всех магистральных кабелях. Опорная сеть позволяет передавать трафик по всему миру. Например, если вы, находясь в России, захотите открыть сайт, расположенный на сервере в США, то ваш трафик пойдёт через магистральную сеть. А точнее через один из магистральных кабелей, проложенных по дну Атлантического океана.
Трансантлантические кабели
А вот как выглядят подводные кабели [ Статья на Wired ]. У них несколько разных слоёв защиты и внутри — оптоволокно. Пропускная способность у современных кабелей измеряется десятками Тбит/с. Магистральные кабели идут не только по дну океана, есть также и наземные магистральные сети. Например, в России сеть магистральных кабелей выглядит так.
Карта магистральных сетей России
Этими сетями управляют основные Интернет-провайдеры, их ещё иногда называют региональными Tier 1 операторами. Это операторы, которые не являются Tier 1 операторами на глобальном уровне и покупают транзитный трафик, но внутри своего региона они никому за трафик не платят. В России региональные Tier 1 операторы — это как минимум Ростелеком, ТрансТелеком и большая тройка операторов сотовой связи.
Соединяем всё
Хорошо, допустим, мы немного разобрались, как выглядят магистральные сети. А теперь вернемся к началу нашего разговора и попробуем соединить вместе всё, что мы пока что узнали.
Мы увидели, как устроена сеть провайдера внутри — у каждого клиента дома есть роутер, этот роутер подключается к шкафу с роутерами в подъезде, шкафы в подъезде — к роутеру в ЦОД.
Провайдеры (а точнее операторы связи) бывают разных уровней. Они покупают, продают и обмениваются трафиком.
Самые большие операторы первого уровня передают трафик между странами и континентами по магистральным сетям, иногда по кабелю на дне океана.
Так откуда в итоге берётся Интернет? Где его источник? Весь смысл в том, что нигде. Нет какого-то источника Интернета, где его добывают и потом отправляют потребителям. Спрашивать где источник Интернета — это как спрашивать где источник почты или телефонной связи. Интернет — это набор устройств, которые хотят связываться между собой, огромная инфраструктура для обеспечения связи и большой набор технологий, которые позволяют эту инфраструктуру использовать.
Чтобы понять насколько большая и сложная штука Интернет, вспомним нашу схему сети провайдера. Там было всего 8 клиентов. В реальности у каждого провайдера от нескольких тысяч до десятков миллионов клиентов. И провайдеров во всём мире десятки тысяч. А Интернет нужен не только нам с вами в наших домах и квартирах, он нужен еще и компаниям и организациям. Крупные IT-компании очень часто строят вообще целые отдельные дата-центры только для себя, и там тоже нужен Интернет. И это мы еще даже не начинали про IoT. В итоге это всё соединяется в огромную сеть, которая охватывает всю планету.
Карта Интернета от The Opte Project
И в этой сети сейчас уже примерно 28 000 000 000 устройств онлайн, и это число продолжает расти.
Так, 28 млрд. устройств это конечно хорошо, но как нам среди всех этих устройств найти, например, тот самый YouTube?
С этим мы попробуем разобраться во второй части.