какую структуру имеет система компьютерных узлов интернета
Сети для начинающего IT-специалиста. Обязательная база
Примерно 80% из нас, кто заканчивает университет с какой-либо IT-специальностью, в итоге не становится программистом. Многие устраиваются в техническую поддержку, системными администраторами, мастерами по наладке компьютерных устройств, консультантами-продавцами цифровой техники, менеджерами в it-сферу и так далее.
Эта статья как раз для таких 80%, кто только закончил университет с какой-либо IT-специальностью и уже начал мониторить вакансии, например, на должность системного администратора или его помощника, либо выездного инженера в аутсорсинговую фирму, либо в техническую поддержку 1-й/2-й линии.
А также для самостоятельного изучения или для обучения новых сотрудников.
За время своей трудовой деятельности в сфере IT я столкнулся с такой проблемой, что в университетах не дают самую основную базу касательно сетей. С этим я столкнулся сначала сам, когда, после окончания университета, ходил по собеседованиям в 2016 году и не мог ответить на простые (как мне сейчас кажется) вопросы. Тогда мне конечно показалось, что это я прохалтурил и не доучил в университете. Но как оказалось дело в образовательной программе. Так как сейчас, я также сталкиваюсь с данным пробелом знаний, когда обучаю новых сотрудников.
И что тогда, мне пришлось изучить множество статей в интернете, прежде чем я понял базовые моменты, и что сейчас, задавая молодым специалистам темы для изучения, они с трудом находят и усваивают необходимое. Это происходит по причине того, что в Интернете огромное количество статей и все они разрозненны по темам, либо написаны слишком сложным языком. Плюс большинство информации в начале своих статей содержат в основном просто научные определения, а дальше сразу сложные технологии использования. В итоге получается много того, что для начинающего пока совсем непонятно.
Именно поэтому я решил собрать основные темы в одну статью и объяснить их как можно проще «на пальцах».
Сразу предупреждаю, что никакой углубленной информации в статье не будет, только исключительно самая база и самое основное.
Темы, которые рассмотрены:
1. Глобальные и Локальные сети
Вся интернет сеть подразделяется на глобальную (WAN) и локальную (LAN).
Все пользовательские устройства в рамках одной квартиры или офиса или даже здания (компьютеры, смартфоны, принтеры/МФУ, телевизоры и т.д.) подключаются к роутеру, который объединяет их в локальную сеть.
Участники одной локальной сети могут обмениваться данными между своими устройствами без подключения к интернет провайдеру. А вот чтобы выйти в сеть (например, выйти в поисковик Яндекс или Google, зайти в VK, Instagram, YouTube или AmoCRM) необходим доступ к глобальной сети.
Выход в глобальную сеть обеспечивает интернет провайдер, за что мы и платим ему абонентскую плату. Провайдер устанавливает на своих роутерах уровень скорости для каждого подключения в соответствии с тарифом. Провайдер прокидывает нам витую пару или оптику до нашего роутера (нашей локальной сети) и после этого любое устройства нашей локальной сети может выходить в глобальную сеть.
Для аналогии, сети, можно сравнить с дорогами.
Например, дороги вашего города N это локальная сеть. Эти дороги соединяют вас с магазинами, учреждениями, парками и другими местами вашего города.
Чтобы попасть в другой город N вам необходимо выехать на федеральную трассу и проехать некоторое количество километров. То есть выйти в глобальную сеть.
Для более наглядного представления, что такое глобальная и локальная сеть я нарисовал схематичный рисунок.
2. Белые и серые IP-адреса
Каждое устройство в сети имеет свой уникальный IP-адрес. Он нужен для того, чтобы устройства сети понимали куда необходимо направить запрос и ответ.
Это также как и наши дома и квартиры имеют свой точный адрес (индекс, город, улица, № дома, № квартиры).
В рамках вашей локальной сети (квартиры, офиса или здания) есть свой диапазон уникальных адресов. Я думаю многие замечали, что ip-адрес компьютера, например, начинается с цифр 192.168.X.X
Так вот это локальный адрес вашего устройства.
Существуют разрешенные диапазоны локальных сетей:
Думаю из представленной таблицы сразу становится понятно почему самый распространенный диапазон это 192.168.X.X
Чтобы узнать, например, ip-адрес своего компьютера (на базе ос windows), наберите в терминале команду ipconfig
Как видите, ip-адрес моего компьютера в моей домашней локальной сети 192.168.88.251
Для выхода в глобальные сети, ваш локальный ip-адрес подменяется роутером на глобальный, который вам выдал провайдер. Глобальные ip-адреса не попадают под диапазоны из таблички выше.
Так вот локальные ip-адреса — это серые ip-адреса, а глобальные — это белые.
Для большего понимания рассмотрите схему ниже. На ней я подписал каждое устройство своим ip-адресом.
На схеме видно, что провайдер выпускает нас в глобальные сети (в интернет) с белого ip-адреса 91.132.25.108
Для нашего роутера провайдер выдал серый ip-адрес 172.17.135.11
И в нашей локальной сети все устройства соответственно тоже имеют серые ip-адреса 192.168.Х.Х
Узнать под каким ip-адресом вы выходите в глобальную сеть можно на сайте 2ip.ru
Но из всего этого стоит помнить один очень важный фактор!
В настоящее время обострилась проблема нехватки белых ip-адресов, так как число сетевых устройств давно превысило количество доступных ip. И по этой причине интернет провайдеры выдают пользователям серые ip-адреса (в рамках локальной сети провайдера, например в пределах нескольких многоквартирных домов) и выпускают в глобальную сеть под одним общим белым ip-адресом.
Чтобы узнать серый ip-адрес выдает вам провайдер или белый, можно зайти к себе на роутер и посмотреть там, какой ip-адрес получает ваш роутер от провайдера.
Например я на своем домашнем роутере вижу серый ip-адрес 172.17.132.2 (см. диапазаон локальных адресов). Для подключения белого ip-адреса провайдеры обычно предоставляют доп. услугу с абон. платой.
На самом деле, для домашнего интернета это совсем не критично. А вот для офисов компаний рекомендуется покупать у провайдера именно белый ip-адрес, так как использование серого ip-адреса влечет за собой проблемы с работой ip-телефонии, а также не будет возможности настроить удаленное подключение по VPN. То есть серый ip-адрес не позволит вам вывести в интернет ваш настроенный сервер и не позволит настроить удаленное подключение на сервер из другой сети.
3. NAT
В предыдущем разделе я отметил, что “в настоящее время обострилась проблема нехватки белых ip-адресов” и поэтому распространенная схема подключения у интернет провайдеров сейчас, это подключать множество клиентов серыми ip-адресами, а в глобальный интернет выпускать их под одним общим белым ip.
Но так было не всегда, изначально всем выдавались белые ip-адреса, и вскоре, чтобы избежать проблему дефицита белых ip-адресов, как раз и был придуман NAT (Network Address Translation) — механизм преобразования ip-адресов.
NAT работает на всех роутерах и позволяет нам из локальной сети выходить в глобальную.
Для лучшего понимания разберем два примера:
1. Первый случай: у вас куплен белый ip-адрес 91.105.8.10 и в локальной сети подключено несколько устройств.
Каждое локальное устройство имеет свой серый ip-адрес. Но выход в интернет возможен только с белого ip-адреса.
Следовательно когда, например, ПК1 с ip-адресом 192.168.1.3 решил зайти в поисковик Яндекса, то роутер, выпуская запрос ПК1 в глобальную сеть, подключает механизм NAT, который преобразует ip-адрес ПК1 в белый глобальный ip-адрес 91.105.8.10
Также и в обратную сторону, когда роутер получит от сервера Яндекса ответ, он с помощью механизма NAT направит этот ответ на ip-адрес 192.168.1.3, по которому подключен ПК1.
2. Второй случай: у вас также в локальной сети подключено несколько устройств, но вы не покупали белый ip-адрес у интернет провайдера.
В этом случае локальный адрес ПК1(192.168.1.3) сначала преобразуется NAT‘ом вашего роутера и превращается в серый ip-адрес 172.17.115.3, который вам выдал интернет-провайдер, а далее ваш серый ip-адрес преобразуется NAT’ом роутера провайдера в белый ip-адрес 91.105.108.10, и только после этого осуществляется выход в интернет (глобальную сеть).
То есть, в этом случае получается, что ваши устройства находятся за двойным NAT’ом.
Такая схема имеет более высокую степень безопасности ваших устройств, но также и имеет ряд больших минусов. Например, нестабильная sip-регистрация VoIP оборудования или односторонняя слышимость при звонках по ip-телефонии.
Более подробно о работе механизма NAT, о его плюсах и минусах, о выделении портов, о сокетах и о видах NAT я напишу отдельную статью.
4. DHCP — сервер и подсети
Чтобы подключить устройство, например, компьютер к интернету вы обычно просто подключаете провод (витую пару) в компьютер и далее в свободный порт на роутере, после чего компьютер автоматически получает ip-адрес и появляется выход в интернет.
Также и с Wi-Fi, например со смартфона или ноутбука, вы подключаетесь к нужной вам сети, вводите пароль, устройство получает ip-адрес и у вас появляется интернет.
А что позволяет устройству получить локальный ip-адрес автоматически?
Эту функцию выполняет DHCP-сервер.
Каждый роутер оснащен DHCP-сервером. IP-адреса, полученные автоматически являются динамическими ip-адресами.
Потому что, при каждом новом подключении или перезагрузки роутера, DHCP-сервер тоже перезагружается и может выдать устройствам разные ip-адреса.
То есть, например, сейчас у вашего компьютера ip-адрес 192.168.1.10, после перезагрузки роутера ip-адрес компьютера может стать 192.168.1.35
Чтобы ip-адрес не менялся, его можно задать статически. Это можно сделать, как на компьютере в настройках сети, так и на самом роутере.
А также, DHCP-сервер на роутере вообще можно отключить и задавать ip-адреса вручную.
Можно настроить несколько DHCP-серверов на одном роутере. Тогда локальная сеть разделится на подсети.
Например, компьютеры подключим к нулевой подсети в диапазон 192.168.0.2-192.168.0.255, принтеры к первой подсети в диапазон 192.168.1.2-192.168.1.255, а Wi-Fi будем раздавать на пятую подсеть с диапазоном 192.168.5.2-192.168.5.255 (см. схему ниже)
Обычно, разграничение по подсетям производить нет необходимости. Это делают, когда в компании большое количество устройств, подключаемых к сети и при настройке сетевой безопасности.
Но такая схема в компаниях встречается довольно часто.
Поэтому обязательно нужно знать очень важный момент.
Внимание!
Если вам необходимо с ПК зайти на web-интерфейс, например, принтера или ip-телефона и при этом ваш ПК находится в другой подсети, то подключиться не получится.
Для понимания разберем пример:
Допустим вы работаете за ПК1 с локальным ip-адресом 10.10.5.2 и хотите зайти на web-интерфейс ip-телефона с локальным ip-адресом 192.168.1.3, то подключиться не получится. Так как устройства находятся в разных подсетях. К ip-телефона, находящиеся в подсети 192.168.1.X, можно подключиться только с ПК3 (192.168.1.5).
Также и к МФУ (172.17.17.10) вы сможете подключиться только с ПК4 (172.17.17.12).
Поэтому, когда подключаетесь удаленно к пользователю на ПК, чтобы зайти на web-интерфейс ip-телефона, то обязательно сначала сверяйте их локальные ip-адреса, чтобы убедиться, что оба устройства подключены к одной подсети.
5. Устройства маршрутизации сети (маршрутизатор, коммутатор, свитч, хаб)
Как ни странно, но есть такой факт, что новички в IT (иногда и уже действующие сис.админы) не знают или путают такие понятия как маршрутизатор, коммутатор, свитч, сетевой шлюз и хаб.
Я думаю, причина такой путаницы возникла из-за того, что наплодили синонимов и жаргонизмов в названиях сетевого оборудования и это теперь вводит в заблуждение многих начинающих инженеров.
а) Роутер, маршрутизатор и сетевой шлюз
Все знают что такое роутер. Что это именно то устройство, которое раздает в помещении интернет, подключенный от интернет провайдера.
Так вот маршрутизатор и сетевой шлюз это и есть роутер.
Данное оборудование является основным устройством в организации сети. В инженерной среде наиболее используемое название это “маршрутизатор”.
Кстати маршрутизатором может быть не только приставка, но и системный блок компьютера, если установить туда еще одну сетевую карту и накатить, например, RouterOS Mikrotik. Далее разрулить сеть на множество устройств с помощью свитча.
б) Что такое Свитч и чем он отличается от Коммутатора и Хаба
Свитч и Коммутатор это тоже синонимы. А вот хаб немного другое устройство. О нем в следующем пункте (в).
Коммутатор (свитч) служит для разветвления локальной сети. Как тройник или сетевой фильтр, куда мы подключаем свои устройства, чтобы запитать их электричеством от одной розетки.
Коммутатор не умеет маршрутизировать сеть как роутер. Он не выдаст вашему устройству ip-адрес и без помощи роутера не сможет выпустить вас в интернет.
У стандартного маршрутизатора обычно 4-5 портов для подключения устройств. Соответственно, если ваши устройства подключаются проводами и их больше чем портов на роутере, то вам необходим свитч. Можно к одному порту роутера подключить свитч на 24 порта и спокойно организовать локальную сеть на 24 устройства.
А если у вас завалялся еще один роутер, то можно в его web-интерфейсе включить режим коммутатора и тоже использовать как свитч.
в) Хаб
Хаб выполняет те же функции, что и коммутатор. Но его технология распределения сильно деревянная и уже устарела.
Хаб раздает приходящие от роутера пакеты всем подключенным устройствам без разбора, а устройства уже сами должны разбираться их это пакет или нет.
А коммутатор имеет MAC таблицу и поэтому распределяет приходящие пакеты на одно конкретное устройство, которое и запрашивало этот пакет. Следовательно передача данных коммутатором быстрее и эффективнее.
В настоящее время уже редко где встретишь использование хаба, но всё таки они попадаются, нужно быть к этому готовым и обязательно рекомендовать пользователю замену хаба на свитч.
6. Основные команды для анализа сети
а) Команда Ping
Чтобы понять активен ли ip-адрес или само устройство, можно его “пропинговать”.
Для этого в командной строке пишем команду ping “ip-адрес”.
Здесь мы “пинганули” dns сервер google и, как видим, сервер активен (отклик на пинги есть и равен 83 мс).
Если адресат недоступен или данный ip-адрес не существует, то мы увидим такую картину:
То есть ответа на пинги не получаем.
Соответственно ключ “-а” нам показал, что имя пингуемого узла “dns.google”.
А благодаря ключу “-t” ping шел без остановки, я остановил его, нажав Ctrl+C.
При непрерывном пинге можно увидеть адекватно ли ведет себя пингуемый узел и примерное качество работы интернет канала.
Как видим из скриншота, периодически возникают задержки приема пакета аж до 418 мс, это довольно критичное значение, так как скачок с 83 мс до 418 мс отразился бы на видеосвязи торможением/зависанием изображения или в ip-телефонии деградацией качества голоса.
В моем случае, скорей всего штормит мой домашний Интернет.
Но чтобы более детально установить причину, это нужно запускать dump. А это тема для целой статьи.
Внимание! Иногда на роутерах отключена отправка ICMP пакетов (кто-то отключает специально, а где-то не включена по умолчанию), в таком случае на «пинги» такой узел отвечать не будет, хотя сам будет активен и нормально функционировать в сети.
Еще одна возможность “пинга” это узнать какой ip-адрес скрывается за доменом сайта. А именно, на каком сервере установлен хост сайта.
Для этого просто вместо ip-адреса пишем сайт:
Как видите, у хабра ip-адрес 178.248.237.68
б) Трассировка
Иногда очень важно увидеть каким путем идет пакет до определенного устройства.
Возможно где-то есть пробоина и пакет не доходит до адресата. Так вот утилита трассировки помогает определить на каком этапе этот пакет застревает.
На ОС Windows эта утилита вызывается командой “tracert” ip-адрес или домен:
Здесь мы увидели через какие узлы проходит наш запрос, прежде чем дойдет до сервера ya.ru
На ОС Linux эта утилита вызывается командой traceroute.
Утилитой трассировки также и обладают некоторые устройства, маршрутизаторы или голосовые VoIP шлюзы.
в) Утилита whois
Данная утилита позволяет узнать всю информацию об ip-адресе или о регистраторе домена.
Например, проверим ip-адрес 145.255.1.71. Для этого ввожу в терминале команду whois 145.255.1.71
Получили информацию о провайдере ip-адреса, страну, город, адрес, диапазон и т.д.
Я пользуюсь ей только на Linux. Утилита качается и устанавливается легко из стандартного репозитория операционной системы.
Но также читал, что и на Windows есть подобное решение.
7. Транспортные протоколы TCP и UDP
Все передачи запросов и прием ответов между устройствами в сети осуществляются с помощью транспортных протоколов TCP и UDP.
TCP протокол гарантированно осуществляет доставку запроса и целостность его передачи. Он заранее проверяет доступность узла перед отправкой пакета. А если по пути целостность пакета будет нарушена, то TCP дополнит недостающие составляющие.
В общем, это протокол, который сделает все, чтобы ваш запрос корректно дошел до адресата.
Поэтому TCP самый распространенный транспортный протокол. Он используется когда пользователь серфит интернет, лазает по сайтам, сервисам, соц. сетям и т.д.
UDP протокол не имеет такой гарантированной передачи данных, как TCP. Он не проверяет доступность конечного узла перед отправкой и не восполняет пакет в случае его деградации. Если какой-то пакет или несколько пакетов по пути утеряны, то сообщение дойдет до адресата в таком неполном виде.
Зачем тогда нужен UDP?
Дело в том, что данный транспортный протокол имеет огромное преимущество перед TCP в скорости передачи данных. Поэтому UDP широко используется для пересылки голосовых и видео пакетов в реальном времени. А именно, в ip-телефонии и видео звонках.
К примеру, любой звонок через WhatsApp или Viber использует транспортный протокол UDP. Также и при видео звонках, например, через Skype или те же мессенджеры WhatsApp и Viber.
Именно потому что UDP не гарантирует абсолютную передачу данных и целостность передаваемого пакета, зачастую возникают проблемы при звонках через интернет.
Это прерывание голоса, запаздывание, эхо или робоголос.
Данная проблема возникает из-за нагруженного интернет канала, двойного NATа или радиоканала.
Хорошо бы конечно в таких случаях использовать TCP, но увы, для передачи голоса необходима мгновенная передача целостных пакетов, а для этой задачи идеально подходит UDP.
Чтобы не возникало проблем с использованием UDP протокола, нужно просто организовать качественный интернет канал. А также настроить на роутере выделенную полосу для UDP, чтобы нагрузка с других устройств, которые используют TCP не мешала работе транспортного протокола UDP.
На этом всё.
Я не стал нагромождать статью и копипастить сюда научные определения всех используемых терминов, кому это необходимо, просто загуглите.
Я постарался собрать воедино 7 самых важных, на мой взгляд, моментов, знание которых, помогут юному “айтишнику” пройти первые этапы собеседования на “айтишные” должности или хотя бы просто дать понять работодателю, что вы явно знаете больше, чем рядовой юзер.
Изучайте, конспектируйте. Надеюсь, что статья многим принесет пользу.
Компьютерные сети for dummies
После прочтения такого материала как «PHP 7 Д. Котерова», или «byte Of Python», может возникнуть один очень интересный вопрос, и нет, он не будет связан с языком, о котором была книга, он будет взят как правило из первых глав книги, которые обычно посвящаются «устройству интернета», как правило такие книги сильно глубоко пользователя не погружают, и оставляют его на уровне прикладных данных, то есть не дальше чем протокол HTTP, и работа TCP/IP. Но как всем нам известно, есть очень «прожорливые» умы, которым одного только
Каждый из протоколов в идеале «ничего не знает» о том, какой протокол «стоит над ним»
совершено не хватит. Вариантов занять свою «прожорливость» уйма, и сегодня я расскажу об всех основных моментах компьютерных сетей, кратко.
Сначала то, к чему мы вернемся
Основные термины и понятия компьютерных сетей, грубо говоря, компьютерные сети, это обычные «сети», состоящие из конечных машины. Конечными машинами называться любые компьютеры в сети, которые хотят обмениваться данными.
Такие сети, как правило передают данные по физическим передатчикам, а именно (будут рассмотрены самые популярные/простые в понимании типы):
Но, как вы сами понимаете, это еще не все, не можем же мы напрямую через кабеля быть связаны с провайдерами, а те с провайдерами на уровень выше, и так далее. Нет, это не так, на самом деле, между конечными системами, провайдерами, и прочими узлами, есть специальные комутаторы и километры кабелей, про комутаторы — а именно маршрутизаторы, маршрутизаторы, это специальные блоки, вычислительные машины, которые имеют несколько входов/выходов (может быть и тем и тем, такие входы/выходы называют интерфейсами), и имеют у себя на борту таблицы, в которой описано 1 адрес в сети следующего маршрутизатора или самой конечной системы, для отправки данных на конечную систему на которую сделан запрос, 2 километраж (это не точное определения, там считается специальными единицами), 3 маска под сети (это не все, но в этой статье не будут подробно раскрываться маршрутизаторы).
Теперь сеть выглядит так.
Компьютеры выделенные цветом, хотят связаться друг с другом, на пути у них, есть несколько маршрутизаторов, и других компьютеров. Появляется вопрос, как же маршрутизатор узнает где именно конечная система, есть ли там по адресу маршрутизатор вообще, и какой путь длиннее, а еще на какой маршрутизатор, дальше отправить данные. На вопрос, о том где конечная система, и на какой маршрутизатор дальше отправит данные, отвечает адресация в сети, а именно IP адреса, прим: 192.168.0.1, маршрутизатор принимая данные которые ему пришли от компьютера, или от другого маршрутизатора, смотрит на все 4 блока адреса (блоки разделены точкой), допустим изначальный путь 176.123.82.129 данные приходят на маршрутизатор 176.123.82.130, к нему подключены два маршрутизатора, 176.123.82.120, 176.123.82.125, и один компьютер 176.123.82.129, это маршрутизатор посмотрит на свою таблицу адресов, и отправит данные туда где они «быстрее дойдут» до конечной системы, то есть, он сам туда отправить данные за счет IP в данных, и своей таблицы. Длина пути вычисляется с помощью, таблицы с «километражом» (не точно, ибо есть своя единица исчисления). С маршрутизаторами все, на самом деле они имеют еще очень много неточностей, и функций, но раскрывать их здесь подробно, я не буду, ибо это займет довольно много времени.
Что-же мы получаем в итоге? У нас есть сети, из конечных систем, провайдеров, они связаны между собой кабелями, но через переходники «маршрутизаторы», которые выполняют роль главный маршрутизаторов данных.
Не большое уточнения, «данные» это пакет данных, содержащий биты информации, порядок обработки такого «пакета» на маршрутизаторе, примерно так — приходит пакет, как правило пакет, это лишь часть всех данных которые передала конечная система, так вот, маршрутизатор делает обработку, достает заголовки сетевого уровня сети (об этом позже) обратно запаковывает пакет, от отправляет его по принципу который был описан выше. Уточню, маршрутизаторы, есть и те которые дожидаются когда прибудут все данные с конечной системой, и которые сразу отправляют данные, сразу, не дожидаясь остальных, но когда приходят остальные, он отправляет их туда же, куда отправил первые (все эти вычисления делает сам маршрутизатор, за счет заголовков в каждом отдельном пакете), а заниматься дальнейшей обработкой, и склеиванием пакетов должна конечная система на которую пришли пакеты, при этом если пакет был потерян, или произошла ошибка, маршрутизатор обязан прервать соединения, и повторить попытку.
Пятиуровневая модель сети TCP/IP
Как вы понимаете, чтобы все выше описанное работало верно, должен быть некий стандарт, этим де-факто стандартом является стек протоколов TCP/IP + уровень OSI.
Для начала немного терминов.
Что такое протокол? Протокол, это некое правила общения между двумя системами, самый травильный и популярный пример, это взаимодействие двух человек, допустим вы подходите в человеку, что вы обычно ему говорите? «Здравствуйте», человек обработает это, и ответит «Здравствуйте», после этого, как прошло соглашения об общении, вы спрашиваете «сколько времени», человек обработает это и ответит к примеру «14:00», после этого общения закончится на слова «благодарю» и «до свидания». Вот такой тип общения, и есть протокол, а именно из примера выше, у нас был почти что браузера, и хостинг, которые работают через HTTP TCP.
Что такое порт? Как вообще общаться компьютеры, через сети? Компьютеры общаются, через специальные приложения, так вот, эти приложения работают, через специальные интерфейсы «сокеты», для того чтобы, верно обработать веб-серверу HTTP запрос допустим, надо чтобы веб сервер вызвал процесс HTTP находящийся по порту 80, по такому порту заработает хостинг, чтобы веб сервер обработал TCP, надо обращаться с процессу с портом 443. То есть порт, это идентификатор процесса на конечной системе, чтобы к ней мог обратится сокет.
Что такое сокет? Один из самых частых вопросов новичков, сокет, это всего лишь интерфейс между протоколом прикладного уровня сети, и процессом компьютера, грубо говоря, есть два дома друг на против друга, в левом доме живет Иван, в правом Сергей, Иван захотел передать письмо Сергею, тогда Иван выходит из своего дома, через дверь (процесс на компьютере посылает пакет, через сокет, сокет в данном случае дверь), переходи через дорогу, тротуар (компьютерная сеть, маршрутизаторы), стучится в дверь, пожимает руку Сергею, и заходи через дверь к нему в дом (делает запрос «стучится», соглашается об работе «пожимает руку», и пакет приходит через сокет «дверь»).
Что такое процесс? Тут все просто, это «программа», которая работает на фоне, все время, допустим это HTTP обработчик.
Что такое соглашения упомянутое раньше? Это вовсе не обязательная процедура, соглашения двух процессов, об общении на таком порту, по такому IP, пример, браузер и веб сервер, начинают общение только после соглашения типа «трехсторонние рукопожатие», это когда вы вводите в адресной строке браузера адрес сайт, браузер сначала посылает запрос на сервер с вопросом «будем работать», сервер может ответить «да» или «нет», если да, то браузер посылает еще один запрос, и соединения начато, если нет, браузер пишет нам какую то ошибку, об запрете доступа. Замечу что не во всех компьютерных сетях, и протоколах обязательно какое либо «соглашения».
Вернемся к пятиуровневой модели сети, и так, пять уровней сети, это специальные уровни работы сети, которые позволяют легче вычислять на каком уровнен была обнаружена ошибка, это позволяет прикладному приложению, работать легче с данными из сети, и позволяет разработчикам, при надстройке своего протокола, не изучать высшую математику.
Приведу пример, используемый в книге «Компьютерные сети. Наглядно», с некоторой модификацией. Представим аэропорт, аэропорт по сути и есть сетевая модель, только в других реалиях, как работает аэропорт? Человек (будет выступать в роли пакета), заходит в здания, и подходит к кассе, на покупку билета, он покупает билет, и идет на регистрацию багажа, дойдя до регистрации багажа, регистрирует багаж, далее он идет на посадку на самолет, после чего самолет берет разгон на взлетной полосе, и уже потом летит (пакет «летит» по сети), после чего самолет приземляется, и происходит все описанное ранние, только в обратном порядке, а именно, самолет садиться на взлетной полосе, человек выходит из самолета, человек забирает багаж, и по желанию может подать жалобу на билет. А теперь представьте, если бы заместо каждой отдельной службы, была всего одна, которая занималась бы и посадкой на самолет, и продаже билетов, и так далее. Тут просто на ум в первую очередь приходят очереди, были бы огромные очереди. Все тоже самое происходит и с моделью сети.
Пример, у нас есть чат, одно приложения на нашем ПК, и другое на ПК нашего друга, мы отправляем сообщения, и происходит следующие, а именно, пакет собирается процессом клиентской (нашей) конечной машины, и через сокет отправляется на уровень модели под названием «транспортный», тот в свою очередь через протокол TCP составляет пакет (длина данных, данные. ), и отправляет пакет еще ниже на уровень, к сетевому уровню, который через протокол IP добавляет к пакету данные, об получателе пакета (все данные, кроме изначально передаваемых, называются заголовками, далее мы и будем их так называть) (эти данные генерирует, сам процесс), далее процесс отправляет пакет на канальный уровень, этот уровень отвечает за поиск и исправления ошибок, в сети, а так же маршрутизацию в локальной сети, к примеру WI-FI, канальный уровень в свою очередь отправляет на физический уровень, физический уровень, шифрует все данные, и отправляет их через интерфейс (порт в ПК, или через WI-Fi) туда, куда предусмотрел сетевой уровень, после этого на конечной машине получателя, идет обработка данных, а именно, физический уровень на получателе, расшифровывает данные, и передает их на канальный, тот тоже расшифровывает их (убирает свои заголовки, взяв все нужные данные), и отправляет данные на сетевой уровень, тот обрабатывает, верно ли взят адрес, все ли работает, забирает свои заголовки, и отдает данные на транспортный уровень, тот в свою очередь, окончательно все расшифровывает, и отдает данные нашему «чату».
Уточню, если наш процесс вдруг захочет взят только данные из сетевого уровня, то он не как не сможет проскочить первые два уровня, то есть ему надо будет расшифровать сначала физический уровень, отправить данные на канальный, и только после этого дойти до сетевого, перепрыгнуть уровни не возможно. Это важно! Оно понадобится для дальнейшего домашнего задания (ответ будет описан в конце).
Вот как выглядят уровни сети
Уточню, у новичков может возникнуть вопрос, что значат стрелки между уровнями сети? На самом деле, этих стрелок нет, на самом деле, правый столб уровней, работает с пакетом просто на том протоколе, на котором он был отправлен в левом столбе, он не как не общается с уровнем который отправил этот пакет, он работает лишь с пакетом, на том протоколе, на котором работал уровень левого столба.
А теперь подумайте о плюсах, к примеру главный плюс, это если допустим на канальном уровне произошла ошибка, нам будет не трудно это узнать, просто пропустив по сети специальный возвращаемый запрос. Еще плюс, если мы захотим надстроить свой протокол, нам не придется менять все уровни сети, мы просто сделаем протокол, который верно будет работать с текущем уровнем сети. Далее будет более подробно рассмотрен каждый уровень.
Но для начала вопрос — маршрутизаторы, работают ли они с уровнями сети? С какими именно? До каких доходят? Какие читают? (Ответ в конце).
Прикладной уровень, это вовсе не обязательный в использовании сети уровень, он в основном отвечает за форматирования данных которые приходят на транспортный уровень, на конечной системе приемнике, допустим пример это веб сервер и веб браузер, они на прямую работают с HTML разметкой, при разработке веба, решили что передавать на прямую верстку через транспортный уровень, не очень хорошо, и был создан протокол прикладного уровня HTTP, этот протокол специально создан для передачи HTML документов. Но как я упомянул ранее, прикладной уровень вовсе не обязателен, практически все чат программы, еще до популярности онлайн чатов, обменивались данными через транспортный уровень, без использования прикладного.
Транспортный уровень, этот уровень сети, отвечает за транспортировку данных по сети, то есть он принимает сами данные, их длину, и еще некоторые заголовки, и посылает все это на сетевой уровень, данный уровень, эталонно должен повторять отправку при сбое системы, и одним из самых популярных протоколов данного уровня, является TCP, за ним UPD.
Сетевой уровень, данный уровень отвечает за, адресацию пакета, на данном уровне сохраняется, IP адрес, маска под сети, есть еще некоторые заголовки, но мы их рассматривать не будем. Он отвечает за маршрутизацию пакета по сети.
Канальный уровень, данный уровень отвечает за маршрутизацию пакета в локальной сети, к примеру для определения на какой компьютер послать пакет, в сети WI-FI, а так же, этот уровень отвечает за обнаружения, исправления ошибок при передаче пакета.
Физический уровень, этот уровень на прямую работает с интерфейсами ПК, и занимается шифровкой данных, в разного типа частоты, подробно мы его рассматривать не будем.
Какие типы сетей бывают?
Типов сетей бывает много, начиная от прикладных, заканчивая низкоуровневыми. Я рассмотрю тут два самых популярных типа сетей, это «P2P», и «client server». Но для начала термины.
Что такое клиент? Клиент этот как правила конечная машина (или процесс конечной машины), который запрашивает данные у сервера.
Что такое сервер? Сервер, этот как правило конечная машина (или процесс конечной машины), который по запросу отдает запрашиваемые данные, или любой другой ответ, в общем сервером называется то, что обрабатывает запросы которые на него поступают, и отвечает на них.
P2P (расшифровка — «peer-to-peer»), это тип сетей когда в, в компьютерной сети, все конечные машины, могут быть и серверами, и клиентами, пример группа скайп, когда вы звоните кому-то, вы становитесь клиентом (ваш скайп), который запрашивает у сервера видео обмен (у скайпа того кому вы звоните), теперь вы отключились от звонка, и резко вам позвонил тот с кем вы только что говорили, теперь вы не клиент, а сервер (ваш скайп теперь не делает запросы, а отвечает на них), а скайп того кто позвонил, не сервер а клиент (не отвечает на запросы, а посылает их). Так то и работает P2P, когда все машины потенциально и клиенты, и сервера. Опять же, пример такой сети это — Скайп.
Клиент сервер, это тип сети, когда у нас строго на строго есть клиенты, и сервер/сервера. То есть вы всегда можете лишь посылать запросы, а сервер отвечать на них, так может работать чат, ваш клиент (процесс) посылает запросы, на проверку нету ли, новых сообщений в базе, если есть, сервер вернет их, если нет, вернет другой ответ, когда вы отправляете сообщения, то оно летит на сервер с запросом типа «сохрани в базу новое сообщения». То есть у нас есть группа клиентов, и сервер, если два клиента захотят связаться, все будет проходить через сервер, а клиенты только будут делать запросы на сервер, с просьбой «верни все новые сообщения», а сервер лишь будет отвечать. Пример такой сети, это самая прикладная на данный момент сеть, это веб. Все ваши действия в браузере, вроде ввода адреса в адресную строку, делают запрос на сервер, а сервер лишь отвечает. Ваш браузер не может стать сервером, а сервер не может стать браузером. (Браузер процесс клиента, сервер процесс сервера).
И лишь совсем чуть чуть, о безопасности в сетях.
Безопасность в компьютерных сетях, это сейчас одна из самых популярных тем, информационной безопасности, и коротенькой статьи не хватит чтобы объяснить даже самые основные аспекты. Тут я лишь расскажу о паре самых популярных уязвимостей, и атак на компьютерные сети.
Перехват пакетов, как говорилось раньше, конечные машины обмениваются данными, через пакеты, проходящие по сети. Как вы понимаете в реалиях нашего мира, есть очень много виртуальных структур, которые связаны с финансами к примеру, это могут быть и банки, и просто оплата книги в интернет магазине, не важно. Все ваши данные, в любом случае будут переданы другой конечной машине (серверу), и обработаны, так вот, суть данной уязвимости в том, что данные которые передаются к серверу, а именно пакеты, могут быть перехвачены.
Соответственно могут быть украдены пароли, или номера кредитных карт. Это могут быть что пакеты веб браузера, что пакеты какой либо P2P сети. Решить данную уязвимость, можно сделав между клиентами, и серверами обязательное соглашения о котором шла речь раньше
Что такое соглашения упомянутое раньше? Это вовсе не обязательная процедура, соглашения двух процессов, об общении на таком порту, по такому IP, пример, браузер и веб сервер, начинают общение только после соглашения типа «трехсторонние рукопожатие», это когда вы вводите в адресной строке браузера адрес сайт, браузер начала посылает запрос на сервер с вопросом «будем работать», сервер может ответить «да» или «нет», если да, то браузер посылает еще один запрос, и соединения начато, если нет, браузер пишет нам какую то ошибку, об запрете доступа. Замечу что не во всех компьютерных сетях, и протоколах обязательно какое либо «соглашения».
И в этом обязательном соглашении договариваться о работе по протоколу, который шифрует данные к примеру это HTTPS, а процесс его обработчика находиться по порту 443 (это порт и для TCP). То есть договориться общаться по порту 443, это TCP с наработкой, которая работает с HTTPS. Что такое HTTPS? Это протокол, а именно HTTP который шифруется специальной утилитой «SSL, TSL», а главное что шифруется такой пакет и на клиенте, и на сервере, соответственно перехватив такой пакет, злоумышленик не сможет ничего расшифровать, и обнаружить пароли и прочие…
DDoS атака, это атака, которая в данный момент является одной из самых популярных в компьютерных сетях. Работает она так, на больше количество конечных систем, путем рекламы, спама, и прочих методов рекламы, устанавливается вредоносное программное обеспечение(процесс), которое не видно, и работает он как правило без каких либо действий пользователя, в фоновом режиме, в определенный час «Ч», все компьютеры зараженные данным процессом, начинают посылать огромное количество запросов на определенный сервер, с целью выведения данного сервера, или маршрутизатора на пути к серверу, из строя. В запросе, как правило летит не много весовая (для обширности атаки), при этом максимально сложная информация для обработки сервером.
Атаки такого типа выводят сервера из строя, тем самым, что у сервера пропадает возможность отвечать на все более и более новые запросы, таким образом сервер падает, и стает не работа способным, так же, очень часты случаи что из строя выходи маршрутизатор на пути к серверу, ибо у них забивается буфер, и пропадает возможность дальше отправлять пакеты. Такие атаки как правило очень быстро исправляются, но, когда такие атаки происходят на какие то интернет биржи, или банки, что пользователи, что сами структуры, терпят убытки.
Защититься от такой атаки, можно анализируя количество запросов в секунду, от одного и того же IP. Минимальный при этом опасный размер атаки на данный момент это 100 тысяч запросов в секунду. Так же существует родитель DDoS атаки, а именно DoS, но на данный момент эта атака не так страшна, ибо мощность даже самых ушлых серверов, позволяет обработать столь не значительную нагрузку.
Заключения
В заключение я хочу сказать некоторые детали об этой статье.
UPD: статья рассчитана на тех, кто о сетях и знать ничего не знал, но хочет начать хотя бы не со сложных книг, а с общего обзора.