14 сентября 2018 года / #DEVOPS
Что такое компьютерные сети и как их реально понять
Сумед Нимкарде
Независимо от того, являетесь ли вы новичком в мире разработки, или долгое время создавали что-либо - или даже если вы человек, который просто любит компьютеры и ежедневно пользуется Интернетом, - вы должны знать основы работы в сети и особенно Компьютерные сети.
Если вам нравится больше копаться в серверах, их безопасности и в том, как вы подключаетесь к своим серверам с удаленного клиента, все это требует определенных знаний о компьютерных сетях и их компонентах. В этой статье я попытался охватить большинство тем, касающихся компьютерных сетей.
Также отсюда я буду называть «компьютерные сети» просто «сетями».
Давайте сначала посмотрим на мое рабочее определение компьютерных сетей:
Компьютерные сети можно определить как обмен сетевыми пакетами между вычислительными машинами по всему миру с помощью линий передачи данных, таких как проводные кабели, оптические волокна и т. Д.
Интернет - это своего рода компьютерная сеть.
Мы рассмотрим некоторые наиболее часто используемые термины и компоненты, а также их функционирование в компьютерной сети, некоторые из которых приведены на приведенной выше диаграмме.
Обычно используемые термины в компьютерных сетях
Вершины
Узлы в компьютерных сетях означают любое вычислительное устройство, такое как компьютеры, мобильные телефоны, планшеты и т. Д., Которые пытаются отправлять и получать сетевые пакеты по сети на другое подобное устройство.
Сетевые пакеты
Сетевые пакеты - это не что иное, как информация или единицы данных, которые узел источника хочет отправить / получить в / из узла назначения. В этой статье все сетевые пакеты / пакеты данных передают одинаковое значение.
Интернет-протокол (IP)
Предположим, что вы хотите отправить подарок другу на день рождения, куда вы его отправите? На их уличный адрес не так ли?
То же самое и здесь. Первые ученые-компьютерщики хотели идентифицировать компьютеры в Интернете по уникальному номеру, что-то вроде телефонных номеров сегодня. Итак, они придумали концепцию TCP / IP.
IP-адрес компьютерного устройства - это адрес этого устройства в компьютерной сети. Технически, это 32-битное число, используемое для идентификации устройств в сети. Весь обмен данными с устройством в этой сети будет осуществляться с точки зрения его IP-адреса.
Предположим, вы загружаете файл на любой сайт или говорите на диск Google.
Говоря о самом низком уровне сетевого взаимодействия, ваш файл преобразуется в пакеты, и у каждого пакета есть адрес узла назначения, который является ничем иным, как IP-адресом.
На более высоком уровне IP-адреса подразделяются на два типа:
• IPv4: адреса IPv4 - это 32 бита (четыре байта), как описано в определении. Примером IPv4-адреса будет 104.244.42.129, который является IPv4-адресом twitter.com. Они стабильны в использовании и, следовательно, используются сегодня для идентификации машин в мире.
• IPv6: IPv6-адреса являются довольно новыми для мира и представляют собой восемь шестнадцатеричных чисел, разделенных знаком «:». Примером адреса IPv6 может быть 2001: 0cb8: 85a3: 0000: 0000: 8a2e: 0370: 7334. Они нестабильны и поэтому еще широко не используются. Интернет по-прежнему использует IPv4 из-за его стабильности, и пока нет оценки, когда мы начнем использовать IPv6, поскольку он пока нестабилен.
IPv4 подразделяется на пять классов, называемых классом A, B, C, D, E.
Октеты в IP-адресе. Источник: tcpipguide.com
Класс A: Как показано в третьем столбце вышеприведенного изображения, для IP-адресов класса A первый бит первого октета IP-адреса является постоянным и равен «0».
Второй столбец указывает биты сети и биты хоста соответствующего класса IP-адресов. Рассмотрим в случае IP-адреса класса A, у нас есть следующая формула:
Количество сетей / подсетей = 2 ^ (количество бит сети).
Количество действительных хостов в каждой подсети = 2 ^ (число битов хоста) - 2.
Количество сетевых битов и битов хоста определяется маской подсети по умолчанию для класса IP-адреса.
Маска подсети по умолчанию для IP-адресов класса A - 255.0.0.0, то есть 11111111.00000000.0000000.00000000`. Таким образом, для класса А:
Сетевые биты = 8, а биты хоста = 24.
Поскольку биты сети = 8, биты хоста = 24, их сумма должна быть 32, поскольку адреса IPv4 имеют 32 бита. Но, поскольку мы используем один бит (первый бит в первом октете) для идентификации класса:
Количество используемых сетевых битов = Количество сетевых битов - Количество постоянных битов = 8–1 = 7
Таким образом, Количество возможных сетей в классе А = 2 ^ 7 - 2 = 126 и,
Число возможных хостов (то есть устройств, которые могут быть подключены к сети) на сеть в классе A = 2 ^ 24-2 = 16277214.
Теперь, здесь, для класса А, вы можете задаться вопросом, почему я вычел дополнительные 2 из числа возможных сетей. Это потому, что для класса А 127.x.y.z был зарезервирован. Для других классов используется обычная формула.
Таким образом, IP-адреса в классе A варьируются от 1.x.x.x до 126.x.x.x.
Класс B: случай аналогичен классу B. Единственное отличие состоит в том, что 2 бита первого октета являются постоянными (10), и они идентифицируют класс IP-адреса, который является классом B. Все остальные вычисленияТо же самое, и я не упоминаю их здесь, так как их легко взять из таблицы выше. Они варьируются от 128.0.x.x до 191.255.x.x.
Класс C: 3 бита первого октета постоянны (110), и они идентифицируют класс как класс C. Они варьируются от 192.0.0.x до 223.255.255.x.
Класс D и класс E: класс D и класс E используются в экспериментальных целях.
Адреса IPv4 в основном бывают двух типов:
• Статический: эти IP-адреса являются постоянными для устройства в течение долгого времени. Примерами этого являются удаленные серверы, которые мы используем для размещения наших приложений, веб-сайтов и т. Д., Где мы используем ssh-клиент для ssh на наш сервер.
• Динамический: как правило, это IP-адреса, которые назначены общему компьютеру в сети Интернет. Попробуйте выключить маршрутизатор, и вы увидите изменение IP-адреса вашего компьютера! (Но только после прочтения этой статьи?). Теперь вы можете подумать, кто выделяет эти IP-адреса? Это DHCP-сервер (протокол динамической конфигурации хоста), который кратко описан далее в этой статье.
Примечание. Устройство может иметь несколько IP-адресов одновременно. Рассмотрим устройство, подключенное к двум сетям, Wi-Fi и любой локальной сети - у него будет два IP-адреса. Это подразумевает, что IP-адреса назначаются интерфейсам, а не непосредственно компьютеру.
Хорошо, пока все хорошо. Давай продолжим.
Маршрутизаторы
Как следует из названия, Маршрутизатор - это аппаратный компонент, который заботится о маршрутизации пакетов. Он определяет, с какого узла был получен пакет и на какой узел назначения отправитель хочет его отправить. Ни один компьютер не знает, где находятся другие компьютеры, и пакеты отправляются не на каждый компьютер. Маршрутизатор идентифицирует адрес узла назначения, на который должен быть отправлен сетевой пакет, и пересылает его на нужный адрес.
Маршрутизаторы имеют специальный «протокол маршрутизации», который определяет формат, в котором они обмениваются данными с другим маршрутизатором или сетевыми узлами. Другими словами, протокол маршрутизации определяет, как маршрутизаторы взаимодействуют друг с другом.
Маршрутизаторы составляют «Таблицу маршрутизации», в которой указываются наиболее оптимизированные пути, которые необходимо использовать в сети при отправке пакетов.
Маршрутизатор.
Технически таблица маршрутизации - это просто таблица со списком «маршрутов» от одного маршрутизатора к другому. Каждый маршрут состоит из адреса других маршрутизаторов / узлов в сети и способа их достижения.
Таблица маршрутизации:
Целевой шлюз Genmask Flags Метрика Ссылки Ifacedefault 192.168.0.1 0.0.0.0 UG 1024 233 eth0192.168.0.0 * 255.255.255.0 UC 0 0 wlan0192.168.0.0 * 255.255.255.0 UH 0 2 eth0
Выше приведен пример таблицы маршрутизации. Вот ключевые моменты, на которые стоит обратить внимание:
• Назначение: это IP-адрес узла назначения. Это указывает, где пакет данных сети должен закончиться.
• Шлюз: шлюз - это компонент, который соединяет две сети. Учтите, что у вас есть маршрутизатор, подключенный к другому маршрутизатору. К каждому из маршрутизаторов подключены устройства. Таким образом, адрес последнего маршрутизатора (например, R1 здесь), после которого сетевой пакет поступает в другую сеть (например, сеть R2), называется шлюзом. Обычно шлюзы - это не что иное, как маршрутизаторы. Позвольте мне привести еще один пример: скажем, что ваша комната - это одна сеть, а комната вашего брата и сестры рядом с вашей - другая сеть, тогда «дверь» между двумя комнатами можно считать шлюзом. Люди иногда называют «маршрутизаторы» шлюзом, потому что это то, чем они являются, «шлюз в другую сеть».
• Маска Genmask / Subnet: это не что иное, как маска сети / подсети. Маска подсети - это число, которое в сочетании с IP-адресом позволяет разделить пространство IP на меньшие и меньшие порции для использования как в физических, так и в логических сетях. Объяснение того, как происходит вычисление маски подсети, выходит за рамки данной статьи.
• Флаги: разные флаги имеют разное значение. Например, в первом маршруте «U» в «UG» означает, что маршрут UP, тогда как «G» в «UG» означает GATEWAY. Поскольку маршрут означает Шлюз, это дверь в другую сеть. Всякий раз, когда мы отправляем какие-либо данные по этому маршруту, они отправляются в другую сеть.
• Iface (Сетевой интерфейс): Сетевой интерфейс относится к сети, в которой маршрут, определенный в таблице маршрутизации, содержит конечный компьютер. То есть, если вы подключены к Wi-Fi, это будет «wlan», а когда вы подключены к локальная сеть, тогда это будет «эт».
Так работает маршрутизатор с помощью Routing Protocol и Routing Table.
Все хорошо до сих пор. Но вы должны думать -
"Хорошо! Но, эй, мы узнаем о компонентах здесь. Мне нужно собрать их вместе и узнать, как работает интернет ».
Круто! Еще несколько терминов, и у вас будет правильное понимание того, как все идет.
Трансляция сетевых адресов (NAT)
Трансляция сетевых адресов - это метод, используемый маршрутизаторами для предоставления интернет-услуг большему количеству устройств с меньшим использованием публичных IP-адресов. Таким образом, интернет-провайдер назначает маршрутизатору один IP-адрес и назначает частный I Ps ко всем подключенным к нему устройствам. NAT помогает интернет-провайдерам предоставлять доступ в Интернет большему количеству потребителей.
Таким образом, если вы подключены к маршрутизатору вашего дома, ваш публичный IP будет виден миру, а частный - нет. Какие бы сетевые пакеты ни передавались, они будут адресованы вашим общедоступным IP-адресом (то есть общедоступным IP-адресом, назначенным маршрутизатору).
Трансляция сетевых адресов (NAT)
Рассмотрим приведенный выше рисунок. Допустим, в вашей домашней сети вы пытаетесь получить доступ к medium.com (удаленный статический IP-адрес: 72.14.204.147) с вашего компьютера (частный IP-адрес: 192.168.1.100).
Итак, для вашего компьютера соединение выглядит так:
192.168.1.100:37641 → 72.14.204.147:80.
«37641» - это случайный номер порта, назначенный маршрутизатором NAT вашему устройству / компьютеру. (При наличии сетевого взаимодействия между демонами, работающими на разных портах компьютера, соответствующий порт используется NAT). Каждое исходящее соединение получает назначенный порт от маршрутизатора NAT.
Соединение устанавливается в NAT, как:
Private IP | PrivatePort | PublicIP | PublicPort | Удаленный | RemotePort
------------- ------------ --------- ----------- ----- - -----------
192.168.1.100 | 37641 | 104.244.42.129 | 59273 | 72.14.204.147 | 80
Но, поскольку внешний мир сети не знает о вашем частном адресе, соединение с medium.com выглядит следующим образом:
104.244.42.129:59273 → 72.14.204.147:80.
Таким образом, мы достигаем назначения большего количества IP-адресов без потери многих общедоступных IP-адресов.
Теперь, когда medium.com отправляет ответ обратно на 104.244.42.129:59273, он проходит весь путь до вашего домашнего маршрутизатора, который затем ищет соответствующий частный IP-адрес и частный порт и перенаправляет пакет на ваше устройство / компьютер.
Примечание: NAT является обобщенной концепцией. NAT может быть достигнут как 1: 1, 1: N, где 1, N - количество IP-адресов в сети. Метод, называемый «IP Masquerading», является NAT 1: N.
Протокол динамической конфигурации хоста (DHCP)
Протокол динамической конфигурации хоста или DHCP отвечает за назначение динамических IP-адресов хостам. Сервер DHCP обслуживается интернет-провайдером или предыдущим маршрутизатором, если существует сеть маршрутизаторов для доступа к хосту.
Таким образом, распределение IP-адресов осуществляется DHCP-сервером. Обычно провайдер поддерживает DHCP-сервер, и маршрутизаторам в наших домах назначается публичный IP-адрес от DHCP-сервера.
Примечание. Каждый раз, когда маршрутизатор или, скажем, DHCP-сервер, поддерживаемый интернет-провайдером или маршрутизатором, перезапускается, распределение IP-адресов начинается снова, и устройствам назначаются IP-адреса, которые отличаются от предыдущих.
Система доменных имен / Сервер
Мы уже обсуждали, что любая машина идентифицируется по IP-адресу.
Итак, вы запускаете веб-сервер на своем локальном хосте на своей машине. Если вы покопались в хостах на любом компьютере с Linux, вы бы столкнулись с чем-то вроде этого:
127.0.0.1 localhost255.255.255.255 broadcasthost :: 1 localhost
Это означает, что даже если вы введете 127.0.0.1 в адресную строку браузера, это будет означать то же самое, что и localhost.
Как и выше, веб-сайты, которые вы используете ежедневно, являются веб-серверами, работающими на некотором удаленном экземпляре / узле, имеющем статический IP-адрес. Итак, введя этот IP-адрес в адресной строке браузера, вы попадете на сайт?
Да, конечно, так и будет. Но вы сверхчеловек, чтобы помнить IP-адреса тысяч сайтов?
NO.
Таким образом, приходят домены, которые мы используем, например, medium.com, twitter.com, behance.net, codementor.io и т. Д.
Сервер доменных имен - это сервер, имеющий огромные записи IP-адресов сопоставления доменных имен, который ищет входные данные домена и возвращает соответствующий IP-адрес компьютера, на котором размещен веб-сайт, к которому вы хотите получить доступ.
Система доменных имен (DNS)
Как работает DNS на самом деле?
1. DNS управляется вашим провайдером (интернет-провайдером).
2. Когда мы вводим URL-адрес в адресной строке, пакеты данных проходят через ваш маршрутизатор, возможно, через несколько маршрутизаторов, к вашему интернет-провайдеру, где находится ваш DNS-сервер.
3. DNS-сервер, присутствующий у интернет-провайдера, ищет домен в своей базе данных. Если запись найдена, она возвращает ее.
4. Если какая-либо запись не найдена в его основной базе данных, которую он поддерживает, DNS-сервер отправится через Интернет на другой DNS-сервер, поддерживаемый другим провайдером, и проверит, доступна ли запись в базе данных этого другого DNS-сервера. Наряду с возвратом IP-адреса, полученного из другого DNS, он также обновит первичную базу данных этой новой записью.
5. Таким образом, иногда (очень редко) DNS-серверу приходится проходить через несколько DNS-серверов, чтобы получить соответствующую запись.
6. Если после прохождения большого количества DNS-серверов через Интернет он не получает подходящую запись, то DNS-сервер выдает ошибку, указывающую, что «доменное имя является недействительным или не существует».
Заметка:
Интернет-корпорация по присвоению имен и номеров (ICANN) - это консорциум (некоммерческая корпорация), который управляет назначением доменных имен и диапазонов IP-адресов от имени сообщества.
Домен делится на три части, как показано на следующем рисунке.
1.Протокол. Протокол, используемый для доступа к веб-сайту, например, HTTP, HTTPS и т. Д.
2. Доменное имя: основное доменное имя в нашем домене. Это может быть все, что доступно в соответствии с реестром ICANN.
3. Расширение домена: это то, что считается важным при покупке домена. Как правило, он классифицируется на два типа:
• Общие домены верхнего уровня (рДВУ): сюда входят наиболее популярные доменные расширения, такие как .com, .org, .net, .edu, .co и т. Д.
• Домены верхнего уровня с кодом страны (ccTLD): они указывают, что домен связан с кодом страны, указанным в расширении домена. Например, «.in» указывает, что веб-сайт происходит из Индии. Кроме того, некоторые из нДВУ требуют, чтобы лицо, приобретающее домен, было из той же страны. Большинство небольших расширений кода страны не доступны для поиска за пределами этой страны.
Интернет-провайдеры (ISP)
Интернет-провайдерами являются компании, которые предоставляют каждому интернет. Статья, которую вы сейчас читаете, написана из-за Интернета, который предоставляет вам ваш провайдер.
Интернет-провайдеры предоставляют Интернет, обрабатывают маршрутизацию ваших запросов к правильному месту назначения, разрешают доменные имена с помощью кеша DNS, который они поддерживают, и обрабатывают всю эту сетевую инфраструктуру, которая позволяет нам использовать Интернет.
Интернет-провайдеры (ISP)
ISP - иерархическая вещь, работающая через Интернет. Существуют определенные типы интернет-провайдеров, а именно интернет-провайдеры уровня 1, уровня 2, уровня 3.
• Интернет-провайдеры первого уровня подключаются к основным сетям. Считайте их основными магистралями Интернета. Они подключены практически к каждой сети в Интернете. Кроме того, они предоставляют доступ в Интернет для интернет-провайдеров 2-го уровня. ех. CERFNet, UUNet, PSINet. Их также называют поставщиками сетевых услуг. Эти интернет-провайдеры связаны друг с другом с помощью больших кабелей, идущих под морем.
• Интернет-провайдеры 2-го уровня - это те, которые в основном предоставляют интернет-услуги организациям, потребителям (то есть «нам») или интернет-провайдерам 3-го уровня. Вы используете интернет-соединение от интернет-провайдера 2-го уровня. Однако организации также могут получить доступ к Интернету от интернет-провайдеров 1-го уровня.
• Провайдеры 3-го уровня (локальные) похожи на уровень 2. Это еще один уровень иерархии, который покупает пропускную способность у провайдера 2-го уровня и продает ее потребителям.
Трафик, проходящий через ваш маршрутизатор, также проходит через уровень 3 (если есть), уровень 2 и, в конечном итоге, через интернет-провайдеров уровня 1 вплоть до другой сети.
Woot Woot! Я счастлив, что ты все еще со мной. Сейчас мы соберем все вещи вместе.
Собираем все вышеперечисленное
До сих пор мы узнали обо всех компонентах, необходимых для того, чтобы все работало. Теперь мы будем склеивать их.
Подробная схема общей компьютерной сети
Давайте подведем итоги всему, чему мы научились:
• Когда компьютер / устройство подключается к сети, он получает частный IP-адрес, назначенный маршрутизатором. Маршрутизатор получает публичный IP-адрес от провайдера.
• Другим устройствам в сети назначаются уникальные частные IP-адреса.
• Интернет-провайдеры - это те, кто присутствует по всему миру и связан друг с другом. Они продают интернет-услуги региональным и местным интернет-провайдерам, у которых мы, потребители, покупаем интернет.
• Таким образом, когда устройство пытается установить сетевое соединение с каким-либо другим устройством в какой-либо другой сети, оно делает это с идентификатором своего шлюза (маршрутизатора). Затем маршрутизатор сопоставляет частный IP-адрес и номер частного порта с общедоступным IP-адресом и произвольным общедоступным номером порта с высоким целым числом.
• Затем маршрутизатор отправляет пакеты в желаемое место назначения, где какой-либо другой маршрутизатор или шлюз делает то же самое, что и предыдущий маршрутизатор, и анализирует, с какого компьютера / устройства поступил этот пакет.
• Удаленный компьютер / устройство отвечает отправкой адресата в качестве общедоступного IP-адреса и общедоступного порта маршрутизатора.
• Затем маршрутизатор снова проверяет частный IP-адрес и частный порт и пересылает сетевые пакеты.
Итак, вот как работает Интернет, своего рода Компьютерная сеть, использующая протокол TCP / IP.
Спасибо за чтение статьи. Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь задавать их в комментариях ниже.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.