Cum funcționează internetul: ghid complet pe înțeles

Internetul este o rețea uriașă formată din zeci de mii de rețele independente, care au convenit să folosească aceleași reguli de comunicare. Nu există un „centru” al internetului și nici o singură companie care să-l dețină: rețeaua din casa ta, rețeaua furnizorului, cele ale universităților, băncilor și centrelor de date sunt legate între ele prin cabluri, antene și echipamente numite routere. Când deschizi un site, dispozitivul tău trimite cereri mici, numite pachete, care trec prin mai multe dintre aceste rețele până la destinație, iar răspunsul face drumul înapoi, de obicei în mai puțin de o secundă.

Ghidul de față descompune acest drum în piese ușor de înțeles: ce este un pachet, cum se adresează dispozitivele, cine traduce numele site-urilor, cum aleg routerele traseul, pe ce suport fizic circulă datele și cine stabilește regulile. La fiecare pas găsești trimiteri spre articolele care detaliază subiectul.

Internetul pe scurt: o rețea de rețele

Internetul nu este un obiect, ci un acord: un set de protocoale comune pe care le respectă toate rețelele conectate. O rețea este un grup de dispozitive care pot schimba date între ele, de exemplu telefonul, laptopul și televizorul din casa ta, legate prin routerul Wi-Fi. Internetul apare atunci când astfel de rețele se interconectează și își transportă trafic unele altora.

Termenul de specialitate pentru o rețea administrată unitar, cu propria politică de rutare, este sistem autonom (în engleză autonomous system, prescurtat AS). Furnizorii de internet, operatorii de telefonie mobilă, marile companii și universitățile au fiecare unul sau mai multe sisteme autonome, identificate printr-un număr unic. La nivel mondial există zeci de mii de astfel de rețele, iar fiecare decide singură cu cine se conectează și în ce condiții.

O analogie utilă: rețeaua de drumuri

Gândește-te la internet ca la rețeaua de drumuri a unei țări. Ulițele din sat (rețeaua de acasă) se varsă în drumuri județene (furnizorul local), apoi în drumuri naționale și autostrăzi (rețelele mari de transport de date), care trec granițe și continente. Nicio instituție nu deține toate drumurile, dar toate respectă aceleași reguli de circulație. Pe internet, regulile de circulație sunt protocoalele.

Ce nu este internetul

• Nu este același lucru cu webul. Webul, adică paginile pe care le deschizi în browser, este doar un serviciu care rulează peste internet, alături de e-mail, apeluri video, jocuri online sau actualizările aplicațiilor.
• Nu plutește în aer. Aproape tot traficul circulă prin cabluri de cupru, coaxiale și mai ales din fibră optică. Chiar și când folosești Wi-Fi sau date mobile, unda radio acoperă doar ultimii metri sau kilometri.
• Nu are un buton de oprire. Fiind descentralizat, internetul rămâne funcțional chiar dacă o parte din rețele cad, pentru că traficul ocolește zona afectată.

Pachetele de date: cum călătoresc informațiile

Orice informație trimisă pe internet este tăiată în bucăți mici, numite pachete, care călătoresc independent și sunt reasamblate la destinație. O fotografie de câțiva megaocteți, un mesaj sau o pagină web devin sute sau mii de pachete, fiecare având de regulă cel mult aproximativ 1.500 de octeți.

Fiecare pachet are două părți:

1. Antetul (header), un fel de plic pe care scrie adresa expeditorului, adresa destinatarului, numărul de ordine și alte informații de control.
2. Încărcătura utilă (payload), adică bucata propriu-zisă din fișier sau din mesaj.

Metoda se numește comutare de pachete și diferă de vechea telefonie, în care se rezerva un circuit fix pe toată durata convorbirii. Avantajul pachetelor este eficiența: aceleași cabluri sunt împărțite de milioane de utilizatori, iar dacă un traseu se aglomerează sau cade, pachetele următoare pot lua alt drum.

Ce se întâmplă cu pachetele pierdute

Unele pachete se pierd pe drum, din cauza aglomerării sau a erorilor de transmisie. Protocolul TCP (Transmission Control Protocol) numerotează pachetele, confirmă primirea lor și le retrimite pe cele lipsă, astfel încât fișierul ajunge complet și în ordinea corectă. Pentru aplicațiile în care viteza contează mai mult decât perfecțiunea, cum ar fi apelurile video sau jocurile, se folosește adesea UDP (User Datagram Protocol), care nu retrimite nimic: un fragment de imagine lipsă deranjează mai puțin decât o întârziere.

Adresele IP și numele de domenii

Ca un pachet să ajungă la destinație, fiecare dispozitiv conectat are o adresă numerică în rețea, numită adresă IP. Adresa IP (Internet Protocol) este echivalentul adresei poștale: le spune routerelor unde trebuie livrat pachetul. Există două versiuni în uz, IPv4, cu adrese de forma 192.0.2.15, și IPv6, cu adrese mult mai lungi, scrise în sistem hexazecimal. Diferențele, motivul pentru care adresele IPv4 s-au epuizat și rolul tehnicii NAT sunt explicate în ghidul despre adresele IP.

DNS-ul, cartea de telefon a internetului

Oamenii rețin greu șiruri de cifre, așa că folosim nume de domenii, cum ar fi lumeatehnologiei.ro. DNS-ul (Domain Name System) este sistemul distribuit care traduce un nume într-o adresă IP. Când tastezi un nume în browser, dispozitivul întreabă un server DNS ce adresă are acel nume, primește răspunsul și abia apoi trimite cererea către site. Drumul complet al acestei întrebări, de la serverele rădăcină la cele ale domeniului, este descris în articolul despre DNS.

În România, domeniile cu terminația .ro sunt gestionate de RoTLD, structură care funcționează în cadrul Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare în Informatică (ICI București).

Rutarea: cum își găsesc pachetele drumul

Pachetele ajung la destinație sărind din router în router, iar fiecare router decide doar următorul pas, nu întregul traseu. Un router este un echipament care primește pachete, citește adresa de destinație și le trimite mai departe pe legătura care duce cel mai aproape de țintă. Routerul de acasă face asta la scară mică; routerele din rețelele mari procesează volume uriașe de trafic în fiecare secundă.

Tabela de rutare

Fiecare router are o tabelă de rutare, o listă care spune, în esență: pentru adresele din acest interval, trimite pe aici. Routerul de acasă are o tabelă foarte simplă, în care tot ce nu aparține rețelei locale pleacă spre furnizor. Routerele furnizorilor mari au tabele cu sute de mii de intrări, care descriu cum se ajunge la fiecare bloc de adrese din lume.

BGP, protocolul care leagă rețelele

Între sistemele autonome, informația despre trasee circulă prin BGP (Border Gateway Protocol). Fiecare rețea le anunță vecinilor blocurile de adrese pe care le deține și pe cele către care cunoaște un drum. Anunțurile se propagă din aproape în aproape, iar fiecare router alege ruta preferată după criterii tehnice și comerciale. Din acest motiv, pachetele nu merg întotdeauna pe drumul geografic cel mai scurt, ci pe cel convenit între rețele.

Sfat: Poți vedea singur drumul pachetelor. Majoritatea sistemelor de operare au o comandă numită traceroute (în unele, tracert), pe care o rulezi într-o fereastră de comandă, urmată de numele unui site. Vei vedea lista routerelor intermediare și timpul de răspuns al fiecăruia.

Furnizorii și punctele de schimb de trafic

Furnizorul de internet (ISP, Internet Service Provider) te conectează la restul lumii. Furnizorii mici cumpără acces de la furnizori mai mari, serviciu numit tranzit, iar rețelele de dimensiuni apropiate își schimbă adesea trafic direct, printr-un acord de peering. Multe dintre aceste conexiuni se fac în puncte de schimb de trafic (IXP, Internet Exchange Point), locații în care zeci sau sute de rețele își leagă echipamentele la aceeași infrastructură. Astfel de puncte există și în România, mai ales în București, ceea ce permite ca traficul dintre doi furnizori locali să rămână în țară, în loc să ocolească prin alte capitale europene.

Protocoalele, limba comună a rețelelor

Protocoalele sunt reguli scrise și publice care descriu exact cum se formatează și se schimbă datele, iar ele sunt organizate pe straturi. Fiecare strat rezolvă o singură problemă și se sprijină pe stratul de dedesubt, la fel cum, la o scrisoare, conținutul, plicul, sacul poștal și camionul de transport sunt lucruri separate.

HTTP și HTTPS

Pentru web, protocolul de aplicație este HTTP (Hypertext Transfer Protocol). Browserul trimite o cerere de tipul „dă-mi pagina aceasta”, iar serverul răspunde cu un cod de stare (de exemplu 200 pentru succes sau 404 pentru pagină inexistentă) și cu conținutul cerut. HTTPS este aceeași comunicare, învelită însă într-un strat de criptare numit TLS, care îi împiedică pe cei de pe traseu să citească sau să modifice datele. Ce garantează lacătul din bara de adrese și ce nu garantează afli din ghidul despre HTTPS și certificate.

Cine scrie regulile

Standardele internetului sunt elaborate deschis, de comunități tehnice. IETF (Internet Engineering Task Force) publică specificațiile sub forma documentelor numite RFC, la care poate contribui oricine. ICANN coordonează sistemul de nume de domenii și alocarea globală a resurselor numerice, iar cinci registre regionale distribuie blocurile de adrese IP; pentru Europa, Orientul Mijlociu și o parte din Asia Centrală, registrul este RIPE NCC. În România, ANCOM (Autoritatea Națională pentru Administrare și Reglementare în Comunicații) reglementează piața de comunicații electronice și urmărește respectarea drepturilor utilizatorilor de servicii de internet.

Infrastructura fizică: cabluri, antene și centre de date

Datele circulă pe suporturi fizice concrete, iar coloana vertebrală a internetului este fibra optică. Un semnal pornit din telefonul tău trece de regulă prin unde radio până la router sau la antena operatorului, apoi prin cabluri de cupru sau fibră până la echipamentele furnizorului, apoi prin rețele de fibră de mare capacitate între orașe și țări.

Ultimul kilometru: cum ajunge internetul la tine

Porțiunea dintre rețeaua furnizorului și locuința ta se numește ultimul kilometru și stabilește în mare parte viteza pe care o primești.

• Fibra până în locuință (FTTH, Fiber to the Home): fibra intră direct în apartament sau în casă, unde un terminal optic o transformă în semnal pentru router.
• Fibra până în clădire (FTTB, Fiber to the Building): fibra ajunge la un echipament din bloc, de obicei la subsol sau pe casa scării, iar de acolo semnalul merge pe cablu de rețea din cupru până în apartament. Soluția este foarte răspândită în blocurile din orașele românești.
• Cablul coaxial, moștenit din rețelele de televiziune prin cablu.
• Rețelele mobile 4G și 5G, folosite tot mai des și ca internet fix acolo unde nu ajunge cablul.
• Satelitul, util în zonele izolate, fără infrastructură terestră.

Cum transportă sticla lumina pe zeci de kilometri fără amplificare este explicat în articolul despre fibra optică, iar diferențele aduse de noua generație de rețele mobile, în Rețelele 5G: ce aduc diferit față de rețelele 4G. Pentru locurile fără cabluri, constelațiile de sateliți apropiați de Pământ sunt o alternativă descrisă în ghidul despre internetul prin satelit.

Între continente: cablurile submarine

Legăturile dintre continente sunt asigurate aproape în totalitate de cabluri de fibră optică așezate pe fundul mărilor și oceanelor, nu de sateliți. Câteva sute de astfel de sisteme leagă coastele lumii, iar povestea lor, de la primul cablu telegrafic transatlantic din secolul al XIX-lea până la sistemele moderne, este spusă în articolul despre cablurile submarine.

Unde stau site-urile: centrele de date

Site-urile, aplicațiile și fișierele tale din cloud stau pe servere, adică pe calculatoare puternice, adunate în centre de date: clădiri cu alimentare electrică de rezervă, răcire și mai multe conexiuni independente la internet. Cum funcționează aceste clădiri și ce resurse consumă afli din Centrele de date: cum funcționează și ce resurse consumă, iar ce înseamnă de fapt „cloud” este explicat în ghidul despre cloud computing.

Drumul complet: ce se întâmplă când deschizi un site

Între momentul în care apeși Enter și momentul în care vezi pagina au loc, în ordine, câțiva pași bine definiți, care durează de obicei sub o secundă. Iată-i, simplificat:

1. Conectarea la rețeaua locală. Dispozitivul tău a primit deja de la router o adresă IP privată, alocată automat prin protocolul DHCP.
2. Întrebarea DNS. Browserul verifică dacă știe deja adresa site-ului; dacă nu, întreabă serverul DNS configurat, de obicei al furnizorului, și primește adresa IP a serverului.
3. Stabilirea conexiunii. Dispozitivul și serverul schimbă câteva mesaje scurte prin care confirmă că se aud reciproc, așa-numita strângere de mână.
4. Negocierea criptării. Pentru HTTPS, cele două părți verifică certificatul site-ului și stabilesc cheile de criptare ale sesiunii.
5. Cererea HTTP. Browserul cere pagina; serverul trimite codul HTML, care la rândul lui cere imagini, stiluri și scripturi, adesea de pe alte servere.
6. Afișarea. Browserul asamblează piesele și desenează pagina, în timp ce continuă să descarce restul resurselor.

Mulți dintre acești pași sunt scurtați prin memorare: răspunsurile DNS sunt păstrate o vreme, conexiunile deja deschise sunt refolosite, iar fișierele statice vin adesea de la un server aflat aproape de tine, aparținând unei rețele de livrare de conținut. Cum reușește o astfel de rețea să încarce rapid un site găzduit pe alt continent afli din articolul despre CDN.

Când comunică aplicațiile, nu oamenii

Nu tot traficul vine din browsere. Aplicația de vreme de pe telefon, cea a băncii sau cea de livrări cer date de la servere prin interfețe numite API-uri, care folosesc tot HTTP. Mecanismul este explicat pe larg în API-urile: cum comunică aplicațiile între ele.

Viteza internetului: ce o influențează

Viteza percepută a internetului depinde de doi factori distincți: câte date pot trece pe secundă și cât de repede ajunge un pachet la destinație și înapoi. Primul se numește lățime de bandă și se măsoară în megabiți pe secundă (Mbps), al doilea se numește latență și se măsoară în milisecunde (ms).

O conexiune de 1.000 Mbps poate părea leneșă dacă latența e mare, iar una modestă poate fi foarte plăcută la navigare dacă latența e mică. Diferența dintre megabiți și megaocteți, felul corect în care faci un test de viteză și cauzele obișnuite ale încetinirii sunt explicate în ghidul despre latență și lățime de bandă.

Limitele fizice

Nici cea mai bună rețea nu poate depăși viteza luminii. În fibra optică, lumina parcurge aproximativ 200 de kilometri într-o milisecundă, adică vreo două treimi din viteza ei în vid. Un pachet care pleacă din București spre un server de pe coasta de est a Americii de Nord și se întoarce are de parcurs peste 15.000 de kilometri, deci are nevoie de câteva zeci de milisecunde chiar în condiții ideale. De aceea marile servicii își copiază conținutul în centre de date de pe fiecare continent.

Securitatea pe internet: de ce contează protocoalele

Internetul a fost gândit inițial pentru încredere între câteva instituții de cercetare, nu pentru miliarde de utilizatori anonimi, așa că securitatea a fost adăugată ulterior, strat cu strat. Protocoalele originale trimiteau datele în clar, adică oricine avea acces la un echipament de pe traseu le putea citi. Astăzi, cea mai mare parte a traficului web este criptată prin HTTPS, iar DNS-ul are variante criptate și semnate digital.

Câteva idei de bază pentru utilizatorul obișnuit:

• Criptarea protejează drumul, nu destinația. HTTPS împiedică interceptarea pe traseu, dar nu îți spune dacă site-ul în sine este cinstit.
• Rețelele deschise sunt mai expuse. Pe o rețea Wi-Fi publică, străinii sunt în aceeași rețea locală cu tine; riscurile reale și precauțiile utile sunt în Rețelele Wi-Fi publice: riscuri reale și precauții.
• Cele mai multe atacuri vizează oamenii, nu cablurile. Mesajele false care imită o bancă sau un curier sunt mult mai frecvente decât spargerea criptării.

Imaginea de ansamblu asupra protecției conturilor și dispozitivelor o găsești în ghidul complet de securitate online.

Important: Dacă ai o problemă cu furnizorul de internet (viteză mult sub cea din contract, întreruperi repetate, facturare greșită), adresează-te întâi furnizorului, în scris, și păstrează numărul de înregistrare. Dacă nu se rezolvă, poți depune o petiție la ANCOM, autoritatea care reglementează serviciile de comunicații electronice în România.

Ce merită reținut despre internet

Internetul funcționează pentru că zeci de mii de rețele independente vorbesc aceeași limbă: datele sunt tăiate în pachete, fiecare pachet poartă adresa IP a destinației, DNS-ul traduce numele în adrese, routerele aleg din aproape în aproape drumul, iar protocoale precum TCP și HTTPS garantează că informația ajunge completă și protejată. Sub toate acestea stă o infrastructură fizică foarte concretă, de la cablul din blocul tău la fibrele de pe fundul oceanului.

De reținut:

• internetul este o rețea de rețele, fără proprietar unic și fără centru;
• orice informație călătorește în pachete mici, reasamblate la destinație;
• adresele IP identifică dispozitivele, iar DNS-ul transformă numele în adrese;
• routerele decid doar următorul pas, pe baza tabelelor de rutare și a protocolului BGP;
• viteza percepută depinde atât de lățimea de bandă, cât și de latență;
• HTTPS protejează datele pe drum, dar nu garantează onestitatea site-ului.

Dacă vrei să înțelegi și ce se întâmplă în interiorul calculatorului care primește aceste date, de la biți la aplicații, continuă cu Tehnologia digitală explicată: de la biți la aplicații.