اینترنت چگونه کار میکند؟

در این مقاله به این موضوع می‌پردازیم که اینترنت چیست، چگونه کار می‌کند، و از چه زیرساخت‌های فیزیکی و منطقی تشکیل شده است.

اینترنت چیست؟ زیرساخت و تاریخچه

اینترنت زیرساخت فنی و ستون فقرات جهان دیجیتال است؛ شبکه‌ای جهانی که میلیاردها کامپیوتر و دستگاه را به یکدیگر متصل می‌کند. اینترنت یک شبکه غیرمتمرکز است که به هیچ نهاد یا دولتی به صورت کامل تعلق ندارد. در هسته خود، اینترنت مجموعه‌ای بزرگ از شبکه‌های کوچک‌تر است که همگی با استفاده از مجموعه‌ای مشترک از قوانین به نام پروتکل‌ها با هم ارتباط برقرار می‌کنند.

تاریخچه اینترنت به عنوان یک پروژه تحقیقاتی در دهه ۱۹۶۰ میلادی با بودجه ارتش ایالات متحده و با هدف ایجاد یک شبکه ارتباطی مقاوم و غیرمتمرکز آغاز شد. این اصل مقاومت در برابر خطا، همچنان یکی از ویژگی‌های کلیدی اینترنت مدرن است. در دهه ۱۹۸۰، این شبکه با حمایت دانشگاه‌ها و شرکت‌های خصوصی گسترش یافت و در نهایت تبدیل به زیرساخت عمومی جهانی شد که امروزه می‌شناسیم.

اجزای فیزیکی و منطقی شبکه

برای اینکه رایانه‌ها بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، ترکیبی از سخت‌افزارهای فیزیکی و قوانین نرم‌افزاری (پروتکل‌ها) ضروری هستند.

نقش اتصال‌دهنده‌ها: مودم و روتر

در سطح کاربر نهایی، دو دستگاه نقشی کلیدی در اتصال به اینترنت ایفا می‌کنند:

• مودم: دستگاهی است که سیگنال‌های دیجیتالی کامپیوتر شما را به سیگنال‌های آنالوگ (و بالعکس) تبدیل می‌کند که می‌توانند از طریق خطوط تلفن، کابل یا فیبر نوری ارائه‌دهنده خدمات اینترنت (ISP) منتقل شوند. مودم نقطه‌ای است که شبکه داخلی شما را به دنیای بیرون متصل می‌کند.
• روتر: وظیفه اصلی روتر، مسیریابی (Routing) ترافیک شبکه است. روتر به عنوان یک توزیع‌کننده عمل کرده و اطمینان می‌دهد که بسته‌های داده به آدرس آی‌پی (IP) صحیح خود هدایت شوند. در شبکه محلی، روتر به دستگاه‌های مختلف اجازه می‌دهد که با هم و با مودم ارتباط برقرار کنند.

مفهوم پروتکل‌ها: زبان مشترک اینترنت

پروتکل‌ها مجموعه‌ای از قوانین و رویه‌های استاندارد هستند که نحوه ارسال و دریافت داده‌ها را تعیین می‌کنند. مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• تی سی پی/آی پی (TCP/IP): این دو پروتکل در کنار هم به عنوان پایه اینترنت عمل می‌کنند.
• آی پی (IP): وظیفه اصلی آن آدرس‌دهی و مسیریابی بسته‌های داده است. آی پی اطمینان می‌دهد که هر بسته به آدرس آی‌پی صحیح خود برسد.
• تی سی پی (TCP): وظیفه تضمین ارسال مطمئن داده‌ها است. تی سی پی بسته‌های داده را به ترتیب صحیح بازسازی می‌کند و در صورت نیاز درخواست ارسال مجدد بسته‌های مفقود را می‌دهد.

انتقال داده از طریق سوئیچینگ بسته (Packet Switching)

تمام اطلاعاتی که از طریق اینترنت منتقل می‌شوند (مانند یک صفحه وب، ویدئو یا ایمیل) به قطعات کوچکتری به نام بسته‌ها (Packets) تقسیم می‌شوند. این فرآیند سوئیچینگ بسته نام دارد. هر بسته حاوی:

• بخشی از داده اصلی
• آدرس آی‌پی مبدأ
• آدرس آی‌پی مقصد

این بسته‌ها به صورت مستقل از طریق شبکه ارسال می‌شوند و ممکن است مسیرهای متفاوتی را برای رسیدن به مقصد طی کنند. این روش، شبکه را در برابر خطا مقاوم می‌کند؛ اگر یک مسیر مسدود شود، بسته‌ها می‌توانند مسیر دیگری را انتخاب کرده و به مقصد برسند.

ستون فقرات و قلب تپنده اینترنت

زیرساخت اینترنت به فراتر از مودم و روتر خانگی گسترش می‌یابد و شامل شبکه‌های گسترده‌ای از سخت‌افزرهای قدرتمند در سراسر جهان است.

ارائه‌دهندگان خدمات اینترنت (ISP)

آی اس پی (ISP) شرکتی است که دسترسی به اینترنت را فراهم می‌کند. آی اس پی‌ها شبکه‌ای بزرگ از روترها و زیرساخت‌ها را مدیریت می‌کنند و شبکه محلی شما را به شبکه بزرگتر خود متصل می‌کنند. شبکه‌های آی اس پی‌های مختلف نیز به یکدیگر متصل می‌شوند تا یک شبکه جهانی ایجاد کنند.

سرورها و مراکز داده (Data Centers)

سرورها کامپیوترهای قدرتمندی هستند که برای ذخیره، پردازش و ارائه داده‌ها به کامپیوترهای دیگر (که به آن‌ها کلاینت گفته می‌شود) در شبکه طراحی شده‌اند. وظیفه سرورها ارائه خدمات است؛ مثلا، سرور وب صفحه‌های وب را برای مرورگر شما ارسال می‌کند.

مراکز داده ساختمان‌های عظیمی هستند که مجموعه‌ای از هزاران سرور، سیستم‌های ذخیره‌سازی و زیرساخت‌های خنک‌کننده و برق پشتیبان را در خود جای داده‌اند. این مراکز ستون فقرات فیزیکی وب‌سایت‌ها، سرویس‌های ایمیل، خدمات ابری و تقریبا هر چیز دیگری در اینترنت هستند.

زیرساخت ستون فقرات (Internet Backbone)

ستون فقرات اینترنت مجموعه‌ای از خطوط داده پرسرعت اصلی است که مراکز داده بزرگ و شبکه‌های اصلی در سراسر جهان را به هم وصل می‌کند. بخش اعظم این ستون فقرات از کابل‌های فیبر نوری ساخته شده است که پهنای باند بسیار بالا و سرعت انتقال داده فوق‌العاده‌ای را فراهم می‌کنند. این کابل‌ها شامل کابل‌های زیردریایی هستند که قاره‌ها را به یکدیگر متصل می‌کنند و اینترنت را واقعا جهانی می‌سازند.

آدرس‌دهی و سیستم نام دامنه (DNS)

برای هدایت صحیح بسته‌ها در شبکه گسترده اینترنت، به یک سیستم آدرس‌دهی و ترجمه نیاز است.

آدرس آی‌پی: هویت دیجیتال

آدرس آی‌پی (IP) آدرس منحصر به فردی است که هر دستگاه متصل به اینترنت را شناسایی می‌کند. این آدرس‌ها (مثل 192.0.2.172) برای مسیریاب‌ها حیاتی هستند تا بدانند هر بسته را به کجا بفرستند.

نام دامنه (Domain Name) و دی ان اس (DNS)

نام دامنه آدرسی قابل خواندن برای انسان است (مثلا، google.com) که به خاطر سپردن آن از یک آدرس آی‌پی بسیار ساده‌تر است.

سیستم نام دامنه (DNS) وظیفه ترجمه این نام‌های دامنه را به آدرس‌های آی‌پی متناظر بر عهده دارد. وقتی شما یک نام دامنه را در مرورگر وارد می‌کنید، مرورگر با سرورهای دی ان اس تماس می‌گیرد تا آدرس آی‌پی مربوطه را پیدا کند و سپس درخواست خود را به آن آدرس آی‌پی ارسال کند. این فرآیند اغلب به عنوان «دفترچه تلفن اینترنت» شناخته می‌شود.

لایه‌بندی پروتکل‌ها: مدل تی سی پی/آی پی

برای سازماندهی بهتر عملکرد اینترنت، مدل‌های مفهومی لایه‌ای استفاده می‌شود. مدل تی سی پی/آی پی پرکاربردترین مدل برای توصیف نحوه کارکرد اینترنت است و شامل چهار لایه اصلی است که هر کدام وظایف خاصی را بر عهده دارند و داده‌ها در هر مرحله از طریق پروتکل‌های مختلف پردازش می‌شوند.

لایه دسترسی به شبکه (Network Access Layer)

این لایه پایین‌ترین سطح است و مسئول جزئیات فیزیکی نحوه اتصال دستگاه‌ها به شبکه (مثل کابل اترنت، وای فای) است. این لایه نحوه ارسال فریم‌های داده روی کابل‌های فیزیکی را تعریف می‌کند. پروتکل‌هایی مثل ARP (پروتکل تفکیک آدرس) و اترنت در این لایه عمل می‌کنند.

لایه اینترنت (Internet Layer)

این لایه قلب مسیریابی و آدرس‌دهی است. وظیفه اصلی آن انتقال بسته‌های داده (دیتاگرام) از مبدأ به مقصد، حتی اگر در شبکه‌های مختلفی باشند، است. پروتکل اصلی این لایه آی پی (IP) است که وظیفه اختصاص آدرس‌های آی‌پی و مسیریابی را بر عهده دارد.

لایه انتقال (Transport Layer)

این لایه جریان داده‌ها بین برنامه‌های کاربردی روی دستگاه‌های مختلف را مدیریت می‌کند. دو پروتکل اصلی این لایه تی سی پی (TCP) و یو دی پی (UDP) (پروتکل دیتاگرام کاربر) هستند. تی سی پی اتصال مطمئن و مرتب (با تضمین رسیدن داده‌ها) را فراهم می‌کند، در حالی که یو دی پی سریع‌تر عمل می‌کند اما تضمینی برای رسیدن یا ترتیب داده‌ها ندارد و برای کاربردهایی مثل ویدئو استریمینگ که سرعت مهم‌تر است، استفاده می‌شود.

لایه کاربرد (Application Layer)

این لایه بالاترین سطح است که مستقیما با برنامه‌های کاربردی سروکار دارد. این پروتکل‌ها خدمات خاصی را برای کاربران فراهم می‌کنند. مثال‌ها شامل اچ تی تی پی (HTTP) (برای وب)، اس ام تی پی (SMTP) (برای ایمیل)، اف تی پی (FTP) (برای انتقال فایل) و دی ان اس (DNS) (برای ترجمه نام دامنه) است.

آینده اینترنت: آی پی ورژن ۶ (IPv6) و پهنای باند

با رشد تصاعدی دستگاه‌های متصل، اینترنت نیز مجبور به تکامل بوده است.

گذار از آی پی ورژن ۴ (IPv4) به آی پی ورژن ۶ (IPv6)

آدرس‌های آی پی ورژن ۴ (که یک سری چهار عددی جدا شده با نقطه بودند) فضای آدرس‌دهی محدودی داشتند (حدود ۴.۳ میلیارد آدرس). با توجه به اینکه میلیاردها دستگاه جدید به اینترنت وصل شده‌اند، این فضا به سرعت در حال اتمام است. آی پی ورژن ۶ (IPv6) با استفاده از یک طرح آدرس‌دهی ۱۲۸ بیتی، تعداد آدرس‌های تقریبا نامحدودی را فراهم می‌کند که مشکل کمبود آدرس در جهان متصل امروز را حل کرده است.

گرچه این گذار تدریجی است، اما بخش ضروری از آینده اینترنت محسوب می‌شود. امروزه اکثر دیتاسنترهای معتبر دنیا، سرویس‌های میزبانی خود را با هر دو ورژن‌ آی پی ارائه می‌دهند. برای مثال، با خرید سرور اختصاصی هتزنر آلمان، شما به هر دو ورژن از ip دسترسی خواهید داشت و می‌توانید هرکدام از آن‌ها را جداگانه غیرفعال کنید.

فیبر نوری و سرعت بالاتر

تکنولوژی‌های جدید انتقال داده مانند فیبر نوری که اطلاعات را به جای سیگنال‌های الکتریکی با پالس‌های نوری منتقل می‌کنند، انقلابی در سرعت و پهنای باند ایجاد کرده‌اند. فیبر نوری ستون فقرات اصلی اینترنت را تشکیل می‌دهد و امکان دسترسی به اینترنت با سرعت گیگابیت در ثانیه را برای کاربران نهایی فراهم می‌کند و نیازهای رو به رشد برای ویدئو با کیفیت بالا، بازی‌های آنلاین و خدمات ابری را برآورده می‌سازد.

اینترنت اشیا (IoT) و گسترش شبکه

اینترنت اشیا (IoT) به شبکه‌ای از اشیاء فیزیکی (مانند خودروها، لوازم خانگی، سنسورهای صنعتی) اشاره دارد که به اینترنت متصل شده‌اند و قادرند داده‌ها را جمع‌آوری و تبادل کنند.

تأثیر اینترنت اشیا بر زیرساخت

ورود میلیاردها دستگاه کوچک اینترنت اشیا به شبکه چالش‌های جدیدی برای زیرساخت اینترنت ایجاد کرده است:

• ترافیک داده حجیم: اینترنت اشیا حجم عظیمی از داده‌های کوچک را تولید می‌کند که روترها و سرورها باید آن‌ها را مدیریت و پردازش کنند.
• امنیت: بسیاری از دستگاه‌های اینترنت اشیا دارای امنیت ضعیفی هستند و می‌توانند هدف آسانی برای حملات سایبری باشند که این امر کل شبکه را در معرض خطر قرار می‌دهد.
• محاسبات لبه (Edge Computing): برای کاهش بار روی مراکز داده اصلی و افزایش سرعت پاسخگویی، داده‌های اینترنت اشیا اغلب در نزدیکی منبع تولید (در «لبه» شبکه) پردازش می‌شوند.

امنیت و چالش‌های اینترنت

حفظ امنیت و حریم خصوصی در این شبکه عظیم و عمومی یکی از بزرگترین چالش‌های دوران ما است.

تهدیدات سایبری رایج

• بدافزارها (Malware): نرم‌افزارهای مخربی مانند ویروس‌ها، تروجان‌ها و باج‌افزارها که برای آسیب رساندن به سیستم‌ها یا سرقت اطلاعات طراحی شده‌اند.
• فیشینگ (Phishing): تلاش برای فریب کاربران به منظور افشای اطلاعات حساس (مانند رمز عبور) از طریق پیام‌ها یا وب‌سایت‌های جعلی.
• حملات محروم‌سازی از سرویس (DDoS): هدف این حملات از کار انداختن یک سرور، وب‌سایت یا شبکه با سرازیر کردن ترافیک انبوه از چندین منبع است، به طوری که نتواند به درخواست‌های قانونی پاسخ دهد.

ابزارهای دفاعی شبکه

برای مقابله با این تهدیدات، چندین خط دفاعی به کار گرفته می‌شود:

• فایروال (Firewall): یک سیستم امنیتی شبکه است که با نظارت و کنترل ترافیک ورودی و خروجی شبکه بر اساس قوانین امنیتی از پیش تعیین شده، از دسترسی غیرمجاز جلوگیری می‌کند.
• رمزنگاری (Encryption): فرآیند تبدیل اطلاعات به یک کد غیرقابل خواندن است تا فقط طرف‌های مجاز بتوانند به آن دسترسی داشته باشند. پروتکل‌هایی مانند اچ تی تی پی اس (HTTPS) (که از تی ال اس/اس اس ال (TLS/SSL) استفاده می‌کند) از رمزنگاری برای امن‌سازی ارتباطات وب استفاده می‌کنند.
• شبکه‌های خصوصی مجازی (VPN): این شبکه‌ها یک تونل رمزنگاری شده روی اینترنت عمومی ایجاد می‌کنند که حریم خصوصی کاربر و امنیت داده‌های تبادل شده را بهبود می‌بخشد. معمولا شرکت‌ها با خرید سرور مجازی مناسب VPN، شبکه داخلی شرکت خود را برای کاربران امن‌می‌کنند.

تمایز مفاهیم کلیدی

درک تفاوت بین این اصطلاحات برای شفافیت کامل ضروری است.

اینترنت در مقابل وب

اینترنت یک زیرساخت است؛ شامل سخت‌افزارها (روترها، سرورها، کابل‌ها) و پروتکل‌هایی (مانند تی سی پی/آی پی) که امکان اتصال فیزیکی و منطقی را فراهم می‌کنند.

وب (World Wide Web) یک سرویس است که بر روی این زیرساخت اجرا می‌شود. وب سیستمی از صفحات متصل به هم است که با استفاده از پروتکل اچ تی تی پی (HTTP) و مرورگرهای وب در دسترس قرار می‌گیرند. وب تنها یکی از خدمات بسیاری است که بر بستر اینترنت ارائه می‌شود (مانند ایمیل، بازی‌های آنلاین و VOIP).

اینترانت و اکسترانت

اینترانت‌ها شبکه‌های خصوصی هستند که معمولا برای استفاده داخلی و محدود یک سازمان یا شرکت خاص استفاده می‌شوند. آن‌ها از همان فناوری‌های اینترنت استفاده می‌کنند، اما دسترسی به آن‌ها محدود به اعضای مجاز است.

اکسترانت‌ها شبیه اینترانت‌ها هستند، با این تفاوت که بخشی از شبکه خصوصی یک سازمان را به صورت امن و محدود برای دسترسی شرکای تجاری، تامین‌کنندگان یا مشتریان خاص باز می‌کنند.

جمع‌بندی

اینترنت یک شاهکار مهندسی جهانی است که زندگی مدرن را دگرگون کرده است. این شبکه بسیار فراتر از وب‌سایت‌هایی است که هر روز مشاهده می‌کنیم؛ اینترنت یک زیرساخت فنی مقاوم و لایه‌بندی شده است که میلیاردها دستگاه را به هم متصل می‌کند. عملکرد آن بر پایه یک اصل ساده اما قدرتمند استوار است: سوئیچینگ بسته. داده‌ها به قطعات کوچکی تقسیم می‌شوند که هر کدام به صورت مستقل، مسیری بهینه را از طریق شبکه‌ای از روترها، کابل‌های فیبر نوری و مراکز داده طی می‌کنند و در مقصد نهایی دوباره به هم پیوسته می‌شوند.

از آدرس‌های آی‌پی برای شناسایی هویت هر دستگاه و سیستم دی ان اس برای ترجمه نام‌های دامنه قابل خواندن برای انسان استفاده می‌شود. با ظهور تکنولوژی‌هایی مانند آی پی ورژن ۶ و اینترنت اشیا (IoT)، زیرساخت اینترنت به طور مداوم در حال تکامل است تا بتواند از این جهان پیوسته و پرسرعت پشتیبانی کند. در نهایت، با وجود چالش‌های امنیتی و حریم خصوصی، اینترنت به عنوان یک بستر باز و پویا برای ارتباط، تجارت و نوآوری باقی خواهد ماند.در این مقاله به این موضوع می‌پردازیم که اینترنت چیست، چگونه کار می‌کند، و از چه زیرساخت‌های فیزیکی و منطقی تشکیل شده است.