Пакеты, маршрутизаторы и путь ваших данных

Прошлый урок проследил один клик от вашего Mac до сайта. Этот урок замедляется на шаге «подключение»: что такое пакет, как маршрутизаторы решают, куда его отправить, и как вы можете сами понаблюдать за этим путём.

Ваше сообщение, разрезанное на части

Ничто из того, что вы отправляете через интернет, не движется целиком. Как объясняет Learning Center Cloudflare, перед тем как покинуть ваше устройство, данные разбиваются на небольшие сегменты, называемые пакетами, а затем собираются заново тем, кто их получает. Это называется коммутацией пакетов: поскольку пакеты от множества разных компьютеров могут делить одни и те же провода и оборудование, миллиарды устройств могут обмениваться данными по одним и тем же сетям одновременно, при этом каждый пакет пересылается независимо и не обязательно приходит в том порядке, в каком был отправлен.

Маршрутизаторы: решение на каждом шаге

Пакет не движется напрямую к пункту назначения. Он передаётся от одного маршрутизатора к следующему, и каждый маршрутизатор сам решает, куда отправить его дальше. Cloudflare описывает маршрутизаторы как устройства, которые читают заголовок пакета — часть, где указан пункт назначения, — и сверяют его с таблицей маршрутизации, подобно тому как проводник поезда проверяет билет, чтобы решить, на какую платформу отправить пассажира. Таблицы маршрутизации можно настраивать вручную (статическая маршрутизация) или обновлять автоматически по мере изменения условий (динамическая маршрутизация), подобно тому как навигационное приложение прокладывает объезд вокруг пробки. Маршрутизатор делает это миллионы раз в секунду для миллионов пакетов от множества разных отправителей одновременно.

Поскольку интернет — это сеть множества независимо управляемых сетей, одно соединение с сайтом обычно пересекает сразу несколько из них: вашу домашнюю или офисную сеть, вашего провайдера, одну или несколько транзитных сетей и, наконец, сеть, где размещён сам сайт. Весь путь целиком не принадлежит никому, и ни одна компания не видит его полностью.

Наблюдаем за путём сами: traceroute

В macOS есть встроенный инструмент, который показывает этот путь по шагам. Learning Center Cloudflare объясняет, что traceroute работает, отправляя пакеты с постепенно увеличивающимся значением времени жизни, так что каждый маршрутизатор на пути отправляет обратно небольшое сообщение об ошибке, раскрывая себя один шаг за раз. В результате получается список маршрутизаторов, через которые прошёл ваш пакет, и время, затраченное на каждый шаг.

$ traceroute 1.1.1.1

Настоящая трассировка до 1.1.1.1 Cloudflare, показанная в собственной документации Cloudflare, выглядит примерно так: сначала роутер у вас дома, затем один-два шага внутри сети провайдера, затем одна или несколько сетей, о которых вы никогда не слышали, и, наконец, пункт назначения. На некоторых шагах вместо времени показаны три звёздочки (* * *): обычно это означает, что маршрутизатор настроен не отвечать на traceroute, а не то, что что-то сломано.

Через океаны: кабели, которых вы не видите

Для соединения между континентами пакеты почти наверняка в какой-то момент проходят через подводный волоконно-оптический кабель. Международный комитет по защите кабелей (ICPC), организация, объединяющая государства и владельцев кабелей и основанная в 1958 году, отмечает, что такие кабели переносят международный голосовой и информационный трафик дешевле и надёжнее, чем спутники: вызов, которому иначе пришлось бы преодолеть десятки тысяч километров до спутника и обратно, может вместо этого пройти напрямую по дну моря. Одна пара волокон в таком кабеле сейчас способна нести оцифрованную ёмкость, которую ICPC описывает как эквивалент 150 000 000 одновременных телефонных звонков, а каждый кабель обычно объединяет несколько таких пар волокон. Поскольку кабель может повредить авария или якорь судна, отрасль полагается на наличие нескольких независимых маршрутов, а не одной линии между любыми двумя регионами.