みなさんこんにちは！



「PHP 7 D. Koterova」または「byte Of Python」などの資料を読んだ後、1​​つの非常に興味深い質問が発生する可能性があります。いいえ、それは本の言語に関係なく、最初の章から原則として採用されます通常、「インターネットデバイス」を専門とする書籍は、原則として、このような書籍はユーザーをあまり深く没入させず、アプリケーションデータのレベル、つまりHTTPプロトコルとTCP / IPを超えないようにします。 しかし、私たち皆が知っているように、非常に「食いしん坊」の心があります。

各プロトコルは、どのプロトコルが「その上に立つ」かについて理想的には「何も知らない」

十分ではありません。 彼らの「大食い」をたくさんとるオプション。今日は、コンピューターネットワークのすべての主要なポイントについて簡単に説明します。

まず、何に戻るのか

コンピュータネットワークの基本的な用語と概念、大まかに言うと、コンピュータネットワークは、有限のマシンで構成される通常の「ネットワーク」です。 エンドマシンは、データを交換したいネットワーク上のコンピューターです。









このようなネットワークは、原則として、物理的な送信機でデータを送信します（最も一般的でわかりやすいタイプが考慮されます）。

1. 光ファイバー：光信号を使用したデータ伝送による最高のデータ転送速度。
2. ツイストペア：低速（タイプによって異なります）、8本の銅ケーブルを介した電気信号を使用してデータ伝送が実行されます。

ここで問題がすぐに発生します。実際には、すべてのコンピューターがケーブルで相互に接続されているだけで、答えはイエスとノーです。 ご存知のように、新しいラップトップを購入した場合、世界中のすべてのコンピューターに接続する必要がありますが、ラップトップ、ケーブルを単に差し込むか、WI-FIを介して接続するのではなく、接続しないでください。はい、いいえ、「手動で表示されるように表示されますが、すべてを行うわけではありませんが、自宅でインターネットに接続するときはプロバイダーから購入するため、ケーブルで」プロバイダーに接続します。プロバイダーは既にインターネット全体に接続しています。 。 しかし、これはまだ質問をキャンセルしません、プロバイダーは世界のすべてのPCにも接続されていますか？ いいえ、すべてが異なります。そもそも、プロバイダーはたくさんあります。地域プロバイダー（これは、地域のために働くプロバイダー、たとえばクラスノダール）からインターネットを購入するプロバイダーがあります。そのようなプロバイダーはローカルと呼ばれます都市）、地域プロバイダーは、国のプロバイダーからインターネットを取得し、大陸のプロバイダーからインターネットを取得すると、次のようになります：









しかし、あなた自身が理解しているように、これだけではありません。ケーブルを介してプロバイダーを介してプロバイダーに直接接続することはできません。 いいえ、これはそうではありません。実際、エンドシステム、プロバイダー、および他のノードの間には、特別なスイッチと数キロメートルのケーブルがあります。つまり、スイッチについて-ルーター、ルーター、これらは特別なブロック、いくつかの入力/出力を持つコンピューター（そのような入力/出力はインターフェースと呼ばれます）、および次のルーターまたは最終システムのネットワーク内の1アドレスを記述するテーブルを搭載し、リクエストが行われた最終システムにデータを送信するため、 2 km （これは正確な定義ではなく、特別な単位と見なされます）、 3ネットマスク（これだけではありませんが、ルーターについてはこの記事で詳しく説明しません）。



これで、ネットワークは次のようになります。









色付きで強調表示されたコンピューターは、複数のルーターを持っている途中で、互いに通信したい、および他のコンピューター。 問題は、最終的なシステムがどこにあるのか、ルーターがどこにあるのか、どのパスがより長いのか、どのルーターにデータを送信するのか、ルーターがどのように正確に検出するかです。 最終システムがどこにあり、どのルーターが次にデータを送信するかについて尋ねると、ネットワークアドレス指定、つまりIPアドレス、約：192.168.0.1が応答され、ルーターはコンピューターまたは別のルーターから受信したすべてのデータを受信し、すべてを調べます4つのアドレスブロック（ブロックはドットで区切られています）、初期パスが176.123.82.129であり、データがルーター176.123.82.130に到達し、2つのルーターがそれに接続されている、176.123.82.120、176.123.82.125、1台のコンピューター176.123.82.129、このルーターがそのテーブルを見るとしましょうアドレスを指定し、「より高速な」場所にデータを送信します 最終的なシステムに到達します。つまり、データ内のIPと自分のテーブルを犠牲にして、自分でデータを送信します。 パスの長さは、「マイレージ」のテーブルを使用して計算されます（計算単位があるため、正確ではありません）。 すべてはルーターにあります。実際、それらにはまだ多くの不正確さと機能がありますが、多くの時間がかかるため、ここではそれらを詳細に開示しません。



最後に何が得られますか？ エンドシステム、プロバイダーからのネットワークがあり、ケーブルで相互接続されていますが、メインデータルーターとして機能するアダプター「ルーター」を介して相互接続されています。



あまり明確ではありませんが、「データ」は情報のビットを含むデータパケット、ルーター上のこのような「パケット」の処理順序、このようなものです-パケットが到着します、通常はパケット、これはエンドシステムが送信したすべてのデータの一部にすぎないため、ルーターが処理を行います、ネットワークのネットワーク層のヘッダーを取得し（詳細は後述）、パケットをバックパックし、上記の原則に従って送信します。 ルーター、すべてのデータが宛先システムに到着するまで待機し、他のユーザーを待たずにすぐにデータをすぐに送信するものがありますが、他のユーザーが到着すると、最初に送信したのと同じ場所にそれらを送信します（これらの計算はすべてルーターによって行われます、各個々のパケットのヘッダーのため）、パケットが到着した最終システムはパケットのさらなる処理と接着に従事する必要があり、パケットが失われたりエラーが発生した場合、ルーターは切断して再試行する必要があります RITの試み。

5層TCP / IPネットワークモデル

ご理解のとおり、上記のすべてが正しく機能するには、特定の標準が必要です。この事実上の標準は、TCP / IPプロトコルスタック+ OSIレイヤーです。



まず、いくつかの用語。



プロトコルとは何ですか？ プロトコルは、2つのシステム間の通信の特定のルールであり、最もエッチングされて人気のある例は、2人の相互作用です。たとえば、人にフィットするとしましょう。通常は何を伝えますか。 「Hello」、人はこれを処理して「Hello」と答えます。その後、通信契約が経過した後、「どれくらいの時間」を尋ねます。人はこれを処理し、たとえば「14:00」と答えます。ありがとう、さようなら。 このタイプの通信、およびプロトコルがあります。つまり、上記の例から、ほぼブラウザがあり、HTTP TCPを介して動作するホストがあります。



ポートとは何ですか？ コンピューターはネットワークを介してどのように通信しますか？ コンピューターは特別なアプリケーションを介して通信するため、これらのアプリケーションは特別な「ソケット」インターフェースを介して動作し、WebサーバーへのHTTP要求を正しく処理するために、Webサーバーがポート80にあるHTTPプロセスを呼び出すと、このポートは機能しますホスティングでは、WebサーバーがTCPを処理するために、ポート443でプロセスにアクセスする必要があります。つまり、ポートは宛先システム上のプロセスの識別子であり、ソケットがアクセスできるようにします。



ソケットとは何ですか？ 初心者にとって最も一般的な質問の1つであるソケットは、ネットワークのアプリケーション層のプロトコルとコンピュータープロセスの間の単なるインターフェイスです。大まかに言えば、イヴァンは左の家に住んでおり、イヴァンは右の家にいて、イヴァンはセルゲイに手紙を送りたいと思っていました。その後、イワンは家を出て、 ドアを通って（コンピューターのプロセスがパケットを送り、ソケット、この場合はドアを通ります）、道路を渡り、歩道（コンピューターネットワーク、ルーター）を渡り、ドアをノックして、セルゲイと握手し、 ドアを通り抜けます彼の家に（要求を行います ノックシェイクハンド」「について同意する」、およびパッケージがソケット 『ドア』）伝わってきます。



プロセスとは何ですか？ ここではすべてがシンプルです。これは常にバックグラウンドで動作する「プログラム」です。これはHTTPハンドラーだとしましょう。



前述の契約とは何ですか？ これは必須の手順ではありません。たとえば、ブラウザやWebサーバーなどのIPなどのポートでの通信に関する2つのプロセスの合意は、「スリーウェイハンドシェイク」などの合意の後にのみ通信を開始します。これは、Webサイトのアドレス、ブラウザのアドレスバーにブラウザを入力したときです最初に「私たちは働く」という質問でサーバーにリクエストを送信し、サーバーは「はい」または「いいえ」と答えることができます。そうであれば、ブラウザーは別のリクエストを送信し、接続が開始されます。そうでない場合、ブラウザーはアクセス拒否に関する何らかのエラーを書き込みます。 すべてのコンピューターネットワークとプロトコルが、必ずしも何らかの「合意」を持っているわけではないことに注意してください。



5レベルのネットワークモデルに戻りましょう。5つのネットワークレベルは、エラーが検出されたレベルでの計算を容易にする特別なネットワーク操作レベルです。これにより、アプリケーションはネットワークからのデータを簡単に操作でき、開発者は独自のプロトコルを追加できます高等数学を勉強しないでください。



本「コンピュータネットワーク」で使用されている例を挙げます。 視覚的に」、いくつかの変更。 空港を想像してください。空港は本質的にネットワークモデルであり、他の現実においてのみ、空港はどのように機能しますか？ 人（パッケージとして機能します）、建物に入り、チケットオフィスに行き、チケットを購入し、チケットを購入し、手荷物をチェックインし、手荷物チェックインに到達し、手荷物をチェックインしてから、飛行機に乗って、飛行機は滑走路で加速を解除し、その後飛行するだけです（パケットはネットワーク上を「飛ぶ」）。その後、飛行機は着陸し、前述のすべてが逆の順序でのみ発生します。つまり、飛行機が滑走路に着陸すると、人は飛行機を離れます。人が荷物を拾い、必要に応じて刺すことができます 私はチケットを持っています。 ここで、個々のサービスの代わりに、飛行機への搭乗、チケットの販売などを処理するサービスが1つしかなかった場合を想像してください。 ここでは、キューが最初に思い浮かぶだけで、巨大なキューが存在します。 ネットワークモデルでも同じことが起こります。



たとえば、チャットがあり、PCに1つのアプリケーションがあり、友人のPCに1つのアプリケーションがあり、メッセージを送信すると、次のことが起こります。つまり、パケットはクライアント（マシン）エンドマシンプロセスによって収集され、ソケットを通じてモデルレベルに送信されます「トランスポート」は、TCPプロトコルを介してパケットをコンパイルし（データ長、データ...）、さらにパケットをネットワーク層に送信します。ネットワーク層は、IPプロトコルを介して、パケットの受信者に関するデータをパケットに追加します（すべてのデータ最初に送信されたもの以外は見出しと呼ばれます vkami、それからそれらを呼び出します））（このデータはプロセス自体によって生成されます）、プロセスはパケットをデータリンク層に送信し、この層はネットワーク上のエラーを見つけて修正し、ローカルネットワーク、たとえばWIでルーティングします-FI、チャネル層は、物理層、物理層に順番に送信し、すべてのデータを暗号化し、インターフェイス（PCのポート、またはWI-Fi経由）を介してネットワーク層が提供された場所に送信し、受信者の宛先マシンに送信します。データが処理されています。つまり、 受信者に送信し、データを復号化してチャネル1に転送し、データを復号化して（ヘッダーを削除し、必要なすべてのデータを取得）、データをネットワークレイヤーに送信し、アドレスが正しく取得されたかどうかを処理し、すべてが機能する場合はヘッダーを取得し、トランスポート層にデータを渡し、トランスポート層は最終的にすべてを復号化し、データを「チャット」に渡します。



プロセスが突然ネットワーク層からデータのみを取得する場合、最初の2つのレベルをスキップすることはできません。つまり、最初に物理層を復号化し、チャネル層にデータを送信し、その後ネットワーク層に到達してから、層を飛び越える必要がありますできません。 これは重要です！ さらに宿題をするために必要になります（答えは最後に説明します）。



ネットワーク層は次のようになります









初心者のために、疑問が生じる可能性があることを明確にします。ネットワークレベル間の矢印はどういう意味ですか？ 実際、これらの矢印は存在しません。実際、レベルの右の柱は、左の列で送信されたプロトコル上でパケットを処理します。このパケットを送信したレベルとは通信しません。 、左の列のレベルが機能するプロトコルで。



たとえば、長所について考えてみましょう。たとえば、データリンク層でエラーが発生した場合、ネットワーク上の特別な返品要求をスキップするだけで見つけることは難しくありません。 さらに、独自のプロトコルを追加する場合、ネットワークのすべてのレベルを変更する必要はなく、現在のネットワークレベルで正しく機能するプロトコルを作成するだけです。 次に、各レベルについて詳しく説明します。



しかし、最初の問題はルーターです。ルーターはネットワーク層で動作しますか？ どれ？ 何に届く？ どっち？ （最後に答えます）。



アプリケーションレベル 。これは、ネットワークの使用における必須レベルではありません。主に、最終受信システムのトランスポートレイヤーに送られるデータのフォーマットを担当します。たとえば、WebサーバーとWebブラウザーは、Webの開発時にHTMLマークアップと直接連携します、トランスポート層を介して直接組版に転送することはあまり良くないと判断し、HTTPアプリケーション層プロトコルが作成されました。このプロトコルはHTMLドキュメントを送信するために特別に作成されました。 ただし、前述したように、アプリケーションレベルはまったく必要ありません。ほとんどすべてのチャットプログラムは、オンラインチャットが普及する前でも、アプリケーションを使用せずにトランスポート層を介してデータを交換していました。



このネットワーク層であるトランスポート層は、ネットワーク上でデータを転送する役割を果たします。つまり、データ自体、その長さ、およびその他のヘッダーを受信し、このレベルのすべてをネットワーク層に送信します。このレベルの最も一般的なプロトコルの1つはTCPで、その後にUPDが続きます。



ネットワークレベル 、このレベルはパケットのアドレス指定を担当し、このレベル、IPアドレス、ネットマスクで保存されます。ヘッダーはまだありますが、それらは考慮しません。 ネットワーク経由でパケットをルーティングする責任があります。



データリンク層 、この層は、ローカルネットワーク上のパケットのルーティングを担当し、たとえば、WI-FIネットワーク上でパケットを送信するコンピューターを決定します。このレベルは、パケット送信中のエラーの検出と修正も担当します。



物理レベル 、このレベルはPCインターフェースで直接動作し、さまざまなタイプの周波数でデータの暗号化に従事しているため、詳細に検討しません。

どんな種類のネットワークがありますか？

適用されるネットワークから低レベルのネットワークまで、さまざまな種類のネットワークがあります。 ここでは、「P2P」と「クライアントサーバー」という2つの最も一般的なネットワークタイプについて検討します。 しかし、まず第一に、用語。



顧客とは何ですか？ 通常、このクライアントは、サーバーにデータを要求するホストマシン（またはホストマシンのプロセス）です。



サーバーとは何ですか？ サーバー、これは通常、エンドマシン（またはエンドマシンのプロセス）であり、要求に応じて、要求されたデータ、またはその他の応答を返します。一般に、サーバーは呼び出された要求を処理し、それらに応答します。



P2P（復号化-「ピアツーピア」） 。これは、コンピューターネットワークで、すべてのエンドマシンがサーバーとクライアントの両方である場合のネットワークのタイプです。たとえば、スカイプのグループ、誰かに電話すると、クライアントになります（あなたのスカイプ）、サーバーからのビデオ交換を要求します（あなたが呼び出しているもののスカイプから）、あなたはコールから切断しました、そしてあなたはすぐにあなたに話しました、あなたはクライアントではなく、サーバーです（あなたのスカイプは今ではありません） （ただし、それらに応答します）、呼び出した人のSkypeはサーバーではなくクライアントです（要求に応答せず、送信します）。 これは、すべてのマシンが潜在的にクライアントとサーバーの両方である場合のP2Pの動作です。 繰り返しますが、このようなネットワークの例はSkypeです。









クライアントサーバーは、厳密にクライアントとサーバー/サーバーが厳密に存在する場合のネットワークの一種です。 つまり、リクエストはいつでも送信でき、サーバーはそれらに応答できるため、チャットは機能します。クライアント（プロセス）は、データベース内の新しいメッセージを確認するためのリクエストを送信します。答えは、メッセージを送信すると、「新しいメッセージをデータベースに保存する」などのリクエストでサーバーに送信されます。 つまり、クライアントのグループがあり、2つのクライアントが通信したい場合、サーバーはすべてサーバーを通過し、クライアントはサーバーに要求を行い、「新しいメッセージをすべて返す」ように要求し、サーバーは応答するだけです。 そのようなネットワークの例は、これが現時点で最も適用されているネットワークであり、ウェブです。 アドレスバーにアドレスを入力するなど、ブラウザでのすべてのアクションは、サーバーに要求を行い、サーバーは応答するだけです。 ブラウザーをサーバーにすることはできません。また、サーバーをブラウザーにすることはできません。 （ブラウザクライアントプロセス、サーバーサーバープロセス）。

また、ネットワークのセキュリティについても少し説明します。

コンピュータネットワークのセキュリティ、これは現在最も人気のあるトピックの1つであり、情報セキュリティです。短い記事では、最も基本的な側面を説明するだけでは不十分です。 ここでは、いくつかの最も一般的な脆弱性とコンピューターネットワークへの攻撃についてのみ説明します。



前述のように、 パケット傍受は、ネットワークを通過するパケットを介してデータを交換します。 あなたが私たちの世界の現実で理解しているように、金融に関連する多くの仮想構造があります。例えば、それは銀行である場合があり、オンラインストアで本の支払いをすることは重要ではありません。 いずれにしても、すべてのデータは別の宛先マシン（サーバー）に転送されて処理されるため、この脆弱性の本質は、サーバーに送信されるデータ、つまりパケットを傍受できることです。



したがって、パスワードまたはクレジットカード番号が盗まれる可能性があります。 Webブラウザーのパッケージ、P2Pネットワークのパッケージなどがあります。 この脆弱性は、前述のクライアントとサーバー間の拘束力のある合意を行うことで解決できます。

前述の契約とは何ですか？ これは必須の手順ではありません。たとえば、ブラウザやWebサーバーなどのIPなどのポートでの通信に関する2つのプロセスの合意は、「スリーウェイハンドシェイク」などの合意の後にのみ通信を開始します。これは、Webサイトのアドレス、ブラウザのアドレスバーにブラウザを入力したときです最初に、「私たちは働く」という質問とともにサーバーに要求を送信し、サーバーは「はい」または「いいえ」と答えることができます。そうであれば、ブラウザーは別の要求を送信し、接続が開始されます。そうでない場合、ブラウザーはアクセス拒否に関する何らかのエラーを送信します。 すべてのコンピューターネットワークとプロトコルが、必ずしも何らかの「合意」を持っているわけではないことに注意してください。

また、この拘束力のある契約では、データを暗号化するプロトコル、たとえばHTTPSで作業することに同意し、そのプロセッサのプロセスはポート443にあります（これはTCPのポートでもあります）。 つまり、ポート443での通信に同意するために、これはHTTPSで動作する動作時間を持つTCPです。 HTTPSとは何ですか？ これは、特別なユーティリティ「SSL、TSL」で暗号化されたプロトコル、つまりHTTPであり、最も重要なことは、そのようなパケットはクライアントとサーバーの両方で暗号化されているため、そのようなパケットを傍受すると、攻撃者は何も解読できず、パスワードなどを検出できなくなります...



DDoS攻撃は、現在コンピュータネットワークで最も人気のある攻撃の1つです。 このように機能し、エンドシステムが増え、広告、スパム、およびその他の広告方法を介して、目に見えない悪意のあるソフトウェア（プロセス）がインストールされます。通常、ユーザーのアクションなしで、バックグラウンドで特定の時間に動作します。このプロセスに感染したすべてのコンピューター「H」は、特定のサーバーまたはルーターを無効にするために、特定のサーバーに膨大な数のリクエストを送信し始めます。 リクエストでは、原則として、サーバーの処理のための最も複雑な情報でありながら、（攻撃の広大さのために）それほど大きな重みはありません。



このタイプの攻撃はサーバーを無効にし、それによりサーバーがますます多くの新しいリクエストに応答する能力を失うため、サーバーがクラッシュして操作が失敗し、ルーターが途中でダウンする非常に頻繁なケースがありますバッファが詰まっており、パケットを送信する機能がさらになくなるためです。 そのような攻撃は通常非常に迅速に修正されますが、そのような攻撃が何らかの種類のインターネットエクスチェンジ、または銀行、ユーザーに対して発生すると、構造自体が損失を被ります。



同じIPからの1秒あたりのリクエスト数を分析することで、このような攻撃から身を守ることができます。 現時点での最小の危険な攻撃サイズは、1秒あたり10万リクエストです。 DDoS攻撃の親であるDoSもありますが、現時点では、この攻撃はそれほど怖くはありません。最も慎重なサーバーでさえ、そのような大きな負荷を処理できるからです。

結論

結論として、この記事に関する詳細を述べたいと思います。

1. これはコンピューターネットワークの教科書として使用しないでください。コンピューターネットワークの特別な研究の前に、これはWebプログラミングの初心者にとって単なる「おやつ」に過ぎないからです。
2. この記事では、基本の基本のみを示します。基本に接するすべての瞬間は見逃され、すべてのネットワーク層プロトコルも表示されませんでした。
3. この記事では、ルーターのバッファリング、データ転送の遅延、さまざまなレベルでの測定のデータ単位、ルーターの詳細な操作など、基本について理解できることについては触れていません...複雑なため、初心者を混乱させる可能性があります。

読んでくれてありがとう！



UPD：この記事は、ネットワークについて何も知らないが、少なくとも複雑な本ではなく、一般的な概要から始めたい人を対象としています。