§ 57. Передача информации в Интернете

Определения и обозначения

Пакет данных — часть сообщения, снабжённая служебной информацией для передачи по сети. Сообщение делят на такие части, чтобы сети было удобнее пересылать данные и обрабатывать их по отдельности. Служебные сведения помогают понять, куда направить пакет и как использовать его при сборке сообщения.

Протокол — набор правил, по которым устройства обмениваются данными. Он определяет, как оформлять и передавать пакеты, а также как действовать при ошибках. Благодаря общим правилам компьютеры и сетевое оборудование могут правильно понимать друг друга.

IP-адрес — уникальный числовой адрес устройства в сети. По нему сеть может направить данные нужному устройству и указать, откуда они отправлены. Доменное имя сайта выглядит привычнее человеку, но для передачи данных его преобразуют в IP-адрес.

Маршрутизатор — устройство, определяющее путь передачи пакетов между сетями. Он получает пакет, изучает адрес назначения и пересылает его дальше по подходящему пути. Так данные проходят через несколько сетей, прежде чем достигнут получателя.

Как это устроено

Сообщение разбивают на пакеты, потому что длинный поток данных неудобно передавать как единое целое. Небольшие части проще пересылать через сети, где одновременно передаются данные разных пользователей. В заголовок пакета помещают служебные сведения: адреса отправителя и получателя, номер пакета и информацию, нужную для проверки передачи. Нумерация помогает восстановить порядок частей, даже если они придут не вместе.

IP-адрес нужен, чтобы сеть могла определить устройства, между которыми передаются данные. Адрес отправителя помогает понять, откуда пришёл пакет, а адрес получателя указывает, куда его следует доставить. Если человек вводит доменное имя сайта, система сначала находит соответствующий IP-адрес. Так удобное для чтения имя связывается с числовым адресом, необходимым для передачи.

Маршрутизатор не просто пропускает пакет дальше: он выбирает следующий участок пути к адресу назначения. Для выбора учитывается доступность сетевых путей и их текущая загруженность. Состояние сети меняется, поэтому разные пакеты одного сообщения могут быть направлены по разным маршрутам. Такое решение позволяет использовать доступные пути, а не ждать, пока освободится один-единственный маршрут.

Получив пакеты, компьютер проверяет их порядок и собирает из частей исходное сообщение. Номера помогают определить, какой части не хватает и куда поставить каждую полученную. Протокол TCP контролирует доставку: если пакет не пришёл или данные повреждены, он может запросить повторную отправку. Поэтому получатель может получить полное сообщение, даже если первая попытка передачи прошла неудачно.

Время передачи зависит прежде всего от объёма сообщения и скорости соединения: чем больше данных и ниже скорость, тем дольше загрузка. Скорость показывает, сколько битов передаётся за секунду, поэтому перед расчётом важно привести объём и скорость к совместимым единицам. На практике сеть может быть загружена, а передача включает служебные данные, поэтому фактическое время иногда больше расчётного. Расчёт без этих дополнительных факторов даёт примерную оценку.

Основные элементы передачи информации в Интернете

Сначала найдите в таблице элемент, который вас интересует, затем прочитайте его назначение. Последний столбец показывает пример или важную характеристику. Сравнение строк помогает увидеть, что для передачи нужны и правила, и адреса, и оборудование.

Разбор задач

Задача 1

Файл объёмом 24 Мбайт передаётся со скоростью 8 Мбит/с. Требуется найти время передачи, не учитывая служебные данные. Объём указан в байтах, а скорость — в битах за секунду, поэтому сначала единицы нужно согласовать. В одном байте 8 бит.

1. Переведём объём файла в мегабиты: 24 × 8 = 192 Мбит.
2. Разделим объём на скорость: 192 Мбит ÷ 8 Мбит/с = 24 с.
3. Проверим единицы: мегабиты сокращаются, остаются секунды.

Ответ: 24 секунды. Это расчётное время при постоянной скорости и без учёта служебных данных.

Задача 2

Сообщение объёмом 6000 байт разбито на пакеты по 1000 байт. Нужно определить число пакетов. Для этого сравним общий объём с вместимостью одного пакета. Если бы деление было с остатком, для последней части всё равно понадобился бы отдельный неполный пакет.

1. Разделим объём сообщения на размер пакета: 6000 ÷ 1000 = 6.
2. Проверим, осталась ли часть сообщения: 6 × 1000 = 6000 байт, остатка нет.
3. Значит, все пакеты будут одинакового размера.

Ответ: потребуется 6 пакетов. При делении с остатком число пакетов округляли бы вверх, чтобы учесть неполную последнюю часть.

Задача 3

Один пакет сообщения не дошёл до получателя. Без него сборка может выявить пропуск, потому что у частей есть номера, а протокол проверяет доставку. Рассмотрим, как TCP помогает восстановить данные. Повторная отправка нужна, чтобы получатель всё-таки получил отсутствующую часть.

1. Компьютер получателя сопоставляет номера пришедших пакетов и обнаруживает пропуск.
2. Протокол TCP сообщает, что часть данных не получена, и может запросить её повторную отправку.
3. После доставки недостающего пакета компьютер располагает всеми частями и собирает сообщение.

Ответ: сообщение пока нельзя считать полностью восстановленным, но TCP может организовать повторную передачу потерянного пакета. Остальные полученные пакеты при этом не обязательно отправлять заново.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что сообщение передаётся одним непрерывным блоком. Так думают, потому что пользователь видит файл целиком, а не его сетевые части. На деле данные обычно делят на пакеты; проверить себя можно, вспомнив, что у частей есть заголовки и номера.

IP-адрес путают с адресом веб-страницы или доменным именем, потому что оба связаны с поиском сайта. Но доменное имя удобно человеку, а IP-адрес указывает устройство в сети. Проверьте себя: спросите, что система должна найти после ввода имени сайта; ответом будет соответствующий IP-адрес.

Иногда считают, что все пакеты обязательно проходят одним маршрутом. Кажется естественным, что части файла следуют вместе, однако маршрутизаторы выбирают путь для пакетов с учётом состояния сети. Чтобы проверить себя, вспомните, что на получателе части могут прийти в разном порядке, а затем собираются заново.

При вычислении времени передачи часто делят числа, не проверив единицы. Ошибка возникает, когда объём записан в байтах, а скорость — в битах в секунду. Перед расчётом переведите величины: 1 байт = 8 бит, затем проверьте, что результат выражен во времени, например в секундах.

Связь с другими темами

Для понимания передачи данных полезны знания об единицах измерения информации, двоичном представлении данных и вычислении скорости. Тема продолжает изучение компьютерных сетей: в ней используются понятия локальной и глобальной сети, сетевого оборудования и адресации. Позже эти знания пригодятся при работе с интернет-сервисами и изучении сетевой безопасности. Они также помогают оценивать время загрузки файлов и понимать, почему реальная загрузка может длиться дольше расчётной.

Что запомнить

• Информация в Интернете обычно передаётся пакетами.
• Пакет содержит часть сообщения и служебные сведения.
• IP-адрес определяет устройство в сети.
• Протокол задаёт правила обмена данными.
• Маршрутизатор выбирает путь передачи пакетов.
• Пакеты одного сообщения могут идти разными маршрутами.
• Время передачи зависит от объёма данных и скорости соединения.