Передача данных в Интернете

В главе 3 ты узнал, что операционная система имеет сетевой стек — набор компонентов для работы с сетью. Но как именно этот стек работает? Что происходит, когда браузер отправляет запрос на сервер?

Ответ кроется в протоколах — наборе правил, по которым устройства понимают друг друга. Как почта: чтобы письмо дошло, нужно знать адрес (IP), правильно написать конверт (пакет) и отправить через почтовое отделение (маршрутизатор). Здесь ты разберёшься, как устроен этот процесс от начала до конца.

ФГОС · базовый ФОП · углублённый

Клиент-сервер: кто кого обслуживает?

Основная модель взаимодействия в Интернете: один запрашивает, другой отвечает.

ФГОС

Два роли: клиент и сервер

Клиент — программа или устройство, которое запрашивает данные (браузер, почтовый клиент, мобильное приложение).

Сервер — программа или компьютер, который хранит данные и отвечает на запросы клиентов.

💻

Клиент

аналогия: посетитель ресторана

Заказывает блюдо (отправляет запрос). Не готовит сам — ждёт, пока повар принесёт. Примеры: браузер, Telegram, онлайн-игра.

🖥️

Сервер

аналогия: кухня ресторана

Принимает заказ, готовит и отдаёт. Работает круглосуточно, обслуживает тысячи клиентов. Примеры: веб-сервер, почтовый сервер, сервер игры.

Принцип запрос-ответ

Клиент отправляет запрос — например, «Покажи мне страницу google.com».
Запрос путешествует по сети — через роутеры, провайдеров, магистральные каналы.
Сервер получает запрос — обрабатывает его (ищет страницу, проверяет права).
Сервер отправляет ответ — возвращает HTML-код страницы, картинки, видео.
Клиент получает ответ — браузер отображает страницу на экране.

Важно Один компьютер может быть одновременно и клиентом, и сервером. Когда ты смотришь YouTube, ты клиент (запрашиваешь видео). Когда загружаешь фото в соцсеть, ты тоже клиент, но сервер соцсети принимает твоё фото и сохраняет его.

Пакеты: как данные делятся на части

Большие файлы не летят целиком — они разбиваются на маленькие пакеты.

ФГОС ФОП

Зачем нужны пакеты?

Представь, что ты отправляешь другу книгу по почте. Вместо одной тяжёлой посылки ты разбираешь книгу на главы и отправляешь каждую отдельно. Если одна глава потеряется — попрошешь прислать только её, а не всю книгу.

Так же работает Интернет: данные разбиваются на пакеты — небольшие блоки с заголовками.

Что внутри пакета?

Каждый пакет состоит из двух частей:

Заголовок — служебная информация: IP-адрес отправителя, IP-адрес получателя, номер пакета, контрольная сумма (для проверки целостности).
Данные — кусочек полезной информации (часть файла, фрагмент страницы, кусочек видео).

Рис. 1. Структура сетевого пакета: заголовок (адреса и управление) + данные (полезная информация)

Как пакеты собираются обратно?

Каждый пакет имеет номер. Когда все пакеты достигают получателя, они собираются в правильном порядке — как пазл. Если какой-то пакет потерялся или повреждён — протокол TCP запрашивает его повторную отправку.

Размер пакета Типичный пакет в Интернете — от 64 до 1500 байт. Когда ты загружаешь фото размером 3 МБ, оно разбивается примерно на 2000 пакетов!

🔬

Рентген пакета

нажми на слой · увидишь реальные поля

интерактив

Каждый пакет — это «матрёшка»: данные оборачиваются заголовками на каждом уровне стека TCP/IP. Нажми на слой, чтобы увидеть реальные поля.

              Канальный
              Ethernet-кадр
              14 байт
            

              
                ПолеРазмерЗначение
MAC-адрес получателя6 байтAA:BB:CC:11:22:33
MAC-адрес отправителя6 байтDD:EE:FF:44:55:66
Тип протокола2 байта0x0800 (IPv4)

            

              Интернет
              IP-пакет
              20 байт
            

              
                ПолеРазмерЗначение
Версия4 бита4 (IPv4)
Длина заголовка4 бита5 (20 байт)
TTL (время жизни)8 бит64
Протокол8 бит6 (TCP)
IP отправителя4 байта192.168.1.10
IP получателя4 байта142.250.80.46

            

              Транспортный
              TCP-сегмент
              20 байт
            

              
                ПолеРазмерЗначение
Порт отправителя16 бит49152
Порт получателя16 бит443 (HTTPS)
Номер последовательности32 бита108456001
Флаги8 битACK, PSH
Размер окна16 бит65535

            

              Прикладной
              Данные HTTP
              до 1460 байт
            

              
                ПолеПример
МетодGET
Путь/index.html
ВерсияHTTP/1.1
Hostgoogle.com
User-AgentMozilla/5.0

            

Поле	Размер	Значение
MAC-адрес получателя	6 байт	AA:BB:CC:11:22:33
MAC-адрес отправителя	6 байт	DD:EE:FF:44:55:66
Тип протокола	2 байта	0x0800 (IPv4)

Поле	Размер	Значение
Версия	4 бита	4 (IPv4)
Длина заголовка	4 бита	5 (20 байт)
TTL (время жизни)	8 бит	64
Протокол	8 бит	6 (TCP)
IP отправителя	4 байта	192.168.1.10
IP получателя	4 байта	142.250.80.46

Поле	Размер	Значение
Порт отправителя	16 бит	49152
Порт получателя	16 бит	443 (HTTPS)
Номер последовательности	32 бита	108456001
Флаги	8 бит	ACK, PSH
Размер окна	16 бит	65535

Поле	Пример
Метод	GET
Путь	/index.html
Версия	HTTP/1.1
Host	google.com
User-Agent	Mozilla/5.0

Выбери слой

Нажми на любой слой «матрёшки», чтобы увидеть его реальные поля. Каждый уровень добавляет свой заголовок — как конверт внутри конверта.

Протоколы: язык, на котором говорят сети

TCP/IP — набор правил, по которым устройства понимают друг друга.

ФГОС ФОП

Что такое протокол?

Протокол — это набор правил, определяющий формат и порядок обмена данными. Как язык: чтобы два человека поняли друг друга, они должны говорить на одном языке и соблюдать грамматику.

Стек TCP/IP — четыре уровня

Интернет работает по стеку протоколов TCP/IP. Он состоит из четырёх уровней, каждый из которых решает свою задачу:

Уровень	Что делает	Примеры протоколов
Прикладной	Работа с конкретными приложениями: веб, почта, файлы	HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, DNS
Транспортный	Надёжная доставка данных, разбиение на сегменты	TCP (надёжный), UDP (быстрый)
Интернет	Адресация и маршрутизация пакетов	IP, ICMP, ARP
Канальный	Передача данных между соседними устройствами	Ethernet, Wi-Fi, PPP

Модель OSI Существует более детальная модель — OSI (Open Systems Interconnection), состоящая из 7 уровней. Она используется для обучения и стандартизации. Стек TCP/IP объединяет некоторые уровни OSI: прикладной, представительный и сеансовый → в один прикладной. В главе 5 мы подробнее разберём каждый уровень OSI.

📧

HTTP/HTTPS

прикладной уровень

Протокол для загрузки веб-страниц. HTTPS — защищённая версия (с шифрованием). Ты уже видел его в URL: https://...

📦

TCP

транспортный уровень

Гарантирует, что все пакеты дойдут в правильном порядке. Если пакет потерялся — запрашивает повторную отправку.

📍

IP

интернет-уровень

Отвечает за адреса и маршрутизацию. Каждый пакет имеет IP-адрес отправителя и получателя.

🔌

Ethernet/Wi-Fi

канальный уровень

Передаёт данные между соседними устройствами: компьютер-роутер, роутер-провайдер.

Аналогия Представь, что ты отправляешь письмо:

Прикладной уровень — ты пишешь текст письма (содержание).
Транспортный уровень — кладёшь в конверт, пишешь «заказное» (TCP гарантирует доставку).
Интернет-уровень — указываешь адрес получателя (IP-адрес).
Канальный уровень — почтальон несёт письмо в соседний дом (физическая передача).

DNS: телефонная книга Интернета

Как доменные имена превращаются в IP-адреса.

ФГОС ФОП

Проблема: люди не любят числа

Компьютеры используют IP-адреса (142.250.80.46), но людям проще запомнить слова (google.com). Как решить эту проблему?

Решение: DNS

DNS (Domain Name System) — система, которая переводит доменные имена в IP-адреса. Как телефонная книга: ты знаешь имя друга, а телефон находишь в справочнике.

Как работает DNS?

Ты вводишь google.com в браузере.
Браузер спрашивает у DNS-сервера: «Какой IP у google.com?»
DNS-сервер ищет в своей базе (или спрашивает у других серверов) и возвращает IP: 142.250.80.46.
Браузер подключается к этому IP и загружает страницу.

Рис. 2. DNS-запрос: браузер спрашивает IP у DNS-сервера и получает ответ

Иерархия DNS

DNS-серверы распределены по всему миру и организованы иерархически:

Корневые серверы (13 штук по всему миру) — знают, где искать домены верхнего уровня (.com, .ru, .org).
Серверы доменов верхнего уровня — знают IP-адреса DNS-серверов для конкретных доменов (google.com, yandex.ru).
Локальные DNS-серверы — провайдерские или корпоративные, кэшируют ответы для ускорения.

Кэширование Чтобы не спрашивать у DNS каждый раз, браузер и операционная система кэшируют (запоминают) ответы. Поэтому повторное открытие сайта работает быстрее.

🔍

DNS-симулятор

введи домен · увидишь IP-адрес

интерактив

Введи доменное имя, и симулятор покажет, как DNS переводит его в IP-адрес. Попробуй разные домены!

Введи домен:

Нажми «Найти IP», чтобы увидеть процесс...

HTTP: как браузер разговаривает с сервером

Протокол HTTP и его защищённая версия HTTPS.

ФГОС ФОП

Что такое HTTP?

HTTP (HyperText Transfer Protocol) — протокол передачи гипертекста. Он определяет, как браузер запрашивает веб-страницы и как сервер их возвращает.

HTTP-запрос

Когда ты открываешь сайт, браузер отправляет HTTP-запрос. Он состоит из трёх частей:

Строка запроса — метод (GET, POST), путь (/index.html), версия протокола (HTTP/1.1).
Заголовки — дополнительная информация: какой браузер, какой язык, какие куки.
Тело — данные (например, форма, которую ты отправляешь). Для GET-запроса тело пустое.

Рис. 3. Пример HTTP-запроса: метод GET, путь /index.html, заголовки с информацией о браузере

HTTP-ответ

Сервер возвращает HTTP-ответ, который тоже состоит из трёх частей:

Строка ответа — версия протокола, код состояния, пояснение.
Заголовки — тип содержимого, размер, дата, куки.
Тело — сами данные (HTML-код страницы, картинка, JSON).

Коды состояния HTTP

Код	Значение	Что означает
200	OK	Запрос успешен, страница загружена
301	Moved Permanently	Страница переехала на новый адрес
404	Not Found	Страница не найдена (ошибка в адресе)
500	Internal Server Error	Ошибка на сервере (проблема не твоя)

HTTPS — защищённый HTTP Обыный HTTP передаёт данные в открытом виде — любой перехватчик может их прочитать. HTTPS (HTTP Secure) шифрует данные с помощью протокола TLS. Поэтому в браузере рядом с адресом появляется замочек 🔒 — это значит, соединение защищено.

⚡

Скорость передачи данных: считаем время

Как быстро файл долетит от сервера до твоего компьютера?

ФГОС ОГЭ · ЕГЭ

Формула скорости

Передача данных подчиняется простой формуле, похожей на формулу скорости из физики:

Формула

Время = Объём / Скорость

t = V / q, где V — объём данных (бит, байт, МБ), q — скорость канала (бит/с, Мбит/с)

Единицы измерения

Важно не путать биты и байты:

1 байт = 8 бит
Скорость канала обычно измеряют в бит/с (Мбит/с, Гбит/с)
Объём файлов — в байтах (КБ, МБ, ГБ)

Единица	Сколько бит	Пример
1 Кбит	1 000 бит	Маленький текстовый файл
1 КБ	8 192 бит (8 × 1024)	Фотография (сжатая)
1 Мбит	1 000 000 бит	Песня (MP3)
1 МБ	8 388 608 бит	Фотография (высокое качество)
1 ГБ	≈ 8,6 млрд бит	Фильм (HD)

Внимание! В задачах ЕГЭ часто используется: 1 Кбит = 1000 бит (десятичная приставка), но 1 КБ = 1024 байта (двоичная приставка). Внимательно читай условие задачи!

Пример задачи

Задача: Скорость интернет-канала — 10 Мбит/с. Сколько секунд понадобится для передачи файла размером 5 МБ?

Решение:

Переведём 5 МБ в Мбит: 5 × 8 = 40 Мбит
Применим формулу: t = 40 / 10 = 4 секунды

🧮

Калькулятор скорости передачи

введи объём и скорость · узнай время

интерактив

Введи объём файла и скорость канала, чтобы узнать время передачи. Или введи время и объём — узнаешь нужную скорость.

Объём файла:

Скорость канала:

Нажми «Рассчитать», чтобы узнать время передачи...

Как загружается страница: полный путь

От нажатия клавиши до отображения страницы — все шаги за одну секунду.

ФГОС ФОП

Полный процесс загрузки страницы

Когда ты вводишь google.com и нажимаешь Enter, происходит следующее:

DNS-запрос — браузер узнаёт IP-адрес сервера google.com (например, 142.250.80.46).
TCP-соединение — браузер устанавливает надёжное соединение с сервером (трёхстороннее рукопожатие TCP).
TLS-рукопожатие (если HTTPS) — браузер и сервер договариваются о шифровании, обмениваются ключами.
HTTP-запрос — браузер отправляет GET-запрос: «Покажи мне главную страницу».
HTTP-ответ — сервер возвращает HTML-код страницы с кодом 200 OK.
Разбор HTML — браузер читает HTML и строит дерево элементов (DOM).
Загрузка ресурсов — браузер запрашивает картинки, CSS, JavaScript, указанные в HTML.
Отрисовка — браузер отображает страницу на экране.

Время загрузки Весь этот процесс занимает доли секунды! Но если DNS-сервер медленный, соединение нестабильное или страница тяжёлая (много картинок) — загрузка может затянуться.

Что может пойти не так

Ошибка 404 — страница не существует (опечатка в адресе).
Ошибка 500 — проблема на сервере (сайт сломан).
Нет соединения — Wi-Fi отключился, кабель отошёл, провайдер упал.
DNS не работает — DNS-сервер недоступен, домен не найден.
Блокировка — сайт заблокирован провайдером или файрволом.

⚡

Загрузка страницы: замедленная съёмка

нажми «Пуск» · увидишь все шаги с таймингами

интерактив

Нажми «Пуск», чтобы увидеть, что происходит за те доли секунды, пока загружается google.com. Каждый шаг — реальный процесс с реальным временем.

~1 мс

Шаг 1

Парсинг URL

Браузер разбирает адрес: протокол https, домен google.com, путь /

https :// google.com /

~1-100 мс

Шаг 2

DNS-запрос

Браузер спрашивает DNS: «Какой IP у google.com?»

google.com → 142.250.80.46

~20-50 мс

Шаг 3

TCP-соединение (handshake)

Трёхстороннее рукопожатие: SYN → SYN-ACK → ACK

Клиент: SYN → Сервер: SYN-ACK → Клиент: ACK ✓

~20-50 мс

Шаг 4

TLS-рукопожатие

Браузер и сервер договариваются о шифровании, обмениваются ключами

ClientHello → ServerHello → Certificate → Finished 🔒

~50-200 мс

Шаг 5

HTTP-запрос

Браузер отправляет: «GET / HTTP/1.1» с заголовками

GET / HTTP/2\nHost: google.com\nAccept: text/html

~50-300 мс

Шаг 6

HTTP-ответ

Сервер возвращает HTML-код страницы с кодом 200 OK

HTTP/2 200 OK\nContent-Type: text/html\nContent-Length: 18500

~10-50 мс

Шаг 7

Разбор HTML (DOM)

Браузер строит дерево элементов из HTML-кода

<html> → <head> + <body> → <div> → <img> ...

~100-500 мс

Шаг 8

Загрузка ресурсов

Браузер запрашивает CSS, JavaScript, картинки, шрифты

📄 style.css 📄 script.js 🖼 logo.png 🖼 bg.webp 🔤 font.woff2

~10-30 мс

Шаг 9

Отрисовка (render)

Браузер вычисляет стили, строит макет и рисует пиксели на экране

Style → Layout → Paint → Composite → 🖥️

Готово к запуску

📦

Путешествие пакета

нажми «Отправить» · увидишь путь данных

интерактив

Нажми кнопку, чтобы увидеть, как пакет данных путешествует от твоего компьютера через Интернет к серверу и обратно.

Шаг 0 из 8

Готов к отправке

Нажми «Отправить пакет», чтобы начать путешествие данных от компьютера к серверу.