The Internet: Packets, Routing and Reliability

Internet: Paketit, Reititys ja Luotettavuus

Hei, nimeni on Lynn. Olen Spotifyn
ohjelmistoinsinööri ja myönnän, että

käytän internetin luotettavuutta usein
hyväkseni. Saatavilla olevan tiedon määrä

on päätähuimaavaa. Mutta miten on
mahdollista, että kaikki tieto

on luotettavaa? Sanotaan, että haluat
soittaa kappaleen Spotifystä. Tuntuu siltä,

että tietokoneesi yhdistäisi suoraan
Spotifyn palvelimiin ja Spotify lähettää

kappaleen suoratoistona. Tämä ei
itseasiassa ole totta. Jos internet

olisi luotu suorien yhteyksien avulla,
olisi mahdotonta pitää asiat toiminnassa

miljoonien ihmisten käyttäessä samaa
ohjelmistoa. Varsinkin, koska

emme voi varmistaa että jokainen johto
ja kone toimii oikein koko ajan. Sen sijaan

data kulkee paljon epäsuoremmin. 1970-
luvun alussa ryhdyin yrityskumppanini

Bob Kahnin kanssa suunnittelemaan
internetiä. Minulla ja Bobilla oli vastuu

ja mahdollisuus suunnitella internetin
protokollat ja arkkitehtuuri. Joten

jatkoimme Internetin kasvuun osallistumista
ja kehittämistä nykypäivään saakka.

Tapa, jolla tiedot siirretään tietokoneesta
toiseen, on aika mielenkiintoista.

Sen ei tarvitse seurata tiettyä polkua,
vaan polku saattaa vaihdella koneiden

välisestä keskustelusta riippuen.
Internetissä kulkeva tieto menee

koneesta toiseen niin kutsuttuina
tietopaketteina ja paketti kulkee

paikasta toiseen samaan tapaan, kun
autolla ajaessa.

Ruuhkasta ja teiden kunnosta riippuen,
saatat joutua valitsemaan eri reitin

joka kerta kun ajat tiettyyn kohteeseen.
Ja aivan kuten voit kuljettaa eri tavaroita

auton sisällä, voidaan IP-paketeilla myös
lähettää monenlaisia digitaalisia tietoja.

Mutta niillä on joitakin rajoituksia. Mitä
jos sinun tulee esimerkiksi kuljettaa

avaruussukkula sen rakennuspaikasta
sen laukaisupaikalle. Sukkula ei mahdu

yhteen rekkaan, joten se pitää purkaa
pienempiin osiin ja kuljettaa useiden

rekkojen avulla. Rekat voivat kulkea
eri reittejä pitkin ja saapua

laukausupaikalle eri aikoihin. Kun kaikki
osat ovat saapuneet, voit koota palat

sukkulaksi ja olet valmis laukaisuun.
Internet toimii samalla tavalla. Jos

sinulla on suuri valokuva jonka haluat
lähettää kaverillesi tai ladata nettisivulle,

kuva saattaa koostua 10 miljoonasta
bitistä, eli ykkösistä ja nollista.

Tämä on liian paljon yhdelle paketille.
Koska kuvan tiedot ovat tietokoneella,

kuvan lähettävä tietokone voi hajottaa
sen nopeasti sadoiksi tai jopa tuhansiksi

pienemmiksi osiksi, joita kutsutaan
paketeiksi. Toisin kuin autot tai rekat,

näissä paketeissa ei ole kuljettajia eivätkä
ne valitse reittiään. Jokaisessa

paketissa on sen alkuperän ja
määränpään osoite. Reitittimet

toimivat liikenteen ohjaajina varmistaen,
että paketit liikkuvat verkoissa sujuvasti.

Jos yksi reitti on tukossa, voivat yksittäiset
paketit kulkea eri reittejä pitkin ja saapua

päämääräänsä eri aikoihin tai väärässä
järjestyksessä. Miten tämä toimii?

Internet-protokollan osana, jokainen reititin
seuraa useita polkuja pakettien

lähettämiseen ja valitsee datalle halvimman
saatavilla olevan reitin niiden

kohde-IP-osoitteen perusteella. Tässä
tapauksessa "halvin" ei tarkoita kustannuksia,

mutta aikaa ja ei-teknisiä tekijöitä, kuten
politiikkaa ja yritysten välisiä suhteita.

Usein paras reitti tiedon kulkemiseen ei
välttämättä ole suorin. Polkuvaihtoehdot

tekevät verkkovirheistä sietokykyisiä.
Mikä tarkoittaa, että verkko voi jatkaa

pakettien lähettämistä, vaikka jokin menisi
pieleen. Tämä on perusta Internetin

pääperiaatteelle: luotettavuudelle.
Entä jos haluat pyytää tietoja,

mutta kaikkea ei toimiteta? Haluat
kuunnella kappaleen. Kuinka voit olla

100% varma siitä, että kaikki tiedot
toimitetaan ja kappale soi täydellisesti?

Tapaa uusi paras ystäväsi, TCP (lähetyksen
ohausprotokolla). TCP hallinnoi kaikkien

tietojen lähettämistä ja vastaanottamista
paketteina. Ajattele sitä postipalveluna.

Kun pyydät kappaletta laitteellasi, Spotify
lähettää kappaleen, joka on hajotettu moniin

paketteihin. Kun paketti saapuu, TCP
tekee täyden kartoituksen ja lähettää

Spotifylle kuittaukset jokaisesta
vastaanotetusta paketista. Kun kaikki

paketit on vastaanotettu, TCP kuittaa
lähetyksen ja olet valmis.

Jos TCP huomaa, että jotkut paketit
puuttuvat, se ei kuittaa lähetystä.

Muutoin kappaleesi ei kuulostaisi hyvältä
tai jotkut sen osista puuttuvat.

Spotify lähettää uuden paketin jokaista
puuttuvaa pakettia kohti.

Kun TCP on varmistanut uudet paketit,
kappale alkaa soimaan.

TCP:ssä ja reitittimissä on hienoa se,
että ne osaavat sopeutua. Ne toimivat

8 tai 8 biljoonassa laitteessa. Näiden
virheiden sieto-ominaisuuksien ja

redundanssin takia, mitä enemmän
reitittimiä lisäämme, sitä luotettavampi

Internetistä tulee. On myös hienoa, että
voimme kasvattaa ja skaalata Internetiä

keskeyttämättä palveluita niiden käyttäjille.
Internet on tehty satoja tuhansia verkkoja

ja miljardeja tietokoneita ja laitteita käyttäen,
jotka on kytketty fyysisesti toisiinsa. Nämä

erilaiset internetin muodostamat järjestelmät
luovat yhteyden toisiinsa, kommunikoivat

ja toimivat yhdessä sovittujen standardien
mukaan siitä, miten tietoja lähetetään.

Tietokonelaitteet tai reitittimet auttavat
paketteja kulkemaan järjestyksessä

määränpäähän, jossa ne
kootaan uudelleen.

Tämä tapahtuu miljardeja kertoja päivässä
riippumatta siitä lähetätkö sähköpostia,

käytät nettisivuja, soitat videopuheluita,
käytät mobiilisovelluksia tai kun

Internetin anturit tai laitteet puhuvat
keskenään.