Сети и интернет: клиент-сервер, адреса, протоколы и путь запроса

В этом уроке#

Урок состоит из нескольких коротких глав — в том же порядке, что и в презентации:

1. Глава 1 — компьютерные сети, LAN, интернет, клиент и сервер
2. Глава 2 — IP-адрес, порт, домен и DNS
3. Глава 3 — запрос, ответ и протоколы: HTTP, HTTPS, TCP и UDP
4. Глава 4 — что происходит с момента ввода адреса до показа сайта

Глава 1: Компьютерные сети, LAN, интернет, клиент и сервер#

Что мы изучим?#

• Что такое компьютерная сеть.
• LAN (локальная сеть) и интернет.
• Маршрутизатор (router) — устройство, которое соединяет сети.
• Модель клиент-сервер — основу каждого сайта, приложения и сервера, которые мы построим в темах бэкенда и баз данных.

Зачем это нужно?#

Каждое современное приложение общается с сетью: WhatsApp, сайты, игры, а в темах бэкенда и баз данных — и сервер, который вы напишете. Бэкенд-разработчики пишут именно серверную часть. Фронтенд-разработчики пишут клиентскую часть. Без понимания этой модели нельзя понять, что делает ваш код.

Объяснение с основ#

Что такое сеть?#

Компьютерная сеть — два или более устройства, соединённые так, чтобы они могли передавать информацию между собой. Соединение может быть по кабелю (Ethernet), по воздуху (Wi-Fi) или по оптоволокну.

Зачем соединять компьютеры?

• Обмен информацией — сообщения, файлы, сайты.
• Совместное использование ресурсов — один принтер на весь офис, одно интернет-подключение на весь дом.
• Разделение работы — информация хранится в одном месте (на сервере), и все обращаются к ней.

LAN — локальная сеть#

LAN (Local Area Network) — локальная сеть: устройства дома, в офисе или в классе. У вас дома в LAN входят компьютер, телефон, умный телевизор и принтер — все подключены к одному маршрутизатору.

• Все устройства в LAN могут общаться друг с другом напрямую, не выходя в интернет.
• Очень быстро и под вашим контролем.

Интернет — сеть сетей#

Интернет — это сеть сетей: миллионы локальных сетей по всему миру, соединённые друг с другом через интернет-провайдеров (ISP) и подводные кабели между континентами.

Маршрутизатор — ворота между сетями#

Маршрутизатор (router) — устройство, которое соединяет вашу LAN с интернетом. Он знает, должен ли пакет информации остаться дома (например, от компьютера к принтеру) или уйти наружу (например, на сайт).

          Your home (LAN)
   ┌──────────────────────────┐
   │ Laptop   Phone   Printer │
   │    \       |       /     │
   │         Router ──────────┼───► ISP ───► Internet ───► Google's network
   └──────────────────────────┘                           (another LAN)

Модель клиент-сервер#

Почти всё общение в сети следует одной модели:

• Клиент (client) — программа, которая начинает общение и отправляет запрос. «Дай мне главную страницу», «сохрани это сообщение».
• Сервер (server) — программа, которая ждёт запросов, обрабатывает их и возвращает ответ.

Очень важно: клиент и сервер — это роли программ, а не виды компьютеров. Один и тот же ноутбук может одновременно запускать браузер (клиент) и сервер FastAPI (сервер). В темах бэкенда и баз данных именно так вы и будете делать: сервер и клиент будут работать на одном компьютере.

Запрос и ответ — пример#

Когда вы заходите на сайт, браузер — клиент, а сайт — сервер:

Browser (Client)                  Server (example.com)
   │                                   │
   │ ──── Request: GET /  ──────────►  │
   │                                   │  finds the page
   │ ◄──── Response: 200 + HTML  ────  │
   ▼                                   │
shows the page

1. Браузер начинает — отправляет запрос: «дай мне главную страницу».
2. Сервер, который всегда ждёт запросов, находит страницу.
3. Сервер возвращает ответ: код успеха (200) и содержимое страницы.
4. Браузер показывает полученное.

Тот же самый шаблон повторяется в каждом приложении: WhatsApp отправляет сообщение на сервер, приложение погоды запрашивает прогноз, а позже на курсе — сервер, который вы напишете, будет получать запросы и возвращать ответы.

Типичная ошибка#

Ошибка: «сервер — это огромный компьютер в комнате с кондиционером», значит, «на ноутбуке сервер не запустить».

• Сервер — это программа, которая ждёт запросов, а не особый вид компьютера.
• Любой ноутбук может запустить серверную программу. Позже на курсе вы запустите сервер на своём компьютере.
• Один и тот же компьютер может быть клиентом и сервером одновременно: ваш браузер (клиент) может обратиться к серверу, работающему на том же ноутбуке.
• В серверных комнатах просто работает много таких серверных программ на мощных компьютерах, которые всегда включены.

Вторая ошибка: думать, что сайт «находится в браузере». Браузер только запрашивает и показывает. Сам сайт — файлы и логика — находится на сервере.

Итоги#

• Сеть = соединённые устройства, которые передают информацию. LAN = локальная сеть. Интернет = сеть сетей.
• Маршрутизатор соединяет LAN с интернетом и решает, что остаётся внутри, а что уходит наружу.
• Клиент начинает запрос. Сервер ждёт, обрабатывает его и возвращает ответ.
• Клиент и сервер — роли программ. Один и тот же компьютер и даже одна и та же программа могут выполнять обе роли.
• Каждая страница, которую вы открываете, — это запрос от клиента и ответ от сервера.

Официальная документация#

• MDN — How does the Internet work?
• MDN Glossary — Server

Глава 2: IP-адрес, порт, домен и DNS#

Что мы изучим?#

Три вопроса, на которые должно ответить каждое сообщение в сети:

1. На какой компьютер? — IP-адрес.
2. Какой программе на этом компьютере? — порт.
3. Как узнать адрес, если я помню только имя? — домен и DNS.

Зачем это нужно?#

• В темах бэкенда и баз данных вы запустите сервер на http://127.0.0.1:8000. Сегодня вы поймёте каждую часть этого адреса.
• Ошибки вроде Address already in use (порт занят) или Name or service not known (DNS не сработал) — обычное дело в работе бэкенда.
• Когда вы подключаете приложение к базе данных, нужно указать ему host и port.

Объяснение с основ#

IP-адрес — адрес компьютера#

IP-адрес (Internet Protocol address) — числовой адрес, который идентифицирует устройство в сети. Без адреса ему нельзя отправить информацию — точно как письмо без адреса.

Распространённый формат, IPv4, — четыре числа от 0 до 255, разделённые точками:

192.168.1.23
 │   │  │  │
 └───┴──┴──┴── four numbers, each 0–255

Есть и IPv6 — более новый и длинный формат (2001:db8::1), появившийся потому, что адресов IPv4 не хватило для всех устройств в мире. Принцип тот же.

Три вида адресов, которые стоит знать#

Порт — дверь к нужной программе#

IP-адрес доставляет информацию до компьютера. Но сетью на компьютере пользуются многие программы: браузер, Spotify, Zoom, сервер, который вы написали. Как информация попадает к нужной программе?

Порт (port) — число от 0 до 65535, которое идентифицирует определённую программу на компьютере. Сервер «слушает» определённый порт, и каждый запрос, пришедший на этот порт, передаётся ему.

IP   = which building    →  192.168.1.23
Port = which apartment   →  8000
Full address             →  192.168.1.23:8000

Известные порты:

Важное правило: на каждом порту (на каждом адресе) в любой момент может слушать только одна программа.

Домен и DNS — имена вместо чисел#

Люди не запоминают 142.250.75.14. Мы запоминаем google.com.

• Домен (domain) — читаемое имя, которое обозначает адрес: google.com, ynet.co.il.
• DNS (Domain Name System) — «телефонная книга интернета»: мировая система серверов, которая переводит домен в IP-адрес.

Структура домена (читается справа налево, от общего к частному):

   www   .   ynet   .   co   .   il
    │         │          │        │
subdomain   name      second    TLD (top-level domain: country/type)

Что происходит при переводе DNS (кратко):

1. Компьютер проверяет, не знает ли он уже ответ (кэш — память предыдущих ответов).
2. Если нет, он спрашивает DNS-сервер, который у него настроен (обычно сервер интернет-провайдера или 8.8.8.8 от Google).
3. DNS-сервер находит ответ (при необходимости спрашивая другие серверы в иерархии) и возвращает IP-адрес.
4. Только после этого компьютер отправляет сам запрос на полученный адрес.

Поиск DNS — шаг за шагом#

You type:     example.com
     │  "What is the IP of example.com?"
     ▼
DNS server:   93.184.215.14
     │
     ▼
Browser connects to 93.184.215.14:443

1. Вы набираете имя — example.com.
2. Компьютер спрашивает DNS-сервер: «какой IP у этого имени?» (сначала он проверяет, не сохранён ли ответ с прошлого раза — кэш).
3. Возвращается IP-адрес.
4. Только теперь браузер подключается — к IP и порту (443 для HTTPS).

Несколько примеров ответов:

google.com              ->  142.250.75.14
localhost               ->  127.0.0.1
no-such-domain-123.com  ->  lookup failed

• localhost всегда переводится в 127.0.0.1 — сам компьютер.
• Для несуществующего имени DNS не находит адреса, и браузер показывает ошибку ещё до попытки подключения.

Типичная ошибка#

Ошибка: запуск второго сервера на уже занятом порту.

Program A listens on port 8000   -> OK
Program B tries port 8000        -> ERROR

Address already in use

Почему? Слушать порт в любой момент может только одна программа. Первая программа «заняла» 8000.

Исправление: остановить первую программу или запустить вторую на другом порту, например 8001.

Вторая ошибка: путать localhost с IP в LAN. 127.0.0.1 доступен только с того же компьютера. Если друг попытается открыть со своего телефона 127.0.0.1:8000, он попадёт на свой собственный телефон.

Итоги#

• IP идентифицирует компьютер в сети. Частный (192.168.x.x) — внутри LAN, публичный — в интернете.
• 127.0.0.1 / localhost = этот самый компьютер. С других компьютеров недоступен.
• Порт идентифицирует программу внутри компьютера. На каждом порту слушает только одна программа. 80 = HTTP, 443 = HTTPS.
• Домен — читаемое имя. DNS переводит его в IP до отправки запроса.
• Полный адрес: protocol://host:port/path, например http://127.0.0.1:8000/students.

Официальная документация#

• MDN Glossary — IP Address
• MDN Glossary — Port
• MDN Glossary — DNS

Глава 3: Запрос, ответ и протоколы: HTTP, HTTPS, TCP и UDP#

Что мы изучим?#

• Что такое протокол.
• Запрос и ответ: что отправляется и что возвращается.
• HTTP и HTTPS: язык веба.
• TCP и UDP: как переносится сама информация.

Зачем это нужно?#

Вся тема бэкенда построена на HTTP: вы напишете сервер, который получает запросы и возвращает ответы, и будете выбирать метод (GET/POST/PUT/DELETE) и код состояния (200, 404…). Сегодня мы посмотрим, как это выглядит «изнутри». Когда вы это поймёте, FastAPI будет выглядеть как сокращение, а не как магия.

Объяснение с основ#

Что такое протокол?#

Протокол — согласованный набор правил общения: что отправлять, в каком порядке, в каком формате и что отвечать. Если две стороны не говорят на одном протоколе, они не понимают друг друга, даже если само соединение работает.

В сети протоколы организованы уровнями, и каждый уровень решает свою задачу:

HTTP / HTTPS   ← WHAT we say      (application: "give me /index.html")
TCP  / UDP     ← HOW it travels   (transport: reliable or fast)
IP             ← WHERE it goes    (addressing: 93.184.215.14)
Wi-Fi/Ethernet ← the physical link

Запрос и ответ#

Всё общение по HTTP — это пара:

• Запрос (request) — клиент отправляет: что он хочет и где.
• Ответ (response) — сервер возвращает: удалось ли, и содержимое.

Начинает всегда клиент. HTTP-сервер ничего не отправляет по собственной инициативе.

HTTP — HyperText Transfer Protocol#

HTTP — текстовый протокол: запрос и ответ — это действительно текст, который можно прочитать.

Структура запроса:

GET /index.html HTTP/1.1          ← request line: METHOD  PATH  VERSION
Host: example.com                 ← headers: extra info, "Name: value"
User-Agent: Mozilla/5.0
Accept: text/html
                                  ← empty line = end of headers
(body — empty for GET)            ← body: data we send (used in POST/PUT)

Структура ответа:

HTTP/1.1 200 OK                   ← status line: VERSION  STATUS CODE  REASON
Content-Type: text/html           ← headers
Content-Length: 1256
                                  ← empty line
<!doctype html><html>...          ← body: the content itself

Коды состояния по первой цифре:

HTTPS — защищённый HTTP#

В обычном HTTP текст идёт по сети в открытом виде. Любой, кто находится на пути (например, в публичном Wi-Fi), может прочитать пароли и номера кредитных карт.

HTTPS = HTTP + шифрование (с помощью протокола TLS). Он добавляет две вещи:

1. Шифрование — только сервер и клиент могут прочитать содержимое.
2. Проверку подлинности — цифровой сертификат доказывает, что вы действительно общаетесь с bank.co.il, а не с самозванцем.

HTTP внутри шифрования точно такой же. Порт: HTTP = 80, HTTPS = 443. Значок замка 🔒 в браузере говорит, что соединение — HTTPS.

TCP и UDP — как перемещается информация#

Информация в сети делится на маленькие пакеты. IP доставляет каждый пакет на нужный адрес, но пакеты могут теряться или приходить не по порядку. Здесь вступают TCP и UDP:

HTTP работает поверх TCP. Когда браузер запрашивает страницу, сначала открывается TCP-соединение с сервером (на порт 80 или 443), и только потом внутри него отправляется текст запроса.

Распространённые коды ответа#

Каждый HTTP-ответ начинается с кода состояния — трёхзначного числа, которое говорит, что произошло. Первая цифра указывает «семейство»:

• 2xx — успех. 3xx — перенаправление. 4xx — ошибка клиента. 5xx — ошибка сервера.

Типичная ошибка#

Ошибка: думать, что 404 значит «интернет не работает» или «сервер упал».

• 404 — корректный ответ сервера: «я получил запрос, но по этому пути у меня нет ресурса». Сервер работает отлично. Проблема в запросе, то есть в пути.
• Если сервер вообще недоступен, никакого кода состояния вы не получите. Вы получите ошибку соединения, например Connection refused или timed out.
• 500 = сервер получил запрос и упал при его обработке. В теме бэкенда, когда вы видите 500, баг — в коде вашего сервера.

Вторая ошибка: думать, что HTTPS «скрывает», какой сайт вы открываете. Шифрование защищает содержимое — пароли, формы, саму страницу, — но домен, к которому вы подключаетесь, по-прежнему виден в сети.

Итоги#

• Протокол = согласованные правила общения. Есть уровни: HTTP (что мы говорим), TCP/UDP (как это перемещается), IP (куда).
• HTTP-запрос = метод + путь + заголовки + тело. HTTP-ответ = код состояния + заголовки + тело.
• Коды состояния: 2xx успех, 4xx ошибка клиента, 5xx ошибка сервера.
• HTTPS = HTTP + шифрование и проверка подлинности (TLS). Порт 443.
• TCP надёжный и упорядоченный (сайты, файлы). UDP быстрый и без гарантий (видео, игры, DNS).

Официальная документация#

• MDN — Overview of HTTP
• MDN Glossary — HTTPS
• MDN Glossary — TCP
• MDN Glossary — UDP

Глава 4: Что происходит с момента ввода адреса до показа сайта#

Что мы изучим?#

Это классический вопрос собеседования: «Что происходит, когда вы набираете https://www.example.com/about в браузере и нажимаете Enter?» В этой главе мы построим полный ответ шаг за шагом и свяжем все сегодняшние понятия: URL, DNS, IP, порт, TCP, HTTPS, запрос, ответ.

Зачем это нужно?#

• Это самый частый вопрос на собеседованиях для джунов. Он проверяет, видите ли вы «общую картину».
• Когда сайт «не работает», тот, кто знает шаги, знает, где искать: DNS? соединение? сервер? содержимое?
• В темах бэкенда и баз данных вы напишете шаг 6 — обработку на сервере. Хорошо понимать, что происходит до и после него.

Объяснение с основ#

Шаг 0 — разбор URL#

URL (Uniform Resource Locator) — «полный адрес» ресурса в интернете:

https://www.example.com:443/about?lang=he
└─┬─┘   └──────┬──────┘ └┬┘ └─┬─┘ └──┬──┘
protocol     domain     port  path   query

Восемь шагов#

1. Браузер разбирает URL — он понимает, что протокол HTTPS (значит, порт 443), домен www.example.com, а путь /about.

2. Поиск DNS — имя → IP-адрес. Браузеру нужен IP, а не имя. Он проверяет по порядку: кэш браузера, кэш операционной системы, а если ответа нет — спрашивает DNS-сервер. Он получает, например, 93.184.215.14.

3. TCP-соединение — тройное рукопожатие. Браузер открывает TCP-соединение с адресом 93.184.215.14:443. Соединение открывается «рукопожатием» из трёх сообщений:

Client ──── SYN ────────►  Server     "Can we talk?"
Client ◄─── SYN-ACK ─────  Server     "Yes, can you hear me?"
Client ──── ACK ────────►  Server     "Yes. Let's start."

4. Рукопожатие TLS — шифрование. Поскольку это HTTPS: сервер отправляет сертификат, браузер проверяет, что он подлинный и принадлежит www.example.com, и обе стороны договариваются о ключе шифрования. Дальше всё зашифровано. (С http:// этого шага нет.)

5. Отправка HTTP-запроса:

GET /about?lang=he HTTP/1.1
Host: www.example.com
User-Agent: Mozilla/5.0 ...
Accept: text/html

6. Сервер обрабатывает запрос. Серверная программа получает запрос, понимает, что запрошено (GET /about), и готовит ответ. Иногда это просто готовый файл, а иногда много работы: выполнение кода, запрос к базе данных, построение HTML. Именно эту часть вы будете писать в темах бэкенда и баз данных.

7. Сервер отправляет HTTP-ответ:

HTTP/1.1 200 OK
Content-Type: text/html; charset=UTF-8

<!doctype html><html> ... <link href="/style.css"> <img src="/logo.png"> ...

8. Браузер отображает страницу (рендеринг). Браузер читает HTML и строит из него страницу. Когда он встречает дополнительные файлы (CSS, изображения, JavaScript), он отправляет новые запросы — по одному на файл, повторяя шаги 5–7. Средняя страница делает десятки запросов! (TCP-соединение и шифрование уже есть, поэтому шаги 2–4 обычно не повторяются.)

Сколько длится каждый шаг#

Весь этот путь обычно занимает меньше секунды. Пример замера одного запроса:

Step 2 - DNS: example.com -> 93.184.215.14 | ms: 21
Step 3 - TCP connected to 93.184.215.14 443 | ms: 64
Step 4 - TLS version: TLSv1.3 | ms: 71
Steps 5-7 - first line: HTTP/1.1 200 OK | ms: 66

Те же замеры можно увидеть в любом браузере: F12 → вкладка Network → щёлкнуть по запросу → Timing. Преподаватель покажет это на экране. Там же видно, сколько запросов отправляет одна страница — иногда десятки.

Типичная ошибка#

Ошибка: пропустить DNS или поставить его после соединения («браузер подключается к google.com»). К имени подключиться нельзя. TCP-соединению нужен IP, поэтому DNS всегда идёт первым.

Вторая ошибка: думать, что вся страница приходит одним запросом. Сначала приходит HTML, и из него браузер узнаёт о десятках других файлов и запрашивает каждый отдельно. Во вкладке Network в DevTools это сразу видно.

Третья ошибка — неверная диагностика сбоя:

Итоги#

• URL = протокол + домен + порт + путь + параметры запроса.
• Порядок: разбор URL → DNS → TCP-рукопожатие → TLS → HTTP-запрос → обработка на сервере → HTTP-ответ → рендеринг.
• DNS всегда идёт до соединения, потому что подключаются к IP, а не к имени.
• Одна страница = десятки запросов: сначала HTML, затем CSS, изображения и JS.
• Каждый вид сбоя относится к определённому шагу — так его и диагностируют.

Официальная документация#

• MDN — How the web works

Практика#

Вопросы на понимание материала урока — без кода.

Упражнение 1: Клиент или сервер?#

В каждом сценарии — кто клиент (Client), а кто сервер (Server)?

1. Вы заходите с телефона на сайт банка.
2. Приложение погоды запрашивает прогноз.
3. Дана запускает на своём ноутбуке программу, которая ждёт запросов, и открывает её в браузере на том же ноутбуке.

Упражнение 2: IP, порт и DNS#

1. Что идентифицирует IP-адрес, а что идентифицирует порт?
2. Что означает адрес 127.0.0.1:8000?
3. Друг пытается открыть 127.0.0.1:8000 на своём телефоне, чтобы увидеть сервер, работающий на вашем компьютере. Почему это не сработает?

Упражнение 3: Разбор URL#

Разберите адрес на части — протокол, домен, порт, путь и параметры запроса (query):

https://shop.example.com:443/cart?coupon=SALE10

А каким был бы порт, если бы :443 не было написано в адресе?

Упражнение 4: Коды ответа#

Что означает каждый код и где проблема — у клиента или у сервера?

200   301   404   500

А что получит браузер, если сервер вообще не запущен?

Упражнение 5: Путь запроса#

Расставьте шаги по порядку — от ввода адреса до показа сайта:

• (а) TCP-соединение — тройное рукопожатие
• (б) DNS — перевод имени в IP-адрес
• (в) Браузер отображает страницу (рендеринг)
• (г) Отправка HTTP-запроса
• (д) Установка шифрования (TLS)
• (е) Разбор URL
• (ж) Сервер возвращает HTTP-ответ

И почему DNS должен идти до TCP-соединения?