Bagaimana Cara Kerja Internet? Penjelasan Lengkap tentang Infrastruktur di Balik Setiap Klik

Internet Bersifat Fisik, Bukan Cloud

Kesalahpahaman terbesar yang dimiliki orang tentang internet tertanam dalam bahasa yang digunakan untuk menggambarkannya. Kita berbicara tentang "cloud", yaitu tentang data yang mengambang di suatu tempat yang gaib dan tidak terikat pada realitas fisik. Faktanya, internet sangat fisik. Ketika kita mengirim email kepada seseorang di benua lain, email itu tidak mengambang di udara dalam arti yang berarti — email itu bergerak, sebagai denyut cahaya, melalui kabel serat optik yang sebenarnya yang diletakkan di dasar laut.

Lebih dari 95 persen lalu lintas internet internasional berjalan melalui kabel bawah laut, yaitu bundel tipis serat kaca, tidak lebih lebar dari selang taman di intinya, dilindungi oleh lapisan baja dan isolasi, yang diletakkan di dasar laut oleh kapal pemasang kabel khusus. Ada beberapa ratus kabel ini yang saat ini beroperasi di seluruh dunia, menghubungkan benua dan membentuk tulang punggung fisik yang sebenarnya yang hanya dilengkapi oleh internet satelit dan alternatif berbasis radio, bukan digantikan, dalam hal kapasitas mentah. Saat kita menonton video yang di-streaming dari server di benua lain, klik demi klik, cahaya benar-benar bergerak mendekati kecepatan cahaya melalui serat optik yang terbentang di dasar laut untuk mengirimkan video tersebut kepada kita.

Di darat, realitas fisik yang sama berlanjut melalui pusat data besar—bangunan seukuran gudang yang penuh dengan server, sistem pendingin, dan daya cadangan—yang terhubung satu sama lain dan ke jaringan lokal melalui kabel serat optik dan tembaga tambahan. Internet bukanlah abstraksi yang berada di suatu tempat di atas dunia fisik. Internet adalah dunia fisik itu sendiri, yaitu kabel, router, server, dan switch, yang membentang di lautan dan benua, dikoordinasikan oleh serangkaian aturan bersama yang memungkinkan semua perangkat keras tersebut, yang dimiliki dan dioperasikan oleh ribuan perusahaan dan organisasi yang berbeda, berfungsi sebagai satu sistem yang koheren.

Apa Arti Sebenarnya dari "Internet"

Pada intinya, internet adalah jaringan dari jaringan. Tidak ada satu perusahaan atau pemerintah pun yang memiliki atau mengoperasikan keseluruhan jaringan tersebut. Sebaliknya, internet adalah kumpulan jaringan yang sangat besar dan terdesentralisasi yang dioperasikan secara individual — milik penyedia layanan internet, universitas, perusahaan, dan pemerintah — yang semuanya sepakat untuk berkomunikasi menggunakan seperangkat aturan bersama yang sama, yang dikenal sebagai protokol, sehingga data dapat berpindah dengan lancar dari satu jaringan ke jaringan lain, terlepas dari siapa yang membangun atau memiliki perangkat keras tertentu di sepanjang jalan.

Struktur terdesentralisasi ini berakar pada asal usul internet di ARPANET, yaitu sebuah proyek penelitian Departemen Pertahanan AS dari akhir tahun 1960-an. Salah satu tujuan desain pendirinya adalah ketahanan, yaitu jaringan yang dibangun sedemikian rupa sehingga jika ada bagian individual darinya — satu router, satu kabel, bahkan seluruh pusat data — yang mengalami kerusakan, sisa jaringan dapat mengalihkan lalu lintas di sekitar kerusakan tersebut dan tetap berfungsi. Alih-alih sebuah pusat tunggal yang menjadi tumpuan segalanya, internet sengaja dibangun sebagai jaringan mesh terdistribusi, dan keputusan desain mendasar tersebut, yang dibuat lebih dari lima dekade lalu, masih menjadi alasan mengapa internet modern tetap berfungsi bahkan ketika server individual mengalami kerusakan, kabel rusak, atau seluruh wilayah kehilangan daya. Tidak ada satu titik pun yang kegagalannya menyebabkan seluruh sistem mati, karena sistem tersebut sejak awal tidak pernah dibangun dengan satu titik tunggal.

Paket: Bagaimana Data Kita Sebenarnya Berpindah

Saat kita mengirimkan apa pun melalui internet — email, foto, permintaan untuk memuat halaman web — data tersebut tidak berpindah sebagai satu aliran kontinu. Data tersebut dipecah menjadi potongan-potongan kecil yang disebut paket, masing-masing hanya fragmen dari total data, dibungkus dalam header-nya sendiri yang berisi informasi tentang dari mana asalnya, ke mana tujuannya, dan di mana posisinya dalam urutan keseluruhan setelah semuanya disatukan kembali di tujuan.

Pendekatan ini, yang disebut packet switching, adalah salah satu keputusan desain mendasar internet, dan benar-benar berbeda dari cara kerja jaringan komunikasi lama, seperti sistem telepon tradisional. Panggilan telepon tradisional menggunakan circuit switching, yaitu satu jalur fisik khusus dicadangkan antara dua penelepon selama seluruh durasi panggilan, dan jalur tersebut tidak digunakan oleh siapa pun, kapan pun penelepon tidak aktif berbicara. Packet switching sepenuhnya meninggalkan model tersebut. Karena data kita dipecah menjadi paket-paket independen, paket-paket tersebut tidak memerlukan jalur khusus yang dipesan terlebih dahulu, tetapi paket-paket tersebut dapat melewati rute mana pun yang saat ini paling tidak padat, berpotensi masing-masing mengambil jalur fisik yang benar-benar berbeda melalui router dan kabel yang berbeda, dan disatukan kembali menjadi pesan asli hanya setelah semuanya tiba di tujuannya. Ini jauh lebih efisien, karena memungkinkan aliran data yang tak terhitung jumlahnya dari jutaan pengguna yang berbeda untuk berbagi infrastruktur fisik yang sama secara bersamaan, daripada setiap percakapan membutuhkan jalur khusus sendiri.

Alamat IP: Identitas Setiap Perangkat

Agar paket dapat sampai ke tujuan yang benar, setiap perangkat yang terhubung ke internet membutuhkan pengenal unik, yaitu alamat IP, singkatan dari alamat Internet Protocol. Ini adalah label numerik yang memungkinkan infrastruktur perutean internet mengetahui dengan tepat ke mana paket tertentu harus sampai, berfungsi secara konseptual mirip dengan alamat pos, kecuali ditugaskan ke perangkat dan bukan ke bangunan fisik.

Sistem pengalamatan yang lebih lama, IPv4, merepresentasikan alamat sebagai empat angka yang dipisahkan oleh titik, seperti 192.168.1.1, dan menyediakan sekitar 4,3 miliar kemungkinan alamat unik. Kedengarannya seperti angka yang sangat besar, tetapi ternyata itu jauh dari cukup setelah ponsel pintar, laptop, perangkat rumah pintar, dan banyak gadget lain yang terhubung ke internet melipatgandakan jumlah perangkat yang membutuhkan alamat jauh melampaui apa yang diantisipasi siapa pun ketika IPv4 dirancang. Kelangkaan ini mendorong pengembangan IPv6, yaitu sistem pengalamatan yang lebih baru yang menggunakan format yang jauh lebih panjang yang menyediakan sejumlah besar alamat yang hampir tak terbayangkan — cukup, dengan selisih yang nyaman, untuk menetapkan alamat unik ke setiap perangkat yang mungkin akan dibangun oleh umat manusia. Adopsi IPv6 telah tumbuh secara stabil selama bertahun-tahun, meskipun IPv4 tetap digunakan secara luas, tetap layak sebagian melalui solusi yang disebut Network Address Translation (NAT), yang memungkinkan banyak perangkat di satu jaringan rumah atau kantor untuk berbagi satu alamat IPv4 publik sambil mempertahankan alamat pribadi terpisah secara internal.

DNS: Buku Telepon Internet

Alamat IP adalah jenis hal yang ditangani komputer dengan mudah dan manusia menanganinya dengan buruk. Tidak ada yang ingin menghafal serangkaian angka untuk mengunjungi website favorit mereka. Inilah tepatnya masalah yang ingin dipecahkan oleh Domain Name System, atau DNS: ia menerjemahkan nama domain yang dapat dibaca manusia, seperti nama website yang sebenarnya kita ketik di browser kita, menjadi alamat IP numerik dari server yang sebenarnya menampung situs tersebut.

Proses penyelesaian nama domain menjadi alamat IP terjadi melalui hierarki terdistribusi dari server khusus, bukan satu database pusat yang akan mewakili jenis titik kegagalan tunggal yang dirancang oleh arsitektur internet sejak awal untuk dihindari. Ketika browser kita perlu menyelesaikan nama domain, biasanya pertama-tama ia memeriksa cache lokal untuk melihat apakah ia sudah mengetahui jawabannya dari pencarian terbaru. Jika tidak, ia meminta resolver rekursif, yang sering dioperasikan oleh penyedia layanan internet kita atau layanan DNS publik. Resolver tersebut bekerja melalui hierarki DNS atas nama kita: pertama-tama ia menanyakan salah satu server root internet, yang tidak mengetahui jawaban spesifiknya tetapi dapat mengarahkan ke server domain tingkat atas yang benar — server yang bertanggung jawab atas semua domain yang diakhiri dengan akhiran tertentu. Server tersebut, pada gilirannya, mengarahkan ke server otoritatif untuk domain spesifik yang diminta, yang menyimpan alamat IP yang sebenarnya dan pasti, lalu mengembalikannya. Seluruh pencarian multi-langkah ini biasanya selesai dalam waktu kurang dari sepersepuluh detik, dan hasilnya di-cache di beberapa titik sepanjang proses, itulah sebabnya kunjungan berulang ke situs yang baru saja kita jelajahi cenderung memuat jauh lebih cepat daripada kunjungan pertama.

Routing: Bagaimana Paket Sebenarnya Menemukan Jalannya

Setelah perangkat kita mengetahui alamat IP tujuan, paket-paket tersebut masih perlu sampai ke sana secara fisik, dan di sinilah router dan infrastruktur perutean internet mengambil alih. Router adalah perangkat keras jaringan khusus yang seluruh tugasnya adalah memeriksa setiap paket yang tiba, memeriksa alamat tujuannya, dan meneruskannya ke langkah selanjutnya dalam perjalanannya — bukan langsung ke tujuan akhir, dalam hampir setiap kasus, tetapi hanya ke router berikutnya di sepanjang jalur yang masuk akal.

Satu paket yang berjalan antara dua komputer di sisi berlawanan dunia biasanya melewati antara sepuluh hingga dua puluh router terpisah, masing-masing membuat keputusan independen tentang langkah selanjutnya yang terbaik berdasarkan kondisi jaringan saat ini, kemacetan, dan jalur yang tersedia. Pengambilan keputusan langkah demi langkah ini dikoordinasikan, pada skala terbesar, oleh protokol yang disebut BGP, Border Gateway Protocol, yang memungkinkan ribuan jaringan yang beroperasi secara independen yang membentuk internet — yang disebut sebagai sistem otonom — untuk berbagi informasi satu sama lain tentang jaringan mana yang dapat mereka jangkau dan seberapa efisien. Dalam arti sebenarnya, BGP adalah protokol yang membuat frasa "jaringan dari jaringan" benar-benar berfungsi: ini adalah sistem negosiasi bersama yang memungkinkan penyedia layanan internet di satu negara untuk menyetujui, secara dinamis dan otomatis, penerusan lalu lintas melalui jaringan yang dioperasikan oleh perusahaan yang sama sekali berbeda di negara lain, tanpa ada manusia yang secara manual menyetujui setiap keputusan perutean individual saat itu terjadi.

TCP: Membuat Sistem yang Tidak Andal Menjadi Andal

Infrastruktur pengalihan paket yang mendasari internet tidak memberikan jaminan inheren bahwa paket akan tiba secara berurutan, tiba tanpa kerusakan, atau tiba sama sekali — sebuah paket benar-benar dapat hilang atau tertunda di sepanjang perjalanannya tanpa mekanisme bawaan di tingkat IP untuk memperhatikan atau memperbaikinya. Untuk banyak lalu lintas internet, terutama yang melibatkan halaman web, unduhan file, atau email, ketidakandalan tersebut tidak dapat diterima, dan di sinilah TCP, Transmission Control Protocol, berperan.

TCP berada di atas IP dan menambahkan jaminan keandalan yang tidak diberikan oleh pengiriman paket mentah itu sendiri. Sebelum data aktual dipertukarkan, TCP membangun koneksi formal antara kedua perangkat melalui apa yang disebut jabat tangan tiga arah, yaitu pertukaran singkat yang mengkonfirmasi bahwa kedua belah pihak siap dan menyinkronkan bagaimana data yang akan datang akan dilacak. Dari sana, setiap bagian data yang dikirim mendapatkan nomor urutan, perangkat penerima mengakui apa yang telah berhasil diterima, dan apa pun yang tidak diakui dalam jangka waktu yang diharapkan akan dikirim ulang secara otomatis. Jika paket tiba tidak berurutan — yang sering terjadi, karena paket berbeda yang termasuk dalam percakapan yang sama dapat menempuh rute fisik yang benar-benar berbeda — TCP akan menyangga dan menyusunnya kembali ke dalam urutan yang benar sebelum browser, klien email, atau aplikasi lain melihat data tersebut. Semua kompleksitas ini ditangani secara tidak terlihat di balik aplikasi yang kita gunakan, itulah sebabnya halaman web dimuat sebagai konten lengkap dan berurutan, bukan sebagai kumpulan fragmen yang disusun secara acak.

Struktur Bertingkat di Balik Koneksi Internet Kita

Koneksi kita sendiri ke seluruh sistem ini berjalan melalui penyedia layanan internet, tetapi ISP itu sendiri tidak semuanya sama, dan memahami struktur bertingkat di baliknya memperjelas bagaimana lalu lintas sebenarnya bergerak dalam skala terbesar. Jaringan Tingkat 1 berada di puncak hierarki ini, yaitu sejumlah kecil operator jaringan global yang sangat besar yang terhubung langsung satu sama lain dan secara kolektif membentuk tulang punggung internet global, bertukar lalu lintas melalui pengaturan yang disebut peering, di mana dua jaringan setuju untuk membawa lalu lintas satu sama lain tanpa saling membebankan biaya, biasanya karena volume yang mengalir di setiap arah kurang lebih seimbang.

Jaringan Tingkat 2, yang mencakup sebagian besar penyedia layanan internet regional dan nasional, terhubung ke jaringan Tingkat 1 dan satu sama lain melalui campuran pengaturan peering dan transit berbayar, di mana jaringan yang lebih kecil membayar jaringan yang lebih besar untuk akses terjamin ke internet yang lebih luas. Jaringan Tingkat 3 adalah penyedia lokal yang sebagian besar rumah dan bisnis individu benar-benar terhubung melaluinya, membeli akses transit dari tingkat di atasnya. Saat paket data kita meninggalkan router rumah, paket tersebut memasuki struktur komersial dan teknis berlapis ini — bergerak dari ISP lokal kita, berpotensi melalui satu atau lebih jaringan regional, dan keluar ke tulang punggung Tier 1 jika tujuan kita jauh, sebelum kembali melalui rantai jaringan yang setara di ujung lain untuk benar-benar mencapai server yang ingin kita hubungi.

HTTP dan Lapisan yang Sebenarnya Kita Berinteraksi

Semua yang telah dijelaskan sejauh ini — paket, pengalamatan IP, DNS, perutean, TCP — beroperasi di bawah level yang secara sadar dipikirkan oleh kebanyakan orang. Lapisan yang sebenarnya kita interaksi saat menjelajahi web adalah HTTP, yaitu Hypertext Transfer Protocol, yang mendefinisikan format dan aturan spesifik tentang bagaimana browser web meminta halaman dan bagaimana server web merespons. Saat kita mengunjungi website, browser kita mengirimkan permintaan HTTP — menentukan apa yang diinginkannya (halaman web, gambar, file video) dan bagaimana ia ingin menerimanya — dan server web penerima memproses permintaan tersebut dan mengirimkan kembali respons HTTP yang berisi konten yang diminta, atau kesalahan jika terjadi kesalahan.

Lalu lintas web modern sebagian besar menggunakan HTTPS, versi terenkripsi dari HTTP, yang membungkus seluruh pertukaran dalam enkripsi TLS, sehingga memastikan bahwa siapa pun yang mencegat lalu lintas di sepanjang perjalanannya — di salah satu dari sepuluh hingga dua puluh router yang mungkin dilewati paket — hanya melihat data terenkripsi yang tidak dapat dibaca, bukan konten sebenarnya dari apa yang diminta atau dikembalikan. Hal ini sangat penting untuk segala hal yang melibatkan kata sandi, informasi pembayaran, atau data sensitif lainnya, dan ikon gembok di bilah alamat browser adalah konfirmasi visual bahwa enkripsi ini benar-benar diterapkan untuk situs yang sedang kita lihat.

CDN: Mengapa Internet Modern Terasa Instan

Satu lagi infrastruktur yang menjelaskan mengapa sebagian besar web modern memuat secepat itu, meskipun jarak fisik yang terlibat tampak sangat jauh, yaitu content delivery network, atau CDN. Alih-alih setiap permintaan untuk website populer melakukan perjalanan jauh ke server utama situs tersebut — yang mungkin terletak di benua yang sama sekali berbeda dari pengunjung tertentu — CDN menyimpan salinan konten website di server yang didistribusikan secara geografis di seluruh dunia, dan secara otomatis mengarahkan setiap permintaan pengunjung ke salinan mana pun yang kebetulan paling dekat secara fisik dengan mereka.

Hal ini secara dramatis mengurangi jarak fisik yang sebenarnya perlu ditempuh data untuk sebagian besar permintaan, yang secara langsung diterjemahkan menjadi waktu pemuatan yang lebih cepat, karena bahkan data yang bergerak mendekati kecepatan cahaya masih membutuhkan waktu yang terukur lebih lama untuk menyeberangi lautan daripada menempuh beberapa mil ke pusat data terdekat. CDN merupakan bagian utama mengapa sebuah website dapat terasa responsif secara instan bagi jutaan pengguna yang tersebar di setiap benua secara bersamaan, alih-alih semua orang mengantre untuk mengakses satu server yang jauh — dan CDN adalah bagian infrastruktur yang tenang namun penting di balik hampir setiap website dan layanan streaming utama yang beroperasi saat ini.

Menyatukan Semuanya: Apa yang Terjadi Saat Kita Memuat Halaman Web

Dengan semua bagian ini, ada baiknya menelusuri urutan lengkap, dari awal hingga akhir, tentang apa yang sebenarnya terjadi dalam waktu sekitar satu detik antara mengetik alamat web dan melihat halaman muncul. Browser kita pertama-tama memeriksa apakah ia sudah mengetahui alamat IP untuk domain tersebut dari pencarian terbaru; jika tidak, ia memicu resolusi DNS, bekerja melalui hierarki resolver yang dijelaskan sebelumnya hingga menerima alamat IP yang benar untuk server yang menampung situs tersebut, kemungkinan besar server CDN yang secara geografis dekat dengan kita daripada server asal situs yang jauh.

Dengan alamat IP tersebut, perangkat kita membuat koneksi TCP ke server tujuan melalui jabat tangan tiga arah, kemudian menambahkan jabat tangan enkripsi TLS di atasnya jika koneksinya HTTPS, seperti yang digunakan oleh sebagian besar web modern. Browser kita kemudian mengirimkan permintaan HTTP untuk halaman tersebut, yang dipecah menjadi paket-paket, masing-masing dirutekan secara individual langkah demi langkah melalui serangkaian router — berpotensi melintasi samudra melalui kabel serat optik bawah laut jika server berada jauh, atau hanya menuju ke node CDN terdekat jika tidak — mengikuti jalur spesifik apa pun yang saat ini paling efisien menurut keputusan perutean yang dibuat oleh BGP dan perangkat keras jaringan yang mendasarinya di sepanjang jalan. Server tujuan memproses permintaan dan mengirimkan kembali konten yang diminta, yang juga dipecah menjadi paket-paket dan dirutekan kembali melalui jalur balik yang mungkin atau mungkin tidak mencerminkan rute asli secara persis. TCP di sisi kita menyusun kembali paket-paket yang kembali tersebut menjadi urutan yang benar, lengkap, dan teratur, dan browser kita merender HTML, gambar, dan aset lainnya yang dihasilkan ke dalam halaman web yang terlihat yang sebenarnya kita lihat dan interaksikan.

Semua itu — resolusi DNS, jabat tangan TCP, jabat tangan TLS, transmisi paket melintasi infrastruktur fisik yang berpotensi mencapai ribuan mil, perutean hop-by-hop melalui beberapa jaringan yang beroperasi secara independen, dan perakitan kembali di kedua ujungnya — biasanya terjadi dalam waktu kurang dari satu detik, tanpa terlihat, setiap kali kita mengklik tautan.

Jadi, internet terasa instan dan mudah justru karena sejumlah besar infrastruktur dan desain protokol yang terkoordinasi bekerja terus-menerus dan tak terlihat untuk membuatnya terasa seperti itu. Kabel bawah laut membawa cahaya melintasi dasar laut. Alamat IP memberi setiap perangkat identitas unik. DNS menerjemahkan nama yang sebenarnya digunakan manusia menjadi angka yang dibutuhkan komputer. Router dan BGP mengoordinasikan bagaimana paket melompat melintasi ribuan jaringan yang dimiliki secara independen untuk menemukan tujuannya. TCP mengubah sistem pengiriman yang pada dasarnya tidak andal dan berbasis upaya terbaik menjadi sesuatu yang cukup dapat diandalkan untuk dipercaya dengan email, transfer bank, atau panggilan video. Dan CDN membawa konten secara fisik lebih dekat ke orang yang memintanya, sehingga jarak berhenti menjadi hambatan seperti yang seharusnya.