Інкапсуляція інформації в мережі виконує надзвичайно важливу роль у забезпеченні безперебійної взаємодії між пристроєм відправника та пристроєм отримувача.
Деінкапсуляція, зворотний процес, також є не менш критичним для досягнення тієї ж цілі. Ці два процеси функціонують одночасно, створюючи основу для коректного зв’язку та потоку даних в мережі.
Коли користувачі хочуть знайти певні дані на своїх пристроях, вони просто вводять пошукові запити, і результат відображається майже миттєво.
Проте за цим простим процесом стоїть ціла низка складних операцій, що виконуються з неймовірною швидкістю. Мережа та її компоненти невпинно працюють, щоб надати користувачам необхідну інформацію.
Більшість людей, як правило, не усвідомлюють механізми, що діють у фоновому режимі, забезпечуючи таку швидку та ефективну роботу. Насправді, мережі, їх компоненти та пов’язані з ними концепції відіграють фундаментальну роль у повсякденному житті сучасних користувачів.
У цій статті ми розглянемо поняття інкапсуляції та деінкапсуляції, щоб глибше зрозуміти принципи роботи мереж.
Розпочнімо!
Що таке інкапсуляція та деінкапсуляція даних?
Інкапсуляція даних: в мережах, інкапсуляція даних означає додавання додаткової інформації до блоку даних, коли він переміщується в межах моделі мережі OSI або TCP/IP від джерела до місця призначення. Це робиться для надання даним додаткових функцій.
Під час процесу інкапсуляції до заголовка або трейлера даних додається службова інформація про протокол, що забезпечує правильну передачу даних. Цей процес відбувається на стороні відправника, починаючи з прикладного рівня і закінчуючи фізичним. Кожен рівень отримує вже інкапсульовану інформацію від попереднього рівня, додає свої дані для подальшої інкапсуляції та передає її на наступний рівень.
Цей процес може включати такі функції, як виявлення помилок, встановлення послідовності даних, контроль перевантаження, керування потоком, маршрутизацію даних та багато іншого.
Деінкапсуляція даних: це процес, що є протилежним інкапсуляції. Інкапсульовані дані вилучаються з отриманих даних, коли вони переміщуються від фізичного рівня до прикладного рівня на стороні приймача, з метою отримання вихідної інформації.
Цей процес відбувається на тих самих рівнях, на яких відбувалася інкапсуляція на стороні відправника. Додана службова інформація (заголовок і трейлер) видаляється з даних.
Отже, на стороні відправника дані інкапсулюються на кожному рівні, а потім, на стороні одержувача, деінкапсулюються на відповідних рівнях моделі мережі TCP/IP або OSI.
Що таке блок протокольних даних (PDU)?
Блок протокольних даних (PDU) – це службова інформація, що додається до блоку даних на кожному рівні моделі OSI або TCP/IP під час передачі. Ця інформація розміщується в заголовку, а іноді і в кінці (трейлері) блоку даних.
Таким чином, кожен рівень мережевої моделі використовує PDU для взаємодії та обміну даними із сусіднім рівнем. PDU інкапсулюються шляхом додавання до даних на кожному рівні. Кожному PDU присвоюється назва відповідно до даних, що він містить. Сусідній рівень на стороні отримувача може лише прочитати інформацію, перш ніж вона буде видалена та передана наступному рівню.
PDU в моделі OSI
Як вже зазначалося, PDU на кожному рівні моделі OSI має свою назву. Для інкапсульованих даних на різних рівнях використовуються різні терміни, як показано в таблиці нижче.
На прикладному рівні мережі TCP/IP і прикладному, презентаційному та сеансовому рівнях моделі OSI PDU називається “даними”, а на інших рівнях цих двох моделей PDU має різні назви.
| Інкапсульований термін | Рівні OSI | Рівні TCP/IP |
| Дані | Прикладний | Прикладний |
| Дані | Презентаційний | – |
| Дані | Сеансовий | – |
| Сегмент | Транспортний | Транспортний |
| Пакет | Мережевий | Інтернет |
| Фрейм | Канальний | Канальний |
| Біти | Фізичний | Фізичний |
Давайте розглянемо ці PDU детальніше та обговоримо їх важливість в мережі.
PDU транспортного рівня
На транспортному рівні блок протокольних даних називається “сегментом”. Цей рівень створює заголовок, а потім приєднує його до фрагмента даних. Блок даних містить інформацію, необхідну віддаленому хосту для повторного збирання всіх частин даних.
Таким чином, заголовок із фрагментом даних на транспортному рівні, званий сегментом, передається на наступний рівень (мережевий) для подальшої обробки.
PDU мережевого рівня
PDU на мережевому рівні називається “пакетом”. Мережевий рівень також створює заголовок для кожного сегмента, отриманого від транспортного рівня. Заголовок містить інформацію про маршрутизацію та адресу призначення.
Після створення заголовка мережевий рівень приєднує його до сегмента. Таким чином, блок даних стає пакетом, який потім переміщується на наступний рівень.
PDU канального рівня
На цьому рівні PDU називається “фреймом”. Рівень каналу даних отримує пакет від попереднього рівня, а потім створює заголовок і трейлер для кожного отриманого пакета. Заголовок містить інформацію про комутацію, таку як адреса джерела, адреса призначення тощо. Трейлер, у свою чергу, містить дані про пошкоджені пакети.
Рівень зв’язку даних додає заголовок і трейлер до пакета. Таким чином, блок даних стає фреймом, який передається на наступний рівень (фізичний рівень).
PDU фізичного рівня
PDU на фізичному рівні – це “біти”. Фізичний рівень отримує фрейм від попереднього рівня і перетворює його у формат, який можна передати за допомогою фізичного середовища передачі. Біти – це і є цей формат.
Як працює інкапсуляція
Процес інкапсуляції передбачає додавання заголовка на початку блоку даних або пакета і трейлера в кінці. Дані між заголовком і трейлером називаються корисним навантаженням.
Заголовок пакета містить дані у своїх початкових байтах, що визначають початок пакета та ідентифікують інформацію, що передається. Пакет переміщується від комп’ютера відправника до комп’ютера одержувача. Крім того, заголовок містить інформацію про протокол, що використовується, оскільки кожен протокол має свій формат.
Трейлер пакета повідомляє комп’ютеру одержувача про досягнення кінця пакета. Він може містити значення перевірки помилок, за допомогою якого пристрій перевіряє, чи отримав він повний пакет.
Покроковий процес інкапсуляції:
Крок 1: Прикладний, презентаційний і сеансовий рівні моделі OSI або прикладний рівень моделі TCP/IP приймають дані користувача у вигляді потоків даних. Далі вони інкапсулюють дані та передають їх на наступний рівень, тобто транспортний. Важливо відзначити, що на цьому етапі не завжди додається заголовок або трейлер. Це залежить від конкретного застосунку, і додається лише необхідна службова інформація.
Крок 2: Коли дані передаються на транспортний рівень як в моделі TCP/IP, так і в OSI, рівень бере потік даних, що надходить з верхніх рівнів, і розбиває його на багато частин. Цей рівень виконує інкапсуляцію даних, додаючи відповідний заголовок до кожної частини даних, які називаються сегментами. Доданий заголовок містить інформацію про послідовність, щоб сегменти могли бути знову зібрані на стороні одержувача.
Крок 3: Тепер, дані з доданим заголовком передаються на наступний рівень, мережевий (модель OSI) або Інтернет (модель TCP/IP). Рівень приймає сегменти з попереднього рівня і виконує інкапсуляцію, додаючи необхідну інформацію про маршрутизацію, щоб забезпечити правильну доставку даних. Після інкапсуляції дані стають дейтаграмою або пакетом.
Крок 4: Пакет даних тепер переміщується на канальний рівень. Рівень приймає пакет та інкапсулює його, додаючи заголовок і трейлер. На цьому етапі заголовок містить інформацію про комутацію для забезпечення правильної доставки даних до апаратного компонента приймача. Трейлер містить інформацію для виявлення та виправлення помилок. На цьому етапі дані стають фреймом, який передається на останній рівень.
Крок 5: Фрейм даних, що надходить з канального рівня, переходить на фізичний рівень. Рівень інкапсулює його, перетворюючи дані на біти або сигнали.
Як працює деінкапсуляція
Деінкапсуляція відбувається у зворотному порядку до інкапсуляції, тобто від фізичного рівня до прикладного рівня в моделі OSI або TCP/IP. Уся додаткова інформація, додана до блоку даних під час інкапсуляції на стороні відправника, видаляється на стороні одержувача.
Покроковий процес деінкапсуляції:
Крок 1: Інкапсульовані дані на фізичному рівні, звані бітами або сигналами даних, використовуються рівнем для їх деінкапсуляції. Дані перетворюються на фрейм і передаються на вищий рівень, тобто на рівень каналу даних.
Крок 2: Рівень каналу даних приймає фрейми даних і виконує їх деінкапсуляцію. Рівень також перевіряє, чи заголовок фрейма містить правильну інформацію для комутації на потрібне обладнання. Якщо фрейм адресований неправильному пристрою, він відкидається. Якщо фрейм дійсно призначений для цього пристрою, рівень перевіряє інформацію в трейлері.
При виявленні будь-якої помилки в трейлері або даних, він запитує повторну передачу даних. Якщо трейлер не містить помилок, рівень деінкапсулює його, формуючи дейтаграму або пакет даних, і передає його на вищий рівень.
Крок 3: Пакет даних, отриманий з канального рівня, передається на рівень Інтернет (модель TCP/IP) або мережевий рівень (модель OSI). Рівень приймає пакет для деінкапсуляції та формування сегмента даних.
Рівень перевіряє заголовок пакета на наявність інформації про маршрутизацію, щоб переконатися, що він прямує у правильне місце. Якщо пакет неправильно направлений, він відкидається. Якщо інформація про маршрутизацію правильна, рівень деінкапсулює його та передає на верхній рівень, тобто на транспортний рівень.
Крок 4: Сегменти даних, отримані з Інтернет-рівня або мережевого рівня, передаються на транспортний рівень як в моделі TCP/IP, так і в OSI. Транспортний рівень приймає сегменти та перевіряє інформацію в їхніх заголовках. Потім він починає повторно збирати сегменти та формувати потоки даних, які передаються на вищі рівні.
Крок 5: Потоки даних з транспортного рівня досягають прикладного рівня в моделі TCP/IP. В моделі OSI вони досягають рівня сеансу, презентаційного рівня, а потім прикладного рівня. Рівні приймають потоки даних та виконують їх деінкапсуляцію, передаючи комп’ютеру або застосунку одержувача лише ті дані, що стосуються застосунку.
Переваги інкапсуляції
Переваги інкапсуляції в мережі включають:
#1. Безпека даних
Інкапсуляція сприяє підвищенню безпеки та конфіденційності даних, захищаючи їх від несанкціонованого доступу. Захист даних є надзвичайно важливим у сучасному світі. Таким чином, можна уникнути онлайн-загроз, таких як крадіжка даних, атаки та інше. Крім того, можна надати доступ до даних будь-якому визначеному колу користувачів без зайвих складнощів.
#2. Надійність даних
Інкапсуляція гарантує цілісність основних даних, запобігаючи їх підробці будь-яким клієнтським кодом. Вона також визначає, чи видима основна інформація для зовнішніх об’єктів. Відсутність інкапсуляції даних може призвести до пошкодження мережі навіть при незначних змінах даних.
#3. Додаткові можливості та функції
При інкапсуляції дані збагачуються на різних рівнях. Це додає можливості для ефективнішої передачі даних між відправником та одержувачем. Ці функції можуть включати керування потоком даних, маршрутизацію, виявлення помилок, встановлення послідовності даних та інше. Це також допомагає забезпечити коректну та ефективну передачу даних.
#4. Ефективна взаємодія
Інкапсуляція та деінкапсуляція виконуються одночасно. Інкапсуляція відбувається на стороні відправника, а деінкапсуляція на стороні одержувача. Це робить взаємодію більш ефективною, що є важливим як для одержувача, так і для відправника.
#5. Легке обслуговування
Помилки можуть виникати в будь-який час, що призводить до переривання передачі даних між двома кінцевими точками. Проте інкапсуляція даних допомагає захистити з’єднання та запобігає підробці даних. Основна інформація залишається захищеною, що знижує ймовірність помилок, сприяючи легкому обслуговуванню.
Висновок
Інкапсуляція та деінкапсуляція даних є важливими аспектами функціонування мереж. Ці процеси забезпечують безперебійний потік даних в мережі, а також надають кращий захист, конфіденційність, надійність та ефективну взаємодію.