Wie die Kapselung Ihre Daten verpackt

Wenn Daten zum Senden einen Protokollstapel nach unten durchlaufen, fügt jede Schicht ihre eigenen Steuerinformationen hinzu. Dieser Vorgang wird als Verkapselung bezeichnet. Stellen Sie sich vor, Sie verschließen einen Brief erst in einem Umschlag, dann in einem größeren Umschlag und schließlich in einem Postsack: Jede Schicht verpackt die Daten mit einem Header, der für die entsprechende Schicht auf der anderen Seite bestimmt ist. Durch die Verkapselung werden Daten im Schichtenmodell tatsächlich für die Übertragung im Netzwerk vorbereitet.

Bei den Informationen, die jede Schicht hinzufügt, handelt es sich meist um einen Header, einen kleinen Block mit Steuerdaten vor den Nutzdaten. Der Header teilt der entsprechenden Schicht auf der Empfängerseite mit, wie sie die Daten verarbeiten soll: wohin sie gehen, welches Protokoll sie verwenden und mehr. Manche Schichten fügen hinter den Daten außerdem einen Trailer hinzu. Header enthalten die Anweisungen, die eine Zustellung ermöglichen.

Die Verkapselung beginnt in der Anwendungsschicht, in der Ihre eigentlichen Daten, etwa eine Webanfrage, erstellt werden. Diese Daten werden an die Transportschicht übergeben, um ihre Reise zu beginnen. Zu diesem Zeitpunkt bestehen die Daten nur aus der Nachricht selbst und enthalten noch keine Netzwerk-Header. Jede darunterliegende Schicht fügt beim Abstieg durch den Stapel in Richtung Übertragungsmedium die benötigten Informationen hinzu.

In der Transportschicht wird ein Header hinzugefügt, der Portnummern sowie bei TCP Sequenz- und Bestätigungsinformationen enthält. Die Daten zusammen mit diesem Header werden nun als Segment (TCP) oder Datagramm (UDP) bezeichnet. Dieser Header sorgt dafür, dass die Daten die richtige Anwendung erreichen und bei TCP auf der anderen Seite zuverlässig und in der richtigen Reihenfolge ankommen.

Als Nächstes fügt die Internetschicht einen IP-Header mit den Quell- und Ziel-IP-Adressen hinzu. Das Ergebnis wird als Paket bezeichnet. Dieser Header ermöglicht es Routern, die Daten über mehrere Netzwerke zum richtigen Gerät weiterzuleiten. Das Transportsegment ist nun in ein Paket eingebettet und für die IP-Schicht als Nutzdaten verborgen; sie liest nur ihren eigenen Header.

Zum Schluss fügt die Link-Schicht einen Header mit MAC-Adressen sowie einen Trailer mit einer Fehlerprüfung hinzu. So entsteht ein Frame. Der Frame wird tatsächlich als Bits über Kabel oder Funk übertragen. Nachdem jede Schicht ihre Verpackung hinzugefügt hat, sind die ursprünglichen Daten vollständig verkapselt und bereit für die Übertragung über das lokale Medium.

Jede Stufe hat ihre eigene Bezeichnung für die verpackten Daten; zusammen werden sie als Protocol Data Units bezeichnet. Die Abfolge lautet: Daten (Anwendung), Segment (Transport), Paket (Internet) und Frame (Link). Wenn Sie diese Bezeichnungen kennen, wissen Sie sofort, über welche Schicht gesprochen wird. Wenn jemand Paket sagt, ist die Internetschicht gemeint; mit Frame ist die Link-Schicht gemeint.

Auf jeder Schicht werden die von der darüberliegenden Schicht übergebenen Daten zu den Nutzdaten, und davor wird der neue Header hinzugefügt. Eine Schicht behandelt alles von oben als undurchsichtige Nutzdaten und kümmert sich nur um ihren eigenen Header. Diese Verschachtelung, bei der jede Schicht die inneren Details ignoriert, hält die Schichten unabhängig und sorgt für ein übersichtliches Design.

Auf dem empfangenden Gerät läuft der Vorgang umgekehrt ab; dies wird als Entkapselung bezeichnet. Wenn die Daten den Stapel nach oben durchlaufen, liest und entfernt jede Schicht ihren eigenen Header und übergibt anschließend die Nutzdaten an die darüberliegende Schicht. Die Link-Schicht entfernt den Frame, die Internetschicht den IP-Header und so weiter, bis die ursprünglichen Daten die Anwendung erreichen. Nach unten verpacken, nach oben auspacken.

Die Verkapselung sorgt dafür, dass Netzwerke mit Schichten in der Praxis funktionieren. Jede Schicht kann ihre Aufgabe ausschließlich mithilfe ihres eigenen Headers erledigen und dabei die darüberliegenden Schichten unverändert transportieren. Deshalb können Sie eine Schicht ändern, ohne die anderen zu beeinträchtigen, und deshalb verbergen sich Netzwerkprobleme häufig in Headern. Header auf der richtigen Schicht zu lesen, ist eine zentrale Fähigkeit bei der Fehlerbehebung.

Bei der Verkapselung fügt jede Schicht einen Header (und manchmal einen Trailer) hinzu, während die Daten nach unten wandern: Aus Daten wird ein Segment, daraus ein Paket und schließlich ein für die Übertragung geeignetes Frame. Beim Empfang entfernt die Entkapselung auf dem Weg nach oben jeden Header in umgekehrter Reihenfolge. Jede Schicht liest nur ihren eigenen Header und behandelt den Rest als Nutzdaten. Genau das macht Netzwerke mit Schichten praxistauglich.

Wie lautet die richtige Reihenfolge der Dateneinheiten, wenn Daten von oben nach unten verkapselt werden?

Bei der Verkapselung werden Daten auf jeder Schicht beim Abstieg durch den Stapel mit einem Header (und manchmal einem Trailer) verpackt. Die Einheiten entwickeln sich von Daten (Anwendung) über Segment (Transport, fügt Ports hinzu) und Paket (Internet, fügt IP-Adressen hinzu) zu Frame (Link, fügt MAC-Adressen und eine Fehlerprüfung hinzu). Beim Empfang entfernt die Entkapselung auf dem Weg nach oben jeden Header. Jede Schicht liest nur ihren eigenen Header.