Paketin seuraaminen pinon läpi

Jotta kerrokset muuttuisivat konkreettisiksi, seurataan yhtä viestiä tietokoneelta toiselle. Tarkastelemme, kuinka data kulkee lähettäjän pinossa alaspäin, verkon halki ja vastaanottajan pinossa ylöspäin. Koko matkan näkeminen yhdistää enkapsulaation, osoitteistuksen ja reitityksen yhdeksi selkeäksi kokonaisuudeksi ja osoittaa, miten jokainen kerros osallistuu toimintaan.

Kaikki alkaa lähettävässä tietokoneessa sovelluskerroksesta. Oletetaan, että selain muodostaa pyynnön verkkosivua varten. Tämä käsittelemätön pyyntö on alkuperäinen data, jossa ei vielä ole verkkokerrosten otsakkeita. Sovellus välittää sen kuljetuskerrokselle matkan aloittamista varten. Tästä eteenpäin jokainen kerros käärii dataa, kun se laskeutuu kohti verkkoa.

Kuljetuskerros lisää otsakkeen, jossa on porttinumerot, jotta data saapuu oikealle palvelulle. TCP lisää myös järjestysnumerot luotettavuuden varmistamiseksi. Data on nyt segmentti. Kuljetuskerros jakaa suuren datamäärän tarvittaessa useiksi segmenteiksi. Sen jälkeen jokainen segmentti välitetään internet-kerrokselle osoitteistusta varten.

Internet-kerros käärii segmentin IP-otsakkeella, joka sisältää lähteen ja kohteen IP-osoitteet, ja muodostaa näin paketin. Nämä IP-osoitteet säilyvät samoina päästä päähän, ja ne yksilöivät alkuperäisen lähettäjän ja lopullisen vastaanottajan. Paketti tietää nyt, minkä laitteen on lopulta saavutettava, riippumatta siitä, kuinka monta verkkoa niiden välissä on.

Linkkikerros käärii paketin kehykseen, jossa on paikallisverkon seuraavan laitteen MAC-osoite sekä virheentarkistuksen sisältävä loppuosa. Kehys muunnetaan signaaleiksi ja lähetetään siirtotien kautta. Huomaa, että kohteen MAC-osoite kuuluu vain seuraavalle hypylle, ei lopulliselle laitteelle. Tämä on matkan kannalta keskeinen yksityiskohta.

Jos kohde on toisessa verkossa, kehys kulkee ensin reitittimelle (oletusyhdyskäytävälle). Reititin vastaanottaa kehyksen, poistaa sen, lukee paketissa olevan IP-osoitteen ja päättää, minne se välitetään seuraavaksi. Reititin muodostaa sitten uuden kehyksen, jossa on seuraavan hypyn uusi kohteen MAC-osoite. Paketti säilyy, mutta kehys rakennetaan uudelleen.

Sama toimintamalli toistuu jokaisella reitin varrella olevalla reitittimellä. Jokaisella hypyllä kehys rakennetaan uudelleen kyseisen paikallisen linkin uusilla MAC-osoitteilla, kun taas paketti ja sen IP-osoitteet pysyvät muuttumattomina. Linkkikerroksen kääre siis vaihtuu jatkuvasti, mutta verkkokerroksen osoitteistus ulottuu päästä päähän. Paketti kulkee reitittimeltä toiselle, kunnes se saavuttaa kohdeverkon.

Kun paketti saavuttaa lopullisen verkon, viimeinen laite toimittaa kehyksen kohdetietokoneelle. Nyt dekapsulaatio alkaa. Vastaanottaja siirtää dataa pinossaan ylöspäin, ja jokainen kerros lukee ja poistaa oman otsakkeensa. Lähettäjän matka alaspäin peilautuu vastaanottajan matkana ylöspäin.

Linkkikerros tarkistaa kehyksen virheiden varalta ja poistaa sen, jolloin paketti tulee näkyviin. Internet-kerros varmistaa kohteen IP-osoitteen ja poistaa IP-otsakkeen. Kuljetuskerros lukee portin, järjestää segmentit uudelleen ja kokoaa ne tarvittaessa yhteen sekä välittää puhtaan datan ylemmälle kerrokselle. Jokainen kerros purkaa täsmälleen sen, minkä lähettäjän vastaava kerros teki.

Lopuksi vastaanottajan sovelluskerros saa alkuperäisen datan eli verkkopyynnön täsmälleen sellaisena kuin lähettäjä sen loi. Vastaanottava palvelu käsittelee sen ja lähettää vastauksen, joka kulkee saman matkan käänteiseen suuntaan. Viesti on kulkenut verkon halki, mutta sovelluksille näyttää siltä kuin ne olisivat viestineet suoraan keskenään.

Viesti kulkee lähettäjän pinossa alaspäin ja saa kuljetusotsakkeen (segmentti), IP-otsakkeen (paketti) sekä linkkikerroksen otsakkeen (kehys). Se kulkee reitittimien kautta, joissa kehys rakennetaan uudelleen jokaisella hypyllä, mutta paketti pysyy samana. Sen jälkeen viesti kulkee vastaanottajan pinossa ylöspäin, kun kukin otsake poistetaan. Tämä alas–verkon halki–ylös-reitti on jokaisen verkkoviestinnän todellinen toimintatapa.

Paketin kulku: lähettäjällä data laskeutuu ja muuttuu segmentiksi (portit), paketiksi (päästä päähän samat IP-osoitteet) ja kehykseksi (seuraavan hypyn MAC). Jokaisella reitittimellä kehys rakennetaan uudelleen uusilla MAC-osoitteilla, kun taas paketti ja IP-osoitteet säilyvät samoina. Kohteessa data kulkee ylöspäin, kun jokainen kerros poistaa oman otsakkeensa ja toimittaa alkuperäisen viestin sovellukselle. Alas, verkon halki, ylös.