Jak enkapsulacja opakowuje dane

Gdy dane przemieszczają się w dół stosu protokołów, aby zostać wysłane, każda warstwa dodaje własne informacje sterujące. Proces ten nazywa się enkapsulacją. Podobnie jak list zamknięty najpierw w jednej kopercie, potem w większej, a następnie w worku pocztowym, każda warstwa opakowuje dane nagłówkiem przeznaczonym dla odpowiadającej jej warstwy po drugiej stronie. Enkapsulacja to sposób, w jaki model warstwowy faktycznie przygotowuje dane do przesłania przez sieć.

Informacje dodawane przez każdą warstwę to przede wszystkim nagłówek — niewielki blok danych sterujących umieszczany przed danymi użytkowymi. Nagłówek informuje odpowiadającą mu warstwę po stronie odbiorcy, jak obsłużyć dane: dokąd są kierowane, jakiego protokołu używają i nie tylko. Niektóre warstwy dodają również końcówkę za danymi. Nagłówki zawierają instrukcje, dzięki którym dostarczanie danych jest możliwe.

Enkapsulacja rozpoczyna się w warstwie aplikacji, w której powstają właściwe dane, na przykład żądanie internetowe. Następnie dane są przekazywane do warstwy transportowej, aby rozpocząć swoją podróż. Na początku są tylko samą wiadomością, bez nagłówków sieciowych. Każda niższa warstwa doda to, czego potrzebuje, gdy dane będą schodzić w dół stosu w kierunku medium transmisyjnego.

W warstwie transportowej dodawany jest nagłówek zawierający numery portów, a w przypadku TCP także informacje o numerach sekwencyjnych i potwierdzeniach. Dane wraz z tym nagłówkiem nazywają się teraz segmentem (TCP) lub datagramem (UDP). Nagłówek ten gwarantuje, że dane dotrą do właściwej aplikacji, a w przypadku TCP — że po drugiej stronie dotrą niezawodnie i we właściwej kolejności.

Następnie warstwa internetowa dodaje nagłówek IP zawierający źródłowe i docelowe adresy IP. Powstała jednostka nazywa się pakietem. Nagłówek ten umożliwia routerom przenoszenie danych między sieciami do właściwego urządzenia. Segment warstwy transportowej jest teraz opakowany w pakiet i ukryty jako dane użytkowe warstwy IP, która odczytuje wyłącznie własny nagłówek.

Na końcu warstwa łącza dodaje nagłówek z adresami MAC oraz końcówkę ze sprawdzaniem błędów, tworząc ramkę. Ramka jest tym, co faktycznie trafia do kabla lub powietrza w postaci bitów. Ponieważ każda warstwa dodała własne opakowanie, pierwotne dane są teraz w pełni enkapsulowane i gotowe do przesłania przez lokalne medium.

Każdy etap ma własną nazwę dla opakowanych danych; całość określa się jako jednostki danych protokołu. Kolejność wygląda następująco: dane (aplikacja), segment (transport), pakiet (internet) i ramka (łącze). Znajomość tych nazw pozwala natychmiast określić, o której warstwie jest mowa. Gdy ktoś mówi „pakiet”, ma na myśli warstwę internetową, a „ramka” oznacza warstwę łącza.

W każdej warstwie dane przekazane z góry stają się danymi użytkowymi, a nowy nagłówek jest dodawany przed nimi. Warstwa traktuje wszystko, co pochodzi z góry, jako nieprzejrzyste dane użytkowe i zajmuje się wyłącznie własnym nagłówkiem. To zagnieżdżenie, w którym każda warstwa pomija szczegóły warstw wewnętrznych, zapewnia niezależność warstw i przejrzystość projektu.

Na urządzeniu odbiorczym proces przebiega odwrotnie i nazywa się dekapsulacją. Gdy dane przemieszczają się w górę stosu, każda warstwa odczytuje i usuwa własny nagłówek, a następnie przekazuje dane użytkowe warstwie wyższej. Warstwa łącza usuwa ramkę, warstwa internetowa — nagłówek IP i tak dalej, aż pierwotne dane dotrą do aplikacji. W dół — opakowywanie, w górę — rozpakowywanie.

Enkapsulacja sprawia, że warstwowe sieci działają w praktyce. Każda warstwa może wykonywać swoje zadanie, korzystając wyłącznie z własnego nagłówka, a jednocześnie przenosić nienaruszone warstwy znajdujące się wyżej. Dlatego można zmienić jedną warstwę bez zakłócania działania pozostałych, a nagłówki są miejscem, w którym często kryją się problemy sieciowe. Odczytywanie nagłówków na właściwej warstwie to podstawowa umiejętność rozwiązywania problemów.

Enkapsulacja dodaje w każdej warstwie nagłówek (a czasem także końcówkę), gdy dane przemieszczają się w dół: dane stają się segmentem, następnie pakietem, a potem ramką gotową do wysłania przez medium transmisyjne. Po dotarciu danych dekapsulacja usuwa każdy nagłówek w odwrotnej kolejności podczas przemieszczania się w górę. Każda warstwa odczytuje wyłącznie własny nagłówek, a resztę traktuje jako dane użytkowe — właśnie to sprawia, że sieci warstwowe są praktyczne.

Jaka jest prawidłowa kolejność jednostek danych podczas enkapsulacji danych od góry do dołu?

Enkapsulacja opakowuje dane w nagłówek (a czasem także w końcówkę) w każdej warstwie podczas przemieszczania się w dół stosu. Jednostki zmieniają się kolejno z danych (aplikacja) w segment (transport, dodaje porty), następnie w pakiet (internet, dodaje adresy IP), a na końcu w ramkę (łącze, dodaje adresy MAC i informacje do sprawdzania błędów). Po dotarciu danych dekapsulacja usuwa każdy nagłówek podczas przemieszczania się w górę. Każda warstwa odczytuje wyłącznie własny nagłówek.