Śledzenie pakietu w stosie

Aby lepiej zobrazować działanie warstw, prześledźmy pojedynczą wiadomość od jednego komputera do drugiego. Zobaczymy, jak dane przemieszczają się w dół stosu nadawcy, przechodzą przez sieć, a następnie przemieszczają się w górę stosu odbiorcy. Prześledzenie całej drogi łączy enkapsulację, adresowanie i routing w jedną spójną historię oraz pokazuje, jaką rolę odgrywa każda warstwa.

Wszystko zaczyna się w warstwie aplikacji komputera wysyłającego. Załóżmy, że przeglądarka tworzy żądanie strony internetowej. To surowe żądanie jest pierwotnymi danymi, bez żadnych nagłówków sieciowych. Aplikacja przekazuje je do warstwy transportowej, aby rozpoczęło swoją podróż. Od tego momentu każda warstwa będzie opakowywać dane, gdy będą schodzić w dół w kierunku sieci.

Warstwa transportowa dodaje nagłówek z numerami portów, aby dane dotarły do właściwej usługi, a w przypadku TCP także numery sekwencyjne zapewniające niezawodność. Dane są teraz segmentem. Warstwa transportowa dzieli również duże porcje danych na wiele segmentów, jeśli jest to konieczne. Każdy segment jest następnie przekazywany do warstwy internetowej w celu dodania adresowania.

Warstwa internetowa opakowuje segment w nagłówek IP zawierający źródłowe i docelowe adresy IP, tworząc pakiet. Adresy IP pozostają takie same od początku do końca trasy, identyfikując pierwotnego nadawcę i ostatecznego odbiorcę. Pakiet wie teraz, do którego urządzenia musi ostatecznie dotrzeć, niezależnie od liczby sieci znajdujących się pomiędzy nimi.

Warstwa łącza opakowuje pakiet w ramkę zawierającą adres MAC następnego urządzenia w sieci lokalnej oraz końcówkę do sprawdzania błędów. Ramka jest zamieniana na sygnały i wysyłana przez medium transmisyjne. Należy zauważyć, że docelowy adres MAC wskazuje wyłącznie następny przeskok, a nie urządzenie końcowe — to kluczowy szczegół tej podróży.

Jeśli miejsce docelowe znajduje się w innej sieci, ramka najpierw trafia do routera (bramy domyślnej). Router odbiera ramkę, usuwa ją, odczytuje adres IP z pakietu i decyduje, dokąd przekazać go dalej. Następnie router tworzy nową ramkę z nowym docelowym adresem MAC dla kolejnego przeskoku. Pakiet pozostaje nienaruszony, a ramka jest tworzona ponownie.

Ten schemat powtarza się przy każdym routerze na trasie. Na każdym przeskoku ramka jest tworzona ponownie z nowymi adresami MAC właściwymi dla danego łącza, podczas gdy pakiet i jego adresy IP pozostają niezmienione. Opakowanie warstwy łącza zmienia się więc nieustannie, ale adresowanie warstwy sieciowej obowiązuje od końca do końca. Pakiet przemieszcza się od routera do routera, aż dotrze do sieci docelowej.

Gdy pakiet dotrze do ostatniej sieci, ostatnie urządzenie dostarcza ramkę do komputera docelowego. W tym momencie rozpoczyna się dekapsulacja. Odbiorca przesuwa dane w górę stosu, a każda warstwa odczytuje i usuwa własny nagłówek. Droga w dół po stronie nadawcy znajduje swoje odzwierciedlenie w drodze w górę po stronie odbiorcy.

Warstwa łącza sprawdza ramkę pod kątem błędów i usuwa jej opakowanie, odsłaniając pakiet. Warstwa internetowa potwierdza docelowy adres IP i usuwa nagłówek IP. Warstwa transportowa odczytuje port, w razie potrzeby porządkuje segmenty i składa je ponownie, a następnie przekazuje czyste dane wyżej. Każda warstwa cofa dokładnie te działania, które wykonała odpowiadająca jej warstwa u nadawcy.

Na końcu warstwa aplikacji odbiorcy otrzymuje pierwotne dane — żądanie strony internetowej — dokładnie w takiej postaci, w jakiej utworzył je nadawca. Usługa odbiorcza przetwarza je i wyśle odpowiedź, która pokona tę samą trasę w odwrotnym kierunku. Wiadomość przeszła przez sieć, a dla aplikacji wygląda to tak, jakby komunikowały się bezpośrednio.

Wiadomość przemieszcza się w dół stosu nadawcy, zyskując nagłówek transportowy (segment), nagłówek IP (pakiet) i nagłówek łącza (ramka). Przechodzi przez routery, gdzie ramka jest tworzona ponownie na każdym przeskoku, ale pakiet pozostaje taki sam, a następnie przemieszcza się w górę stosu odbiorcy, gdy każdy nagłówek jest usuwany. Ta droga w dół, przez sieć i w górę jest sposobem, w jaki faktycznie przebiega każda komunikacja sieciowa.

Co pozostaje niezmienione, a co zmienia się na każdym przeskoku, gdy pakiet przechodzi przez routery?

Śledzenie pakietu: po stronie nadawcy dane przemieszczają się w dół, stając się segmentem (porty), pakietem (obowiązujące od końca do końca adresy IP) i ramką (MAC następnego przeskoku). Przy każdym routerze ramka jest tworzona ponownie z nowymi adresami MAC, podczas gdy pakiet i adresy IP pozostają niezmienione. W miejscu docelowym dane przemieszczają się w górę, gdy każda warstwa usuwa swój nagłówek, dostarczając pierwotną wiadomość do aplikacji. W dół, przez sieć, w górę.