Как инкапсуляция оборачивает данные

Когда данные движутся вниз по стеку протоколов для отправки, каждый уровень добавляет собственную управляющую информацию. Этот процесс называется инкапсуляцией. Подобно тому как письмо сначала запечатывают в один конверт, затем в конверт большего размера, а потом помещают в почтовый мешок, каждый уровень оборачивает данные заголовком, предназначенным для соответствующего уровня на другой стороне. Инкапсуляция — это способ, которым многоуровневая модель подготавливает данные к передаче по сети.

Информация, которую добавляет каждый уровень, в основном представляет собой заголовок — небольшой блок управляющих данных, размещаемый перед полезной нагрузкой. Заголовок сообщает соответствующему уровню на стороне получателя, как обработать данные: куда их направить, какой протокол используется и многое другое. Некоторые уровни также добавляют концевой блок после данных. Заголовки содержат инструкции, благодаря которым доставка становится возможной.

Инкапсуляция начинается на прикладном уровне, где создаются сами данные, например запрос к веб-сайту. Затем эти данные передаются на транспортный уровень, чтобы начать свой путь. Вначале данные представляют собой лишь само сообщение, без сетевых заголовков. Каждый нижележащий уровень добавит всё необходимое по мере того, как данные будут спускаться по стеку к линии связи.

На транспортном уровне добавляется заголовок, содержащий номера портов, а для TCP — сведения о последовательности и подтверждении. Данные вместе с этим заголовком теперь называются сегментом (TCP) или дейтаграммой (UDP). Этот заголовок обеспечивает доставку данных нужному приложению, а в случае TCP — их надёжное получение в правильном порядке на другой стороне.

Затем интернет-уровень добавляет заголовок IP, содержащий исходный и целевой IP-адреса. Получившийся объект называется пакетом. Этот заголовок позволяет маршрутизаторам передавать данные через сети к нужному устройству. Транспортный сегмент теперь находится внутри пакета и скрыт как полезная нагрузка для уровня IP, который читает только собственный заголовок.

Наконец, канальный уровень добавляет заголовок с MAC-адресами и концевой блок с проверкой ошибок, формируя кадр. Именно кадр в виде битов фактически передаётся по кабелю или по воздуху. После того как каждый уровень добавил свою оболочку, исходные данные полностью инкапсулированы и готовы к передаче по локальной среде.

На каждом этапе обёрнутые данные имеют собственное название; вместе они называются единицами данных протокола. Последовательность такова: данные (прикладной уровень), сегмент (транспортный уровень), пакет (интернет-уровень) и кадр (канальный уровень). Зная эти названия, Вы сразу понимаете, о каком уровне идёт речь. Когда кто-то говорит «пакет», он имеет в виду интернет-уровень; «кадр» означает канальный уровень.

На каждом уровне данные, переданные сверху, становятся полезной нагрузкой, а новый заголовок добавляется перед ними. Уровень воспринимает всё, что пришло сверху, как непрозрачную полезную нагрузку и работает только со своим заголовком. Такая вложенность, при которой каждый уровень не обращает внимания на внутренние детали, сохраняет независимость уровней и делает устройство системы понятным.

На принимающем устройстве процесс выполняется в обратном порядке и называется декапсуляцией. По мере движения данных вверх по стеку каждый уровень читает и удаляет собственный заголовок, а затем передаёт полезную нагрузку уровню выше. Канальный уровень снимает кадр, интернет-уровень — заголовок IP и так далее, пока исходные данные не достигнут прикладного уровня. Вниз — оборачивание, вверх — распаковка.

Именно инкапсуляция позволяет многоуровневым сетям работать на практике. Каждый уровень может выполнять свою задачу, используя только собственный заголовок и передавая уровни выше без изменений. Поэтому можно изменить один уровень, не нарушив работу остальных, а сетевые проблемы часто скрываются именно в заголовках. Умение читать заголовки на нужном уровне — важнейший навык поиска и устранения неисправностей.

Инкапсуляция добавляет на каждом уровне заголовок, а иногда и концевой блок, по мере того как данные спускаются вниз: данные превращаются в сегмент, затем в пакет, а потом в кадр, готовый к передаче по линии связи. При получении декапсуляция снимает каждый заголовок в обратном порядке по мере движения вверх. Каждый уровень читает только собственный заголовок, а остальное воспринимает как полезную нагрузку — именно это делает многоуровневые сети практичными.

Каков правильный порядок единиц данных при инкапсуляции сверху вниз?

Инкапсуляция оборачивает данные заголовком, а иногда и концевым блоком, на каждом уровне по мере их движения вниз по стеку. Единицы проходят путь от данных (прикладной уровень) к сегменту (транспортный уровень, добавляет порты), затем к пакету (интернет-уровень, добавляет IP-адреса), а затем к кадру (канальный уровень, добавляет MAC-адреса и проверку ошибок). При получении декапсуляция снимает каждый заголовок по мере движения вверх. Каждый уровень читает только собственный заголовок.