Что такое инкапсуляция данных в сети?
Всякий раз, когда мы отправляем данные из одного узла в другой в компьютерной сети, данные инкапсулируются на стороне отправителя, а деинкапсулируются на стороне получателя. В этой статье мы узнаем, что такое инкапсуляция. Мы также подробно изучим процесс инкапсуляции и деинкапсуляции в моделях OSI и TCP/IP.
Инкапсуляция данных
Инкапсуляция данных — это процесс, в котором некоторая дополнительная информация добавляется к элементу данных, чтобы добавить к нему некоторые функции. В нашей сети мы используем модель OSI или TCP/IP, и в этих моделях передача данных происходит через различные уровни. Инкапсуляция данных добавляет к данным информацию протокола, чтобы передача данных могла происходить надлежащим образом. Эта информация может быть добавлена в заголовок (header) или в конец (footer или trailer) данных.
Данные инкапсулируются на стороне отправителя, начиная с уровня приложения и заканчивая физическим уровнем. Каждый уровень берет инкапсулированные данные из предыдущего слоя и добавляет некоторую дополнительную информацию для их инкапсуляции и некоторые другие функции с данными. Эти функции могут включать в себя последовательность данных, контроль и обнаружение ошибок, управление потоком, контроль перегрузки, информацию о маршрутизации и так далее.
Деинкапсуляция данных
Деинкапсуляция данных — это процесс, обратный инкапсуляции данных. Инкапсулированная информация удаляется из полученных данных для получения исходных данных. Этот процесс происходит на стороне получателя. Данные деинкапсулируются на том же уровне на стороне получателя, что и инкапсулированный уровень на стороне отправителя. Добавленная информация заголовка и футера удаляется из данных в этом процессе.
На рисунке показано, как футер и хедер добавляются и удаляются из данных в процессе инкапсуляции и деинкапсуляции соответственно.
Данные инкапсулируются на каждом уровне на стороне отправителя, а также деинкапсулируются на том же уровне на стороне получателя модели OSI или TCP/IP.
Процесс инкапсуляции (на стороне отправителя)
Шаг 1. Уровень приложения, представления и сеанса в модели OSI принимает пользовательские данные в виде потоков данных, инкапсулирует их и пересылает данные на транспортный уровень. Тут не обязательно добавится к данным какой-либо хедер или футер — это зависит от приложения.
Шаг 2. Транспортный уровень берет поток данных с верхних уровней и разделяет его на несколько частей. Транспортный уровень инкапсулирует данные, добавляя соответствующий заголовок к каждой части. Эти фрагменты данных теперь называются сегментами данных. Заголовок содержит информацию о последовательности, так что сегменты данных могут быть повторно собраны на стороне получателя.
Шаг 3. Сетевой уровень берет сегменты данных с транспортного уровня и инкапсулирует их, добавляя дополнительный заголовок к сегменту данных. Этот заголовок данных содержит всю информацию о маршрутизации для правильной доставки данных. Здесь инкапсулированные данные называются пакетом данных или дейтаграммой.
Шаг 4: Канальный уровень берет пакет данных или дейтаграмму с сетевого уровня и инкапсулирует ее, добавляя дополнительный заголовок и нижний футер. Заголовок содержит всю информацию о коммутации для правильной доставки данных соответствующим аппаратным компонентам, а футер содержит всю информацию, связанную с обнаружением ошибок и контролем. Здесь инкапсулированные данные называются фреймом данных.
Шаг 5: Физический уровень берет кадры данных с уровня канала передачи данных и инкапсулирует их, преобразовывая их в соответствующие сигналы данных или биты, соответствующие физической среде.
Процесс деинкапсуляции (на стороне получателя)
Шаг 1: Физический уровень принимает инкапсулированные сигналы данных или биты от отправителя и деинкапсулирует их в форме кадра данных, который будет перенаправлен на верхний уровень, то есть на канальный уровень.
Шаг 2: Канальный уровень берет кадры данных с физического уровня. Он деинкапсулирует фреймы данных и проверяет заголовок фрейма, скоммутирован ли фрейм данных на правильное оборудование или нет. Если кадр пришел в неправильное место назначения, он отбрасывается, иначе он проверяет информацию в футере. Если есть какая-либо ошибка в данных, запрашивается повторная передача данных, если нет, то они деинкапсулируются, и пакет данных пересылается на верхний уровень.
Шаг 3. Сетевой уровень принимает пакет данных или дейтаграмму из канального уровня. Он деинкапсулирует пакеты данных и проверяет заголовок пакета, направлен ли пакет в правильное место назначения или нет. Если пакет направляется в неправильный пункт назначения, пакет отбрасывается, если все ок, то он деинкапсулируется, и сегмент данных пересылается на верхний уровень.
Шаг 4: Транспортный уровень берет сегменты данных с сетевого уровня и деинкапсулирует их. Сначала он проверяет заголовок сегмента, а затем повторно собирает сегменты данных для формирования потоков данных, а затем эти потоки данных пересылаются на верхние уровни.
Шаг 5: Уровень приложения, представления и сеанса в модели OSI берет инкапсулированные данные с транспортного уровня, деинкапсулирует их, и данные, относящиеся к конкретному приложению, пересылаются в приложения.