În cadrul unei rețele, procesul de încapsulare a datelor are un rol fundamental în facilitarea unei comunicări eficace între calculatorul sursă și cel de destinație.
Simultan, procesul invers, dezcapsularea, este la fel de important pentru același obiectiv. Ambele procese operează în tandem pentru a asigura un transfer adecvat de date și un flux continuu în rețea.
Când utilizatorii doresc să acceseze informații stocate pe computerele lor, tot ce fac este să introducă câteva cuvinte cheie, iar rezultatele dorite sunt afișate în scurt timp.
Totuși, în spatele acestei aparențe simple se desfășoară o serie complexă de operațiuni, realizate cu o viteză remarcabilă. Rețeaua și componentele sale lucrează intens pentru a obține informațiile solicitate de utilizatori.
Cu toate acestea, majoritatea oamenilor nu cunosc mecanismele ascunse care permit funcționarea acestui sistem. În realitate, rețelele, componentele și conceptele asociate joacă un rol esențial în viața cotidiană a utilizatorilor moderni.
În acest articol, vom analiza în detaliu conceptele de încapsulare și de-încapsulare, oferind o perspectivă asupra funcționării rețelelor.
Să începem!
Ce reprezintă încapsularea și decapsularea datelor?
Încapsularea datelor: În contextul rețelelor, încapsularea datelor presupune adăugarea de informații suplimentare unui element de date în timp ce acesta traversează modelul de rețea OSI sau TCP/IP, de la sursă la destinație, cu scopul de a-i oferi caracteristici suplimentare.
Prin procesul de încapsulare, datele de protocol sunt adăugate la antetul sau subsolul datelor, asigurând astfel o transmisie corectă a informațiilor. Acest proces are loc la capătul emițătorului, de la stratul aplicație până la cel fizic. Fiecare strat primește informațiile încapsulate de la stratul precedent, adăugând date suplimentare pentru a le încapsula și mai mult, înainte de a le trimite către stratul următor.
Acest proces poate include elemente precum detectarea erorilor, secvențierea datelor, controlul congestiei, controlul fluxului, date de rutare și altele.
De-încapsularea datelor: Aceasta este operațiunea inversă încapsulării. Datele încapsulate sunt extrase din datele primite în timp ce acestea trec de la stratul fizic către cel de aplicație, la capătul receptorului, cu scopul de a obține informațiile inițiale.
Acest proces are loc la același nivel ca stratul de încapsulare de la expeditor. Informațiile de antet și subsol adăugate sunt eliminate din date.
În concluzie, datele sunt încapsulate la capătul expeditorului în fiecare strat și apoi dezcapsulate la receptor, în același strat al modelului de rețea TCP/IP sau OSI.
Ce este o unitate de date de protocol (PDU)?
Unitatea de Date de Protocol (PDU) reprezintă informațiile de control atașate unui element de date la fiecare strat al modelului OSI sau TCP/IP în timpul transmisiei de date. Aceste informații sunt adăugate la antetul, dar și la sfârșitul sau finalul câmpului de date.
Așadar, fiecare strat al modelului de rețea utilizează PDU-uri pentru a interacționa și a face schimb de date cu stratul învecinat. Aceste PDU-uri sunt încapsulate prin adăugarea lor la date, la fiecare strat. Fiecare PDU primește un nume în funcție de datele pe care le conține. Stratul învecinat de la destinație poate citi datele doar înainte ca acestea să fie eliminate și trimise către următorul strat.
PDU-uri în modelul OSI
După cum am menționat anterior, PDU-ul fiecărui strat al modelului OSI primește un nume specific. De fapt, în diferite modele sunt utilizați termeni distincți pentru datele încapsulate în diverse straturi, după cum se prezintă în tabelul de mai jos.
În stratul de aplicație al rețelei TCP/IP și în straturile aplicație, prezentare și sesiune ale modelului OSI, datele sunt denumite simplu „date”, dar în alte straturi ale ambelor modele, denumirile diferă.
| Termen încapsulat | Straturi TCP/IP | Straturi OSI |
| Date | Aplicație | Aplicație |
| – | – | Prezentare |
| – | – | Sesiune |
| Segment | Transport | Transport |
| Pachet | Internet | Rețea |
| Cadru | Data-Link | Data-Link |
| Biți | Fizic | Fizic |
Să le analizăm pe fiecare în detaliu, evidențiind importanța lor în rețelistică.
PDU pentru stratul de transport
În stratul de transport, unitatea de date de protocol este numită „segment”. Stratul creează un antet și apoi îl atașează la o porțiune de date. În acest caz, unitatea de date va conține informațiile necesare gazdei de la distanță pentru a reasambla toate fragmentele de date.
Prin urmare, un antet combinat cu porțiunea de date la nivelul stratului de transport constituie un segment, pe care stratul îl va transfera către următorul strat (stratul de rețea) pentru o procesare suplimentară.
PDU la nivelul rețelei
PDU-ul stratului de rețea este denumit „pachet”. În mod similar, stratul de rețea va crea un antet pentru fiecare segment pe care îl primește de la stratul de transport. Antetul va include informații despre rutare și adresare.
După ce stratul de rețea creează antetul, acesta este atașat segmentului. În acest punct, elementul de date devine un pachet, care este apoi transmis către stratul următor.
PDU la nivelul legăturii de date
În acest strat, PDU este cunoscut sub denumirea de „cadru”. Stratul Data Link primește pachetul de la stratul precedent, și apoi creează un antet și un trailer pentru fiecare pachet primit. Antetul va conține informații de comutare, cum ar fi adresa calculatorului sursă și adresa calculatorului destinație. Pe de altă parte, trailerul va conține informații despre pachetele de date corupte.
Stratul de legătură de date va atașa la pachet informațiile de antet și trailer. În acest moment, unitatea de date devine un cadru, care va fi transmis către stratul următor (stratul fizic).
PDU la nivelul fizic
PDU-ul stratului fizic este numit „Bit”. Stratul fizic primește cadrul de la stratul anterior și apoi îl convertește într-un format adecvat pentru a fi transmis printr-un mediu de transmisie. Un bit reprezintă tocmai acest format.
Cum funcționează încapsularea
Încapsularea are loc într-o unitate de date sau pachet, unde se definește începutul și sfârșitul. Partea de început este antetul, în timp ce finalul este trailerul. Datele dintre antet și trailer pot fi numite sarcină utilă.
Antetul unui pachet conține date în octeții inițiali, marcând începutul pachetului și identificând informațiile transportate. Pachetul se deplasează de la calculatorul sursă la calculatorul destinație. De asemenea, antetul conține date bazate pe protocolul utilizat, deoarece fiecare protocol are un format specific.
Mai mult, trailerul pachetului indică calculatorului receptor că pachetul a ajuns la final. Acesta poate conține o valoare de verificare a erorilor, utilizată de dispozitiv pentru a confirma dacă a primit pachetul complet.
Procesul de încapsulare pas cu pas:
Pasul 1: Straturile Aplicație, Prezentare și Sesiune ale modelului OSI, sau stratul Aplicație al modelului TCP/IP, preiau datele utilizatorului sub formă de fluxuri de date. Apoi, acestea încapsulează datele și le transmit către stratul următor, adică stratul Transport. Cu toate acestea, nu înseamnă neapărat că se adaugă un antet sau un subsol acestor date. Este specific aplicației și adaugă doar antetul sau subsolul necesar.
Pasul 2: Pe măsură ce datele avansează în stratul Transport, atât în modelele TCP/IP, cât și în cele OSI, stratul utilizează fluxul de date provenit de la straturile superioare și îl împarte în fragmente. Acest strat realizează încapsularea datelor adăugând un antet adecvat fiecărui fragment de date, denumit segment. Antetul adăugat include informații de secvențiere, pentru ca segmentele să poată fi reasamblate corect la receptor.
Pasul 3: Acum, elementul de date, care include informațiile de antet adăugate, este transmis către următorul strat, numit stratul rețea (model OSI) sau stratul Internet (model TCP/IP). Acest strat preia segmentele de la stratul precedent și efectuează încapsularea, adăugând informațiile de rutare necesare, astfel încât datele să fie livrate corect. După încapsulare, datele devin o datagramă sau un pachet în acest strat.
Pasul 4: Pachetul de date se deplasează către stratul Data Link, fie în modelul TCP/IP, fie în cel OSI. Acest strat preia pachetul și îl încapsulează atașând un antet și un subsol. În acest stadiu, antetul conține informații de comutare, pentru a asigura livrarea corectă a datelor către componenta hardware de recepție. Pe de altă parte, trailerul va conține informații referitoare la detectarea și atenuarea erorilor. În acest stadiu, datele devin un cadru, care este transmis la ultimul strat.
Pasul 5: Cadrul de date provenit de la stratul Data Link este transmis către stratul fizic, atât în modelul TCP/IP, cât și în cel OSI. Stratul realizează încapsularea prin transformarea datelor în biți sau semnale de date.
Cum funcționează decapsularea
Decapsularea operează în ordine inversă încapsulării, începând de la stratul fizic către stratul de aplicație, în modelul OSI sau TCP/IP. Toate informațiile adiționale adăugate fragmentului de date în timpul încapsulării la expeditor sunt eliminate pe parcursul transmiterii către receptor.
Iată procesul pas cu pas al modului în care funcționează decapsularea:
Pasul 1: Datele încapsulate la stratul fizic, numite biți sau semnale de date, sunt preluate de acest strat pentru a fi dezcapsulate. În acest punct, datele devin un cadru de date, care este redirecționat către stratul superior, adică stratul Data Link.
Pasul 2: Stratul Data Link preia cadrele de date și le dezcapsulează. De asemenea, stratul verifică dacă antetul cadrului de date este comutat către hardware-ul corespunzător. Dacă un cadru de date are o destinație greșită sau incorectă, acesta este eliminat. Dar, dacă destinația este corectă, stratul va analiza trailerul cadrului de date pentru informații suplimentare.
Dacă se detectează o eroare în trailer sau în date, se solicită retransmiterea datelor. Dar, dacă trailerul conține informațiile corecte, stratul îl va dezcapsula pentru a forma o datagramă sau un pachet de date, pe care îl va redirecționa către stratul superior.
Pasul 3: Pachetul de date provenit de la stratul Data Link este transmis către stratul Internet (model TCP/IP) sau stratul rețea (model OSI). Stratul preia pachetul pentru a-l dezcapsula și a forma un segment de date.
Stratul verifică antetul pachetului pentru a se asigura că informațiile de rutare indică destinația corectă. În caz contrar, pachetul este abandonat. Dacă, însă, informațiile de rutare sunt corecte, stratul îl va dezcapsula și îl va trimite către stratul superior, adică stratul Transport.
Pasul 4: Segmentele de date provenite de la stratul Internet sau stratul rețea sunt transmise către stratul Transport, atât în modelul TCP/IP, cât și în cel OSI. Stratul Transport preia segmentele, verifică antetele și apoi reasamblează segmentele, formând fluxuri de date care sunt transmise către straturile superioare.
Pasul 5: Fluxurile de date din stratul Transport ajung la stratul Aplicație în modelul TCP/IP. În modelul OSI, acestea ajung la stratul Sesiune, apoi la stratul Prezentare și, în cele din urmă, la stratul Aplicație. Stratul (straturile) va prelua fluxurile de date și le va dezcapsula, trimițând doar datele specifice aplicației către calculatorul sau aplicațiile receptorului.
Avantajele încapsulării
Avantajele încapsulării în rețea sunt următoarele:
#1. Securitatea datelor
Încapsularea ajută la creșterea securității și confidențialității datelor împotriva accesului neautorizat. În contextul actual, protecția datelor este de o importanță vitală. Astfel, se pot evita riscuri online, cum ar fi furtul de date și atacurile. În plus, se poate permite accesul la informații la nivelul specificat de utilizatori, fără a introduce complicații suplimentare.
#2. Date de încredere
Încapsularea asigură integritatea datelor de bază, protejându-le împotriva modificărilor efectuate de codul client. De asemenea, încapsularea controlează vizibilitatea informațiilor de bază pentru obiectele externe. În absența încapsulării datelor, chiar și o modificare minoră a datelor poate cauza daune la nivelul rețelei.
#3. Caracteristici și funcționalități suplimentare
În timpul procesului de încapsulare, se adaugă date în diverse straturi. Acest lucru îmbogățește transmiterea datelor între emițător și receptor printr-o rețea. Caracteristicile și funcționalitățile suplimentare includ controlul fluxului de date, rutarea, detectarea erorilor, secvențierea datelor și multe altele. Acestea ajută la asigurarea unei transmiteri corecte și eficiente a datelor.
#4. Comunicare eficientă
Încapsularea și de-încapsularea operează simultan într-o rețea. Încapsularea se efectuează la capătul expeditorului, în timp ce dezcapsularea are loc la capătul receptorului. Această sincronizare asigură o comunicare eficientă, esențială atât pentru expeditor, cât și pentru receptor.
#5. Întreținere facilă
Erorile pot apărea în orice moment, din diverse motive, întrerupând transmisia de date între cele două puncte. Dar încapsularea datelor ajută la securizarea conexiunii și previne manipularea datelor. Astfel, informațiile de bază rămân în siguranță, reducând riscul de erori și facilitând întreținerea sistemului.
Concluzie
Încapsularea și decapsularea datelor sunt aspecte esențiale ale rețelisticii. Aceste tehnici permit un flux de date adecvat în rețea, oferind o securitate, confidențialitate și fiabilitate sporită, precum și o comunicare eficientă.