Сетевые модели. Инкапсуляция и декапсуляция данных

Сетевые модели

Сетевые модели используются для упрощения проектирования и анализа сетей, а также для обеспечения совместимости устройств и протоколов. Основными моделями являются:

1. Эталонная модель OSI (Open Systems Interconnection)

Состоит из 7 уровней, каждый из которых отвечает за определенные функции сетевого взаимодействия:

1. Физический уровень

   • Определяет аппаратные параметры передачи данных (кабели, разъемы, электрические сигналы).

   • Пример: Ethernet (физический интерфейс).

2. Канальный уровень

   • Управляет доступом к среде передачи данных, детектирует и исправляет ошибки.

   • Пример: Ethernet, Wi-Fi (MAC-адреса).

3. Сетевой уровень

   • Отвечает за маршрутизацию данных между узлами.

   • Пример: IP-протокол (IPv4, IPv6).

4. Транспортный уровень

   • Обеспечивает надежную передачу данных.

   • Примеры: TCP (надежный), UDP (ненадежный).

5. Сеансовый уровень

   • Управляет установлением, поддержанием и завершением сеансов связи.

   • Пример: протоколы удаленного доступа.

6. Представительский уровень

   • Конвертирует данные для обеспечения совместимости форматов (например, шифрование, сжатие).

   • Пример: TLS, SSL.

7. Прикладной уровень

   • Отвечает за взаимодействие с приложениями пользователя.

   • Пример: HTTP, FTP, SMTP.

2. Модель TCP/IP (Internet Protocol Suite)

Состоит из 4 уровней, упрощая структуру OSI:

1. Сетевой доступ (Network Access)

   • Соответствует физическому и канальному уровням OSI.

2. Интернет (Internet)

   • Аналог сетевого уровня OSI (IP-протоколы).

3. Транспортный (Transport)

   • Обеспечивает надежную доставку (TCP, UDP).

4. Прикладной (Application)

   • Объединяет сеансовый, представительский и прикладной уровни OSI.

Инкапсуляция данных

Инкапсуляция — это процесс добавления управляющей информации к данным, происходящий на каждом уровне сетевой модели, начиная с прикладного до физического.

Процесс инкапсуляции:

1. Прикладной уровень: данные (сообщение) формируются на уровне приложения.

2. Транспортный уровень: данные разбиваются на сегменты, добавляется заголовок (информация о номере порта, номере пакета).

3. Сетевой уровень: сегменты транспортного уровня инкапсулируются в пакеты, добавляется IP-адрес отправителя и получателя.

4. Канальный уровень: пакеты преобразуются в кадры (frame), добавляется MAC-адрес и контрольная сумма (CRC).

5. Физический уровень: кадры преобразуются в электрические сигналы, передаваемые по сети.

Пример (передача веб-страницы):

• Пользователь запрашивает страницу через браузер (HTTP-запрос).

• Данные HTTP инкапсулируются в TCP-сегмент.

• TCP-сегмент инкапсулируется в IP-пакет.

• IP-пакет инкапсулируется в Ethernet-кадр.

• Ethernet-кадр передается как электрические сигналы по физической линии.

Декапсуляция данных

Декапсуляция — это процесс извлечения управляющей информации на каждом уровне модели, начиная с физического до прикладного.

Процесс декапсуляции:

1. Физический уровень: электрические сигналы преобразуются в кадры.

2. Канальный уровень: извлекается MAC-адрес и проверяется целостность данных (CRC).

3. Сетевой уровень: извлекаются IP-адреса, проверяется маршрут доставки.

4. Транспортный уровень: извлекаются сегменты, проверяется порт назначения.

5. Прикладной уровень: данные передаются приложению пользователя (например, браузеру).

Пример (получение веб-страницы):

• Компьютер получает Ethernet-кадр.

• Декапсуляция извлекает данные HTTP.

• Данные передаются браузеру для отображения страницы.

Заключение

Инкапсуляция и декапсуляция обеспечивают системный подход к передаче данных, где каждый уровень выполняет свои функции. Эти процессы лежат в основе работы современных сетей, обеспечивая надежность и стандартизацию передачи информации.