Инкапсуляция и декапсуляция

Проще будет разобрать эти процессы инкапсуляции и декапсуляции на примере. Допустим, Вы захотели посмотреть какую-то веб-страничку, ввели в адресную строк браузера адрес сайта и нажали кнопку Enter. После этого браузер должен отправить запрос на сервер (на котором хранится эта веб-страничка), с целью получения данных. Вот как раз на этом этапе, введённый Вами адрес сайта является данными, которые должны передаться на сервер в виде запроса.

Эти данные опускаются с уровня приложений, на уровень представления данных.

На этом уровне Ваш компьютер преобразует строку введенного текста (адреса) в формат удобный для передачи далее на нижний уровень.

Далее данные (уже не текст) поступают на сеансовый уровень, но на нём (в данном случае) нам нет необходимости использовать протоколы (этого уровня), и поэтому данные передаются далее.

Транспортный уровень получает данные и определяет, что дальше они должны быть переданы используя протокол TCP. Перед передачей транспортный уровень разбивает данные на кусочки данных и добавляет к каждому кусочку заголовок, в котором содержится информация о логических портах компьютеров (с какого данные были посланы (например 1223) и для какого предназначаются (в данном случае 80)). На транспортном уровне эти кусочки данных с заголовком называются сегментами. Сегменты передаются дальше вниз к сетевому уровню.

Сетевой уровень, получая каждый сегмент, разделяет его на еще более маленькие части и к каждой части добавляет свой заголовок. В заголовке сетевого уровня указываются логические сетевые адреса отправителя (Ваш компьютер) и получателя (Сервер).

Логические сетевые адреса – это всем известные IP-адреса, еще наверное непонятно что обозначают цифры и точки в них, но вскоре, этот пробел в знаниях заполнит соответствующая информация ;)

Эти маленькие кусочки данных уже с несколькими заголовками (на верхних уровнях тоже добавляются специфичные заголовки) на сетевом уровне называются пакетами, которые в свою очередь передаются на канальный уровень.

На канальном уровне пакеты разделяются на еще более маленькие кусочки данных, и к ним помимо опять добавляемого заголовка, только уже канального уровня, добавляется еще и трейлер. На этом уровне в заголовках содержатся физические адреса устройств – передающего и для кого они предназначаются, а в трейлере находится вычисленная контрольная сумма, некий код (информация), который используется для определения целостности данных.

Физические адреса устройств – это MAC-адреса.

Эти очень маленькие кусочки данных именуются кадрами или фреймами (одно и тоже). Далее кадры передаются на физический уровень.

На физический уровень кадры передаются уже в виде сигналов битов и следуют через другие сетевые устройства в пункт назначения.

Весь процесс преобразования данных (с верхнего уровня) в сигналы (на нижний уровень) называется инкапсуляцией. Посмотрите на рисунок ниже, там представлена общая схема инкапсулирования с верхнего уровня на нижний:

Далее сигналы, проходя через несколько сетевых устройств (в нашем случае это маршрутизатор и коммутатор), доходят до получателя, в данном случае до сервера (По всем картинкам можно кликнуть и они увеличится).

Сетевая карта сервера принимает биты (на физическом уровне) и преобразует их в кадры (для канального уровня). Канальный уровень в обратной последовательности должен преобразовать кадры в пакеты (для сетевого уровня), только перед преобразованием уровень сначала смотрит на МАС-адрес (физический адрес) получателя, он должен совпадать с MAC-адресом сетевой карты, иначе кадр будет уничтожен. Затем канальный уровень (в случае совпадения MAC-адреса) высчитывает сумму полученных данных и сравнивает полученное значение со значением трейлера. Напомню, что значение трейлера высчитывалось на Вашем компьютере, а теперь оно, после передачи по проводам, сравнивается с полученным значением на сервере и если они совпадают, кадр преобразуется в пакет. Если проверочный код целостности данных рознится – кадр незамедлительно уничтожается.

На сетевом уровне происходит проверка логического адреса (IP-адреса), в случае успешной проверки пакет преобразуется в сегмент, попадая на транспортный уровень.

На транспортном уровне проверяется информация из заголовка, что это за сегмент, какой используется протокол, для какого логического порта предназначается и т.п. Протокол использовался TCP, поэтому назад на Ваш компьютер посылается уведомление о прибытии сегмента. Как говорилось выше (когда данные упаковывали в сегмент) в том случае использовался 80 порт назначения. Т.к. на веб-сервере как раз открыт этот порт, данные передаются дальше на верхний уровень.

На верхних уровнях запрос (введенный адрес сайта) обрабатывается веб-сервером (проверяется, доступна-ли запрашиваемая веб-страничка).

Этот процесс преобразования сигналов из провода в данные называется процессомдекапсуляции.

После того, как страница будет найдена на сервере, она (текст, изображения, музыка) преобразуется в цифровой код, удобный для инкапсулирования. Большой объём данных делится на части и поступает ниже на уровень – транспортный. Там кусочек данных преобразуется в сегмент, только порт назначения теперь будет тот, с которого вы посылали (вспоминайте, 1223). Сегмент преобразуется в пакет, в заголовке которого содержится IP-адрес вашего компьютера и переходит ниже. На канальном уровне пакет в свою очередь преобразуется в кадры и добавляется заголовок и трейлер. В заголовок помещается МАС-адрес назначения (в данном случае это будет адрес шлюза), а в трейлер проверочный код на целостность данных. Далее сетевая карта посылает кадры в виде сигналов по кабелю по направлению к Вашему компьютеру.

Так и происходит сетевой обмен данными, инкапсуляция и декапсуляция.

9Сетевой протокол- это набор правил и стандартов, по которым происходит обмен данными в компьютерной сети.
Разные протоколы описывают лишь разные стороны одного типа связи. Вместе они образуют стек протоколов.
IP (Internet Protocol) - маршрутизируемый сетевой протокол, основа стека протоколов TCP/IP. Используется для передачи данных от одного узла сети к другому, но не дает гарантий надежной доставки. Гарантии безошибочной доставки пакетов дают протоколы более высокого (транспортного) уровня, одним из них является – TCP – которые используют IP в качестве транспорта.
Стек протоколов TCP/IP – набор сетевых протоколов, на которых базируется Интернет. Название образовано из аббревиатур базовых протоколов – TCP и IP.

Основные протоколы TCP/IP:
Прикладной уровень
HTTP, HTTPS, SMPT, FTP, DHCP, SSH, IPC, SNMP
Транспортный уровень
TCP, UDP, SCTP, DCCP
HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – сетевой протокол передачи гипертекста. Используется для передачи информации в различных форматах, на всех языках и с любым набором символов. Обычно по протоколу HTTP передается текст web-страницы, размеченной с помощью языка HTML, либо другой файл, который может быть показан с помощью клиента – web-браузера.
HTTP-S (HTTP Secure) – защищенный HTTP. Сетевой протокол защищенной передачи гипертекста.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – сетевой протокол передачи электронной почты в сетях TCP/IP.
FTP (File Transfer Protocol) – сетевой протокол для передачи файлов в компьютерных сетях. Позволяет подключаться к серверам FTP, просматривать содержимое каталогов и загружать файлы с сервера или на сервер.
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) – это сетевой протокол, позволяющий компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP.
SSH(Secure Shell) – сетевой протокол, позволяющий удаленное управление компьютером и передачу файлов.
IPC (Internet Replay Chat) – сервисная система, при помощи которой можно общаться с другими людьми в режиме реального времени через сеть Интернет.
SNMP (Simple Network Management Protocol) – это протокол управления сетями связи на основе архитектуры TCP/IP.
TCP ( Transmission Control Protocol) – один из основных сетевых протоколов Internet, предназначенный для управления передачей данных в сетях TCP/IP.
UDP (User Datagram Protocol) – сетевой протокол для передачи данных в сетях TCP/IP.
SCTP (Stream Control Transmission Protocol) – сетевой протокол транспортного уровня в сетях TCP/IP. Его назначение аналогично TCP и UDR.
DCCP (Datagram Congestion Control Protocol) - протокол транспортного уровня модели OSI, разрабатываемый IETF.
OSI (Open System Interconnect) – новый проект в области сетевых технологий, созданный в 1982 году Международной организацией по стандартизации (ISO) в сотрудничестве с ITU-T. Модель OSI стала важной в преподавании и понимании сетевых концепций. Она сделала популярной идею общей модели уровней протоколов, определяющей взаимодействие между сетевыми устройствами и программным обеспечением.
IETF (Internet Engineering Task Force) – открытое международное сообщество проектировщиков, ученых, сетевых операторов и провайдеров, созданное IAB в 1986, которое занимается развитием протоколов и архитектуры Интернета.

Коммуникации

Операционные системы составляют лишь часть сетевой среды. Сотрудничество любого рода связано с передачей и приемом информации, и поэтому требует коммуникационного программного обеспечения — узкоспециализированного ПО, играющего роль посредника между пользовательскими приложениями с одной стороны и сетевыми протоколами, модемами, маршрутизаторами, ком­мутационными сервисами и прочими технологиямиISO/OSIнизкого уровня —с дру­гой. Разработчикам ПО, которые полагаются в качестве таких, заполняющих пропасть между приложениями и поставщика­ми услуг связи и телефонии, посредников на инструментарийMicrosoft, служат два ее произведения со звучными названия­ми —MAPIиTAPI.

TAPIИнтерфейс приложений компьютерной телефонии(TelephonyApplicationProgrammingInterface,TAPI) представляет собой набор функций, позволяющих разнообразным прило­жениям пользоваться телефоном для поддержки столь привле­кательных форм сотрудничества, как:

· телеконференции;

· передача данных, в том числе по факсу и электронной почте;

· удаленный доступ;

· интерактивное взаимодействие;

· поиск информации на досках объявлений, в группах но­востей и т. д.

MAPIпредставляет собойотраслевой стандарт, благодаря которому коммуникационные приложения передают информацию друг другу. Это как бы универсальный язык, позволяющий различным програм­мам понимать друг друга и взаимодействовать.

10 Эталонная модель и протокольная модель. Анализ.