Die Datenkapselung in Netzwerken spielt eine entscheidende Rolle bei der Ermöglichung einer effektiven Kommunikation zwischen dem Quell- und dem Zielcomputer.
Und der umgekehrte Prozess, die Entkapselung, ist für den gleichen Zweck ebenfalls unerlässlich. Diese beiden Prozesse arbeiten gleichzeitig, um eine ordnungsgemäße Kommunikation und einen ordnungsgemäßen Datenfluss über ein Netzwerk sicherzustellen.
Wenn Benutzer auf einige Daten auf ihren Computern zugreifen möchten, müssen sie nur ein paar Schlüsselwörter eingeben, und das Ergebnis wird in wenigen Augenblicken angezeigt.
Aber hinter den Kulissen passieren viele Dinge und das mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit. Ihr Netzwerk und seine Komponenten sind damit beschäftigt, die Informationen zu erhalten, nach denen die Benutzer gefragt haben.
Und doch haben die meisten Menschen wenig Ahnung von den Mechanismen, die im Hintergrund arbeiten, um ihre Arbeit zu erledigen. Tatsächlich spielen Netzwerke, Komponenten und verwandte Konzepte eine wichtige Rolle im täglichen Leben moderner Benutzer.
In diesem Artikel werde ich auf Kapselung und Entkapselung eingehen, um Netzwerkkonzepten näher zu kommen.
Lass uns anfangen!
Inhaltsverzeichnis
Was sind Datenkapselung und Entkapselung?
Datenkapselung: Bei Netzwerken bedeutet Datenkapselung, dass einem Datenelement weitere Informationen hinzugefügt werden, wenn es im OSI- oder TCP/IP-Netzwerkmodell von einer Quelle zu einem Ziel transportiert wird, um ihm zusätzliche Funktionen bereitzustellen.
Durch die Datenkapselung werden der Kopf- oder Fußzeile der Daten Protokollinformationen hinzugefügt, um die Datenübertragung ordnungsgemäß durchzuführen. Es findet auf der Seite des Senders von der Anwendungsschicht bis zur physikalischen Schicht statt. Hier empfängt jede Schicht die gekapselten Informationen von der vorherigen und fügt weitere Daten hinzu, um sie weiter zu kapseln, und sendet sie an die nächste Schicht.
Dieser Prozess kann Fehlererkennung, Datensequenzierung, Staukontrolle, Flusskontrolle, Routing von Daten usw. umfassen.
Datenentkapselung: Dies ist die Umkehrung der Datenkapselung. Die eingekapselten Daten werden aus den empfangenen Daten entfernt, während sie von der physikalischen Schicht zur Anwendungsschicht auf der Seite des Empfängers reisen, um die ursprünglichen Informationen zu erhalten.
Dieser Prozess findet auf der gleichen Schicht wie die gekapselte Schicht auf der Senderseite statt. Die neu hinzugefügten Header- und Trailer-Informationen werden dann aus den Daten eliminiert.
Letztendlich werden Daten auf der Seite des Senders in jeder Schicht eingekapselt und dann auf der Seite des Empfängers in derselben Schicht des TCP/IP- oder OSI-Netzwerkmodells entkapselt.
Was ist eine Protokolldateneinheit (PDU)?
Protocol Data Unit (PDU) bezieht sich auf die Steuerdaten, die während der Datenübertragung auf jeder Schicht des OSI- oder TCP/IP-Modells an ein Datenelement angehängt werden. Diese Informationen werden dem Feldheader des Datenelements hinzugefügt, jedoch an dessen Ende oder Trailer.
Jede Schicht im Netzwerkmodell nutzt also die PDU, um mit ihrer Nachbarschicht zu interagieren und Daten auszutauschen. Diese PDUs werden eingekapselt, indem sie auf jeder Schicht zu den Daten hinzugefügt werden. Jede der PDU erhält einen Namen basierend auf den darin enthaltenen Daten. Die am Ziel befindliche Nachbarschicht kann die Daten nur lesen, bevor sie entfernt und an die nächste Schicht übergeben werden.
PDUs im OSI-Modell
Wie oben diskutiert, wird der PDU in jeder OSI-Modellschicht ein Name gegeben. Tatsächlich werden verschiedene Begriffe für gekapselte Daten in verschiedenen Schichten in verschiedenen Modellen verwendet, wie in der folgenden Tabelle aufgeführt.
In der Anwendungsschicht des TCP/IP-Netzwerks und den Anwendungs-, Präsentations- und Sitzungsschichten des OSI-Modells werden sie einfach „Daten“ genannt, aber in anderen Schichten beider Modelle ist es anders.
Eingekapselter BegriffOSI LayersTCP/IP LayersDataApplicationApplicationDataPresentation–DataSession–SegmentTransportTransportPacketNetworkInternetFrameData-LinkData-LinkBitsPhysicalPhysical
Lassen Sie uns sie einzeln im Detail verstehen und ihre Bedeutung für die Vernetzung.
Transportschicht-PDU
In der Transportschicht wird die Protokolldateneinheit als „Segment“ bezeichnet. Die Schicht erstellt den Header und hängt ihn dann mit einem Datenstück an. Hier enthält die Dateneinheit die Daten, die vom entfernten Host verwendet werden, um alle Datenstücke wieder zusammenzusetzen.
Ein Header mit dem Datenstück auf der Transportschicht wird also als Segment bezeichnet, das die Schicht zur weiteren Verarbeitung an die nächste Schicht (Netzwerkschicht) überträgt.
Netzwerkschicht-PDU
Die PDU in der Vermittlungsschicht wird als „Paket“ bezeichnet. Die Vermittlungsschicht erstellt in ähnlicher Weise einen Header für jedes Segment, das sie von der Transportschicht empfängt. Der Header enthält die Daten zum Routing und zur Adressierung.
Nachdem die Netzwerkschicht den Header erstellt hat, fügt sie ihn an das Segment an. Hier wird das Datenelement zum Paket, das sich dann zur nächsten Schicht bewegt.
Datenverbindungsschicht-PDU
In dieser Schicht wird die PDU als „Frame“ bezeichnet. Die Datenverbindungsschicht empfängt das Paket von der vorherigen Schicht und erstellt dann einen Header und einen Trailer für jedes empfangene Paket. Dieser Header enthält die Schaltdaten wie die Adresse des Quellcomputers, die Adresse des Zielcomputers usw. Andererseits enthält der Trailer Daten zu beschädigten Datenpaketen.
Die Datenverbindungsschicht hängt die Header- und Trailer-Informationen an das Paket an. Dies ist der Zeitpunkt, an dem die Dateneinheit zum Frame wird, der an die nächste Schicht (Physical Layer) gesendet wird.
PDU der physikalischen Schicht
Die PDU in der physikalischen Schicht ist als „Bit“ bekannt. Die physikalische Schicht erhält den Rahmen von der vorherigen Schicht und wandelt ihn dann in ein solches Format um, das von einem Übertragungsmedium transportiert werden kann. Ein bisschen ist nichts anderes als dieses Format.
Wie die Kapselung funktioniert
Die Kapselung erfolgt an einer Dateneinheit oder einem Paket dort, wo sie beginnt und endet. Sein Anfangsteil ist der Header, während das Ende der Trailer ist. Und die Daten zwischen Header und Trailer können als Payload bezeichnet werden.
Der Header eines Pakets enthält Daten in seinen Anfangsbytes, die den Beginn des Pakets markieren und die übertragenen Informationen identifizieren. Jetzt bewegt sich das Paket vom Quellcomputer zum Zielcomputer. Außerdem enthält der Header Daten basierend auf dem verwendeten Protokoll, da jedes Protokoll ein bestimmtes Format hat.
Außerdem zeigt der Trailer des Pakets auf einen empfangenden Computer, der das Ende des Pakets erreicht hat. Es kann einen Fehlerprüfwert haben, der von dem Gerät verwendet wird, um zu bestätigen, ob es das vollständige Paket empfangen hat oder nicht.
Der Schritt-für-Schritt-Verkapselungsprozess:
Schritt 1: Die Anwendungs-, Präsentations- und Sitzungsschicht des OSI-Modells oder die Anwendungsschicht des TCP/IP-Modells nimmt die Daten des Benutzers als Datenströme auf. Anschließend kapselt er die Daten und leitet sie an die nächste Schicht, die Transportschicht, weiter. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es diesen Daten unbedingt eine Kopf- oder Fußzeile hinzufügt. Es ist anwendungsspezifisch und fügt nur eine erforderliche Kopf- oder Fußzeile hinzu.
Schritt 2: Wenn die Daten sowohl in TCP/IP- als auch in OSI-Modellen zur Transportschicht übertragen werden, verwendet die Schicht den Datenstrom, der von den höheren Schichten kommt, und teilt ihn in viele Teile auf. Diese Schicht führt die Datenkapselung durch, indem sie jedem Datenstück, das als Segmente bezeichnet wird, einen geeigneten Header hinzufügt. Der hinzugefügte Header enthält Sequenzierungsinformationen, sodass die Segmente auf der Seite des Empfängers wieder zusammengesetzt werden.
Schritt 3: Nun geht das Datenelement mit hinzugefügten Header-Informationen in die nachfolgende Schicht, die als Netzwerkschicht (OSI-Modell) oder Internetschicht (TCP/IP-Modell) bezeichnet wird. Die Schicht nimmt die Segmente aus der vorherigen Schicht und führt die Kapselung durch, indem sie die erforderlichen Routing-Informationen hinzufügt, damit die Daten ordnungsgemäß übermittelt werden. Nach der Kapselung werden die Daten in dieser Schicht zu einem Datagramm oder Paket.
Schritt 4: Das Datenpaket wandert nun in den Data Link Layer im TCP/IP- oder OSI-Modell. Die Schicht nimmt das Paket und kapselt es ein, indem sie eine Kopf- und eine Fußzeile anfügt. An diesem Punkt enthält der Header Schaltinformationen, um sicherzustellen, dass die Daten ordnungsgemäß an die empfangende Hardwarekomponente geliefert werden. Im Gegensatz dazu enthält der Anhänger Daten zur Fehlererkennung und -minderung. In dieser Phase werden die Daten zu einem Frame, der zur letzten Ebene gelangt.
Schritt 5: Der Datenrahmen, der von der Sicherungsschicht kommt, geht nun zur physikalischen Schicht im TCP/IP- oder OSI-Modell. Die Schicht kapselt sie ein, indem sie die Daten in Bits oder Datensignale umwandelt.
Wie die Entkapselung funktioniert
Die Entkapselung funktioniert in umgekehrter Reihenfolge der Kapselung, von der physikalischen Schicht zur Anwendungsschicht im OSI- oder TCP/IP-Modell. Alle zusätzlichen Informationen, die dem Datenstück während der Kapselung auf der Senderseite hinzugefügt wurden, werden auf dem Weg zum Empfängerende entfernt.
So funktioniert die Entkapselung Schritt für Schritt:
Schritt 1: Die eingekapselten Daten in der physikalischen Schicht, Bits oder Datensignale genannt, werden von der Schicht genommen, um sie zu entkapseln. Die Daten werden nun zu einem Datenrahmen, der an die höhere Schicht oder die Datenverbindungsschicht weitergeleitet wird.
Schritt 2: Die Sicherungsschicht nimmt nun diese Datenrahmen und entkapselt sie. Die Schicht prüft auch, ob der Header des Datenrahmens auf die richtige Hardware geschaltet wird. Wenn der Datenrahmen einem falschen oder falschen Ziel entspricht, wird er verworfen. Aber es ist richtig, die Schicht überprüft den Trailer des Datenrahmens auf Informationen.
Wenn ein Fehler im Trailer oder in den Daten gefunden wird, fordert es eine erneute Datenübertragung an. Wenn der Trailer jedoch die richtigen Informationen enthält, entkapselt die Schicht ihn, um ein Datagramm oder Datenpaket zu bilden, und leitet es dann an die höhere Schicht weiter.
Schritt 3: Das von der Datenverbindungsschicht kommende Datenpaket geht nun zur Internetschicht (TCP/IP-Modell) oder zur Vermittlungsschicht (OSI-Modell). Die Schicht nimmt das Paket, um es zu entkapseln und ein Datensegment zu bilden.
Die Schicht überprüft den Header des Pakets auf Routing-Informationen, wenn es an das richtige Ziel geleitet wird. Wenn es nicht richtig geroutet wird, wird das Datenpaket verworfen. Aber wenn es die richtigen Routing-Informationen hat, entkapselt die Schicht es und sendet es an die obere Schicht, dh die Transportschicht.
Schritt 4: Die Datensegmente, die von der Internet- oder Netzwerkschicht kommen, gehen sowohl im TCP/IP- als auch im OSI-Modell zur Transportschicht. Die Transportschicht nimmt die Segmente und überprüft ihre Header-Informationen. Als nächstes beginnt sie damit, die Segmente wieder zusammenzusetzen und Datenströme zu bilden, die sich dann zu den höheren Schichten bewegen.
Schritt 5: Datenströme aus der Transportschicht erreichen die Anwendungsschicht im TCP/IP-Modell. Im OSI-Modell erreicht es die Sitzungsschicht, die Präsentationsschicht und schließlich die Anwendungsschicht. Die Schicht(en) nehmen die Datenströme und entkapseln sie, während sie nur anwendungsspezifische Daten an den Computer oder die Anwendungen des Empfängers weiterleiten.
Vorteile der Kapselung
Die Vorteile der Kapselung in der Vernetzung sind wie folgt:
#1. Datensicherheit
Die Kapselung hilft, die Datensicherheit und den Schutz vor unbefugtem Zugriff zu erhöhen. Und Sie wissen, wie wichtig Datenschutz im aktuellen Szenario ist. So können Sie Online-Risiken wie Datendiebstahl, Angriffe usw. vermeiden. Darüber hinaus können Sie ohne großen Aufwand einer beliebigen Benutzerebene Zugriff gewähren.
#2. Verlässliche Daten
Die Kapselung stellt die Integrität der Kerndaten sicher, sodass sie nicht durch Clientcode manipuliert werden können. Es entscheidet auch, ob die Kerninformationen für externe Objekte sichtbar sind. Ohne Datenkapselung kann selbst eine kleine Änderung der Daten das Netzwerk beschädigen.
#3. Features und Funktionalitäten hinzugefügt
Bei der Kapselung werden Daten in verschiedenen Schichten hinzugefügt. Dadurch werden der Datenübertragung zwischen Sender und Empfänger über ein Netzwerk weitere Features und Funktionalitäten hinzugefügt. Diese Features und Funktionalitäten könnten Datenflusskontrolle, Routing, Fehlererkennung, Datensequenzierung und mehr sein. Dies trägt auch dazu bei, dass die Datenübertragung ordnungsgemäß und effektiv ist.
#4. Effektive Kommunikation
Encapsulation und De-encapsulation laufen gleichzeitig in einem Netzwerk. Die Kapselung wird auf der Seite des Senders ausgeführt, während die Entkapselung auf der Seite des Empfängers erfolgt. Dadurch wird die Kommunikation effektiver, was sowohl für den Empfänger als auch für den Sender unerlässlich ist.
#5. Einfache Wartung
Aus irgendeinem Grund können jederzeit Fehler auftreten, die zu einer Unterbrechung der Datenübertragung zwischen den beiden Enden führen. Die an den Daten durchgeführte Kapselung hilft jedoch, die Verbindung zu sichern und eine Manipulation der Daten zu vermeiden. Daher bleiben die Kerninformationen sicher, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Fehlern verringert wird, was eine einfache Wartung fördert.
Fazit
Datenkapselung und Entkapselung sind wichtige Aspekte der Vernetzung. Diese Techniken gewährleisten den ordnungsgemäßen Datenfluss innerhalb des Netzwerks mit besserer Datensicherheit, Datenschutz, Zuverlässigkeit und effektiver Kommunikation.