I nätverksteknik spelar datainkapsling en central roll för att möjliggöra smidig kommunikation mellan en sändande och en mottagande enhet.
Den omvända processen, deinkapsling, är lika viktig. Dessa två processer samverkar för att garantera korrekt dataöverföring genom ett nätverk.
När användare söker information på sina datorer, anger de ofta sökord, och resultatet visas snabbt.
Bakom kulisserna sker en mängd aktiviteter med hög hastighet. Nätverket och dess komponenter är aktiva för att leverera den önskade informationen.
Trots detta saknar många kunskap om de underliggande mekanismerna. I verkligheten spelar nätverk, dess komponenter och relaterade koncept en avgörande roll i vardagen för moderna användare.
Denna artikel kommer att fördjupa sig i inkapsling och deinkapsling för att ge en djupare förståelse för nätverksprinciper.
Låt oss börja utforska!
Vad innebär datainkapsling och deinkapsling?
Datainkapsling inom nätverk innebär att extra information läggs till en dataenhet när den färdas genom OSI- eller TCP/IP-modellerna, från en källa till en destination. Detta görs för att ge datan ytterligare funktionalitet.
Genom denna process läggs protokollinformation till i datans huvud eller slut för att säkerställa korrekt dataöverföring. Processen sker på avsändarsidan, från applikationslagret ner till det fysiska lagret. Varje lager tar emot den inkapslade informationen från det föregående lagret, adderar mer data för att ytterligare inkapsla den, och skickar sedan vidare till nästa lager.
Denna process kan inkludera feldetektering, datasekvensering, överbelastningskontroll, flödeskontroll, routinginformation och liknande funktioner.
Deinkapsling är motsatsen till datainkapsling. Här tas den inkapslade datan bort från den mottagna informationen, medan den rör sig från det fysiska lagret upp till applikationslagret på mottagarsidan, för att återställa den ursprungliga informationen.
Denna process sker i samma lager som inkapslingen på avsändarsidan. Huvud- och slutinformation som nyligen lagts till tas sedan bort från datan.
Sammanfattningsvis sker inkapsling på sändarsidan i varje lager, medan deinkapsling sker på mottagarsidan i motsvarande lager inom TCP/IP- eller OSI-modellerna.
Vad är en Protocol Data Unit (PDU)?
En Protocol Data Unit (PDU) refererar till den kontrollinformation som bifogas en dataenhet i varje lager av OSI- eller TCP/IP-modellerna under dataöverföringen. Denna information läggs till i dataenhetens huvud, men ibland även vid dess slut (trailer).
Varje lager i nätverksmodellen använder PDU:n för att interagera och utbyta data med sina angränsande lager. Dessa PDU:er inkapslas genom att adderas till datan i varje lager. Varje PDU ges ett namn baserat på den data den innehåller. Mottagarlagret kan endast läsa datan innan PDU:n tas bort och lämnas vidare till nästa lager.
PDU:er i OSI-modellen
Som tidigare nämnts får PDU:n i varje lager av OSI-modellen ett specifikt namn. Olika termer används för inkapslad data i olika lager i olika modeller, vilket visas i tabellen nedan.
I applikationslagret i TCP/IP-nätverket, samt applikations-, presentations- och sessionslagren i OSI-modellen, kallas det helt enkelt ”data”. I övriga lager i båda modellerna används andra termer.
| Inkapslad term | OSI-lager | TCP/IP-lager |
| Data | Application | Application |
| Data | Presentation | – |
| Data | Session | – |
| Segment | Transport | Transport |
| Packet | Network | Internet |
| Frame | Data-Link | Data-Link |
| Bits | Physical | Physical |
Låt oss undersöka dessa i detalj och deras betydelse för nätverkande.
Transportlager PDU
I transportlagret kallas protokollenheten för ett ”segment”. Lagret skapar en rubrik och fäster den till en bit data. Här kommer dataenheten att innehålla information som används av mottagaren för att återmontera databitar.
En rubrik med en databit i transportlagret kallas alltså ett segment. Lagret överför detta till nästa lager (nätverkslagret) för ytterligare bearbetning.
Nätverkslager PDU
PDU:n i nätverkslagret kallas ett ”paket”. Nätverkslagret skapar på samma sätt en rubrik för varje segment det mottar från transportlagret. Rubriken innehåller data om routing och adressering.
När nätverkslagret har skapat rubriken, bifogar det den till segmentet. Nu blir dataobjektet ett paket, som sedan överförs till nästa lager.
Datalänklager PDU
I detta lager är PDU:n känd som en ”ram”. Datalänkslagret tar emot paketet från föregående lager och skapar sedan en rubrik och slutinformation för varje mottaget paket. Rubriken innehåller växlingsdata som avsändardatorns adress, mottagardatorns adress, etc. Slutinformationen innehåller data om eventuellt korrupta datapaket.
Datalänkslagret bifogar rubriken och slutinformationen till paketet. Därefter blir dataenheten en ram som skickas till nästa lager (fysiska lagret).
Fysiska Lager PDU
PDU:n i det fysiska lagret är känd som en ”bit”. Det fysiska lagret tar ramen från föregående lager och omvandlar den till ett format som kan överföras via ett överföringsmedium. En bit är i princip detta format.
Hur inkapsling fungerar
Inkapsling sker med en dataenhet eller paket, där det börjar och slutar. Början är rubriken, medan slutet är slutinformationen (trailer). Informationen mellan rubriken och slutinformationen kallas nyttolast.
Ett pakets rubrik innehåller data i de första byten, som markerar början av paketet och identifierar den överförda informationen. Paketet överförs från sändardatorn till mottagardatorn. Dessutom innehåller rubriken data baserat på det protokoll som används, då varje protokoll har ett specifikt format.
Slutinformationen i paketet signalerar för den mottagande datorn att slutet av paketet har nåtts. Slutinformationen kan innehålla ett felkontrollvärde, vilket används av enheten för att bekräfta att hela paketet har mottagits.
Steg-för-steg inkapslingsprocessen:
Steg 1: OSI-modellens applikations-, presentations- och sessionslager, eller TCP/IP-modellens applikationslager, tar emot användardata i form av dataströmmar. Data inkapslas sedan och vidarebefordras till nästa lager, d.v.s. transportlagret. Detta innebär dock inte att ett huvud eller slutinformation (trailer) nödvändigtvis läggs till data. Det är applikationsspecifikt och lägger endast till nödvändig information.
Steg 2: När data flyttas till transportlagret i både TCP/IP- och OSI-modellerna, delas den in i flera delar av lagret, med utgångspunkt i den dataström som kommer från de högre lagren. Detta lager utför datainkapsling genom att lägga till en lämplig rubrik till varje databit, som kallas segment. Den tillagda rubriken innehåller sekvensinformation, så att segmenten kan sättas ihop igen på mottagarsidan.
Steg 3: Nu går dataobjektet med tillagd rubrikinformation vidare till det efterföljande lagret som kallas nätverkslagret (OSI-modell) eller internetlager (TCP/IP-modell). Lagret tar segmenten från föregående lager och utför inkapsling genom att lägga till nödvändig routinginformation, för att säkerställa att datan levereras korrekt. Efter inkapsling blir data till ett datagram eller paket i detta lager.
Steg 4: Datapaketet flyttas nu till datalänkslagret i TCP/IP- eller OSI-modellen. Lagret tar paketet och kapslar in det genom att fästa ett huvud och en slutinformation. Rubriken innehåller växlingsinformation för att säkerställa att datan levereras korrekt till den mottagande hårdvarukomponenten. Slutinformationen innehåller data relaterad till feldetektering och -begränsning. I detta skede blir datan en ram, som går till det sista lagret.
Steg 5: Dataramen som kommer från datalänkslagret går nu till det fysiska lagret i TCP/IP- eller OSI-modellen. Lagret kapslar in det genom att omvandla data till bitar eller datasignaler.
Hur deinkapsling fungerar
Deinkapsling fungerar i omvänd ordning jämfört med inkapsling, från det fysiska lagret till applikationslagret i OSI- eller TCP/IP-modellen. All extra information som lagts till databiten under inkapslingen på sändarsidan tas bort under resan till mottagarsidan.
Här är steg-för-steg-processen för hur deinkapsling fungerar:
Steg 1: Den inkapslade datan i det fysiska lagret, som kallas bitar eller datasignaler, tas emot av lagret för att deinkapsla den. Datan blir nu en dataram, som vidarebefordras till det högre lagret eller datalänkslagret.
Steg 2: Datalänkslagret tar nu dessa dataramar och deinkapslar dem. Lagret kontrollerar också om dataramens rubrik är växlad till rätt hårdvara. Om dataramen motsvarar en felaktig destination kasseras den. Om destinationen är korrekt kommer lagret att kontrollera dataramens slutinformation.
Om fel upptäcks i slutinformationen eller data begärs återsändning av data. Om slutinformationen är korrekt deinkapslar lagret data för att forma ett datagram eller datapaket, som sedan vidarebefordras till det högre lagret.
Steg 3: Datapaketet som kommer från datalänkslagret går nu till internetlagret (TCP/IP-modell) eller nätverkslagret (OSI-modell). Lagret tar paketet för att deinkapsla det och forma ett datasegment.
Lagret kontrollerar paketets rubrik för routinginformation, för att avgöra om det har dirigerats till rätt destination. Om det inte är korrekt dirigerat kommer datapaketet att kasseras. Om routinginformationen är korrekt, kommer lagret att deinkapsla det och skicka det till det övre lagret, d.v.s. transportlagret.
Steg 4: Datasegmenten som kommer från internetlagret eller nätverkslagret går till transportlagret i både TCP/IP- och OSI-modellerna. Transportlagret tar segmenten och kontrollerar deras rubrikinformation. Därefter börjar segmenten återmonteras för att skapa dataströmmar, som sedan flyttas till det högre lagret.
Steg 5: Dataströmmar från transportlagret når applikationslagret i TCP/IP-modellen. I OSI-modellen når de sessionslagret, presentationslagret och slutligen applikationslagret. Lagren tar dataströmmarna och deinkapslar dem, medan endast applikationsspecifik data vidarebefordras till mottagarens dator eller applikationer.
Fördelar med inkapsling
Fördelarna med inkapsling i nätverk är följande:
#1. Datasäkerhet
Inkapsling bidrar till ökad datasäkerhet och integritet mot obehörig åtkomst. Dataskydd är av stor vikt i dagens läge. På så sätt kan onlinerisker såsom datastöld och attacker undvikas. Dessutom kan åtkomst ges till valfri användarnivå utan komplexitet.
#2. Tillförlitlig data
Inkapsling säkerställer integriteten hos kärndata, så att den inte kan manipuleras av någon klientkod. Den fastställer också om kärninformationen är synlig för externa objekt. Utan datainkapsling kan till och med en liten förändring i data orsaka skada på nätverket.
#3. Ytterligare funktioner och egenskaper
Vid inkapsling läggs data till i olika lager. Detta adderar fler funktioner och egenskaper till dataöverföringen mellan sändare och mottagare över ett nätverk. Dessa funktioner kan vara dataflödeskontroll, routing, feldetektering, datasekvensering med mera. Detta bidrar också till att dataöverföringen blir korrekt och effektiv.
#4. Effektiv kommunikation
Inkapsling och deinkapsling körs samtidigt i ett nätverk. Inkapsling sker på sändarsidan, medan deinkapsling sker på mottagarsidan. Detta gör kommunikationen mer effektiv, vilket är av stor betydelse för både mottagare och sändare.
#5. Enkelt underhåll
Fel kan uppstå när som helst av olika anledningar, vilket leder till avbrott i dataöverföringen mellan två ändpunkter. Men inkapsling hjälper till att säkra anslutningen och undviker manipulering av data. Därför förblir kärninformationen säker, vilket minskar risken för fel och främjar enkelt underhåll.
Slutsats
Datainkapsling och deinkapsling är viktiga aspekter inom nätverksteknik. Dessa tekniker säkerställer korrekt dataflöde inom nätverket med förbättrad datasäkerhet, integritet, tillförlitlighet och effektiv kommunikation.