A Блок данных протокола (PDU) представляет собой единую единицу информации. Сети передают этот блок между двумя одноранговыми объектами. Он существует на определенном уровне модели OSI. Блок данных протокола инкапсулирует данные и управляющую информацию. Эта инкапсуляция необходима для связи на своем уровне. Он трансформируется по мере прохождения через сетевой стек. Это обеспечивает успешную передачу данных по сетям.
Ключевые выводы
- A Блок данных протокола (PDU) — это единица данных. Он меняется на каждом уровне модели OSI.
- Прикладной уровень начинает путешествие данных. Он превращает пользовательские данные в первый PDU.
- Транспортный уровень использует сегменты для надежных данных. Он использует дейтаграммы для быстрой передачи данных.
- Сетевой уровень маршрутизирует данные по сетям. Он использует IP-адреса для поиска путей.
- Уровень канала передачи данных обеспечивает локальную доставку. Он использует MAC-адреса для устройств в одной сети.
- Физический уровень отправляет данные в виде битов. Эти биты становятся электрическими сигналами или световыми импульсами.
- Инкапсуляция добавляет информацию в ПДУ . Это происходит по мере перемещения данных вниз по слоям.
- Декапсуляция удаляет информацию из PDU. Это происходит по мере перемещения данных вверх по слоям.
Понимание блока данных протокола: послойное преобразование
Генезис единицы протокольных данных: прикладной уровень (уровень 7)
Путь данных по сети начинается на уровне приложений. Этот уровень напрямую взаимодействует с программными приложениями. Здесь пользователи инициируют действия, создавая исходные данные для передачи.
Пользовательские данные становятся исходной единицей данных протокола.
Когда пользователь отправляет электронное письмо, просматривает веб-сайт или передает файл, приложение генерирует необработанные данные. Эти необработанные данные становятся самой первой формой Блок данных протокола . Он представляет информацию, которую пользователь намеревается отправить. Например, в центре обработки данных сервер приложений может сгенерировать запрос к серверу базы данных. Этот запрос формирует начальный блок данных.
Примеры блоков данных протокола прикладного уровня
PDU прикладного уровня часто имеют значимые имена, связанные с их функциями.
- HTTP-данные : Когда веб-браузер запрашивает веб-страницу, HTTP-запрос сам по себе является PDU прикладного уровня.
- FTP-данные : Протокол передачи файлов использует PDU для управления загрузкой и выгрузкой файлов.
- SMTP-данные : Почтовые клиенты отправляют и получают электронные письма с помощью SMTP PDU.
Форматирование блока данных протокола: уровень представления (уровень 6)
Уровень представления гарантирует, что данные с уровня приложений находятся в формате, понятном принимающей системе. Он выполняет роль переводчика.
Преобразование блоков данных протокола для обеспечения совместимости
Разные системы используют разные форматы данных. Уровень представления преобразует блок данных протокола для обеспечения совместимости. Эта трансформация позволяет различным системам эффективно взаимодействовать. Общие форматы данных, используемые для этой цели, включают::
- ЭДИФАКТ
- JSON
- XML
- Буферы протоколов
Шифрование, сжатие и представление данных
Этот уровень также обрабатывает такие важные службы, как шифрование и сжатие. Алгоритмы сжатия данных уменьшают размер передаваемых данных . Это напрямую уменьшает размер PDU, что приводит к улучшению использования полосы пропускания и сокращению времени передачи. И наоборот, шифрование преобразует открытый текст в зашифрованный текст. Этот процесс по своей сути не меняет размер PDU. Однако это приводит к накладным расходам на обработку из-за дополнительных ресурсов ЦП и памяти, необходимых для математических алгоритмов и управления ключами. Эти накладные расходы могут привести к увеличению задержки, особенно для сложных преобразований.
Управление разговором: сеансовый уровень (уровень 5)
Сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы связи между приложениями. Это обеспечивает упорядоченный обмен данными.
Блок данных протокола с информацией управления сеансом
PDU на этом уровне включает в себя информацию управления сеансом. Эта информация помогает управлять диалогом между двумя взаимодействующими приложениями. Это гарантирует, что разговор пройдет гладко.
Создание, управление и завершение сеансов
Сеансовый уровень использует стандартные механизмы управления сеансом.
- Диалоговое управление : Этот механизм определяет, какая сторона может передавать данные в любой момент времени. Он управляет очередями между взаимодействующими сторонами, чтобы обеспечить упорядоченный обмен данными.
- Синхронизация : Это предполагает создание точек координации или контрольных точек в рамках диалога для целей восстановления. В случае сбоя сеанса связь может возобновиться с последней точки синхронизации вместо перезапуска с самого начала. Это жизненно важно для больших передач, таких как резервное копирование больших баз данных в центре обработки данных.
- Управление токенами : Этот механизм использует токены управления, передаваемые между приложениями, для поддержания упорядоченного обмена данными. Приложению, владеющему токеном, предоставляется разрешение на передачу данных, что предотвращает конфликты и обеспечивает организованный поток данных.
Блок данных протокола транспортного уровня: сегменты и дейтаграммы
Транспортный уровень действует как важный мост. Он берет данные с сеансового уровня и подготавливает их для передачи по сети. Этот уровень сегментирует данные на более мелкие управляемые единицы. Он также добавляет информацию для надежной доставки или быстрой передачи без установления соединения. Результирующими единицами являются либо сегменты (для TCP), либо дейтаграммы (для UDP).
Блок данных протокола как сегмент (TCP)
Протокол управления передачей (TCP) обеспечивает надежную, упорядоченную и проверенную на ошибки доставку потока байтов. Это гарантирует, что данные дойдут до места назначения полностью и правильно.
Добавление номеров портов и информации о последовательности
Сегменты TCP содержат важную информацию для правильной доставки. Они добавляют номера портов. Эти числа идентифицируют конкретный процесс приложения на целевом хосте. Например, веб-сервер в центре обработки данных прослушивает порт 80 на предмет HTTP-запросов. TCP также присваивает порядковые номера каждому байту данных. Эти числа позволяют принимающей системе собрать данные в правильном порядке. Это обеспечивает целостность исходного сообщения. Минимальный размер TCP-заголовка составляет 20 байт . Эти 20-байтовые издержки добавляются TCP на транспортном уровне для каждого блока данных.
Обеспечение надежной доставки данных
TCP использует несколько механизмов, гарантирующих надежную доставку данных.:
- Пакеты подтверждения (ACK) : Получатель отправляет ACK для каждого успешно полученного пакета. Этот ACK содержит порядковый номер следующего ожидаемого байта. Это позволяет отправителю отслеживать полученные пакеты.
- Ретрансляция : Если подтверждение не приходит в течение заданного времени ожидания, отправитель повторно передает отсутствующий пакет. Это гарантирует доставку всех данных даже при проблемах с сетью.
- Порядковые номера : Каждый байт в сегменте TCP имеет уникальный порядковый номер. Это позволяет приемнику собрать данные в правильном порядке. Это происходит, даже если пакеты поступают не по порядку, сохраняя целостность данных и предотвращая потерю или дублирование.
- Обнаружение ошибок (контрольные суммы) : TCP использует контрольные суммы для идентификации поврежденных сегментов во время передачи. Поврежденные сегменты отбрасываются, что приводит к повторной передаче.
- Гарантированная доставка : Система подтверждения и повторной передачи гарантирует, что все данные дойдут до места назначения. Альтернативно отправитель получает уведомление о постоянном сбое.
- Предотвращение дублирования : Порядковые номера позволяют получателям идентифицировать и удалять повторяющиеся сегменты. Они могут возникнуть из-за задержек в сети или повторной передачи.
Блок данных протокола как дейтаграмма (UDP)
Протокол пользовательских дейтаграмм (UDP) предлагает более простой сервис без установления соединения. Он отдает предпочтение скорости над надежностью.
Приоритет скорости над надежностью
UDP не устанавливает соединение перед отправкой данных. Это также не гарантирует доставку или заказ. Это делает его быстрее и эффективнее для определенных приложений. UDP — идеальный протокол для сетевых приложений, где воспринимаемая задержка имеет решающее значение. Сюда входят игры, голосовая и видеосвязь. Эти приложения могут допустить некоторую потерю данных, не оказывая существенного влияния на воспринимаемое качество. UDP ускоряет передачу, позволяя передавать данные до того, как принимающая сторона предоставит соглашение. Это делает его полезным для связи, чувствительной ко времени.
Рассмотрим эти конкретные случаи использования, когда преимущество скорости UDP имеет решающее значение.:
- Потоковое видео (например, YouTube, Netflix) : UDP предпочтительнее, поскольку лучше отбросить один кадр, чем приостанавливать поток для повторной передачи. Пользователи могут заметить лишь незначительный сбой.
- Онлайн-игры : Преимущества UDP, поскольку получение слегка устаревшей информации лучше, чем идеальная информация, поступающая слишком поздно.
- Потоковое видео в реальном времени (включая VoIP и видеоконференции) : Выгоды от более низких накладных расходов UDP и устойчивости к потере пакетов, что снижает задержку.
- Система доменных имен (DNS) : Обычно использует UDP для быстрых и легких запросов.
- Устройства Интернета вещей (IoT): часто используют UDP для отправки небольших пакетов данных.
Связь без установления соединения
Характер UDP без установления соединения означает, что он отправляет датаграммы без предварительной настройки. Он не хранит государственную информацию о связи. Это снижает накладные расходы и задержку. Каждая дейтаграмма представляет собой независимую единицу данных протокола. Отправитель просто передает его адресату. Получатель обрабатывает его по прибытии. Это делает UDP подходящим для приложений, где допустима случайная потеря данных.
Маршрутизация блока данных протокола: сетевой уровень (уровень 3)
Сетевой уровень берет на себя важную задачу маршрутизации данных между различными сетями. На этом этапе Блок данных протокола трансформируется в «пакет». Этот уровень обеспечивает перемещение пакетов от хоста-источника к хосту-получателю, даже если они находятся в географически разных сетях.
Блок данных протокола как пакет
Логическая адресация для глобального охвата
Сетевой уровень вводит логическую адресацию, в основном через IP-адреса (Интернет-протокол). Эти адреса обеспечивают иерархическую структуру, позволяющую устройствам взаимодействовать глобально. Например, сервер в центре обработки данных использует свой IP-адрес для отправки данных клиенту через Интернет.
IP-адреса имеют иерархическую структуру. Они состоят из сетевой части и хостовой части. . Эта структура идентифицирует хосты в определенных сетях. Первоначально IP-адреса были разделены на разные классы (класс A, B, C) в пределах 32-битной длины адреса. Бесклассовая междоменная маршрутизация (CIDR) позже улучшила использование 32-битного адресного пространства IPv4. . CIDR позволяет использовать сети произвольного размера и опирается на сетевые префиксы. Адреса IPv6 имеют длину 128 бит, что значительно расширяет адресное пространство примерно до 3,4 × 10 ^ 38 уникальных идентификаторов. Это решает проблему исчерпания IPv4. IPv4 с его 32-битным адресным пространством поддерживает около 4,3 миллиарда уникальных адресов. Этого оказалось недостаточно для современного роста Интернета. Диапазоны частных адресов и преобразование сетевых адресов (NAT) смягчают этот дефицит.
Как пакеты находят путь в сетях
Маршрутизаторы работают на сетевом уровне. Они проверяют IP-адрес назначения в каждом пакете. Затем маршрутизаторы используют таблицы маршрутизации для определения наилучшего пути доставки пакета к месту назначения. Этот процесс позволяет пакетам проходить через несколько сетей, пересекать континенты или соединяться с разными центрами обработки данных.
Сетевой PDU Размеры (полезной нагрузки) для обычного интернет-трафика различаются:
| Часть рамы | Минимальный размер (байты) | Максимальный размер (байты) |
|---|---|---|
| Сетевой PDU (полезная нагрузка) | 46 | 1,500 |
Типичные размеры PDU (пакетов) сетевого уровня для общего интернет-трафика, представленные полезной нагрузкой кадра Ethernet, варьируются от минимума От 46 байт до максимум 1500 байт . Минимальная полезная нагрузка 46 байт основана на времени слота Ethernet, а максимальная полезная нагрузка 1500 байт является стандартной, без учета более крупных «Jumbo-кадров».
Роль IP в маршрутизации блоков данных протокола
IP-адреса источника и назначения
Каждый пакет содержит как IP-адрес источника, так и IP-адрес назначения. IP-адрес источника идентифицирует отправителя, а IP-адрес назначения указывает предполагаемого получателя. Маршрутизаторы используют эти адреса для принятия решений о пересылке. Они направляют пакет шаг за шагом, пока он не достигнет конечного пункта назначения.
Фрагментация и повторная сборка блоков данных протокола
Иногда пакет слишком велик для определенного сетевого канала. Это происходит, когда размер пакета превышает максимальную единицу передачи (MTU) этого канала. Когда это произойдет, Фрагментация IP разбивает пакет на более мелкие части. .
Фрагментация IP — это процесс Интернет-протокола, при котором пакеты разбиваются на более мелкие фрагменты. Это происходит, когда исходный размер пакета превышает максимальную единицу передачи (MTU) канала, через который он должен пройти. Это позволяет полученным более мелким частям пересекать эту ссылку. В IPv4, если маршрутизатор получает сетевой пакет, размер которого превышает MTU следующего перехода, у него есть два варианта. Он может либо отбросить пакет, либо отправить ICMP-сообщение «Необходима фрагментация», если установлен флаг «Не фрагментировать» (DF). В качестве альтернативы он может фрагментировать пакет и отправить его по каналу с меньшим MTU.
Фрагментация может привести к увеличению накладных расходов и задержек. Хост-получатель должен собрать все фрагменты, чтобы восстановить исходный пакет. Этот процесс имеет решающее значение для обеспечения доставки данных через различные сетевые инфраструктуры, включая различные туннели WAN или VPN, соединяющие центры обработки данных.
Локальная доставка блока данных протокола: уровень канала передачи данных (уровень 2)
Сетевой уровень маршрутизирует пакеты по разным сетям. Затем уровень канала передачи данных берет на себя локальную доставку. Этот уровень обеспечивает надежную передачу данных между напрямую подключенными устройствами. Он преобразует пакет сетевого уровня в «кадр."
Блок данных протокола как кадр
На уровне канала передачи данных Блок данных протокола становится рамкой. Этот кадр подготавливает данные для физической передачи через сегмент локальной сети. Например, кадр Ethernet инкапсулирует IP-пакет в качестве полезной нагрузки. Он включает в себя определенные заголовки, трейлер, а также адреса управления доступом к среде передачи (MAC) источника и назначения. Эти MAC-адреса идентифицируют сетевые интерфейсные карты (NIC) взаимодействующих устройств, таких как сервер и ближайший маршрутизатор в центре обработки данных. Сети Wi-Fi также используют кадры, классифицируя их по управление, контроль и кадры данных . Размер базового кадра Ethernet составляет 1518 байт. Более поздний стандарт увеличил размер кадра Ethernet до 2000 байт. Форматы кадров обычно поддерживают кадры переменной длины, верхний предел которых известен как максимальная единица передачи (MTU).
Физическая адресация с помощью MAC-адресов
MAC-адреса обеспечивают физическую адресацию. Каждая сетевая карта имеет уникальный MAC-адрес. Этот адрес позволяет устройствам в одном и том же сегменте локальной сети взаимодействовать напрямую. Маршрутизаторы используют MAC-адреса для пересылки кадров на нужное устройство в локальной сети.
Механизмы обнаружения и исправления ошибок
Уровень канала передачи данных обеспечивает целостность данных во время локальной передачи. Последовательность проверки кадра (FCS) обеспечивает обнаружение ошибок с помощью проверки циклическим избыточным кодом (CRC). Отправитель вычисляет контрольную сумму на основе содержимого кадра. Он включает эту контрольную сумму в трейлер. Приемник пересчитывает контрольную сумму и сравнивает ее с полученной FCS. Если контрольные суммы совпадают, скорее всего, кадр доставлен без ошибок. Если они различаются, получатель отбрасывает поврежденный кадр. Другие методы обнаружения ошибок включают биты четности и контрольные суммы. Методы исправления ошибок, такие как прямое исправление ошибок, позволяют получателю исправлять ошибки без повторной передачи.
Создание блока данных протокола для сетевой передачи
Разделители начального и конечного кадра
В начале и конце кадра используются определенные битовые комбинации. Они известны как разделители кадров. Они помогают принимающему устройству определить, где начинается и заканчивается кадр. Это гарантирует, что получатель правильно интерпретирует данные в кадре.
Управление потоком на уровне канала передачи данных
Управление потоком не позволяет быстрому отправителю подавлять более медленного получателя. Это обеспечивает эффективную передачу данных. Протокол «остановись и подожди» является фундаментальным механизмом. Отправитель передает один кадр и ждет подтверждения от получателя, прежде чем отправить следующий. Протокол скользящего окна — это расширенная версия. Это повышает эффективность передачи данных, позволяя отправлять несколько кадров до получения подтверждений. Это сокращает время простоя и оптимизирует использование сети.
Блок данных физического протокола: биты в проводе (уровень 1)
Путешествие Блок данных протокола достигает кульминации на физическом уровне. Этот уровень представляет собой фактическую передачу битов необработанных данных по физической среде. Он преобразует кадр уровня канала передачи данных в электрические сигналы, световые импульсы или радиоволны.
Преобразование блока данных протокола в биты
Преобразование кадров в электрические сигналы или световые импульсы
На этом фундаментальном уровне кадр уровня 2 преобразуется в поток битов. Эти биты затем преобразуются в физический сигнал. Например, сетевая карта (NIC) на сервере центра обработки данных преобразует цифровые данные в электрические сигналы для передачи по медным кабелям. Каждый бит представляет определенный уровень напряжения. Альтернативно, для оптоволоконных кабелей данные передаются в виде световых импульсов. Беспроводные среды, такие как Wi-Fi, передают данные посредством радиоволн. Инженеры используют различные методы модуляции для оптимизации пропускной способности и скорости передачи данных. К ним относятся Квадратурная амплитудная модуляция (QAM), фазовая манипуляция (PSK) и частотная манипуляция (FSK) . Например, в старых модемных технологиях один бит представлял звук, а нулевой бит представлял тишину (АМ-модуляция). FSK использовала высокий звук для одного бита и низкий звук для нулевого бита. Фазовое кодирование использует фазу сигнала, позволяя каждому боду кодировать несколько битов. Современные модемы часто комбинируют эти методы для достижения более высоких скоростей.
Необработанная среда передачи
Физический уровень использует различные среды передачи. К ним относятся Кабели Ethernet, радиоволны Wi-Fi и USB-соединения . Эти носители переносят преобразованные сигналы. Физический уровень отвечает за фактическую передачу битов необработанных данных по этой физической среде. Он управляет физическими характеристиками среды передачи. Сюда входят уровни напряжения, время изменений и физические разъемы.
Невидимое путешествие блока данных физического протокола
Методы кодирования и декодирования
Методы кодирования имеют решающее значение для надежной передачи данных. Они преобразуют цифровые данные в формат, подходящий для физического носителя. Например, линейное кодирование преобразует данные в электрические колебания . Этот процесс обеспечивает эффективный поток данных. Затем приемник декодирует эти сигналы обратно в цифровые биты. Это обеспечивает целостность передаваемых данных.
Синхронизация битовых потоков
Синхронизация жизненно важна на физическом уровне. Это гарантирует, что получатель правильно интерпретирует входящий поток битов. Битовая синхронизация достигается с помощью стандартных тактовых импульсов. . Один край отправляет данные, а задержанный край их получает. Общие часы часто управляют обоими интерфейсами. Синхронизация физического уровня — это фундаментальный метод синхронизации частот в сетях. Он обычно использует восстановление тактовой частоты физического уровня как в традиционных, так и в современных цифровых транспортных системах. Механизмы восстановления тактовой частоты извлекать информацию о синхронизации непосредственно из полученного сигнала. Некоторые методы кодирования интегрируют тактовые сигналы в сам поток данных. Другие системы передают тактовые сигналы независимо вместе с данными. Битовые комбинации преамбулы также используются для синхронизации кадров. Эти специальные шаблоны помогают приемникам фиксироваться на входящих сигналах и устанавливать правильную синхронизацию.
Процесс инкапсуляции: как блок данных протокола спускается по стеку
Путь блока данных протокола (PDU) с прикладного уровня на физический уровень включает в себя важнейший процесс, называемый инкапсуляцией. Этот процесс подготавливает данные для их возможной передачи по сети.
Добавление заголовков и трейлеров к блоку данных протокола
По мере перемещения PDU вниз по стеку OSI каждый уровень добавляет свой собственный контрольная информация . Эта информация обеспечивает правильную обработку и доставку на этом конкретном уровне.
Информация, специфичная для слоя, добавляется на каждом этапе
Каждый уровень добавляет заголовок к PDU, который он получает от уровня выше. Иногда слой также добавляет трейлер. Эти дополнения содержат жизненно важные инструкции для однорангового уровня на принимающей стороне. Например, транспортный уровень добавляет номера портов для идентификации приложения. Сетевой уровень добавляет IP-адреса для маршрутизации. Уровень канала передачи данных добавляет MAC-адреса для локальной доставки. Такое систематическое добавление информации гарантирует, что каждый уровень правильно выполняет свою функцию.
«Обертка» данных по мере их нисхождения
Инкапсуляцию можно представить как процесс «обертывания». PDU прикладного уровня становится полезной нагрузкой для уровня представления. Затем уровень представления добавляет свой заголовок, создавая новый PDU. Этот новый PDU затем становится полезной нагрузкой для сеансового уровня и так далее. Каждый уровень эффективно оборачивает PDU верхнего уровня своей собственной управляющей информацией. Это создает вложенную структуру, очень похожую на русскую матрешку, где PDU каждого слоя содержит PDU из слоя выше.
Совокупное воздействие на блок данных протокола
Инкапсуляция оказывает прямое влияние на размер и целостность блока данных протокола. Каждый добавленный заголовок или трейлер увеличивает общий размер.
Увеличение размера с увеличением накладных расходов каждого слоя
Поскольку каждый уровень добавляет свой заголовок, а иногда и трейлер, размер PDU увеличивается. Этот совокупный эффект означает, что PDU становится больше по мере спуска по стеку. Например, инкапсуляция IPSec обычно увеличивает размер пакета на 40–60 байт на пакет . Это увеличение происходит за счет добавления нового заголовка IP, заголовков безопасности, таких как ESP или AH, и заполнения алгоритмов шифрования. В худшем случае, например, при использовании AES-CBC и HMAC-SHA1-96 в туннельном режиме ESP, инкапсуляция IPSec может привести к тому, что общие накладные расходы будут приближаться к 73 байта . Эти издержки включают в себя туннельные IP-заголовки, заголовки ESP, векторы инициализации, заполнение, поля концевика и значения проверки целостности. Например, 31-байтовый пакет IPv4 с открытым текстом может стать 104 байтом после инкапсуляции ESP с 73 байтами служебных данных. Эти накладные расходы являются необходимыми затратами на функциональность и безопасность сети.
Поддержание целостности данных во время инкапсуляции
Несмотря на увеличение размера, процесс инкапсуляции также включает в себя механизмы поддержания целостности данных. PDU включают специальные поля для обнаружения и исправления ошибок. . Трейлеры, особенно на уровне канала передачи данных, часто содержат информацию для проверки ошибок, например Данные циклического избыточного кода (CRC) или последовательности проверки кадра (FCS) . Эти методы включают генерацию значения на основе содержимого данных. Отправитель включает это значение в данные. Приемное устройство пересчитывает и сравнивает это значение. Несоответствие указывает на ошибку, которая потенциально может привести к повторной передаче. Заголовки также содержат управляющую информацию, такую как последовательность и флаги. Эти функции помогают обнаруживать и исправлять ошибки, обеспечивая доставку полезной нагрузки в целости и сохранности. в пункте назначения.
Процесс декапсуляции: как блок данных протокола поднимается по стеку
После Блок данных протокола (PDU) завершает свой путь по сети и достигает устройства назначения. Здесь начинается процесс декапсуляции. Этот процесс отменяет инкапсуляцию, позволяя принимающему устройству извлечь исходные данные. Каждый уровень на принимающей стороне обрабатывает PDU, удаляя его конкретную управляющую информацию.
Удаление заголовков и трейлеров из блока данных протокола
Декапсуляция систематически разворачивает данные. Каждый уровень удаляет заголовок и трейлер, добавленные его одноранговым уровнем на отправляющем устройстве.
Развертывание данных по мере их восхождения
По мере того как PDU поднимается по стеку OSI, каждый уровень удаляет управляющую информацию, соответствующую его функции. Эта развертка показывает PDU нижнего уровня. Например, когда кадр поступает на уровень канала передачи данных, он удаляет заголовок и концевик уровня 2, включая последовательность проверки кадра. Затем сетевой уровень обрабатывает полученный пакет, удаляя IP-заголовок. Наконец, транспортный уровень удаляет заголовок TCP. Верхние уровни (сеанс, презентация и приложение) не удаляют дальнейшие заголовки или трейлеры. Они просто обрабатывают полученные данные. Такое систематическое удаление гарантирует, что исходные данные приложения останутся нетронутыми.
| Уровень OSI | Заголовок/трейлер удален. |
|---|---|
| Канальный уровень передачи данных | Заголовок и трейлер уровня 2 (включая последовательность проверки кадра) |
| Сетевой уровень | IP-заголовок |
| Транспортный уровень | TCP-заголовок |
| Верхние уровни (сеанс, презентация, приложение) | Дальнейшие заголовки и трейлеры не удалены. |
Верификация и проверка ошибок на каждом уровне
Каждый уровень выполняет важную проверку и проверку ошибок во время декапсуляции. Это обеспечивает целостность данных и правильную обработку. На физическом уровне устройства обнаруживают такие проблемы, как Ошибки декодирования 8B/10B или потеря сигнала (LOS) . Эти сигналы тревоги указывают на проблемы с необработанным битовым потоком. Уровень канала передачи данных использует проверку циклическим избыточным кодом (CRC) в конце кадра для выявления поврежденных кадров. Он отбрасывает любой кадр, который не проходит эту проверку. Он также проверяет MAC-адреса на корректность локальной доставки.
Сетевой уровень уменьшает поле «Время жизни» (TTL). Если TTL достигает нуля, пакет отбрасывается, предотвращая бесконечные циклы. Он также проверяет контрольную сумму заголовка для обнаружения повреждений в заголовке IPv4. Недействительные пакеты отбрасываются. Фрагментация обнаруживается путем проверки определенных полей в заголовках IPv4. На транспортном уровне для TCP-пакетов система проверяет порядковые номера, номера подтверждения и размеры окон . Обработка UDP включает базовую проверку заголовка. Каждый уровень проверяет свой заголовок и полезную нагрузку, используя контрольные суммы или другие методы проверки. Он отбрасывает пакеты, не прошедшие проверку, и может отправлять уведомления об ошибках.
Реконструкция исходного блока данных протокола
После успешной проверки и удаления всей информации, относящейся к слою, система восстанавливает исходные данные.
Доставка данных в нужное приложение
процесс декапсуляции в конечном итоге доставляет исходные данные в предполагаемое приложение. . PDU или сегменты транспортного уровня содержат номера портов источника и назначения. Эти цифры имеют решающее значение для идентификации конкретных приложений отправки и получения. Заголовки, неотъемлемые компоненты PDU, несут управляющую информацию, такую как адреса источника и назначения, коды проверки ошибок и детали последовательности. Это обеспечивает правильный порядок данных. Процесс декапсуляции на целевом устройстве включает удаление заголовков и концевиков, добавленных каждым уровнем. Это доставляет исходные данные в нужное приложение.
Окончательная форма блока данных протокола прикладного уровня
Как только транспортный уровень передает данные на сеансовый уровень, а затем через уровень представления, PDU наконец возвращается к своей исходной форме. Он становится PDU прикладного уровня. Это данные, которые изначально отправил пользователь или приложение. Например, сообщение электронной почты или содержимое веб-страницы, теперь полностью восстановленное, доставляются в почтовый клиент или веб-браузер. Работа PDU завершается успешной доставкой данных приложения.
Путь протокольного блока данных от данных приложения до битов в проводе демонстрирует мощь модели OSI. Преобразование каждого уровня жизненно важно для успешной и надежной передачи данных в сложных сетях. Этот систематический процесс обеспечивает целостность данных и правильную доставку.
Понимание PDU имеет решающее значение для сетевых профессионалов и энтузиастов. . Им это помогает устранять проблемы, такие как потеря пакетов в центрах обработки данных, путем анализа порядковых номеров. . Эти знания также помогают отслеживать трафик и обнаруживать аномалии. Модульность и эффективность модели OSI, обеспечиваемые этими преобразованиями PDU, обеспечивают надежные и адаптируемые сетевые операции.
Часто задаваемые вопросы
Что такое протокольный блок данных (PDU)?
PDU — это единица данных передаются между одноранговыми уровнями в модели OSI. Он содержит данные и управляющую информацию. Каждый уровень преобразует PDU, добавляя определенные детали для связи.
Почему PDU меняет свое имя на разных уровнях OSI?
PDU меняет свое имя, чтобы отразить управляющую информацию, добавленную или удаленную на каждом уровне. Это помогает определить его конкретную форму и функцию внутри этого слоя. Например, это сегмент на транспортном уровне.
Что такое инкапсуляция в контексте PDU?
Инкапсуляция — это процесс, в котором каждый уровень OSI добавляет свой собственный заголовок (а иногда и трейлер) к PDU, полученному от вышележащего уровня. Это «обертывает» данные управляющей информацией, специфичной для уровня, по мере их спуска по стеку.
Как работает декапсуляция?
Декапсуляция является обратной инкапсуляцией. По мере того, как PDU поднимается по стеку OSI на принимающем устройстве, каждый уровень удаляет свой конкретный заголовок и трейлер. При этом исходные данные приложения разворачиваются для доставки.
В чем основное различие между сегментом TCP и дейтаграммой UDP?
Сегмент TCP обеспечивает надежную упорядоченную доставку с проверкой ошибок и подтверждениями. Датаграмма UDP отдает приоритет скорости над надежностью, обеспечивая более быструю передачу без установления соединения и без каких-либо гарантий.
Чем отличаются IP-адреса и MAC-адреса при маршрутизации PDU?
IP-адреса обеспечивают логическую адресацию для глобальной маршрутизации между сетями. MAC-адреса обеспечивают физическую адресацию для локальной доставки между устройствами в одном сегменте сети. Маршрутизаторы используют оба.
Почему проверка ошибок важна для PDU?
Проверка ошибок обеспечивает целостность данных во время передачи. Такие механизмы, как контрольные суммы и CRC, обнаруживают поврежденные данные. Это приводит к повторной передаче или удалению неисправных PDU, гарантируя точность доставленной информации.
Что происходит с PDU на физическом уровне?
На физическом уровне PDU преобразуется в необработанные биты. Эти биты преобразуются в электрические сигналы, световые импульсы или радиоволны. Затем физическая среда передает эти сигналы по сети.