ネットワークのカプセル化はどのように機能しますか?

ネットワーキングにおけるデータのカプセル化は、送信元コンピューターと宛先コンピューター間の効果的な通信を可能にする上で重要な役割を果たします。

また、その逆のプロセスであるカプセル化解除も、同じ目的のために不可欠です。 これら 2 つのプロセスは同時に機能し、ネットワーク上での適切な通信とデータ フローを保証します。

ユーザーがコンピューター上のデータにアクセスしたい場合、キーワードをいくつか入力するだけで、結果がすぐに表示されます。

しかし、舞台裏では多くのことが並外れたスピードで進行しています。 ネットワークとそのコンポーネントは、ユーザーが要求した情報を取得するために忙しくしています。

しかし、ほとんどの人は、自分の仕事を遂行するためにバックグラウンドで動作しているメカニズムについてほとんど知りません。 実際、ネットワーク、コンポーネント、および関連する概念は、現代のユーザーの日常生活において重要な役割を果たしています。

この記事では、ネットワークの概念に近づくために、カプセル化とカプセル化解除について説明します。

さぁ、始めよう！

データのカプセル化とカプセル化解除とは?

データのカプセル化: ネットワーキングでは、データのカプセル化とは、OSI または TCP/IP ネットワーク モデルで送信元から送信先に移動するときに、追加機能を提供するためにデータ項目に情報を追加することを意味します。

データのカプセル化により、プロトコル情報がデータのヘッダーまたはフッターに追加され、データ伝送が適切に実行されます。 アプリケーション層から物理層まで、送信者側で行われます。 ここで、各レイヤーは前のレイヤーからカプセル化された情報を受け取り、さらにデータを追加してさらにカプセル化し、次のレイヤーに送信します。

このプロセスには、エラー検出、データ シーケンス、輻輳制御、フロー制御、ルーティング データなどが含まれる場合があります。

データのカプセル化解除: これは、データのカプセル化の逆です。 カプセル化されたデータは、元の情報を取得するために受信側の物理層からアプリケーション層に移動するときに、受信データから削除されます。

このプロセスは、送信側のカプセル化されたレイヤーと同じレイヤーで発生します。 新たに追加されたヘッダーおよびトレーラ情報は、データから削除されます。

最終的に、データは各レイヤーの送信側でカプセル化され、TCP/IP または OSI ネットワーク モデルの同じレイヤーで受信側でカプセル化が解除されます。

プロトコル データ ユニット (PDU) とは何ですか?

プロトコル データ ユニット (PDU) は、データ転送中に OSI または TCP/IP モデルのすべての層でデータ項目に添付される制御データを指します。 この情報は、データ項目のフィールド ヘッダーに追加されますが、末尾またはトレーラーに追加されます。

そのため、ネットワーク モデルの各層は PDU を利用して、隣接する層と対話し、データを交換します。 これらの PDU は、各レイヤーでデータに追加することでカプセル化されます。 各 PDU には、含まれるデータに基づいて名前が付けられます。 宛先にある隣接レイヤーは、データが削除されて次のレイヤーに渡される前に、データを読み取ることしかできません。

OSI モデルの PDU

前述のように、各 OSI モデル層の PDU には名前が付けられます。 実際、下の表に示すように、さまざまなモデルのさまざまなレイヤーにカプセル化されたデータに対してさまざまな用語が使用されています。

TCP/IP ネットワークのアプリケーション層と、OSI モデルのアプリケーション層、プレゼンテーション層、およびセッション層では、単に「データ」と呼ばれますが、両方のモデルの他の層では異なります。

それらを 1 つずつ詳細に理解し、ネットワーキングにおけるそれらの重要性を理解しましょう。

トランスポート層 PDU

トランスポート層では、プロトコルのデータ単位を「セグメント」と呼びます。 レイヤーはヘッダーを作成し、それをデータに添付します。 ここで、データユニットには、リモートホストがすべてのデータピースを再構成するために使用するデータが含まれます。

そのため、トランスポート層でデータを含むヘッダーはセグメントと呼ばれ、層が次の層 (ネットワーク層) に転送してさらに処理します。

ネットワーク層 PDU

ネットワーク層の PDU を「パケット」と呼びます。 ネットワーク層は、トランスポート層から受信するすべてのセグメントに対して同様にヘッダーを作成します。 ヘッダーには、ルーティングとアドレス指定に関するデータが含まれます。

ネットワーク層がヘッダーを作成した後、それをセグメントに添付します。 ここでデータ項目がパケットになり、パケットは次の層に移動します。

データリンク層 PDU

この層では、PDU は「フレーム」として知られています。 データ リンク層は、前の層からパケットを受信し、受信した各パケットのヘッダーとトレーラーを作成します。 このヘッダーには、送信元コンピューターのアドレス、宛先コンピューターのアドレスなどの切り替えデータが含まれます。一方、トレーラーには、破損したデータ パッケージに関するデータが含まれます。

データ リンク層は、ヘッダーとトレーラ情報をパケットに添付します。 これは、データ ユニットが次の層 (物理層) に送信されるフレームになるときです。

物理層 PDU

物理層の PDU は「ビット」と呼ばれます。 物理層は、前の層からフレームを取得し、伝送メディアで搬送可能な形式に変換します。 ビットはこの形式に他なりません。

カプセル化の仕組み

カプセル化は、データまたはパケットの開始位置と終了位置で発生します。 冒頭部分がヘッダーで、最後がトレーラーです。 そして、そのヘッダーとトレーラーの間のデータをペイロードと呼ぶことができます。

パケットのヘッダーには、最初のバイトにデータが含まれており、パケットの先頭をマークし、伝達された情報を識別します。 ここで、パケットは送信元コンピューターから宛先コンピューターに移動します。 また、すべてのプロトコルには明確な形式があるため、ヘッダーには使用されるプロトコルに基づくデータが含まれます。

さらに、パケットのトレーラは、パケットの最後に到達した受信側コンピュータを指しています。 デバイスが完全なパケットを受信したかどうかを確認するために使用するエラーチェック値を持つ場合があります。

ステップバイステップのカプセル化プロセス:

ステップ 1 : OSI モデルのアプリケーション、プレゼンテーション、およびセッション層、または TCP/IP モデルのアプリケーション層は、ユーザーのデータをデータ ストリームとして受け取ります。 次に、データをカプセル化し、次の層、つまりトランスポート層に転送します。 ただし、これは必ずしもこのデータにヘッダーまたはフッターを追加するという意味ではありません。 これはアプリケーション固有であり、必要なヘッダーまたはフッターのみを追加します。

ステップ 2 : データが TCP/IP モデルと OSI モデルの両方でトランスポート層に移動すると、層は上位層からのデータ ストリームを使用して、それを多くの部分に分割します。 このレイヤーは、セグメントと呼ばれる各データに適切なヘッダーを追加することで、データのカプセル化を実行します。 追加されたヘッダーにはシーケンス情報が含まれているため、セグメントは受信側で再構成されます。

ステップ 3:ここで、ヘッダー情報が追加されたデータ項目は、ネットワーク層 (OSI モデル) またはインターネット層 (TCP/IP モデル) と呼ばれる次の層に移動します。 このレイヤーは、前のレイヤーからセグメントを取得し、必要なルーティング情報を追加してカプセル化を実行し、データが適切に配信されるようにします。 カプセル化後、データはこの層でデータグラムまたはパケットになります。

ステップ 4 : データ パケットは、TCP/IP または OSI モデルのデータ リンク層に移動します。 レイヤーはパケットを取得し、ヘッダーとフッターを添付してカプセル化します。 この時点で、ヘッダーにはスイッチング情報が含まれ、データが受信側のハードウェア コンポーネントに適切に配信されるようになります。 対照的に、トレーラーにはエラーの検出と軽減に関連するデータが含まれます。 この段階で、データはフレームになり、最終レイヤーに進みます。

ステップ 5:データ リンク層からのデータ フレームは、TCP/IP または OSI モデルの物理層に送られます。 レイヤーは、データをビットまたはデータ信号に変換してカプセル化します。

カプセル化解除の仕組み

カプセル化解除は、OSI または TCP/IP モデルの物理層からアプリケーション層まで、カプセル化の逆の順序で機能します。 送信側でのカプセル化中にデータに追加されたすべての追加情報は、受信側に移動するときに削除されます。

カプセル化解除の仕組みの段階的なプロセスは次のとおりです。

ステップ 1 : 物理層でカプセル化されたデータ (ビットまたはデータ信号と呼ばれる) は、層によって取得され、カプセル化が解除されます。 データはデータ フレームになり、上位層またはデータ リンク層に転送されます。

ステップ 2 : データ リンク レイヤーは、これらのデータ フレームを受け取り、カプセル化を解除します。 このレイヤーは、データ フレームのヘッダーが適切なハードウェアに切り替えられているかどうかも確認します。 データ フレームが間違った、または誤った宛先に対応する場合、そのデータ フレームは破棄されます。 しかし、それは正しいです。レイヤーはデータ フレームのトレーラの情報をチェックします。

トレーラーまたはデータにエラーが見つかると、データの再送信を要求します。 ただし、トレーラーに正しい情報が含まれている場合、レイヤーはカプセル化を解除してデータグラムまたはデータ パケットを形成し、それを上位レイヤーに転送します。

ステップ 3:データ リンク層からのデータ パケットは、インターネット層 (TCP/IP モデル) またはネットワーク層 (OSI モデル) に送られます。 レイヤーはパケットを受け取り、カプセル化を解除し、データ セグメントを形成します。

このレイヤーは、パケットが正しい宛先にルーティングされているかどうか、ルーティング情報についてパケットのヘッダーをチェックします。 正しくルーティングされていない場合、データ パケットは破棄されます。 しかし、適切なルーティング情報があれば、層はそれをカプセル化解除し、上位層、つまりトランスポート層に送信します。

ステップ 4 : インターネット層またはネットワーク層からのデータ セグメントは、TCP/IP モデルと OSI モデルの両方でトランスポート層に送られます。 トランスポート層は、セグメントを受け取り、それらのヘッダー情報をチェックします。次に、セグメントの再構成とデータ ストリームの形成を開始し、それから上位層に移動します。

ステップ 5 : トランスポート層からのデータ ストリームは、TCP/IP モデルのアプリケーション層に到達します。 OSI モデルでは、セッション層、プレゼンテーション層、そして最後にアプリケーション層に到達します。 レイヤーは、データ ストリームを取得してカプセル化を解除し、アプリケーション固有のデータのみを受信者のコンピューターまたはアプリケーションに転送します。

カプセル化の利点

ネットワークにおけるカプセル化の利点は次のとおりです。

＃1。 データセキュリティ

カプセル化は、不正アクセスからのデータ セキュリティとプライバシーの向上に役立ちます。 そして、現在のシナリオでデータ保護がいかに重要かを知っています。 したがって、データの盗難や攻撃などのオンライン リスクを回避できます。さらに、特定のレベルのユーザーに簡単にアクセスを許可できます。

＃2。 信頼できるデータ

カプセル化により、コア データの整合性が保証されるため、クライアント コードによって改ざんされることはありません。 また、コア情報が外部オブジェクトに表示されるかどうかも決定します。 データのカプセル化がない場合、データのわずかな変更でもネットワークに損傷を与える可能性があります。

＃3。 追加された機能と機能

カプセル化では、データはさまざまなレイヤーに追加されます。 これにより、ネットワークを介した送信側と受信側の間のデータ伝送に、より多くの機能が追加されます。 これらの機能には、データ フロー制御、ルーティング、エラー検出、データ シーケンスなどがあります。 これは、データ送信を適切かつ効果的にするのにも役立ちます。

＃4。 効果的なコミュニケーション

カプセル化とカプセル化解除は、ネットワーク内で同時に実行されます。 カプセル化は送信側で実行され、カプセル化解除は受信側で実行されます。 これにより、コミュニケーションがより効果的になります。これは、受信者と送信者の両方にとって不可欠です。

＃5。 簡単なメンテナンス

エラーは何らかの理由でいつでも発生する可能性があり、両端間のデータ伝送が中断される可能性があります。 ただし、データに対して実行されるカプセル化は、接続を保護し、データの改ざんを回避するのに役立ちます。 したがって、コア情報は安全に保たれ、エラーの可能性が減り、メンテナンスが容易になります。

結論

データのカプセル化とカプセル化解除は、ネットワーキングの重要な側面です。 これらの技術により、ネットワーク内のデータの流れが適切になり、データ セキュリティ、プライバシー、信頼性、効果的な通信が向上します。