การห่อหุ้มในระบบเครือข่ายทำงานอย่างไร

การห่อหุ้มข้อมูลในระบบเครือข่ายมีบทบาทสำคัญในการเปิดใช้งานการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพระหว่างคอมพิวเตอร์ต้นทางและปลายทาง

และกระบวนการย้อนกลับของมัน คือการคลายการห่อหุ้ม ก็เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับจุดประสงค์เดียวกันเช่นกัน กระบวนการทั้งสองนี้ทำงานพร้อมกันเพื่อให้แน่ใจว่ามีการสื่อสารและการไหลของข้อมูลที่เหมาะสมผ่านเครือข่าย

เมื่อผู้ใช้ต้องการเข้าถึงข้อมูลบางอย่างบนคอมพิวเตอร์ สิ่งที่พวกเขาทำก็เพียงแค่ป้อนคำหลักไม่กี่คำ และผลลัพธ์ก็จะปรากฏขึ้นในชั่วพริบตา

แต่หลายสิ่งหลายอย่างกำลังเกิดขึ้นเบื้องหลังและด้วยความเร็วที่เหนือชั้น เครือข่ายและส่วนประกอบต่างๆ ของพวกเขายุ่งอยู่กับการรับข้อมูลที่ผู้ใช้ร้องขอ

แต่คนส่วนใหญ่ไม่ค่อยมีความคิดเกี่ยวกับกลไกที่ทำงานอยู่เบื้องหลังเพื่อให้งานของพวกเขาสำเร็จลุล่วง ในความเป็นจริง เครือข่าย ส่วนประกอบ และแนวคิดที่เกี่ยวข้องมีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวันของผู้ใช้ยุคใหม่

ในบทความนี้ ผมจะพูดถึงการห่อหุ้มและการคลายการห่อหุ้มเพื่อให้เข้าใกล้แนวคิดเครือข่ายมากขึ้น

เอาล่ะ!

Data Encapsulation และ De-Encapsulation คืออะไร?

การห่อหุ้มข้อมูล : ในระบบเครือข่าย การห่อหุ้มข้อมูลหมายถึงการเพิ่มข้อมูลเพิ่มเติมไปยังรายการข้อมูลเมื่อเดินทางในแบบจำลองเครือข่าย OSI หรือ TCP/IP จากต้นทางไปยังปลายทางเพื่อให้คุณลักษณะเพิ่มเติมแก่ข้อมูลนั้น

ด้วยการห่อหุ้มข้อมูล ข้อมูลโปรโตคอลจะถูกเพิ่มไปยังส่วนหัวหรือส่วนท้ายของข้อมูลเพื่อทำการส่งข้อมูลอย่างถูกต้อง มันเกิดขึ้นที่ส่วนท้ายของผู้ส่งจากชั้นแอปพลิเคชันไปยังชั้นทางกายภาพ ที่นี่ แต่ละเลเยอร์จะรับข้อมูลที่ห่อหุ้มจากอันก่อนหน้า และเพิ่มข้อมูลเพิ่มเติมเพื่อห่อหุ้มต่อไป และส่งไปยังเลเยอร์ถัดไป

กระบวนการนี้อาจรวมถึงการตรวจจับข้อผิดพลาด การจัดลำดับข้อมูล การควบคุมความแออัด การควบคุมการไหล ข้อมูลเส้นทาง ฯลฯ

การถอดรหัสข้อมูล : นี่คือสิ่งที่ตรงกันข้ามกับการห่อหุ้มข้อมูล ข้อมูลที่ถูกห่อหุ้มจะถูกลบออกจากข้อมูลที่ได้รับในขณะที่เดินทางจากชั้นกายภาพไปยังชั้นแอปพลิเคชันที่ส่วนท้ายของผู้รับเพื่อรับข้อมูลต้นฉบับ

กระบวนการนี้เกิดขึ้นที่ชั้นเดียวกับชั้นห่อหุ้มที่ฝั่งผู้ส่ง ข้อมูลส่วนหัวและส่วนท้ายที่เพิ่มใหม่จะถูกลบออกจากข้อมูล

ในท้ายที่สุด ข้อมูลจะถูกห่อหุ้มที่ส่วนท้ายของผู้ส่งในแต่ละเลเยอร์ จากนั้นจะถูกแยกออกที่ด้านข้างของผู้รับในเลเยอร์เดียวกันของโมเดลเครือข่าย TCP/IP หรือ OSI

หน่วยข้อมูลโปรโตคอล (PDU) คืออะไร?

Protocol Data Unit (PDU) หมายถึงข้อมูลควบคุมที่แนบมากับรายการข้อมูลในทุกๆ ชั้นของโมเดล OSI หรือ TCP/IP ระหว่างการส่งข้อมูล ข้อมูลนี้ถูกเพิ่มไปยังส่วนหัวของฟิลด์ของรายการข้อมูล แต่ที่ส่วนท้ายหรือส่วนท้ายของฟิลด์

ดังนั้น แต่ละเลเยอร์ในโมเดลเครือข่ายจึงใช้ PDU เพื่อโต้ตอบและแลกเปลี่ยนข้อมูลกับเลเยอร์ข้างเคียง PDU เหล่านี้ถูกห่อหุ้มโดยการเพิ่มที่แต่ละเลเยอร์ให้กับข้อมูล PDU แต่ละรายการจะได้รับชื่อตามข้อมูลที่มีอยู่ เลเยอร์เพื่อนบ้านที่อยู่ที่ปลายทางสามารถอ่านข้อมูลได้ก่อนที่จะถูกลบออกและส่งต่อไปยังเลเยอร์ถัดไป

PDU ในแบบจำลอง OSI

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น PDU ในแต่ละเลเยอร์โมเดล OSI จะได้รับชื่อ อันที่จริง คำศัพท์ต่างๆ ใช้สำหรับข้อมูลที่ห่อหุ้มในชั้นต่างๆ ในแบบจำลองต่างๆ ดังแสดงรายการในตารางด้านล่าง

ในชั้น Application ของเครือข่าย TCP/IP และ Application, Presentation และ Session Layers ของแบบจำลอง OSI เรียกง่ายๆ ว่า “ข้อมูล” แต่ในชั้นอื่นๆ ของทั้งสองแบบจำลองนั้นแตกต่างกัน

มาทำความเข้าใจทีละอย่างโดยละเอียดและความสำคัญในระบบเครือข่าย

PDU เลเยอร์การขนส่ง

ในเลเยอร์การขนส่ง หน่วยข้อมูลโปรโตคอลเรียกว่า "เซ็กเมนต์" เลเยอร์สร้างส่วนหัวแล้วแนบไปกับส่วนข้อมูล ที่นี่ หน่วยข้อมูลจะมีข้อมูลที่โฮสต์ระยะไกลจะใช้เพื่อประกอบชิ้นส่วนข้อมูลทั้งหมดอีกครั้ง

ดังนั้น ส่วนหัวที่มีชิ้นส่วนข้อมูลที่เลเยอร์การขนส่งเรียกว่าส่วนที่เลเยอร์จะถ่ายโอนไปยังเลเยอร์ถัดไป (เลเยอร์เครือข่าย) เพื่อการประมวลผลเพิ่มเติม

PDU ชั้นเครือข่าย

PDU ในเลเยอร์เครือข่ายเรียกว่า "แพ็คเก็ต" เลเยอร์เครือข่ายจะสร้างส่วนหัวสำหรับทุกเซ็กเมนต์ที่ได้รับจากเลเยอร์การขนส่งในทำนองเดียวกัน ส่วนหัวจะมีข้อมูลเกี่ยวกับการกำหนดเส้นทางและการกำหนดที่อยู่

หลังจากที่เลเยอร์เครือข่ายสร้างส่วนหัวแล้ว ก็จะแนบส่วนหัวนั้นเข้ากับส่วน นี่คือจุดที่รายการข้อมูลกลายเป็นแพ็กเก็ต ซึ่งจะย้ายไปยังเลเยอร์ถัดไป

ดาต้าลิงค์เลเยอร์ PDU

ในเลเยอร์นี้ PDU เรียกว่า "เฟรม" เลเยอร์ Data Link จะรับแพ็กเก็ตจากเลเยอร์ก่อนหน้า จากนั้นสร้างส่วนหัวและส่วนท้ายสำหรับแต่ละแพ็กเก็ตที่ได้รับ ส่วนหัวนี้จะมีข้อมูลการสลับ เช่น ที่อยู่ของคอมพิวเตอร์ต้นทาง ที่อยู่ของคอมพิวเตอร์ปลายทาง เป็นต้น ในทางกลับกัน รถพ่วงจะมีข้อมูลเกี่ยวกับแพ็คเกจข้อมูลที่เสียหาย

เลเยอร์ Data Link จะแนบข้อมูลส่วนหัวและส่วนท้ายเข้ากับแพ็กเก็ต เมื่อหน่วยข้อมูลกลายเป็น Frame ซึ่งจะถูกส่งไปยังเลเยอร์ถัดไป (Physical Layer)

PDU เลเยอร์ทางกายภาพ

PDU ในชั้นทางกายภาพเรียกว่า "บิต" เลเยอร์ทางกายภาพจะรับเฟรมจากเลเยอร์ก่อนหน้า จากนั้นจึงแปลงเป็นรูปแบบที่ส่งผ่านสื่อการส่งได้ บิตไม่มีอะไรนอกจากรูปแบบนี้

การห่อหุ้มทำงานอย่างไร

Encapsulation เกิดขึ้นกับหน่วยของข้อมูลหรือแพ็กเก็ตที่เริ่มต้นและสิ้นสุด จุดเริ่มต้นคือส่วนหัวในขณะที่ส่วนท้ายคือส่วนท้าย และข้อมูลระหว่างส่วนหัวและส่วนท้ายสามารถเรียกว่าเพย์โหลด

ส่วนหัวของแพ็กเก็ตประกอบด้วยข้อมูลในไบต์เริ่มต้น ทำเครื่องหมายจุดเริ่มต้นของแพ็กเก็ตและระบุข้อมูลที่บรรทุก ขณะนี้แพ็คเก็ตย้ายจากคอมพิวเตอร์ต้นทางไปยังคอมพิวเตอร์ปลายทาง นอกจากนี้ ส่วนหัวยังมีข้อมูลตามโปรโตคอลที่ใช้ เนื่องจากทุกโปรโตคอลมีรูปแบบที่แน่นอน

นอกจากนี้ ตัวพ่วงของแพ็กเก็ตยังชี้ไปยังคอมพิวเตอร์ที่รับข้อมูลซึ่งถึงจุดสิ้นสุดของแพ็กเก็ตแล้ว อาจมีค่าตรวจสอบข้อผิดพลาดที่อุปกรณ์ใช้เพื่อยืนยันว่าได้รับแพ็กเก็ตครบถ้วนหรือไม่

กระบวนการห่อหุ้มทีละขั้นตอน:

ขั้นตอนที่ 1 : ชั้น Application, Presentation และ Session ของแบบจำลอง OSI หรือชั้น Application ของแบบจำลอง TCP/IP รับข้อมูลของผู้ใช้เป็นสตรีมข้อมูล จากนั้นจะห่อหุ้มข้อมูลและส่งต่อไปยังเลเยอร์ถัดไป ซึ่งก็คือเลเยอร์การขนส่ง อย่างไรก็ตาม ไม่ได้หมายความว่าจำเป็นต้องเพิ่มส่วนหัวหรือส่วนท้ายให้กับข้อมูลนี้ เป็นแอปพลิเคชันเฉพาะและเพิ่มเฉพาะส่วนหัวหรือส่วนท้ายที่ต้องการเท่านั้น

ขั้นตอนที่ 2 : เมื่อข้อมูลย้ายไปยังเลเยอร์ Transport ทั้งในโมเดล TCP/IP และ OSI เลเยอร์จะใช้สตรีมข้อมูลที่มาจากเลเยอร์ที่สูงกว่าและแบ่งออกเป็นหลายส่วน เลเยอร์นี้ทำการห่อหุ้มข้อมูลโดยการเพิ่มส่วนหัวที่เหมาะสมให้กับข้อมูลแต่ละชิ้นที่เรียกว่าเซกเมนต์ ส่วนหัวที่เพิ่มเข้ามาประกอบด้วยข้อมูลการจัดลำดับ ดังนั้นส่วนต่างๆ จึงประกอบกันใหม่ที่ฝั่งผู้รับ

ขั้นตอนที่ 3: ตอนนี้ รายการข้อมูลที่มีข้อมูลส่วนหัวที่เพิ่มเข้าไปจะไปยังเลเยอร์ถัดไปที่เรียกว่าเลเยอร์เครือข่าย (โมเดล OSI) หรือเลเยอร์อินเทอร์เน็ต (โมเดล TCP/IP) เลเยอร์จะนำเซ็กเมนต์จากเลเยอร์ก่อนหน้าและทำการห่อหุ้มโดยการเพิ่มข้อมูลการกำหนดเส้นทางที่จำเป็นเพื่อให้ข้อมูลสามารถส่งมอบได้อย่างถูกต้อง หลังจากการห่อหุ้ม ข้อมูลจะกลายเป็นดาตาแกรมหรือแพ็คเก็ตในเลเยอร์นี้

ขั้นตอนที่ 4 : ตอนนี้แพ็กเก็ตข้อมูลจะย้ายไปยังเลเยอร์ Data Link ในโมเดล TCP/IP หรือ OSI เลเยอร์ใช้แพ็กเก็ตและห่อหุ้มโดยแนบส่วนหัวและส่วนท้าย ณ จุดนี้ ส่วนหัวจะมีข้อมูลการสลับเพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลถูกส่งไปยังส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ที่รับอย่างเหมาะสม ในทางตรงกันข้าม ตัวอย่างจะมีข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการตรวจหาข้อผิดพลาดและการลดข้อผิดพลาด ในขั้นตอนนี้ ข้อมูลจะกลายเป็นเฟรมซึ่งจะไปยังเลเยอร์สุดท้าย

ขั้นตอนที่ 5: ตอน นี้ data frame ที่มาจาก Data Link layer จะไปที่ Physical layer ในโมเดล TCP/IP หรือ OSI เลเยอร์ห่อหุ้มด้วยการแปลงข้อมูลเป็นบิตหรือสัญญาณข้อมูล

วิธี De-Encapsulation ทำงานอย่างไร

การถอดรหัสทำงานในลำดับย้อนกลับของการห่อหุ้ม ตั้งแต่ชั้นกายภาพไปจนถึงชั้นแอปพลิเคชันในแบบจำลอง OSI หรือ TCP/IP ข้อมูลเพิ่มเติมทั้งหมดที่เพิ่มลงในชิ้นส่วนข้อมูลระหว่างการห่อหุ้มที่ส่วนท้ายของผู้ส่งจะถูกลบออกในขณะที่เดินทางไปยังส่วนท้ายของผู้รับ

ต่อไปนี้เป็นขั้นตอนการทำงานของการถอดรหัส:

ขั้นตอนที่ 1 : ข้อมูลที่ถูกห่อหุ้มในชั้นฟิสิคัล ซึ่งเรียกว่าบิตหรือสัญญาณข้อมูล จะถูกนำไปโดยเลเยอร์เพื่อแยกการห่อหุ้มออก ตอนนี้ข้อมูลจะกลายเป็น data frame ซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังเลเยอร์ที่สูงกว่าหรือเลเยอร์ดาต้าลิงค์

ขั้นตอนที่ 2 : เลเยอร์ Data Link จะรับ data frame เหล่านี้และทำการ de-encapsulates เลเยอร์ยังตรวจสอบว่าส่วนหัวของเฟรมข้อมูลถูกสลับไปยังฮาร์ดแวร์ที่ถูกต้องหรือไม่ หากกรอบข้อมูลสอดคล้องกับปลายทางที่ไม่ถูกต้องหรือไม่ถูกต้อง ข้อมูลนั้นจะถูกยกเลิก แต่ถูกต้อง เลเยอร์จะตรวจสอบตัวอย่างข้อมูลของเฟรมข้อมูล

เมื่อพบข้อผิดพลาดในตัวอย่างหรือข้อมูล ระบบจะขอส่งข้อมูลใหม่ แต่ถ้าเทรลเลอร์มีข้อมูลที่ถูกต้อง เลเยอร์จะถอดรหัสออกเป็นดาตาแกรมหรือแพ็กเก็ตข้อมูล แล้วส่งต่อไปยังเลเยอร์ที่สูงกว่า

ขั้นตอนที่ 3: แพ็กเก็ตข้อมูลที่มาจากชั้น Data Link ไปยังชั้นอินเทอร์เน็ต (รุ่น TCP/IP) หรือชั้นเครือข่าย (รุ่น OSI) เลเยอร์นำแพ็กเก็ตมาแยกส่วนและสร้างส่วนข้อมูล

เลเยอร์จะตรวจสอบส่วนหัวของแพ็กเก็ตเพื่อดูข้อมูลการกำหนดเส้นทางหากได้รับการกำหนดเส้นทางไปยังปลายทางที่ถูกต้อง หากไม่ได้กำหนดเส้นทางอย่างถูกต้อง แพ็กเก็ตข้อมูลจะถูกยกเลิก แต่ถ้ามีข้อมูลเส้นทางที่ถูกต้อง เลเยอร์จะถอดรหัสและส่งไปยังเลเยอร์ด้านบน ซึ่งก็คือเลเยอร์การขนส่ง

ขั้นตอนที่ 4 : ส่วนข้อมูลที่มาจากเลเยอร์อินเทอร์เน็ตหรือเลเยอร์เครือข่ายไปที่เลเยอร์การขนส่งทั้งในรูปแบบ TCP/IP และ OSI เลเยอร์การขนส่งจะนำเซ็กเมนต์และตรวจสอบข้อมูลส่วนหัว ถัดไป จะเริ่มประกอบเซ็กเมนต์อีกครั้งและสร้างสตรีมข้อมูล ซึ่งจะย้ายไปยังเลเยอร์ที่สูงกว่า

ขั้นตอนที่ 5 : สตรีมข้อมูลจากชั้น Transport ถึงชั้น Application ในโมเดล TCP/IP ในโมเดล OSI จะไปถึงชั้น Session ชั้น Presentation และสุดท้ายถึงชั้น Application เลเยอร์จะรับสตรีมข้อมูลและถอดรหัสออกในขณะที่ส่งต่อเฉพาะข้อมูลเฉพาะแอปพลิเคชันไปยังคอมพิวเตอร์หรือแอปพลิเคชันของผู้รับ

ข้อดีของการห่อหุ้ม

ข้อดีของการห่อหุ้มในระบบเครือข่ายมีดังนี้:

#1. ความปลอดภัยของข้อมูล

การห่อหุ้มช่วยเพิ่มความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัวของข้อมูลจากการเข้าถึงโดยไม่ได้รับอนุญาต และคุณทราบดีว่าการปกป้องข้อมูลมีความสำคัญเพียงใดในสถานการณ์ปัจจุบัน ดังนั้น คุณสามารถหลีกเลี่ยงความเสี่ยงทางออนไลน์ เช่น การโจรกรรมข้อมูล การโจมตี ฯลฯ นอกจากนี้ คุณสามารถให้สิทธิ์การเข้าถึงแก่ผู้ใช้ระดับใดก็ได้โดยไม่ต้องมีความซับซ้อน

#2. ข้อมูลที่เชื่อถือได้

Encapsulation ช่วยให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ของข้อมูลหลัก เพื่อไม่ให้รหัสไคลเอ็นต์ใดๆ เข้าไปแก้ไขได้ นอกจากนี้ยังตัดสินใจว่าวัตถุภายนอกจะมองเห็นข้อมูลหลักหรือไม่ ในกรณีที่ไม่มีการห่อหุ้มข้อมูล การเปลี่ยนแปลงข้อมูลแม้เพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้เครือข่ายเสียหายได้

#3. คุณสมบัติและฟังก์ชันที่เพิ่มเข้ามา

ในการห่อหุ้ม ข้อมูลจะถูกเพิ่มในชั้นต่างๆ สิ่งนี้จะเพิ่มคุณสมบัติและฟังก์ชันการทำงานให้กับการรับส่งข้อมูลระหว่างผู้ส่งและผู้รับผ่านเครือข่าย คุณลักษณะและฟังก์ชันการทำงานเหล่านี้อาจเป็นการควบคุมการไหลของข้อมูล การกำหนดเส้นทาง การตรวจจับข้อผิดพลาด การจัดลำดับข้อมูล และอื่นๆ อีกทั้งยังช่วยให้การรับส่งข้อมูลเป็นไปอย่างถูกต้องและมีประสิทธิภาพ

#4. การสื่อสารที่มีประสิทธิภาพ

Encapsulation และ de-encapsulation ทำงานพร้อมกันในเครือข่าย การห่อหุ้มจะดำเนินการที่ส่วนท้ายของผู้ส่ง ในขณะที่การยกเลิกการห่อหุ้มจะทำที่ส่วนท้ายของผู้รับ สิ่งนี้ทำให้การสื่อสารมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งจำเป็นสำหรับทั้งผู้รับและผู้ส่ง

#5. บำรุงรักษาง่าย

ข้อผิดพลาดสามารถเกิดขึ้นได้ทุกเมื่อด้วยเหตุผลบางประการ ซึ่งนำไปสู่การหยุดชะงักในการรับส่งข้อมูลระหว่างปลายทั้งสอง แต่การห่อหุ้มที่ทำกับข้อมูลจะช่วยรักษาความปลอดภัยในการเชื่อมต่อและหลีกเลี่ยงการยุ่งเกี่ยวกับข้อมูล ดังนั้น ข้อมูลหลักจึงยังคงปลอดภัย ลดโอกาสเกิดข้อผิดพลาด ซึ่งทำให้ง่ายต่อการบำรุงรักษา

บทสรุป

การห่อหุ้มข้อมูลและการถอดรหัสเป็นส่วนสำคัญของระบบเครือข่าย เทคนิคเหล่านี้รับประกันการไหลของข้อมูลที่เหมาะสมภายในเครือข่ายด้วยความปลอดภัยของข้อมูล ความเป็นส่วนตัว ความน่าเชื่อถือ และการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพ