Для двух компьютеров, взаимодействующих по сети, действия на некотором уровне одного компьютера строго согласованы с действиями на этом же уровне другого компьютера. В некотором смысле можно утверждать, что результаты, получившиеся при обработке данных на определенном уровне стека протоколов передающего компьютера, отменяются на этом же уровне принимающего компьютера. Главная цель работы всего стека протоколов — обеспечение взаимодействия программ прикладного уровня, поэтому каждый уровень на принимающем узле сети должен получать от нижележащего уровня в точности те же данные, которые предоставил соответствующий уровень на передающем узле. Взаимодействие компьютеров, использующих стеки протоколов, можно представить себе так, как будто некоторый уровень обменивается данными не с нижележащим и вышестоящим уровнями, а непосредственно с соответствующим уровнем другого компьютера. Очевидно, что стеки протоколов на разных компьютерах должны отвечать одному стандарту, даже если эти компьютеры работают под управлением различных операционных систем. Например, на разных уровнях стека TCP/IP, реализованного для Linux, Windows, и BeOS, выполняются одинаковые действия, несмотря на то, что коды соответствующих программных средств различаются.

Инкапсуляция и извлечение данных

Стек протоколов хорошо иллюстрирует перемещение данных между программными компонентами, поддерживающими сетевое взаимодействие, однако он не дает ответа на вопрос, какие же изменения претерпевает информация на этом пути. На различных уровнях стека протоколов выполняются инкапсуляция и извлечение данных. При инкапсуляции данные разбиваются на фрагменты, и к каждому фрагменту добавляется управляющая информация (после добавления управляющей информации фрагменты данных, в зависимости от уровня протокола, становятся пакетами или кадрами). Кроме того, информация, предназначенная для передачи, может быть модифицирована, но подобная обработка выполняется крайне редко. При извлечении данных выполняются действия, противоположные инкапсуляции.

Рассмотрим в качестве примера передачу содержимого файла с помощью протокола FTP (File Transfer Protocol — протокол передачи файлов) в сети Ethernet. При этом используется стек протоколов TCP/IP. Размер файла может превышать максимальный размер пакета данных, допустимый в TCP/IP или Ethernet. В этом случае содержимое файла должно быть разбито на несколько фрагментов. На различных уровнях стека протоколов к каждому из этих фрагментов добавляется заголовок и, возможно, суффикс (служебная информация, следующая за передаваемыми данными). Заголовок и суффикс содержат информацию, необходимую для того, чтобы система могла передавать и обрабатывать остальную часть пакета. Результат действий по инкапсуляции данных показан на рис. 3.2. На самом деле ситуация может быть более сложной. На некотором уровне стека протоколов пакет может быть разбит на несколько фрагментов меньшего размера, так, например, драйверы Ethernet могут разбить IP-пакет на два Ethernet-кадра. Подобные действия могут выполнять и маршрутизаторы. При этом заголовки IP, TCP и FTP, показанные на рис. 3.2, остаются в одном из кадров и не дублируются в другом кадре. Однако если на некотором уровне стека протоколов пакет разбивается на кадры, то на том же уровне стека на принимающем узле эти кадры обязательно объединяются в исходный пакет. Точно так же дело обстоит в том случае, если разбиение пакета выполнит маршрутизатор.

В зависимости от используемого стека протоколов и даже от состава стека, структура пакета может отличаться от представленной на рис. 3.2. Например, если для обмена данными используется Web-броузер, то вместо заголовка FTP, показанного на рис. 3.2, в составе пакета будет присутствовать заголовок HTTP. Если же для подключения компьютера к сети будут использованы сетевые карты и драйверы, отличные от Ethernet, то заголовок и суффикс Ethernet будут заменены на заголовок и суффикс, соответствующие другой сетевой технологии. Заметьте, что при передаче пакета из одной локальной сети в другую маршрутизатор реально выполняет подобную замену, т.е. удаляет существующие заголовок и суффикс и включает вместо них заголовок и суффикс другой сети. Такая процедура выполняется несколько раз за время перемещения пакета по Internet, но содержащиеся в составе пакета, доставляются в неизменном виде.

Рис. 3.2. При перемещении вниз по стеку протоколов исходные данные разбиваются на фрагменты. К каждому фрагменту добавляется служебная информация, обеспечивающая передачу пакета по сети и восстановление на принимающем узле исходных данных