Понимание модели OSI Что такое PDU в сетях?

Что такое PDU в сетевых технологиях? Протокольный блок данных (PDU) — это отдельный блок информации, передаваемый по компьютерной сети. Термин PDU — это название блока данных на каждом уровне сети. Протокольные блоки данных — это фундаментальные строительные блоки для любого обмена данными.

По мере перемещения блоков данных протокола по сети структура PDU изменяется. В результате PDU преобразуется в сегмент, пакет, а затем в кадр. Понимание этого процесса необходимо для ответа на вопрос о том, что такое сетевой pdu? Этот единый блок данных протокола имеет решающее значение для всех сетевых взаимодействий.

Мы рекомендуем YOSUN Двойной входной PDU, АТС ПДУ и Интеллектуальный PDU.

Основные выводы

• Блок данных протокола (PDU) — это единица данных, которая перемещается по компьютерной сети.
• PDU меняют свое название и структуру по мере перемещения через разные уровни сетевой модели.
• Инкапсуляция добавляет информацию к данным по мере их передачи по уровням сети, подобно тому, как письмо помещают в конверт.
• Декапсуляция удаляет эту информацию по мере того, как данные поднимаются по уровням сети, подобно открытию конверта.
• Каждый сетевой уровень имеет определенное имя PDU, например, данные, сегмент, пакет, кадр и бит.

Каковы различные типы протокольных единиц данных (PDU)?

Передача данных по сети включает в себя увлекательные преобразования. Блок данных протокола (PDU) — это не единый, статический объект. Он меняет своё название и структуру по мере прохождения по уровням модели OSI. Каждый уровень добавляет свою собственную управляющую информацию; этот процесс известен как инкапсуляция. Понимание этих различных типов PDU — ключ к ответу на вопрос: что такое PDU в сетевых технологиях? Этот процесс гарантирует корректную доставку данных по назначению.

Верхние слои (7, 6, 5): данные

На вершине модели OSI находятся уровни приложений (уровень 7), представления (уровень 6) и сеанса (уровень 5). Для этих трёх верхних уровней PDU называется просто: Цены. Эти слои подготавливают информацию к передаче по сети.

• Уровень 7 (Приложение): Этот уровень предоставляет сетевые сервисы непосредственно пользовательским приложениям. Именно с этим уровнем люди взаимодействуют чаще всего.
• Уровень 6 (Презентация): Этот уровень выполняет функцию переводчика. Он форматирует и шифрует данные для безопасной передачи.
• Уровень 5 (Сессия): Этот уровень устанавливает, управляет и разрывает соединения между приложениями.

На этих уровнях работают многие распространённые сетевые протоколы.

• Протоколы прикладного уровня:
  • HTTP и HTTPS (для просмотра веб-страниц)
  • FTP (для передачи файлов)
  • DNS (для перевода доменных имен в IP-адреса)
  • SMTP и POP3 (для электронной почты)
• Протоколы уровня представления:
  • SSL/TLS (для шифрования)
  • JPEG, GIF, PNG (для форматирования изображений)
  • MPEG (для форматирования видео)
• Протоколы сеансового уровня:
  • NetBIOS (сетевая базовая система ввода/вывода)
  • RPC (удаленный вызов процедур)

Уровень 4 (транспорт): сегмент и дейтаграмма

Транспортный уровень (уровень 4) отвечает за взаимодействие между хостами. Он принимает данные с верхних уровней и разбивает их на более мелкие фрагменты. Блок PDU на транспортном уровне имеет два названия в зависимости от используемого протокола: Segment (для TCP) и дейтаграмма (для UDP). Выбор протокола зависит от требований приложения к надежности и скорости. Оба протокола обеспечивают основную функцию транспортного уровня.

Два основных транспортных протокола — это протокол управления передачей (TCP) и протокол пользовательских дейтаграмм (UDP). Они имеют существенные различия.

TCP-сегменты: Сегмент TCP — это надёжный PDU. TCP устанавливает соединение перед отправкой данных, гарантируя готовность приёмника. Он использует порядковые номера для обеспечения правильной доставки всех блоков данных протокола и номера подтверждения для подтверждения получения. В случае потери PDU TCP повторно передаёт его. Это делает TCP идеальным для передачи файлов и просмотра веб-страниц, где целостность данных критически важна. Заголовок TCP содержит важные поля, такие как:

Размер TCP-сегмента ограничен максимальным размером сегмента (MSS). MSS определяет максимальный объём данных, который устройство может получить в одном сегменте. Для IPv4 значение MSS по умолчанию составляет 536 байт, а для IPv6 — 1220 байт.

UDP-дейтаграммы: UDP-дейтаграмма — это простой и быстрый PDU-пакет. UDP не требует установления соединения, то есть отправляет единицы данных протокола без предварительного установления соединения. Он быстрее TCP, но не гарантирует доставку, порядок доставки или исправление ошибок. Это делает UDP подходящим для приложений реального времени, таких как потоковое видео или онлайн-игры, где скорость важнее абсолютной надёжности. Заголовок UDP гораздо проще и содержит только порт источника, порт назначения, длину и контрольную сумму. Транспортный уровень играет основополагающую роль во всех сетевых технологиях.

Уровень 3 (Сеть): Пакет

Сетевой уровень (уровень 3) отвечает за логическую адресацию и маршрутизацию. Он перемещает данные через различные сети к конечному пункту назначения. Блок PDU на этом уровне называется пакет. Это PDU для IP (интернет-протокола).

Для создания пакета сетевой уровень берёт сегмент или дейтаграмму с транспортного уровня и инкапсулирует его, добавляя IP-заголовок. Этот заголовок содержит важную информацию для маршрутизации, в частности, IP-адреса источника и назначения. IP-адрес — это уникальный идентификатор устройства в сети.

Сегодня используются две основные версии Интернет-протокола (IP): IPv4 и IPv6.

• IPv4: Использует 32-битный адрес, что позволяет создать около 4.3 миллиарда уникальных адресов. Длина заголовка IPv4 составляет от 20 до 60 байт.
• IPv6: Использует 128-битный адрес, обеспечивая значительно большее количество уникальных адресов. Заголовок IPv6 имеет фиксированную длину 40 байт, что упрощает обработку на маршрутизаторах.

Заголовок IPv6 был оптимизирован для повышения эффективности. Например, в IPv6 было удалено поле контрольной суммы заголовка. Маршрутизаторам больше не нужно пересчитывать контрольную сумму на каждом транзитном участке, что ускоряет обработку пакетов. Эта задача возложена на контрольные суммы транспортного уровня. Кроме того, поле «Время жизни» (TTL) в IP было переименовано в более информативное «Ограничение переходов» в IPv6, но оно выполняет ту же функцию: предотвращает бесконечное зацикливание пакетов в сети. Протокол IP является основой современных сетей.

Уровень 2 (канал передачи данных): кадр

Канальный уровень (уровень 2) обеспечивает передачу данных между устройствами в одной локальной сети. Он обеспечивает надёжную связь по физическому каналу. Единица данных протокола на этом уровне называется Корзина. Этот PDU имеет решающее значение для локальной сети.

Канальный уровень получает IP-пакет от сетевого уровня. Затем он выполняет собственную инкапсуляцию. Уровень добавляет заголовок в начало IP-пакета и концевик в конец. Этот новый PDU и есть кадр.

Заголовок кадра содержит физические адреса устройств. Они называются MAC-адресами (Media Access Control). MAC-адрес источника идентифицирует отправляющее устройство в локальной сети. MAC-адрес назначения идентифицирует принимающее устройство в той же сети. Это позволяет кадру найти следующий транзитный участок. IP-пакет внутри остаётся нетронутым.

Трейлер содержит специальное значение для проверки ошибок. Это значение Последовательность проверки кадра (FCS).

• Отправляющее устройство вычисляет 4-байтовое числовое значение на основе данных в кадре. Этот процесс использует метод, называемый циклическим избыточным кодом (CRC).
• Он прикрепляет это значение FCS к концу кадра.
• Приемное устройство выполняет те же вычисления над полученными единицами данных протокола.
• Он сравнивает результат со значением FCS в кадре. Если числа не совпадают, это означает, что при передаче произошла ошибка. Устройство отбрасывает повреждённый кадр.

Этот процесс FCS только обнаруживает ошибки, но не исправляет их. Протоколы более высоких уровней отвечают за запрос повторной передачи потерянных или отброшенных блоков данных протокола. IP-пакет — это основные перемещаемые данные.

Слой 1 (физический): бит

Физический уровень (уровень 1) — самый нижний уровень модели OSI. Он отвечает за физическое соединение между устройствами. Этот уровень определяет оборудование, кабели и сигнализацию, необходимые для передачи данных. Блок данных (PDU) на этом уровне — это базовая единица информации: Немного.

Этот уровень принимает кадр с канального уровня и преобразует его в необработанный поток единиц и нулей. Затем он передаёт эти биты по физической среде. Физический уровень не учитывает MAC-адреса и IP-адреса. Его единственная задача — отправлять и получать биты. Это последний этап отправки данных из IP-пакета.

Метод передачи полностью зависит от физической среды, используемой в сети. Уровень определяет, как цифровые биты преобразуются в физические сигналы.

• ???? Медные кабели: Биты преобразуются в электрические сигналы. Изменение напряжения может представлять собой 1 или 0. Это часто встречается в сетях Ethernet.
• ???? Волоконно-оптические кабели: Биты становятся импульсами света. Наличие света может соответствовать 1, а его отсутствие — 0.
• 📡 Беспроводная связь (Wi-Fi): Биты превращаются в радиоволны. Слой модифицирует волны для передачи данных по воздуху.

Для преобразования битов в сигналы физический уровень использует схемы кодирования. Это правила, определяющие, как представляются 1 и 0. Два распространённых примера — манчестерское кодирование и кодирование без возврата к нулю (NRZ).

В конечном счёте, эти протокольные единицы данных работают вместе, обеспечивая передачу информации из IP-пакета по всему миру. Понимание того, как PDU преобразуется из кадра в бит, отвечает на ключевой вопрос: что такое PDU в сетевых технологиях? Каждый уровень, от создания IP-пакета до его передачи в виде битов, играет важную роль. Путь этих протокольных единиц данных от исходного IP-адреса к IP-адресу назначения — основа всех сетевых технологий. Протокольные единицы данных IP — это ядро ​​этого процесса. IP-протокол — это то, что обеспечивает работу Интернета. IP-адрес направляет протокольные единицы данных по всей сети.

Как работает PDU? История протокольных единиц данных

Блоки данных протокола не просто появляются в сети. Они тщательно формируются, а затем разделяются в ходе двухэтапного процесса. Этот процесс позволяет данным перемещаться из приложения на одном компьютере в приложение на другом. Два ключевых процесса — инкапсуляция и декапсуляция. Инкапсуляция заключает данные в необходимую управляющую информацию. Декапсуляция распаковывает их в месте назначения. Эта система лежит в основе всех современных сетей.

Шаг 1: Инкапсуляция (отправка данных)

Инкапсуляция — это процесс добавления заголовков и концевых фрагментов к данным по мере их продвижения вниз по модели OSI. Каждый уровень «оборачивает» PDU из уровня выше. Этот процесс подобен подготовке письма к отправке. Вы пишете письмо (данные), кладёте его в конверт (сегмент), указываете на нём почтовый адрес (IP-пакет) и затем отдаёте его местному почтальону (фрейм).

Путешествие начинается с верхних слоев и движется вниз.

1. Верхние уровни и транспортный уровень (уровень 4): Приложение создаёт данные. Транспортный уровень получает эти данные. Затем он разбивает большой поток данных на более мелкие фрагменты. Это называется сегментацией. Единицей данных протокола на этом уровне является сегмент (для TCP) или дейтаграмма (для UDP). Транспортный уровень добавляет заголовок, содержащий информацию, например, номера портов источника и назначения. Эти порты гарантируют, что данные дойдут до нужного приложения на компьютере назначения.
2. Сетевой уровень (уровень 3): Сетевой уровень получает сегмент от транспортного уровня. Затем он добавляет свой заголовок, называемый IP-заголовком. Это действие создаёт новый pdu, называемый пакетом. Заголовок IP критически важен для маршрутизации по всему Интернету. Он содержит IP-адреса источника и назначения. IP-адрес назначения действует как полный почтовый адрес, сообщая маршрутизаторам по всей сети, куда должен быть направлен пакет. Маршрутизаторы анализируют этот IP-адрес назначения, чтобы найти наилучший путь для данных. Заголовок IP сообщает сети конечный пункт назначения блоков данных протокола.
3. Уровень канала передачи данных (уровень 2): Канальный уровень получает IP-пакет. Он добавляет заголовок и концевик для формирования кадра. Заголовок содержит MAC-адреса источника и назначения. MAC-адрес — это физический адрес для устройств в одной локальной сети. Концевик содержит контрольную последовательность кадра (FCS) для обнаружения ошибок. Это гарантирует сохранность блоков данных протокола во время локальной передачи.
4. Физический уровень (уровень 1): Физический уровень принимает кадр. Он преобразует весь кадр в поток битов (единиц и нулей). Затем эти биты передаются по физической среде, например, по медному кабелю, или по воздуху в виде радиоволн.

Проще всего представить себе инкапсуляцию в программировании. Программист может создать Contact Класс для хранения имени и адреса электронной почты пользователя. Данные (имя, адрес электронной почты) хранятся в тайне. Программист предоставляет открытые методы для доступа к этим данным. Это объединяет данные вместе с правилами их использования, что концептуально аналогично тому, как сеть оборачивает данные в заголовки.

В таблице ниже показано, какую информацию добавляет каждый уровень во время инкапсуляции. Каждый заголовок содержит IP-адрес или другую информацию, необходимую для работы этого уровня. Протокол IP играет ключевую роль во всем этом сетевом процессе.

Шаг 2: Декапсуляция (получение данных)

Декапсуляция — это процесс, обратный инкапсуляции. Она происходит на принимающем устройстве. По мере продвижения данных вверх по модели OSI каждый уровень удаляет соответствующий заголовок. Этот процесс разворачивает данные, пока они не вернутся в исходное состояние.

Путешествие входящих единиц протокольных данных начинается снизу и движется вверх.

• Уровень 1 (физический): Физическая сетевая интерфейсная карта (NIC) принимает сигналы (электрические импульсы или световые волны). Она преобразует их обратно в поток битов и собирает их в кадр. Затем кадр передаётся на канальный уровень.
• Уровень 2 (канал передачи данных): Канальный уровень проверяет кадр. Он проверяет MAC-адрес назначения, чтобы определить, принадлежит ли кадр данному устройству. Он также использует контрольную последовательность кадра (FCS) для проверки на наличие ошибок. Если всё правильно, он удаляет заголовок и концевик второго уровня. Затем он передаёт вложенный IP-пакет сетевому уровню.
• Уровень 3 (Сеть): Сетевой уровень получает IP-пакет. Он проверяет IP-заголовок, чтобы убедиться, что IP-адрес назначения соответствует его собственному IP-адресу. После подтверждения IP-заголовок удаляется. Оставшиеся данные, представляющие собой сегмент, передаются на транспортный уровень. Этот шаг подтверждает, что пакет достиг нужного компьютера в сети. IP-адрес направляет данные на нужную машину.
• Уровень 4 (транспорт): Транспортный уровень получает сегменты. Это критически важный этап. Транспортный уровень считывает заголовок TCP, чтобы определить порядковые номера единиц данных протокола. Затем он собирает сегменты в исходный полный поток данных. После сборки он удаляет заголовок TCP и передаёт данные на нужный порт приложения.
• Верхние слои (5, 6, 7): Уровни сеанса, представления и приложения получают данные. Теперь данные находятся в исходном, пригодном для использования формате. Уровень приложения представляет их пользователю. Например, веб-браузер получает данные и отображает веб-страницу.

Весь этот цикл инкапсуляции и декапсуляции обеспечивает организованную и надежную связь в любой сети. Путь одного PDU от IP-источника до IP-получателя зависит от каждого уровня, выполняющего свою часть работы. Этот процесс является основой IP-сетей.

Что находится внутри PDU?

Блок данных протокола — это не просто случайный блок данных. Он имеет определённый и организованный формат. Структура PDU обычно состоит из трёх основных частей: заголовка, полезной нагрузки и иногда концевика. Каждая часть выполняет свою функцию. Такая организация позволяет устройствам эффективно понимать и обрабатывать информацию, передаваемую по сети.

заголовок

Заголовок — это центр управления PDU. Он содержит важную информацию, направляющую данные к месту назначения. Каждый уровень модели OSI добавляет свой заголовок с информацией, специфичной для функции этого уровня. Структура PDU критически важна для маршрутизации и доставки.

Например, заголовок IP сетевого уровня (уровень 3) включает в себя:

• IP-адреса источника и назначения: Логические адреса отправляющего и принимающего компьютеров.
• Время жизни (TTL): Счетчик, который предотвращает бесконечное зацикливание единиц данных протокола в сети.
• Протокол: Число, идентифицирующее протокол следующего уровня, например TCP (6) или UDP (17).

Заголовок TCP транспортного уровня (уровень 4) добавляет еще больше подробностей, таких как номера портов источника и назначения, а также порядковые номера для повторной сборки данных.

Полезная нагрузка (сервисный блок данных – SDU)

Полезная нагрузка — это ядро ​​блока данных протокола. Она содержит собственно отправляемые данные. Эти данные поступают с уровня, расположенного непосредственно над текущим. В сетевых терминах эта полезная нагрузка называется Блок служебных данных (SDU).

SDU с верхнего уровня становится полезной нагрузкой для нижнего уровня. Например, транспортный уровень получает данные с прикладного уровня. Он помещает эти данные (SDU) в TCP-заголовок. Полученный сегмент затем передаётся на сетевой уровень. Весь сегмент становится SDU для сетевого уровня, который рассматривает его как свою полезную нагрузку. Этот процесс инкапсуляции определяет структуру PDU.

Трейлер (нижний колонтитул)

Концевик (или нижний колонтитул) — это дополнительный раздел, добавляемый в конец некоторых блоков данных протокола. Его основное назначение — проверка ошибок. Наиболее распространённый пример — на канальном уровне (уровень 2). PDU на этом уровне, называемый кадром, включает в себя концевик.

Этот трейлер содержит поле, называемое Последовательность проверки кадра (FCS).

• Отправляющее устройство вычисляет уникальный номер на основе данных кадра, используя метод, называемый циклическим избыточным кодом (CRC).
• Приемное устройство выполняет тот же расчет.
• Если два числа совпадают, данные считаются целыми. Если они не совпадают, устройство отбрасывает повреждённый кадр.

Этот процесс обеспечивает целостность единиц данных протокола при их перемещении по локальной сети.

Блоки данных протокола являются важнейшими строительными блоками любых сетей. Каждый уровень сети использует определённый блок данных протокола, от данных и сегментов до пакетов и кадров. Понимание жизненного цикла PDU, включая инкапсуляцию и декапсуляцию, является ключом к управлению любой сетью. Это знание даёт полный ответ на вопрос о том, что такое PDU в сетевых технологиях. Эти блоки данных протокола делают возможным создание современных сетей в любой компьютерной сети. Прочная сетевая основа критически важна для всех сетей, обеспечивая их бесперебойную работу.

FAQ

В чем разница между PDU и SDU?

Служебный блок данных (SDU) — это данные с верхнего уровня. Протокольный блок данных (PDU) — это SDU с заголовком и концевиком текущего уровня. PDU одного уровня становится SDU для нижележащего уровня во время инкапсуляции.

Почему PDU меняется на каждом уровне OSI?

Каждый уровень OSI выполняет свою задачу. PDU изменяется, поскольку каждый уровень добавляет к данным собственную управляющую информацию (заголовок). Этот процесс, называемый инкапсуляцией, гарантирует, что данные имеют правильные инструкции по маршрутизации, адресации и проверке ошибок на каждом этапе пути.

Что такое блок распределения питания (PDU)?

Блок распределения питания (PDU) — это другой тип PDU. Это устройство, которое управляет электропитанием и распределяет его между серверами в центре обработки данных. Это не то же самое, что блок передачи данных протокола (Protocol Data Unit) в сетевых технологиях. YOSUN — профессиональный производитель, специализирующийся на таких блоках распределения питания для центров обработки данных.

Какой PDU наиболее важен для Интернета?

Пакет — важнейший PDU для Интернета. Как PDU для сетевого уровня, пакет содержит IP-адреса источника и назначения. Маршрутизаторы используют эти IP-адреса для передачи данных по различным сетям, обеспечивая глобальную связь.

См. также

Узнайте, почему автоматический переключатель резерва питания (PDU) сейчас просто необходим

Незабываемые преимущества: раскрыта мощь блоков распределения питания с автоматическим переключением