Х.25 - незнакомый знакомец. Компьютерная пакетная сеть X.25

Первой разработанной сетью с коммутацией пакетов является сеть X.25, которая описана в одноименной рекомендации МСЭ-Т. Сети Х.25 разработаны для линий низкого качества с высоким уровнем помех (для аналоговых телефонных линий КТЧ) благодаря применению протоколов подтверждения установления соединений и коррекции ошибок на канальном и сетевом уровня и обеспечивают передачу данных со скоростью до 64 Кбит/с .

Стандарт Х.25 определяет двухточечный интерфейс (выделенную линию) между пакетным терминальным оборудованием DTE и оконечным оборудованием передачи данных DCE.

DTE (data terminal equipment) – аппаратура передачи данных (кассовые аппараты, банкоматы, терминалы бронирования билетов, ПК, т.е. конечное оборудование пользователей).

DCE (data circuit-terminating equipment) – оконечное оборудование канала передачи данных (телекоммуникационное оборудование, обеспечивающее доступ к сети на стороне оператора связи).

PSE (packet switching exchange) – коммутаторы пакетов.

Рисунок – Структурная схема сети X.25

Интерфейс Х.25 содержит три нижних уровня модели OSI: физический, канальный и сетевой. Особенностью этой сети является использование коммутируемых виртуальных каналов для осуществления передачи данных между компонентами сети. Установление коммутируемого виртуального канала выполняется служебными протоколами, выполняющими роль сигнализации.

Физический уровень

На физическом уровне Х.25 используются аналоговые выделенные линии КТЧ. На физическом уровне Х.25 реализуется один из протоколов X.21 или X.21bis, который формирует данные в виде потока данных .

Канальный уровень

На канальном уровне сеть Х.25 обеспечивает гарантированную доставку, целостность данных и контроль потока. На канальном уровне поток данных структурируется на кадры . Контроль ошибок производится во всех узлах сети и в случае выявления ошибки выполняется повторная передача данных. Канальный уровень реализуется протоколом LAP-B , который работает только с двухточечными каналами связи, поэтому адресация не требуется .

Сетевой уровень

Сетевой уровень Х.25 реализуется протоколом PLP (Packet-Layer Protocol - протокол уровня пакета). На сетевом уровне кадры объединяются в один поток, который разбивается на пакеты . Протокол PLP управляет обменом пакетов через виртуальные цепи. Сеанс связи устанавливается между двумя устройствами DTE по запросу от одного из них. После установления коммутируемой виртуальной цепи эти устройства могут вести полнодуплексный обмен информации.

Пример кабелей DTE и DCE в сетях с коммутацией пакетов V.35*

- DTE

DCE -

* Примечание. Протоколы семейства V.xx – это дальнейшее развитие передачи пакетных данных поверх телефонных сетей, главным образом за счет увеличения количества симметричных линий связи. Максимальная скорость в сетях V.35 – до 8 Мбит/с.

Компьютерная пакетная сеть IP

Internet Protocol (IP, досл. «межсетевой протокол») –маршрутизируемый протокол сетевого уровня стека TCP/IP. Именно IP стал тем протоколом, который объединил отдельные компьютерные сети во всемирную сеть Интернет (WAN). Неотъемлемой частью протокола является адресация сети.

Рисунок – Принцип передачи IP-пакетов

1) Без установления соединения: перед отправкой пакетов данных соединение с узлом назначения не устанавливается (т.е. не известно, присутствует ли получатель, доставлено или прочитано письмо).

2) Доставка с максимальными усилиями (ненадёжная) : доставка пакетов не гарантируется.

3) Независимость от среды: функционирует независимо от среды, в которой передаются данные.

Инкапсуляция в IP-сети (создание пакетов)

Рисунок – Процесс формирования IP– пакетов

Заголовок IP-пакета всегда должен содержатьполе адреса отправителя и узла назначения!!!

IP-адрес (от англ. Internet Protocol Address) – уникальный сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP. В сети Интернет требуется глобальная уникальность адреса; в случае работы в локальной сети требуется уникальность адреса в пределах сети.

Существует две рабочие версии IP протокола: IPv4 и IPv6 .

В версии протокола IPv4 IP-адрес имеет длину 4 байта (октета) и представляет собой 32-битовое число. Удобной формой записи IP-адреса (IPv4) является запись в виде четырёх десятичных чисел значением от 0 до 255, разделённых точками,

например, 192.168.0.3.

В 6-й версии IP-адрес (IPv6 ) является 128-битовым. Внутри адреса в качестве разделителей используются двоеточия (напр. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334). Ведущие нули допускается в записи опускать. Нулевые группы, идущие подряд, могут быть опущены, вместо них ставится двойное двоеточие (fe80:0:0:0:0:0:0:1 можно записать как fe80::1). Более одного такого пропуска в адресе не допускается.

IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла (хоста) , которые разделяются маской. Маска может быть представлена в виде 4-байтного слова (например, 255.255.255.0 ) или быть представлена компактной записью через наклонную черту – «слеш» (например, /24 ).

Примечание : значения 255.255.255.0 и /24 – есть суть разного представления одного и того же двоичного числа (4-октетов): 11111111.11111111.11111111.00000000. В первом случае двоичные числа переводятся в десятичные внутри своих октетов, во втором случае /24 – есть количество идущих подряд единиц – слева на право.

Маска представляет собой фильтр с помощью которого определяют («отсекают») сетевую часть IP-сети и часть IP-адресов оконечных узлов (хостов). Осуществляется это по логической операции «И».

Пример:

Есть IP-адрес 62.76.34.36 и маска 255.255.255.224, определить адрес сети и хостов?

Решение:

224

Сетевая часть

Хостовая часть

Таким образом, сетевая часть есть 62.76.34.32/27, а хосты в диапазоне.33 – .62,

Сети имеют глобальный характер и реализованы на коммутации пакетов между последними узлами. Сети х.25 работают на трех нижних уровнях модели OSI. Структура сети показана на рис.1, где видно:

• DCE — телекоммуникационное оборудование (модемы), реализующие доступ к сети
• DTE — аппаратура транспортировки данных
• PSE — коммутаторы пакетов, реализующие облако глобальной сети

Для терминалов, которые не поддерживают X.25 полностью, есть простые устройства PAD — сборщики разборщики пакетов. Они содержат один или более асинхронных портов, к которые присоединяются обычные терминалы и один синхронный порт х.25. Весь трафик их асинхронных портов собирается в буфер памяти PAD и по заполнению пакета он отправляется в сеть. Разборка реализована таким же образом.

Физический уровень определяет использование любого родственного последовательного синхронного интерфейса: и G.703. Для реализации таких интерфейсов нужно что бы цепи, DTR,RTS,DSR,CTS были в положении включено , иначе работать не будут. На физическом уровне нету контроля управления и достоверности потоком — эти задачи реализуются сетевым и канальным уровнем.

Канальный уровень реализует гарантированную доставку, контроль потока и целостность данных, при этом задержка всего лишь сотни миллисекунд. Протокол LAP-B реализует канальный уровень. Связь реализуется между парой устройств DTE по запросу инициатора. После установки соединения пара может вести полнодуплексный обмен данными. Логическое соединение, которое поддерживает надежных двухсторонний обмен между парой устройств называют виртуальной цепью . Физическая виртуальная цепь может проходить через несколько PSE. Виртуальные цепи могут быть постоянные и коммутируемые. Коммутируемые виртуальные цепи SVC — используются для нерегулярного обмена информацией и нуждаются в поддержании, установки и завершении сеанса каждый раз при нужды в сеансе. Постоянные виртуальные цепи PVC — не нуждаются в установки сеанса, и DTE может обмениваться данными в любой момент.

Сетевой уровень Х.25 реализуется с помощью протокола PLP. Этот протокол управляет обменом кадрами через виртуальные цепи. Пакеты PLP ложатся в поле данных кадра LAPB. Протокол PLP может работать и через LLC2, ISDN (LAPD) и он определяет 5 режимов:

• Call setup — установка соединения, реализуется для организации коммутируемой виртуальной цепи между DTEб реализуя адресацию х.121. Режим относится к каждой виртуальное цепи, которое подключено через физическое соединение
• Data-transfer mode — Режим транспортировки информации реализуется при обмене информацией через виртуальные сети. Этот режим выполняет сегментацию, заполнение недостающих бит, управление потоком и контроль ошибок. Используется и PVC и SVC
• Idle mode — режим паузы, нужен тогда, когда виртуальная коммутируемая цепь уже установлена, но обмен информацией не происходит. Для PVC не нужен
• Call-clearing mode — сброс соединения, нужен для разрыва сеанса
• Restarting mode — режим рестарта, нужен для синхронизации транспортировки между локальным DCE и DTE.

Поле данных в пакете может иметь длину до 4096 байт (стандарт — 128). Адресация узлов DTE реализуется относительно х.121, что дает единое пространство адресов на земле. Есть 3 варианта адресации:

• Полный международный телефонный номер: адрес начинается с префикса 9, за которым идет трехзначный код страны, а затем телефонный номер в стране (11 цифр)
• Полный международный сетевой адрес: начинается с префикса 0, после которого идет трехзначный код страны а затем номер сети в стране и номер узла
• Внутренний сетевой адрес: начинается с номера сети в стране, а потом идет номер узла

Сети х.25 отлично применяются для обмена данными между пользователями, подключения терминальных узлов, построение систем клиент-сервер. Протокол х.25 поддерживают разные маршрутизаторы и мосты. Протокол стандартизирован и четко вписывается в модель OSI. Недостатком такой сети является то, что присутствует значительная задержка передачи пакетов.

Фраза, вынесенная в заголовок данной статьи, в двух словах отображает сегодняшнюю ситуацию с технологией X.25. В западной прессе теперь очень трудно встретить рассмотрение проблем, связанных с использованием протокола X.25; более горячими темами сегодня в области территориальных сетей являются, например, технологии frame relay и ATM. Несмотря на это, даже в странах Запада самые передовые компании, выпускавшие ранее только высокоскоростное оборудование, дополняют свой спектр устройств оборудованием X.25. Пример тому - появление в нынешнем году в ассортименте оборудования фирмы StrataCom узлов X.25.

Особенно актуально рассмотрение решений технологий X.25 для России и сопредельных стран с аналогичной инфраструктурой каналов.

В этой статье мы обсудим протокол X.25 и связанный с ним стек протоколов, а также сети, базирующиеся на данной технологии. Наша задача показать, что представляют собой сети X.25 и почему широкому кругу пользователей выгодно использовать уже функционирующие магистральные сети X.25, а некоторым из них, представляющим крупные организации, даже строить свои собственные сети.

Мы будем называть сетями X.25, или сетями пакетной коммутации сети, доступ к которым производится в соответствии с рекомендациями МККТТ X.25 (в соответствии с X.3/X.28 в случае асинхронного доступа).

Итак, почему именно сети X.25? Дело в том, что на сегодняшний день, несмотря на появление новых, интегральных технологий сетей передачи данных/сетей связи, рассчитанных на высокоскоростные каналы связи, сети X.25 по-прежнему наиболее распространены.

Если рассматривать все имеющиеся сегодня сети передачи данных общего пользования, то окажется, что именно сети X.25 с наибольшим основанием могут быть уподоблены телефонным сетям. Точно так же, как подняв трубку телефонного аппарата, подключенного к ближайшей АТС, вы можете связаться с абонентом практически в любой точке мира, так и установив соединение вашего компьютера с ближайшим узлом сети X.25, вы сможете осуществить связь с любым из миллиона пользователей сетей X.25 по всему миру. Для этого вам надо лишь знать его сетевой адрес.

Что же такое сети X.25? Для чего они нужны? На базе какого оборудования и какой теории они строятся?

ПРОТОКОЛЫ СЕТЕЙ X.25

Сети X.25 получили свое название по имени рекомендации - "X.25", выпущенной МККТТ (Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии). Данная рекомендация описывает интерфейс доступа пользователя в сеть передачи данных и интерфейс взаимодействия с удаленным пользователем через сеть передачи данных.

Внутри же самой сети передача данных может происходить в соответствии с другими правилами. Ядро сети может быть построено и на более скоростных протоколах frame relay. Мы, однако, рассматривая вопросы построения сетей X.25 в рамках этой статьи, будем иметь в виду сети, передача данных внутри которых производится также по протоколам, описанным в рекомендации X.25. Именно таким образом и строится в настоящее время большинство корпоративных сетей X.25 в России.

Сегодня достигнут достаточно высокий уровень совместимости оборудования, выпускаемого различными фирмами, как в рамках одной сети, так и разнообразных сетей X.25. Наибольшие проблемы в области совместимости возникают в тех случаях, когда надо управлять из одного центра узлами сети, построенными на базе оборудования разных фирм. Однако, благодаря установке на оборудовании X.25 агентов SNMP, и эта проблема в ближайшем будущем будет, видимо, решена. Одновременно ведется работа по расширению возможностей протокола SNMP в части его соответствия задачам управления большими территориально-распределенными сетями.

Первый описывает уровни сигналов и логику взаимодействия в терминах физического интерфейса. (Те из читателей, которым приходилось, например, подключать модем к последовательному порту персонального компьютера через интерфейс RS-232/V.24, имеют представление об этом уровне.)

Второй (протокол доступа к каналу/процедура сбалансированного доступа к каналу, LAP/LAPB), с теми или иными модификациями, достаточно широко представлен сейчас в оборудовании массового спроса - например в модемах - протоколами типа сетевого протокола MNP компании Microcom, отвечающими за коррекцию ошибок при передаче информации по каналу связи, а также в локальных сетях на уровне управления логическим каналом LLC.

Этот уровень протоколов отвечает за эффективную и надежную передачу данных по соединению "точка-точка", т.е. между соседними узлами сети X.25. Данным протоколом обеспечивается коррекция ошибок при передаче между соседними узлами и управление потоком данных (если принимающая сторона не готова к получению данных, она извещает об этом передающую сторону, и та приостанавливает передачу). Кроме того, он определяет параметры, меняя значения которых, режим передачи можно оптимизировать по скорости в зависимости от протяженности канала между двумя точками (времени задержки в канале) и его качества (вероятности искажения информации при передаче).

Для реализации всех указанных выше функций в протоколах второго уровня вводится понятие "кадра" (frame). Кадром называется порция информации (битов), организованная определенным образом. Начинает кадр флаг, т.е. последовательность битов строго определенного вида, являющаяся разделителем между кадрами. Затем идет поле адреса, которое в случае двухточечного соединения представляет собой адрес А или адрес B. Далее следует поле типа кадра, указывающее на то, несет ли кадр в себе информацию или является чисто служебным (например тормозит поток информации или извещает передающую сторону о приеме/неприеме предыдущего кадра). В кадре имеется также поле номера кадра. Кадры нумеруются циклически. Это означает, что при достижении заданного порогового значения нумерация опять начинается с нуля. И наконец, заканчивается кадр контрольной последовательностью, подсчитываемой при передаче кадра по определенным правилам. По этой последовательности на приеме происходит проверка на предмет искажения информации при передаче кадра.

Длину кадра можно менять при настройке параметров протокола к физическим характеристикам линии. Чем короче кадр, тем меньше вероятность того, что он будет искажен при передаче. Однако если линия хорошего качества, то лучше работать с более длинными информационными кадрами, т.к. уменьшается процент избыточной информации, передаваемой по каналу (флаг, служебные поля кадра). Кроме того, число кадров, посылаемое передающей стороне без подтверждения от принимающей стороны, тоже можно менять. Данный параметр связан с так называемым "модулем нумерации", т.е. со значением порога, достигнув которого нумерация снова начинается с нуля. Это поле может быть задано равным в пределах от 8 (для тех каналов, задержка передачи информации в которых не слишком велика) до 128 (для спутниковых каналов, например, когда задержка при передаче информации по каналу велика).

И, наконец, третий уровень протоколов - сетевой. Он наиболее интересен в контексте обсуждения сетей X.25, так как их специфику, в первую очередь, определяет именно он.

Функционально данный протокол отвечает прежде всего за маршрутизацию в сети передачи данных X.25, т. е. за доведение информации от "точки входа" в сеть до "точки выхода" из нее. Со своей стороны протокол третьего уровня также структурирует информацию, иными словами, разбивает ее на "порции". На третьем уровне порция информации называется "пакетом" (packet). Структура пакета во многом аналогична структуре кадра. В пакете имеется свой модуль нумерации, собственные поля адреса, тип пакета, контрольная последовательность. При передаче пакет помещается в поле данных информационных кадров (кадров второго уровня). Функционально поля пакета отличаются от соответствующих полей кадра. Главным образом это касается поля адреса, которое в пакете состоит из 15 цифр; поле пакета должно обеспечивать идентификацию абонентов в рамках всех сетей пакетной коммутации по всему миру. Структуру сетевого адреса определяет рекомендация X.121.

Введя термин "пакет", мы можем перейти к следующему вопросу, а именно: как же происходит доставка информации от одного абонента до другого через сеть X.25? Для этого используется так называемый метод "коммутации пакетов" (packet switching), в связи с чем сети X.25 еще именуют сетями пакетной коммутации. Данный метод реализуется посредством установления между абонентами виртуальных, т.е. логических (в отличие от физических) соединений (virtual circuits). Для того чтобы передать информацию от абонента A к абоненту B, между ними прежде устанавливается виртуальное соединение, иначе - происходит обмен пакетами "запрос вызова" ("call request") - "вызов принят" ("call accept"). Только после этого между двумя абонентами может производиться обмен информацией.

Виртуальные соединения могут быть как постоянными (permanent), так и коммутируемыми (switched). Коммутируемое соединение, в отличие от постоянного виртуального соединения, устанавливается в каждом сеансе обмена информацией. Тут можно привести прямые аналогии из области телефонии. Действительно, если вы имеете выделенный ("постоянный") телефонный канал между двумя абонентами, то не надо каждый раз набирать номер вашего абонента, - достаточно лишь снять трубку телефона. Количество виртуальных соединений, одновременно поддерживаемых на базе одного физического канала, зависит от конкретного типа оборудования, используемого для обеспечения таких соединений. Что вполне понятно, т.к. для поддержки каждого соединения на этом оборудовании должен резервироваться определенный ресурс (например оперативная память).

ПРЕИМУЩЕСТВА СЕТЕЙ X.25

Метод коммутации пакетов, лежащий в основе сетей X.25, определяет основные преимущества таких сетей или, другими словами, их область применения. В чем же это преимущество? Рассматриваемые сети позволяют в режиме реального времени разделять один и тот же физический канал нескольким абонентам, в отличие, например, от случая использования пары модемов, соединенных через канал того или иного типа. На самом деле, если у вас и вашего абонента на компьютерах установлены модемы, вы можете обмениваться с ним информацией. Однако используемой телефонной линией одновременно с вами не сможет воспользоваться уже никто другой.

Благодаря реализованному в сетях X.25 механизму разделения канала сразу между несколькими пользователями, во многих случаях оказывается экономически выгодней производить оплату за каждый байт переданной или полученной информации, а не оплачивать время применения телефонной линии при передаче данных по сети X.25. Особенно ощутимо такое преимущество в случае международных соединений.

Метод разделения физического канала между абонентами в сетях X.25 называют еще мультиплексированием канала, точнее, "логическим" или "статистическим" мультиплексированием (Рис. 1). Термин "логическое мультиплексирование" вводится, чтобы отличить этот метод, например, от временного разделения канала. При временном разделении канала каждому из разделяющих его абонентов выделяется в каждую секунду строго определенное количество миллисекунд для передачи информации. При статистическом разделении канала нет строго регламентированной степени загрузки каждым из абонентов канала в данный момент времени.

Рисунок 1.
Мультиплексирование канала в сетях X.25.

Эффективность использования статистического мультиплексирования зависит от статистических или вероятностных характеристик мультиплексируемого потока информации. Означает ли это, что вам, прежде чем подключаться к уже действующей сети X.25 или начинать создавать свою сеть, необходимо проводить детальный анализ вероятностных характеристик потоков информации, циркулирующих в вашей системе? Конечно, нет. Такие расчеты уже проведены. Накоплен большой опыт использования сетей X.25. Известно, что использование сети X.25 эффективно для широкого спектра задач передачи данных. Среди них и обмен сообщениями между пользователями, и обращение большого количества пользователей к удаленной базе данных, а также к удаленному хосту электронной почты, связь локальных сетей (при скоростях обмена не более 512 Кбит/с), объединение удаленных кассовых аппаратов и банкоматов. Иными словами, все приложения, в которых трафик в сети не является равномерным во времени.

Какие еще преимущества дает сеть X.25? Может быть, одно из самых важных достоинств сетей, построенных на протоколах, описанных в рекомендации X.25, состоит в том, что они позволяют передавать данные по каналам телефонной сети общего пользования (выделенным и коммутируемым) оптимальным образом. Под "оптимальностью" имеется в виду достижение максимально возможных на указанных каналах скорости и достоверности передачи данных.

Эффективный механизм оптимизации процесса передачи информации через сети X.25 - это механизм альтернативной маршрутизации. Возможность задания помимо основного маршрута альтернативных, т.е. резервных, имеется в оборудовании X.25, производимом практически всеми фирмами. Различные образцы оборудования отличаются алгоритмами перехода к альтернативному маршруту, а также допустимым количеством таких маршрутов. В некоторых типах оборудования, например, переход к альтернативному маршруту происходит только в случае полного отказа одного из звеньев основного маршрута. В других же переход от одного маршрута к другому происходит динамически в зависимости от загруженности маршрутов, и решение принимается на основании многопараметрической формулы (оборудование фирмы Motorola ISG, например). За счет альтернативной маршрутизации может быть значительно увеличена надежность работы сети, а это значит, что между любыми двумя точками подключения пользователя к сети должно быть, по крайней мере, два различных маршрута. В связи с этим построение сети по звездообразной схеме можно считать вырожденным случаем. Правда, там, где есть только один узел сети X.25, установленный в рамках той или иной сети общего пользования, такая топология сети все еще используется довольно часто.

ДОСТУП ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ К СЕТЯМ X.25. СБОРЩИКИ-РАЗБОРЩИКИ ПАКЕТОВ

Рассмотрим теперь, каким образом на практике реализуется доступ разных типов пользователей к сети X.25. Прежде всего, возможна организация доступа в пакетном режиме (рекомендации X.25). Для осуществления доступа с компьютера в сеть в пакетном режиме можно, например, установить в компьютер специальную плату, обеспечивающую обмен данными в соответствии со стандартом X.25.

Для подключения локальной сети через сеть X.25 используются также платы компаний Microdyne, Newport Systems Solutions и др. Кроме того, доступ из локальной сети в сеть X.25 может быть организован еще и при помощи мостов/маршрутизаторов удаленного доступа, поддерживающих протокол X.25 и выполненных в виде автономных устройств. Преимущества таких устройств над встраиваемыми в компьютер платами, помимо большей производительности, заключается в том, что они не требуют установки специального программного обеспечения, а сопрягаются с локальной сетью по стандартному интерфейсу, что позволяет реализовать более гибкие и универсальные решения.

Вообще, подключение пользовательского оборудования к сети в пакетном режиме очень удобно, когда требуется многопользовательский доступ к этому оборудованию через сеть.

Если же вам надо подключить компьютер к сети в монопольном режиме, то тогда подключение производится по другим стандартам. Это стандарты X.3, X.28, X.29, определяющие функционирование специальных устройств доступа в сеть - сборщиков/разборщиков пакетов - СРП (packet assembler/dissasembler-PAD). На практике термин "СРП" малоупотребим, поэтому и мы в качестве русскоязычного воспользуемся термином "ПАД".

ПАДы используются для доступа в сеть абонентов при асинхронном режиме обмена информацией, т.е. через, например, последовательный порт компьютера (непосредственно или c применением модемов). ПАД обычно имеет несколько асинхронных портов и один синхронный (порт X.25). ПАД накапливает поступающие через асинхронные порты данные, упаковывает их в пакеты и передает через порт X.25 (Рис. 2).

(1x1)

Рисунок 2.
Пример сложной сети X.25 с подключением устройств различного типа: от компьютеров до банковского терминального оборудования.

Конфигурируемые параметры ПАДа определяются выполняемыми задачами. Эти параметры описываются стандартом X.3. Совокупность параметров носит название "профайла" (profile); стандартный набор состоит из 22 параметров. Функциональное назначение данных параметров одинаково для всех ПАДов. В профайл входят параметры, задающие скорость обмена по асинхронному порту, параметры, характерные для текстовых редакторов (символ удаления знака и строки, символ вывода на экран предыдущей строки и т.п.), параметры, включающие режим автоматической добивки строки незначащими символами (для синхронизации с медленными терминалами), а также параметр, определяющий условие, при выполнении которого формирование пакета заканчивается.

УЗЛЫ СЕТИ X.25. ЦЕНТРЫ КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ

Параметры, описывающие канал X.25, являются немаловажными и для узловых элементов собственно сети X.25, называемых Центрами Коммутации Пакетов - ЦКП (или коммутатор пакетов, packet switch), однако ими список параметров ЦКП, конечно, не исчерпывается. В процессе конфигурации ЦКП обязательно требуется заполнить таблицу маршрутизации (routing table), позволяющую определить, на какой из портов ЦКП направляются поступившие в них пакеты в зависимости от адресов, содержащихся в этих пакетах. В таблице задаются как основные, так и альтернативные маршруты. Кроме того, важная функция некоторых ЦКП - это функция стыковки сетей (шлюза между сетями).

Действительно, в мире существует великое множество сетей X.25 и общего пользования, и частных, или иначе - корпоративных, ведомственных. Естественно, в различных сетях могут быть установлены разные значения параметров передачи по каналам X.25 (длина кадра и пакета, величины пакетов, система адресования и т.д.). Для того чтобы все эти сети могли стыковаться друг с другом, была разработана рекомендация X.75, определяющая правила согласования параметров при переходе из сети в сеть. Сопряжение вашей и соседних сетей рекомендуется производить через ЦКП, в котором с достаточной полнотой реализована поддержка шлюзовых функций, - такой ЦКП, например, должен уметь "транслировать" адреса при переходе из одной сети в другую. Эта функция обычно реализуется с помощью конфигурации специальной таблицы трансляции адресов в шлюзовом ЦКП. Для ЦКП, несопрягающихся с узлами другой сети пакетной коммутации, наличие шлюзовых функций не является обязательным.

Сети Х.25 являются на сегодняшний день самыми популярными сетями с коммутацией пакетов в основном из-за того, что долгое время они были единственными доступными сетями такого типа, а также из-за того, что они хорошо работают на ненадежных линиях. Стандарт X.25 "Интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования" был разработан комитетом МККТТ для предоставления терминалам доступа к многочисленным удаленным мейнфреймам через сеть коммутации пакетов. Поэтому этот стандарт наилучшим образом подходит для передачи трафика низкой интенсивности, характерного для терминалов, и в меньшей степени соответствует более высоким требованиям трафика локальных сетей.

Сеть коммутации пакетов состоит из центров коммутации пакетов (ЦКП), расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными каналами обмена (рисунок 17.7).

Рис. 17.7. Сеть коммутации пакетов X. 25

В сети предусмотрено преодоление отказов каналов связи между ЦКП путем обхода поврежденного участка сети. Сеть обычно формируется, функционирует и контролируется системой управления сетью, расположенной в одном из центров коммутации пакетов.

Этот стандарт основан на синхронной передаче данных. Асинхронные старт-стопные терминалы подключаются к сети через так называемые пакетные адаптеры данных (ПАД). Они могут быть встроенными или удаленными. Встроенный ПАД обычно расположен в стойке ЦКП. Удаленный ПАД представляет собой небольшое автономное устройство, подключенное к ЦКП через один канал связи X.25. Один ПАД обычно обеспечивает доступ для 8, 16 или 24 асинхронных терминалов.

К основным функциям ПАД относятся:

Сборка символов, полученных от асинхронных терминалов, в пакеты,

Разборка полей данных в пакетах и вывод данных на асинхронные терминалы,

Управление процедурами установления соединения и разъединения, сброса и прерывания,

Передача символов, включающих стартстопные сигналы и биты проверки на четность. по требованию асинхронного терминала,

Продвижение пакетов при наличии соответствующих условий, таких как заполнение пакета, истечение времени ожидания и др.

На физическом уровне определены протоколы X.21 и X.21bis. Протокол физического уровня X.21 определяет интерфейс между компьютером и цифровым каналом связи, а X.21bis - между компьютером и аналоговым каналом (с использованием модемов).

На канальном уровне используется подмножество протокола HDLC. обеспечивающее возможность автоматической передачи в случае возникновения ошибок в линии. Предусмотрена возможность выбора из двух процедур доступа к каналу: LAP или LAPB.

На сетевом уровне определен протокол X.25/3 обмена пакетами между оконечным оборудованием и сетью передачи данных.

Сетевой уровень реализуется с использованием 14 различных типов пакетов. Так как надежную передачу данных обеспечивает уже упомянутый протокол LAP-B, то протокол X.25/3 выполняет функции маршрутизации пакетов и управления потоком пакетов.

Прежде, чем пакет будет передан через сеть, необходимо установить соединение между исходными ООД - терминалами и компьютерами. Существует два типа соединений - коммутируемый виртуальный канал (SVC - Switched Virtual Channel) и постоянный виртуальный канал (PVC - Permament Virual Channel). SVC можно сравнить с коммутируемым каналом телефонной сети общего пользования. Для установления соединения необходимо знать сетевой номер - адрес пользователя. Рекомендация X. 121 МККТТ определяет международную систему нумерации адресов для сетей передачи данных общего пользования.

Постоянный виртуальный канал подобен выделенному каналу в том, что не требуется устанавливать соединение или разъединение. Обмен пакетами по PVC может происходить в любой момент времени. PVC формируется системой управления сетью. Отличие PVC от выделенной линии типа 64 Кб/с в том, что пользователь не имеет никаких гарантий относительно действительной пропускной способности PVC. Поэтому использование PVC обычно намного дешевле, чем аренда выделенной линии.

Маршрутизация на основе виртуальных каналов - это обычный прием, используемый в глобальных сетях. Кроме сетей X.25, такая техника применяется в сетях frame relay и АТМ. Суть такой маршрутизации показана на рисунке 17.8. При установлении соединения между конечными узлами используется специальный тип пакета - запрос на установление соединения - который содержит длинный адрес узла-адресата, а также номер виртуального соединения, присвоенного данному виртуальному соединению в узле-отправителе, например, 15. Адрес назначения используется для маршрутизации пакета на основании таблиц маршрутизации, аналогичных тем, которые использовались при описании протоколов RIP или OSPF. В приведенном примере оказалось необходимым передать пакет с порта 1 на порт 0. Одновременно с передачей пакета маршрутизатор изменяет у пакета номер виртуального соединения - он присваивает пакету первый неиспользованный номер виртуального канала для данного коммутатора. Каждый конечный узел и каждый коммутатор ведет свой список использованных и свободных номеров виртуальных соединений. В таблице коммутации входного порта маршрутизатор отмечает, что в дальнейшем пакеты, прибывшие на этот порт с номером 15, должны передаваться на порт 0, причем номер виртуального канала должен быть изменен на 10, Одновременно делается и соответствующая запись в таблице коммутации порта 0 - пакеты с номером 10 нужно передавать на порт с номером 1, меняя номер виртуального канала на 15.

Рис. 17.8. Коммутация в сетях с виртуальными соединениями.

В результате действия такой схемы пакеты данных уже не несут длинные адреса конечных узлов, а имеют в служебном поле только номер виртуального канала, на основании которого и производится маршрутизация всех пакетов, кроме пакета запроса на установление соединения. В сети прокладывается виртуальный канал, который не изменяется в течение всего времени существования соединения. Пакеты в виртуальном канале циркулируют в двух направлениях, причем конечные узлы не замечают изменений номеров виртуальных каналов при прохождении пакетов через сеть.

За уменьшение служебного заголовка приходится платить невозможностью баланса трафика внутри виртуального соединения. При отказе какого-либо канала соединение приходится также устанавливать заново.

Протокол X.25 допускает использование следующих максимальных значений длины поля данных: 16, 32, 64, 128, 256, 512 и 1024 байта. Предпочтительной является длина 128 байтов. Пакеты данных циклически нумеруются от 0 до 7 или от 0 до 127. В заголовке пакета помещаются два номера: порядковый номер передачи и порядковый номер приема. Порядковый номер передачи необходим для обеспечения последовательной транспортировки данных по виртуальному каналу, обнаружения потерь пакетов и для управления интенсивностью поступления пакетов в сеть передачи данных.

Услуги по стандарту Х.25 предоставляются многими общественными сетями передачи данных - в США Sprint/Telenet, BT/Tymnet, Infonet и другими, в России - "Исток-К". "Спринт Сеть", ИАСНЕТ, РОСПАК, ИНФОТЕЛ, Релком и другими. Сети Х.25 часто являются единственной возможностью для создания международной сети, так как почти во всех странах имеются сети данного типа. Можно построить и свою собственную сеть Х.25, купив коммутационное оборудование Х.25 и арендовав выделенные линии.

Сети frame relay - сравнительно новые сети, которые гораздо лучше подходят для передачи трафика локальных сетей по сравнению с сетями X.25. Преимущество сетей frame relay заключается в их низкой избыточности, высокой емкости при низких задержках и надежности передачи данных по существующим общественным сетям. Они специально разработаны как общественные сети для соединения частных локальных сетей. Сети frame relay стандартизованы подкомитетом СС1ТТ 1.122. Они обеспечивают скорость передачи данных до 2 Мб/с и позволяют потребителю наращивать требуемую пропускную способность частями по 56 Кб/с.

Сети frame relay обеспечивают высокую пропускную способность и низкие задержки за счет исключения избыточных операций по коррекции ошибок, так как они рассчитаны на использование надежных цифровых и волоконно-оптических линий связи. Протокол frame relay занимается обнаружением ошибок только на первых двух уровнях модели OSI. в то время как в протоколе X.25 этим занимаются три уровня. Протокол frame relay, так как он работает только на первых двух уровнях модели OSI, является независимым от верхних уровней стека протокола, из-за чего его легко встраивать в сети. Существует спецификация RFC 1490, определяющая методы инкапсуляции в трафик frame relay трафика SNA и локальных сетей.

Протокол frame relay подразумевает, что коммуникационное оборудование конечных пользователей (а, точнее, протоколы сетевого и транспортного уровней, подобные IP и TCP) будут обнаруживать и корректировать ошибки за счет повторной передачи пакетов сетевого или более высоких уровней. Это требует некоторой степени интеллектуальности от конечного оборудования, что по большей части справедливо для современных локальных сетей.

Frame relay предлагает независимую адресацию пакетов. Сети frame relay, как и сети X.25, позволяют устанавливать частные виртуальные каналы между локальными сетями без добавления задержки между узлами. После установления виртуального соединения кадры frame relay маршрутизируются (транслируются, передаются, если более точно следовать переводу глагола relay) через коммутаторы сети. Стандарт frame relay определяет как постоянные виртуальные каналы (PVC), так и коммутируемые (SVC), но в большинстве коммерческих сетей frame relay реализованы в основном сервисы постоянных коммутируемых каналов.

Поле номера виртуального соединения (DLCI) состоит из 11 битов и называется идентификатором связи данных. Это поле содержит номер виртуального канала, соответствующий определенному порту сетевого моста или маршрутизатора. Посылающее устройство помещает этот адрес в кадр (фрейм) и передает кадр в сеть для перемещения к приемному устройству.

Поле данных может иметь размер до 4056 байтов.

В сетях frame relay предусмотрена процедура заказа качества обслуживания, отсутствующая в сетях Х.25. Для каждого виртуального соединения определяются несколько параметров, Два параметра определяют среднюю скорость соединения:

CIR (Committed Information Rate) - средняя скорость, с которой сеть согласна передавать данные пользователя,

CBS (Committed Burst Size) - максимальное количество битов, которое сеть согласна передать от этого пользователя за интервал времени Т.

Если эти величины определены, то время Т определяется формулой

На рисунке 17.9 приведен пример использования сети frame relay пятью удаленными региональными отделениями корпорации. Обычно доступ к сети осуществляется каналами с большей пропускной способностью, чем CIR - пропускная способность канала должна быть равна по крайней мере величине CBS/T. Но при этом пользователь платит не за пропускную способность канала, а за заказанные величины CIR и CBS.

Для управления потоком кадров в сетях frame relay используются механизмы оповещения конечных пользователей о том, что в коммутаторах сети возникли перегрузки (переполнение необработанными кадрами). Бит FECN

Рис. 17.9. Пример использования сети frame relay

(Forward Explicit Congestion Bit) кадра извещает об этом принимающую сторону. На основании значения этого бита принимающая сторона должна с помощью протоколов более высоких уровней (TCP/IP. SPX и т.п.) известить передающую сторону о том, что та должна снизить интенсивность отправки пакетов в сеть.

Бит BECN (Backward Explicit Congestion Bit) извещает о переполнении в сети передающую сторону и является рекомендацией немедленно снизить темп передачи. Бит BECN обычно отрабатывается на уровне устройств доступа к сети frame relay - маршрутизаторов, мультиплексоров и устройств CSU/DSU.

В общем случае биты FECN и BECN могут игнорироваться. Но если конечный пользователь нарушает условия, определяемые параметрами его соединения CIR и CBS, то сеть может просто отбрасывать (не передавать) "избыточные кадры" пользователя, выходящие за рамки договоренностей. Для этого в кадре имеется бит DE (Discard Eligible) -"удаление желательно", который устанавливается при превышения конечным узлом максимальной интенсивности трафика. И если в коммутаторе сети возникает перегрузка, то он может отбрасывать кадры с установленным битом DE.

Сервис frame relay обычно предоставляют те же операторы, которые эксплуатируют сети X.25. Большая часть производителей выпускает сейчас коммутаторы, которые могут работать как по протоколам Х.25, так и по протоколам frame relay.

Глобальные сети с коммутацией пакетов

Лекция №11.

Сети X.25 являются самыми первыми сетями с коммутацией пакетов, использованных для объединения корпоративных сетей. Первоначально сети разрабатывались для низкоскоростной передачи данных по линиям связи с большим уровнем помех, и использовались для подключения банкоматов, кассовых терминалов, принимающих кредитные карточки, и для соединения сетей предприятий между собой.

Долгое время сеть X.25 была единственной широко распространенной коммерческой сетью (сеть Internet, как коммерческая стала эксплуатироваться совсем недавно), поэтому для корпоративных пользователей выбора не было.

В настоящее время, сеть X.25 продолжает успешно эксплуатироваться, используя высокоскоростные цифровые линии связи для соединения своих коммутаторов. Так, в частности, большинство банков и промышленных предприятий запада используют сеть X.25 для организации удаленного доступа к своим сетям.

Сеть X.25 состоит из коммутаторов, соединенных между собой по схеме «точка-точка», и работающих с установлением виртуального канала. Для связи коммутаторов могут использоваться цифровые линии PDH/SDH или аналоговые модемы, работающие по выделенной линии.

Компьютеры (маршрутизаторы), поддерживающие интерфейс X.25, могут подключаться к коммутатору непосредственно, а менее интеллектуальные терминалы (банкоматы, кассовые аппараты) – при помощи специального устройства PAD (Packet Assembler Disassembler). PAD может быть встроенным в коммутатор или удаленным. Терминалы получают доступ ко встроенному PAD по телефонной сети с помощью модемов (встроенный PAD также подключается к телефонной сети с помощью нескольких модемов). Удаленный PAD представляет собой небольшое автономное устройство, находящиеся в помещении клиента и подключенное к коммутатору через выделенную линию. К удаленному PAD терминалы подключаются через COM-порт (интерфейс RS-232C).

Один PAD обычно обеспечивает доступ для 8, 16 и 24 терминалов .

Терминалы не имеют конечных адресов в сети X.25 – адрес присваивается только порту PAD.

Адресация в сетях X.25 строиться по следующему принципу : в адресе используются десятичные цифры, длина адреса не может превышать 16 цифр . Если сеть X.25 не связана с внешним миром, то она может использовать любой адрес. Если же сеть X.25 планирует связаться с другими сетями, то необходимо придерживаться международного стандарта адресации (стандарт X.121 – International Data Numbers, IDN).

Формат адреса в сети X.25 представляет собой следующее:

4 цифры – код идентификации сети (Data Network Identification Code, DNIC), 3 цифры – определяют страну, в которой находится сеть X.25, 1 цифра – номер сети X.25 в данной стране, остальные цифры – номер национального терминала (National Terminal Number, NTN) (соответствуют адресу компьютера в сети).

Из приведенного формата, очевидно, что в одной стране может быть только 10 сетей X.25. Если требуется пронумеровать больше чем 10 сетей, то одной стране дается несколько кодов. Например, Россия имела до 1995 года один код – 250, а в 1995 году ей был выделен еще один код – 251.

В адресе могут использоваться не только цифры, но и произвольные символы (для этого к адресу нужно добавить специальный префикс), что позволяет универсальным коммутаторам, например коммутаторам сети ISDN, работать с пакетами сети X.25.

Основным недостатком сети X.25 является то, что она не дает гарантийной пропускной способности сети. Максимум на что она способна – это устанавливать приоритеты для отдельных виртуальных каналов. Поэтому сеть X.25 используется только для передачи трафика, чувствительного к задержкам (например, голоса). Решением этой проблемы занимаются сети Frame Relay и ATM.