Протокол Х. Коммутируемые пакетные сети X.25

Уважаемые хабровчане, я хочу рассказать вам о сетях пакетной коммутации, построенных на основе протокола передачи данных ITU-T X.25. Мне посчастливилось заниматься сопровождением и развитием одной корпоративной сети X.25 на протяжении нескольких лет.

Протокол X.25

Протокол X.25 был разработан на смену протоколу ISDN, который для передачи данных обладает существенными недостатками (отсутсвие статистического мультиплексирования). Первая редакция стандарта была утверждена в 1976 году. В основу протокла легли следующие основные идеи:
- Контроль передачи между двумя узлами сети
- Контроль передачи между конечными абонентами
- Маршрутизация в момент установления соединения
- Коммутация пакетов по установленному маршруту

Во многих источниках говорится, что X.25 - протокол канального уровня. Это не так. X.25 создавался до разработки семиуровневой модели OSI. В канальный уровень его «записывают» только из-за широко применяемой инкапсуляции протокола IP в X.25. На самом деле протокол имеет все признаки сетевого уровня (маршрутизация между сетями) и обеспечивает контроль передачи между конечными абонентами, т.е. выходит транспортный уровень.

Основным преимуществом протокола является высокая эффективность в сетях, построенных на каналах связи с высоким уровнем ошибок. Основными недостатками - ограниченная производительность, не приспособленность к передаче real time данных.

Сеть X.25

Все абоненты сети X.25 делятся на синхронных и асинхронных. Синхронные имеют встроенные интерфейсы X.25, а асинхронные для передачи данных используют устройства под названием PAD (Packet Assembler-Disassembler). PAD принимает асинхронные потоки со своих портов и передает их в коммутируемом соединении через интерфейс X.25.

Основу сети составляют пакетные коммутаторы. Они соединяются между собой синхронными каналами связи (преимущественно X.21 через синхронные модемы по каналам ТЧ или радиоканалам). Синхронные абоненты сети подключаются непосредственно к пакетным коммутаторам. Также к коммутаторам подключаются PADы.

В сети используется адресация по стандарту X.121. Она чем-то напоминает IP адресацию, но без точек и с десятичной маской. Маска в явном виде никогда не указывается, просто длина адреса может варьироваться от 10 до 15 десятичных символов.

Адрес X.121 имеет вид:
DDDDNNNPPPP
где
DDDD - DNIC (Номер сети, аналог автономной системы в IP)
NNN - Node (Номер узла)
PPPP - Port (Номер порта)
SSSSS - Subadress (Субадрес)

Каждый пакетный коммутатор имеет свою таблицу маршрутизации. Таблица указывает в какой порт маршрутизировать соединение, осуществляемое на указанный адрес. Адрес отправителя обычно не анализируется.

Важный момент - маршрутизация происходит в момент установления логического соединения (SVC), после установления соединения происходит только коммутация. Для этого на каждом порту создаются логические каналы (LCI). Количество доступных LCI на интерфейсе ограничивает доступное количество логических соединений через него.

Если на маршруте установленного соединения произойдет сбой, то после таймаута и переповторов абоненты переустановят соединение.

Сеть, с которой мне пришлось иметь дело, вначале использовалась для работы асинхронных терминалов, которые по zmodem осуществляли передачу файлов на файловый коммутатор («вертушка»). Позже появились синхронные терминалы, обменивающиеся информацией с сервером и маршрутизаторы IP. Все работало очень медленно и очень надежно. Скорость на магистральных каналах ТЧ была не выше 19200, а в глубинке было и по 2400 «за счастье», что не мешало передавать данные.

Позже стали появляться каналы FR, которые использовались для X.25 over FR. Когда появились качественные каналы IP, постепенно начали внедрять XOT (X.25 over IP).

Важный момент - обе технологии предполагают туннелирование X.25 через неродные для него протоколы. Иногда удобно «затерминировать» протокол X.25 на интерфейсе, на который он приходит через туннель. Протокл этого не предусматривает, терминирование протокола возможно только на интерфейсах с чистым X.25 (over LAP-B), а туннелирование можно применять только внутри сети для коммутации между узлами.

Case Communications

Сеть, с которой я работал, была построена на оборудовании английской компании Case Communications . Эта компания часто меняла собственников и названия, в одно время называлась Cray Communications. Начинали они с пакетных коммутаторов, также у них были и Ethernet продкуты, маршрутизаторы. Подразделение, которое производило маршрутизаторы было выкуплено Intel, в результате чего появились достаточно известные модели Intel Express Router 9100 и иже с ним. В настоящее время компания занимается разработкой и производством linux маршрутизатров.

Линейка пакетных коммутаторов Case состояла из узлов (Packet Switch Exchange - PSE), коммутаторов X.25/Frame-Relay Assembler-Disassembler - XFRAD) и PAD. Особенность PSE была в том, что между ними можно было делать транковые соединения, которые не адресовались как обычные порты, но использовались для связи между узлами сети. С сетью поставлялась система управления на платформе Sun с графическим интерфейсом под Х11.

Самой продвинутой моделью был модульный PSE8525. Это 13 юнитовое шасси для стойки 19" на 16 модулей интерфейсов и модуль управления, в шасси устанавливалось до 5 блоков питания. Архитектура этой штуковины заслуживает особого внимания.

Основой являлась вертикальная плата backplane. Активных элементов на ней обнаружено не было (!) - просто набор шин. Backplane делила шасси на две части - спереди платы с контроллерами и процессорами, сзади - платы с интерфейсами, всего 17 слотов. В первые 16 слотов можно было установить платы портов X.25 или платы PAD. В последнем слоте - плата manager.

Все остальные платы состояли из двух частей - платы контроллеров и платы процессора. Процессорные платы (UPM) были для всех плат одинаковые, контроллер портов X.25 (SP-XIM) и менеджер были разными.

Система загружалась поэтапно. После включения питания с дискеты А загружался менеджер. После загрузки он считывал конфигурацию с дискеты В и по одной загружал платы интерфейсов. PADы загружались сами по себе, как только появлялось питание. После загрузки всех плат, они могли работать независимо, каждую из них можно было перезагружать отдельно. Менеджер в системе был нужен только при изменении конфигурации или перезагрузке.

Все платы можно было вынимать и переустанавливать «на ходу». Известны случаи, когда шасси работало без менеджера более месяца. Сравните это с вытаскиванием супервизора из Cisco7600! ;)

Заключение

Протокол X.25 отлично сыграл свою роль в телекоммуникациях и связи. В то время, когда он был создан, он решил проблему эффективного использования низкоскоростных каналов связи с высоким уровнем ошибок при передаче. Разработчики оборудования X.25 делали ставку не на скорость, а на надежность и живучесть решения, поэтому в банковской сфере этот протокол жив и сейчас.

Развитие систем связи привело к тому, что протокол X.25 перестал удовлетворять требованиям современных приложений к скорости передачи данных, а наличие высокоскоростных каналов связи с низким уровнем ошибок позволяет решать современные задачи с помощью протоколов семейства TCP/IP.

Основы, заложенные в архитектуру протокола и сетей X.25 иллюстрируют рациональный подход к решению поставленной задачи, и являются отличным учебным материалом. Возможно, некоторые из идей, заложенных в X.25, еще вернутся но на более высоких уровнях. В частности, технология MPLS TE (Traffic Engineering) в чем-то сходна с X.25 в отношении построения логических каналов.

Я рекомендую всем, кто собирается стать специалистом в области сетей и коммуникаций, изучить основы работы протокола X.25, не смотря на то, что его знание не является обязательным для работы во многих предприятиях связи. При его изучении, рекомендую делать акцент не на том, как реализована та или иная функция, а на том, с какой целью, она была включена в протокол.

Курсовая работа

Характеристика сетей и технологий Х.25

Введение

Основная часть

Глобальные сети с коммутацией пакетов

Принципы построения и возможности сети Х.25

Оценка преимуществ и недостатков сети Х.25

Заключение

Глоссарий

Список использованных источников

Приложения

Введение

глобальная сеть коммутация пакет

В 1976 году был принят стандарт X.25, который стал основой всемирной системы PSPDN (Packet-Switched Public Data Networks), базирующейся на 7-уровневой модели ISO OSI(Open System Interconnection). Стандарт X.25 был усовершенствован в 1984. Рекомендация Х.25 определяет интерфейс "пользователь-сеть" для сети PSPDN. Более точно: Х.25 определяет двухточечный, специализированный (выделенная линия), полнодуплексный интерфейс между пакетным терминальным оборудованием пользователя (Data Terminal Equipment, DTE) и оконечным оборудованием линии передачи данных (Data Circuit terminating Equipment, DCE) в сети PSPDN. Интерфейс Х.25 содержит три протокольных уровня, которые примерно соответствуют трем нижним уровням эталонной модели OSI.

Со временем все большие и большие объемы трафика передавались по глобальным сетям. Трафик, порождаемый клиент-серверными приложениями, написанными для локально-сетевых сред, имеет, как правило, чрезвычайно неравномерный характер: значительная пропускная способность требуется в течение коротких интервалов времени. Передача такого трафика по выделенным линиям или по сети с временным разделением каналов не эффективна, поскольку большую часть времени доступная емкость расходуется впустую: временные слоты резервируются вне зависимости от того, передается информация или нет.

Х.25 и технологии, связанные с сетью PSPDN, постепенно заменялись более новыми технологиями (такими как ретрансляция кадров и ATM) и ровесниками интерфейса Х.25, переживающими свое возрождение (такими как TCP/IP)

Основными требованиями к такой технологии являются:

·высокая скорость:

·низкие задержки;

·разделение портов и

·разделение полосы пропускания на основе виртуальных каналов..25-коммутация пакетов обладает последними двумя. Х.25 важна по причинам, выходящим за пределы чисто технических вопросов. С точки зрения стандартизации, рекомендация Х.25 и родственные с ней представляют одно из самых полных решений, когда-либо построенных на основе стандартов. Фактически это законченные стандарты сети PSPDN, которые дали толчок всем операторам связи по всему миру к строительству сетей PSPDN и связыванию их в действительно глобальную сеть передачи данных.

Цель курсовой работы - провести оценку характеристик и возможностей сети X.25.

Задачи данной работы - ознакомиться с основами технологии X.25, с принципами ее построения и функционирования, провести оценку возможностей данной технологии, ее преимущества и недостатки, а также решить задачу анализа и синтеза для сети передачи данных.

Курсовая работа структурирована следующим образом. В разделе 1 рассмотрены типы глобальных сетей с коммутацией пакетов, произведен краткий обзор технологии X.25. Раздел 2 посвящён рассмотрению основных возможностей, принципов построения и функционирования сети X.25. В разделе 3 произведена оценка преимуществ данной технологии, а так же ее недостатков.

1. Глобальные сети с коммутацией пакетов

1 Общие сведения

Глобальные сети характеризуются двумя типами технологий соединений:

·сеть "точка - точка" (point-to-point);

·сеть "облако" (cloud).

В сети с технологий "точка - точка" каждым двум узлам выделяется отдельная линия, а для объединения N узлов требуется N(N - 1)/2 линий связи. В этом случае получаем высокую пропускную способность и большие расходы на линии связи и интерфейсное оборудование.

Более экономичной технологией сетей WAN(Wide Area Networks) являются сети типа "облако". В этом случае для подключения одного узла требуется только одна линия.

По принципу коммутации технология "облако" разделяется на:

·коммутацию каналов (в телефонных линиях связи);

·коммутацию сообщений (в E-mail);

·коммутацию пакетов (в сетях IP, X.25), кадров (в сетях Frame Relay), ячеек (в сетях ATM).

В сетях с коммутацией каналов обеспечивается прямое физическое соединение между двумя узлами только в течение сеанса связи. Достоинством сетей коммутации каналов является возможность передачи аудиоинформации и видеоинформации без задержек.

Кроме того, преимуществом этой технологии является простота ее реализации (образование непрерывного составного физического канала), а недостатком - низкий коэффициент использования каналов, высокая стоимость передачи данных, повышенное время ожидания других пользователей (в узлах коммутации образуются очереди).

В сетях с пакетной коммутацией (Packet-Switched Network, PSN) осуществляется обмен небольшими пакетами фиксированной структуры, поэтому в узлах коммутации не создаются очереди. К достоинствам сетей с коммутацией каналов относятся: эффективность использования сети, надежность, быстрое соединение.

Основным недостатком сетей с пакетной коммутацией является временные задержки пакетов в узлах сети (промежуточном коммуникационном оборудовании), что затрудняет передачу аудиоинформации и видеоинформации, которые чувствительные к задержкам. Технология коммутации кадров (ретрансляция кадров), а особенно коммутация ячеек устраняют эти недостатки сетей с коммутацией пакетов и обеспечивают качественную передачу данных, аудио - и видеоинформации.

Сети с коммутацией каналов представляют для сетей с коммутацией пакетов услуги физического уровня. Аналоговые и цифровые линии применяются в качестве магистралей сетей с коммутацией пакетов, сообщений и кадров. К глобальным сетям с коммутацией пакетов относятся: сети IP; X.25; Frame Relay; ATM.

Коммутация пакетов в сетях PSN осуществляется двумя способами:

Первый способ ориентирован на предварительное образование виртуальных каналов. Существуют два типа виртуальных каналов: коммутируемые и постоянные. Виртуальным каналом называется логическое соединение, осуществляемое по различным существующим физическим каналам, которое обеспечивает надежный двухсторонний обмен данными между двумя узлами.

Коммутируемый виртуальный канал обмена данными требует установления (устанавливается динамически), поддержания и завершения сеанса связи каждый раз при обмене данными между узлами. Постоянный виртуальный канал устанавливается вручную и не требует сеанса связи, узлы могут обмениваться данными в любой момент, так как постоянное виртуальное соединение всегда активно.

Второй способ основан на технологии дейтограмм, т.е. на самостоятельном продвижении пакетов в пакетных сетях без установления логических каналов. В сетях с передачей дейтограмм маршрутизация пакетов осуществляется на пакетной основе. Пакеты снабжены адресом назначения, и они независимо друг от друга движутся в узлы назначения. Таким образом, множество пакетов, которые принадлежат одному сообщению, могут перемещаться к узлу назначения различными маршрутами.

Маршрутизация в глобальных сетях TCP/IP осуществляется на основе IP-протокола, т.е. основана на самостоятельном продвижении пакетов. Принцип маршрутизации в глобальных сетях: X.25, Frame Relay, ATM основан на предварительном образовании виртуального канала и передаче в пункт назначения пакетов, кадров или ячеек по этому каналу, т.е. по одному маршруту.

2 Сети X.25

Сети Х.25 являются первой сетью с коммутацией пакетов и на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения корпоративных сетей. Сетевой протокол X.25 предназначен для передачи данных между компьютерами по телефонным сетям. Сети Х.25 разработаны для линий низкого качества с высоким уровнем помех (для аналоговых телефонных линий) и обеспечивают передачу данных со скоростью до 64 Кбит/с. Х.25 хорошо работает на линиях связи низкого качества благодаря применению протоколов подтверждения установления соединений и коррекции ошибок на канальном и сетевом уровнях.

Стандарт Х.25 определяет интерфейс "пользователь - сеть" в сетях передачи данных общего пользования или интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования. Другими словами Х.25 определяет двухточечный интерфейс (выделенную линию) между пакетным терминальным оборудованием DTE и оконечным оборудованием передачи данных DCE.

На рисунке 1 представлена структурная схема сети X.25, где изображены основные элементы:

.DTE (data terminal equipment) - аппаратура передачи данных (кассовые аппараты, банкоматов, 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).

.PSE (packet switching exchange) - коммутаторы пакетов.

Рисунок 1 Структурная схема сети X.25

Интерфейс Х.25 обеспечивает:

.доступ удаленному пользователю к главному компьютеру;

.доступ удаленному ПК к локальной сети;

.связь удаленной сети с другой удаленной сетью.

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 протокола сигнализации.

На физическом уровне Х.25 используются аналоговые выделенные линии, которые обеспечивают двухточечное соединение. Могут использоваться аналоговые телефонные линии, а также цифровые выделенные линии. На сетевом уровне нет контроля достоверности и управления потоком. На физическом уровне Х.25 реализуется один из протоколов X.21 или X.21bis.

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. При обнаружении ошибки выполняется повторная передача данных. Канальный уровень реализуется протоколом LAP-B, который работает только с двухточечными каналами связи, поэтому адресация не требуется.

Сетевой уровень Х.25 реализуется протоколом уровня пакета(Packet-Layer Protocol, PLP). На сетевом уровне кадры объединяются в один поток, а общий поток 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.

2. Принципы построения и возможности сети Х.25

1 Принцип коммутации пакетов с использованием техники виртуальных каналов в сети X.25

Смысл создания виртуального канала состоит в том, что маршрутизация пакетов между коммутаторами сети на основании таблиц маршрутизации происходит только один раз - при создании виртуального канала (имеется в виду создание коммутируемого виртуального канала, поскольку создание постоянного виртуального канала осуществляется вручную и не требует передачи пакетов по сети).

После создания виртуального канала передача пакетов коммутаторами происходит на основании так называемых номеров или идентификаторов виртуальных каналов(Virtual Channel Identifier, VCI). Каждому виртуальному каналу присваивается значение VCI на этапе создания - это значение имеет локальный характер - каждый коммутатор самостоятельно нумерует новый виртуальный канал. Кроме нумерации виртуального канала, каждый коммутатор при создании этого канала автоматически настраивает так называемые таблицы коммутации портов - эти таблицы описывают, на какой порт нужно передать пришедший пакет, если он имеет определенный номер VCI. Так что после прокладки виртуального канала через сеть коммутаторы больше не используют для пакетов этого соединения таблицу маршрутизации, а продвигают пакеты на основании номеров VCI небольшой разрядности.

Сами таблицы коммутации портов также включают обычно меньше записей, чем таблицы маршрутизации, так как хранят данные только о действующих на данный момент соединениях, проходящих через данный порт.

На Сетевом уровне для вышележащих уровней сервис с установлением соединений обеспечивает протокол Х.25 уровня пакета (Packet-Layer Protocol, PLP). Поэтому на данном уровне определены процедуры установления виртуальных данных по виртуальным соединениям и разрыва виртуальных соединений. В протоколе PLP виртуальные соединения идентифицируются номером логического канала (Logical Channel Number, LCN), записанным в заголовке каждого пакета, относящегося к определенному вызову. Протокол Х.25 PLP является статически мультиплексируемым протоколом, т.е. через один канал связи протокола LAP-B канального уровня может быть одновременно установлено множество виртуальных соединений. Виртуальные соединения отличаются друг от друга уникальным I номером LCN.

Протокол PLP определяет следующие режимы:

Режим передачи данных, который используется при обмене данными через виртуальные цепи. В этом режиме выполняется контроль ошибок и управление потоком.

Режим ожидания используется, когда коммутируемая виртуальная цепь установлена, но обмен данными не происходит.

Сброс соединения используется для завершения сеанса, осуществляется разрыв конкретного виртуального соединения.

2.2 Характеристики и особенности сетей X.25

2.1 Особенности сетей Х.25

Технология Х.25 имеет несколько существенных признаков, отличающих ее от других технологий. Наличие в структуре сети специального устройства - PAD (Packet Assembler Disassembler), предназначенного для выполнения операции сборки нескольких низкоскоростных потоков байт от алфавитно-цифровых терминалов в пакеты, передаваемые по сети и направляемые компьютерам для обработки.

Наличие трехуровневого стека протоколов с использованием на канальном и сетевом уровнях протоколов с установлением соединения, управляющих потоками данных и исправляющих ошибки.

Ориентация на однородные стеки транспортных протоколов во всех узлах сети - сетевой уровень рассчитан на работу только с одним протоколом канального уровня и не может подобно протоколу IP объединять разнородные сети. Сеть Х.25 состоит из коммутаторов (Switches, S), расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными каналами. Выделенные каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми.

2.2 Структура сети Х.25

Ниже на рисунке 4 приведена структура сети Х 25.

Асинхронные старт-стопные терминалы подключаются к сети через устройства PAD. Они могут быть встроенными или удаленными. Встроенный PAD обычно расположен в стойке коммутатора. Терминалы получают доступ ко встроенному устройству PAD по телефонной сети с помощью модемов с асинхронным интерфейсом. Встроенный PAD также подключается к телефонной сети с помощью нескольких модемов с асинхронным интерфейсом. Удаленный PAD представляет собой небольшое автономное устройство, подключенное к коммутатору через выделенный канал связи Х.25.

Рисунок 2 Структура сети X.25

К основным функциям PAD, определенных стандартом Х.З, 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 по сети Х.25 с нужным компьютером;

·передача символов, включающих старт-стопные 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.

Терминалы не имеют конечных адресов сети Х.25. Адрес присваивается порту PAD, который подключен к коммутатору пакетов Х.25 с помощью выделенного канала.

2.2.3 Адресация в сетях Х.25

Если сеть Х.25 не связана с внешним миром, то она может использовать адрес любой длины (в пределах формата поля адреса) и давать адресам произвольные значения. Максимальная длина поля адреса в пакете Х.25 составляет 16 байт.

Рекомендация Х.121 CCITT определяет международную систему нумерации адресов для сетей передачи данных общего пользования. Если сеть Х.25 хочет обмениваться данными с другими сетями Х.25, то в ней нужно придерживаться адресации стандарта Х.121.

Адреса Х.121 (называемые также International Data Numbers, IDN) имеют разную длину, которая может доходить до 14 десятичных знаков. Первые четыре цифры IDN называют кодом идентификации сети (Data Network Identification Code, DNIC). DNIC поделен на две части; первая часть (3 цифры) определяет страну, в которой находится сеть, а вторая - номер сети Х.25 в данной стране. Таким образом, внутри каждой страны можно организовать только 10 сетей Х.25. Если же требуется перенумеровать больше, чем 10 сетей для одной страны, проблема решается тем, что одной стране дается несколько кодов. Остальные цифры называются номером национального терминала (National Terminal Numbe, NTN). Эти цифры позволяют идентифицировать определенный DTE в сети Х.25.

Международные сети Х.25 могут также использовать международный стандарт нумерации абонентов ISO 7498.

2.4 Стек протоколов сети Х.25

Стандарты сетей Х.25 описывают 3 уровня протоколов. На рисунке 5 показан стек протоколов сети Х.25.

Рисунок 3 Стек протоколов сети Х.25

2.4.1 Протокол канального уровня LAP-B

На канальном уровне обычно используется протокол LAP-B. Этот протокол обеспечивает сбалансированный режим работы, то есть оба узла, участвующих в соединении, равноправны. По протоколу LAP-В устанавливается соединение между пользовательским оборудованием DТЕ (компьютером, IP- или IPX-маршрутизатором) и коммутатором сети. Хотя стандарт это и не оговаривает, но по протоколу LAP-B возможно также установление соединения на канальном уровне внутри сети между непосредственно связанными коммутаторами.. Кадр LAP-B содержит одно однобайтовое адресное поле (а не два - DSAP и SSAP), в котором указывается не адрес службы верхнего уровня, а направление передачи кадра - 0x01 для направления команд от DTE к ВСЕ (в сеть) или ответов от ВСЕ к DTE (из сети) и 0x03 для направления ответов от DTE к ВСЕ или команд от ВСЕ к ВТЕ. Поддерживается как нормальный режим (с максимальным окном в 8 кадров и однобайтовым полем управления), так и расширенный режим (с максимальным окном в 128 кадров и двухбайтовым полем управления).

2.4.2 Протокол сетевого уровня X.25/3

Сетевой уровень Х.25/3 (в стандарте он назван не сетевым, а пакетным уровнем) реализуется с использованием 14 различных типов пакетов, по назначению аналогичных типам кадров протокола LAP-B. Так как надежную передачу данных обеспечивает протокол LAP-B, протокол Х.25/3 выполняет функции маршрутизации пакетов, установления и разрыва виртуального канала между конечными абонентами сети и управления потоком пакетов.

После установления соединения на канальном уровне конечный узел должен установить виртуальное соединение с другим конечным узлом сети. Для этого он в кадрах LAP-B посылает пакет Call Request протокола Х.25.

Рисунок 4 Формат пакета Call Request

Поля, расположенные в первых трех байтах заголовка пакета, используются во всех типах кадров протокола Х.25. Признаки Q и D и Modulo расположены в старшей части первого байта заголовка. Признак Q предназначен для распознавания на сетевом уровне типа информации в поле данных пакета. Признак D означает подтверждение приема пакета узлом назначения.

Признак «Modulo» говорит о том, по какому модулю - 8 или 128 -ведется нумерация пакетов. Значение 10 означает модуль 128, а 01- модуль 8.

Поле Номер логической группы (Lodical Group Number, LGN) содержит значение номера логической группы виртуального канала. Каналы образуют логические группы по функциональному признаку.

Поле Номер логического канала (Logical Channel Number, LCN) содержит номер виртуального канала, назначаемый узлом-источником (для коммутируемых виртуальных каналов) или администратором сети (для постоянных виртуальных каналов). Максимальное количество виртуальных каналов, проходящих через один порт, равно 256.

Поле Tim (Tyре) указывает тип пакета. Например, для пакета Call Request отведено значение типа, равное ОхОВ.

Следующие два поля определяют длину адресов назначения и источника (DA и SA) в пакете. Сами адреса назначения и источника занимают отведенное им количество байт в следующих двух полях.

Поля Длина поля услуг (Facilities length) и Услуги (Facilities) нужны для согласования дополнительных услуг, которые оказывает сеть абоненту.

Пакет Call Request принимается коммутатором сети и маршрутизируется на основании таблицы маршрутизации, прокладывая при этом виртуальный канал. Начальное значение номера виртуального канала задает пользователь в этом пакете в поле LCN (аналог поля VCI, упоминавшегося при объяснении принципа установления виртуальных каналов). Протокол маршрутизации для сетей Х.25 не определен.

Для сокращения размера адресных таблиц в коммутаторах в сетях Х.25 реализуется принцип агрегирования адресов. Все терминалы, имеющие общий префикс в адресе, подключаются при этом к общему входному коммутатору подсети, соответствующей значению префикса. Маски в коммутаторах не используются, а младшие разряды адреса, которые не нужны при маршрутизации, просто опускаются.

После установления виртуального канала конечные узлы обмениваются пакетами другого формата - формата пакетов данных (пакет Data). Этот формат похож на описанный формат пакета Call Request - первые три байта в нем имеют те же поля, а адресные поля и поля услуг отсутствуют.

2.2.5 Характеристики и возможности коммутаторов сетей X.25

Коммутаторы сетей Х.25 представляют собой гораздо более простые и дешевые устройства по сравнению с маршрутизаторами сетей TCP/IP. Это объясняется тем, что они не поддерживают процедур обмена маршрутной информацией и нахождения оптимальных маршрутов, а также не выполняют преобразований форматов кадров канальных протоколов. По принципу работы они ближе к коммутаторам локальных сетей, чем к маршрутизаторам. Однако работа, которую выполняют коммутаторы Х.25 над пришедшими кадрами, включает больше этапов, чем при продвижении кадров коммутаторами локальных сетей. Коммутатор Х.25 должен принять кадр LAP-B и ответить на него другим кадром LAP-B, в котором подтвердить получение кадра с конкретным номером. При утере или искажении кадра коммутатор должен организовать повторную передачу кадра. Если же с кадром LAP-B все в порядке, то коммутатор должен извлечь пакет Х.25, на основании номера виртуального канала определить выходной порт, а затем сформировать новый кадр LAP-В для дальнейшего продвижения пакета. Коммутаторы локальных сетей такой работой не занимаются и просто передают кадр в том виде, в котором он пришел, на выходной порт.

В результате производительность коммутаторов Х.25 оказывается обычно невысокой - несколько тысяч пакетов в секунду. Для низкоскоростных каналов доступа, которыми много лет пользовались абоненты этой сети (1200-9600 бит/с), такой производительности коммутаторов хватало для работы сети.

Гарантий пропускной способности сеть Х.25 не дает. Максимум, что может сделать сеть, - это приоритезировать трафик отдельных виртуальных каналов. Приоритет канала указывается в запросе на установление соединения в поле услуг.

Протоколы сетей Х.25 были специально разработаны для низкоскоростных линий с высоким уровнем помех. Именно такие линии составляют пока большую часть телекоммуникационной структуры нашей страны, поэтому сети Х.25 будут по-прежнему еще долго являться наиболее рациональным выбором для многих регионов

3. Оценка преимуществ и недостатков сети Х.25

Метод коммутации пакетов, лежащий в основе сетей X.25, определяет основные преимущества таких сетей, или другими словами, их область применения. 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. Благодаря реализованному в сетях X.25 механизму разделения канала одновременно между несколькими пользователями во многих случаях оказывается экономически выгодней для передачи данных пользоваться сетью X.25, производя оплату за каждый байт переданной или полученной информации, а не оплачивать время использования телефонной линии. Особенно ощутимо это преимущество может быть для международных соединений.

Метод разделения физического канала между абонентами в сетях X.25 называют еще мультиплексированием канала, точнее "логическим" или "статистическим" мультиплексированием, изображенные на рисунке 9. Термин "логическое" мультиплексирование" вводится, чтобы отличить этот метод от временного разделения канала, например. При временном разделении канала каждому из разделяющих его абонентов выделятся в рамках каждой секунды строго определенное количество миллисекунд для передачи его информации. При статистическом разделении канала нет строго регламентированной степени загрузки каждым из абонентов канала в каждый определенный момент времени. Эффективность использования статистического мультиплексирования зависит от статистических или вероятностных характеристик мультиплексируемого потока информации. 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. Другими словами, все приложения, в которых трафик в сети не является равномерным во времени.

Рисунок 5 Метод разделения физического канала между абонентами

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

При улучшении качества каналов становится возможным переход к сетям, базирующимся на других протоколах. Чтобы лучше понять это, можно рассмотреть пример протоколов, являющихся в определенном смысле дальнейшим развитием протоколов X.25, а именно протоколе Frame Relay.

Протокол Frame Relay рассчитан на каналы существенно более высокого качества, поэтому в них меньшее внимание уделяется защите от ошибок при передаче. Переповтор искаженных пакетов происходит только на всем участке: точка входа в сеть - точка выхода из сети. Если же искаженный кадр обнаруживается при приеме кадра на одном из внутренних участках сети, то этот кадр просто стирается без запроса его повторной передачи. Ясно, что в том случае, когда ошибок много, такой протокол обеспечит более низкие скорости передачи, чем протоколы X.25.

Большинство фирм, выпускающих сегодня оборудование сетей X.25, выпускает также и оборудование сетей Frame Relay. Часто в одном и том же изделии часть каналов может работать по стандарту X.25, а часть - по стандарту Frame Relay. Это очень удобно при создании магистральной сети, работающей скажем на оптоволоконных или спутниковых каналах связи и сопряжении ее с периферийной сетью, базирующейся на обычных телефонных каналах.

Эффективным механизмом оптимизации процесса передачи информации через сети X.25 является 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 по алгоритму перехода к альтернативному маршруту, а также по количеству альтернативных маршрутов. В некоторых типах оборудования например переход к альтернативному маршруту происходит только в случае полного отказа одного из звеньев основного маршрута. В других переход от одного маршрута к другому происходит динамически в зависимости от загруженности маршрутов и решение принимается на основании многопараметрической формулы. За счет альтернативной маршрутизации могут быть значительно увеличена надежность работы сети. Однако это означает, 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. К сожалению, такая топология сети еще достаточно часто используется в тех городах, в которых есть только один узел сети X.25, установленный в рамках той или иной сети общего пользования.

Когда X.25 создавался, преобладали аналоговые системы передачи данных и медные линии связи. Стремясь нивелировать невысокое качество каналов того времени, стандарт использует систему обнаружения и коррекции ошибок, что существенно повышает надежность связи, но зато замедляет общую скорость передачи данных. Кроме того, каждый коммутатор, через который проходит пакет информации, выполняет анализ его содержимого, что также требует времени и больших процессорных мощностей. С появлением оптоволоконных сетей столь высокие требования надежности, реализуемые X.25, стали излишними - достоинство протокола превратилось в его недостаток. Скорость передачи по протоколу Х.25 не превышает 64 Кб/с.

Можно сделать вывод, что основным недостатком сетей X.25 являются значительные задержки передачи пакетов, поэтому ее невозможно использовать для передачи голоса и видеоинформации.

Протоколом, призванным исправить недостатки X.25, стал Frame Relay. Он использует тот же принцип виртуальных каналов, однако анализ ошибок осуществляется только на пограничных точках сети, что привело к существенному увеличению скорости (в настоящее время - до 45 Мб/с). Существенным достоинством протокола стала возможность приоритезации разнородного трафика (включая данные, голос и видео), то есть пакетам различных приложений могут предоставляться различные классы обслуживания, благодаря чему пакеты с более высоким приоритетом доставляются "вне очереди". Основными недостатками технологии Frame Relay являются:

высокая стоимость качественных каналов связи;

не обеспечивается достоверность доставки кадров.

)

·поняли структуру Х.25.

Заключение

По результатам выполнения данной курсовой работы можно сделать следующие выводы:

)Техника виртуальных каналов, лежащая в основе построения сети X.25 заключается в разделении операций маршрутизации и коммутации пакетов. Первый пакет таких сетей содержит адрес вызываемого абонента и прокладывает виртуальный путь в сети, настраивая промежуточные коммутаторы. Остальные пакеты проходят по виртуальному каналу в режиме коммутации на основании номера виртуального канала, который является локальным адресом для каждого порта каждого коммутатора. Преимуществами являются: ускоренная коммутация пакетов по номеру виртуального канала, а также сокращение адресной части пакета, а значит, и избыточности заголовка. К недостаткам следует отнести невозможность распараллеливания потока данных между двумя абонентами по параллельным путям, а также неэффективность установления виртуального пути для кратковременных потоков данных.

6)Сети Х.25 относятся к одной из наиболее старых и отработанных технологий глобальных сетей. Трехуровневый стек протоколов сетей Х.25 хорошо работает на ненадежных зашумленных каналах связи, исправляя ошибки и управляя потоком данных на канальном и пакетном уровнях.

7)Сети Х.25 поддерживают групповое подключение к сети простых алфавитно-цифровых терминалов за счет включения в сеть специальных устройств PAD, каждое из которых представляет собой особый вид терминального сервера.

)На надежных волоконно-оптических каналах технология Х.25 становится избыточной и неэффективной, так как значительная часть работы ее протоколов ведется «вхолостую».

В данной курсовой работе описано:

·глобальные сети с коммутацией пакетов;

·узнали возможности сети Х.25;

·научились различать протоколы сети Х.25;

·поняли структуру Х.25.

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

·При улучшении качества каналов становится возможным переход к сетям, базирующимся на других протоколах. Чтобы лучше понять это, можно рассмотреть пример протоколов, являющихся в определенном смысле дальнейшим развитием протоколов X.25, а именно протоколе Frame Relay.

·Протокол Frame Relay рассчитан на каналы существенно более высокого качества, поэтому в них меньшее внимание уделяется защите от ошибок при передаче. Переповтор искаженных пакетов происходит только на всем участке: точка входа в сеть - точка выхода из сети. Если же искаженный кадр обнаруживается при приеме кадра на одном из внутренних участках сети, то этот кадр просто стирается без запроса его повторной передачи. Ясно, что в том случае, когда ошибок много, такой протокол обеспечит более низкие скорости передачи, чем протоколы X.25.

Глоссарий

№ п/пПонятиеОпределение1X.25Рекомендации ITU - TSS (ранее CCITT МККТТ), определяющие стандарты для коммуникационных протоколов доступа к сетям с коммутацией пакетов (packet data networks - PDN)2Глобальные сетиСети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно находящиеся в различных городах и странах3Пакет Упорядоченная совокупность данных и управляющей информации, передаваемая через сеть как часть сообщения4Коммутация пакетовМетод передачи данных, при котором информация делится на дискретные фрагменты, называемые пакетами5ATM Стандартизованная ITU технология коммутации пакетов фиксированной длины - ячеек6Frame RelayВысокоскоростная технология, основанная на коммутации пакетов, для передачи данных между интеллектуальными оконечными устройствами типа маршрутизаторов или FRAD, работающих со скоростью от 56Kbps до 1.544Mbps7VCI Идентификатор виртуального канала8VPI Идентификатор виртуального пути9Протокол Формат описания передаваемых сообщений и правила, по которым происходит обмен информацией между двумя или несколькими системами10NTNномер национального терминала (National Terminal Numbe)

Список использованных источников

1 Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети: Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов изд. 2-е. Спб.: Питер, 2005. 864 с.2Брейман А.Д. Сети ЭВМ и телекоммуникации. Глобальные сети. Учебное пособие. М.: МГУПИ, 2006. 116 с.3Савостицкий Ю.А. История развития глобальных компьютерных сетей. Учебное пособие. М.: МИС, 2006. 512 с.4Шакин В.Н., Лившиц В.М. Принципы построения глобальных сетей и анализ их характеристик: Учебное пособие для слушателей ФПКП. М.: МИС, 2006. 375 с.5Вишневский В.М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М.: Техносфера, 2003. 219 с.6Платонов В. Глобальная информационная сеть. - М.: Проспект, 2006 Бройдо, Владимир Львович. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. СПб.: Питер, 2003. 688 с.7Репкин Д.Е. Глобальные сети как средство человеческого общения. - М.: АНО «ИТО», 2007. 75 с.8Зингеренко Ю.А. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. Спб.: СпбГУ ИТМО, 2005. 143 с.9Мур М., Притеки Т., Риггс К., Сауфвик П. Телекоммуникации. Руководство для начинающих. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 624 с.10Глобальные сети // lectures.net.ru: сервер технологий сетей ЭВМ и телекоммуникаций. 2009. URL: http://lectures.net.ru/wan/(дата обращения: 5.11.2009)11Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети: Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов изд. 2-е. Спб.: Питер, 2006. 864 с.

Глобальные сети характеризуются двумя типами технологий соединений:

сеть "точка - точка" (point-to-point);
сеть "облако" (cloud).

Более экономичной технологией сетей WAN являются сети типа "облако". В этом случае для подключения одного узла требуется только одна линия.

По принципу коммутации технология "облако" разделяется на:

коммутацию каналов (в телефонных линиях связи);
коммутацию сообщений (в E-mail);
коммутацию пакетов (в сетях IP, X.25), кадров (в сетях Frame Relay), ячеек (в сетях ATM).

В сетях с пакетной коммутацией (PSN - Packet-Switched Network) осуществляется обмен небольшими пакетами фиксированной структуры, поэтому в узлах коммутации не создаются очереди. К достоинствам сетей с коммутацией каналов относятся: эффективность использования сети, надежность, быстрое соединение.

К глобальным сетям с коммутацией пакетов относятся: сети IP; X.25; Frame Relay; ATM.

Коммутация пакетов в сетях PSN осуществляется двумя способами:

Первый способ ориентирован на предварительное образование виртуальных каналов. Существуют два типа виртуальных каналов: коммутируемые и постоянные. Виртуальным каналом называется логическое соединение, осуществляемое по различным существующим физическим каналам, которое обеспечивает надежный двухсторонний обмен данными между двумя узлами. Коммутируемый виртуальный канал обмена данными требует установления (устанавливается динамически), поддержания и завершения сеанса связи каждый раз при обмене данными между узлами. Постоянный виртуальный канал устанавливается вручную и не требует сеанса связи, узлы могут обмениваться данными в любой момент, так как постоянное виртуальное соединение всегда активно.
Второй способ основан на технологии дейтаграмм, т.е. на самостоятельном продвижении пакетов в пакетных сетях без установления логических каналов. В сетях с передачей дейтаграмм маршрутизация пакетов осуществляется на пакетной основе. Пакеты снабжены адресом назначения, и они независимо друг от друга движутся в узлы назначения. Таким образом, множество пакетов, которые принадлежат одному сообщению, могут перемещаться к узлу назначения различными маршрутами.

2.2.1. Сети X.25

Стандарт Х.25 определяет интерфейс "пользователь - сеть" в сетях передачи данных общего пользования или “интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования”. Другими словами Х.25 определяет двухточечный интерфейс (выделенную линию) между пакетным терминальным оборудованием DTE и оконечным оборудованием передачи данных DCE.

На рисунке представлена структурная схема сети X.25, где изображены основные элементы:

DTE (data terminal equipment) – аппаратура передачи данных (кассовые аппараты, банкоматов, 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).
PSE (packet switching exchange) – коммутаторы пакетов.

Рис. 1.

Интерфейс Х.25 обеспечивает:

доступ удаленному пользователю к главному компьютеру;
доступ удаленному ПК к локальной сети;
связь удаленной сети с другой удаленной сетью.

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 протокола сигнализации.

Физический уровень

Канальный уровень

Сетевой уровень

Сетевой уровень Х.25 реализуется протоколом PLP (Packet-Layer Protocol - протокол уровня пакета). На сетевом уровне кадры объединяются в один поток, а общий поток разбивается на пакеты. Протокол PLP управляет обменом пакетов через виртуальные цепи. Сеанс связи устанавливается между двумя устройствами DTE по запросу от одного из них. Максимальная длина поля адреса устройства DTE в пакете Х.25 составляет 16 байт. После установления коммутируемой виртуальной цепи эти устройства могут вести полнодуплексный обмен информации. Сеанс может быть завершен по инициативе любого DTE, после чего для последующего обмена снова потребуется установление соединения.

Протокол PLP определяет следующие режимы:

Установление соединения используется для организации коммутируемой виртуальной цепи между DTE. Соединение устанавливается следующим образом. DTE вызывающей стороны посылает запрос своему локальному устройству DCE, которое включает в запрос адрес вызывающей стороны и неиспользованный адрес логического канала для использования его соединением. DCE определяет PSE, который может быть использован для данной передачи. Пакет, передаваемый по цепочке PSE, достигает конечного удаленного DCE, где определяется DTE узла назначения, к которому пакет и доставляется. Вызывающий DTE дает ответ своему DCE, а тот передает ответ удаленному DCE для удаленного DTE. Таким образом, создается коммутируемый виртуальный канал.
Режим передачи данных, который используется при обмене данными через виртуальные цепи. В этом режиме выполняется контроль ошибок и управление потоком.
Режим ожидания используется, когда коммутируемая виртуальная цепь установлена, но обмен данными не происходит.
Сброс соединения используется для завершения сеанса, осуществляется разрыв конкретного виртуального соединения.

Достоинства сети Х.25:

высокая надежность, сеть с гарантированной доставкой информации;
могут быть использованы как аналоговые, так и цифровые каналы передачи данных (выделенные и коммутируемые линии связи).

Недостатки сети: значительные задержки передачи пакетов, поэтому ее невозможно использовать для передачи голоса и видеоинформации.

Сети Х.25 являются первой сетью с коммутацией пакетов и на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения корпоративных сетей. Сетевой протокол X.25 предназначен для передачи данных между компьютерами по телефонным сетям. Сети Х.25 разработаны для линий низкого качества с высоким уровнем помех (для аналоговых телефонных линий) и обеспечивают передачу данных со скоростью до 64 Кбит/с. Х.25 хорошо работает на линиях связи низкого качества благодаря применению протоколов подтверждения установления соединений и коррекции ошибок на канальном и сетевом уровнях.

Принципы построения и компоненты сети X.25

Главной особенностью сети X.25 является использование аппарата виртуальных каналов для обеспечения информационного взаимодействия между компонентами сети. Виртуальные каналы предназначены для организации вызова и непосредственной передачи данных между абонентами сети. Информационный обмен в сети X.25 во многом похож на аналогичный процесс в сетях ISDN и состоит из трех обязательных фаз:

Установление вызова (виртуального канала)

Информационный обмен по виртуальному каналу

Разрывание вызова (виртуального канала)

Информационное взаимодействие в сети X.25 осуществляется на физическом, канальном и сетевом уровнях. На физическом уровне могут быть использованы любые универсальные или специализированные интерфейсы.На рисунке представлена структурная схема сети X.25, где изображены основные элементы:

Устройства DTE (Data Terminal Equipment)

Устройства DCE (Data Circuit-Terminating Equipment)

Устройства PSE (Packet Switching Exchange)

Устройство PAD (packet assembler/ disassembler) является специфическим устройством сети X.25. PAD предназначен для обеспечения взаимодействия неспециализированных терминалов с сетью, для преобразования потока символов, который поступает от неспециализированного терминала в пакеты X.25 и выполнения обратного преобразования.

Интерфейс Х.25 обеспечивает:

1) доступ удаленному пользователю к главному компьютеру;

2) доступ удаленному ПК к локальной сети;

3) связь удаленной сети с другой удаленной сетью.

Интерфейс Х.25

Физический уровень На физическом уровне Х.25 используются аналоговые выделенные линии, которые обеспечивают двухточечное соединение. Могут использоваться аналоговые телефонные линии, а также цифровые выделенные линии. На сетевом уровне нет контроля достоверности и управления потоком. На физическом уровне Х.25 реализуется один из протоколов X.21 или X.21bis.

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. При обнаружении ошибки выполняется повторная передача данных. Канальный уровень реализуется протоколом LAP-B, который работает только с двухточечными каналами связи, поэтому адресация не требуется.

Протоколы канального уровня HDLC/SDLC, были разработаны для того, чтобы решать следующие задачи:

Обеспечение передачи сообщений, которые могут содержать любое количество бит и любые возможные комбинации бит - требование кодовой прозрачности.

При передаче потока бит должны выполняться процедуры, которые позволяют обнаружить ошибки на приемной стороне.

Возникновение ошибки при передаче не должно приводить к потере или дублированию компонентов сообщения, т.е. к его искажению.

Протокол канального уровня должен был обеспечивать работу как двухточечных, так и многоточечных физических цепей

Протокол должен обеспечивать подключение дуплексных и полудуплексных линий

Протокол должен обеспечивать информационный обмен при значительных вариациях времени распространения сигнала

Протоколы семейства HDLC Протоколы осуществляют передачу данных в виде кадров переменной длины. Начало и конец кадра помечается специальной последовательностью битов, которая называется флагом. Для обеспечения дисциплины управления процессом передачи данных, одна из станций, которые обеспечивают информационный обмен, может быть обозначена, как первичная, а другая (или другие) станции могут быть обозначены, как вторичные. Кадр, который посылает первичная станция, называется командой (command). Кадр, который формирует и передает вторичная станция, называется ответ (response).

Режимы организации взаимодействия на канальном уровне

Вторичная станция сегмента может работать в двух режимах: режиме нормального ответа или в режиме асинхронного ответа. Вторичния станция, которая находится в режиме нормального ответа, начинает передачу данных только в том случае, если она получила разрешающую команду от первичной станции. Вторичная станция, которая находится в режиме асинхронного ответа, может по своей инициативе начать передачу кадра или группы кадров. Станции, которые сочетают в себе функции первичных и вторичных станций и называются комбинированными.Симметричный режим взаимодействия комбинированных станций называется сбалансированным режимом.

Процедура LAPB

Процедура LAPB (Link Access Procedure Balanced) используется в сетях X.25 в качестве протокола канального уровня.

Протокол LAPB использует в качестве флага комбинацию из 8 бит, которая состоит из 6-ти единиц и двух нулей, которые обрамляют эту последовательность спереди и сзади (01111110). Процесс приема кадра завершается при получении следующего флага. В том случае, если к моменту получения завершающего флага приемник получил менее 32 бит, принятый кадр считается ошибочным и уничтожается. Для предотвращения появления флаговой комбинации в теле кадра используется специальная процедура.

Структура кадра LAPB

Рекомендация X.25 определяет два основных типа процедуры LAPB - основной тип (modulo 8, basic) и расширенный тип (modulo 128, extended). Эти режимы отличаются разрядностью счетчиков, которые используются для управления потоком кадров. Кадр протокола LAPB содержит 4 поля: ADRESS, CONROL, Data, FCS. Поле DATA в кадре LAPB может отсутствовать.

Поле ADRESS занимает в кадре один байт. В этом поле располагается бит признака C/R (Command /Response) В поле ADDRESS кадра управляющей команды размещается физический адрес принимающей станции. В поле ADRESS кадра ответа на команду размещается физический адрес передающей станции.

Поле CONTROL

Содержимое этого поля поля определяет тип кадра.

Информационные кадры (Information Frames, I-кадры). В битах поля CONTROL размещаются 3-х разрядный номер передаваемого кадра и 3-х разрядный номер кадра, который ожидается для приема для обеспечения управления потоком.

Управляющие кадры (Supervisory Frames, S-кадры). В поле CONTROL размещается 3-х разрядный номер информационного кадра, который ожидается для приема и два бита, которые определяют тип передаваемого управляющего кадра.

Наиболее часто в процессе информационного взаимодействия используются управляющие кадры типа RR. Кадры данного типа передает получатель данных для того, чтобы обозначить готовность к приему очередного кадра, в том случае, когда он сам не имеет информации для передачи. Кадры RNR используются устройствами DCE и DTE для того, чтобы сообщить абоненту о возникновении аварийной ситуации, в которой дальнейший прием информационных кадров невозможен. Кадры REJ используются устройствами DCE и DTE для того, чтобы сигнализировать абоненту о разрешении аварийной ситуации, в которой был невозможен прием информационных кадров. Кадр REJ передается после кадра RNR и подтверждает факт перехода линии в нормальный режим работы.

Ненумерованные кадры (Unnumbered Frames, U - кадры). Предназначены для организации и разрывания логического соединения, согласования параметров линии и формирования сигналов о возникновении неустранимых ошибок в процессе передачи данных I-кадрами.

Кадр FRMR передается вторичной станцией для того, чтобы указать на возникновение аварийной ситуации, которая не может быть разрешена путем повторной передачи аварийного кадра.

Сетевой уровень Сетевой уровень Х.25 реализуется протоколом PLP (Packet-Layer Protocol - протокол уровня пакета). На сетевом уровне кадры объединяются в один поток, а общий поток 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. Сеанс может быть завершен по инициативе любого DTE, после чего для последующего обмена снова потребуется установление соединения.

Протокол PLP определяет следующие режимы: Установление соединения используется для организации коммутируемой виртуальной цепи между DTE. Соединение устанавливается следующим образом. DTE вызывающей стороны посылает запрос своему локальному устройству DCE, которое включает в запрос адрес вызывающей стороны и неиспользованный адрес логического канала для использования его соединением. DCE определяет PSE, который может быть использован для данной передачи. Пакет, передаваемый по цепочке PSE, достигает конечного удаленного DCE, где определяется DTE узла назначения, к которому пакет и доставляется. Вызывающий DTE дает ответ своему DCE, а тот передает ответ удаленному DCE для удаленного DTE. Таким образом, создается коммутируемый виртуальный канал. Режим передачи данных, который используется при обмене данными через виртуальные цепи. В этом режиме выполняется контроль ошибок и управление потоком. Режим ожидания используется, когда коммутируемая виртуальная цепь установлена, но обмен данными не происходит. Сброс соединения используется для завершения сеанса, осуществляется разрыв конкретного виртуального соединения.

Виртуальные каналы X.25

Процесс сетевого уровня получает в свое распоряжение часть полосы пропускания физического канала в виде виртуального канала. Полная полоса пропускания канала делится в равных пропорциях между виртуальными каналами, которые активны в текущий момент. В сети X.25 существует два типа виртуальных каналов: коммутируемые (SVC) и постоянные (PVC).

Формат пакета X.25

Пакет X.25 состоит как минимум из трех байтов, которые определяют заголовок пакета. Первый байт содержит 4 бит идентификатора общего формата и 4 бита номера группы логического канала. Второй байт содержит номер логического канала, а третий - идентификатор типа пакета. Пакеты в сети бывают двух типов - управляющие пакеты и пакеты данных. Тип пакета определяется значением младшего бита идентификатора типа пакета.

Идентификатор общего формата

Поле идентификатора общего формата содержит признак, который устанавливает тип процедуры управления потоком пакетов (modulo 8 или modulo 128).

Номер логического канала

Номер логического канала задается содержимым двух полей - номер группы логического канала от 0 до 15 и номер канала в группе от 0 до 255. Таким образом, максимальное число логических каналов может достигать значения 4095. Номер логического канала определяет виртуальный порт, с которым ассоциируется конкретный пользовательский процесс.

Идентификатор типа пакета Cетевые адреса получателя и отправителя пакета размещаются в поле "данные", и предназначены для управления вызовами.

Формат сетевого адреса X.25

Сетевой адрес состоит из двух частей Data Network ID Code (DNIC) Network Terminal Number

Поле DNIC содержит 4 десятичных цифры и определяет код страны и номер провайдера. Содержимое поля Network Terminal Number содержит 10 или 11 десятичных цифр, которые определяет провайдер и предназначено для определения конкретного пользователя.

Управление потоком кадров

Для управления потоком пакетов на сетевом уровне X.25 используются такие же процедуры и механизмы, какие используются для управления потоком кадров на канальном уровне сети X.25.

Для того, чтобы обеспечить возможность подключения к сети X.25 терминалов различного типа, используются специальные алгоритмы и параметры, которые управляют процессом сборки и разборки пакетов.

Данная рекомендация определяет наименования и назначения основных параметров, с помощью которых осуществляется настройка PAD. Параметры X.3 обозначаются символами P1 - P32.Параметр P1 определяет, возможен ли выход из режима передачи в режим команд по инициативе оператора терминала.

Для управления потоком используются специальные кодовые комбинации XON и XOFF. В том случае, если терминал по каким-либо причинам временно не способен принимать символы от PAD, он передает символ XOFF (^S). PAD должен прекратить передачу данных этому терминалу до получения от него разрешающего символа XON(^Q). Значения этих символов могут быть переопределены с помощью параметров Р28 и Р29.

Эта рекомендация определяет процедуры, в соответствии с которыми, пользователь может прочитать или изменить текущие значения параметров X.3 PAD. Для изменения установленных параметров X.3 PAD пользователь должен использовать команду SET. Для того, чтобы прочитать текущие значения параметров X.3 PAD пользователь должен использовать команду PAR.

Достоинства и недостатки.

Достоинства сети Х.25:

высокая надежность, сеть с гарантированной доставкой информации;

могут быть использованы как аналоговые, так и цифровые каналы передачи данных (выделенные и коммутируемые линии связи).

Недостатки сети:

значительные задержки передачи пакетов, поэтому ее невозможно использовать для передачи голоса и видеоинформации.

Литература.

Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Основы локальных сетей, 2005

Архитектура Х.25 содержит три уровня, соответствующие трем нижним уровням модели OSI (рис. 9.5). На физическом уровне протокол Х.25 определяет электрический интерфейс между DTE и DCE. Стандарты Х.25 физического уровня приведены в рекомендациях Х21 и Х21-бис.

Второй уровень интерфейса содержит функции, реализующие процедуру управления звеном данных HDLC (High-level Data Link Control Procedure), и отвечает за надежную передачу данных через физический стык. В Х.25 протоколом уровня звена передачи данных является протокол LAPB. Этому протоколу отводится роль формирования кадров, содержащих в информационном поле передаваемые данные. Кадр в процедуре HDLC переносит через интерфейс Х25 один пакет данных. Протокол LAPB применяется для формирования двухточечного соединения между DCE и DTE. Никаких спецификаций мультиплексирования каналов (аналогичных LAPD) не существует. LAPB используется для передачи информации уровня 3 Х.25, но, как уже отмечалось, этот протокол является не самым элегантным методом передачи данных через интерфейсы ISDN. Информацию уровня 3 Х.25 можно поместить в кадр LAPD.

Третий уровень содержит функции, необходимые для упаковки данных в пакеты и для создания виртуальных каналов, по которым эти пакеты передаются. Управление потоком осуществляет механизм окна, связанный с каждым виртуальным каналом. Средства сброса и рестарта дают возможность выполнять в интерфейсе процедуры восстановления после ошибок.

Формат пакетов Х.25 имеет вид, показанный на рис. 9.6 . Первый разряд К/И в байте 3 указывает, является ли пакет информационным или управляющим. Остальная часть байта 3 служит для указания типа управляющего пакета. В следующем байте две группы по 4 разряда служат для указания длины адресного поля вызывающего и вызываемого DTE, соответственно. Затем следуют сами эти поля. В режиме быстрого поиска в конце пакета могут быть добавлены данные пользователя (до 16 байтов).

Фактически различия между архитектурами Х.25 и OSI имеют место именно на этом, сетевом уровне, который по терминологии Х.25 называется уровнем пакетов. Протокол Х.25 ориентирован на соединения в виде виртуальных каналов, которые организуются с использованием ресурса постоянно существующих логических каналов. Каждому DTE доступно до 4095 таких каналов. Точнее говоря, предусматривается до 15 групп логических каналов по 255 каналов в каждом. Группа адресуется четырьмя, а канал - восемью битами в заголовке пакета. Двоичные значения этих полей означают номер группы и номер канала соответственно. Существует взаимно однозначное соответствие между номерами логических каналов в DTE и DCE. Фактическое количество логических каналов, которые может использовать DTE, определяется администрацией сети. Логические каналы используются для организации двух типов виртуальных соединений - устанавливаемых по запросу и постоянных. Иными словами, пакетный уровень реализует два типа услуг предоставления виртуальных каналов - услуги оперативного предоставления виртуального соединения (Virtual Call service, VC) и услуги предоставления постоянного виртуального канала связи {Permanent Virtual Circuit service, РУС),

Виртуальные соединения по запросу (virtual calls) формируются процедурами создания и аннулирования соединения, т.е. пакеты маршрутизируются по виртуальному каналу, организуемому в сети протоколом третьего уровня перед передачей пакетов. Процедура создания инициируется со стороны DTE, посылающего к DCE по свободному логическому каналу пакет запроса соединения. Протокол Х25 предполагает выбор свободного канала с наибольшим номером. Пакет запроса должен в явном виде содержать адрес получателя. По получении пакета с запросом соединения DCE передает этот пакет через сеть к DCE, с которым связан вызываемый DTE, причем на вызываемой стороне выбирается свободный логический канал с наименьшим номером. Вызываемый DTE имеет возможность принять или отвергнуть поступивший запрос, а вызывающий DTE получит ответ, указывающий на то, принял или нет запрос вызываемый DTE. В случае принятия запроса между двумя DTE организуется виртуальное соединение и наступает фаза переноса данных. В случае же, когда соединение по какой-либо причине не может быть установлено, сеть возвращает вызывающему DTE пакет разъединения, содержащий информацию о соответствующей причине. Нарушить установленное соединение может любой из DTE, в нем участвующих.

Постоянный виртуальный канал связи (permanent virtual circuit) представляет собой постоянное соединение между двумя DTE и поддерживается сетью все время. Процедуры оперативного создания и аннулирования для него не нужны, и постоянный виртуальный канал связи подобен, таким образом, выделенной линии связи.

Протокол Х. Коммутируемые пакетные сети X.25

Протокол X.25

Сеть X.25

Case Communications