19. Сети х.25. Принципы построения. Особенности работы коммутаторов в сети х.25. Области применения сетей х.25.

Канальный уровень

На канальном уровне передача данных осуществляется с помощью протокола HDLC (Hign – Level Data Link Control), разработанного в 1979 году. Структура кадра данных этого протокола приведена на рис.42. Она включает в себя следующие элементы.

Флаги. Предназначены для выделения начала и конца кадра, имеют двоичный код 01111110.

Адрес вторичной станции. В протоколе HDLC существует одна главная (первичная) станция и несколько подчиненных (вторичных) станций. Первичная станция несет ответственность за инициирование всех переносов данных, а также инициацию канала и управление им.

Станции в HDLC могут передавать и принимать кадры нескольких типов, которые делятся на команды и ответы. Команды передаются от первичной станции ко вторичной. Ответы представляют собой реакцию на команду и передаются в обратном направлении. В HDLC только вторичные станции идентифицируются с помощью адреса. Адрес, входящий в состав кадра, является адресом вторичной станции, участвующей в соответствующем обмене. Первичная станция передает команду с адресом той вторичной станции, которой предназначена эта команда. Вторичная станция передает ответы, содержащие ее адрес и предназначенные первичной станции данные.

Поле управление. Передаваемые кадры делятся на три типа: информационный – значение 0 в бите1; супервизорный – определяется значениями битов 1-4, ненумерованный определяется значениями битов 1-4 и 6-8.

В байте управления информационного кадра указываются номера N(S) = 0-7 и N(R) = 0-7 передаваемого и принимаемого кадра, в супервизорных кадрах указывается только номер N(R) принимаемого кадра. Бит 5 поля управления называется битом запроса в командах и битом окончания в ответах. Когда станция получает команду с битом запроса P = 1, она обязуется сформировать ответ с битом окончания F = 1.

Информационные кадры служат для передачи пакетов, представленных в поле данных. Супервизорные кадры используются для восстановления кадров, потерянных из-за искажения информации в канале, а также для управления потоками кадров. Ненумерованные кадры предназначены для установления соединений и разъединения, завершения соответствующих режимов передачи пакетов и для передачи информации о результатах выполнения этих действий.

Поле данных. Содержит передаваемый пакет данных.

Поле контроля кадра. При передаче данных формируется 16-ти разрядный циклический код (CRC) для позиций 2, 3 и 4, который включается в кадр. При приеме кадра вновь вычисляется контрольный циклический код. Если контрольные циклические коды совпадают, то принятый кадр считается корректным. В противном случае фиксируется искажение принятого кадра. При искажении флагов, разделяющих последовательно передаваемые кадры, два кадра сливаются в один искаженный кадр. Процедура формирования циклических кодов при передаче и приеме гарантирует обнаружение искажения этого типа.

Протокол HDLC обеспечивает несколько способов восстановления информационных кадров. Основной способ – использование тайм-аута. Когда супервизорные кадры подтверждают прием информационных кадров, таймер перезапускается на величину тайм-аута. Номер N(R), полученный вторичной станцией, подтверждает прием всех кадров с номерами, меньшими N(R). Если тайм-аут закончился, то вторичная станция начинает повторную передачу кадров, прием которых не подтвержден. Для повышения эффективности использования канала предусмотрена посылка отрицательных квитанций: супервизорных кадров “Отказ” и “Селективный отказ”. Если принятый кадр искажен из-за ошибки, обнаруженной с помощью циклического суммирования, первичная станция, не дожидаясь окончания тайм-аута, посылает отрицательную квитанцию “Отказ”, содержащую номер ожидаемого кадра N(R), и ждет поступления информационного кадра с этим номером. При этом все поступающие кадры с большими номерами игнорируются принимающей станцией. Эффективность использования канала еще более повышается за счет селективной отбраковки. В этом случае станция, ожидающая кадр N(R) и получившая кадр N(R)+1, принимает его и последующие кадры, извещая передающую станцию супервизорным кадром “Селективный отказ” о потере кадра N(R). В ответ на команду “Селективный отказ” передающая станция повторно передает потерянный кадр. Отрицательные квитанции “Отказ” и “Селективный отказ” не исключают необходимость в тайм -ауте, поскольку квитанции могут быть потеряны в канале.

Для разъединения связи между станциями используется ненумерованный кадр с командой “Разъединить”, подтверждаемый ответом “Подтверждение”.

Сетевой уровень

Рекомендации Х.25 определяют два основных вида обслуживания в сети коммутации пакетов: постоянные виртуальные каналы и коммутируемые виртуальные соединения. Для обеспечения одновременной работы многих постоянных виртуальных каналов и виртуальных соединений используются логические каналы. Каждому виртуальному соединению присваивается групповой номер логического канала (ГНЛК) и номер логического канала (НЛК). Коммутируемому виртуальному соединению ГНЛК и НЛК присваиваются в фазе установления соединения, а постоянным виртуальным каналам ГНЛК и НЛК присваиваются по соглашению с администрацией сети во время постановки на обслуживание.

Формат пакета Х.25 приведен на рис. 43.

Идентификатор общего формата - код, определяющий общий формат пакета.

Групповой номер логического канала (ГНЛК - код, определяющий групповой номер логического канала. Максимальное число групп равно 15.

Номер логического канала (НЛК) - код, определяющий номер логического канала. Максимальное число каналов равно 255.

Тип пакета - идентификатор типа пакетов, которые делятся на следующие классы: установление соединения и разъединение, данные и прерывание, управление потоком и сброс, рестарт.

Данные или управляющая информация. Этот раздел содержит передаваемые данные или управляющую информацию, которой обмениваются взаимодействующие абоненты.

Или

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.

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

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 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.

ФЛАГ

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

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.

Особенности работы коммутаторов в

сети 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[SSSSS]

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.

Области применения сетей X.25.

Корпоративные сети, Несмотря на появление новых интегральных технологий сетей связи, рассчитанных на высокоскоростные каналы связи, сети Х.25 все еще являются наиболее распространенными СПД. Это объясняется тем, что именно сети Х.25 с наибольшим основанием можно сравнить с телефонными сетями: установив соединение компьютера с ближайшим узлом сети Х.25, можно связаться с любым из многих тысяч пользователей сетей Х.25 по всему миру (для этого надо лишь знать его сетевой адрес) точно так же, как подняв трубку телефонного аппарата, подключенного к ближайшей АТС, можно соединиться практически с любым абонентом. Технология Х.25 особенно актуальна для России и других стран, где пока отсутствует развитая инфраструктура высокоскоростных первичных каналов связи.

На основе технологий Х.25 построено большинство эксплуатируемых в настоящее время СПД с коммутацией пакетов, предназначенных для организации и обеспечения надежной передачи данных в условиях разветвленных территориальных сетей на базе низко- и среднескоростных каналов. При этом за счет повторной передачи искаженных кадров между каждой парой соседних узлов сети обеспечивается достоверная и упорядоченная передача данных. Однако в сети с каналами низкого качества из-за повторных передач возникают нерегламентированные и непостоянные задержки передаваемых данных, поэтому передача трафика, чувствительного к задержкам (например, оцифрованного голоса), по сетям Х.25 с удовлетворительным качеством невозможна.

Рекомендация Х.25 описывает три уровня протоколов: физического, канального и сетевого. Они реализуют функции соответственно физического, канального, сетевого и частично транспортного уровней модели взаимодействия открытых систем (BOC – OSI).