Характеристика сетей и технологий Х.25

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:

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.[8]

 

 

2.2 Характеристики и  особенности сетей X.25

 

2.2.1 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.[10-11]

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.

 

2.2.2 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. [10-11]

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

 

2.2.4 Стек протоколов  сети Х.25

Стандарты сетей Х.25 описывают 3 уровня протоколов. На рисунке 5 показан стек протоколов сети Х.25.[1,13]

 

Рисунок 3 Стек протоколов сети Х.25

 

2.2.4.1 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).[14]

2.2.4.2 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. [1,14]

 

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.[16]

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.[1,4-5]

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.