5. Общая характеристика сетей X.25. Элементы сети. Архитектура протоколов. Адресация. Реакция на перегрузки и ошибки.

X.25 – это технология построения сети передачи данных с коммутацией пакетов, получившая свое название по имени рекомендации "Х.25", выпущенной МККТТ еще в 70-е годы для описания интерфейса доступа оконечных устройств пользователей в сеть передачи данных, а также интерфейса взаимодействия с удаленными оконечными устройствами пользователей через сеть. Рекомендация Х.25 включает описание процедур (протоколов) трех нижних уровней ЭМВОС: физического, звена данных и сетевого (а также частично – транспортного). Сети Х.25 отличаются способностью работать по каналам низкого качества с вероятностью ошибки в канале передачи до 0.01, но, как правило, с небольшой скоростью (единицы-десятки кбит/с). Основной недостаток – невозможность интерактивной работы в режиме реального времени (время доставки пакетов является случайным и относительно большим).

Типовая структура и состав сети Х.25 показаны на рисунке:

Основными элементами сети являются оконечные устройства сборщики - разборщики пакетов (СРП или PAD – Packet Assembler - Disassembler) и узлы коммутации, именуемые обычно центрами коммутации пакетов (ЦКП или PSE – Packet Switching Exchange) или автоматизированными коммутационными центрами, а также связывающие их между собой каналы физической передачи.

PAD используется для доступа в сеть терминалов при асинхронном режиме обмена информацией (посимвольном).

Компьютеры (мэйнфреймы) и локальные сети обычно подключаются к сети Х.25 непосредственно через адаптер Х.25 или маршрутизатор, поддерживающий на своих интерфейсах протоколы Х.25. Т.е. при необходимости передачи данных компьютеры, подключенные к сети Х.25 непосредственно, услугами PAD не пользуются, а самостоятельно устанавливают виртуальные каналы в сети и передают по ним данные в пакетах Х.25. В настоящее время устройства PAD используются в основном для подключения к сетям Х.25 кассовых терминалов и банкоматов, имеющих асинхронный интерфейс.

Для соединения разных сетей Х.25 посредством интерфейса X.75 могут использоваться специальные устройства – сигнальные терминальные коммутаторы пакетов (СТКП). Сети Х.25 являются довольно консервативными и мало изменились с тех пор, когда у них не было конкурентов. Однако с появлением других СПД (построенных на основе других технологий) возникла необходимость объединения их с уже существующими сетями Х.25.

Архитектура сети Х.25, в отличие от других сетей, довольно близко соответствует концепции ЭМВОС в части касающейся трех нижних уровней и относительно хорошо сопрягается с протоколами OSI более высоких уровней:

X.214 и Х.224 определяют услуги и протоколы транспортного уровня.

X.215 и Х.225 определяют услуги и протоколы сеансового уровня.

X.216 и Х.226 определяют услуги и протоколы уровня представления данных.

X.217 и Х.227 определяют услуги и протоколы прикладного уровня.

Далее рассмотрим более подробно основные протоколы Х.25 на трех нижних уровнях: физическом, звена данных и сетевом.

Физический уровень

В рекомендациях Х.25 для реализации физического уровня предлагается использовать протоколы Х.21 и Х.21bis. Стыки между ООД и АКД, описываемые этими стандартами, содержат:

– механические характеристики;

– электрические характеристики;

– функциональные характеристики, задающие тип, число и назначение соединительных цепей стыка ООД (оконечное оборудование данных)/АКД (аппаратура окончания канала данных);

– процедурные характеристики, определяющие последовательность изменения состояния цепей интерфейса ООД/АКД, т.е. логику взаимодействия на физическом уровне.

К протоколам физического уровня Х.25/1 можно также отнести протоколы взаимодействия старт-стопных терминалов и PAD:

X.3 и X.28 определяют процедуры обмена данными для пользователей, не имеющих средств сборки/разборки пакетов. В частности, данные стандарты определяют параметры терминала и PAD, а также протокол взаимодействия терминала с устройством PAD. В сущности, протоколы Х.З и Х.28 определяют протокол эмуляции терминала, подобный протоколу telnet стека протоколов TCP/IP или программе Hyper Terminal в ОС Windows при работе с модемом с помощью Hayes-команд (с АТ - префиксом).

Х.29 используется для дистанционного управления устройствами PAD по сети.

X.32 определяет интерфейс ООД/АКД (или терминал/PAD) при доступе через телефонную сеть общего пользования или сеть с коммутацией каналов.

Уровень звена данных.

В рекомендации Х.25/2 указывается на необходимость использования на уровне звена данных процедуры управления звеном LAPB (Link Access Protocol, Balanced), являющейся вариантом процедуры HDLC (High-level Data Link Control), при котором обеспечивается обмен по двухточечному соединению. Процедура является сбалансированной (симметричной), т.е. как ООД, так и АКД могут инициировать начало обмена данными.

Сетевой уровень

В соответствии с рекомендацией Х.25/3 протокол сетевого уровня (PLP – Packet-Layer Protocol) предоставляет пользователю возможность информационного взаимодействия с другими пользователями сети посредством временных (SVC – Switch Virtual Circuit) или постоянных (PVC – Permanent Virtual Circuit) виртуальных каналов, а также путем обмена дейтаграммами.

В рекомендации Х.25 предусмотрена организация виртуальных (логических) каналов в виде сквозных соединений через три нижних уровня, по которым передаются пакеты данных. Каждому виртуальному соединению присваиваются номера группы и логического канала. Число групп равно 15, в каждой из них содержится 255 логических каналов. Каждому пользователю при его постановке на учет администрацией сети может выделяться множество логических каналов.

Протокол PLP позволяет работать не только поверх LAPB, но и поверх LLC2 в локальных сетях и поверх LAPD в сети ISDN, а также поверх протоколов других СПД. С точки зрения основной функции сетевого уровня протокол PLP является протоколом управления маршрутизацией, т.е. протоколом, управляющим коммутацией пакетов в ЦКП с целью их передачи между конкретными абонентскими системами через сеть Х.25 от узла к узлу по заранее проложенному маршруту на основании маршрутных таблиц, хранящихся в памяти каждого ЦКП, и адресных признаков (адресных данных), записанных в специальном служебном поле пакетов W_П.С.адр. Специальных собственных протоколов маршрутизации, динамически выбирающих наилучшие маршруты и автоматически корректирующих маршрутные таблицы, в сетях Х.25 нет.

Для реализации статистического мультиплексирования в каждом звене необходимо различать принадлежность кадров различным виртуальным каналам. На уровне звена данных Х.25 это сделать невозможно, поскольку в служебных полях кадров нет соответствующих отличительных признаков. Но такие отличительные признаки есть в служебных полях пакетов (НГЛК и НЛК), которые обрабатываются в ЦКП на сетевом уровне. Следовательно, между пакетами и кадрами должно существовать взаимно однозначное соответствие, которое можно обеспечить, например, путем размещения в информационном поле кадра всего пакета целиком со всеми его служебными атрибутами. При этом длина кадра оказывается однозначно связанной с длиной пакета, постоянной на всем маршруте прохождения соответствующего виртуального канала, что не позволяет оптимизировать длину кадра в отдельных звеньях с разной достоверностью в канале передачи.

С другой стороны, жесткое соблюдение последовательности кадров на уровне звена данных Х.25/2 позволяет использовать его как конвейер бит последовательности пакетов, не привязанных к границам информационных полей отдельных кадров. Однако в этом случае должны существовать специальные метки начала и конца или указатели длины отдельных пакетов, которых в типовом формате пакетов Х.25/3 нет, хотя есть процедура согласования длины пакетов для каждого виртуального канала.

Возможен также старт-стопный вариант передачи очередных пакетов (с разбиением на кадры произвольной длины) только после окончания приема предыдущих, но для статистического мультиплексирования это очень неэффективный способ.

К протоколам сетевого уровня Х.25 можно условно отнести также стандарты Х.75 и Х.121.

Стандарт X.75 определяет процедуры обеспечения обмена данными для пользователей различных сетей Х.25. Архитектура нижних трех уровней в стандарте Х.75 полностью соответствует стандарту Х.25. Соединение при реализации стандарта Х.75 организуется через СТКП в соответствии со стандартом Х.92 “Гипотетические эталонные соединения для синхронных сетей передачи данных общего пользования” через последовательность нескольких виртуальных соединений, каждое со своими процедурами управления потоком, защитой от ошибок и т.д. СТКП реализует процедуры сигнализации при установлении соединения и процедуры передачи пакетов при обмене данными между пользователями. Формат пакетов при межсетевом взаимодействии используется такой же, как и в сетях Х.25, но в пакеты добавляется поле служебных программ, обеспечивающих межсетевое взаимодействие. В стандарте Х.75 предусмотрена возможность образования трактов из нескольких звеньев между ЦКП различных сетей с целью повышения надежности соединения. Процедуры обмена по трактам занимают верхний уровень по отношению процедурам уровня звена данных Х.25. Сетевой уровень воспринимает тракт как единое звено передачи данных.

Стандарт Х.121 определяет международную систему нумерации адресов для сетей передачи данных общего пользования.

Старт-стопные терминалы в сети Х.25 не имеют конечных адресов. Адрес присваивается порту PAD, который подключен к коммутатору пакетов Х.25 с помощью выделенного канала. 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.

Однако 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 IDN – International Data Numbers) имеют разную длину, которая может доходить до 14 десятичных знаков.