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 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 (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.

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 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.

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.

2.2.1. 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 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

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.

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.

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

Рисунок 5 - Стек протоколов сети Х.25

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).

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 6 - Формат пакета Call Request

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.

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.

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

Технологии глобальных сетей X.25, Frame Relay, АТМ

Глобальная компьютерная сеть, ГКС (англ. Wide Area Network, WAN) - компьютерная сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя большое число компьютеров. Глобальные сети отличаются от локальных тем, что рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи, а механизм управления обменом, у них в принципе не может быть гарантировано скорым. Сегодня существует единственная мировая глобальная компьютерная сеть – Интернет.

В 80-е годы для надежного объединения локальных сетей и крупных компьютеров в корпоративную сеть использовалась практически одна технология глобальных сетей с коммутацией пакетов – Х.25. Сегодня выбор стал гораздо шире, помимо сетей Х.25 он включает такие технологии, как Frame relay и АТМ.

Таблица 3.1

Сравнительные характеристики глобальных 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 3.1 представлена структурная схема сети X.25, где изображены основные элементы: DTE – аппаратура передачи данных (кассовые аппараты, банкоматов, терминалы бронирования билетов, ПК, т. е. конечное оборудование пользователей); DCE – оконечное оборудование канала передачи данных (телекоммуникационное оборудование, обеспечивающее доступ к сети); PSE – коммутаторы пакетов.

Интерфейс Х.25 обеспечивает: доступ удаленному пользователю к главному компьютеру; доступ удаленному ПК к локальной сети; связь удаленной сети с другой удаленной сетью.

Рисунок 3.1 – Структурная схема сети X.25

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

Сеть Frame Relay является сетью с коммутацией кадров или сетью с ретрансляцией кадров, ориентированной на использование цифровых линий связи. Первоначально технология Frame Relay была стандартизирована как служба в сетях ISDN со скоростью передачи данных до 2 Мбит/с.

Frame Relay поддерживает физический и канальный уровни OSI. Технология Frame Relay использует для передачи данных технику виртуальных соединений (коммутируемых и постоянных).

Стек протоколов Frame Relay передает кадры при установленном виртуальном соединении по протоколам физического и канального уровней. В Frame Relay функции сетевого уровня перемещены на канальный уровень, поэтому необходимость в сетевом уровне отпала. На канальном уровне в Frame Relay выполняется мультиплексирование потока данных в кадры.

Frame Relay осуществляет мультиплексирование в одном канале связи нескольких потоков данных. Кадры при передаче через коммутатор не подвергаются преобразованиям, поэтому сеть получила название ретрансляции кадров. Таким образом, сеть коммутирует кадры, а не пакеты. Скорость передачи данных до 44 Мбит/с, но без гарантии целостности данных и достоверности их доставки.

Frame Relay ориентирована на цифровые каналы передачи данных хорошего качества, поэтому в ней отсутствует проверка выполнения соединения между узлами и контроль достоверности данных на канальном уровне. За счет этого сети Frame Relay обладают высокой производительностью.

Технология Frame Relay в основном используется для маршрутизации протоколов локальных сетей через общие (публичные) коммуникационные сети. Frame Relay обеспечивает передачу данных с коммутацией пакетов через интерфейс между оконечными устройствами пользователя DTE (маршрутизаторами, мостами, ПК) и оконечным оборудованием канала передачи данных DCE (коммутаторами сети типа «облако»).

Коммутаторы Frame Relay используют технологию сквозной коммутации, т. е. кадры передаются с коммутатора на коммутатор сразу после прочтения адреса назначения, что обеспечивает высокую скорость передачи данных.

На рисунке 3.2 представлена структурная схема сети Frame Relay, где изображены основные элементы: DTE – аппаратура передачи данных (маршрутизаторы, мосты, ПК); DCE – оконечное оборудование канала передачи данных (телекоммуникационное оборудование, обеспечивающее доступ к сети).

Рисунок 3.2 – Cтруктурная схема сети Frame Relay

Технология АТМ. Решающее значение при выборе АТМ имело то, что большинство источников информации работают в прерывистом режиме. Например, коэффициент активности речи составляет 0,3 – 0,4, еще меньше он в интерактивных системах передачи данных, весьма разнообразна видеоинформация и т. д. Поэтому применение синхронного режима переноса (STM), при котором выделяется постоянная полоса пропускания, соответствующая наивысшей мгновенной скорости передачи информации, оказывается весьма неэффективным. В то же время асинхронный режим переноса, основанный на статистических (пакетных) методах, позволяет гибко распределять полосу пропускания, обеспечивая совместную работу разнообразных служб в условиях изменения параметров служб и нагрузки.

В соответствии с определениями рекомендаций I.113 и I.121 термин АТМ обозначает специфический пакетно-ориентированный режим переноса информации, использующий метод асинхронного временного разделения, при котором поток информации организуется в блоки фиксированной длины, называемые ячейками. Ячейка (cell) имеет длину 53 байта, из которых 48 байтов – информация пользователя и 5 байт – заголовок. Основное назначение заголовка – идентификация ячеек, принадлежащих одному и тому же виртуальному каналу.

АТМ является методом, ориентированным на установление соединений. До начала передачи информации между пользователями должен быть организован виртуальный канал. Сигнальная и пользовательская информация передаются по отдельным виртуальным каналам. Группа виртуальных каналов, проходящих на некоторых участках сети по одному и тому же направлению, может объединяться в виртуальный тракт. Поскольку АТМ предполагает использование высокоскоростных и обладающих высокой помехозащи- щенностью цифровых систем передачи (как правило, на основе волоконно-оптических линий), повышение верности осуществляется только в оборудовании пользователей. Отказ от повышения верности в узлах коммутации значительно упрощает алгоритм их функционирования и позволяет применять в них аппаратные средства, имеющие значительно более высокое быстродействие, чем программируемые микропроцессоры. Высокая пропускная способность трактов передачи, быстродействие коммутационных устройств и короткая длина ячеек обеспечивают, как правило, быструю доставку ячеек по сети. Контроль за их доставкой осуществляется в оконечном оборудовании пользователей.

Назначение и структура сетей Х.25

Сети Х.25 являются на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения корпоративных сетей. Основная причина такой ситуации состоит в том, что долгое время сети Х.25 были единственными доступными сетями с коммутацией пакетов коммерческого типа, в которых давались гарантии коэффициента готовности сети. Сеть Internet также имеет долгую историю существования, но как коммерческая сеть она начала эксплуатироваться совсем недавно, поэтому для корпоративных пользователей выбора не было. Кроме того, сети Х.25 хорошо работают на ненадежных линиях благодаря протоколам с установлением соединения и коррекцией ошибок на двух уровнях - канальном и сетевом.

Стандарт Х.25 «Интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования» был разработан комитетом CCITT в 1974 году и пересматривался несколько раз. Стандарт наилучшим образом подходит для передачи трафика низкой интенсивности, характерного для терминалов, и в меньшей степени соответствует более высоким требованиям трафика локальных сетей. Как видно из названия, стандарт не описывает внутреннее устройство сети Х.25, а только определяет пользовательский интерфейс с сетью. Взаимодействие двух сетей Х.25 определяет стандарт Х.75.

Технология сетей 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. Эти устройства имеют также русскоязычное название «Сборщик-разборщик пакетов», СРП .

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), называемых также центрами коммутации пакетов (ЦКП) , расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными каналами. Выделенные каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми.

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. К удаленному устройству PAD терминалы подключаются по асинхронному интерфейсу, обычно для этой цели используется интерфейс RS-232C. Один PAD обычно обеспечивает доступ для 8, 16 или 24 асинхронных терминалов.

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.

Несмотря на то что задача подключения «неинтеллектуальных» терминалов к удаленным компьютерам возникает сейчас достаточно редко, функции PAD все еще остаются востребованными. Устройства PAD часто используются для подключения к сетям Х.25 кассовых терминалов и банкоматов, имеющих асинхронный интерфейс RS-232.

Стандарт Х.28 определяет параметры терминала, а также протокол взаимодействия терминала с устройством PAD. При работе на терминале пользователь сначала проводит некоторый текстовый диалог с устройством PAD, используя стандартный набор символьных команд. PAD может работать с терминалом в двух режимах: управляющем и передачи данных. В управляющем режиме пользователь с помощью команд может указать адрес компьютера, с которым нужно установить соединение по сети Х.25, а также установить некоторые параметры работы PAD, например выбрать специальный символ для обозначения команды немедленной отправки пакета, установить режим эхо - ответов символов, набираемых на клавиатуре, от устройства PAD (при этом дисплей не будет отображать символы, набираемые на клавиатуре до тех пор, пока они не вернутся от PAD - это обычный локальный режим работы терминала с компьютером). При наборе комбинации клавиш Ctrl+P PAD переходит в режим передачи данных и воспринимает все последующие символы как данные, которые нужно передать в пакете Х.25 узлу назначения.

В сущности, протоколы Х.З и Х.28 определяют протокол эмуляции терминала, подобный протоколу telnet стека TCP/IP. Пользователь с помощью устройства PAD устанавливает соединение с нужным компьютером, а затем может вести уже диалог с операционный системой этого компьютера (в режиме передачи данных устройством PAD), запуская нужные программы и просматривая результаты их работы на своем экране, как и при локальном подключении терминала к компьютеру.

Компьютеры и локальные сети обычно подключаются к сети Х.25 непосредственно через адаптер Х.25 или маршрутизатор, поддерживающий на своих интерфейсах протоколы Х.25. Для управления устройствами PAD в сети существует протокол Х.29, с помощью которого узел сети может управлять и конфигурировать PAD удаленно, по сети. 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.

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. Например, Россия имела до 1995 года один код - 250, а в 1995 году ей был выделен еще один код - 251. 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, описанный выше.

По стандарту ISO 7498 для нумерации сетей Х.25 к адресу в формате Х.121 добавляется только один байт префикса, несущий код 36 (использование в адресе только кодов десятичных цифр) или 37 (использование произвольных двоичных комбинаций). Этот код позволяет универсальным коммутаторам, например коммутаторам сети ISDN, поддерживающим также и коммутацию пакетов Х.25, автоматически распознавать тип адреса и правильно выполнять маршрутизацию запроса на установление соединения.

Стек протоколов сети Х.25

Стандарты сетей Х.25 описывают 3 уровня протоколов.

На физическом уровне определены синхронные интерфейсы Х.21 и Х.21 bis к оборудованию передачи данных - либо DSU/CSU, если выделенный канал является цифровым, либо к синхронному модему, если канал выделенный.

На канальном уровне используется подмножество протокола HDLC, обеспечивающее возможность автоматической передачи в случае возникновения ошибок в линии. Предусмотрен выбор из двух процедур доступа к каналу: LAP или LAP-B.

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

Транспортный уровень может быть реализован в конечных узлах, но он стандартом не определяется.

Протокол физического уровня канала связи не оговорен, и это дает возможность использовать каналы разных стандартов.

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-B устанавливается соединение между пользовательским оборудованием DTE (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. Протокол LAP-B почти во всех отношениях идентичен протоколу LLC2, описанному в главе 3, кроме адресации. 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 - 0х01 для направления команд от DTE к DCE (в сеть) или ответов от DCE к DTE (из сети) и 0х03 для направления ответов от DTE к DCE или команд от DCE к DTE. 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).

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.

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. При получении пакета информация, расположенная в поле данных, а также значение бита Q передается верхним уровням пользовательского стека протоколов (непосредственно транспортному уровню этого стека). Значение Q=1 означает управляющую пользовательскую информацию, а Q=0 - данные. Признак D означает подтверждение приема пакета узлом назначения. Обычный механизм подтверждения принятия пакетов с помощью квитанций имеет для протокола Х.25 только локальный смысл - прием пакета подтверждает ближайший коммутатор сети, через который конечный узел запросил и установил виртуальное соединение. Если же узел-источник запросил подтверждение приема конечным узлом, то это подтверждение индицируется установкой бита D (delivery confirmation) в пакетах, идущих от узла 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, например:

постоянный виртуальный канал;

коммутируемый виртуальный канал только для входящих сообщений (симплексный);

коммутируемый виртуальный канал только для исходящих сообщений (симплексный);

коммутируемый дуплексный виртуальный канал.

Максимальное количество логических групп - 12, хотя в конкретной сети допустимо и меньшее количество.

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 Тип (Type) указывает тип пакета. Например, для пакета Call Request отведено значение типа, равное 0х0В. Младший бит этого поля определяет, является ли пакет управляющим (бит равен 1) или пакетом данных (бит равен 0). Значение 0х0В содержит 1 в младшем бите, поэтому это управляющий пакет, а остальные биты в этом случае определяют подтип пакета. В пакете данных остальные биты поля Type используются для переноса номеров квитанций N(S) и N(R).

Следующие два поля определяют длину адресов назначения и источника (DA и SA) в пакете. Запрос на установление виртуального канала указывает оба адреса. Первый адрес нужен для маршрутизации пакета Call Request, а второй - для принятия решения узлом назначения о возможности установления виртуального соединения с данным узлом-источником. Если узел назначения решает принять запрос, то он должен отправить пакет Call Accepted - «Запрос принят», в котором также указать оба адреса, поменяв их, естественно, местами. Адреса могут иметь произвольный формат или же соответствовать требованиям стандарта Х.121 или ISO 7498.

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. Например, услуга «Идентификатор пользователя сети» позволяет задать идентификатор пользователя (отличный от его сетевого адреса), на основании которого могут оплачиваться счета за пользование сетью. Пользователь с помощью услуги «Согласование параметров управления потоком» может попросить сеть использовать нестандартные значения параметров протокола - размера окна, максимального размера поля данных пакета и т. п. Протокол Х.25 допускает следующие максимальные значения длины поля данных: 16,32, 64,128, 256,512 и 1024 байт. Предпочтительной является длина 128 байт.

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. Например, если путь ко всем терминалам, имеющим адреса с префиксом 250 720, пролегает через общий коммутатор К1, то в таблице маршрутизации коммутаторов, через которые проходит путь к коммутатору К1, помещается единственная запись - 250 720, которая соответствует как конечному узлу 250 720 11, так и конечному узлу 250 720 26. 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. Пакет данных не имеет поля, которое бы определяло тип переносимых в пакете данных, то есть поля, аналогичного полю Protocol в IP-пакете. Для устранения этого недостатка первый байт в поле данных всегда интерпретируется как признак типа данных.

Коммутаторы (ЦКП) 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-B 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.

В сетях на базе протокола Х.25 устанавливаются виртуальные соединения между терминальным оборудованием различных пользователей.

Режим виртуальных соединений характеризуется тем, что между терминалами абонентов сети не создается физическое соединение, а организуется виртуальный канал путем резервирования памяти во всех узлах сети, расположенных на пути от одного терминала к другому. При этом виртуальные каналы могут быть коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC), как в ТфОП, или постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC), аналогично выделенным или арендованным каналам.

В протоколе Х.25 задача сохранения целостности сообщения возлагается на сеть, что достигается путем помехоустойчивого кодирования, запросов и повторений пакетов между узлами сети.

Соединение между терминальным оборудованием и аппаратурой канала данных обеспечивают 3 нижних уровня модели взаимодействия открытых систем (OSI): физический (1), канальный (2) и сетевой (3).

Протокол, определяющий процедуру доступа на уровнях (1) и (2) называется процедурой доступа к звену. На уровне звена данных обмен между терминальным оборудованием и аппаратурой канала данных осуществляется на основе протокола HDLC (High-level Data Link Protocol) с помощью протокольных блоков, называемых кадрами.

Длина кадров может варьироваться, однако рекомендуемая длина выбирается в пределах 128-256 байтов. Функции терминального оборудования выполняются в терминале абонента, а функции аппаратуры канала данных обычно выполняются модемом. На рисунке 11 показана структура кадра одного из типов – информационного, предназначенного для транспортировки полезной нагрузки.

Рис. 11. Структура информационного кадра в протоколе Х.25

В состав информационного кадра входят служебные поля и поле полезной нагрузки. Служебные поля располагаются в начале и в конце каждого кадра. Отношение длин служебных полей к общей длине кадра называется информационной избыточностью.

Каждый кадр отделяется от другого с помощью флага. Затем идет двухбайтовый заголовок, содержащий байт адреса и байт управления. Адресный байт определяет, является ли кадр командой или откликом.

Адресная информация позволяет интерпретировать байт управления. Существуют 3 типа байтов управления:

– информационные (только команды), для кадров, переносящих полезную информацию;

– супервизорные (только команды), содержащие инструкции управления звеном данных;

– ненумерованные (команды/отклики), используемые для дополнительных функций управления.

Проверочная последовательность формируется в соответствии с правилами кодирования циклических кодов.

Поле полезной нагрузки имеется только в информационных кадрах. В этом поле располагаются данные поступающие с сетевого уровня.

Задача сетевого уровня состоит в передаче протокольных блоков, получивших название пакетов. Протокол Х.25 определяет более 20 типов пакетов, из которых только 3 типа пакетов предназначены для переноса полезной нагрузки. На рисунке 12 приведен пример пакета для транспортировки данных.

ИОФ – идентификатор общего формата;

ГНЛК – групповой номер логического канала;

НЛК – номер логического канала в группе;

Р(S), P(R) – номера принимаемого и передаваемого пакетов;

М – символ «Продолжение данных»

Рис. 12. Пример пакета для транспортировки данных в протоколе Х.25

При установлении в сети виртуального соединения или постоянного виртуального канала на стыке терминального оборудования и аппаратуры канала данных создается логический канал, которому присваивается групповой номер (ГНЛК), меньший или равный 15, и номер самого канала (НЛК), меньший или равный 255. Таким образом, теоретически в одном физическом канале можно организовать до 4095 логических каналов.

Номера ГНЛК и НЛК присваиваются виртуальному соединению в фазе его установления и сохраняются за ним в течение фаз обмена данными и завершения обмена.

Номера ГНЛК и НЛК служат идентификаторами логического канала Поле данных (полезной нагрузки) пакета содержит информационные данные, максимальный объем которых не превышает 1 кбайт.

Одним из главных достоинств протокола Х.25 является возможность подключения относительно большого числа терминалов к коммутатору путем разделения сетевых ресурсов на скоростях до десятка кбит/с.

Недостатками протокола Х.25 являются относительно невысокое быстродействие; относительно высокая вероятность появления ошибки () и пакетная природа трафика, которая зачастую приводит к перегрузкам и задержкам в сети.

1.6. Адресация в IP -сетях

Для взаимодействия пользователей IP-сетей были разработаны принципы IP-адресации. Каждый абонентский терминал в сети TCP/IP имеет адреса трех уровней:

1) локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети – это (Media Access Control) МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11-А0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Для узлов, входящих в глобальные сети, такие как Х.25 или frame relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети.

2) IP-адрес, состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.

3) символьный идентификатор-имя, например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла – гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться весьма произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный абонентский терминал или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками, например:

128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса,

10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса.

На рисунке 13 показана структура IP-адреса.

Рис. 13. Структура IP-адресов классов A, B, C, D и E

Адрес состоит из двух логических частей – номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса:

– если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже.) В сетях класса А количество узлов должно быть больше 2 16 , но не превышать 2 24 .

– если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 2 8 - 2 16 . В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.

– если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 2 8 . Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла - 8 битов.

– если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

– если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е; он зарезервирован для будущих применений.

В таблице 2 приведены диапазоны номеров сетей, соответствующих каждому классу сетей.