Фраза, вынесенная в заголовок данной статьи, в двух словах отображает сегодняшнюю ситуацию с технологией X.25. В западной прессе теперь очень трудно встретить рассмотрение проблем, связанных с использованием протокола X.25; более горячими темами сегодня в области территориальных сетей являются, например, технологии frame relay и ATM. Несмотря на это, даже в странах Запада самые передовые компании, выпускавшие ранее только высокоскоростное оборудование, дополняют свой спектр устройств оборудованием X.25. Пример тому - появление в нынешнем году в ассортименте оборудования фирмы StrataCom узлов X.25.
Особенно актуально рассмотрение решений технологий X.25 для России и сопредельных стран с аналогичной инфраструктурой каналов.
В этой статье мы обсудим протокол X.25 и связанный с ним стек протоколов, а также сети, базирующиеся на данной технологии. Наша задача показать, что представляют собой сети X.25 и почему широкому кругу пользователей выгодно использовать уже функционирующие магистральные сети X.25, а некоторым из них, представляющим крупные организации, даже строить свои собственные сети.
Мы будем называть сетями X.25, или сетями пакетной коммутации сети, доступ к которым производится в соответствии с рекомендациями МККТТ X.25 (в соответствии с X.3/X.28 в случае асинхронного доступа).
Итак, почему именно сети X.25? Дело в том, что на сегодняшний день, несмотря на появление новых, интегральных технологий сетей передачи данных/сетей связи, рассчитанных на высокоскоростные каналы связи, сети X.25 по-прежнему наиболее распространены.
Если рассматривать все имеющиеся сегодня сети передачи данных общего пользования, то окажется, что именно сети X.25 с наибольшим основанием могут быть уподоблены телефонным сетям. Точно так же, как подняв трубку телефонного аппарата, подключенного к ближайшей АТС, вы можете связаться с абонентом практически в любой точке мира, так и установив соединение вашего компьютера с ближайшим узлом сети X.25, вы сможете осуществить связь с любым из миллиона пользователей сетей X.25 по всему миру. Для этого вам надо лишь знать его сетевой адрес.
Что же такое сети X.25? Для чего они нужны? На базе какого оборудования и какой теории они строятся?
Сети X.25 получили свое название по имени рекомендации - "X.25", выпущенной МККТТ (Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии). Данная рекомендация описывает интерфейс доступа пользователя в сеть передачи данных и интерфейс взаимодействия с удаленным пользователем через сеть передачи данных.
Внутри же самой сети передача данных может происходить в соответствии с другими правилами. Ядро сети может быть построено и на более скоростных протоколах frame relay. Мы, однако, рассматривая вопросы построения сетей X.25 в рамках этой статьи, будем иметь в виду сети, передача данных внутри которых производится также по протоколам, описанным в рекомендации X.25. Именно таким образом и строится в настоящее время большинство корпоративных сетей X.25 в России.
Сегодня достигнут достаточно высокий уровень совместимости оборудования, выпускаемого различными фирмами, как в рамках одной сети, так и разнообразных сетей X.25. Наибольшие проблемы в области совместимости возникают в тех случаях, когда надо управлять из одного центра узлами сети, построенными на базе оборудования разных фирм. Однако, благодаря установке на оборудовании X.25 агентов SNMP, и эта проблема в ближайшем будущем будет, видимо, решена. Одновременно ведется работа по расширению возможностей протокола SNMP в части его соответствия задачам управления большими территориально-распределенными сетями.
Первый описывает уровни сигналов и логику взаимодействия в терминах физического интерфейса. (Те из читателей, которым приходилось, например, подключать модем к последовательному порту персонального компьютера через интерфейс RS-232/V.24, имеют представление об этом уровне.)
Второй (протокол доступа к каналу/процедура сбалансированного доступа к каналу, LAP/LAPB), с теми или иными модификациями, достаточно широко представлен сейчас в оборудовании массового спроса - например в модемах - протоколами типа сетевого протокола MNP компании Microcom, отвечающими за коррекцию ошибок при передаче информации по каналу связи, а также в локальных сетях на уровне управления логическим каналом LLC.
Этот уровень протоколов отвечает за эффективную и надежную передачу данных по соединению "точка-точка", т.е. между соседними узлами сети X.25. Данным протоколом обеспечивается коррекция ошибок при передаче между соседними узлами и управление потоком данных (если принимающая сторона не готова к получению данных, она извещает об этом передающую сторону, и та приостанавливает передачу). Кроме того, он определяет параметры, меняя значения которых, режим передачи можно оптимизировать по скорости в зависимости от протяженности канала между двумя точками (времени задержки в канале) и его качества (вероятности искажения информации при передаче).
Для реализации всех указанных выше функций в протоколах второго уровня вводится понятие "кадра" (frame). Кадром называется порция информации (битов), организованная определенным образом. Начинает кадр флаг, т.е. последовательность битов строго определенного вида, являющаяся разделителем между кадрами. Затем идет поле адреса, которое в случае двухточечного соединения представляет собой адрес А или адрес B. Далее следует поле типа кадра, указывающее на то, несет ли кадр в себе информацию или является чисто служебным (например тормозит поток информации или извещает передающую сторону о приеме/неприеме предыдущего кадра). В кадре имеется также поле номера кадра. Кадры нумеруются циклически. Это означает, что при достижении заданного порогового значения нумерация опять начинается с нуля. И наконец, заканчивается кадр контрольной последовательностью, подсчитываемой при передаче кадра по определенным правилам. По этой последовательности на приеме происходит проверка на предмет искажения информации при передаче кадра.
Длину кадра можно менять при настройке параметров протокола к физическим характеристикам линии. Чем короче кадр, тем меньше вероятность того, что он будет искажен при передаче. Однако если линия хорошего качества, то лучше работать с более длинными информационными кадрами, т.к. уменьшается процент избыточной информации, передаваемой по каналу (флаг, служебные поля кадра). Кроме того, число кадров, посылаемое передающей стороне без подтверждения от принимающей стороны, тоже можно менять. Данный параметр связан с так называемым "модулем нумерации", т.е. со значением порога, достигнув которого нумерация снова начинается с нуля. Это поле может быть задано равным в пределах от 8 (для тех каналов, задержка передачи информации в которых не слишком велика) до 128 (для спутниковых каналов, например, когда задержка при передаче информации по каналу велика).
И, наконец, третий уровень протоколов - сетевой. Он наиболее интересен в контексте обсуждения сетей X.25, так как их специфику, в первую очередь, определяет именно он.
Функционально данный протокол отвечает прежде всего за маршрутизацию в сети передачи данных X.25, т. е. за доведение информации от "точки входа" в сеть до "точки выхода" из нее. Со своей стороны протокол третьего уровня также структурирует информацию, иными словами, разбивает ее на "порции". На третьем уровне порция информации называется "пакетом" (packet). Структура пакета во многом аналогична структуре кадра. В пакете имеется свой модуль нумерации, собственные поля адреса, тип пакета, контрольная последовательность. При передаче пакет помещается в поле данных информационных кадров (кадров второго уровня). Функционально поля пакета отличаются от соответствующих полей кадра. Главным образом это касается поля адреса, которое в пакете состоит из 15 цифр; поле пакета должно обеспечивать идентификацию абонентов в рамках всех сетей пакетной коммутации по всему миру. Структуру сетевого адреса определяет рекомендация X.121.
Введя термин "пакет", мы можем перейти к следующему вопросу, а именно: как же происходит доставка информации от одного абонента до другого через сеть X.25? Для этого используется так называемый метод "коммутации пакетов" (packet switching), в связи с чем сети X.25 еще именуют сетями пакетной коммутации. Данный метод реализуется посредством установления между абонентами виртуальных, т.е. логических (в отличие от физических) соединений (virtual circuits). Для того чтобы передать информацию от абонента A к абоненту B, между ними прежде устанавливается виртуальное соединение, иначе - происходит обмен пакетами "запрос вызова" ("call request") - "вызов принят" ("call accept"). Только после этого между двумя абонентами может производиться обмен информацией.
Виртуальные соединения могут быть как постоянными (permanent), так и коммутируемыми (switched). Коммутируемое соединение, в отличие от постоянного виртуального соединения, устанавливается в каждом сеансе обмена информацией. Тут можно привести прямые аналогии из области телефонии. Действительно, если вы имеете выделенный ("постоянный") телефонный канал между двумя абонентами, то не надо каждый раз набирать номер вашего абонента, - достаточно лишь снять трубку телефона. Количество виртуальных соединений, одновременно поддерживаемых на базе одного физического канала, зависит от конкретного типа оборудования, используемого для обеспечения таких соединений. Что вполне понятно, т.к. для поддержки каждого соединения на этом оборудовании должен резервироваться определенный ресурс (например оперативная память).
Метод коммутации пакетов, лежащий в основе сетей X.25, определяет основные преимущества таких сетей или, другими словами, их область применения. В чем же это преимущество? 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. На самом деле, если у вас и вашего абонента на компьютерах установлены модемы, вы можете обмениваться с ним информацией. Однако используемой телефонной линией одновременно с вами не сможет воспользоваться уже никто другой.
Благодаря реализованному в сетях X.25 механизму разделения канала сразу между несколькими пользователями, во многих случаях оказывается экономически выгодней производить оплату за каждый байт переданной или полученной информации, а не оплачивать время применения телефонной линии при передаче данных по сети X.25. Особенно ощутимо такое преимущество в случае международных соединений.
Метод разделения физического канала между абонентами в сетях X.25 называют еще мультиплексированием канала, точнее, "логическим" или "статистическим" мультиплексированием (Рис. 1). Термин "логическое мультиплексирование" вводится, чтобы отличить этот метод, например, от временного разделения канала. При временном разделении канала каждому из разделяющих его абонентов выделяется в каждую секунду строго определенное количество миллисекунд для передачи информации. При статистическом разделении канала нет строго регламентированной степени загрузки каждым из абонентов канала в данный момент времени.
Рисунок 1.
Мультиплексирование канала в сетях X.25.
Эффективность использования статистического мультиплексирования зависит от статистических или вероятностных характеристик мультиплексируемого потока информации. Означает ли это, что вам, прежде чем подключаться к уже действующей сети X.25 или начинать создавать свою сеть, необходимо проводить детальный анализ вероятностных характеристик потоков информации, циркулирующих в вашей системе? Конечно, нет. Такие расчеты уже проведены. Накоплен большой опыт использования сетей X.25. 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. Иными словами, все приложения, в которых трафик в сети не является равномерным во времени.
Какие еще преимущества дает сеть X.25? Может быть, одно из самых важных достоинств сетей, построенных на протоколах, описанных в рекомендации X.25, состоит в том, что они позволяют передавать данные по каналам телефонной сети общего пользования (выделенным и коммутируемым) оптимальным образом. Под "оптимальностью" имеется в виду достижение максимально возможных на указанных каналах скорости и достоверности передачи данных.
Эффективный механизм оптимизации процесса передачи информации через сети X.25 - это механизм альтернативной маршрутизации. Возможность задания помимо основного маршрута альтернативных, т.е. резервных, имеется в оборудовании X.25, производимом практически всеми фирмами. Различные образцы оборудования отличаются алгоритмами перехода к альтернативному маршруту, а также допустимым количеством таких маршрутов. В некоторых типах оборудования, например, переход к альтернативному маршруту происходит только в случае полного отказа одного из звеньев основного маршрута. В других же переход от одного маршрута к другому происходит динамически в зависимости от загруженности маршрутов, и решение принимается на основании многопараметрической формулы (оборудование фирмы Motorola ISG, например). За счет альтернативной маршрутизации может быть значительно увеличена надежность работы сети, а это значит, что между любыми двумя точками подключения пользователя к сети должно быть, по крайней мере, два различных маршрута. В связи с этим построение сети по звездообразной схеме можно считать вырожденным случаем. Правда, там, где есть только один узел сети X.25, установленный в рамках той или иной сети общего пользования, такая топология сети все еще используется довольно часто.
Рассмотрим теперь, каким образом на практике реализуется доступ разных типов пользователей к сети X.25. Прежде всего, возможна организация доступа в пакетном режиме (рекомендации X.25). Для осуществления доступа с компьютера в сеть в пакетном режиме можно, например, установить в компьютер специальную плату, обеспечивающую обмен данными в соответствии со стандартом X.25.
Для подключения локальной сети через сеть X.25 используются также платы компаний Microdyne, Newport Systems Solutions и др. Кроме того, доступ из локальной сети в сеть X.25 может быть организован еще и при помощи мостов/маршрутизаторов удаленного доступа, поддерживающих протокол X.25 и выполненных в виде автономных устройств. Преимущества таких устройств над встраиваемыми в компьютер платами, помимо большей производительности, заключается в том, что они не требуют установки специального программного обеспечения, а сопрягаются с локальной сетью по стандартному интерфейсу, что позволяет реализовать более гибкие и универсальные решения.
Вообще, подключение пользовательского оборудования к сети в пакетном режиме очень удобно, когда требуется многопользовательский доступ к этому оборудованию через сеть.
Если же вам надо подключить компьютер к сети в монопольном режиме, то тогда подключение производится по другим стандартам. Это стандарты X.3, X.28, X.29, определяющие функционирование специальных устройств доступа в сеть - сборщиков/разборщиков пакетов - СРП (packet assembler/dissasembler-PAD). На практике термин "СРП" малоупотребим, поэтому и мы в качестве русскоязычного воспользуемся термином "ПАД".
ПАДы используются для доступа в сеть абонентов при асинхронном режиме обмена информацией, т.е. через, например, последовательный порт компьютера (непосредственно или c применением модемов). ПАД обычно имеет несколько асинхронных портов и один синхронный (порт X.25). ПАД накапливает поступающие через асинхронные порты данные, упаковывает их в пакеты и передает через порт X.25 (Рис. 2).
(1x1)
Рисунок 2.
Пример сложной сети X.25 с подключением устройств различного типа:
от компьютеров до банковского терминального оборудования.
Конфигурируемые параметры ПАДа определяются выполняемыми задачами. Эти параметры описываются стандартом X.3. Совокупность параметров носит название "профайла" (profile); стандартный набор состоит из 22 параметров. Функциональное назначение данных параметров одинаково для всех ПАДов. В профайл входят параметры, задающие скорость обмена по асинхронному порту, параметры, характерные для текстовых редакторов (символ удаления знака и строки, символ вывода на экран предыдущей строки и т.п.), параметры, включающие режим автоматической добивки строки незначащими символами (для синхронизации с медленными терминалами), а также параметр, определяющий условие, при выполнении которого формирование пакета заканчивается.
Параметры, описывающие канал X.25, являются немаловажными и для узловых элементов собственно сети X.25, называемых Центрами Коммутации Пакетов - ЦКП (или коммутатор пакетов, packet switch), однако ими список параметров ЦКП, конечно, не исчерпывается. В процессе конфигурации ЦКП обязательно требуется заполнить таблицу маршрутизации (routing table), позволяющую определить, на какой из портов ЦКП направляются поступившие в них пакеты в зависимости от адресов, содержащихся в этих пакетах. В таблице задаются как основные, так и альтернативные маршруты. Кроме того, важная функция некоторых ЦКП - это функция стыковки сетей (шлюза между сетями).
Действительно, в мире существует великое множество сетей X.25 и общего пользования, и частных, или иначе - корпоративных, ведомственных. Естественно, в различных сетях могут быть установлены разные значения параметров передачи по каналам X.25 (длина кадра и пакета, величины пакетов, система адресования и т.д.). Для того чтобы все эти сети могли стыковаться друг с другом, была разработана рекомендация X.75, определяющая правила согласования параметров при переходе из сети в сеть. Сопряжение вашей и соседних сетей рекомендуется производить через ЦКП, в котором с достаточной полнотой реализована поддержка шлюзовых функций, - такой ЦКП, например, должен уметь "транслировать" адреса при переходе из одной сети в другую. Эта функция обычно реализуется с помощью конфигурации специальной таблицы трансляции адресов в шлюзовом ЦКП. Для ЦКП, несопрягающихся с узлами другой сети пакетной коммутации, наличие шлюзовых функций не является обязательным.
Уважаемые хабровчане, я хочу рассказать вам о сетях пакетной коммутации, построенных на основе протокола передачи данных ITU-T X.25. Мне посчастливилось заниматься сопровождением и развитием одной корпоративной сети X.25 на протяжении нескольких лет.
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.
Основу сети составляют пакетные коммутаторы. Они соединяются между собой синхронными каналами связи (преимущественно X.21 через синхронные модемы по каналам ТЧ или радиоканалам). Синхронные абоненты сети подключаются непосредственно к пакетным коммутаторам. Также к коммутаторам подключаются PADы.
В сети используется адресация по стандарту X.121. Она чем-то напоминает IP адресацию, но без точек и с десятичной маской. Маска в явном виде никогда не указывается, просто длина адреса может варьироваться от 10 до 15 десятичных символов.
Адрес X.121 имеет вид:
DDDDNNNPPPP
где
DDDD - DNIC (Номер сети, аналог автономной системы в IP)
NNN - Node (Номер узла)
PPPP - Port (Номер порта)
SSSSS - Subadress (Субадрес)
Каждый пакетный коммутатор имеет свою таблицу маршрутизации. Таблица указывает в какой порт маршрутизировать соединение, осуществляемое на указанный адрес. Адрес отправителя обычно не анализируется.
Важный момент - маршрутизация происходит в момент установления логического соединения (SVC), после установления соединения происходит только коммутация. Для этого на каждом порту создаются логические каналы (LCI). Количество доступных LCI на интерфейсе ограничивает доступное количество логических соединений через него.
Если на маршруте установленного соединения произойдет сбой, то после таймаута и переповторов абоненты переустановят соединение.
Сеть, с которой мне пришлось иметь дело, вначале использовалась для работы асинхронных терминалов, которые по zmodem осуществляли передачу файлов на файловый коммутатор («вертушка»). Позже появились синхронные терминалы, обменивающиеся информацией с сервером и маршрутизаторы IP. Все работало очень медленно и очень надежно. Скорость на магистральных каналах ТЧ была не выше 19200, а в глубинке было и по 2400 «за счастье», что не мешало передавать данные.
Позже стали появляться каналы FR, которые использовались для X.25 over FR. Когда появились качественные каналы IP, постепенно начали внедрять XOT (X.25 over IP).
Важный момент - обе технологии предполагают туннелирование X.25 через неродные для него протоколы. Иногда удобно «затерминировать» протокол X.25 на интерфейсе, на который он приходит через туннель. Протокл этого не предусматривает, терминирование протокола возможно только на интерфейсах с чистым X.25 (over LAP-B), а туннелирование можно применять только внутри сети для коммутации между узлами.
Сеть, с которой я работал, была построена на оборудовании английской компании Case Communications . Эта компания часто меняла собственников и названия, в одно время называлась Cray Communications. Начинали они с пакетных коммутаторов, также у них были и Ethernet продкуты, маршрутизаторы. Подразделение, которое производило маршрутизаторы было выкуплено Intel, в результате чего появились достаточно известные модели Intel Express Router 9100 и иже с ним. В настоящее время компания занимается разработкой и производством linux маршрутизатров.
Линейка пакетных коммутаторов Case состояла из узлов (Packet Switch Exchange - PSE), коммутаторов X.25/Frame-Relay Assembler-Disassembler - XFRAD) и PAD. Особенность PSE была в том, что между ними можно было делать транковые соединения, которые не адресовались как обычные порты, но использовались для связи между узлами сети. С сетью поставлялась система управления на платформе Sun с графическим интерфейсом под Х11.
Самой продвинутой моделью был модульный PSE8525. Это 13 юнитовое шасси для стойки 19" на 16 модулей интерфейсов и модуль управления, в шасси устанавливалось до 5 блоков питания. Архитектура этой штуковины заслуживает особого внимания.
Основой являлась вертикальная плата backplane. Активных элементов на ней обнаружено не было (!) - просто набор шин. Backplane делила шасси на две части - спереди платы с контроллерами и процессорами, сзади - платы с интерфейсами, всего 17 слотов. В первые 16 слотов можно было установить платы портов X.25 или платы PAD. В последнем слоте - плата manager.
Все остальные платы состояли из двух частей - платы контроллеров и платы процессора. Процессорные платы (UPM) были для всех плат одинаковые, контроллер портов X.25 (SP-XIM) и менеджер были разными.
Система загружалась поэтапно. После включения питания с дискеты А загружался менеджер. После загрузки он считывал конфигурацию с дискеты В и по одной загружал платы интерфейсов. PADы загружались сами по себе, как только появлялось питание. После загрузки всех плат, они могли работать независимо, каждую из них можно было перезагружать отдельно. Менеджер в системе был нужен только при изменении конфигурации или перезагрузке.
Все платы можно было вынимать и переустанавливать «на ходу». Известны случаи, когда шасси работало без менеджера более месяца. Сравните это с вытаскиванием супервизора из Cisco7600! ;)
Развитие систем связи привело к тому, что протокол X.25 перестал удовлетворять требованиям современных приложений к скорости передачи данных, а наличие высокоскоростных каналов связи с низким уровнем ошибок позволяет решать современные задачи с помощью протоколов семейства TCP/IP.
Основы, заложенные в архитектуру протокола и сетей X.25 иллюстрируют рациональный подход к решению поставленной задачи, и являются отличным учебным материалом. Возможно, некоторые из идей, заложенных в X.25, еще вернутся но на более высоких уровнях. В частности, технология MPLS TE (Traffic Engineering) в чем-то сходна с X.25 в отношении построения логических каналов.
Я рекомендую всем, кто собирается стать специалистом в области сетей и коммуникаций, изучить основы работы протокола X.25, не смотря на то, что его знание не является обязательным для работы во многих предприятиях связи. При его изучении, рекомендую делать акцент не на том, как реализована та или иная функция, а на том, с какой целью, она была включена в протокол.
Глобальные сети с коммутацией пакетов
Лекция №11.
Сети X.25 являются самыми первыми сетями с коммутацией пакетов, использованных для объединения корпоративных сетей. Первоначально сети разрабатывались для низкоскоростной передачи данных по линиям связи с большим уровнем помех, и использовались для подключения банкоматов, кассовых терминалов, принимающих кредитные карточки, и для соединения сетей предприятий между собой.
Долгое время сеть X.25 была единственной широко распространенной коммерческой сетью (сеть Internet, как коммерческая стала эксплуатироваться совсем недавно), поэтому для корпоративных пользователей выбора не было.
В настоящее время, сеть X.25 продолжает успешно эксплуатироваться, используя высокоскоростные цифровые линии связи для соединения своих коммутаторов. Так, в частности, большинство банков и промышленных предприятий запада используют сеть X.25 для организации удаленного доступа к своим сетям.
Сеть X.25 состоит из коммутаторов, соединенных между собой по схеме «точка-точка», и работающих с установлением виртуального канала. Для связи коммутаторов могут использоваться цифровые линии PDH/SDH или аналоговые модемы, работающие по выделенной линии.
Компьютеры (маршрутизаторы), поддерживающие интерфейс X.25, могут подключаться к коммутатору непосредственно, а менее интеллектуальные терминалы (банкоматы, кассовые аппараты) – при помощи специального устройства PAD (Packet Assembler Disassembler). PAD может быть встроенным в коммутатор или удаленным. Терминалы получают доступ ко встроенному PAD по телефонной сети с помощью модемов (встроенный PAD также подключается к телефонной сети с помощью нескольких модемов). Удаленный PAD представляет собой небольшое автономное устройство, находящиеся в помещении клиента и подключенное к коммутатору через выделенную линию. К удаленному PAD терминалы подключаются через COM-порт (интерфейс RS-232C).
Один PAD обычно обеспечивает доступ для 8, 16 и 24 терминалов .
Терминалы не имеют конечных адресов в сети X.25 – адрес присваивается только порту PAD.
Адресация в сетях X.25 строиться по следующему принципу : в адресе используются десятичные цифры, длина адреса не может превышать 16 цифр . Если сеть X.25 не связана с внешним миром, то она может использовать любой адрес. Если же сеть X.25 планирует связаться с другими сетями, то необходимо придерживаться международного стандарта адресации (стандарт X.121 – International Data Numbers, IDN).
Формат адреса в сети X.25 представляет собой следующее:
4 цифры – код идентификации сети (Data Network Identification Code, DNIC), 3 цифры – определяют страну, в которой находится сеть X.25, 1 цифра – номер сети X.25 в данной стране, остальные цифры – номер национального терминала (National Terminal Number, NTN) (соответствуют адресу компьютера в сети).
Из приведенного формата, очевидно, что в одной стране может быть только 10 сетей X.25. Если требуется пронумеровать больше чем 10 сетей, то 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.
В адресе могут использоваться не только цифры, но и произвольные символы (для этого к адресу нужно добавить специальный префикс), что позволяет универсальным коммутаторам, например коммутаторам сети ISDN, работать с пакетами сети X.25.
Основным недостатком сети X.25 является то, что она не дает гарантийной пропускной способности сети. Максимум на что она способна – это устанавливать приоритеты для отдельных виртуальных каналов. Поэтому сеть X.25 используется только для передачи трафика, чувствительного к задержкам (например, голоса). Решением этой проблемы занимаются сети Frame Relay и ATM.
Сети Х.25 являются на сегодняшний день самыми популярными сетями с коммутацией пакетов в основном из-за того, что долгое время они были единственными доступными сетями такого типа, а также из-за того, что они хорошо работают на ненадежных линиях. Стандарт X.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 МККТТ для предоставления терминалам доступа к многочисленным удаленным мейнфреймам через сеть коммутации пакетов. Поэтому этот стандарт наилучшим образом подходит для передачи трафика низкой интенсивности, характерного для терминалов, и в меньшей степени соответствует более высоким требованиям трафика локальных сетей.
Сеть коммутации пакетов состоит из центров коммутации пакетов (ЦКП), расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными каналами обмена (рисунок 17.7).
Рис. 17.7. Сеть коммутации пакетов X. 25
В сети предусмотрено преодоление отказов каналов связи между ЦКП путем обхода поврежденного участка сети. Сеть обычно формируется, функционирует и контролируется системой управления сетью, расположенной в одном из центров коммутации пакетов.
Этот стандарт основан на синхронной передаче данных. Асинхронные старт-стопные терминалы подключаются к сети через так называемые пакетные адаптеры данных (ПАД). Они могут быть встроенными или удаленными. Встроенный ПАД обычно расположен в стойке ЦКП. Удаленный ПАД представляет собой небольшое автономное устройство, подключенное к ЦКП через один канал связи X.25. Один ПАД обычно обеспечивает доступ для 8, 16 или 24 асинхронных терминалов.
К основным функциям ПАД 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, сброса и прерывания,
Передача символов, включающих стартстопные 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.
На физическом уровне определены протоколы X.21 и X.21bis. Протокол физического уровня X.21 определяет интерфейс между компьютером и цифровым каналом связи, а X.21bis - между компьютером и аналоговым каналом (с использованием модемов).
На канальном уровне используется подмножество протокола HDLC. обеспечивающее возможность автоматической передачи в случае возникновения ошибок в линии. Предусмотрена возможность выбора из двух процедур доступа к каналу: LAP или LAPB.
На сетевом уровне определен протокол X.25/3 обмена пакетами между оконечным оборудованием и сетью передачи данных.
Сетевой уровень реализуется с использованием 14 различных типов пакетов. Так как надежную передачу данных обеспечивает уже упомянутый протокол LAP-B, то протокол X.25/3 выполняет функции маршрутизации пакетов и управления потоком пакетов.
Прежде, чем пакет будет передан через сеть, необходимо установить соединение между исходными ООД - терминалами и компьютерами. Существует два типа соединений - коммутируемый виртуальный канал (SVC - Switched Virtual Channel) и постоянный виртуальный канал (PVC - Permament Virual Channel). SVC можно сравнить с коммутируемым каналом телефонной сети общего пользования. Для установления соединения необходимо знать сетевой номер - адрес пользователя. Рекомендация X. 121 МККТТ определяет международную систему нумерации адресов для сетей передачи данных общего пользования.
Постоянный виртуальный канал подобен выделенному каналу в том, что не требуется устанавливать соединение или разъединение. Обмен пакетами по PVC может происходить в любой момент времени. PVC формируется системой управления сетью. Отличие PVC от выделенной линии типа 64 Кб/с в том, что пользователь не имеет никаких гарантий относительно действительной пропускной способности PVC. Поэтому использование PVC обычно намного дешевле, чем аренда выделенной линии.
Маршрутизация на основе виртуальных каналов - это обычный прием, используемый в глобальных сетях. Кроме сетей X.25, такая техника применяется в сетях frame relay и АТМ. Суть такой маршрутизации показана на рисунке 17.8. При установлении соединения между конечными узлами используется специальный тип пакета - запрос на установление соединения - который содержит длинный адрес узла-адресата, а также номер виртуального соединения, присвоенного данному виртуальному соединению в узле-отправителе, например, 15. Адрес назначения используется для маршрутизации пакета на основании таблиц маршрутизации, аналогичных тем, которые использовались при описании протоколов RIP или OSPF. В приведенном примере оказалось необходимым передать пакет с порта 1 на порт 0. Одновременно с передачей пакета маршрутизатор изменяет у пакета номер виртуального соединения - он присваивает пакету первый неиспользованный номер виртуального канала для данного коммутатора. Каждый конечный узел и каждый коммутатор ведет свой список использованных и свободных номеров виртуальных соединений. В таблице коммутации входного порта маршрутизатор отмечает, что в дальнейшем пакеты, прибывшие на этот порт с номером 15, должны передаваться на порт 0, причем номер виртуального канала должен быть изменен на 10, Одновременно делается и соответствующая запись в таблице коммутации порта 0 - пакеты с номером 10 нужно передавать на порт с номером 1, меняя номер виртуального канала на 15.
Рис. 17.8. Коммутация в сетях с виртуальными соединениями.
В результате действия такой схемы пакеты данных уже не несут длинные адреса конечных узлов, а имеют в служебном поле только номер виртуального канала, на основании которого и производится маршрутизация всех пакетов, кроме пакета запроса на установление соединения. В сети прокладывается виртуальный канал, который не изменяется в течение всего времени существования соединения. Пакеты в виртуальном канале циркулируют в двух направлениях, причем конечные узлы не замечают изменений номеров виртуальных каналов при прохождении пакетов через сеть.
За уменьшение служебного заголовка приходится платить невозможностью баланса трафика внутри виртуального соединения. При отказе какого-либо канала соединение приходится также устанавливать заново.
Протокол X.25 допускает использование следующих максимальных значений длины поля данных: 16, 32, 64, 128, 256, 512 и 1024 байта. Предпочтительной является длина 128 байтов. Пакеты данных циклически нумеруются от 0 до 7 или от 0 до 127. В заголовке пакета помещаются два номера: порядковый номер передачи и порядковый номер приема. Порядковый номер передачи необходим для обеспечения последовательной транспортировки данных по виртуальному каналу, обнаружения потерь пакетов и для управления интенсивностью поступления пакетов в сеть передачи данных.
Услуги по стандарту Х.25 предоставляются многими общественными сетями передачи данных - в США Sprint/Telenet, BT/Tymnet, Infonet и другими, в России - "Исток-К". "Спринт Сеть", ИАСНЕТ, РОСПАК, ИНФОТЕЛ, Релком и другими. Сети Х.25 часто являются единственной возможностью для создания международной сети, так как почти во всех странах имеются сети данного типа. Можно построить и свою собственную сеть Х.25, купив коммутационное оборудование Х.25 и арендовав выделенные линии.
Сети frame relay - сравнительно новые сети, которые гораздо лучше подходят для передачи трафика локальных сетей по сравнению с сетями X.25. Преимущество сетей frame relay заключается в их низкой избыточности, высокой емкости при низких задержках и надежности передачи данных по существующим общественным сетям. Они специально разработаны как общественные сети для соединения частных локальных сетей. Сети frame relay стандартизованы подкомитетом СС1ТТ 1.122. Они обеспечивают скорость передачи данных до 2 Мб/с и позволяют потребителю наращивать требуемую пропускную способность частями по 56 Кб/с.
Сети frame relay обеспечивают высокую пропускную способность и низкие задержки за счет исключения избыточных операций по коррекции ошибок, так как они рассчитаны на использование надежных цифровых и волоконно-оптических линий связи. Протокол frame relay занимается обнаружением ошибок только на первых двух уровнях модели OSI. в то время как в протоколе X.25 этим занимаются три уровня. Протокол frame relay, так как он работает только на первых двух уровнях модели OSI, является независимым от верхних уровней стека протокола, из-за чего его легко встраивать в сети. Существует спецификация RFC 1490, определяющая методы инкапсуляции в трафик frame relay трафика SNA и локальных сетей.
Протокол frame relay подразумевает, что коммуникационное оборудование конечных пользователей (а, точнее, протоколы сетевого и транспортного уровней, подобные IP и TCP) будут обнаруживать и корректировать ошибки за счет повторной передачи пакетов сетевого или более высоких уровней. Это требует некоторой степени интеллектуальности от конечного оборудования, что по большей части справедливо для современных локальных сетей.
Frame relay предлагает независимую адресацию пакетов. Сети frame relay, как и сети X.25, позволяют устанавливать частные виртуальные каналы между локальными сетями без добавления задержки между узлами. После установления виртуального соединения кадры frame relay маршрутизируются (транслируются, передаются, если более точно следовать переводу глагола relay) через коммутаторы сети. Стандарт frame relay определяет как постоянные виртуальные каналы (PVC), так и коммутируемые (SVC), но в большинстве коммерческих сетей frame relay реализованы в основном сервисы постоянных коммутируемых каналов.
Поле номера виртуального соединения (DLCI) состоит из 11 битов и называется идентификатором связи данных. Это поле содержит номер виртуального канала, соответствующий определенному порту сетевого моста или маршрутизатора. Посылающее устройство помещает этот адрес в кадр (фрейм) и передает кадр в сеть для перемещения к приемному устройству.
Поле данных может иметь размер до 4056 байтов.
В сетях frame relay предусмотрена процедура заказа качества обслуживания, отсутствующая в сетях Х.25. Для каждого виртуального соединения определяются несколько параметров, Два параметра определяют среднюю скорость соединения:
CIR (Committed Information Rate) - средняя скорость, с которой сеть согласна передавать данные пользователя,
CBS (Committed Burst Size) - максимальное количество битов, которое сеть согласна передать от этого пользователя за интервал времени Т.
Если эти величины определены, то время Т определяется формулой
На рисунке 17.9 приведен пример использования сети frame relay пятью удаленными региональными отделениями корпорации. Обычно доступ к сети осуществляется каналами с большей пропускной способностью, чем CIR - пропускная способность канала должна быть равна по крайней мере величине CBS/T. Но при этом пользователь платит не за пропускную способность канала, а за заказанные величины CIR и CBS.
Для управления потоком кадров в сетях frame relay используются механизмы оповещения конечных пользователей о том, что в коммутаторах сети возникли перегрузки (переполнение необработанными кадрами). Бит FECN
Рис. 17.9. Пример использования сети frame relay
(Forward Explicit Congestion Bit) кадра извещает об этом принимающую сторону. На основании значения этого бита принимающая сторона должна с помощью протоколов более высоких уровней (TCP/IP. SPX и т.п.) известить передающую сторону о том, что та должна снизить интенсивность отправки пакетов в сеть.
Бит BECN (Backward Explicit Congestion Bit) извещает о переполнении в сети передающую сторону и является рекомендацией немедленно снизить темп передачи. Бит BECN обычно отрабатывается на уровне устройств доступа к сети frame relay - маршрутизаторов, мультиплексоров и устройств CSU/DSU.
В общем случае биты FECN и BECN могут игнорироваться. Но если конечный пользователь нарушает условия, определяемые параметрами его соединения CIR и CBS, то сеть может просто отбрасывать (не передавать) "избыточные кадры" пользователя, выходящие за рамки договоренностей. Для этого в кадре имеется бит DE (Discard Eligible) -"удаление желательно", который устанавливается при превышения конечным узлом максимальной интенсивности трафика. И если в коммутаторе сети возникает перегрузка, то он может отбрасывать кадры с установленным битом DE.
Сервис frame relay обычно предоставляют те же операторы, которые эксплуатируют сети X.25. Большая часть производителей выпускает сейчас коммутаторы, которые могут работать как по протоколам Х.25, так и по протоколам frame relay.
Уважаемые хабровчане, я хочу рассказать вам о сетях пакетной коммутации, построенных на основе протокола передачи данных ITU-T X.25. Мне посчастливилось заниматься сопровождением и развитием одной корпоративной сети X.25 на протяжении нескольких лет.
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.
Основу сети составляют пакетные коммутаторы. Они соединяются между собой синхронными каналами связи (преимущественно X.21 через синхронные модемы по каналам ТЧ или радиоканалам). Синхронные абоненты сети подключаются непосредственно к пакетным коммутаторам. Также к коммутаторам подключаются PADы.
В сети используется адресация по стандарту X.121. Она чем-то напоминает IP адресацию, но без точек и с десятичной маской. Маска в явном виде никогда не указывается, просто длина адреса может варьироваться от 10 до 15 десятичных символов.
Адрес X.121 имеет вид:
DDDDNNNPPPP
где
DDDD - DNIC (Номер сети, аналог автономной системы в IP)
NNN - Node (Номер узла)
PPPP - Port (Номер порта)
SSSSS - Subadress (Субадрес)
Каждый пакетный коммутатор имеет свою таблицу маршрутизации. Таблица указывает в какой порт маршрутизировать соединение, осуществляемое на указанный адрес. Адрес отправителя обычно не анализируется.
Важный момент - маршрутизация происходит в момент установления логического соединения (SVC), после установления соединения происходит только коммутация. Для этого на каждом порту создаются логические каналы (LCI). Количество доступных LCI на интерфейсе ограничивает доступное количество логических соединений через него.
Если на маршруте установленного соединения произойдет сбой, то после таймаута и переповторов абоненты переустановят соединение.
Сеть, с которой мне пришлось иметь дело, вначале использовалась для работы асинхронных терминалов, которые по zmodem осуществляли передачу файлов на файловый коммутатор («вертушка»). Позже появились синхронные терминалы, обменивающиеся информацией с сервером и маршрутизаторы IP. Все работало очень медленно и очень надежно. Скорость на магистральных каналах ТЧ была не выше 19200, а в глубинке было и по 2400 «за счастье», что не мешало передавать данные.
Позже стали появляться каналы FR, которые использовались для X.25 over FR. Когда появились качественные каналы IP, постепенно начали внедрять XOT (X.25 over IP).
Важный момент - обе технологии предполагают туннелирование X.25 через неродные для него протоколы. Иногда удобно «затерминировать» протокол X.25 на интерфейсе, на который он приходит через туннель. Протокл этого не предусматривает, терминирование протокола возможно только на интерфейсах с чистым X.25 (over LAP-B), а туннелирование можно применять только внутри сети для коммутации между узлами.
Сеть, с которой я работал, была построена на оборудовании английской компании Case Communications . Эта компания часто меняла собственников и названия, в одно время называлась Cray Communications. Начинали они с пакетных коммутаторов, также у них были и Ethernet продкуты, маршрутизаторы. Подразделение, которое производило маршрутизаторы было выкуплено Intel, в результате чего появились достаточно известные модели Intel Express Router 9100 и иже с ним. В настоящее время компания занимается разработкой и производством linux маршрутизатров.
Линейка пакетных коммутаторов Case состояла из узлов (Packet Switch Exchange - PSE), коммутаторов X.25/Frame-Relay Assembler-Disassembler - XFRAD) и PAD. Особенность PSE была в том, что между ними можно было делать транковые соединения, которые не адресовались как обычные порты, но использовались для связи между узлами сети. С сетью поставлялась система управления на платформе Sun с графическим интерфейсом под Х11.
Самой продвинутой моделью был модульный PSE8525. Это 13 юнитовое шасси для стойки 19" на 16 модулей интерфейсов и модуль управления, в шасси устанавливалось до 5 блоков питания. Архитектура этой штуковины заслуживает особого внимания.
Основой являлась вертикальная плата backplane. Активных элементов на ней обнаружено не было (!) - просто набор шин. Backplane делила шасси на две части - спереди платы с контроллерами и процессорами, сзади - платы с интерфейсами, всего 17 слотов. В первые 16 слотов можно было установить платы портов X.25 или платы PAD. В последнем слоте - плата manager.
Все остальные платы состояли из двух частей - платы контроллеров и платы процессора. Процессорные платы (UPM) были для всех плат одинаковые, контроллер портов X.25 (SP-XIM) и менеджер были разными.
Система загружалась поэтапно. После включения питания с дискеты А загружался менеджер. После загрузки он считывал конфигурацию с дискеты В и по одной загружал платы интерфейсов. PADы загружались сами по себе, как только появлялось питание. После загрузки всех плат, они могли работать независимо, каждую из них можно было перезагружать отдельно. Менеджер в системе был нужен только при изменении конфигурации или перезагрузке.
Все платы можно было вынимать и переустанавливать «на ходу». Известны случаи, когда шасси работало без менеджера более месяца. Сравните это с вытаскиванием супервизора из Cisco7600! ;)
Развитие систем связи привело к тому, что протокол X.25 перестал удовлетворять требованиям современных приложений к скорости передачи данных, а наличие высокоскоростных каналов связи с низким уровнем ошибок позволяет решать современные задачи с помощью протоколов семейства TCP/IP.
Основы, заложенные в архитектуру протокола и сетей X.25 иллюстрируют рациональный подход к решению поставленной задачи, и являются отличным учебным материалом. Возможно, некоторые из идей, заложенных в X.25, еще вернутся но на более высоких уровнях. В частности, технология MPLS TE (Traffic Engineering) в чем-то сходна с X.25 в отношении построения логических каналов.
Я рекомендую всем, кто собирается стать специалистом в области сетей и коммуникаций, изучить основы работы протокола X.25, не смотря на то, что его знание не является обязательным для работы во многих предприятиях связи. При его изучении, рекомендую делать акцент не на том, как реализована та или иная функция, а на том, с какой целью, она была включена в протокол.
