Призначення і структура мереж Х.25
Мережі Х.25 є на сьогоднішній день найпоширенішими мережами з комутацією пакетів, які використовуються для побудови корпоративних мереж. Основна причина такої ситуації полягає в тому, що довгий час мережі Х.25 були єдиними доступними мережами з комутацією пакетів комерційного типу, у яких давалися гарантії коефіцієнта готовності мережі. Мережа Internet також має довгу історію існування, але як комерційна мережа вона почалась експлуатуватися зовсім недавно, тому для корпоративних користувачів вибору не було. Крім того, мережі Х.25 добре працюють на ненадійних лініях завдяки протоколам із встановленням з'єднання і корекцією помилок на двох рівнях — канальному і мережному.
Стандарт Х.25 «Інтерфейс між кінцевим устаткуванням даних і апаратурою передачі даних для терміналів, що працюють у пакетному режимі в мережах передачі даних загального користування» був розроблений комітетом ССІТТ у 1974 році і переглядався кілька разів. Стандарт щонайкраще підходить для передачі трафіка низької інтенсивності, характерного для терміналів, і в меншому ступені відповідає більш високим вимогам трафіка локальних мереж. Як видно з назви, стандарт не описує внутрішній пристрій мережі Х.25, а тільки визначає користувальницький інтерфейс із мережею. Взаємодія двох мереж Х.25 визначає стандарт Х.75.
Технологія мереж Х.25 має кілька істотних ознак, що відрізняють її від інших технологій.
• Наявність у структурі мережі спеціального пристрою — PAD (Packet Assembler Disassembler), призначеного для виконання операції збирання декількох низькошвидкісних потоків байтів від алфавітно-цифрових терміналів у пакети, які передаються по мережі і направляються комп'ютерах для обробки. Ці пристрої мають також російськомовну назву “Зборщик-разборщик пакетов”, СРП.
• Наявність трьохрівневого стеку протоколів з використанням на канальному і мережному рівнях протоколів із встановленням з'єднання, які керують потоками даних і виправляють помилки.
• Орієнтація на однорідні стеки транспортних протоколів у всіх вузлах мережі — мережний рівень розрахований на роботу тільки з одним протоколом канального рівня і не може подібно протоколу IP поєднувати різнорідні мережі. Мережа Х.25 складається з комутаторів (Switches, S), які називаються також центрами комутації пакетів (ЦКП), розташованих у різних географічних точках і з'єднаних високошвидкісними виділеними каналами (рис.12.2). Виділені канали можуть бути як цифровими, так і аналоговими.
Рис.12.2. Структура мережі Х.25
Асинхронні старт-стопні термінали підключаються до мережі через пристрої PAD. Вони можуть бути вбудованими чи віддаленими. Вбудований PAD звичайно розташований у стійці комутатора. Термінали одержують доступ до вбудованого пристрою PAD по телефонній мережі за допомогою модемів з асинхронним інтерфейсом. Вбудований PAD також підключається до телефонної мережі за допомогою декількох модемів з асинхронним інтерфейсом. Віддалений PAD являє собою невеликий автономний пристрій, підключений до комутатора через виділений канал зв'язку Х.25. До віддаленого пристрою PAD термінали підключаються по асинхронному інтерфейсі, звичайно для цієї мети використовується інтерфейс RS-232C. Один PAD звичайно забезпечує доступ для 8, 16 чи 24 асинхронних терміналів.
До основних функцій PAD, визначених стандартом Х.З, відносяться:
• збирання символів, отриманих від асинхронних терміналів, у пакети;
• розбивання полів даних у пакетах і вивід даних на асинхронні термінали;
• керування процедурами встановлення з'єднання і роз'єднання по мережі Х.25 з потрібним комп'ютером;
• передача символів, що включають старт-стопні сигнали і біти перевірки на парність, за вимогою асинхронного термінала;
• просування пакетів при наявності відповідних умов, таких як заповнення пакета, закінчення часу очікування й ін.
Термінали не мають кінцевих адрес мережі Х.25. Адреса привласнюється порту PAD, який підключений до комутатора пакетів Х.25 за допомогою виділеного каналу.
Незважаючи на те що задача підключення «неінтелектуальних» терміналів до віддалених комп'ютерів виникає зараз досить рідко, функції PAD усе ще залишаються потрібними. Пристрої PAD часто використовуються для підключення до мереж Х.25 касових терміналів і банкоматів, що мають асинхронний інтерфейс RS-232.
Стандарт Х.28 визначає параметри термінала, а також протокол взаємодії термінала з пристроєм PAD. При роботі на терміналі користувач спочатку проводить деякий текстовий діалог із пристроєм PAD, використовуючи стандартний набір символьних команд. PAD може працювати з терміналом у двох режимах: керуючому і передачі даних. У керуючому режимі користувач за допомогою команд може вказати адресу комп'ютера, з яким потрібно установити з'єднання по мережі Х.25, а також встановити деякі параметри роботи PAD, наприклад вибрати спеціальний символ для позначення команди негайного відправлення пакета, встановити режим ехо-відповідей символів, що набираються на клавіатурі, від пристрою PAD (при цьому дисплей не буде відображати символи, що набираються на клавіатурі доти, поки вони не повернуться від PAD — це звичайний локальний режим роботи термінала з комп'ютером). При наборі комбінації клавіш Ctrl+P PAD переходить у режим передачі даних і сприймає всі наступні символи як дані, які потрібно передати в пакеті Х.25 вузлу призначення.
По суті, протоколи Х.З і Х.28 визначають протокол емуляції термінала, подібний до протоколу telnet стека TCP/IP. Користувач за допомогою пристрою PAD встановлює з'єднання з потрібним комп'ютером, а потім може вести вже діалог з операційний системою цього комп'ютера (у режимі передачі даних пристроєм PAD), запускаючи потрібні програми і переглядаючи результати їхньої роботи на своєму екрані, як і при локальному підключенні термінала до комп'ютера.
Комп'ютери і локальні мережі звичайно підключаються до мережі Х.25 безпосередньо через адаптер Х.25 чи маршрутизатор, який підтримує на своїх інтерфейсах протоколи Х.25. Для керування пристроями PAD у мережі існує протокол Х.29, за допомогою якого вузол мережі може керувати і конфігорувати PAD віддалено по мережі. При необхідності передачі даних комп'ютери, які підключені до мережі Х.25 безпосередньо, послугами PAD не користаються, а самостійно встановлюють віртуальні канали в мережі і передають по них дані в пакетах Х.25.
Адресація в мережах Х.25
Якщо мережа Х.25 не зв'язана з зовнішнім світом, то вона може використовувати адресу будь-якої довжини (у межах формату поля адреси) і давати адресам довільні значення. Максимальна довжина поля адреси в пакеті Х.25 складає 16 байт.
Рекомендація Х.121 ССІТТ визначає міжнародну систему нумерації адрес для мереж передачі даних загального користування. Якщо мережа Х.25 хоче обмінюватися даними з іншими мережами Х.25, то в ній потрібно дотримуватися адресації стандарту Х.121.
Адреси Х.121 (називаються також International Data Numbers, IDN) мають різну довжину, яка може складати до 14 десяткових знаків. Перші чотири цифри IDN називають кодом ідентифікації мережі (Data Network Identification Code, DNIC). DNIC поділений на дві частин: перша частина (3 цифри) визначає країну, у якій знаходиться мережа, а друга — номер мережі Х.25 у даній країні. Таким чином, всередині кожної країни можна організувати тільки 10 мереж Х.25. Якщо ж потрібно пронумерувати більше, ніж 10 мереж для однієї країни, проблема вирішується тим, що одній країні дається кілька кодів. Наприклад, Росія мала до 1995 року один код — 250, а в 1995 році їй був виділений ще один код — 251. Інші цифри називаються номером національного термінала (National Terminal Numbe, NTN). Ці цифри дозволяють ідентифікувати визначений DTE у мережі Х.25.
Міжнародні мережі Х.25 можуть також використовувати міжнародний стандарт нумерації абонентів ISO 7498, описаний вище.
По стандарті ISO 7498 для нумерації мереж Х.25 до адреси у форматі Х.121 додається тільки один байт префікса, який несе код 36 (використання в адресі тільки кодів десяткових цифр) чи 37 (використання довільних двійкових комбінацій). Цей код дозволяє універсальним комутаторам, наприклад комутаторам мережі ISDN, що підтримує також і комутацію пакетів Х.25, автоматично розпізнавати тип адреси і правильно виконувати маршрутизацію запиту на встановлення з'єднання.
Стек протоколів мережі Х.25
Стандарти мереж Х.25 описують 3 рівні протоколів (рис.12.3).
На фізичному рівні визначені синхронні інтерфейси Х.21 і Х.21 bis до устаткування передачі даних — або DSU/CSU, якщо виділений канал є цифровим, або до синхронного модему, якщо канал виділений.
На канальному рівні використовується підмножина протоколу HDLC, що забезпечує можливість автоматичної передачі у випадку виникнення помилок у лінії. Передбачено вибір із двох процедур доступу до каналу: LAP чи LAP-B.
На мережному рівні визначений протокол Х.25/3 обміну пакетами між кінцевим устаткуванням і мережею передачі даних.
Рис. 12.3. Стек протоколів мережі Х.25
Транспортний рівень може бути реалізований у кінцевих вузлах, але він стандартом не визначається.
Протокол фізичного рівня каналу зв'язку не обговорений, і це дає можливість використовувати канали різних стандартів.
На канальному рівні зазвичай використовується протокол LAP-B. Цей протокол забезпечує збалансований режим роботи, тобто обидва вузли, що беруть участь у з'єднанні, рівноправні. По протоколі LAP-B встановлюється з'єднання між користувальницьким устаткуванням DTE (комп'ютером, IP- чи IPX-маршрутизатором) і комутатором мережі. Хоча стандарт це і не обумовлює, але за протоколом LAP-B можливо також встановлення з'єднання на канальному рівні всередині мережі між безпосередньо зв'язаними комутаторами. Протокол LAP-B майже у всіх відносинах ідентичний протоколу LLC2, крім адресації. Кадр LAP-B містить одне однобайтове адресне поле (а не два — DSAP і SSAP), у якому вказується не адреса служби верхнього рівня, а напрямок передачі кадру —0х01 для направлення команд від DTE до DCE (у мережу) чи відповідей від DCE до DTE (з мережі) і 0х03 для направлення відповідей від DTE до DCE чи команд від DCE до DTE. Підтримується як нормальний режим (з максимальним вікном у 8 кадрів і однобайтовим полем керування), так і розширений режим (з максимальним вікном у 128 кадрів і двобайтовим полем керування).
Мережний рівень Х.25/3 (у стандарті він названий не мережним, а пакетним рівнем) реалізується з використанням 14 різних типів пакетів, по призначенню аналогічних типам кадрів протоколу LAP-B. Так як надійну передачу даних забезпечує протокол LAP-B, протокол Х.25/3 виконує функції маршрутизації пакетів, встановлення і розрив віртуального каналу між кінцевими абонентами мережі і керування потоком пакетів.
Після встановлення з'єднання на канальному рівні кінцевий вузол повинен встановити віртуальне з'єднання з іншим кінцевим вузлом мережі. Для цього він у кадрах LAP-B посилає пакет Call Request протоколу Х.25. Формат пакета Call Request показаний на рис. 13.4.
Рис.12.4. Формат пакета Call Request
Поля, розташовані в перших трьох байтах заголовка пакета, використовуються у всіх типах кадрів протоколу Х.25. Ознаки Q і D і Modulo розташовані в старшій частині першого байта заголовка. Ознака Q призначена для розпізнавання на мережному рівні типу інформації в полі даних пакета. При одержанні пакета інформація, розташована в полі даних, а також значення біта Q передається верхнім рівням користувальницького стека протоколів (безпосередньо транспортному рівню цього стека). Значення Q=1 означає керуючу користувальницьку інформацію, а Q=0 — дані. Ознака D означає підтвердження прийому пакета вузлом призначення. Звичайний механізм підтвердження прийняття пакетів за допомогою квитанцій має для протоколу Х.25 тільки локальний зміст — прийом пакета підтверджує найближчий комутатор мережі, через який кінцевий вузол запросив і встановив віртуальне з'єднання. Якщо ж вузол-джерело запросив підтвердження прийому кінцевим вузлом, то це підтвердження індикується встановленням біта D (delivery confirmation) у пакетах, що йдуть від вузла призначення.
Ознака Modulo говорить про те, по якому модулі — 8 чи 128 — ведеться нумерація пакетів. Значення 10 означає модуль 128, а 01 — модуль 8.
Поле Номер логічної групи (Lodiccd Group Number, LGN) містить значення номера логічної групи віртуального каналу. Канали утворюють логічні групи по функціональній ознаці, наприклад:
• постійний віртуальний канал;
• віртуальний канал, що комутується тільки для вхідних повідомлень (симплексний);
• віртуальний канал, що комутується, тільки для вихідних повідомлень (симплексний);
• дуплексний віртуальний канал, що комутується.
Максимальна кількість логічних груп — 12, хоча в конкретній мережі припустима і менша кількість.
Поле Номер логічного каналу (Logical Channel Number, LCN) містить номер віртуального каналу), який призначений вузлом-джерелом (для віртуальних каналів, що комутуються,) чи адміністратором мережі (для постійних віртуальних каналів). Максимальна кількість віртуальних каналів, що проходять через один порт, дорівнює 256.
Поле Тип (Type) вказує тип пакета. Наприклад, для пакета Call Request відведене значення типу, рівне 0х0В. Молодший біт цього поля визначає, чи є пакет керуючим (біт дорівнює 1) чи пакетом даних (біт дорівнює 0). Значення 0х0В містить 1 у молодшому біті, тому це керуючий пакет, а інші біти в цьому випадку визначають підтип пакета. У пакеті даних інші біти поля Type використовуються для перенесення номерів квитанцій N(S) і N(R).
Наступні два поля визначають довжину адрес призначення і джерела (DA і SA) у пакеті. Запит на встановлення віртуального каналу вказує обидві адреси. Перша адреса потрібна для маршрутизації пакета Call Request, а друга — для ухвалення рішення вузлом призначення про можливість встановлення віртуального з'єднання з даним вузлом-джерелом. Якщо вузол призначення вирішує прийняти запит, то він повинен відправити пакет Call Accepted — «Запит прийнятий», у якому також вказати обидві адреси, помінявши їх, природно, місцями. Адреси можуть мати довільний формат чи відповідати вимогам стандарту Х.121 чи ISO 7498.
Самі адреси призначення і джерела займають відведену їм кількість байт у наступних двох полях.
Поля Довжина поля послуг (Facilities length) і Послуги (Facilities) потрібні для узгодження додаткових послуг, що надає мережа абоненту. Наприклад, послуга «Ідентифікатор користувача мережі» дозволяє задати ідентифікатор користувача (відмінний від його мережної адреси), на підставі якого можуть оплачуватися рахунки за користування мережею. Користувач за допомогою послуги «Узгодження параметрів керування потоком» може попросити мережу використовувати нестандартні значення параметрів протоколу — розміра вікна, максимального розміру поля даних пакета і т.п. Протокол Х.25 допускає наступні максимальні значення довжини поля даних: 16,32, 64, 128, 256, 512 і 1024 байт. Найкращою є довжина 128 байт.
Пакет Call Request приймається комутатором мережі і маршрутизується на підставі таблиці маршрутизації, прокладаючи при цьому віртуальний канал. Початкове значення номера віртуального каналу задає користувач у цьому пакеті в полі LCN (аналог поля VCI). Протокол маршрутизації для мереж Х.25 не визначений.
