Архитектура протокола Х.25

Тема 9 Протоколы сетей Х.25

Введение

Х.25 представляет собой комплект протоколов трех нижних уровней модели OSI, разработанный МККТТ для интерфейса ме­жду терминалами пользователей и сетью с коммутацией пакетов. Протоколы Х.25 использовались для создания всемирной сети коммутации пакетов. В этой сети информация пользователей инкапсу­лируется (заключается) в пакеты, содержащие данные об адреса­ции о последовательности пакетов и контроле ошибок, а также све­дения о пользователе или приложении. Пакеты передаются по вир­туальным каналам между терминалом Х.25 конечного пользователя DTE (Data Terminal Equipment) и окончанием канала двусторонней передачи данных DCE (Data Circuit-Terminating Equipment), исполь­зуемого в качестве канала доступа к сети пакетной коммутации.

Первая рекомендация Х.25 была утверждена на 6-й пленар­ной ассамблее МККТТ в 1976 г., а переработанные версии появля­лись в 1980 и 1984 гг. К началу 80-х годов протоколы Х.25 уже ши­роко применялись для передачи данных во всем мире, особенно между удаленными терминалами и центральными системами.

Протокол Х.25 использует неоднократно упоминавшийся в этой книге протокол доступа к звену данных LAPB (Link Access Protocol — Balanced), который был специально разработан для обес­печения надежной передачи данных через звено. Первоначально ориентированный на каналы с низким качеством, протокол LAPB использует принцип, согласно которому каждый узел в сети дол­жен проверять каждый блок данных уровня 2 (кадр), как только он получен, и определять, может ли этот кадр маршрутизироваться к ближайшему узлу или он должен быть передан повторно. Другой принцип, который связан с Х.25, заключается в том, что повтор­ная передача осуществляется к узлу, который детектировал ошиб­ку, из ближайшего к нему узла, принявшего верный кадр. Это оз­начает, что каждый узел должен обеспечивать контроль, что тре­бует затрат на оборудование и вводит задержки в маршрутизацию данных.

Во время появления сетей Х.25 (а они функционируют с конца 60-х годов) такой уровень контроля ошибок был необходим, по­скольку он учитывал характеристики существовавших тогда фи­зических коммуникационных линий. Х.25 хорошо работает в си­туациях, когда не могут быть обеспечены каналы связи с высокой надежностью. В областях, где развернуты оптоволоконные сети, Х.25 вряд ли может считаться подходящим выбором, тем более, при наличии такой технологии, как Frame Relay (ретрансляция кадров).

На рис. 1 показан пример взаимодействия сетей Х.25 с ис­пользованием межсетевых шлюзов Х.75 и устройств сборки-разборки пакетов PAD, которые обеспечивают преобразование различных потоков данных (SNA, асинхронный и т.д.) в протокол Х.25. Факти­чески протокол Х.25 является интерфейсом между абонентом и се­тью, а Х.75 является протоколом для использования между узлами сети коммутации пакетов. Оба протокола аналогичны, но протокол Х.75 предоставляет услуги, которые запрашиваются внутри сети с коммутацией пакетов и не касаются абонентских интерфейсов. Кро­ме того, Х.75 может рассматриваться только как протокол сетевого уровня, в то время как Х.25 поддерживает повторную передачу, сег­ментирование и сборку блоков данных.

Рис. 1. Пример объединения сетей с коммутацией пакетов

Архитектура протокола Х.25

Архитектура Х.25 содержит три уровня, соответствующие трем нижним уровням модели OSI (рис. 2). На физическом уровне про­токол Х.25 определяет электрический интерфейс между DTE и DCE. Стандарты Х.25 физического уровня приведены в рекомендациях Х21иХ21-бис.

Второй уровень интерфейса содержит функции, реализую­щие процедуру управления звеном данных HDLC (High-level Data Link Control Procedure), и отвечает за надежную передачу данных через физический стык. В Х.25 протоколом уровня звена передачи данных является протокол LAPB. Этому протоколу отводится роль формирования кадров, содержащих в информационном поле передаваемые данные. Кадр в процедуре HDLC переносит через интер­фейс Х25 один пакет данных. Протокол LAPB применяется для фор­мирования двухточечного соединения между DCE и DTE. Никаких спецификаций мультиплексирования каналов (аналогичных LAPD) не существует. LAPB используется для передачи информации уров­ня 3 Х.25, этот протокол является не самым элегантным методом передачи данных через интерфейсы ISDN. Информацию уровня 3 Х.25 можно поместить в кадр LAPD.

Рис. 2. Взаимосвязь между архитектурами OSI и Х.25

Третий уровень содержит функции, необходимые для упаков­ки данных в пакеты и для создания виртуальных каналов, по кото­рым эти пакеты передаются. Управление потоком осуществляет ме­ханизм окна, связанный с каждым виртуальным каналом. Средства сброса и рестарта дают возможность выполнять в интерфейсе про­цедуры восстановления после ошибок.

Формат пакетов Х.25 имеет вид, показанный на рис. 6. Первый разряд К/И в байте 3 указывает, является ли пакет инфор­мационным или управляющим. Остальная часть байта 3 служит для указания типа управляющего пакета. В следующем байте две груп­пы по 4 разряда служат для указания длины адресного поля вызы­вающего и вызываемого DTE, соответственно. Затем следуют сами эти поля. В режиме быстрого поиска в конце пакета могут быть добавлены данные пользователя (до 16 байтов).

Рис. 3. Структура пакета Х.25: общий формат

Фактически различия между архитектурами Х.25 и OSI имеют место именно на этом, сетевом уровне, который по терминологии Х.25 называется уровнем пакетов. Протокол Х.25 ориентирован на соединения в виде виртуальных каналов, которые организуются с использованием ресурса постоянно существующих логических ка­налов. Каждому DTE доступно до 4095 таких каналов. Точнее гово­ря, предусматривается до 15 групп логических каналов по 255 кана­лов в каждом. Группа адресуется четырьмя, а канал — восемью бита­ми в заголовке пакета. Двоичные значения этих полей означают но­мер группы и номер канала соответственно. Существует взаимно однозначное соответствие между номерами логических каналов в DTE и DCE. Фактическое количество логических каналов, которые может использовать DTE, определяется администрацией сети. Ло­гические каналы используются для организации двух типов вирту­альных соединений — устанавливаемых по запросу и постоянных. Иными словами, пакетный уровень реализует два типа услуг пре­доставления виртуальных каналов — услуги оперативного предос­тавления виртуального соединения (Virtual Call service, VC) и услуги предоставления постоянного виртуального канала связи (Permanent Virtual Circuit service, PVC).

Виртуальные соединения по запросу (virtual calls) формиру­ются процедурами создания и аннулирования соединения, т.е. па­кеты маршрутизируются по виртуальному каналу, организуемому в сети протоколом третьего уровня перед передачей пакетов. Проце­дура создания инициируется со стороны DTE, посылающего к DCE по свободному логическому каналу пакет запроса соединения. Про­токол Х25 предполагает выбор свободного канала с наибольшим номером. Пакет запроса должен в явном виде содержать адрес полу­чателя. По получении пакета с запросом соединения DCE передает этот пакет через сеть к DCE, с которым связан вызываемый DTE, причем на вызываемой стороне выбирается свободный логический канал с наименьшим номером. Вызываемый DTE имеет возможность принять или отвергнуть поступивший запрос, а вызывающий DTE получит ответ, указывающий на то, принял или нет запрос вызывае­мый DTE. В случае принятия запроса между двумя DTE организует­ся виртуальное соединение и наступает фаза переноса данных. В случае же, когда соединение по какой-либо причине не может быть установлено, сеть возвращает вызывающему DTE пакет разъедине­ния, содержащий информацию о соответствующей причине. Нару­шить установленное соединение может любой из DTE, в нем участ­вующих.

Постоянный виртуальный канал связи (permanent virtual cir­cuit) представляет собой постоянное соединение между двумя DTE и поддерживается сетью все время. Процедуры оперативного соз­дания и аннулирования для него не нужны, и постоянный вирту­альный канал связи подобен, таким образом, выделенной линии связи.

Применение протокола Х.25

Протокол Х.25 широко используется уже почти четверть века, в первую очередь, для создания всемирной сети с коммутацией пакетов.

Применение Х.25 реализовано в системах централизации технической эксплуатации ТфОП. Например, организованы центры дистанционного техни­ческого обслуживания и эксплуатации (MMSW) коммутационных станций DX-200 (Nokia) и АТСЦ-90 (ЛОНИИС).

Другая сфера применения Х.25 связана также с дистанцион­ным, но не техническим обслуживанием АТС. Речь идет о монито­ринге телефонных разговоров.

Стандарты ISDN разрабатывались так, чтобы сети Х.25 мож­но было встроить в ISDN. Взаимодействие Х.25 и ISDN описывает­ся в рекомендации ХЗ 1. По существу, в этой рекомендации опреде­ляются два основных варианта обслуживания терминального обо­рудования Х.25 сетью ISDN (доступа к услугам связи с комму­тацией пакетов через сеть ISDN).

При использовании варианта, обозначенного в рекоменда­ции как Case А, сеть ISDN предоставляет оборудованию Х.25 про­зрачный канал (коммутируемый или полупостоянный) для досту­па к шлюзу сети Х.25. Устройство DTE X.25 запрашивает через тер­минальный адаптер ISDN соединение с устройством DCE Х.25 в режиме виртуального канала. Для установления соединения ISDN между терминальным адаптером и шлюзом используется D-канал и протоколы ISDN. Сигнализация по D-каналу ISDN заканчивает­ся в АТС, а собственно виртуальный канал между DCE и DTE уста­навливается по В-каналу ISDN средствами уровня 3 протоко­ла Х.25. Этот же В-канал используется затем для передачи трафика пакетов Х.25.

При использовании варианта Case В возможности коммута­ции пакетов Х.25 становятся частью ISDN. Устройство DTE соз­дает виртуальный канал средствами ISDN, а АТС ISDN может обес­печить коммутацию пакетов или получить доступ к DCE X.25. Об­служивание вызова и управление реализуются средствами ISDN. Данный вариант принят в качестве стандарта для североамерикан­ских сетей ISDN и служит основным способом запроса пересылки кадров LAPB по В-каналу, а также методом инкапсуляции кадров LAPB в кадры LAPD для пересылки по D-каналу.

С тех пор, как в исходных стандартах ISDN для коммутации пакетов неречевого графика был использован стандарт X.25, про­изошли значительные усовершенствования в среде передачи дан­ных и в применяемых протоколах, позволяющие достичь очень низкого уровня ошибок. В нормативных документах ISDN, выпу­щенных после 1988 г., уже рекомендуется вместо коммутации па­кетов X.25 использовать технику Frame Relay, ориентированную лишь на минимальный контроль ошибок при передаче. Снижение непроизводительных затрат времени на контроль ошибок может позволить соответствующим образом увеличить скорость обмена данными.