Х.25 - незнакомый знакомец

Сегодня об этой технологии почти ничего не пишут, но тем не менее она продолжает активно использоваться.

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?

ПРОТОКОЛЫ СЕТЕЙ X.25

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.

Первый вариант рекомендации был выпущен в 1976 году. За прошедшее время все стандарты были проверены практикой и при необходимости дополнены.

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.

Рекомендация X.25 описывает три уровня протоколов - физический, сетевой и уровень звена передачи данных.

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).

ПРЕИМУЩЕСТВА СЕТЕЙ X.25

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.

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.

ДОСТУП ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ К СЕТЯМ X.25. СБОРЩИКИ-РАЗБОРЩИКИ ПАКЕТОВ

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).

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.

УЗЛЫ СЕТИ X.25. ЦЕНТРЫ КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ

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.

При всех достоинствах сетевой технологии, базирующейся на протоколе X.25, у нее есть и свои ограничения. Одно из них - невозможность передавать по сетям X.25 такие виды информации, как голос и видео. Указанные ограничения преодолеваются в технологии, базирующейся на протоколе frame relay.

В журнале уже появлялись статьи, посвященные технолоии frame relay. Надеемся, что в следующих наших статьях мы сможем изложить собственный опыт построения сетей frame relay, который заинтересует читателей.