Сети и технологии Х.25 и Frame Relay

Ниже даются краткие сведения о наиболее распространенных те­лекоммуникационных системах, или территориальных сетях связи. К ним относятся Х.25, Frame Relay (FR), IP, ISDN, SDH, ATM (сведе­ния о сетях IP даются при рассмотрении глобальной сети Интернет). При этом обращается внимание на их «прогрессивность», т.е. возмож­ность предоставления полного сервиса в настоящее время и степень актуальности в перспективе. Особенно важным преимуществом той или иной сетевой технологии является ее возможность наиболее пол­но использовать имеющуюся в распоряжении пользователя полосу пропускания канала связи и адаптироваться к качеству канала.

Сети и технологии Х.25. Сетями Х.25 называются сети, доступ к которым производится в соответствии с рекомендациями Междуна­родного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ), первый вариант которой появился в 1976 г. Эта рекоменда­ция описывает интерфейс доступа пользователя в сеть передачи дан­ных, а также интерфейс взаимодействия с удаленным пользователем через СПД. Передача данных в сети Х.25 производится по протоко­лам, описанным в рекомендации Х.25. С момента выпуска первого варианта рекомендации Х.25 все стандарты были практически про­верены, расширены и дополнены, и сегодня достигнут высокий уро­вень совместимости оборудования, выпускаемого различными фир­мами для сетей Х.25.

Несмотря на появление новых интегральных технологий сетей свя­зи, рассчитанных на высокоскоростные каналы связи, сети Х.25 все еще являются наиболее распространенными СПД. Это объясняется тем, что именно сети Х.25 с наибольшим основанием можно сравнить с телефонными сетями: установив соединение компьютера с ближай­шим узлом сети Х.25, можно связаться с любым из многих тысяч пользователей сетей Х.25 по всему миру (для этого надо лишь знать его сетевой адрес), точно так же, как подняв трубку телефонного ап­парата, подключенного к ближайшей АТС, можно соединиться прак­тически с любым абонентом. Технология Х.25 особенно актуальна для России и других стран, где пока отсутствует развитая инфраструк­тура высокоскоростных первичных каналов связи.

На основе технологий Х.25 построено большинство эксплуатиру­емых в настоящее время СПД с коммутацией пакетов, предназначен­ных для организации и обеспечения надежной передачи данных в ус­ловиях разветвленных территориальных сетей на базе низко- и среднескоростных каналов. При этом за счет повторной передачи искаженных кадров между каждой парой соседних узлов сети обеспе­чивается достоверная и упорядоченная передача данных. Однако в сети с каналами низкого качества из-за повторных передач возника­ют нерегламентированные и непостоянные задержки передаваемых данных, поэтому передача трафика, чувствительного к задержкам (например, оцифрованного голоса), по сетям Х.25 с удовлетворитель­ным качеством невозможна.

Рекомендация Х.25 описывает три уровня протоколов: физический, канальный и сетевой. Они реализуют функции соответственно физи­ческого, канального, сетевого и частично транспортного уровней мо­дели взаимодействия открытых систем (ВОС — OSI).

Физический уровень, широко представленный в оборудовании мас­сового спроса, описывает уровни сигналов и логику взаимодействия на уровне физического интерфейса.

Канальный уровень, также широко представленный в оборудова­нии (например, в модемах), отвечает за эффективную и надежную передачу данных в соединении «точка — точка», т.е. между соседни­ми узлами сети Х.25. На этом уровне осуществляется защита от оши­бок при передаче между соседними узлами, управление потоком дан­ных и, кроме того, обеспечивается получение оптимального по скоро­сти передачи режима в зависимости от протяженности канала между двумя точками (времени задержки в канале) и качества канала (веро­ятности искажения информации при передаче), что важно при оценке эффективности функционирования двухточечного соединения.

Для реализации указанных выше функций поток информации раз­бивается на кадры (frame), каждый из которых представляет собой организованную определенным образом последовательность битов. Кадр обрамляется «флагами» (уникальными последовательностями битов, являющимися разделителем между кадрами) и состоит из слу­жебных полей (поля адреса, поля управления с циклическим номером кадра, поля проверочной последовательности кадра) и информацион­ного поля для информационных кадров. Длину кадра можно менять при настройке параметров протокола к физическим характеристикам линии связи. Чем короче кадр, тем меньше вероятность его искажения при передаче. С другой стороны, если линия хорошего качества, то информацию лучше передавать более длинными кадрами, обеспечи­вающими уменьшение процента избыточной информации (флаги, слу­жебные поля кадра).

Наконец, на сетевом уровне, определяющем специфику сетей Х.25, производится маршрутизация пакетов (на этом уровне информация также структурируется, т.е. разбивается на «порции», называемые «пакетами») и доведение информации от «точки входа» в сеть до «точки выхода» из нее. Структура пакета во многом аналогична структуре кадра. При передаче пакет помещается в поле данных информацион­ного кадра (кадра канального уровня).

В сетях Х.25 реализуется метод «коммутации пакетов», в соот­ветствии с которым перед передачей информации от одного абонента к другому между ними сначала устанавливается виртуальное (ло­гическое) соединение, т.е. происходит обмен пакетами «запрос вызо­ва» — «вызов принят», после чего производится обмен информацией. Виртуальные соединения могут быть как постоянными, так и комму­тируемыми, когда соединение устанавливается под каждый сеанс об­мена информацией. Число виртуальных соединений, которые могут одновременно поддерживаться на базе одного физического канала, за­висит от конкретного типа оборудования, используемого для поддер­жания таких соединений.

Доступ пользователей к сети Х.25 осуществляется в одном из двух режимов — в пакетном или в монопольном. Доступ с персонального компьютера (ПК) в сеть в пакетном режиме реализуется путем уста­новления в ПК специальной платы, обеспечивающей обмен данными в соответствии со стандартом Х.25. Подключение ЛВС через сеть Х.25 осуществляется с помощью сетевых плат (например, производимых компаниями Microdyne, Newport Systems Solutions и др.), или для это­го могут использоваться мосты-маршрутизаторы удаленного досту­па, включенные в виде отдаленных устройств и поддерживающие протокол Х.25. Преимущество таких устройств по сравнению со встро­енными в компьютер платами (помимо большей производительности) состоит в том, что они не требуют установки специального программ­ного обеспечения, а сопрягаются с ЛВС по стандартному интерфейсу локальной сети, что позволяет реализовать более гибкие и универ­сальные решения. Подключение пользовательского оборудования к сети в пакетном режиме удобно, когда требуется многопользователь­ский доступ к этому оборудованию через сеть.

Подключение к сети Х.25 в монопольном режиме производится по стандартам Х.З, Х.28, Х.29, которые определяют функционирование специальных устройств доступа в сеть — «сборщиков/разборщиков пакетов» — ПАД (packet assembler-dissasembler). Эти устройства ис­пользуются для доступа в сеть абонентов в асинхронном режиме об­мена информацией, т.е. через последовательный порт компьютера (не­посредственно или с применением модемов). ПАД обычно имеет несколько асинхронных портов и один синхронный порт (порт Х.25). ПАД накапливает поступающие по асинхронным портам данные, упа­ковывает их в пакеты и передает через порт Х.25. В разных сетях могут быть установлены различные значения параметров передачи по каналам Х.25 (длина кадра и пакета, система адресации и др.). Для обеспечения стыковки этих сетей была разработана рекомендация Х.75, определяющая правила согласования параметров при переходе из одной сети в другую. Сопряжение сетей обычно производится че­рез ЦКП, в котором реализована поддержка шлюзовых функций.

Метод коммутации пакетов, лежащий в основе сетей Х.25, оп­ределяет основные преимущества таких сетей, а следовательно, и об­ласти их применения. Преимущества сетей Х.25 заключаются в сле­дующем.

1. Сети Х.25 позволяют в режиме реального времени разделять один и тот же физический канал между несколькими абонентами. Благода­ря этому во многих случаях оказывается экономически выгоднее для передачи данных пользоваться сетью Х.25, производя оплату за каж­дый байт переданной информации, а не оплачивать время использо­вания телефонной линии. Метод разделения физического канала меж­ду абонентами в сетях Х.25 называют еще логическим или статисти­ческим уплотнением (в отличие от временного разделения канала). При статистическом разделении канала нет строго регламентированной степени загрузки канала каждым абонентом в определенный момент времени. Эффективность использования статистического уплотнения зависит от статистических или вероятностных характеристик уплот­няемых потоков информации. Имеется большой опыт эффективного использования сетей Х.25 для широкого спектра задач передачи дан­ных, когда трафик в сети не является равномерным во времени: обмен сообщениями между пользователями, обращение большого числа пользователей к удаленной базе данных или к удаленному хосту элек­тронной почты, связь локальных сетей (при скоростях обмена не бо­лее 128 Кбит/с), объединение удаленных кассовых аппаратов или бан­коматов.

2. Сети Х.25 позволяют передавать оптимальным образом данные по выделенным и коммутируемым каналам телефонной сети общего пользования. Критериями оптимизации являются максимально возмож­ные на этих каналах скорость и достоверность передачи данных.

3. В сетях Х.25 имеется механизм альтернативной маршрутиза­ции, с помощью которого, помимо основного маршрута, задается ряд альтернативных (резервных) маршрутов, за счет чего значительно увеличивается надежность работы сети. Однако это означает, что между любыми двумя точками подключения пользователя к сети дол­жно быть по крайней мере два различных маршрута.

При всех достоинствах сетевой технологии Х.25 у нее есть и свои довольно серьезные ограничения:

• невозможность передавать по сетям Х.25 такие виды информации, как голос и видеоинформация;

• существенное ограничение скорости передачи, основной причиной которого является наличие в таких сетях развитых механизмов коррекции ошибок. Эти механизмы требуют подтверждения инфор­мации между каждыми соседними узлами сети, что приводит к зна­чительным задержкам распространения информации. Поэтому тех­нология Х.25 обычно применяется в сетях, использующих каналы связи со скоростью передачи не более 128 Кбит/с. Указанные ограничения преодолены в технологии Frame Relay.

Сети и технологии Frame Relay (ретрансляция кадров). Сетью Frame Relay (в дальнейшем — FR) называется сеть коммутации- кадров, в которой используется технология (протокол) передачи данных одно­именного названия [40]. Протокол FR — это интерфейс доступа к се­тям быстрой коммутации пакетов. Он позволяет эффективно переда­вать крайне неравномерно распределенный во времени трафик. Отли­чительные особенности протокола FR: малое время задержки при передаче информации через сеть, высокие скорости передачи, «высо­кая степень связности», эффективное использование полосы пропус­кания. По сетям FR возможна передача не только собственно дан­ных, но и оцифрованного голоса.