Чернега В., Платтнер Б. Компьютерные сети. Учебное пособие для вузов

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел 5. Глобальные сети связи

399

сетевого уровня, которое выполняет функции концентрации интерфейсов и

их мультиплексирование.

Наличие этого оборудования не является обязательным, в отличие от

NT-1. Терминатор NT-1 может быть также снабжен соединителем с основ-

ным (базовым) цифровым каналом.

Основными функциями терминального адаптера ТА являются:

1) согласование R-интерфейса с B- или D-каналом;

2) преобразование формата данных;

3) реализация функций 2-го и 3-го уровней эталонной модели ВОС;

4) управление потоком данных и контроль состояния R-интерфейса;

5) передача и прием управляющих сигналов, поступающих через D-канал.

Схема связи между различным оконечным оборудованием в сети ISDN

показана на рисунке 5.25.

Адресация в ISDN. Технология ISDN разрабатывалась в качестве ос-

Рисунок 5.24 – Состав интерфейсов и абонентского оборудования сети ISDN

Рисунок 5.25 – Схема подключения оконечного оборудования в сети ISDN

Компьютерные сети

400

новы всемирной телекоммуникационной сети, позволяющей связывать как

телефонных абонентов, так и абонентов других компьютерных глобальных

сетей. Основное назначение ISDN – передача телефонного трафика. Поэтому

за основу адреса ISDN был взят формат международного телефонного плана

номеров, описанный в стандарте ITU-T E.163. Однако этот формат был рас-

ширен для поддержки большего числа абонентов и для использования в нем

адресов других сетей, например Х.25. Стандарт адресации в сетях ISDN по-

лучил номер Е.164, он предусматривает до 55 десятичных цифр в номере.

При вызове абонентов из сети, не относящейся к ISDN, их адрес может

непосредственно заменять адрес ISDN. Например, адрес абонента сети Х.25,

в которой используется система адресации по стандарту Х.121, может быть

целиком помещен в поле адреса ISDN, но для указания, что этот адрес стан-

дарта Х.121, ему должно предшествовать поле префикса, в которое помеща-

ется код стандарта адресации, в данном случае стандарта Х.121.

5.4.3. Взаимодействие на сетевом уровне

Процессом передачи информации между узлами, как было сказано в

первом разделе, управляет система сигнализации по общему каналу SS7

(см.п.1.5.4). Сигнальная система SS7 была разработана первоначально для

целей внутреннего мониторинга и управления коммутаторами в сети ISDN.

Для передачи информации системы сигнализации внутри ISDN организова-

на сеть каналов типа D. Все линейные и управляющие сигналы, такие как

номер вызываемого абонента, подтверждения принятия данного номера, ин-

формация о доступности абонента (занят или свободен), разъединение с ука-

занием конкретного типа отказа и т.д., упаковываются в специальные блоки

данных и снабжаются идентификаторами разговорных каналов, исходящих и

входящих станций, а также служебной информацией. Эти блоки данных (так

называемые сигнальные единицы) передаются по отдельному сигнальному

каналу.

Если один из абонентов ISDN-сети является обычным аналоговым

абонентом или ему требуется переход на другую систему сигнализации, то

многие услуги ISDN для такого абонента становятся недоступными.

Непосредственная передача информации сигнализации осуществляет-

ся блоками данных сетевого уровня— кадрами ISDN. Сообщение сетевого

уровня ISDN состоит из двух основных частей: общей и специфической.

Общая часть сообщения начинается с поля Protocol descriminator,

предназначенного для определения типа протокола, используемого для

управления вызовами. Каждому вызову присваивается номер вызова CRV

(Call Reference Value). Это сделано для обеспечения возможности использо-

Раздел 5. Глобальные сети связи

401

вания канала D для одновременного управления несколькими вызовами

Message Type. Данное поле определяет тип процедуры, обеспечивающей не-

посредственное управление процессом организации и обслуживания вызова.

Специфическая часть пакета ISDN представляет собой поле пере-

менной длины. Информация, размещаемая в данной части соответствующего

пакета ISDN, используется для определения конкретных параметров проце-

дуры управления вызовом. В частности, в специфической части пакета, ко-

торый предназначен для создания вызова, размещаются следующие поля

признаков:

 вид запрашиваемого вызова (поток данных, ISDN-телефонный вызов,

вызов аналоговой телефонной сети общего пользования);

 скорость передачи данных для запрашиваемого вызова;

 адреса вызываемого и вызывающего абонентов.

Создание вызова происходит в следующем порядке.

1. Передача абонентом сообщения SETUP— установление соедине-

ния. Адрес (телефонный номер) вызываемого абонента находится в инфор-

мационном поле специфической части пакета ISDN. Сообщение SETUP пе-

редается в направлении ближайшего к данному терминалу коммутатора

ISDN.

2. Выдача коммутатором ISDN ответного сообщения Call Proceeding.

Данное сообщение подтверждает возможность установления соединения и

закрепляет за инициируемым вызовом один из каналов В.

3. Подтверждение вызываемым абонентом получение вызова переда-

чей сообщения Alerting "Приведение в готовность".

4. Передача сообщения Connect (соединение установлено) коммута-

торами по сети в направлении терминала-инициатора соединения.

5. Выдача сообщения Connect Acknowledge, подтверждающего уста-

новлениея соединения.

Завершение вызова осуществляется путем передачи следующих сооб-

щений.

 Disconnect – сообщение о разрывании соединения. В информационном

поле специфической части пакета ISDN данного типа размещается информа-

ция о причине, приведшей к разрыванию соединения.

 Release – сигнализация об освобождении ресурсов, которые были ис-

пользованы при организации вызова.

 Release Complete – освобождение завершено.

В настоящее время ISDN повсеместно вытесняет общедоступную

коммутируемую телефонную сеть, обеспечивая высокоскоростную связь и

более экономичное подключение, чем коммутируемые каналы общего поль-

зования.

С появлением оптических линий связи разработана высокоскоростная

Компьютерные сети

402

цифровая интегральная сеть В-ISDN (Broadband - ISDN).

5.5. Цифровая сеть с коммутацией пакетов Х.25

5.5.1. Структура и особенности построения сети

Сети Х.25 являются "старейшиной" применяемых пакетных сетей, хотя

масштаб использования их быстро падает. Долгое время сети Х.25 были един-

ственными доступными сетями с коммутацией пакетов коммерческого типа, в

которых давались гарантии коэффициента готовности сети. Важным преиму-

ществом сетей Х.25 является то, что они хорошо работают на ненадежных ли-

ниях благодаря протоколам с установлением соединения и коррекцией оши-

бок на двух уровня: канальном и сетевом. Сети Х.25 наилучшим образом под-

ходят для передачи трафика низкой интенсивности, характерного для терми-

налов, и в меньшей степени соответствует более высоким требованиям трафика

локальных сетей. Стандарт Х.25 не регламентирует внутреннее устройст-

во сети, а только определяет пользовательский интерфейс с сетью. Взаимо-

действие двух сетей Х.25 регламентирует стандарт Х.75.

Технология сетей Х.25 имеет несколько существенных признаков, от-

личающих ее от других технологий коммутации пакетов. К ним относятся

следующие:

 использование в сети специального устройства сборки/разборки па-

кетов данных СбПД (PAD - packet assemble/disassemble); оно предназначено

для сборки нескольких низкоскоростных стартстопных потоков байтов от ал-

фавитно-цифровых терминалов в пакеты, передаваемые по сети и направ-

ляемые компьютерам для обработки;

 наличие трехуровневого стека протоколов с применением на ка-

нальном и сетевом уровнях протоколов с установлением соединения, управ-

ляющих потоками данных и исправляющих ошибки;

 ориентация на однородные стеки транспортных протоколов во всех

узлах сети; сетевой уровень рассчитан на работу только с одним протоколом

канального уровня и не может подобно протоколу IP объединять разнород-

ные сети.

Сеть Х.25 состоит из узлов коммутации пакетов УКП (англ. S –

Switch), расположенных в различных географических точках и соединенных

высокоскоростными выделенными каналами (рисунок 5.26). Выделенные

каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми.

Асинхронный старт-стопный терминал Т подключается к сети комму-

тации пакетов через устройство сборки/разборки пакетов данных и отвечает

Раздел 5. Глобальные сети связи

403

рекомендациям X.3, X.28 и X.29. Один СбПД обеспечивает интерфейс для 8,

16 или 24 асинхронных терминалов.

Пакет данных состоит обычно из 128 байтов, которые передаются по

адресу, содержащемуся в пакете. Длина сетевого пакета может лежать в пре-

делах 64…4096 байтов. Размер пакета также как и величина окна (число па-

кетов, принимаемых без подтверждения) определяются на фазе установле-

ния канала. СбПД конструктивно могут быть выполнены в виде встроенного

или удаленного устройства. Встроенное устройство располагается в стойке

коммутатора. Терминалы Т получают доступ к встроенному устройству

СбПД по телефонной сети с помощью модемов с асинхронным интерфейсом

(модемы на рисунке не показаны). Встроенное устройство СбПД также под-

ключается к телефонной сети с помощью нескольких модемов с асин-

хронным интерфейсом. Удаленное устройство СбПД представляет собой

небольшой автономный блок, подключенный к коммутатору через выде-

ленный канал связи Х.25. К удаленному устройству СбПД терминалы под-

соединяются по асинхронному интерфейсу, обычно для этой цели исполь-

зуется интерфейс RS-232C.

Встроенное устройство СбПД может быть использовано совместно

несколькими терминалами, расположенными в различных местах, в то время

как удаленное СбПД обслуживает терминалы, расположенные обычно в од-

ном месте. Существенным недостатком встроенного СбПД является отсутст-

Рисунок 5.26 – Структура сети Х.25

Компьютерные сети

404

вие какого-либо линейного протокола, предусматривающего устранение

ошибок в данных, посылаемых от СбПД к терминалу. В удаленном СбПД

предусмотрена процедура восстановления ошибочных данных.

Стандарт Х.З определяет основные функции устройства сбор-

ки/разборки пакетов данных, к которым относятся следующие:

 сборка символов, полученных от асинхронных терминалов, в пакеты;

 разборка полей данных в пакетах и вывод информации на асинхрон-

ные терминалы;

 управление процедурами установления соединения и разъединения

по сети Х.25 с нужным компьютером;

 обнаружение поступившего от асинхронного терминала сигнала "раз-

рыв соединения" ;

 передача символов по требованию асинхронного терминала, содер-

жащих старт-стопные сигналы и биты паритета;

 редактирование последовательностей команд СбПД.

Адрес в сети Х.25 присваивается не терминалу, а порту СбПД, кото-

рый подключен к коммутатору пакетов Х.25 с помощью выделенного канала

связи.

Несмотря на то, что задача подключения "неинтеллектуальных" тер-

миналов к удаленным компьютерам возникает сейчас достаточно редко,

функции СбПД все еще остаются востребованными. Устройства СбПД час-

то используются для подключения к сетям Х.25 кассовых терминалов и

банкоматов, имеющих асинхронный интерфейс RS-232C.

Стандарт Х.28 определяет параметры терминала, а также протокол

взаимодействия терминала с устройством СбПД. При работе на терминале

пользователь сначала проводит некоторый текстовый диалог с устройством

СбПД, используя стандартный набор символьных команд. СбПД может ра-

ботать с терминалом в двух режимах: управляющем и передачи данных. В

управляющем режиме пользователь с помощью команд может указать адрес

компьютера, с которым нужно установить соединение по сети Х.25, а также

задать некоторые параметры работы СбПД. К ним относятся: выбор специ-

ального символа для обозначения команды немедленной отправки пакета,

установка режима эхо-ответов от устройства СбПД символов, набираемых

на клавиатуре. При этом дисплей не будет отображать символы, набирае-

мые на клавиатуре до тех пор, пока они не вернутся от СбПД. Это – обычный

локальный режим работы терминала с компьютером. При наборе комбина-

ции клавиш Ctrl+P СбПД переходит в режим передачи данных и восприни-

мает все последующие символы как данные, которые нужно передать в паке-

те Х.25 узлу назначения.

В сущности, протоколы Х.З и Х.28 определяют процедуру эмуляции

терминала. Пользователь с помощью устройства СбПД устанавливает со-

Раздел 5. Глобальные сети связи

405

единение с нужным компьютером. После этого он имеет возможность вести

диалог с операционный системой этого компьютера. Пользователь может

запускать нужные программы и просматривать результаты их работы на

своем экране, как и при локальном подключении терминала к компьютеру.

Компьютеры и локальные сети, как правило, подключаются к сети

Х.25 непосредственно через адаптер Х.25 или маршрутизатор, поддержи-

вающий на своих интерфейсах протоколы Х.25. Для управления устройст-

вами СбПД в сети существует протокол Х.29, с помощью которого узел се-

ти может управлять и конфигурировать СбПД удаленно, по сети. При необ-

ходимости передачи данных компьютеры, подключенные к сети Х.25 непо-

средственно, услугами СБПД не пользуются, а самостоятельно устанавли-

вают виртуальные каналы в сети и передают по ним данные в пакетах Х.25.

5.5.2. Адресация в сетях Х.25

Сеть Х.25 может работать автономно и не связываться другими сетя-

ми. В этом случае в ней разрешается использовать адреса любой длины (в

пределах формата поля адреса), а адресам присваиваться произвольные

значения. Максимальная длина поля адреса в пакете Х.25 составляет 16

байтов. При объединении сети Х.25 с другими аналогичными сетями, в ней

нужно придерживаться стандартной адресации, которая регламентируется

рекомендацией МККТТ Х.121.

Адреса Х.121 имеют разную длину, которая может доходить до 14 де-

сятичных знаков. Первые четыре цифры адреса называют кодом иденти-

фикации сети DNIC (Data Network Identification Code). Код DNIC поделен

на две части: первая часть (3 цифры) определяет страну, в которой находится

сеть, а вторая — номер сети Х.25 в данной стране. Таким образом, внутри

каждой страны можно организовать только 10 сетей Х.25. При необходимо-

сти пронумеровать больше, чем 10 сетей для одной страны, такой стране да-

ется несколько кодов. Остальные цифры называются номером Националь-

ного терминала (National Terminal Number, NTN). Эти цифры позволяют

идентифицировать определенное терминальное устройство в сети Х.25.

По стандарту ISO 7498 для нумерации сетей Х.25 к адресу в формате

Х.121 добавляется только один байт префикса, несущий код 36 (использо-

вание в адресе только кодов десятичных цифр) или 37 (использование про-

извольных двоичных комбинаций). Этот код позволяет универсальным

коммутаторам, например, коммутаторам сети ISDN, поддерживающим так-

же и коммутацию пакетов Х.25, автоматически распознавать тип адреса и

правильно выполнять маршрутизацию запроса на установление соедине-

ния.

Компьютерные сети

406

5.5.3. Стек протоколов сети Х.25

Стандарт X.25 определяет первые три уровня эталонной модели взаи-

модействия открытых систем (рисунок 5.27): физический (интерфейс Х.21),

канальный (протокол HDLC) и сетевой (пакетный). Транспортный уровень

может быть реализован в конечных узлах, но он стандартом не регламентиру-

ется.

Протокол физического уровня канала связи не оговорен, и это дает воз-

можность использовать каналы разных стандартов.

На канальном уровне преимущественно используется балансная про-

цедура доступа к каналу LAP-B (Link Access Procedure Balanced) на основе

асинхронного балансного режима протокола HDLC. Этот протокол обеспечи-

вает сбалансированный режим работы, т.е. оба узла, участвующих в соедине-

нии, равноправны. По протоколу LAP-B устанавливается соединение между

пользовательским оборудованием (компьютером, IP-маршрутизатором) и ком-

мутатором сети. В протоколе реализуется алгоритм скользящего окна с воз-

можностью автоматической повторной передачи в случае возникновения

ошибок в линии. В LAP-B нумеруются кадры, а не байты, как это делается в

протоколе ТСР. Размер окна имеет фиксированный размер, который уста-

новлен равным 8 или 128 кадрам.

Сетевой уровень Х.25/3 (в стандарте он назван не сетевым, а пакетным

уровнем) реализуется с использованием 14 различных типов пакетов по назна-

Рисунок 5.27 – Уровни сети X.25

Раздел 5. Глобальные сети связи

407

чению аналогичных типам кадров протокола LAP-B. Так как надежную пере-

дачу данных обеспечивает протокол LAP-B, протокол Х.25/3 выполняет толь-

ко функции маршрутизации пакетов, установления и разрыва виртуального

канала между конечными абонентами сети и управления потоком пакетов.

После установления соединения на канальном уровне конечный узел должен

создать виртуальное соединение с другим конечным узлом сети. Для этого он в

кадрах LAP-B посылает пакет запроса Call Request протокола Х.25. Этот пакет

является пакетом сигнализации для сети Х.25, которая отличается тем, что

режим сигнализации в ней не выделен в отдельный протокол, а представляет

собой один из режимов работы общего протокола сетевого уровня Х.25/3. Па-

кет Call Request принимается коммутатором сети и маршрутизируется на осно-

вании таблицы маршрутизации, прокладывая при этом виртуальный канал.

Начальное значение номера виртуального канала задается в этом пакете поль-

зователем.

По завершению установления виртуального канала конечные узлы обме-

ниваются пакетами данных. Отличие формата пакета данных от формата па-

кета Call Request состоит в отсутствии в нем полей адреса и услуг. Пакет дан-

ных не имеет поля, которое бы определяло тип переносимых в пакете данных,

т.е. поля, аналогичного полю Protocol в IP-пакете. Для устранения этого не-

достатка первый байт в поле данных всегда интерпретируется как признак ти-

па данных.

Коммутаторы, установленные на узлах коммутации сетей Х.25, пред-

ставляют собой гораздо более простые и дешевые устройства по сравнению с

маршрутизаторами сетей TCP/IP. Это связано с тем, что они не поддерживают

процедур обмена маршрутной информацией и нахождения оптимальных мар-

шрутов, а также не выполняют преобразований форматов кадров канальных

протоколов. По принципу работы они ближе к коммутаторам локальных се-

тей, чем к маршрутизаторам. Однако работа, которую выполняют коммутато-

ры Х.25 над пришедшими кадрами, включает больше этапов, чем при продви-

жении кадров коммутаторами локальных сетей. Коммутатор Х.25 должен

принять кадр LAP-B и ответить на него другим кадром LAP-B, в котором под-

твердить получение кадра с конкретным номером. При утере или искажении

кадра коммутатор должен организовать повторную передачу кадра. Если же

кадр LAP-B принят без ошибок, то коммутатор извлекает пакет Х.25, на осно-

вании номера виртуального канала определяет выходной порт, а затем формирует

новый кадр LAP-B для дальнейшего продвижения пакета. В результате произ-

водительность коммутаторов Х.25 оказывается обычно невысокой — не-

сколько тысяч пакетов в секунду.

Компьютерные сети

408

5.6. Сеть ретрансляции кадров Frame relay

5.6.1. Назначение и общая характеристика сети

С переходом межсетевых коммуникаций к цифровым и оптоволокон-

ным средам появились новые технологии, которые требуют меньшего уров-

ня контроля ошибок. Одной из перспективных технологий является техно-

логия ретрансляции кадров Frame relay.

Frame relay (FR) – это усовершенствованная технология быстрой ком-

мутации пакетов переменной длины. Разработчики технологии исключили

многие функции учета и контроля, используемые в сетях Х.25, в связи с от-

сутствием их необходимости по причине высокой помехозащищенности оп-

товолоконных линий связи.

Основное отличие протокола сетей ретрансляции кадров от бит-

ориентированного протокола канального уровня HDLC заключается в том,

что узлы коммутации выполняют только основные функции канального

уровня, связанные с получением и дальнейшей передачей (ретрансляцией)

кадров. Кадры при передаче через коммутатор не подвергаются преобразо-

ванию, из-за чего собственно технология и получила такое название. Другим

существенным отличием протокола FR от HDLC является то, что он не пре-

дусматривает передачу управляющих сообщений (нет командных или супер-

визорных кадров, как в HDLC).

На канальном уровне сети Frame relay передача данных между двумя

соседними коммутаторами регламентируется протоколом LAP-F (Link

Access Procedure for Frame mode), обозначаемый по рекомендации ITU-Т

номером Q.922.

Для передачи служебной информации используется специально выде-

ленный канал сигнализации. Еще одно важное отличие – отсутствие нуме-

рации последовательно передаваемых (принимаемых) кадров. Это связано с

тем, что протокол FR не имеет никаких механизмов для подтверждения пра-

вильно принятых кадров.

В сетях Frame relay устанавливается двухточечные (двухпунктовое)

соединение с использованием постоянного виртуального канала PVC

(Permanent Virtual Circuit) для передачи кадров переменной длины. Суть

создания виртуального канала состоит в том, что маршрутизация пакетов

между коммутаторами сети происходит только один раз на стадии образова-

ния виртуального канала. После его создания передача происходит по од-

ному и тому же пути на основании номеров – идентификаторов виртуальных

каналов. Данные от источника передаются по цифровой выделенной линии

к коммутатору данных сети Frame relay. Далее они проходят по сети FR до