Уважаемые хабровчане, я хочу рассказать вам о сетях пакетной коммутации, построенных на основе протокола передачи данных ITU-T X.25. Мне посчастливилось заниматься сопровождением и развитием одной корпоративной сети X.25 на протяжении нескольких лет.
Я не ставлю целью рассказать именно о протоколе X.25, с ним можно ознакомиться в доступных источниках, я хочу поделиться своим опытом — что это было? зачем это было нужно? что из этого может пригодиться в будущем? Пишу по памяти, потому могу немного ошибаться или путать, что есть элементом стандарта, а что есть часть реализации
Протокол X.25 был разработан на смену протоколу ISDN, который для передачи данных обладает существенными недостатками (отсутсвие статистического мультиплексирования). Первая редакция стандарта была утверждена в 1976 году. В основу протокла легли следующие основные идеи:
— Контроль передачи между двумя узлами сети
— Контроль передачи между конечными абонентами
— Маршрутизация в момент установления соединения
— Коммутация пакетов по установленному маршруту
Во многих источниках говорится, что X.25 — протокол канального уровня. Это не так. X.25 создавался до разработки семиуровневой модели OSI. В канальный уровень его «записывают» только из-за широко применяемой инкапсуляции протокола IP в X.25. На самом деле протокол имеет все признаки сетевого уровня (маршрутизация между сетями) и обеспечивает контроль передачи между конечными абонентами, т.е. выходит транспортный уровень.
Основным преимуществом протокола является высокая эффективность в сетях, построенных на каналах связи с высоким уровнем ошибок. Основными недостатками — ограниченная производительность, не приспособленность к передаче real time данных.
Все абоненты сети X.25 делятся на синхронных и асинхронных. Синхронные имеют встроенные интерфейсы X.25, а асинхронные для передачи данных используют устройства под названием PAD (Packet Assembler-Disassembler). PAD принимает асинхронные потоки со своих портов и передает их в коммутируемом соединении через интерфейс X.25.
Основу сети составляют пакетные коммутаторы. Они соединяются между собой синхронными каналами связи (преимущественно X.21 через синхронные модемы по каналам ТЧ или радиоканалам). Синхронные абоненты сети подключаются непосредственно к пакетным коммутаторам. Также к коммутаторам подключаются PADы.
В сети используется адресация по стандарту X.121. Она чем-то напоминает IP адресацию, но без точек и с десятичной маской. Маска в явном виде никогда не указывается, просто длина адреса может варьироваться от 10 до 15 десятичных символов.
Адрес X.121 имеет вид:
DDDDNNNPPPP[SSSSS]
где
DDDD — DNIC (Номер сети, аналог автономной системы в IP)
NNN — Node (Номер узла)
PPPP — Port (Номер порта)
SSSSS — Subadress (Субадрес)
Каждый пакетный коммутатор имеет свою таблицу маршрутизации. Таблица указывает в какой порт маршрутизировать соединение, осуществляемое на указанный адрес. Адрес отправителя обычно не анализируется.
Важный момент — маршрутизация происходит в момент установления логического соединения (SVC), после установления соединения происходит только коммутация. Для этого на каждом порту создаются логические каналы (LCI). Количество доступных LCI на интерфейсе ограничивает доступное количество логических соединений через него.
Если на маршруте установленного соединения произойдет сбой, то после таймаута и переповторов абоненты переустановят соединение.
Сеть, с которой мне пришлось иметь дело, вначале использовалась для работы асинхронных терминалов, которые по zmodem осуществляли передачу файлов на файловый коммутатор («вертушка»). Позже появились синхронные терминалы, обменивающиеся информацией с сервером и маршрутизаторы IP. Все работало очень медленно и очень надежно. Скорость на магистральных каналах ТЧ была не выше 19200, а в глубинке было и по 2400 «за счастье», что не мешало передавать данные.
Позже стали появляться каналы FR, которые использовались для X.25 over FR. Когда появились качественные каналы IP, постепенно начали внедрять XOT (X.25 over IP).
Важный момент — обе технологии предполагают туннелирование X.25 через неродные для него протоколы. Иногда удобно «затерминировать» протокол X.25 на интерфейсе, на который он приходит через туннель. Протокл этого не предусматривает, терминирование протокола возможно только на интерфейсах с чистым X.25 (over LAP-B), а туннелирование можно применять только внутри сети для коммутации между узлами.
Сеть, с которой я работал, была построена на оборудовании английской компании Case Communications. Эта компания часто меняла собственников и названия, в одно время называлась Cray Communications. Начинали они с пакетных коммутаторов, также у них были и Ethernet продкуты, маршрутизаторы. Подразделение, которое производило маршрутизаторы было выкуплено Intel, в результате чего появились достаточно известные модели Intel Express Router 9100 и иже с ним. В настоящее время компания занимается разработкой и производством linux маршрутизатров.
Линейка пакетных коммутаторов Case состояла из узлов (Packet Switch Exchange — PSE), коммутаторов X.25/Frame-Relay Assembler-Disassembler — XFRAD) и PAD. Особенность PSE была в том, что между ними можно было делать транковые соединения, которые не адресовались как обычные порты, но использовались для связи между узлами сети. С сетью поставлялась система управления на платформе Sun с графическим интерфейсом под Х11.
Самой продвинутой моделью был модульный PSE8525. Это 13 юнитовое шасси для стойки 19" на 16 модулей интерфейсов и модуль управления, в шасси устанавливалось до 5 блоков питания. Архитектура этой штуковины заслуживает особого внимания.
Основой являлась вертикальная плата backplane. Активных элементов на ней обнаружено не было (!) — просто набор шин. Backplane делила шасси на две части — спереди платы с контроллерами и процессорами, сзади — платы с интерфейсами, всего 17 слотов. В первые 16 слотов можно было установить платы портов X.25 или платы PAD. В последнем слоте — плата manager.
Платы PAD были «половинчатыми» (дальше будет) и являлись логически отдельными устройствами и включались в коммутатор, в котором стояли, внешними кабелями.
Все остальные платы состояли из двух частей — платы контроллеров и платы процессора. Процессорные платы (UPM) были для всех плат одинаковые, контроллер портов X.25 (SP-XIM) и менеджер были разными.
Система загружалась поэтапно. После включения питания с дискеты А загружался менеджер. После загрузки он считывал конфигурацию с дискеты В и по одной загружал платы интерфейсов. PADы загружались сами по себе, как только появлялось питание. После загрузки всех плат, они могли работать независимо, каждую из них можно было перезагружать отдельно. Менеджер в системе был нужен только при изменении конфигурации или перезагрузке.
Все платы можно было вынимать и переустанавливать «на ходу». Известны случаи, когда шасси работало без менеджера более месяца. Сравните это с вытаскиванием супервизора из Cisco7600! ;)
Протокол X.25 отлично сыграл свою роль в телекоммуникациях и связи. В то время, когда он был создан, он решил проблему эффективного использования низкоскоростных каналов связи с высоким уровнем ошибок при передаче. Разработчики оборудования X.25 делали ставку не на скорость, а на надежность и живучесть решения, поэтому в банковской сфере этот протокол жив и сейчас.
Развитие систем связи привело к тому, что протокол X.25 перестал удовлетворять требованиям современных приложений к скорости передачи данных, а наличие высокоскоростных каналов связи с низким уровнем ошибок позволяет решать современные задачи с помощью протоколов семейства TCP/IP.
Основы, заложенные в архитектуру протокола и сетей X.25 иллюстрируют рациональный подход к решению поставленной задачи, и являются отличным учебным материалом. Возможно, некоторые из идей, заложенных в X.25, еще вернутся но на более высоких уровнях. В частности, технология MPLS TE (Traffic Engineering) в чем-то сходна с X.25 в отношении построения логических каналов.
Я рекомендую всем, кто собирается стать специалистом в области сетей и коммуникаций, изучить основы работы протокола X.25, не смотря на то, что его знание не является обязательным для работы во многих предприятиях связи. При его изучении, рекомендую делать акцент не на том, как реализована та или иная функция, а на том, с какой целью, она была включена в протокол.
Я не ставлю целью рассказать именно о протоколе X.25, с ним можно ознакомиться в доступных источниках, я хочу поделиться своим опытом — что это было? зачем это было нужно? что из этого может пригодиться в будущем? Пишу по памяти, потому могу немного ошибаться или путать, что есть элементом стандарта, а что есть часть реализации
Протокол X.25
Протокол X.25 был разработан на смену протоколу ISDN, который для передачи данных обладает существенными недостатками (отсутсвие статистического мультиплексирования). Первая редакция стандарта была утверждена в 1976 году. В основу протокла легли следующие основные идеи:
— Контроль передачи между двумя узлами сети
— Контроль передачи между конечными абонентами
— Маршрутизация в момент установления соединения
— Коммутация пакетов по установленному маршруту
Во многих источниках говорится, что X.25 — протокол канального уровня. Это не так. X.25 создавался до разработки семиуровневой модели OSI. В канальный уровень его «записывают» только из-за широко применяемой инкапсуляции протокола IP в X.25. На самом деле протокол имеет все признаки сетевого уровня (маршрутизация между сетями) и обеспечивает контроль передачи между конечными абонентами, т.е. выходит транспортный уровень.
Основным преимуществом протокола является высокая эффективность в сетях, построенных на каналах связи с высоким уровнем ошибок. Основными недостатками — ограниченная производительность, не приспособленность к передаче real time данных.
Сеть X.25
Все абоненты сети X.25 делятся на синхронных и асинхронных. Синхронные имеют встроенные интерфейсы X.25, а асинхронные для передачи данных используют устройства под названием PAD (Packet Assembler-Disassembler). PAD принимает асинхронные потоки со своих портов и передает их в коммутируемом соединении через интерфейс X.25.
Основу сети составляют пакетные коммутаторы. Они соединяются между собой синхронными каналами связи (преимущественно X.21 через синхронные модемы по каналам ТЧ или радиоканалам). Синхронные абоненты сети подключаются непосредственно к пакетным коммутаторам. Также к коммутаторам подключаются PADы.
В сети используется адресация по стандарту X.121. Она чем-то напоминает IP адресацию, но без точек и с десятичной маской. Маска в явном виде никогда не указывается, просто длина адреса может варьироваться от 10 до 15 десятичных символов.
Адрес X.121 имеет вид:
DDDDNNNPPPP[SSSSS]
где
DDDD — DNIC (Номер сети, аналог автономной системы в IP)
NNN — Node (Номер узла)
PPPP — Port (Номер порта)
SSSSS — Subadress (Субадрес)
Каждый пакетный коммутатор имеет свою таблицу маршрутизации. Таблица указывает в какой порт маршрутизировать соединение, осуществляемое на указанный адрес. Адрес отправителя обычно не анализируется.
Важный момент — маршрутизация происходит в момент установления логического соединения (SVC), после установления соединения происходит только коммутация. Для этого на каждом порту создаются логические каналы (LCI). Количество доступных LCI на интерфейсе ограничивает доступное количество логических соединений через него.
Если на маршруте установленного соединения произойдет сбой, то после таймаута и переповторов абоненты переустановят соединение.
Сеть, с которой мне пришлось иметь дело, вначале использовалась для работы асинхронных терминалов, которые по zmodem осуществляли передачу файлов на файловый коммутатор («вертушка»). Позже появились синхронные терминалы, обменивающиеся информацией с сервером и маршрутизаторы IP. Все работало очень медленно и очень надежно. Скорость на магистральных каналах ТЧ была не выше 19200, а в глубинке было и по 2400 «за счастье», что не мешало передавать данные.
Позже стали появляться каналы FR, которые использовались для X.25 over FR. Когда появились качественные каналы IP, постепенно начали внедрять XOT (X.25 over IP).
Важный момент — обе технологии предполагают туннелирование X.25 через неродные для него протоколы. Иногда удобно «затерминировать» протокол X.25 на интерфейсе, на который он приходит через туннель. Протокл этого не предусматривает, терминирование протокола возможно только на интерфейсах с чистым X.25 (over LAP-B), а туннелирование можно применять только внутри сети для коммутации между узлами.
Case Communications
Сеть, с которой я работал, была построена на оборудовании английской компании Case Communications. Эта компания часто меняла собственников и названия, в одно время называлась Cray Communications. Начинали они с пакетных коммутаторов, также у них были и Ethernet продкуты, маршрутизаторы. Подразделение, которое производило маршрутизаторы было выкуплено Intel, в результате чего появились достаточно известные модели Intel Express Router 9100 и иже с ним. В настоящее время компания занимается разработкой и производством linux маршрутизатров.
Линейка пакетных коммутаторов Case состояла из узлов (Packet Switch Exchange — PSE), коммутаторов X.25/Frame-Relay Assembler-Disassembler — XFRAD) и PAD. Особенность PSE была в том, что между ними можно было делать транковые соединения, которые не адресовались как обычные порты, но использовались для связи между узлами сети. С сетью поставлялась система управления на платформе Sun с графическим интерфейсом под Х11.
Самой продвинутой моделью был модульный PSE8525. Это 13 юнитовое шасси для стойки 19" на 16 модулей интерфейсов и модуль управления, в шасси устанавливалось до 5 блоков питания. Архитектура этой штуковины заслуживает особого внимания.
Основой являлась вертикальная плата backplane. Активных элементов на ней обнаружено не было (!) — просто набор шин. Backplane делила шасси на две части — спереди платы с контроллерами и процессорами, сзади — платы с интерфейсами, всего 17 слотов. В первые 16 слотов можно было установить платы портов X.25 или платы PAD. В последнем слоте — плата manager.
Платы PAD были «половинчатыми» (дальше будет) и являлись логически отдельными устройствами и включались в коммутатор, в котором стояли, внешними кабелями.
Все остальные платы состояли из двух частей — платы контроллеров и платы процессора. Процессорные платы (UPM) были для всех плат одинаковые, контроллер портов X.25 (SP-XIM) и менеджер были разными.
Система загружалась поэтапно. После включения питания с дискеты А загружался менеджер. После загрузки он считывал конфигурацию с дискеты В и по одной загружал платы интерфейсов. PADы загружались сами по себе, как только появлялось питание. После загрузки всех плат, они могли работать независимо, каждую из них можно было перезагружать отдельно. Менеджер в системе был нужен только при изменении конфигурации или перезагрузке.
Все платы можно было вынимать и переустанавливать «на ходу». Известны случаи, когда шасси работало без менеджера более месяца. Сравните это с вытаскиванием супервизора из Cisco7600! ;)
Заключение
Протокол X.25 отлично сыграл свою роль в телекоммуникациях и связи. В то время, когда он был создан, он решил проблему эффективного использования низкоскоростных каналов связи с высоким уровнем ошибок при передаче. Разработчики оборудования X.25 делали ставку не на скорость, а на надежность и живучесть решения, поэтому в банковской сфере этот протокол жив и сейчас.
Развитие систем связи привело к тому, что протокол X.25 перестал удовлетворять требованиям современных приложений к скорости передачи данных, а наличие высокоскоростных каналов связи с низким уровнем ошибок позволяет решать современные задачи с помощью протоколов семейства TCP/IP.
Основы, заложенные в архитектуру протокола и сетей X.25 иллюстрируют рациональный подход к решению поставленной задачи, и являются отличным учебным материалом. Возможно, некоторые из идей, заложенных в X.25, еще вернутся но на более высоких уровнях. В частности, технология MPLS TE (Traffic Engineering) в чем-то сходна с X.25 в отношении построения логических каналов.
Я рекомендую всем, кто собирается стать специалистом в области сетей и коммуникаций, изучить основы работы протокола X.25, не смотря на то, что его знание не является обязательным для работы во многих предприятиях связи. При его изучении, рекомендую делать акцент не на том, как реализована та или иная функция, а на том, с какой целью, она была включена в протокол.
