2.7.Сетевой уровень. Протокол Х25. Управление потоками и контроль перегрузок.
Важнейшие функции сетевого уровня: организация управления передачи пакетов по транспортной сети: управление потоками данных и контроль перегрузки, функции маршрутизация сети для обеспечения адекватной и своевременной доставки пакетов между конечными пользователями.Для обеспечения надежной передачи блоков данных этот уровень использует нижестоящий уровень КПД (канала передачи данных).стандартный протокол сетевого уровня Х25 (КП) был разработан в 1976 году МККТТ (1-я версия ) и реализован в сетях DataPak.В 1980 г. появилась переработанная версия. В 1984 г. появилась 2-я редакция протокола, которая используется в качестве международного стандарта. Она называется рекомендацией, и охватывает соединения терминалов передачи данных, хост-ЭВМ и других АП с СПД. Любые устройства пользователя называются ОУПД (DTE). Соединение этого устройства с сетью осуществляется через специальное линейное оборудование называемое ЛУПД(DCE) - линейное устройство передачи данных.
Обычно DTE требует установления соединения через сеть с другим оборудованием. Доступом DTE к сети управляет ЛУПД, с которой это ОУПД соединяется. Сеть обеспечивает управление соединением между устройствами ЛУПД. Протокол Х25 управляет только обменом данных между DCE и DTE на каждом конце. Эта концепция иллюстрирована
на рис. 25.
Рис.25.
Рис. 26.
Обратимся к уровням протокола Х25, показанных на рис. 26. Здесь выделяются 3 уровня соответствующие эталонной модели ВОС/МОС.
1) Физический - Х21.
2) ВУК- LAPB
3) Х25/3- уровень пакетов.
Протокол Х25 ориентирован на соединения в виде виртуальных каналов (ВК). Для этой же цели при конкретном соединении Х25 предусматривается нумерация логических каналов. Между DTE и DCE, с которым оно соединяется может быть установлено до 4095 таких логических каналов, для чего используется 12-разрядное адресное поле.
Отсюда следует, что между данными ОУПД и всеми другими ОУПД одновременно может существовать до 4095 соединений по ВК.
Каждый пакет данных от DTE при установлении соединений несет свой 12-и разрядный номер логического канала. Все пакеты используют один и тот же канал передачи данных (информации), для чего используют услуги нижестоящего уровня - канала.
Каждое сопряжение ОУПД-ЛУПД устанавливает свой соответствующий набор номеров ЛК. Отсюда полный ВК может использовать разные номера ЛК в 2-х сопряжениях на каждом конце ВК.
В модели эталонного взаимодействия открытых систем для работы виртуального канала требуется три фазы связи.1. Фаза установления соединения.2. Фаза передачи данных.3. Фаза разъединения.Фазы установления соединения и разъединения приведены на рис. 27.
Рис. 27 а. Процедура Х25 и последовательность процедур для
установления соединения.
Рис. 27 б. Последовательность процедур разъединения.
Для организации соединения используют служебный пакет: <эзапрос соединения>.Рассмотрим, как организуется эта фаза.1. Фаза установления соединения. Пакет <эзапроса соединения> протокола Х25 извещает ЛУПД о том, что пославшее его ОУПД желает установить связь с другими ОУПД, подключенными на сети. Пакет содержит N логических канала, которые будет использовать для логического соединения ОУПД-ЛУПД, адреса вызывающего и вызываемого ОУПД, параметры, определяющие характеристики соединения, а также по 16 пакетов данных.
Протокол Х25 определяет 4 вида услуг: коммутируемые ВК, постоянные ВК, дейтаграммы (ДГ) и быстрый поиск.
Услуга дейтаграмм означает, что пакеты направляются в сеть по одному без гарантии окончательной доставки по назначению и без гарантии упорядочения последовательности доставки. С другой стороны услуга ВК гарантирует упорядоченную последовательную доставку пакетов в обоих направлениях между двумя ОУПД.
Различают постоянные ВК и коммутируемые ВК. Услуги ВК и ДГ предоставляются по ЛК, доступным для каждого физического соединения.
Все ДГ передаются по одному и тому же ДГ каналу. Постоянные ВК, если они существуют, то постоянно закреплен каждый за некоторым ЛК, т.о. каждый коммутируемый ВК при его организации закреплен за некоторым ЛК.
Как управляющие, так информационные пакеты передаются по ЛК.
Как указывалось, протокол Х25 предусматривает также процедуры проверки ошибок. Различают 3 типа процедур: процедура отказа, процедура переустановки для преодоления ошибочной работы одного ВК и процедура возобновления.
Форматы пакетов Х25 имеют вид, показанный на рис. 28.
а) Общий формат б) Пакет <эзапрос соединения>
Рис.28. Форматы пакетов Х25.
Для опознания ЛК выделяют 12 разрядов (т.о. можно нумеровать до 4096 ЛК). Первый разряд в 3-м октете (К/И) применяется для указания того, является ли пакет информационным или управляющим.
В пакете <эзапрос-соединение> в октете 3 разряды 2-8 используются для указания типа управления пакета. В следующем октете 2 группы по 4 разряда служат для указания длины адресного поля соответственно у вызывающего и вызываемого ОУПД. Затем следуют сами эти поля. Поле ОУФ описано ниже. В случае применения быстрого поиска в конце пакета могут быть добавлены данные пользователя до 16 пакетов.
а) Информационные пакеты. б) Расширенная нумерация
Модуль 8. по модулю 128.
Рис. 29.
Последовательные пакеты данных в данном ЛК (ВК) имеют порядковые номера Р (s). Имеются 2 типа нумерации: 1) по mod 8; 2) расширенная нумерация по mod 128.
Соответствующие форматы пакетов представлены на рис. 29а) и б). Разряд К/И устанавливаются в положение 0 (что указывает на тип И).
Разряды 5 и 6 в поле ОУФ первого октета применяются для отличия 2 типов пакетов данных. 01 указывает на применение mod 8; 10- на использование расширенной нумерации (mod 128).
Поле Р(s) имеет 3 разряда в пакетах по mod 8 и 7 разрядов в пакетах с нумерацией по mod 128. Это же относится и к Р(R) - как и вслучае управляющих пакетов, весь пакет в виде информационного поля включается в кадры СПДК, передаваемые между ОУПД и DCE. Нумерация при СПДК на нижестоящем уровне канала, заключает в себе все ВК. Уровень канала не делает различия между логическими каналами. Он объединяет все ВК вместе. При необходимости можно ввести 2 класса передаваемых данных. Например, 1 класс может быть более высокого приоритета. Для этого используется разряд Q (8 разряд 1-го октета). Для обычных пакетов Q=0, для приоритетных Q=1.
Разряд М в октете 3 называется меткой большого количества данных. Установка его в положение М=1 указывает на поступление большого объема данных.
Поле Д характеризует способ управления потоком.
Д=0, если управление потоком на участке DTE-DCE;
Д=1, если используется сквозное управление потоком.
2.7.2. Механизм управления потоком в протоколе Х25.
Для управления потоком на уровне пакетов в Х25 применяется поле порядковых номеров пакетов Р(s) и поле Р(R), а также механизм окна W, которое устанавливается в каждом ЛК. О конкретном значении W стороны договариваются, при установлении ЛК по умолчанию принимается W=2.
Окно - это наибольшее число информационных пакетов, которые могут оставаться неподтвержденными в данном направлении (от ОУПД к ЛУПД или от ЛУПД к ОУПД).
Применение полей Р(s) и Р(R) аналогично применению полей N(s) и N(R) в ВУК и отличается дополнительно использованием окна W. Т. о. число Р(s) увеличивается при каждом переданном пакете на 1 по данному ЛК.
Поле Р(R) подтверждает доставку всех информационных пакетов до Р(R) -1 включительно в противоположном направлении.
Рассмотрим действие механизма окна W (при W=4) на рис. 30.
Рис. 30. Механизм окна.
Управление потоком пакетов по ВК в любом направлении (от ОУПД к ЛУПД или от ЛУПД к ОУПД) может осуществляться приемником путем задержки или немедленной посылки Р(R).
Т.о., если окно передачи не увеличивается приемником, который не посылает Р(R), то число неподтвержденных пакетов будет быстро исчерпано в пределах окна и передача остановится до получения следующего значения Р(R). Еще более быстрая остановка потока может быть получена путем передачи от приемника пакета <эНГП> (Не готов к приему). Передача возобновляется по получении от приемника пакета <эГП>.
Т.о. механизм управления потоком с помощью окна обеспечивает контроль перегрузки. Здесь задача заключается не только в выравнивании загрузки каналов, но и в предотвращении перегрузки использования ресурсов - накопителей и каналов ПД в ВК.
Может оказаться желательным при связи между двумя ОУПД организовать управление потоком по всему ВК. В этом случае указания Р(R) посылаются не от ЛУПД в свой ОУПД и от принимающего DTE (ОУПД) в передающий DTE (ОУПД). Тогда механизм управления потоком с помощью окна охватывает весь ВК от одного конца к другому. Тем самым окно W указывает число пакетов, которое может быть передано по ВК из конца в конец и обеспечивается сквозное управление потоком данных.
В рамках протокола Х25 используется любая из этих процедур управления потоком: из конца в конец, и тогда разряд Д устанавливается в 1, или ОУПД-ЛУПД и тогда Д=0.
Сравним 2 крайних случая: в 1-м случае каждый пакет подтверждается немедленно по получении (механизм скользящего окна), во 2-м случае подтверждение за номером Р(R) задерживается до приема полного окна.
Рис. 31.
