3.5. Протоколы сетей коммутации пакетов
К наиболее распространенным протоколам сети передачи данных относится группа протоколов, определенная рекомендацией Х.25 для сетей коммутации пакетов. Данная рекомендация, предложенная МККТТ, определяет единые процедуры взаимодействия оконечного оборудования данных и аппаратуры передачи данных и используется для установления процедур взаимодействия между абонентскими системами. Аналогичным образом подключаются и сетевые серверы.
На сетевом уровне рекомендацией Х.25 определяются форматы пакетов и процедуры управления передачей пакетов между абонентской системой и сетью передачи данных. Учитывая достаточно большой набор функций, выполняемых на сетевом уровне, определено несколько типов пакетов, однако все они имеют общую структуру и состоят из заголовка и основы (тела). Заголовок пакета содержит служебную информацию, необходимую для взаимодействия абонентских систем на сетевом уровне. Основой пакета является информационная часть пакета. В зависимости от характера информации, помещенной в основу, пакеты делятся на информационные и управляющие. Информационные пакеты предназначены для передачи блоков данных, получаемых с транспортного уровня. Управляющие пакеты обеспечивают выполнение процедур сетевого уровня, связанных с управлением сетью передачи данных при передаче информационных пакетов. Содержащаяся в информационных пакетах управляющая информация также используется для решения задач маршрутизации и управления потоком данных.
К процедурам управления передачей пакетов относится установление и разъединение виртуального канала, собственно передача данных, управление потоками пакетов, прерывание передач, восстановление соединений после возникновения ошибочных ситуаций. Кроме того, стандарт обеспечивает процедуры подтверждения, отмены, восстановления ошибочных пакетов, управление потоком, то есть реализует практически все функции сетевого уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем. Следует подчеркнуть, что рекомендация Х.25 определяет лишь часть функций сетевого уровня, в частности она не содержит алгоритмов маршрутизации. Считается, что включение всех функций сетевого уровня в один стандарт сделает его громоздким и практически неудобным для пользователей.
Для обеспечения передачи информации протокол 25/3 определяет 19 типов пакетов, общий формат которых представлен на рис. 3.4. Первые три байта являются общими для всех типов пакетов. Первый байт содержит поле идентификатора общего формата и поле группового номера логического канала. Поле идентификатора общего формата (четыре бита) предназначено для указания общего формата (структуры) остальной части заголовка, который зависит от типа пакета.
Рис. 3.4. Общий формат пакета, определенный протоколом Х.25/3
Рекомендация Х.25 допускает одновременное существование некоторого множества сгруппированных между собой логических каналов. Для указания номера группы логического канала, отведенного абонентской системе, и предназначено поле группового номера логического канала. Это поле занимает остальные четыре бита первого байта. Второй байт пакета содержит поле номера логического канала в рамках определенной группы. Таким образом обеспечивается идентификация 4096 логических каналов, из которых 4095 предоставляются пользователю, а один с номером 0 зарезервирован для управления (пакеты рестарта и диагностики). При установлении виртуального соединения абонентская система выбирает свободный логический канал из числа доступных ей каналов.
Содержимое третьего байта для управляющих пакетов трактуется как поле идентификатора типа пакета (ИТП), а для информационных - байтом последовательности передачи пакетов. К информационным относятся пакеты "Данные" и "Дейтаграмма", содержащие информацию пользователя. Остальные пакеты являются управляющими и обеспечивают передачу информационных пакетов по сети коммутации пакетов. Идентификация типа пакета осуществляется на основании бита типа пакета (Т), расположенного в третьем байте пакета. Для информационных пакетов значение этого бита равно нулю, а для управляющих пакетов - единице. В свою очередь, по функциональному назначению управляющие пакеты делятся на пакеты: установления и завершения соединения, управления потоком и повторной установки, прерывания, повторного пуска. Следует подчеркнуть, что в зависимости от направления передачи один и тот же пакет имеет разное название, например, пакет, инициализирующий соединение между абонентами, при передаче из оконечного оборудования данных в сеть передачи данных имеет название "Запрос вызова", а при передаче в обратном направлении - "Входящий вызов".
Как отмечалось раньше, многие протоколы передачи данных предполагают нумерацию передаваемых данных, для этого в байте идентификатора типа пакета отводится по три разряда на порядковый номер передачи пакета и порядковый номер приема пакета. Нумерация используется для контроля передачи пакетов и управления темпом передачи, например, с помощью реализации режима "скользящего окна".
Бит «М» является признаком продолжения данных и используется для указания цепочки пакетов. Значение М=1 указывает на то, что передается промежуточный пакет и передача пакетов данных на этом не заканчивается. При М=0 пакет данных является последним в цепочке пакетов.
Длина поля данных в информационных пакетах может быть равной 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048 или 4096 байт. По умолчанию длина поля данных считается равной 128 байтам. В управляющих пакетах поле данных вообще может отсутствовать.
Рекомендация Х.25 позволяет организовать четыре способа обмена данными: виртуальный вызов, постоянная виртуальная цепь, вызов с быстрым выбором, вызов с быстрым вызовом и немедленной очисткой.
В настоящее время наиболее распространенным способом обмена является виртуальное соединение. С помощью данной процедуры создаются временные коммутируемые виртуальные каналы. Процесс организации виртуального соединения аналогичен процедуре соединения в сетях коммутации каналов и телефонных сетях.
Процесс организации виртуального соединения между абонентами компьютерной сети протекает следующим образом. При наличии свободного канала вызывающий абонент посредством оконечного оборудования данных передает в сеть передачи данных пакет "Запрос вызова", который, проходя через промежуточные узлы в качестве пакета "Входящий вызов", достигает адресата. Вызываемый абонент по тем или иным причинам может быть не готов к организации виртуального соединения, в этом случае он передает пакет "Запрос разъединения". Если вызываемый абонент готов к организации виртуального соединения, то он передает пакет "Вызов принят". Вызывающий абонент воспринимает это сообщение в виде пакета "Соединение установлено". Соединение установлено и начинается передача данных. Темп передачи пакетов регулируется с помощью метода "скользящего окна" на основании анализа порядковых номеров приема и передачи пакетов.
После передачи последнего пакета данных передающий абонент формирует и передает пакет "Запрос завершения", который в виде пакета "Индикация завершения" поступает к принимающему абоненту. Последний подтверждает окончание передачи данных пакетом "Подтверждение завершения со стороны оконечного оборудования данных". Пройдя через сеть передачи данных, этот пакет поступает на вход передающего оконечного оборудования данных как пакет "Подтверждение завершения со стороны аппаратуры передачи данных". На этом сеанс обмена заканчивается.
Постоянная виртуальная цепь по принципу организации передачи аналогична арендованной линии в телефонной сети. Как и арендованная линия, она создается до начала сеансов обмена в заранее согласованные промежутки времени, в течение которого логический канал постоянно находится в состоянии передачи данных. В данном случае, по сравнению с виртуальным соединением, отсутствуют фазы установления и разъединения соединений, что позволяет сократить время сеанса обмена данными. В то же время стоимость передачи данных возрастает за счет возможного простоя канала передачи данных.
Основной особенностью режима быстрого выбора является отсутствие виртуальных каналов. В этом смысле они близки к дейтаграммному способу передачи. Пакеты, используемые в режиме быстрого выбора, кроме запроса вызова содержат поле данных, что позволяет ускорить передачу данных.
В случае необходимости передачи коротких сообщений (один - два пакета) более эффективным является режим быстрого выбора с последующей очисткой, который предполагает в ответ на входящий вызов сразу же передавать пакет "Запрос на очистку", осуществляющий разъединение виртуального соединения.