6.7 X.25

6.7.1 Antecedentes

El desarrollo del estándar X.25 y su amplia aceptación en la industria de las telecomunicaciones fue propiciado por la aparición de las redes comerciales de conmutación de paquetes en Estados Unidos y Canadá además, por la necesidad que tuvieron de interconectarse entre sí.

En los años 60, el Departamento de Defensa de Estados Unidos auspició las investigaciones en una tecnología que permitiera el envío de un mensaje vocal en fragmentos a través de distintas rutas de una red de Telecomunicaciones, como una manera de evitar que el enemigo pudiera extraer información importante de la línea telefónica. Poco después, en 1969, el mismo departamento de Defensa patrocinó la puesta en operación de 4 nodos de Red de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada (ARPANET).

Todo lo anterior trajo como consecuencia la aparición de redes públicas de datos en todo el mundo. Por ejemplo, en Estados Unidos Telenet (1975), Tymnet (1977) y Accunet (1978); Canadá Datapac (1977) y en Francia Transpac. De la proliferación de estas redes públicas de datos surgió la necesidad de un interface estándar que estableciera los mecanismos de conexión entre las estaciones de usuario y los nodos de la red encargados del manejo de los paquetes. Fue en q974 cuando la CCITT emitió el primer documento sobre el estándar X.25. Revisiones posteriores se realizaron en 1976, 1978 y 1980. Actualmente, X.25 es el interface estándar más utilizado para la conexión de usuario a redes de amplia cobertura.

Cuando en 1978 Telenet y Datapac se enlazaron surgió la necesidad de interconectividad para las redes públicas de datos. En ese mismo año, la recomendación de X.25, "Sistema de señalización de paquetes conmutados entre redes públicas que proveen servicios de transmisión de datos", fue liberada.

¿Qué es X.25?

Es una red de comunicación de datos que trabaja dentro de las 3 primeras capas del modelo OSI, capa física, capa de enlace de datos y capa de red. Maneja un conjunto de normas asociadas (X.3, X.28 y X.29) para la conexión de equipos asíncronos y para la conexión con otras redes (X.75), utilizando la conmutación de paquetes (tramas) para lograr la transmisión de datos.

Las especificaciones emitidas por el CCITT la definen formalmente de la siguiente manera: "DTE (Interface entre Equipo Terminal de Datos) y DCE (Equipo de Terminación del Circuito de Datos) para terminales operando en el nodo paquete y conectadas a la red pública de datos un circuito dedicado".

Es importante destacar que X.25 define el interface DTE/DCE entre un sistema síncrono de modo paquete y la red pública de datos, sin embargo, la arquitectura interna de la red y su operación no se define en X.25 . Por lo tanto, la arquitectura de la red puede ser propietaria.

Características:

X.25 maneja características para interconexión entre el DTE y equipos computacionales como: computador central, front-end, concentrador, terminal inteligente y un equipo DCE (un nodo de la red que obra como entrada o salida de la misma). Estas caracteríaticas se detallan en los 3 niveles de procedimientos de control.

Nivel 1

Hace referencia de un circuito Half-Duplex (circuito creado para la transmisión en ambos sentidos sobre un medio de dos alambres) sincrónico, punto-a-punto, que realizará la transmisión física entre el DTE y la red. Este nivel es equivalente a la capa 1 del modelo OSI en lo que se refiere a su funcionamiento.

Nivel 2

Describe el método de entrada al enlace a ser utilizado para el inercambio en la información de datos entre un DTE y un DCE. Este nivel es equivalente a la capa 2 del modelo OSI. Se determina la clase del modelo OSI y las condiciones de utilización de la disciplina de línea HDLC, procedimiento de control de línea orientado al bit para transmisiones sincrónicas para un sistema balanceado punto-a-punto; a esto se le llama LAPB (Link Access Procedures Balanced), Procedimiento Balanceado del Enlace de Acceso. La utilización de los requisitos DLC da la confianza de que los paquetes proporcionados por el nivel 3 (de X.25) se "guardan" en tramas HDLC y son confiablemente transmitidos entre DTE y la red. El proceso que corresponde al nivel 2 es realizado por módulos de software, tanto en el DCE como en el DTE.

Nivel 3

Es el nivel más alto de la recomendación X.25, especifica la forma en que la información de control y los datos del usuario se agrupan en paquetes. El control de la información con el direccionamiento se localiza en la encabezamiento del paquete (Packet Header), indicándole a la red la identificación del DTE al que está el paquete destinado.

En X.25 se definen los procesos que se utilizarán en la interconexión de un DTE y el equipamiento de la PDN, comúnmente llamado DCE. La interface X.25 da el acceso a los servicios que proporciona la PDN, que son:

1. SVC (Circuito Virtual Conmutado)

2. PVC (Circuito Virtual Permanente)

3. DG (Datagrama)

6.7.2 Funcionamiento

Capa 1

En esta capa de X.25 se emplea el X.21 bis, protocolo de la Capa Física de la serie X, el cual provee las características eléctricas, mecánicas, funcionales y de procedimiento, que son la base para lograr levantar las conexiones físicas, mantenerlas y después liberarlas del mecanismo terminal (DTE) y el punto de conexión con la red (DCE). X.21 bis soporta también las conexiones punto-a-punto, velocidades de hasta 19,2 Kbps en comunicación sincrónica y transmisiones Full-Duplex.

Capa 2

X.25 es una herramienta del LAPB, el cual permite iniciar la conexión de comunicación de cualquiera de los extremos (el DTE o el DCE). Durante la transferencia de información LAPB verfica que las tramas lleguen con el receptor con una secuencia correcta y libre de errores utilizando 3 tipos de formatos de tramas que se describen a continuación:

Trama de Información (I)

Estas tramas transportan información a la capa superior y controlan un poco la información que es necesaria para las operaciones full-duplex. También envía y recibe números de secuencia donde el bit de poleo final (P/F) lleva acabo el control de flujo y la recuperación de correos.

El número de envío de secuencia se refiere al número de tramas que está corriendo en ese momento y el número de recepción de secuencia registra el de tramas que será recibido. En una conversación full-duplex tanto el transmisor como el receptor retienen números de envío y recepción de secuencia. El bit de poleo se utiliza para forzar un bit de mensaje en respuesta para la detección de errores y recuperación de datos.

Trama de supervisión

Estas tramas brindan información de control solicitando y suspendiendo la transmisión, reportando el estatus y reconociendo la recepción de recepción de tramas, sin tener un campo de información.

Tramas sin número

Estas tramas, como su nombre lo indica, no tienen secuencia sino que son empleadas con propósitos de control, por ejemplo; pueden inicializar una conexión utilizando el estándar o el ventaneo extendido, desconectando el enlace y reportando un error de protocolo.

Los campos de una trama LAPB son los siguientes:

Bandera. Delimita la trama LAPB; un bit de sobrecupo se utiliza para asegurar que el patrón de la bandera no se traslape con el cuerpo de la trama.

Dirección. Indica si la trama carga un comando o una respuesta.

Control. Provee requisitos adicionales en comandos de trama de respuesta y también indica el formato de la trama (U, I o S), funciones de la trama (por ejemplo: listo para recibir de desconexión) y el número de envío/recepción de secuencias.

Datos. Transporta datos de la capa superior. Su tamaño y formato varía dependiendo del tipo de paquete de la capa 3. La longitud máxima de este campo se determina por acuerdo de un administrador PSN y el suscriptor al momento de suscribirse.

Trama de chequeo de secuencia (FCS). Asegura la integridad de los datos transmitidos.

Capa 3

El encabezado de la capa con el protocolo X.25 está constituido por un identificador general de formato (GFI), un identificador lógico de canal (LCI) y un identificador de tipo de paquete (PTI). El GFI es un campo de 4 bit que indica el formato general del encabezado en el paquete. El LCI es un campo de 12 bit que identifica el circuito virtual. El PDN conecta 2 canales lógicos, cada uno con LCI independiente, en 2 interfaces DTE/DCE para establecer un circuito virtual. El campo PTI identifica uno de los 17 tipos de paquetes de X.25.

Los campos de direccionamiento en los llamados paquetes de instalación proveen de las direcciones DTE fuente y destino. Estos son usados para establecer los circuitos virtuales que constituyen la comunicación X.25. La recomendación ITU-T del X.121 especifica los formatos de dirección fuente y destino. Las direcciones X.121, también llamadas números internacionales da datos o IDNs, varían en longitud y pueden ser de hasta 14 dígitos (decimales) de largo. El byte 4 en el paquete de instalación especifica las longitudes de dirección de fuente DTE y destino DTE. Los primeros 4 dígitos de un IDN son llamados códigos de identificación de datos de la red (DNIC). El DNIC está dividido en 2 partes: la primera (3 dígitos) especifica el país y el último el PSN a si mismo. Los dígitos restantes son llamados números de terminal nacional (NTN), y se usan para identificar el DTE especifico en el PSN.

Los campos mencionados que forman X.121 son necesarios cuando se utilizan SVC y por lo tanto solamente durante llamadas de programación. Una vez que se establece la llamada, el PSN ocupa el campo LCI del encabezado del paquete de datos para especificar el circuito virtual particular hacia el DTE remoto.

La capa 3 de X.25 maneja 3 procedimientos operacionales de circuitos virtuales:

• Llamadas de establecimiento

• Transferencia de datos

• Liberación de llamada

La ejecución de estos procedimientos depende del tipo de circuito virtual utilizada. Para un PVC la capa 3 de X.25 siempre está en modo de transferencia de datos debido a que el circuito se encuentra establecido permanentemente. Si se ocupa en SVC, los 3 procedimientos son empleados.

Para la transferencia de datos, la capa 3 de X.25 segmenta y reacomoda mensajes de usuario cuando éstos son demasiado largos para el máximo tamaño del paquete del circuito.

A cada paquete de datos se le da un número consecutivo, por lo tanto un error y control de flujo puede ocurrir a través de la interface DTE/DCE.

6.7.3 Estándares relacionados con X.25

Estándares X.3, X.28 y X.29

De acuerdo a la definición de X.25, se considera que el DTE que se conectará a la PDN es un sistema síncrono que trabaja en modo paquete. Sin embargo, si los dispositivos que se desean conectar a la red son terminales asíncronas, como eran en su mayoría los sistemas de los 70; es necesario utilizar mecanismos adicionales a X.25 sin dejar de ser estándares internacionales.

En 1977, los organismos de estandarización desarrollaron las especificaciones X.3, X.28 y X.29 para una interface de conexión de terminales asíncronas a una PDN.

La recomendación X.3 define la manera en que la información del DTE asíncrono es convertida en paquetes (ensamblado de paquetes) para su transmisión a través de la red hasta el DTE destino, en donde tiene lugar el proceso inverso (desensamblado de paquetes). El resultado final es un servicio transparente para el usuario. La función de ensamble/desensamble de paquetes y el dispositivo dotado de tal capacidad, recibe el nombre de PAD (Packed Assembler/Disassembler), se encarga además del establecimiento/liberación de la llamada a la red. En X.23 se especifican 22 parámetros, algunos de ellos son: velocidad de transmisión, paridad y control de flujo entre la terminal y el PAD.

La recomendación X.28 define los mecanismos de control de la transmisión de información entre el DTE asíncrono y el PAD. La terminal envía comandos al PAD para leer/modificar los parámetros X.3 o para solicitar el establecimiento/liberación de una conexión a la red. El PAD manda a la terminal las respuestas de los comandos recibidos; estas respuestas reciben el nombre de señales de servicio del PAD.

La recomendación X.29 especifica la manera en que un DTE remoto puede comunicarse con un PAD. Esto es, cuando una terminal remota de la red necesita leer o modificar algunos parámetros del PAD utiliza la especificación de X.29, para visualizar el lugar que ocupa X.29 en la PDN y su relación con X.3 y X.28.

Un DTE se conecta a la PDN para intercambiar información con otro DTE remoto enlazado a la misma red. Sin embargo, puede existir la necesidad de enviar datos a un DTE en una red distinta. Para solucionar este problema, en 1978 se desarrolló un recomendación adicional a X.25 como consecuencia de la interconexión de Telenet y Datapac en ese mismo año. Dicha recomendación es el estándar X.75, cuyo objetivo es la interconexión de redes X.25 independientes o dentro de una misma red X.25, y la interconexión de conmutadores de paquetes.

Estándar X.75

Utilizada como enlace entre 2 redes X.25, el usuario de un DTE asíncrono que necesite comunicarse son un usuario situado en otra red genera una llamada a su propia red a través de un PAD. Esta red determina que el DTE destino se encuentra en una red distinta por lo que establece una conexión con la red destino X.25 empleando X.75. La red destino gestiona la llamada con el DTE solicitando, completando de esta manera la comunicación DTE a DTE, mostrada en la figura.

El resultado es un servicio transparente para el usuario y con una cobertura internacional. X.75 define un interface de red en el nivel físico de acuerdo al estándar X.21 o V.24 y una señalización a 64 Kbps ó 48 Kbps.

Otros estándares

Los estándares mencionados son considerados los más importantes de la familia X.25, pero no son todos. También están:

6.7.4 Tecnología X.25

Se ha tratado hasta ahora el conjunto de estándares X.25 de manera conceptual. Se abordará los dispositivos o programas que cumplen con las especificaciones del estándar.

Los principales componentes de una red X.25 son los dispositivos adaptadores y concentradores, los PADs, los conmutadores de paquetes que forman la espina dorsal de la red y el sistema de gestión de la red. Actualmente, es posible que algunos dispositivos se comporten somo PAD y conmutador simultáneamente.

El PAD X.25

Un PAD, contiene la información procedente de un dispositivo que no soporta X.25 en paquetes de datos con el formato X.25. También permite concentrar múltiples dispositivos locales y remotos, además de efectuar la conversión de protocolos.

Las terminales y computadoras equipadas con el software apropiado envían y reciben datos en caracteres individuales (formato asíncrono), o en un flujo de caracteres (formato síncrono) sin direccionamiento ni información de control. Por lo tanto, es necesario un dispositivo para ensamblar la cadena de caracteres dentro de paquetes posteriormente; esta conversión es efectuada por el PAD. La mayoría de PADs soportan la conexión de varios dispositivos, los cuales pueden ser una mezcla de terminales, puertos de un CPU, impresoras y otras más. Los PADs, por lo tanto, efectúan las funciones de concentración y multiplexaje para estos dispositivos, lo mismo que el ensamblado/desensamblado de paquetes. Un PAD puede ser un dispositivo independiente conectado remotamente a una red X.25, a un dispositivo no compatible con X.25, o puede ser un componente modular residiendo dentro de una computadora o un conmutador de paquetes.

Otras funciones de los PADs:

• Proporcionar el ordenamiento, control y direccionamiento de los paquetes que forman un mensaje completo.

• Provee conversión de velocidad, código y protocolo para acomodar los datos precedentes de usuarios diferentes.

• Todas las entradas son convertidas a una velocidad común entre los nodos de conmutación (los códigos y protocolos también son convertidos a un medio común).

En el nodo final el PAD efectúa la conversión para la compatibilidad con la estación receptora. La mayoría de los protocolos encapsulan la información generada mediante un protocolo propietario haciendo sólo cambios mínimos. La adaptación permite pasar a los datos en un rpotocolo a través de la red que utiliza otro protocolo. El PAD transmisor recibe procedente del host o periférico en el protocolo del dispositivo de envío, convierte y paquetiza los datos en formato X.25 especificado y transmite el paquete. En el extremo receptor otro PAD efectúa la verificación de errores, desensambla los paquetes y convierte los mensajes al protocolo original. Los dispositivos pueden accesar un PAD a través de una conexión directa, una línea pública conmutada o una línea dedicada.

Conmutadores de Paquetes X.25

Para construir un sistema de conmutación de paquetes se instala una facilidad de transporte de alta velocidad de nodos de conmutación de paquetes. Cada nodo puede consistir de múltiples conmutadores de paquetes y es conectado por líneas troncales por lo menos a otros 2 nodos. Cada nodo de conmutación maneja el tráfico de los PADs conectados a él, lo mismo que el tráfico desde y hacia los nodos de conmutación.

Como los conmutadores de paquetes varían en tamaño y capacidades, una organización puede seleccionar un switch que reúna los requerimientos de rendimiento, flexibilidad y expansión para su propia red. La mayoría de conmutadores de paquetes son modulares, esto permite una reconfiguración y crecimiento flexible de la red mediante la adición de más memoria, CPUs, puertos de troncales y/o para dispositivos de acceso (cada módulo provee un servicio de sistema específico).

Los niveles de la jerarquía física dentro del conmutador de paquetes son los módulos, el gabinete y el bastidor. Un bastidor aloja una cantidad de gabinetes especificada por el fabricante. Cada nodo de conmutación sucesivo en la trayectoria de transmisión verifica su propia tabla de ruta para determinar donde direccionar el paquete y agrega la información de ruteo, control y comprobación de errores necesaria para transmitir exitosamente el paquete a través de la red. La red trasmite el paquete de nodo a nodo al destino correcto. Los paquetes siempre viajan en una ruta hacia delante. La información de ruteo y control asegura que el paquete progresa al nodo lógico siguiente y no sea ruteado de regreso.

Si una línea o componente en la ruta de transmisión falla, el conmutador de paquetes automáticamente direcciona los paquetes a una vía alterna, si existe alguna, y la sesión del usuario continúa ininterrumpida.

Cada nodo recibiendo un paquete es responsable de la detección y corrección de errores de los paquetes. El nodo también almacena una copia del paquete antes de enviarlo al próximo destino. El nodo transmisor retiene esta copia hasta que recibe un asentimiento positivo procedente del nodo destino. Los paquetes son retransmitidos automáticamente si son detectados errores de transmisión. En el nodo final, los paquetes son colocados en la secuencia apropiada y entregados al destino final.

Ejemplo de Conmutadores de Paquetes X.25

Una familia de conmutadores incluye 7 modelos capaces de soportar de 8 a 3000 líneas de comunicaciones con niveles de velocidad de procedimiento de datos desde 64 hasta 3000 paquetes por segundo. Los conmutadores presentan PAD multiprotocolo, función para LANs Token Ring, establecimiento de subredes virtuales privadas y un juego completo de servicios de administración de red.

6.7.5 FRAME RELAY

En esencia, esta técnica es una versión de X.25 con vías de alta velocidad. No tiene mecanismo de verificación y recuperación de errores, que hacen de X.25 un sistema más lento. El tiempo de proceso típico para pasar por un nodo es de unos 2 milisegundos, en contraste con los 5 a 20 milisegundos de X.25.

Por supuesto que se está poniendo un gran énfasis en el uso de puntos terminales inteligentes, como por ejemplo un router de red local, para ejecutar los procedimientos de corrección de errores y recuperación. Como en Frame Relay la conmutación se realiza en los primeros niveles (físico y enlace de datos), será posible ejecutar cualquier protocolo sin información añadida (overhead).

Otro aspecto que constituye a un rápida aceptación es que el software de los routers existentes en la actualidad pueden actualizarse a Frame Relay, lo que permite una migración relativamente poco costosa. Desde el punto de vista operativo, igual que en X.25, se estableció un circuito virtual permanente (PVC) antes de la transferencia de datos. Las especificaciones futuras permiten a los usuarios seleccionar dinámicamente el destinatario, es decir, circuitos virtuales conmutados (SVC).

Frame Relay puede implementarse sobre conmutadores de TDM actualizados, conmutadores X.25 actualizados, algunos circuitos de compañías públicas telefónicas (como Tymnet o Wiltel de BT), conmutadores de tramas o conmutadores de celdas.

El método más eficaz es el denominado Cell Relay o transmisión de celdas, método de paquetes rápidos en el que los conmutadores simulan el mismo principio de la RDSI de banda ancha y utilizan celdas de longitud reducida y fija. Con ello se elimina la necesidad de técnicas de "almacenamiento y retransmisión" propias de X.25 y de los conmutadores de tramas, cuyo resultado es un mayor retraso que además es variable.

La tecnología actual de Frame Relay admite velocidades desde 56/64 Kbps hasta 1,5 Mbps (T1) y 2.048 Mbps (E1). En el futuro será posible ofrecer servicios a 34 Mit/s.

El Foro de Frame Relay es una organización formada por unas 50 compañías de EE.UU que intenta elaborar un conjunto de especificaciones para acelerar la implementación de esta tecnología. La especificación más importante en desarrollo se denomina UNI (User Network Interface), que es el mecanismo que se utilizará en la mayor parte de interconexiones de LAN y WAN.

En Frame Relay se emplea el formato de paquetes LAPD (especificación I.122) o la especificación Q.931 del CCITT para RDSI. De esta última se espera que se convierta en el mecanismo de transporte preferido en Europa, debido a los planes que tienen varias compañias públicas telefónicas para implementar servicios RDSI a velocidad básica. Mientras tanto continúa el proceso de normalización bajo los auspicios del Comité Consultivo Internacional para la Telefónica y Telegrafía (CCITT) y el American National Standards Institute (ANSI). Ambos se han comprometido a elaborar especificaciones para la arquitectura de servicio, transferencia de datos, señalización y control de congestiones.

En EE.UU. se ha producido una rápida adopción de Frame Relay, lo que no es de extrañar pensando en el número considerable de servicios digitales instaldos por la feroz competencia entre las distintas compañías telefónicas.