AX.25 - AX.25

AX.25 (Amateur X.25) es un protocolo de capa de enlace de datos derivado originalmente de la capa 2 del conjunto de protocolos X.25 y diseñado para ser utilizado por radioaficionados . Se utiliza ampliamente en redes de radioaficionados por paquetes .

AX.25 v2.0 y posteriores ocupa la capa de enlace de datos , la segunda capa del modelo OSI . Es responsable de establecer conexiones de capa de enlace, transferir datos encapsulados en tramas entre nodos y detectar errores introducidos por el canal de comunicaciones . Como AX.25 es un protocolo anterior al modelo OSI, la especificación original no se escribió para separar claramente en capas OSI. Esto se corrigió con la versión 2.0 (1984), que asume el cumplimiento del nivel 2 de OSI.

AX.25 v2.2 (1998) agregó mejoras para mejorar la eficiencia, especialmente a velocidades de datos más altas. Las estaciones pueden negociar automáticamente tamaños de carga útil mayores que la limitación anterior de 256 bytes. Los números de secuencia extendidos (7 frente a 3 bits) permiten un tamaño de ventana más grande, el número de tramas que se pueden enviar antes de esperar el reconocimiento. El "Rechazo selectivo" permite que solo se reenvíen los fotogramas que faltan, en lugar de tener que reenviar inútilmente los fotogramas que ya se han recibido correctamente. A pesar de todas estas ventajas, pocas implementaciones se han actualizado para incluir estas mejoras publicadas hace más de 20 años. Las únicas implementaciones completas conocidas de v2.2, en este momento (2021), son el software TNC de Dire Wolf y la pila de patty userland.

AX.25 se usa comúnmente como la capa de enlace de datos para la capa de red, como IPv4, y se usa TCP además de eso. AX.25 admite una forma limitada de enrutamiento de origen . Aunque es posible construir conmutadores AX.25 de forma similar a la forma en que funcionan los conmutadores Ethernet, esto aún no se ha logrado.

Especificación

AX.25 no define una implementación de capa física. En la práctica, los tonos Bell 202 de 1200 baudios y G3RUH DFSK de 9600 baudios se utilizan casi exclusivamente en VHF y UHF . En HF, el modo de transmisión estándar es de 300 baudios Bell 103 tonos , aunque en la actualidad existe muy poco uso de AX.25 en HF. En la capa física, AX.25 define solo una "máquina de estado de capa física" y algunos temporizadores relacionados con los retardos de conmutación de transmisores y receptores.

En la capa de enlace, AX.25 utiliza procedimientos y sintaxis de tramas HDLC . (ISO 3309) los fotogramas se transmiten con codificación NRZI . HDLC especifica la sintaxis, pero no la semántica, del campo de dirección de longitud variable de la trama. AX.25 especifica que este campo se subdivide en varias direcciones: una dirección de origen, cero o más direcciones de repetidor y una dirección de destino, con campos de control integrados para uso de los repetidores. Para simplificar el cumplimiento de las reglas de radioaficionados, estas direcciones se derivan de los distintivos de llamada de las estaciones de origen, destino y repetidora.

El control de acceso a medios sigue el enfoque de acceso múltiple de detección de portadora con recuperación de colisión (CSMA / CR).

AX.25 admite modos de operación con conexión de circuito virtual y sin conexión de estilo datagrama. Este último es utilizado con gran eficacia por el Sistema de notificación automática de paquetes (APRS).

Un mecanismo de enrutamiento de fuente simple que utiliza digipeaters está disponible en el nivel de enlace de datos. Los digipeaters actúan como repetidores simplex , recibiendo, decodificando y retransmitiendo paquetes desde estaciones locales. Permiten establecer conexiones de varios saltos entre dos estaciones que no pueden comunicarse directamente. Los digipeaters usan y modifican la información en el campo de dirección de la trama para realizar esta función.

La especificación AX.25 define un protocolo de capa de red completo, aunque punto a punto , pero esto ha tenido poco uso fuera de las conexiones de teclado a teclado o de teclado a BBS. NET / ROM , ROSE y TexNet existen para proporcionar enrutamiento entre nodos. En principio, se puede utilizar una variedad de protocolos de capa 3 con AX.25, incluido el omnipresente protocolo de Internet . Este enfoque es utilizado por AMPRNet , que es una red TCP / IP de radioaficionados que utiliza tramas de interfaz de usuario AX.25 en la capa de enlace de datos.

Implementaciones

Tradicionalmente, los operadores de radioaficionados se han conectado a las redes AX.25 mediante el uso de un controlador de nodo terminal , que contiene un microprocesador y una implementación del protocolo en firmware . Estos dispositivos permiten acceder a los recursos de la red utilizando solo un terminal tonto y un transceptor .

AX.25 también se ha implementado en computadoras personales . Por ejemplo, el kernel de Linux incluye soporte nativo para AX.25. La computadora se conecta a un transceptor a través de su interfaz de audio o mediante un módem simple. Las computadoras también pueden interconectarse a otras computadoras o ser puenteadas o enrutadas a TNC y transceptores ubicados en otros lugares utilizando BPQ sobre tramas Ethernet, que también es compatible de forma nativa con el kernel de Linux para facilitar configuraciones más modernas con los transceptores reales colocados directamente debajo o en la antena. mástil, creando una necesidad de cableado de RF más corto y de 'baja pérdida', y reemplazando los cables coaxiales y amplificadores costosos, largos y gruesos con fibra barata (RFI (en ambos sentidos) / EMP / resistente a los rayos) o cableado Ethernet de cobre. El entramado de BPQ Ethernet permite conectar pilas enteras de pares de transceptores TNC + a cualquier red existente de computadoras que luego pueden acceder a todos los enlaces de radio ofrecidos simultáneamente (puenteados de forma transparente), comunicarse entre sí internamente a través de AX.25, o con enrutamiento filtrado seleccione específico ETN / radiofrecuencias. Tenga en cuenta que la implementación del kernel de Linux AX.25 contiene algunos errores, principalmente en la desconexión de sesiones (este error parece haberse deslizado con el tiempo debido al mantenimiento de algunas personas que lo usan exclusivamente para APRS y no en el modo conectado al canal virtual), y para Las interfaces TAP de ejemplo no admiten los 7 bytes completos de la longitud de la cadena del indicativo de llamada, ya que algunos controladores de interfaz esperan una dirección HW (MAC) de 6 bytes, no una dirección de hasta 7 bytes como requiere el uso de AX.25.

Dire Wolf es un reemplazo de código abierto gratuito para el TNC al estilo de los años 80. Contiene módems de software DSP y una implementación completa de AX25 v2.2 más corrección de errores de reenvío FX.25 . Puede funcionar como repetidor digital, rastreador GPS y puerta de enlace de Internet APRS (IGate) sin ningún software adicional.

Encuadre en modo KISS

Ver artículo completo en KISS (TNC)

AX.25 se usa a menudo con un TNC que implementa el marco KISS como una alternativa de bajo costo al uso de tarjetas controladoras HDLC caras y poco comunes .

El encuadre KISS no es parte del protocolo AX.25 en sí ni se envía por aire. Simplemente sirve para encapsular las tramas de protocolo de una manera que pueda pasar con éxito un enlace en serie al TNC. El encuadre de KISS se deriva de SLIP y hace muchas de las mismas suposiciones, como que solo hay dos "puntos finales" involucrados en la conversación. Con SLIP, estos eran los dos hosts conectados a SLIP; con KISS, se asume que el enlace de encuadre de KISS es en serie con solo la computadora host y el TNC involucrados. Entre otras cosas, esto dificulta la dirección de varios TNC sin tener varios canales de datos (en serie).

Existen alternativas a KISS que abordan estas limitaciones, como 6PACK.

Aplicaciones

AX.25 se ha utilizado con mayor frecuencia para establecer enlaces directos punto a punto entre estaciones de radio por paquetes , sin capas de red adicionales. Esto es suficiente para los contactos de teclado a teclado entre estaciones y para acceder a los sistemas de tablones de anuncios locales y a los clústeres de DX .

En los últimos años, APRS se ha convertido en una aplicación popular.

Para la tunelización de paquetes AX.25 sobre IP , AXIP y AXUDP se utilizan para encapsular AX.25 en paquetes IP o UDP .

Limitaciones

A las velocidades comúnmente utilizadas para transmitir datos de radio por paquetes (rara vez superiores a 9,600  bit / s , y típicamente 1,200 bit / s), el uso de capas de red adicionales con AX.25 no es práctico debido a la sobrecarga de datos involucrada. Esta no es una limitación de AX.25 per se , pero impone restricciones a la sofisticación de las aplicaciones diseñadas para usarlo.

Los protocolos HDLC identifican cada trama por una dirección. La implementación AX.25 de HDLC incluye el indicativo de llamada de la estación de destino y el remitente más un valor de Identificador de estación secundaria (SSID) de cuatro bits en el rango de 0 a 15 en la dirección de la trama. En ITU WARC2003, la especificación del indicativo de la estación de radioaficionados se modificó de modo que la longitud máxima anterior de seis caracteres se elevó a siete caracteres. Sin embargo, AX.25 tiene un límite rígido integrado de seis caracteres, lo que significa que no se puede usar un indicativo de siete caracteres en una red AX.25.

AX.25 carece de un puerto explícito (o SAP ); el SSID a menudo asume este papel. Por lo tanto, solo puede haber un servicio por dirección SSID de estación AX.25, que a menudo se modifica con diversos grados de éxito.

Algunos aficionados, en particular Phil Karn KA9Q, han argumentado que AX.25 no es adecuado para operar en enlaces de radio ruidosos y de ancho de banda limitado, citando su falta de corrección de errores hacia adelante (FEC) y compresión automática de datos . Sin embargo, aún no ha surgido un sucesor viable y ampliamente adoptado de AX.25. Las posibles razones pueden incluir:

  • un gran despliegue existente de radios FM de banda estrecha recicladas y especialmente aplicaciones APRS existentes,
  • fácil disponibilidad de transmisores de FM baratos y de baja potencia, especialmente para la banda UHF de 430 MHz , para adaptarse a los equipos de radio heredados existentes,
  • Las nuevas modulaciones de nivel de radio necesitarían equipos de radio diferentes a los que se utilizan actualmente y el sistema resultante sería incompatible con el existente, lo que requeriría una gran inversión inicial en nuevos equipos de radio.
  • La adopción de codificaciones de línea más nuevas, que potencialmente incluyen la corrección de errores hacia adelante, requiere más esfuerzo que el AFSK de 1.200 bit / s de Bell 202 . Los microprocesadores pequeños de 8 bits con 128 bytes de RAM previamente suficientes no serían suficientes, y los nuevos podrían costar 30 dólares en lugar de 3 dólares. Phil Karn hizo una decodificación de demostración de esta nueva modulación suya ejecutándola en una máquina Pentium II ; unos 10 años después, los microprocesadores integrados de nivel medio son capaces de hacer lo mismo con un costo del sistema inferior a 50 dólares.

A pesar de estas limitaciones, el TAPR ha creado una extensión del protocolo AX.25, que admite la corrección de errores hacia adelante . Esta extensión se llama FX.25 .

Los transmisores de dispositivos pequeños no necesitan saber qué se está transmitiendo. Solo es necesario monitorear la ocupación del canal mediante el receptor de radio RSSI (Indicación de intensidad de señal recibida) para saber cuándo no enviar. La transmisión de la señal Reed-Solomon FEC intercalada en alguna modulación inteligente necesita muchos menos recursos que la recepción de la misma señal, por lo que un microprocesador suficiente podría costar solo 5 dólares en lugar de 30 dólares y el costo del sistema podría permanecer por debajo de 50 dólares, incluido el transmisor. Sin embargo, en los últimos años, se ha demostrado la capacidad de recibir y enviar utilizando microcontroladores baratos (como las familias Atmel AVR o Motorola 68HC08 ).

Sin embargo, parece que es poco probable que se adopte ampliamente cualquier sistema nuevo que no sea compatible con la modulación Bell 202 actual. La modulación actual parece satisfacer una necesidad suficiente, por lo que existe poca motivación para pasar a un diseño superior, especialmente si el nuevo diseño requiere compras de hardware importantes.

Más recientemente, Nino Carillo, KK4HEJ, creó un protocolo completamente nuevo con corrección de errores hacia adelante, llamado Protocolo de capa 2 mejorado (IL2P).

Ver también

Referencias

Otras lecturas