Лекции по "Основы построения телекоммуникационных систем"

Лекция 17.  Сети ISDN

 

ISDN ( Integrated Services Digital Network) –цифровые сети с интегральными услугами или цифровая сеть интегрального обслуживания (ЦСИО) или цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС).

В этих сетях основным режимом коммутации является коммутация каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме.

Архитектура сети предусматривает  несколько видов служб.

 

 Сеть

Оборудование 

В помещении 

Пользователя

(CPE)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечисленные службы позволяют предоставлять следующие услуги:

- услуги по передаче информации:

• речь;
• аудиосигнал 3,1 кГц (с коммутацией каналов)  -для передачи нетелефонной информации (факс, модемная связь)
• цифровая информация  64 кбит без ограничений (с коммутацией каналов)
• пакетный режим в В и D каналах

-услуги предоставления связи (телеуслуги):

• телефония 3,1 кГц;
• телефония 7 кГц;
• телефакс группы 4 (64 Кбит/с)
• телетекс 64 кбит/с;
• видеотекс (9600 бит/с)
• телефакс группы 2, 3 (9600 бит/с)
• видеотелефония

-дополнительные услуги – предоставляются  при предоставлении телеуслуг: идентификация номера, перенаправление вызова,    конференц-связь и т.д.        

Базовой скоростью сети ISDN является скорость канала DS-0 – 64 Кбит/с.

 

Пользовательские  интерфейсы ISDN                                                         

Одним из базовых принципов сети ISDN является предоставление пользователю стандартного интерфейса, с помощью которого пользователь запрашивает у сети разнообразные услуги связи. Этот интерфейс образуется между 2-мя типами оборудования, устанавливаемого у пользователя (CPE-Customer Premises Equipment): терминальным оборудованием пользователя ТЕ ( компьютер, маршрутизатор, телефон) и сетевым окончанием NT.

На физическом уровне ISDN реализует мультиплексирование с разделением времени. Сетевой уровень определяется рекомендациями ITU-T. На канальном уровне  в спецификации ISDN используется протокол LAP-D (Link Access Procedure,D Channel ), предусматривающий дуплексный сервис, не ориентированный на соединение.

Для интеграции  аналоговой и цифровой систем передачи в цифровых сетях связи стандарт ISDN позволяет применять соединения с коммутацией каналов или пакетов. Подобные соединения реализуются с помощью цифровых каналов связи –конвейеров битов. Такие конвейеры позволяют мультиплексировать несколько каналов со стандартной скоростью передачи данных. Эти каналы классифицируются следующим образом:

• канал A – аналоговый канал 4 кГц или канал ТЧ;
• канал B – цифровой канал на 64 кбит/с
• канал С  - цифровой канал на 8 или 16 кбит/с (используется для управления по вспомогательному каналу)
• канал D – цифровой канал на 16 или 64 Кбит/с.( применяется для передачи широкополосных  сигналов), он включает         в себя 3 подканала: s для передачи, t – дл телеметрии и p – для передачи пакетов с малой полосой пропускания,
• Канал Е - цифровой на 16 или 64 Кбит/с( для внутренней передачи сигналов ISDN)
• Канал Н – цифровой канал на 384 (Н0), 1536 (Н11) или 1920 (Н12) Кбит/с.

 

Пользовательский интерфейс  основан  на каналах 3-х типов B, D, H.

Каналы типа В обеспечивают передачу пользовательских данных ( оцифрованного голоса, компьютерных данных или смеси голоса и данных). Разделение данных выполняется с помощью техники TDM. Разделением канала В на подканалы должно заниматься пользовательское оборудование. Сеть ISDN всегда коммутирует целые каналы типа В.

Каналы В могут соединять пользователей друг с другом или образовывать полупостоянные соединения, которые эквивалентны службе выделенных каналов. Канал В можно подключать к коммутатору сети Х.25.

Каналы  типа D выполняют 2 основные функции:

• передача адресной информации для В каналов;
• Поддержание услуг низкоскоростной сети  передачи пользовательских данных с коммутацией пакетов.

Каналы типа Н предоставляют пользователям возможности высокоскоростной передачи данных для факсов, видеоинформации, качественного воспроизведения звука

Сеть ISDN  поддерживает 3 пользовательских интерфейса:

• BRI (basic rate interface)- включает 2В канала по 64 Кбит/с и 1 D –канал на 16 Кбит/с
• PRI (primary rate interface)  -1 D –канал на 64 Кбит/с , 23 В-канала (в США, Японии) или 30 В-каналов (в Европе и Австралии);
• Гибридный –1 А-канал (аналоговый 4 кГц) и 1 С –канал (цифровой, 8 или 16 Кбит/с). Применяется редко.

 

Рассмотрим начальный интерфейс  BRI- 2B+D.  Все каналы работают в полнодуплексном режиме. Структура кадра в одном направлении выглядит примерно так

 

Биты синхронизации  (12 бит)

1-й В канал (16 бит)

2-й В канал (16 бит)

D- канал (4 бита)

250 мкс (48 бит)

Суммарная скорость по каждому  направлению для пользовательских данных составляет 64+64+16= 144 Кбит/с. Кроме бит данных канал содержит служебные биты для синхронизации и обеспечения нулевой постоянной составляющей электрического сигнала –12 бит на кадр. Итого 48 бит на кадр

Общая скорость передачи равна 48 : 250 мкс= 192 Кбит/с

Интерфейс BRI  может не только поддерживать схему 2B+D, но и B+D  и просто D.

BRI  стандартизован в рекомендации I.430.

 

Основной  интерфейс PRI предназначен для пользователей с повышенными требованиями к пропускной способности сети. Он имеет 30B+D и структуру кадра типа DS-1 для канала Т1 или Е1. Общая скорость канала равна 30Вх64 +1Dх64+ 64 (синхр.) = 1920 +64+64=2048 Кбит/с

Основной  интерфейс может быть основан  на каналах типа Н. При этом общая  пропускная способность  интерфейса не должна превышать 2048 или 1544 Кбит/с. Для канала Н0 возможны интерфейсы 3Н0+D для американского варианта и 5Н0+D для европейского.

Интерфейс PRI стандартизирован в рекомендации I.431.

 

Подключение пользовательского оборудования к сети ISDN.

 

хема подключения приведена  на рисунке. Оборудование делится на функциональные группы и в зависимости от группы различается несколько справочных точек соединения разных групп оборудования между собой.

 

 

 

 

 

4-проводный Цифровое

интерфейс абонентское

100-1000 м окончание (DSL)

 2-проводное

до 5,5 км

 

 

 

R S T U

 

 

 

U –точка соответствует подключению NT1  к сети.

В устройство NT1 (Network Termination 1) может быть встроено пользовательское оборудование. (В США). В Европе –нет, так как считается оборудованием оператора.

Для организации дуплексного режима на 2-проводной линии используется технология одновременной выдачи передатчиками потенциального кода 2B1Q с эхо-подавлением и вычитанием своего сигнала из суммарного.

При использовании интерфейса PRI цифровое абонентское окончание выполнено по схеме канала Т1 или Е1, т.е. является 4-проводным с максимальной длиной около 1800 м. (Можно использовать модемы для увеличения дальности)/

Устройства функциональной группы NT2, представляют собой устройства канального или сетевого уровня, которые выполняют функции концентрации пользовательских интерфейсов и их мультиплексирование. Например, к этому типу оборудования относятся : PBX, коммутирующая несколько интерфейсов BRI, маршрутизатор, работающий в режиме коммутации пакетов. (по каналу D), простой мультиплексор TDM. Точка подключения справочно называется точкой Т. NT2 не является обязательным устройством.

Устройства группы ТЕ1  (Terminal Equipment 1) относятся к устройствам, которые поддерживают интерфейс пользователя BRI или PRI.  Точка S соответствует  подключению оборудования  с интерфейсом BRI или PRI.. Если NT2 отсутствует, то точки S и Т объединяются т и называются S/T.

Устройства группы ТЕ2  (Terminal Equipment 2) не поддерживают интерфейсы BRI и PRI/

Это – компьютер, устройства с портами RS-232C, X.21, V.35.

Для подключения такого устройства необходимо использовать терминальный адаптер (Terminal Adapter –TA). Терминальные адаптеры есть внутренние (встраиваемые) и внешние ( в виде отдельного блока).

Физически интерфейс в точке  S/T представляет 4-проводную линию, поскольку является дуплексным. В качестве метода кодирования в BRI используется биполярный AMI, причем 1 кодируется нулевым потенциалом, а 0- чередованием потенциалов противоположной полярности.

Для интерфейсов PRI используются коды как в Т1 или Е1- B8ZS , HDB3.

Рассмотрим возможные схемы  подключения терминалов к сетевому окончанию.

 

 До 1000 м

 

 

 

 а

R -терминальный

Согласующий резистор

 100-200 m

              б

Пассивный кабель

 

 

 

 

До 500 м

 

 25-50 м

               в

 

 

 

 

 

 

 До 1000 м

 

 …   До 8-ми устройств …

г

 

 

 

 

 

 

 

Стек протоколов сети ISDN

 

 В сети имеется 2 стека  протоколов : для канала  D и канала В.

Каналы D образуют традиционную сеть с коммутацией пакетов, прообразом которой является сеть Х.25. Для канала D определены 3 уровня протоколов: физический I.430/431, канальный протокол LAP-D (стандарт Q.921), сетевой определяется протоколом Q.931, с помощью которого выполняется маршрутизация вызова абонента службы с коммутацией каналов или протокол Х.25- в этом случае в кадры протокола LAP-D вкладываются пакеты Х.25 и коммутаторы ISDN выполняют роль коммутаторов Х.25.

Сеть каналов типа D внутри сети ISDN служит транспортным уровнем для сигнализации ОКС-7 (SS7)

Каналы типа В образуют сеть с  коммутацией цифровых каналов. Коммутация происходит по указаниям, полученным по каналу D. Когда пакеты протокола Q.931 маршрутизируются коммутатором, то при этом происходит одновременная коммутация очередной части составного канала от исходного абонента к конечному.

Протокол LAP-D принадлежит семейству HDLC и обладает всеми родовыми чертами этого семейства, но отличается некоторыми особенностями. Адрес LAP-D состоит из 2-х байт – один байт определяет код службы, которой пересылаются вложенные в кадр пакеты, а второй используется для адресации одного из терминалов, если у пользователя к сетевому окончанию NT1 подключено несколько терминалов. Терминальное устройство может поддерживать разные службы – службу установления соединения по протоколу Q.931, службу коммутации пакетов Х.25, службу мониторинга сети и т.д.

Протокол LAP-D обеспечивает 2 режима работы: с установлением соединения и без установления соединения. Последний режим используется, например, для управления и мониторинга сети.

Протокол Q.931 переносит в своих пакетах адрес ISDN вызываемого абонента, на основании которого и происходит настройка коммутаторов на поддержку составного канала типа В.

              Структура сети ISDN

 

    

 

 

 

 

Q.931

Q.921

I.430/431

Сеть  ISDN

                                       Каналы В

Каналы В

 

 

 

 

 

 

Канал D Канал D

 

 

 

 

                           Коммутатор Коммутатор

   ISDN ISDN

 

Адресация в сетях  ISDN

 

Технология  ISDN разрабатывалась как основа всемирной телекоммуникационной сети, позволяющей связывать как телефонных абонентов, так и абонентов других глобальных сетей – компьютерных, телексных. Если разработчики стека TCP/IP шли по пути введения собственной системы адресации,  то разработчики технологии ISDN решили добиться использования в адресе ISDN адресов объединяемых сетей.

Поскольку основное назначение ISDN  - передача телефонного трафика, то за основу адреса  ISDN был взят формат международного телефонного плана номеров, описанный в стандарте

ITU-T E.163. Однако этот стандарт был расширен для поддержки большего числа абонентов и для использования в нем адресов других сетей, например Х.25.

Стандарт адресации в сетях  ISDN получил номер Е.164. Формат Е.163 предусматривает до 12 десятичных цифр в номере, а формат адреса ISDN  формата Е.164 расширен до 55 десятичных цифр. В сетях ISDN различают номер абонента и адрес абонента. Номер абонента соответствует точке Т подключения всего пользовательского оборудования к сети.  Адрес ISDN включает номер + до цифр подадреса. Подадрес используется для нумерации терминальных устройств за пользовательским интерфейсом, т.е. подключенных к точке S.

Например, если на предприятии используется офисная АТС, то ей может быть присвоен 1 номер , например, 7 –8312-777777, а для вызова абонента, имеющего подадрес 121, надо набрать 7-8312-777777-121.