Лекции Нестеренко А.Г. / 20 Архитектура и технологии построения сетей ISDN

Занятие № 20. “Архитектура и технологии построения сетей ISDN”

1. Концепция построения и архитектура цифровых сетей с интеграцией служб

ISDN – цифровая сеть с интеграцией служб, относится к сетям, в которых основным режимом коммутации является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются и передаются в цифровой форме. Является развитием цифровых телефонных сетей типа IDN (ИЦС), в которых при наличии аналоговых абонентских линий интегрируется цифровое коммутационное и внутрисетевое (между АТС) каналообразующее оборудование, опирающееся на плезиохронные системы передачи (ПЦИ/PDH), и на синхронные системы передачи (СЦИ/SDH). Отличительной особенностью ISDN (по сравнению с IDN и ТФОП) является обеспечение полностью цифровых соединений между оконечными устройствами и поддержка большого набора речевых и неречевых служб, доступ к которым осуществляется через ограниченный набор стандартных многофункциональных интерфейсов.

Обычно под ISDN подразумеваются узкополосные сети N-ISDN (У-ЦСИС), с максимальной предоставляемой скоростью 2 Мбит/с в отличие от широкополосных сетей с интеграцией служб B-ISDN (Ш-ЦСИС), построенных на основе технологии ATM и предоставляющих скорости 2–155 Мбит/с и более.

В сущности, сети ISDN должны были выполнять де-юре роль массовой глобальной универсальной цифровой сети, которую де-факто стала выполнять сеть Internet, построенная на принципах коммутации пакетов, а не каналов. Со временем стал также все больше проявляться недостаток базовой скорости доступа в ISDN по основному цифровому каналу 64 кбит/с. В итоге отдельные сети ISDN по всему миру продолжают развертываться, но остаются в основном на вторых ролях корпоративных сетей, фрагментов ТФОП и сетей доступа к другим, более высокоскоростным сетям, включая Internet.

Основные принципы построения ЦСИС:

пользователям обеспечивается доступ к широкому диапазону служб, включая как речевые, так и неречевые службы;

все виды сообщений передаются в цифровой форме, начиная от оконечного абонентского устройства (абонентского терминала) пользователя;

соединения абонентов проходят по непрерывному (сквозному) цифровому каналу с использованием режима коммутации каналов (КК), однако предусмотрена возможность передача данных и с использованием режима коммутации пакетов (КП);

пользователи имеют доступ к сетевым службам через ограниченный набор стандартных многофункциональных интерфейсов (интерфейсов «пользователь – сеть»);

для подключения абонентских установок пользователей к узлам коммутации ISDN определен так называемый базовый (основной) доступ (интерфейс), который обеспечивает образование двух дуплексных информационных каналов (В-канал) по 64 кбит/с и одного канала для абонентской сигнализации (D-канал) 16 кбит/с. Канальную структуру основного абонентского доступа принято обозначать по числу используемых каналов –

2B + D;

для подключения учрежденческих коммутационных станций ISDN определен так называемый первичный доступ, который предусматривает образование 30 дуплексных

(абонентский номер) независимо от количества и вида используемых служб связи (речь, текст, данные, изображения), которыми пользуется абонент, и количества абонентских терминалов, входящих в абонентскую установку;

абонентские терминалы одной абонентской установки пользователя могут быть включены в конфигурации типа «шина», «звезда» и «от точки к точке»;

возможно установление соединения не только между установками пользователя (через

1

сеть), но и между оконечными устройствами (терминалами) одной установки пользователя;

абоненты других сетей (аналоговой телефонной сети, сетей передачи данных) могут соединяться с абонентами ISDN через устройство сопряжения (шлюз).

В ISDN определено два типа каналов с учетом характера передаваемых по ним сигналов:

информационные каналы (основные каналы), по которым передается только полезная информационная нагрузка;

каналы сигнализации (служебные каналы), по которым передаются сигналы взаимодействия и управления (СВУ) для обеспечения установления соединения между оконечными устройствами и системами коммутации, или непосредственно между системами коммутации. По этим каналом в некоторых случаях могут передаваться и информационные сигналы, например, низкоскоростные данные.

Основные (информационные) каналы обозначаются буквами A, B и H.

Канал А (analog) – канал, используемый для подключения аналоговых систем (по каналу тональной частоты).

Канал B (bearer) – основной (базовый) канал, используемый для передачи информации со скоростью 64 кбит/с. Может разбиваться на несколько подканалов со скоростями 8, 16 и 32 кбит/с, каждый из которых может использоваться отдельным оконечным абонентским устройством.

Канал H (height) – высокоскоростной (широкополосный) канал, образуемый объединением нескольких В-каналов. Существует несколько типовых широкополосных каналов, различаемых по цифрам после буквы «Н».

Служебные каналы (сигнализации) обозначаются буквами «D» и «E».

Канал D обеспечивает передачу СВУ между абонентской установкой и узлом коммутации на скорости 16 или 64 кбит/с.

Канал Е обеспечивает передачу СВУ между узлами коммутации сети на скорости 64 кбит/с.

Сеть ISDN поддерживает два типа интерфейса «пользователь – сеть»: базовый BRI

(Basic Rate Interface) или BRA (Basic Rate Access – базовый доступ) и первичный PRI (Primary Rate Interface) или PRA (Primary Rate Access – первичный доступ).

Базовый (основной) интерфейс – это стандартный интерфейс доступа со скоростью 144 кбит/с. BRI предусматривает образование двух каналов по 64 кбит/с (В-каналы) и одного служебного канала абонентской сигнализации 16 кбит/с (D-канал). К интерфейсу BRI можно подключить до восьми различных ISDN-устройств. При этом каждому устройству выделяется свой индивидуальный номер (multiple subscriber numbers). Условно принято обозначать базовый интерфейс по количеству используемых каналов – 2B + D.

Первичный интерфейс – это стандартный интерфейс доступа со скоростью 2048 кбит/с. PRI предусматривает образование 30 В-каналов и одного служебного D- канала (канала сигнализации) со скоростью 64 кбит/с. Условно принято обозначать первичный интерфейс по количеству используемых каналов – 30B + D. Данный интерфейс в отличие от BRI поддерживает только одно оконечное устройство и может применяться для подключения к сети ISDN локальных сетей (LAN), а также частных учрежденческих АТС, которые могут разбить PRI на множество BRI-интерфейсов.

2

Рис. 1. Типовая структура и состав сети ISDN

Основными элементами сети ISDN являются абонентские установки пользователей и узлы коммутации, а также связывающие их между собой цифровые каналы физической среды передачи. Абонентские установки пользователей (АУП) включают терминальное оборудование (ТО, или по-английски ТЕ – Terminal Equipment) TE1, TE2 и ряд других функциональных блоков (ФБ) TA, NT1, NT2, LT, ET, подключаемых друг к другу через стандартизованные контрольные точки (reference points): R, S, T, U, V. Узлы коммутации представляют собой преимущественно центры коммутации каналов (ЦКК), предоставляемых первичными сетями PDH (SDH), в том числе связывающих сеть ISDN с ТФОП и сетями передачи данных (X.25, FR, TCP/IP, ATM). Узлы коммутации ISDN могут также выполнять функции ЦКП, но только в сети сигнализации ОКС № 7 (допускающей передачу низкоскоростной пользовательской информации и сопряжение с сетями Х.25).

Функциональными блоками абонентской установки пользователя являются:

ТЕ1 – терминальное оборудование или оконечное абонентское устройство первого типа, поддерживающее стандарты ISDN;

ТЕ2 – оконечное абонентское устройство второго типа, не поддерживающее стандарты ISDN. Для компьютеров терминальные адаптеры выпускаются в виде встраиваемых плат сетевых адаптеров;

ТА (Terminal Adapter) – терминальный адаптер или согласующее устройство, обеспечивающие преобразование стыков ТЕ2 в стыки ISDN;

NT1 (Network Termination) – сетевое окончание, которое обеспечивает подключения абонентской установки к абонентской линии (АЛ). Устройство NT1 может принадлежать оператору сети – европейский вариант, либо пользователю – американский вариант;

NT2 – сетевое окончание, которое обеспечивает подключение нескольких оконечных абонентских устройств к NT1. Может совмещаться с NT1 в одном устройстве NT1/2. На рис. 2.21 показаны возможные удаления TE от NT1/2;

LT (Line Terminal) – линейное окончание, обеспечивающее сопряжение системы коммутации с АЛ и выделяющее входные/выходные каналы;

ЕТ (Equipment Terminal) – станционное окончание, обеспечивающее сопряжение системы коммутации с различными входными/выходными каналами.

Контрольные точки (стыки) между ФБ иногда называют интерфейсами.

Перечислим контрольные точки:

R – стык между ТЕ2 и ТА. Количество таких интерфейсов определяется количеством типов ТЕ2, используемых в ISDN;

S – четырехпроводный стык «пользователь – сеть», обеспечивающий сопряжение

3

между блоком сетевого окончания NТ2 и оконечными абонентскими устройствами ТЕ (ТЕ1 или TE2+ТA);

Т– четырехпроводный стык, аналогичный S-стыку, обеспечивающий сопряжение NT1

сNT2. Может быть групповым, т. е. общим для нескольких S-стыков;

U – стык между NT1 и LT, обеспечивающий передачу сигналов по физической абонентской линии;

V – стык между LT и ЕТ.

Обобщенно сеть ISDN можно представить в виде совокупности сетей КК, КП и ОКС № 7, к которым через контрольные точки доступа подключается разнообразное ТО, получая возможность интегрированного доступа к одной из этих сетей (рис. 2).

Рис. 2. Обобщенная структура сети ISDN

В качестве архитектуры ISDN в Рекомендации I.320 определена семиуровневая модель, аналогичная семиуровневой ЭМВОС. На концептуальном уровне данные модели аналогичны. Однако в реализации конкретных протоколов имеются существенные различия, которые объясняются преобладающим использованием коммутации каналов при передаче пользовательской информации (каналы B, H) и коммутации пакетов при передаче служебной информации (каналы D) (рис. 3).

Рис. 3. Архитектура сети ISDN

В сети каналов D выделены три уровня протоколов: физический протокол определяется стандартом I.430/431, канальный протокол LAPD – стандартом Q.921, а на сетевом уровне может использоваться протокол Q.931, с помощью которого выполняется маршрутизация вызова абонента службы с коммутацией каналов, или же протокол Х.25 – в этом случае в кадры протокола LAPD вкладываются пакеты Х.25 и коммутаторы ISDN выполняют роль коммутаторов Х.25.

Адрес кадра LAPD состоит из двух байт – один байт определяет код службы (SAPI), которой пересылаются вложенные в кадр пакеты, а второй используется для адресации (TE1) одного из терминалов (абонентских устройств), если у пользователя к сетевому окончанию NT1 подключено несколько абонентских устройств. Протокол LAPD обеспечивает два режима работы: с установлением соединения (единственный режим работы протокола LLC2) и без установления соединения. Последний режим используется, например, для управления и мониторинга сети.

4

На рис. 4 представлен формат ПБД ISDN, используемых протоколом LAPD.

Рис. 4. Формат протокольных блоков данных ISDN

Протокол Q.931 переносит в своих пакетах адрес ISDN вызываемого абонента, на основании которого и происходит настройка коммутаторов на поддержку составного канала типа В (Н). Все вызовы имеют идентификатор и номер CRV (Call Reference Value), а также содержат ряд служебных информационных элементов.

2. Классификация интегрируемых служб и услуг

Часто в качестве архитектуры ISDN рассматривается модель из двух вложенных частей (рис. 5): области опорного сервиса и области телесервиса, соответствующих транспортной сети и телекоммуникационной сети в концептуальной модели информационной сети.

Точка доступа (интерфейс «пользователь – сеть»)

Область опорного сервиса

Область телесервиса

Рис. 5. Обобщенная архитектура сети ISDN

Указанные части (области) ISDN реализуют соответственно опорный сервис (1–3 уровни ЭМВОС) или службы передачи (переноса) и телесервис (1–7 уровни ЭМВОС) или телеслужбы (предоставления связи), которые интегрируют в себе службы, функционирующие в У-ЦСИС.

Служба передачи (bearer service) – служба электросвязи, обеспечивающая возможность передачи сигналов между стыками сети с абонентскими оконечными устройствами, например служба передачи данных.

Телеслужба (teleservice) – служба электросвязи, обеспечивающая реализацию всех возможностей (включая функции терминалов) определенного вида связи между пользователями.

Телеслужба организуется на базе службы переноса (телефонной сети, сети телекса и др.) и терминалов.

Различают две категории служб: интерактивные (диалоговые службы, службы с накоплением и службы по запросу) и с разветвленным режимом работы (типа радио- и телевещания – с управлением предоставления информации со стороны пользователя и без).

Службы электросвязи предоставляют пользователям различные услуги связи. Услуга электросвязи (telecommunication facility) – это продукт деятельности сети по приему, обработке, передаче и доставке сообщений электросвязи.

Услуги принято подразделять на базовые (основные) услуги и дополнительные услуги.

Услуга электросвязи базовая (basic telecommunication facility) – услуга электросвязи,

предоставляемая пользователю при каждом его обращении к определенной службе (или сети) электросвязи.

Услуга электросвязи дополнительная, факультативная (supplementary

5

telecommunication facility, optional) – любая услуга электросвязи, предоставляемая любой службой (или сетью) в дополнение к ее базовой услуге, расширяющая ее возможности и повышающая удобство пользования ею.

В службах с коммутацией каналов дополнительные услуги могут предоставляться на определенный согласованный срок или для отдельного соединения. Дополнительные услуги подразделяются на обязательные для предоставления оператором и необязательные (могут предоставляться по усмотрению оператора).

Дополнительные услуги подразделяются на следующие группы:

связанные с абонентским доступом (проверка доступа, смена службы, субадресация и т. п.);

связанные с соединением (сокращенный набор номера, повторный набор, переадресация, конференц-связь и т. п.);

связанные с информацией (выдача справок, указание номера вызывающего абонента, сигнализация о наличии электронной почты и т. п.).

6