Архітектура ISDN
Одним з базових принципів ISDN є надання користувачу стандартного інтерфейсу, за допомогою якого користувач може запитувати у мережі різноманітні послуги. Цей інтерфейс утворюється між двома типами устаткування, встановленого в приміщенні користувача (CPE, Customer Premis-es Equipment): термінальним устаткуванням користувача ТІ (хост з відповідним адаптером, маршрутизатор або телефонний апарат) і мережним закінченням NT, яке представляє собою пристрій, завершальне канал зв'язку з найближчим комутатором ISDN.
Користувальницький інтерфейс побудований на каналах трьох типів: n В - зі швидкістю передачі даних 64 Кбіт / с; n D - зі швидкістю передачі даних 16 або 64 Кбіт / с; n H - зі швидкістю передачі даних 384 Кбіт / с (H0), 1536 Кбіт / с (Н11) або 1920 Kбит / c (Н12). Розглянемо кожен з каналів окремо.
Канали типу В забезпечують передачу даних користувача (оцифрованого голосу, комп'ютерних даних або суміші голосу і даних) також і з більш низькими швидкостями ніж 64 Кбіт / с. Поділ даних здійснюється за допомогою техніки TDM. Поділом каналу В на підканалів в цьому випадку має займатися користувальницьке обладнання, мережа ISDN завжди комутує цілі канали типу В. Канали типу В можуть з'єднувати користувачів за допомогою техніки комутації каналів один з одним, а також утворювати так звані "полупостоянние" (semipermanent) з'єднання, які еквівалентні сполукам служби виділених каналів. Канал типу В може також підключати користувача до комутатора мережі Х.25.
Канал типу D виконує дві основні функції. Першою і основною є передача адресної інформації, на основі якої здійснюється комутація каналів типу В в комутаторах мережі. Другою функцією є підтримка послуг низкоскоростной мережі з комутацією пакетів для користувача даних. Зазвичай ця послуга виконується мережею в той час, коли канали типу D вільні від виконання основної функції.
Канали типу H надають користувачам можливості високошвидкісної передачі даних. На них можуть працювати служби високошвидкісної передачі факсів, відеоінформації, якісного відтворення звуку.
Користувальницький інтерфейс ISDN є набір каналів певного типу з певними швидкостями.
Мережа ISDN підтримує два типи користувача інтерфейсу: початковий або основний (Basic Rate Interface, BRI) і первинний (Primary Rate Interface, PRI).
BRI - початковий інтерфейс надає користувачеві два канали по 64 Кбіт / c для передачі даних (канали типу В) і один канал з пропускною спроможністю 16 Кбіт / с для передачі керуючої інформації (канал типу D). Всі канали працюють в повнодуплексному режимі. У результаті сумарна швидкість інтерфейсу BRI для користувача даних складає 144 Кбіт / с по кожному напрямку, а з урахуванням службової інформації - 192 Kбіт / с. Різні канали користувальницького інтерфейсу розділяють один і той же фізичний двухпроводной кабель за технологією TDM, тобто є логічними каналами, а не фізичними. Дані по інтерфейсу BRI передаються кадрами, що складаються з 48 біт. Кожен кадр містить по 2 байти кожного з каналів В, а також 4 біта каналу D. Передача кадру триває 250 мс, що забезпечує швидкість даних 64 Кбіт / с для каналів В і 16 Кбіт / с для каналу D. Крім біт даних кадр містить службові біти для забезпечення синхронізації кадрів, а також забезпечення нульової постійної складової електричного сигналу.
Інтерфейс BRI може підтримувати не тільки схему 2B + D, але і B + D і просто D (коли користувач відправляє в мережу тільки пакетізірованние дані). Початковий інтерфейс стандартизований в рекомендації I.430.
Первинний інтерфейс PRI призначений для користувачів з підвищеними вимогами до пропускної здатності мережі. Інтерфейс PRI підтримує або схему 30B + D, або схему 23 + D. В обох схемах канал D забезпечує швидкість 64 Кбіт / с. Перший варіант призначений для Європи, другий - для Північної Америки і Японії. Можливі варіанти приведення інтерфейсу PRI з меншою кількістю каналів типу В, наприклад, 20B + D. Канали типу В можуть об'єднуватися в один логічний високошвидкісний канал із загальною швидкістю до 1920 Кбіт / с. При установці у користувача кількох інтерфейсів PRI всі вони можуть мати один канал типу D, при цьому кількість каналів В в цьому інтерфейсі, який не має каналу D, може збільшитися до 24 або 31. Первинний інтерфейс може бути заснований на каналах типу Н. При цьому загальна пропускна здатність інтерфейсу все одно не повинна перевищувати 2,048 або 1,544 Мбіт / с. Для каналів Н0 можливі інтерфейси 3Н0 + D - американський варіант і 5H0 + D - європейський. Для каналів H1 можливий інтерфейс, що складається тільки з одного каналу H11 (1,536 Мбіт / с) для американського варіанту або одного каналу H12 (1920 Мбіт / c) і одного каналу D для європейського варіанту.
Кадри інтерфейсу PRI мають структуру кадрів DS-1 для каналів Т1 і Е1. Даний інтерфейс стандартизований в рекомендації I.431.
Підключення користувача обладнання до мережі ISDN здійснюється з під'єднанням, розробленої ССITT. Обладнання ділиться на функціональні групи, і в залежності від групи розрізняється декілька довідкових точок (reference points) з'єднання різних груп устаткування між собою.
Пристрої функціональної групи NT1 (Network Termination 1) складають цифрове абонентське закінчення (Digital Subscriber Line, DSL) на кабелі, що з'єднує користувальницьке обладнання з мережею ISDN. Фактично NT1 представляє собою пристрій CSU, яке працює на фізичному рівні і утворює дуплексний канал з відповідним пристроєм CSU, встановленим на території оператора мережі ISDN. Довідкова точка U відповідає точці підключення пристрою NT1 до мережі. Пристрій NT1 може належати оператору мережі, а може і належати користувачеві. У Європі прийнято вважати пристрій NT1 частиною обладнання мережі, тому користувальницьке обладнання випускається без вбудованого пристрою NT1.
Якщо користувач підключений через інтерфейс BRI, то цифрове абонентське закінчення виконано по двухпроводной схемою. Для організації дуплексного режиму використовується технологія одночасної видачі передавачами потенційного коду 2B1Q з луна-придушенням і вирахуванням свого сигналу з сумарного. Максимальна довжина абонентського закінчення в цьому випадку становить 5,5 км.
При використанні інтерфейсу PRI цифрове абонентське закінчення виконується за схемою каналу T1 або Е1, тобто є чотирипровідна з максимальною довжиною близько 1800 м.
Пристрої функціональної групи NT2 (Network Termination 2) являють собою пристрої канального або мережевого рівня, які виконують функції концентрації користувальницьких інтерфейсів та їх мультиплексування. Наприклад, до цього типу обладнання належать: офісна АТС, коммутирующая декілька інтерфейсів BRI, маршрутизатор, що працює в режимі комутації пакетів (наприклад, по каналу D), простий мультиплексор TDM, який мультиплексируются кілька низькошвидкісних каналів в один канал типу В. Точка підключення обладнання типу NT2 до пристрою NT1 називається довідкової точкою типу Т. Наявність цього обладнання не є обов'язковим на відміну від NT1.
Пристрої функціональної групи TE1 (Terminal Equipment 1) відносяться до пристроїв, які підтримують інтерфейс користувача BRI або PRI. Довідкова точка S відповідає точці підключення окремого термінального устаткування, що підтримує один з інтерфейсів користувача ISDN. Таким обладнанням може бути телефон або факс-апарат. Оскільки устаткування типу NT2 може бути відсутнім, то довідкові точки S і T об'єднуються і позначаються як S / T.
Пристрої функціональної групи ТЕ2 (Terminail Equipment 2) являють собою пристрої, які не підтримують інтерфейс BRI або PRI. Таким пристроєм може бути комп'ютер, маршрутизатор з послідовними інтерфейсами, що не відносяться до ISDN, наприклад, RS-232C, Х.21, V.34. Для підключення такого пристрою до мережі ISDN необхідно використовувати термінальний адаптер (Terminal Adapter, TA), який випускається у форматі мережевих адаптерів як вбудована карта.
Фізичний інтерфейс в точці S / T представляє собою чьотирьох лінію. Оскільки кабель між пристроями ТЕ1 або ТА і мережним закінченням NT1 або NT2 зазвичай має невелику довжину, то розробники стандартів ISDN вирішили не ускладнювати обладнання, так як організація дуплексного режиму на чьотирьох лінії набагато легше, ніж на двухпроводной. Для інтерфейсу BRI в якості методу кодування обраний біполярний AMI, причому логічна одиниця кодується нульовим потенціалом, а логічний нуль - чергуванням потенціалів протилежної полярності. Для інтерфейсу PRI використовуються інші коди: ті ж, що і для інтерфейсів T1 і Е1, тобто відповідно B8ZS і HDB3.
Фізична довжина інтерфейсу PRI коливається від 100 м до 1000 м - залежно від схеми підключення пристроїв.
Справа в тому, що при невеликій кількості терміналів (ТЕ1 або ТЕ2 + ТА) дозволяється не використовувати місцеву офісну АТС, а підключати до 8 пристроїв до одного пристрою типу NT1 (або NT2 без комутаційних можливостей) за допомогою схеми монтажного АБО. При підключенні одного пристрою ТІ (через термінальні резистори R, що погоджують параметри лінії) до мережного закінчення NT довжина кабелю може досягати 1000 м. При підключенні декількох пристроїв до пасивного кабелю максимальна довжина скорочується до 100-200 м. Правда, якщо ці пристрої зосереджені на дальньому кінці кабелю (менше 50 м), то довжина кабелю може бути збільшена до 500 м. І нарешті, існують спеціальні багатопортовий пристрої NT1, які забезпечують зіркоподібною підключення до 8 пристроїв. При цьому довжина кабелю збільшується до 1000 м.
Технологія ISDN розроблялася як основа всесвітній телекомунікаційній мережі, що дозволяє зв'язувати як телефонних абонентів, так і абонентів інших глобальних мереж - комп'ютерних, телексних. Тому при розробці схеми адресації вузлів ISDN необхідно було:
n по-перше, зробити цю схему досить ємною для всесвітньої адресації;
n по-друге, сумісної зі схемами адресації інших мереж, щоб їхні абоненти у разі з'єднання своїх мереж через мережу ISDN могли б користуватися звичними форматами адрес. Розробники стека TCP / IP пішли по шляху впровадження власної схеми адресації, незалежної від систем адресації об'єднуються мереж. Розробники технології ISDN пішли іншим шляхом: вони вирішили домогтися використання в адресі ISDN адрес об'єднуються мереж.
Основне призначення ISDN - це передача телефонного трафіку. По-цьому за основу адреси ISDN був узятий формат міжнародного телефонного плану номерів, описаний в стандарті ITU-T E.163. Однак цей формат був розширений для підтримки більшої кількості абонентів та для використання в ньому адреси інших мереж, наприклад Х.25. Стандарт адресації в мережах ISDN отримав номер E.164.
Формат Е.163 передбачає до 12 десяткових цифр у номері, а формат адреси ISDN у стандарті Е.164 розширено до 55 десяткових цифр. У мережах ISDN розрізняють номер абонента та адреса абонента. Номер абонента відповідає точці Т підключення всього користувальницького обладнання в мережі. Наприклад, вся офісна АТС може ідентифікуватися одним номером ISDN. Номер ISDN складається з 15 десяткових цифр і ділиться, як і телефонний номер, за стандартом Е.163: поле «Код країни» (від 1 до 3 цифр), поле «Код міста» та поле «Номер абонента». Адреса ISDN включає номер і 40 цифр подадреса, який використовується для нумерації термінальних пристроїв за призначеним для користувача інтерфейсом, тобто підключених до точки S. Наприклад, якщо на підприємстві є офісна АТС, то їй можна присвоїти один номер, наприклад, 7-044-565-65-00, а для виклику абонента має адресу 235, зовнішній абонент повинен набрати номер 7-044-565-65-00 -235.
При виклику абонентів з мережі, що не відноситься до ISDN, їх адреса може безпосередньо замінювати адресу ISDN. Наприклад, адреса абонента мережі Х.25, в якій використовується система адресації за стандартом Х.121, йому має передувати полі префікса, в яке міститься код стандарту адресації, в даному випадку стандарту Х.121. Комутатори мережі ISDN можуть обробити цю адресу коректно і встановити зв'язок з потрібним абонентом мережі Х.25 через мережу ISDN, коммутіруя канал типу В з комутатором Х.25, або передаючи дані по каналу типу D в режимі комутації пакетів. Префікс описується стандартом ISO 7498.
Стандарт ISO 7498 визначає досить складний формат адреси, причому основною схемою адресації є перші два поля. Поле AFI (Athority and Formay Identifier) задає значення усіх інших полів адреси і формат цих полів. Значенням поля AFI є один з 6 типів піддоменів глобального домену адресації: n чотири типи доменів відповідають чотирьом типам публічних телекомунікаційних мереж: мереж з комутацією пакетів, телексних мереж, публічних телефонних мереж та мереж ISDN; n п'ятий тип домена - це географічний домен, який призначається кожній країні; n шостий тип домена - це домен організаційного типу, в який входять міжнародні організації, як ООН і НАТО. За полем AFI йде полі IDI (Initial Domain Identifier) - поле початкового ідентифікатора домену, а за ним розташовується додаткове поле DSP (Domain SpecificPart), яке може нести додаткові цифри номера абонента, якщо розрядності поля INI не вистачає.
Ще одним способом виклику абонентів з інших мереж є вказівка в адресі ISDN двох адрес: адреси ISDN прикордонного пристрої, наприклад, що з'єднує мережу ISDN з мережею Х.25, і адреси вузла в мережі Х.25. Адреси повинні розділятися спеціальним роздільником. Два адреси використовуються за два етапи: спочатку мережа ISDN встановлює з'єднання типу комутованого каналу з прикордонним пристроєм, приєднаним до мережі ISDN, а потім передає йому другу частину адреси, щоб це пристрій здійснило з'єднання з потрібним абонентом.
Стек протоколів і структура ISDN
У мережі ISDN існують два стеки протоколів: стек каналів типу D і стек каналів типу В. Канали типу D утворюють досить традиційну мережу з комутацією пакетів. Прообразом цієї мережі послужила технологія мереж Х.25. Для мережі каналів D визначено три рівні протоколів: фізичний протокол визначається стандартом I.430/431, канальний протокол LAP-D визначається стандартом Q.921, а на мережевому рівні може використовуватися протокол Q.931, за допомогою якого виконується маршрутизація виклику абонента служби з комутацією каналів, або ж протокол Х.25 - в цьому випадку в кадри протоколу LAP-D вкладаються пакети Х.25, і комутатори ISDN виконують роль комутаторів Х.25.
Мережа каналів типу D всередині мережі ISDN служить транспортним рівнем для так званої системи сигналізації номер 7 (Signal System Number 7, SS7). Система SS7 була розроблена для цілей внутрішнього моніторингу та управління комутаторами телефонної мережі загального призначення. Ця система застосовується і в мережі ISDN. Служба SS7 відноситься до прикладного рівня моделі OSI. Кінцевому користувачеві її послуги недоступні, так як повідомленнями SS7 комутатори мережі обмінюються тільки між собою.
Канали типу В утворюють мережу з комутацією цифрових каналів. У термінах моделі OSI на каналах типу В в комутаторах мережі ISDN визначений тільки протокол фізичного рівня - протокол I.430/431. Комутація каналів типу В відбувається за вказівками, отриманими по каналах D. Коли пакети протоколу Q.931 маршрутизуються комутатором, то при цьому відбувається одночасна комутація чергової частини складеного каналу від вихідного абонента до кінцевого.
Протокол LAP-D належить сімейству HDLC і володіє всіма родовими рисами цього сімейства, але відрізняється деякими особливостями. Адреса кадру LAP-D складається з двох байт: один байт визначає код служби, а другий використовується для адресації одного з терміналів, якщо у користувача до мережного закінчення NT1 підключено декілька терміналів. Термінальний пристрій може підтримувати різні служби: службу встановлення з'єднання за протоколом Q.931, службу комутації пакетів Х.25, службу моніторингу мережі і т. п. Протокол LAP-D забезпечує два режими роботи: з встановленням з'єднання (єдиний режим роботи протоколу LLC2) та без встановлення з'єднання. Останній режим використовується для управління та моніторингу мережі.
Протокол Q.931 переносить у своїх пакетах адресу ISDN абонента, що викликається, на підставі якого і відбувається настроювання комутаторів на підтримку складеного каналу типу В.
Використання служб ISDN в корпоративних мережах
Незважаючи на великі відмінності від аналогових телефонних мереж, мережі ISDN сьогодні використовуються в основному так само, як аналогові телефонні мережі, тобто як мережі з комутацією каналів, але тільки більш швидкісні. Інтерфейс BRI дає можливість встановити дуплексний режим обміну зі швидкістю 128 Кбіт / с (логічне об'єднання двох каналів типу В), а інтерфейс PRI - 2,048 Мбіт / c. Крім того, якість цифрових каналів набагато вище аналогових, а це значить, що відсоток спотворених кадрів буде набагато нижче, корисна швидкість обміну даними істотно вище.
Зазвичай інтерфейс BRI використовується в комунікаційному обладнанні для підключення окремих комп'ютерів або невеликих локальних мереж, а інтерфейс PRI - в маршрутизаторах, розрахованих на мережі середніх розмірів.
Що ж стосується об'єднання комп'ютерних мереж для підтримки служби з комутацією пакетів, то тут мережі ISDN надають не дуже великі можливості.
На каналах типу В режим комутації пакетів підтримується наступним чином: або за допомогою постійного з'єднання з комутатором мережі Х.25, або за допомогою комутованого з'єднання з цим же комутатором. Тобто канали типу В в мережах ISDN є тільки транзитними для доступу до «справжньої» мережі Х.25. Власне, це зводиться до першого випадку використання мережі ISDN - тільки як мережі з комутацією каналів.
Висновки
Мережі ISDN не розглядаються розробниками корпоративних мереж як хороший засіб для створення магістральних мереж. Основна причина - відсутність швидкісний служби комутації пакетів і невисокі швидкості каналів, що надаються кінцевим користувачам. Для цілей ж підключення мобільних і домашніх користувачів, невеликих філій і освіти резервних каналів зв'язку мережі ISDN зараз використовуються дуже широко. Виробники комунікаційного устаткування випускають широкий спектр продуктів для підключення локальних мереж до ISDN: термінальні адаптери, вилучені мости та офісні маршрутизатори невисокої вартості.
