ISDN (Integrated Services Digital Network цифровые сети с интегральными услугами)

ISDN (Integrated Services Digital Network — цифровые сети с интегральными услу­гами) относятся к сетям, в которых основным режимом коммутации является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме. Идеи перехода с телефонных сетей общего пользования на полностью цифровую обра­ботку данных, при которой конечный абонент передает данные непосредственно в цифровой форме, высказывались давно. Сначала предполагалось, что абоненты этой сети будут передавать только голосовые сообщения. Такие сети получили название IDN (Integrated Digital Network — интегрированная цифровая сеть). Термин «интегрированная» относился к интеграции цифровой обработки ин­формации сетью с цифровой передачей голоса абонентом. Идея такой сети была высказана еще в 1959 году. Затем было решено, что она должна предоставлять своим абонентам не только возможность поговорить между собой, но и восполь­зоваться другими услугами — в первую очередь передачей компьютерных дан­ных. Кроме того, сеть должна была поддерживать для абонентов разнообразные услуги прикладного уровня — факсимильную связь, телетекс (передачу данных между двумя терминалами), видеотекс (получение хранящихся в сети данных на свой терминал), голосовую почту и ряд других.

Внедрение сетей ISDN началось достаточно давно — с конца 80-х годов, однако техническая сложность пользовательского интерфейса, отсутствие единых стан­дартов на многие жизненно важные функции, а также необходимость крупных капиталовложений для переоборудования телефонных АТС и каналов связи привели к тому, что «инкубационный период» затянулся на многие годы, и сей­час, когда прошло уже более десяти лет, распространенность сетей ISDN остав­ляет желать лучшего. Кроме того, в разных странах судьба ISDN складывалась по-разному. Раньше других в национальном масштабе эти сети заработали в та­ких странах, как Германия и Франция. Однако даже в этих странах доля абонен­тов ISDN составляет немногим более 5 % от общего числа абонентов телефонной сети. В США процесс внедрения сетей ISDN намного отстал от Европы, поэтому сетевая индустрия только недавно заметила наличие такого рода сетей. Если су­дить о тех или иных типах глобальных сетей по коммуникационному оборудова­нию для корпоративных сетей, то может сложиться ложное впечатление, что технология ISDN появилась где-то в 1994-1995 годах, так как именно в эти го­ды начали появляться маршрутизаторы с поддержкой интерфейса ISDN. Это обстоятельство просто отражает тот факт, что именно в эти годы сеть ISDN ста­ла достаточно распространенной в США — стране, компании которой являются лидерами в производстве сетевого оборудования для корпоративных сетей.

Архитектура сети ISDN предусматривает несколько видов служб (рис. 16.3):

- некоммутируемые средства (выделенные цифровые каналы);

- коммутируемая телефонная сеть общего пользования;

- сеть передачи данных с коммутацией каналов;

- сеть передачи данных с коммутацией пакетов;

- сеть передачи данных с трансляцией кадров (режим frame relay);

- средства контроля и управления работой сети.

Как видно из приведенного списка, транспортные службы сетей ISDN действи­тельно покрывают очень широкий спектр услуг, включая популярные услуги frame relay. Кроме того, большое внимание уделено средствам контроля сети, которые позволяют маршрутизировать вызовы для установления соединения с абонен­том сети, а также осуществлять мониторинг и управление сетью. Управляемость сети обеспечивается интеллектуальностью коммутаторов и конечных узлов сети, поддерживающих стек протоколов, в том числе и специальных протоколов управ­ления.

Стандарты ISDN описывают также ряд услуг прикладного уровня: факсимиль­ную связь на скорости 64 кбит/с, телексную связь на скорости 9600 бит/с, видеотекс на скорости 9600 бит/с и некоторые другие.

На практике не все сети ISDN поддерживают все стандартные службы. Служба frame relay хотя и была разработана в рамках сети ISDN, однако реализуется, как правило, с помощью отдельной сети коммутаторов кадров, не пересекающейся с сетью коммутаторов ISDN.

Базовой скоростью сети ISDN является скорость канала DS-0, то есть 64 кбит/с. Эта скорость ориентируется на самый простой метод кодирования голоса — ИКМ, хотя дифференциальное кодирование и позволяет передавать голос с тем же ка­чеством на скорости 32 или 16 кбит/с.

Одной из оригинальных идей, положенных в основу ISDN, является совместное использование принципов коммутации каналов и коммутации пакетов. Однако сеть с коммутацией пакетов, работающая в составе ISDN, выполняет служебные функции — с помощью этой сети передаются сообщения протокола сигнализа­ции. А вот основная информация, то есть сам голос, по-прежнему передается с помощью сети с коммутацией каналов. В таком разделении функций есть вполне понятная логика — сообщения о вызове абонентов образуют пульсирующий трафик, поэтому его более эффективно передавать по сети с коммутацией пакетов.

 Пользовательские интерфейсы ISDN

Одним из базовых принципов ISDN является предоставление пользователю стан­дартного интерфейса, с помощью которого пользователь может запрашивать у сети разнообразные услуги. Этот интерфейс образуется между двумя типами оборудования, устанавливаемого в помещении пользователя (Customer PremisesEquipment, CPE): терминальным оборудованием пользователя ТЕ (компьютер с соответствующим адаптером, маршрутизатор, телефонный аппарат) и сетевым окончанием NT, которое представляет собой устройство, завершающее канал связи с ближайшим коммутатором ISDN.

Пользовательский интерфейс основан на каналах трех типов:

- В - со скоростью передачи данных 64 кбит/с;

- D - со скоростью передачи данных 16 или 64 кбит/с;

- Н - со скоростью передачи данных 384 кбит/с (Н0), 1536 кбит/с (Н11) или 1920 кбит/с (Н12).

Каналы типа В обеспечивают передачу пользовательских данных (оцифрованно­го голоса, компьютерных данных или смеси голоса и данных) и с более низкими скоростями, чем 64 кбит/с. Разделение данных выполняется с помощью техники TDM. Разделением канала В на подканалы в этом случае должно заниматься пользовательское оборудование, сеть ISDN всегда коммутирует целые каналы типа В. Каналы типа В могут соединять пользователей с помощью техники ком­мутации каналов друг с другом, а также образовывать так называемые полупо­стоянные (semipermanent) соединения, которые эквиваленты соединениям служ­бы выделенных каналов. Канал типа В может также подключать пользователя к коммутатору сети Х.25.

Канал типа D является каналом доступа к служебной сети с коммутацией пакетов, передающей сигнальную информацию. Передача адресной информации, на ос­нове которой осуществляется коммутация каналов типа В в коммутаторах сети, является основной функцией канала D. Другой его функцией является поддержание услуг низкоскоростной сети с коммутацией пакетов для пользовательских данных. Обычно эта услуга выполняется сетью в то время, когда каналы типа D свободны от выполнения основной функции.

Каналы типа Н предоставляют пользователям возможности высокоскоростной передачи данных. На них могут работать службы высокоскоростной передачи факсов, видеоинформации, качественного воспроизведения звука.

Пользовательский интерфейс ISDN представляет собой набор каналов опреде­ленного типа и с определенными скоростями.

Сеть ISDN поддерживает два типа пользовательского интерфейса — начальный (Basic Rate Interface, BRI) и основной (Primary Rate Interface, PRI).

Начальный интерфейс BRI предоставляет пользователю два канала по 64 кбит/с для передачи данных (каналы типа В) и один канал с пропускной способностью 16 кбит/с для передачи управляющей информации (канал типа D). Все каналы работают в полнодуплексном режиме. В результате суммарная скорость интер­фейса BRI для пользовательских данных составляет 144 кбит/с по каждому на­правлению, а с учетом служебной информации — 192 кбит/с. Различные каналы пользовательского интерфейса разделяют один и тот же физический двухпроводный кабель по технологии TDM, то есть являются логическими, а не физиче­скими каналами. Данные по интерфейсу BRI передаются кадрами, состоящими из 48 бит. Каждый кадр содержит по два байта каждого из В каналов, а также 4 бита канала D. Передача кадра длится 250 мс, что обеспечивает скорость дан­ных 64 кбит/с для каналов В и 16 кбит/с для канала D. Кроме битов данных кадр содержит служебные биты для синхронизации кадров, а также обеспечения нулевой постоянной составляющей электрического сигнала.

Интерфейс BRI может поддерживать не только схему 2B+D, но и B+D и про­сто D (когда пользователь направляет в сеть только пакетизированные данные).

Начальный интерфейс стандартизован в рекомендации I.430.

Основной интерфейс PRI предназначен для пользователей с повышенными тре­бованиями к пропускной способности сети. Интерфейс PRI поддерживает либо схему 30B+D, либо схему 23B+D. В обеих схемах канал D обеспечивает скорость 64 кбит/с. Первый вариант предназначен для Европы, второй — для Северной Америки и Японии. Ввиду большой популярности скорости цифровых каналов 2,048 Мбит/с в Европе и скорости 1,544 Мбит/с в остальных регионах привести стандарт на интерфейс PRI к общему варианту не удалось.

Возможны варианты интерфейса PRI с меньшим количеством каналов типа В, например 20B+D. Каналы типа В могут объединяться в один логический высо­коскоростной канал с общей скоростью до 1920 кбит/с. При установке у пользо­вателя нескольких интерфейсов PRI все они могут иметь один канал типа D, при этом количество каналов В в том интерфейсе, который не имеет канала D, может увеличиваться до 24 или 31.

Основной интерфейс может быть основан на каналах типа Н. При этом общая пропускная способность интерфейса все равно не должна превышать 2,048 или 1,544 Мбит/с. Для каналов Н0 возможны интерфейсы 3H0+D для американско­го варианта и 5H0+D для европейского. Для каналов H1 возможен интерфейс, состоящий только из одного канала Н11 (1,536 Мбит/с) для американского ва­рианта или одного канала H12 (1,920 Мбит/с) и одного канала D для европей­ского варианта.

Кадры интерфейса PRI имеют структуру кадров DS-1 для каналов Т1 или Е1. Основной интерфейс PRI стандартизован в рекомендации I.431.

Подключение пользовательского оборудования к сети ISDN

Подключение пользовательского оборудования к сети ISDN осуществляется в соответствии со схемой подключения, разработанной CCITT (рис. 16.4). Обору­дование делится на функциональные группы, и в зависимости от группы разли­чается несколько справочных точек (reference points) соединения разных групп оборудования между собой.

Устройства функциональной группы NT1 (Network Termination 1) образуют циф­ровое абонентское окончание (Digital Subscriber Line, DSL) на кабеле, соединяющем пользовательское оборудование с сетью ISDN. Фактически NT1 представ­ляет собой устройство типа CSU, которое работает на физическом уровне и образует дуплексный канал с соответствующим устройством CSU, установлен­ном на территории оператора сети ISDN. Справочная точка Uсоответствует точ­ке подключения устройства NT1 к сети. Устройство NT1 может принадлежать оператору сети (хотя всегда устанавливается в помещении пользователя), а мо­жет принадлежать и пользователю. В Европе принято считать устройство NT1 частью оборудования сети, поэтому пользовательское оборудование (например, маршрутизатор с интерфейсом ISDN) выпускается без встроенного устройства NT1. В Северной Америке принято считать устройство NT1 принадлежностью пользовательского оборудования, поэтому пользовательское оборудование часто выпускается со встроенным устройством NT1.

Если пользователь подключен через интерфейс BRI, то цифровое абонентское окончание выполнено по 2-проводной схеме (как и обычное окончание аналого­вой телефонной сети). Для организации дуплексного режима используется тех­нология одновременной выдачи передатчиками потенциального кода 2B1Q с эхо-подавлением и вычитанием своего сигнала из суммарного. Максимальная длина абонентского окончания в этом случае составляет 5,5 км.

При использовании интерфейса PRI цифровое абонентское окончание выполня­ется по схеме канала Т1 или Е1, то есть является 4-проводным с максимальной длиной около 1800 м.

Устройства функциональной группы NT2 (Network Termination 2) представляют собой устройства канального или сетевого уровня, которые выполняют функции концентрации пользовательских интерфейсов и их мультиплексирование. Напри­мер, к этому типу оборудования относятся: офисная АТС (РВХ), коммутирую­щая несколько интерфейсов BRI, маршрутизатор, работающий в режиме комму­тации пакетов (например, по каналу D), простой мультиплексор TDM, который мультиплексирует несколько низкоскоростных каналов в один канал типа В. Точка подключения оборудования типа NT2 к устройству NT1 называется спра­вочной точкой типа Т. Наличие этого типа оборудования не является обязатель­ным в отличие от NT1.

Устройства функциональной группы ТЕ1 (Terminal Equipment 1) относятся к уст­ройствам, которые поддерживают интерфейс пользователя BRI или PRI. Спра­вочная точка S соответствует точке подключения отдельного терминального обо­рудования, поддерживающего один из интерфейсов пользователя ISDN. Таким оборудованием может быть цифровой телефон или факс-аппарат. Так как обору­дование типа NT2 может отсутствовать, то справочные точки S и Т объединяют­ся и обозначаются как S/T.

Устройства функциональной группы ТЕ2 (Terminal Equipment 2) представляют собой устройства, которые не поддерживают интерфейс BRI или PRI. Таким устройством может быть компьютер, маршрутизатор с последовательными ин­терфейсами, не относящимися к ISDN, например RS-232C, Х.21 или V.35. Для подключения такого устройства к сети ISDN необходимо использовать терми­нальный адаптер (Terminal Adapter, ТА). Для компьютеров терминальные адап­теры выпускаются в формате сетевых адаптеров — как встраиваемая карта.

Физически интерфейс в точке S/T представляет собой 4-проводную линию. Так как кабель между устройствами ТЕ1 или ТА и сетевым окончанием NT1 или NT2 обычно имеет небольшую длину, то разработчики стандартов ISDN решили не усложнять оборудование, поскольку организация дуплексного режима на 4-проводной линии намного легче, чем на 2-проводной. Для интерфейса BRI в качестве метода кодирования выбран биполярный метод AMI, причем логиче­ская единица кодируется нулевым потенциалом, а логический ноль — чередова­нием потенциалов противоположной полярности. Для интерфейса PRI исполь­зуются другие коды, те же, что и для интерфейсов Т1 и Е1, то есть соответственно B8ZS и HDB3.

Физическая длина интерфейса PRI колеблется от 100 до 1000 м в зависимости от схемы подключения устройств (рис. 16.5).

Дело в том, что при небольшом количестве терминалов (ТЕ1 или ТЕ2+ТА) раз­решается не использовать местную офисную АТС, а подключать до 8 устройств к одному устройству типа NT1 (или NT2 без коммутационных возможностей) по схеме монтажного ИЛИ (подключение напоминает подключение станций к ко­аксиальному кабелю Ethernet, но только в 4-проводном варианте). При подклю­чении одного устройства ТЕ (через терминальные резисторы R, согласующие па­раметры линии) к сетевому окончанию NT (см. рис. 16.5, а) длина кабеля может достигать 1000 м. При подключении нескольких устройств к пассивному кабелю (см. рис. 16.5, б) максимальная длина кабеля сокращается до 100-200 м. Правда, если эти устройства сосредоточены на дальнем конце кабеля (расстояние между ними не превышает 25-50 м), то длина кабеля может быть увеличена до 500 м (рис. 16.5, в). И, наконец, существуют специальные многопортовые устройства NT1, которые обеспечивают звездообразное подключение до 8 устройств, при этом дли­на кабеля увеличивается до 1000 м (рис. 16.5, г).

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/394567-isdn-integrated-services-digital-network--ci