Коммутируемый доступ через сеть ISDN

Назначение и структура ISDN

Целью создания технологии ISDN (Integrated Services Digital Network — цифровая сеть с интегрированным обслуживанием) было построение всемирной сети, которая должна была прийти на смену телефонной сети и, будучи такой же доступной и распространенной, предоставлять миллионам своих пользователей разнообразные услуги, как телефонные, так и передачи данных. Передача телевизионных программ по ISDN не предполагалась, поэтому было решено ограничиться пропускной способностью абонентского окончания для массовых пользователей в 128 Кбит/с.

Если бы цель разработчиков ISDN была достигнута в полной мере, то проблема доступа домашних пользователей к Интернету и корпоративным сетям была бы окончательно решена. Однако по многим причинам внедрение ISDN происходило очень медленно — про­цесс, который начался в 80-е годы, растянулся больше чем на десять лет, так что к моменту появления в домах пользователей некоторые услуги ISDN просто морально устарели. Так, скорость доступа 128 Кбит/с сегодня уже достаточна не для всех пользователей. Существу­ет, правда, такой интерфейс ISDN, который обеспечивает скорость доступа до 2 Мбит/с, но он достаточно дорог для массового пользователя и его обычно применяют только пред­приятия для подключения своих сетей.

Хотя сеть ISDN и не стала той новой публичной сетью, на роль которой она претендовала, ее услуги сегодня достаточно доступны. Далее мы рассмотрим структуру этой сети и ее возможности в отношении организации удаленного доступа.

Архитектура сети ISDN предусматривает несколько видов услуг (рис. 22.6):

§ 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 сети Frame Relay);

§ средства контроля и управления работой сети.

Рис. 22.6. Услуги сети ISDN

 

Как видно из приведенного списка, транспортные службы сетей ISDN действительно покрывают очень широкий спектр услуг, включая популярные услуги сети Frame Relay. 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.

Все услуги основаны на передаче информации в цифровой форме. Пользовательский интерфейс также является цифровым, то есть все его абонентские устройства (телефон, компьютер, факс) должны передавать в сеть цифровые данные. Организация цифрового абонентского окончания (Digital Subscriber Line, DSL) стала одним из серьезных пре­пятствий на пути распространения ISDN, так как требовала модернизации миллионов абонентских окончаний.

На практике не все сети ISDN поддерживают все стандартные службы. Служба Frame Relay, хотя и была разработана в рамках сети ISDN, 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 — РСМ, 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 пакетов. Однако сеть с коммутацией пакетов, работающая в составе ISDN, выполняет только служебные функции — с ее помощью пере­даются сообщения сигнального протокола. А вот основная информация, то есть сам голос, по-прежнему передается через сеть с коммутацией каналов. В таком разделении функций есть вполне понятная логика — сообщения о вызове абонентов образуют пульсирующий трафик, поэтому его эффективнее передавать по сети с коммутацией пакетов.

Интерфейсы BRI и PRI

Одним из основных 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 Premises Equipment, CPE). К этому оборудованию относится:

§ терминальное оборудование (Terminal Equipment, ТЕ) пользователя (компьютер с со­ответствующим адаптером, маршрутизатор, телефонный аппарат);

§ сетевое окончание (Network Termination, NT), которое представляет собой устройство, завершающее линию связи с ближайшим коммутатором ISDN.

Пользовательский интерфейс основан на каналах трех типов: В, D и Н.

Каналы типа В обеспечивают передачу пользовательских данных (оцифрованного голо­са, компьютерных данных или смеси голоса и данных) 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 соединения, которые эквиваленты соединениям выделенных каналов обычной телефонной сети. 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 со скоростью 16 или 64 Кбит/с. Передача адресной ин­формации, на основе которой осуществляется коммутация каналов типа В в коммутаторах сети, является основной функцией канала D. Другой его функцией является поддержание сервиса низкоскоростной сети с коммутацией пакетов для пользовательских данных. Обычно этот сервис выполняется сетью в то время, когда каналы типа D свободны от вы­полнения основной функции.

Каналы типа Н предоставляют пользователям возможности высокоскоростной передачи данных со скоростью 384 Кбит/с (НО), 1536 Кбит/с (НИ) или 1920 Кбит/с (Н12). 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 вида пользовательского интерфейса с начальной (Basic Rate Interface, BRI) и основной (Primay Rate Interface, PRI) скоростями передачи данных.

Начальный интерфейс ISDN 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 дуплексном 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 2 байта каждого из двух каналов В, а также 4 бита канала D. Передача кадра длится 250 мс, что обеспечивает скорость передачи данных 64 Кбит/с для каналов В и 16 Кбит/с — для канала D. Помимо битов данных кадр содержит служебные биты для синхронизации кадров, а также обеспечения нулевой постоянной составляющей электрического сигнала. Интерфейс BRI может поддерживать не только схему 2В + D, но и В + D и просто D.

Начальный интерфейс стандартизован в рекомендации 1.430.

Основной интерфейс ISDN предназначен для пользователей с повышенными требования­ми к пропускной способности сети. Интерфейс PRI поддерживает либо схему ЗОВ + D, либо схему 23В + 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 20В + 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 также 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 НО возможны интерфейсы ЗН0 + D для американского варианта и 5Н0 + D для европейского. Для каналов Н1 возможен интерфейс, состоящий только из одно­го канала Н11 (1,536 Мбит/с) для американского варианта или одного канала Н12 (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 1.431.

ВНИМАНИЕ

Как каналы В, так и каналы D являются логическими каналами абонентского окончания, которое физически представляет собой одну витую пару. Каналы D и В образуются путем применения техники TDM к физической среде, образуемой этой витой парой.

Стек протоколов ISDN

В сети ISDN существует два стека протоколов: стек каналов типа D и стек каналов типа В (рис. 22.7).

Рис. 22.7. Структура сети ISDN

 

Сеть каналов типа D внутри сети ISDN служит транспортной системой с коммутацией пакетов, применяемой для передачи сообщений сигнализации. Прообразом этой сети по­служила технология сетей Х.25. Для сети каналов D определены три уровня протоколов:

§ физический протокол определяется стандартом 1.430/431;

§ канальный протокой LAP-D определяется стандартом Q.921;

§ на сетевом уровне может использоваться протокол сигнализации Q.931, с помощью которого выполняется маршрутизация вызова абонента службы с коммутацией каналов.

Каналы типа В образуют сеть с коммутацией каналов, которая передает данные абонентов, то есть оцифрованный голос. В терминах модели OSI на каналах типа В в коммутаторах сети ISDN определен только протокол физического уровня - протокол 1.430/431. Ком­мутация каналов типа В происходит по указаниям, полученным по каналу D. Когда кадры протокола Q.931 маршрутизируются коммутатором, происходит одновременная коммута­ция очередной части составного канала от исходного абонента к конечному Протокол LAP-D принадлежит к семейству HDLC. Протокол LAP-D обладает всеми «родовыми чертами» этого семейства, но имеет и некоторые особенности. Адрес кадра LAP-D состоит из двух байтов - один байт определяет код службы, которой пересылаются вложенные в кадр пакеты, а второй требуется для адресации одного из терминалов, если у пользователя к абонентскому окончанию подключено несколько терминалов. Терми­нальное устройство ISDN может поддерживать разные услуги: установление соединения по протоколу Q.931, коммутация пакетов Х.25, мониторинг сети и т. п. Протокол LAP-D обеспечивает два режима работы: с установлением соединения и без установления соеди­нения. Последний режим используется, например, для мониторинга сети.

Протокол Q.931 является сигнальным протоколом ISDN для участка пользователь-сеть, то есть протоколом типа UNI. Он переносит в своих пакетах ISDN-адрес вызываемого абонента, на основании которого и происходит настройка коммутаторов на поддержку составного канала типа В. Процедуру установления соединения по протоколу Q.931 ил­люстрирует рис. 22.8.

Рис. 22.8. Базовая процедура установления соединения в ISDN по протоколу Q.931

 

После того как пользователь снял трубку и набрал номер вызываемого абонента, теле­фонный аппарат формирует пакет вызова (set up) и отправляет его по каналу D ком­мутатору N, к которому он подключен. Этот коммутатор отвечает аппарату абонента пакетом обработки вызова, с приходом которого аппарат начинает генерировать длинные гудки. Одновременно коммутатор запоминает факт запроса на установление соединения и передает принятое сообщение следующему коммутатору, адрес которого он находит по таблице, аналогичной таблице маршрутизации маршрутизаторов пакетных сетей. При этом сообщение протокола Q.931 транслируется в сообщение начального адреса (Initial Address Message, IAM) протокола SS7 аналогичного назначения (на рисунке сообщения SS7 не детализированы). Проходя через сеть, сообщения SS7 переводят промежуточные коммутаторы в состояние готовности к установлению соединения. Выходной коммутатор сети, к которому подключен аппарат вызываемого абонента, преобразует сообщение на­чального адреса протокола SS7 в сообщение вызова протокола Q.931, на основании кото­рого телефонный аппарат начинает звонить. Если абонент снимает трубку, то его аппарат генерирует сообщение соединения (connect), которое в обратном порядке проходит через все промежуточные коммутаторы (преобразованное, естественно, в соответствующее со­общение SS7). При обратном проходе коммутаторы устанавливают состояние соединения, коммутируя соответствующим образом каналы типа В.

Любое абонентское устройство ISDN должно поддерживать протокол Q.931, так что теле­фон ISDN намного сложнее своего аналогового коллеги. Как видно из рисунка, внутри сети сообщения Q.931 транслируются в сообщения протокола SS7, который является протоколом взаимодействия коммутатор-коммутатор (NNI), а затем снова преобразуются в сообщения Q.931 на абонентском окончании.