Цифровые сети ISDN - сети с интегральными услугами

ISDN (Integrated Services Digital Network - цифровые сети с интегральными услугами) относятся к сетям, в которых режим коммутации каналов является основным режимом коммутации. Данные в сети ISDN обрабатываются в цифровой форме. Давайте для начала познакомимся с историей развития этой технологии. Вначале идея реализовать передачу данных непосредственно в цифровой форме, предполагала, что абоненты сети будут передавать только голосовые сообщения. Такие сети получили название IDN - Integrated Digital Network. Термин "интегрированная сеть" относился к интеграции цифровой обработки информации сетью с цифровой передачей голоса абонентом. Причем надо отметить, что идея такой сети была высказана еще в 1959 году, то есть довольно таки давно. Позже было решено, что такая сеть 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.

Предпосылки для создания такого рода сетей сложились только к середине 70-х годов. К этому времени уже широко применялись цифровые каналы Т1 для передачи данных в цифровой форме между АТС, а первый мощный цифровой коммутатор телефонных каналов 4ESS был выпущен компанией Western Electric в 1976 году. В результате работ, проводимых по стандартизации интегральных сетей в CCITT, в 1980 году появился стандарт G.705, в котором излагались общие идеи такой сети. Конкретные спецификации сети ISDN появились в 1984 году в виде серии рекомендаций I. Но, этот набор спецификаций был неполным и не подходил для построения законченной сети.

В результате, хотя оборудование ISDN и начало появляться примерно с середины 80-х годов, оно часто было несовместимым, особенно если производилось в разных странах. В 1988 году рекомендации серии I были пересмотрены и приобрели гораздо более детальный и законченный вид, хотя некоторые неоднозначности сохранились. В 1992 и 1993 годах стандарты ISDN были еще раз пересмотрены и дополнены. Процесс стандартизации этой технологии продолжается и сейчас.

Таким образом, само по себе внедрение сетей ISDN началось достаточно давно - с конца 80-х годов. Однако переход к сетям ISDN не мог обойти тех трудностей, о которых мы говорили выше. Высокая 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 период внедрения 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. Наиболее давно в национальном масштабе эти сети работают в таких странах, как Германия и Франция. Тем не менее, доля абонентов ISDN даже в этих странах 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. Это то, что касается истории развития технологии ISDN. Теперь поговорим, как говорится, по существу. Нельзя сказать, что сети ISDN однозначно относятся к сетям с коммутацией каналов. Архитектура сети ISDN, как ярко показывает само название, предусматривает несколько видов служб:

· 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;

· средства контроля и управления работой сети.

Как видно из этого списка, транспортные службы сетей ISDN действительно предоставляют очень широкий спектр услуг. Сразу можно отметить, что 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 с помощью коммутаторов и конечных узлов сети, которые поддерживают соответствующий стек протоколов, в том числе и специальных протоколов управления. Стандарты ISDN могут обслуживать 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. Следует отметить, что на практике не все сети ISDN могут поддерживать абсолютно все стандартные службы.

Базовой скоростью сети ISDN является скорость цифрового канала типа DS-0, то есть 64 Кбит/с. Кодирование речевых сигналов для передачи по каналу осуществляется с помощью самого простого метода кодирования голоса - импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Технология ISDN предполагает сложный пользовательский интерфейс. Поскольку пользователю необходимо обеспечить помимо подсоединения к сети ISDN еще и удобство выбора соответствующей службы. Поэтому обеспечение пользователю стандартного интерфейса, с помощью которого он сможет выбирать те услуги, которые ему необходимы, является одним из базовых принципов ISDN. Этот интерфейс образуется между двумя типами оборудования, которые устанавливаются в помещении пользователя (Customer Premises Equipment, СРЕ):

· терминальным оборудованием пользователя ТЕ (компьютер с соответствующим адаптером, мост соединяющий локальные сети, телефонный аппарат) и

· сетевым окончанием NT, которое представляет собой устройство, завершающее канал связи с ближайшим коммутатором ISDN. (как это показано на приведенном рисунке)

Для соединения этих типов оборудования пользовательский интерфейс имеет три типа каналов:

· Канал В - со скоростью передачи данных 64 Кбит/с;

· Канал D - со скоростью передачи данных 16 или 64 Кбит/с;

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

Кратко о каждом типе каналов можно сказать следующее:

Каналы типа В обеспечивают передачу пользовательских данных (оцифрованного голоса, компьютерных данных или смеси голоса и данных). Они работают и с более низкими скоростями, чем 64 Кбит/с. Разделение данных выполняется с помощью техники TDM.

Канал типа D выполняет две основные функции. Первой и основной является передача адресной информации, на основе которой осуществляется коммутация каналов типа В в коммутаторах сети. Второй 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 своей основной функции.

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

Таким образом, пользовательский интерфейс ISDN представляет собой набор каналов определенного типа и с определенными скоростями. Сеть ISDN имеет два типа пользовательского интерфейса: начальный (Basic Rate Interface, BRI) и основной (Primay Rate Interface, PRI).

Начальный интерфейс BRI

Этот интерфейс, как следует из его названия, отвечает непосредственно за саму передачу данных. Для этих целей он 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), говорят еще - интерфейс поддерживает схему 2B+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 они являются логическими каналами, а не физическими. Данные по интерфейсу BRI передаются кадрами, из 48 бит. Каждый кадр содержит по 2 байта каждого из В каналов, а также 4 бита канала D (для служебной информации). 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

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 того, что в Европе большая популярность имеют скорости цифровых каналов - 2,048 Мбит/с, а в остальных регионах - скорости 1,544 Мбит/с, привести стандарт на интерфейс PRI к общему варианту не удалось.

Основной интерфейс может быть основан и на каналах типа Н. При этом общая пропускная способность интерфейса все равно не должна превышать 2,048 или 1,544 Мбит/с. Кадры интерфейса PRI имеют структуру кадров DS-1 для цифровых каналов Т1 или Е1. Основной интерфейс PRI стандартизован в рекомендации I.431. Подключение пользовательского оборудования к сети ISDN осуществляется в соответствии со стандартной схемой подключения, разработанной CCITT с помощью специализированного оборудования. Теперь рассмотрим, также в общем плане, следующий не маловажный вопрос, который касается организации адресации в сетях ISDN. Надо обратить внимание, что технология ISDN разрабатывалась как основа всемирной телекоммуникационной сети. Она должна обеспечить связь, как для телефонных абонентов, так и абонентов других глобальных сетей - компьютерных, телексных.

Поэтому при разработке схемы адресации узлов, подключаемых к сети ISDN необходимо было обеспечить следующие требования. Во-первых, сделать эту схему достаточно емкой для всемирной адресации. Во-вторых, сделать ее совместимой со схемами адресации других типов сетей, чтобы абоненты этих сетей, в случае соединения своих сетей через сеть ISDN, могли бы пользоваться привычными форматами адресов. Разработчики технологии ISDN решили добиться необходимого результата использованием в адресе ISDN адресов объединяемых сетей. Основное назначение сети ISDN - это передача телефонного трафика. Поэтому за основу адреса ISDN был взят формат международного телефонного плана номеров, описанный в стандарте ITU-T E.163. Однако этот формат был расширен для поддержки большего числа абонентов и для использования в нем адресов других сетей.

Таким образом, стандарт адресации в сетях ISDN получил номер Е.164. Формат Е.163 предусматривает до 12 десятичных цифр в номере, а формат адреса ISDN в стандарте Е.164 расширен до 55 десятичных цифр. Для сетей ISDN понятия номер абонента и адрес абонента различны.

Например, вся офисная АТС может идентифицироваться одним номером ISDN. Он состоит из 15 десятичных цифр и делится, как и телефонный номер по стандарту Е.163, на поле "Код страны" (от 1 до 3 цифр), поле "Код города" и поле "Номер абонента". Адрес ISDN включает номер плюс до 40 цифр подадреса. Подадрес используется для нумерации терминальных устройств, которые находятся за пользовательским интерфейсом. Например, если на предприятии имеется офисная АТС, то ей можно присвоит один номер, например 7-095-640-20-00.

Таким образом, для вызова абонента, имеющего подадрес 134, внешний абонент должен набрать номер 7-095-640-20-00-134. При вызове абонентов из сети, не относящейся к ISDN, их адрес может непосредственно заменять адрес ISDN. Позже стандарт ISO 7498 определил еще более сложный формат адреса, который учитывал тип используемой сети ISDN.

Итак, мы уже определили на данный момент, какие типы каналов использует сеть ISDN, каким образом обеспечивается подключение пользователей, каким образом происходит адресация, давайте еще немного остановимся на особенностях используемого стека протоколов сети ISDN.

В сети ISDN существуют два стека протоколов: стек каналов типа D и стек каналов типа В. Если говорить о каналах типа D, то они образуют традиционную сеть с коммутацией пакетов, с работой которой мы познакомимся немного позже.

Для сети каналов D определены три уровня протоколов:

· физический протокол (он определяется стандартом I.430/431),

· канальный протокол (это протокол LAP-D, который определяется стандартом Q.921)

· и протоколы сетевого уровня (определены стандартом Q.931)

Каналы типа В образуют сеть с коммутацией цифровых каналов. Если перевести на термины модели OSI, то можно сказать, что на каналах типа В в коммутаторах сети ISDN определен только протокол физического уровня - протокол I.430/431. Как мы уже отмечали коммутация каналов В "управляется" каналами типа D. Протокол LAP-D, который используется для этих целей, принадлежит семейству протоколов HDLC и поддерживает два режима работы - с установлением соединения и без установления соединения. Последний режим чаще всего используется для управления и мониторинга состояния сети.

Напоследок нашего знакомства с цифровыми сетями ISDN, рассмотрим еще особенности их практического использования. Как мы уже говорили, сети ISDN обеспечивают несколько видов служб и имеют большие отличия от аналоговых телефонных сетей. Несмотря на это, на сегодня они используются в основном так же, как аналоговые телефонные сети, то есть как сети с коммутацией каналов, но только более скоростные: интерфейс BRI дает возможность установить дуплексный режим обмена со скоростью 128 Кбит/с (логическое объединение двух каналов типа В), а интерфейс PRI - 2,048 Мбит/с.

И, как мы уже не один раз отмечали, качество цифровых каналов гораздо выше, чем аналоговых. Поэтому для таких сетей всегда есть гарантия, что процент искаженных кадров будет гораздо ниже и полезная скорость обмена данными существенно выше. В процессе использования сетей ISDN выделяется несколько особенностей. Обычно интерфейс BRI используется в коммуникационном оборудовании для подключения отдельных компьютеров или небольших локальных сетей, а интерфейс PRI - в коммуникационном оборудовании, которое связывает локальные сети средних размеров. Если говорить о возможности объединения компьютерных сетей для поддержки службы с коммутацией пакетов, то здесь сети ISDN предоставляют не очень большие возможности. Развитие технологии трансляции кадров на каналах типа В привело к выделению этой технологии в отдельный тип сетей с созвучным названием - frame relay со своей инфраструктурой каналов и коммутаторов, о которых мы поговорим позже. Таким образом, сети ISDN и относятся, в принципе, к сетям с коммутацией каналов. Еще один момент, о котором хочется упомянуть - Сети ISDN не рассматриваются разработчиками корпоративных сетей как хорошее средство для создания магистрали сети. Но там, где нужно обеспечить подключение мобильных и домашних пользователей, небольших филиалов и образования резервных каналов связи сети ISDN сейчас используются очень широко, естественно там, где они существуют. В настоящее время производители коммуникационного оборудования выпускают широкий спектр продуктов для подключения локальных компьютерных сетей к сети ISDN.

Таким образом, познакомившись с организацией и особенностями работы цифровых телефонных сетей мы закончили рассматривать второй тип глобальных сетей - сетей с коммутацией каналов. Давайте еще раз повторим наиболее важные моменты, которые характерны для цифровых коммутируемых сетей.

1. Цифровые сети с коммутацией каналов представлены двумя технологиями: Switched 56 и ISDN. Switched 56 - это переходная технология, которая основана на предоставлении пользователю 4-проводного цифрового абонентского окончания Т1/Е1, но со скоростью 56 Кбит/с. Коммутаторы такой сети работают с использованием цифровой коммутации. Технология Switched 56 обеспечивает соединение компьютеров и локальных сетей со скоростью 56 Кбит/с. Цифровые сети с интегрированными услугами - ISDN - разработаны для объединения в одной сети различных транспортных и прикладных служб. ISDN предоставляет своим абонентам услуги выделенных каналов, коммутируемых каналов, а также коммутации пакетов.

2. Пользовательский интерфейс (UNI) предоставляется пользователям ISDN в двух видах - BRI и PRI. Интерфейс BRI предназначен для массового пользователя и построен по схеме 2B+D. Интерфейс PRI имеет две разновидности - североамериканскую 23B+D и европейскую 30B+D.

3. Построение глобальных связей на основе сетей ISDN в корпоративной сети ограничено в основном организацией удаленного доступа и объединением небольших локальных сетей на основании службы коммутации каналов.

4. Служба коммутации пакетов по каналу типа D реализуется редко - это связано с его невысокой скоростью, которая обычно составляет не более 9600 бит/с. Поэтому сети ISDN используются так же, как и аналоговые телефонные сети, но только как более скоростные и надежные.