Цифровые коммутируемые линии ISDN (сети ISDN).

Сети ISDN (Integrated Services Digital Network, цифровые сети с интегральными услугами) задумывались как цифровые сети, идущие на смену телефонным сетям, и обеспечивающие качественную и быструю передачу голоса и компьютерных данных.

Сети ISDN предоставляют много услуг, среди которых выделенные и коммутируемые цифровые каналы передачи данных и голоса, сеть передачи данных с коммутацией пакетов (аналогично сети X.25), услуги сети Frame Relay.

В настоящее время большинство из услуг сети ISDN не востребованы: сети Frame Relay выделились в самостоятельные сети, сети с коммутацией пакетов в рамках ISDN не обеспечивают высокой скорости и гарантий качества обслуживания, как это делают сети ATM. Поэтому в основном сети ISDN используются также, как и аналоговые телефонные сети, но только как более скоростные и надежные.

Если технологии PDH и SONET/SDH используются для создания выделенных цифровых линий, то технология ISDN, помимо этого, позволяет организовывать коммутируемую цифровую линию, со скоростью передачи данных до 128 Кбит/с (2-проводное окончание), либо до 1,544 или 2,048 Мбит/c (4-проводное окончание, скорость линий T1/E1). Абонент сети ISDN может установить соединение с другим абонентом, который напоминает телефонный номер.

Адрес ISDN состоит из двух частей : номера абонента (до 15 десятичных цифр: код страны, код города, номер абонента, который соответствует точке подключения сети абонента к сети ISDN) и адреса абонента (подномер конкретного устройства в сети абонента).

Для использования услуг сети ISDN в помещении пользователя должно быть установлено специальное оборудование CPE (Customer Premises Equipment), которое состоит из сетевого окончания NT (Network Termination) и терминального оборудования TE (Terminal Equipment). Именно сетевое окончание NT получает номер абонента, а терминальное оборудование TE (компьютер, маршрутизатор или телефонный аппарат с интерфейсом ISDN) получает адрес абонента.

Основной проблемой подключения удаленного пользователя к сети Internet или к сети предприятия является проблема «последней мили». В самой глобальной сети могут использоваться высокоскоростные линии SONET/SDH, однако пользователь обычно подключался к сети при помощи обычного аналогового модема, что ограничивает скорость обмена данными величиной в 33,6 – 56 Кбит/с, вне зависимости от того, насколько «быстрая» сама сеть.

Устанавливать у каждого пользователя дома оборудование T1/E1 или ISDN с 4-проводным окончанием слишком дорого и технически сложно, а оборудование ISDN с 2-проводным окончанием обеспечивает не достаточно высокую скорость доступа (всего 128 Кбит/c). Большинство пользователей хотели бы получит дешевый и быстрый цифровой доступ к Internet при помощи стандартной 2-проводной телефонной линии и простого устройства типа модема.

Перечисленные ниже устройства решают проблему «последней мили» при помощи специальных модемов: симметричная цифровая абонентская линия (SDSL), цифровая абонентская линия с переменной скоростью (Rate Adaptive DSL, VDSL), ассиметричная цифровая абонентская линия (Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL). Среди перечисленных, наибольшее распространение получила технология ADSL.

Технология ADSL рассчитана на высокоскоростную передачу данных на коротком отрезке витой пары, соединяющей абонента с ближайшей телефонной ATC.

В то время как обычные аналоговые модемы рассчитаны на работу через телефонную сеть с произвольным количеством телефонных коммутаторов между клиентом и провайдером, модемы ADSL могут подключаться только непосредственно к маршрутизатору на телефонной станции, не проходя телефонные коммутаторы (благодаря этому на коротком отрезке витой пары между пользователей и маршрутизатором удается добиться высоких скоростей передачи данных) (рис. 29).

Рис. 29. Технология ADSL.

Если телефонная станция предоставляет услуги ADSL, то в здании ATC должен находиться маршрутизатор сети Internet (на рисунке он обозначен как «R»), который при помощи высокоскоростных каналов связан с другими маршрутизаторами. Оборудование ADSL подключается непосредственно к маршрутизатору. Голосовой канал выделяется оборудованием ADSL и направляется на коммутатор телефонной станции.

Одним из главных преимуществ технологии ADSL, по сравнению с аналоговыми модемами, ISDN и T1/E1 – это то, что передачи голоса и данных идут параллельно и никак не влияют друг на друга.

ADSL-модемы, подключаемые к обоим концам короткой линии между абонентом и ATC, образуют 3 канала: быстрый канал передачи данных из сети в компьютер, мене быстрый дуплексный канал передачи данных из компьютера в сеть и простой канал телефонной связи, по которому передаются обычные телефонные разговоры.

Передача данный в канале «сеть-абонент» происходит со скоростью от 1,5 до 6 Мбит/с, в канале «абонент-сеть» - со скоростью от 16 Кбит/с до 1 Мбит/с. В обоих случаях конкретная величина скорости передачи данных зависит от длины и качества линии.

Асимметричных характер скорости передачи данных вводится специально, так как удаленный пользователь Internet или корпоративной сети обычно загружает данные из сети в свой компьютер, а в обратном направлении идет либо подтверждение приема данных, либо поток данных существенно меньшей скорости.

Кроме абонентских окончаний телефонных сетей, в последнее время, для скоростного доступа к Internet стали применять абонентские окончания кабельного телевидения.

Для этих целей уже разработан специальный вид модемов – кабельные модемы. В кабельных модемах используется имеющийся коаксиальный 75-омный телевизионный кабель для передачи данных из сети в компьютер со скоростью 30 Мбит/с, а из компьютера в сеть - со скоростью до 10 Мбит/c. При этом качество передаваемых сигналов очень высокое.

Высокоскоростные абонентские окончания создают для поставщиков услуг Internet дополнительную проблему – им необходимо иметь очень скоростные каналы доступа к остальной части Internet, так как 10 абонентов с трафиком по 8 Мбит/с создают общий трафик в 80 Мбит/с, который качественно может передать только с помощью технологий SONET/SDH или ATM.

Технология ISDN была разработана для того, чтобы обеспечить передачу цифрового сигнала по телефонным каналам. Говоря простым языком, ISDN позволяет передавать по имеющимся телефонным линиям не только голос, но и цифровые данные.

В период начала глобального развития сети Internet, ISDN позволила обеспечить доступ во всемирную сеть большому количеству пользователей. Ведь телефонные линии были проведены практически в каждом доме и офисе.

Главным достоинством цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN) является совмещение разных видов связи в один канал, будь то передача голоса, аудио видео данных. Передача данных для большинства пользователей по цифровой сети ISDN осуществляется со скоростью 64 Кбит/с, однако есть возможность подключения дополнительных каналов, которые позволяют увеличить скорость до 1920 Кбит/с.

Интерфейсы пользователей ISDN

Вследствие того, что по цифровым сетям передаются данные различного вида, были определены каналы для каждого из типов трафика. Этих каналов несколько и на их основе формируются различные пользовательские интерфейсы:

• Основной пользовательский интерфейс (BRI) используется для подключения абонента и ISDN-станции, и предоставляет пользователю два канала - «B» для передачи данных и управляющий канал «D». Канал «B» обеспечивает доставку трафика со скоростью 64 Кбит/с, а канал «D» передает данные для управления каналами.
• Интерфейс первичного уровня (PRI) применяется для соединения сетевых коммутаторов и местных АТС на скорости 2,048 Мбит/с в формате объединения 30 каналов «B» и управляющего канала «D».

Архитектура цифровой сети

Разработка технологии ISDN позволила полностью раскрыть возможности цифровой передачи данных. Архитектура цифровой сети представлена несколькими видами служб:

• Выделенные цифровые каналы;
• Телефонная сеть;
• Сеть трансляции цифрового сигнала с коммутацией каналов;
• Сеть трансляции цифрового сигнала с коммутацией пакетов;
• Сеть трансляции цифрового сигнала с передачей кадров;
• Средства для маршрутизации и мониторинга сети.

К достоинствам данной технологии можно отнести:

• Обеспечение большинства пользователей услугами передачи данных, телефонных разговоров, доступа в глобальную сеть;
• Высокая надежность и защищенность передачи информации;
• Улучшенная телефония (быстрый набор, высокое качество звука).

К недостаткам этой технологии относят:

• Высокие затраты построения и модернизации сети;
• Ограничение скорости передачи данных;
• Одновременное использование каналов связи, не позволяющее подключать новых абонентов.

Внедрение ISDN сетей явилось огромным шагом вперед в предоставлении качественных услуг телефонии и передачи данных. Однако ввиду долгих процессов стандартизации эта технология быстро устарела. На сегодняшний день цифровые сети ISDN используются повсеместно.

ISDN — цифровая сеть встроенных сервисов, реализующая коммутируемую связь между узлами в общем масштабе. ISDN начался с рекомендаций CCITT I.120 в 1984 году. Два главных производителя — AT & T и Northern Telecom пошли разными путями, в результате чего реализовались две несовместимые версии.

Сеть ISDN можно анализировать как глобальный коммутатор. Основные передаваемые данные это голос и информация. Несут B каналы. Эти каналы коммутируются между парой пользователей с помощью данных, которые передаются по дополнительному каналу — D каналу. После реализованной коммутации каждый B-канал являет собой две трубы ,передающие во встречных направлениях битовые потоки со скоростью 64 кбит/с. Служебный канал — двунаправленный, его может быть 64 или 16 кбит/с. Выделенный служебный канал разрешает реализовать сервисные функции во время работы текущего соединения, не нарушая его. По D-каналу отправляется пакет в качестве сигнала, который имеет идентификаторы вызываемого и вызывающего пользователей и признак сервиса (информация/голос). На установку соединение нужно 2-4 секунды. В канале ISDN данные могут передаваться для нескольких устройств, в отличии от аналоговой телефонии, так как цифровая структура разрешает легко решить проблему маршрутизации.

Пользователь ISDN имеет интерфейс, к которому может подключать разные устройства разных классов: факсы, телефоны, видеоконференции и тд. Через каналы ISDN можно передавать информацию с помощью технологий и протоколов глобальных сетей (Frame Relay, X.25).

Интерфейсы ISDN

Существует два типа интерфейсов (Сервисов) для абонентов:

• PRI — первичный интерфейс для пользователей с множественными нуждами. Традиционный для США канал имеет структуру — 23 x B + D = 1536 кбит/с. Для Европы и СНГ — 30 х В х D = 1984 кбит/с. Можно и реализовать несколько каналов PRI с одним D-каналом, используая NFAS
• BRI — стандартный интерфес, который реализован для индивидуальных пользователей — 2 x B-канала по 64 кбит/с и 1 х D-канал 16 кбит/с = 144 кбит/с

Для содержания сервиса BRI нужно иметь цифровой канал от провайдера к пользователю. Интерфейсы ISDN показаны на рис.1. Пользователи сервиса BRI могут реализовывать интерфейсы типа S,U или T. U — интерфейс — 1 витая пара, которая лежит от абонента к коммутатору и реализует полный дуплекс. К U-интерфейсу можно подключать только одно устройство (NT-1). NT-1 может быть простым преобразователем 2-проводного U-интерфейса в 4-проводной S/T интерфейс с раздельными парами для передачи и приема. Интерфейс S/T есть шиной, разрешающей подключение до 7 устройств. U-интерфейс является конечным пользователем только в США. Конечные устройства со встроенным U-интерфейсов дешевле, чем преобразователи U-S/T и устройства S/T, однако такие устройства занимают целиком весь канал ISDN. В других странах конечному пользователю дают S/T-интерфейс, NT-1/

Рисунок — 1

Пользователь от провайдера получает один из интерфейсов (табл.1).Коммутатор ISDN имеет два вида интерфейсов:

• V-интерфейс — для соединение с другими коммутаторами
• U-интерфейсы линейных окончаний, обращенные к пользователям

Таблица 1 — параметры интерфейсов ISDN

Разъемы и линии интерфейсов BRI

Для интерфейса BRI в зависимости от типа нужно от 1 до 3 пар проводов. Характеристики линии наведены в табл.2. Для соединения применяется разъем Rj-45 (табл.3).

U-интерфейс BRI — обязательная одна пара (контакты 4-5), полярность любая. Питание 48 В (7: -, 8: +). S/T-интерфейс — нужно две пары (3-6, 4-5), питание по паре 7-8 реализуется редко. Часто реализуется фантомное питание — напряжение между парой 3-6 (+) и 4-5 (-). Т-интерфейс двухточечный, S-интерфейс может иметь до 8 устройств, и может работать в 4ех режимах:

• Короткая пассивная шина — до 8 терминалов, может соединяться по шине параллельно с удалением от NT-1 до 100-200 м.
• Двухточечный — один терминал, может быть отдален от NT-1 до 1 км
• Звезда — до 8 терминалов с отдалением до 1 км
• Расширенная пассивная шина — до 8 терминалов с отдалением до 500 м

Таблица 2 — параметры канала BRI

Таблица 3 — назначение контактов интерфейсов BRI ISDN

48 B (необязательно)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина: Информатика

Тема: Сеть ISDN

Технология ISDN

Аббревиатура ISDN расшифровывается как цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network). Разработка ISDN была первой попыткой создать технологию с возможностью одновременной передачи голоса и данных. Она базируется на пользовательских каналах со скоростью 64 Кбит/с (так называемых B-каналах) и на отдельном служебном канале (D-канале). С использованием комбинаций этих каналов можно реализовать интерфейсы ISDN в трех вариантах: как основное соединение с рабочей скоростью передачи 128 Кбит/с (два B-канала и один D-канал), которое поддерживает интерфейс BRI; как первичное соединение с рабочей скоростью 1536 Кбит/с, которое используется в Северной Америке (двадцать три B-канала и один D-канал); или с рабочей скоростью 1920 Кбит/с, используемое в Европе и поддерживающее интерфейс PRI (тридцать B-каналов и один D-канал).

Основная идея, заложенная в технологию ISDN, состоит в том, что различные устройства, например, телефоны, компьютеры, факсы и т.д., могут одновременно передавать и принимать цифровые сигналы после установления коммутируемого соединения с удаленным абонентом.

Цифровые сети с интеграцией услуг ISDN можно использовать при передаче данных, для объединения удаленных локальных сетей, для доступа к сети Интернет и для различных видов трафика, в том числе мультимедийного. Оконечными устройствами в сети ISDN могут быть цифровой телефонный аппарат, компьютер с ISDN-адаптером и т.д. В интерфейсе BRI каждому устройству выделяется свой индивидуальный номер. Интерфейс PRI используется при более высоких скоростях для передачи больших массивов информации. Например, этот интерфейс может использоваться для подключения учрежденческой АТС к цифровой телефонной сети.

Основные достоинства технологии ISDN сводятся к следующему. Эта технология повышает, по сравнению с традиционными модемами, скорость обмена данными по обычной телефонной сети. ISDN позволяет организовывать одновременно несколько цифровых каналов через один телефонный провод. С помощью протоколов объединения каналов базовый интерфейс обмена позволяет достичь скорости передачи данных 128 Кбит/с. Кроме того, время от отправки запроса до установления связи для ISDN в несколько раз меньше за счет использования служебного канала (D-канала) сигнализации и передачи по нему сигналов управления и взаимодействия (занятие линии, набор номера, ответ, разъединение и т. д.) в цифровом виде. При использовании ISDN информацию от нескольких отправителей можно комбинировать для передачи по одному каналу, причем ISDN предоставляет единый интерфейс для всех отправителей. Одним из недостатков технологии ISDN с точки зрения передачи данных является скоростной предел в 1920 Кбит/с и синхронная структура каналов передачи, что не позволяет осуществлять динамическое выделение требуемой пропускной способности. Кроме того, существуют проблемы совместимости оборудования от различных производителей, а для проведения модернизации или развертывания новой сети требуются значительные капиталовложения.

Технология ISDN появилась достаточно давно - почти 20 лет назад. Основополагающие спецификации содержатся в рекомендациях I.122 Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (современное название этого комитета - Международный союз электросвязи). Позже появились рекомендации I.430 и I.431 для физического уровня модели ISO; Q.921/I.441 для уровня управления логическим каналом; Q.931/I.451 и DSS1 для сетевого уровня и целый ряд других.

Во время начального периода развития ISDN было внедрено большое количество национальных типов ISDN, разработанных в лабораториях крупных телекоммуникационных компаний и часто несовместимых между собой. В 80-е гг. данная технология по целому ряду причин, в частности из-за проблем совместимости и дороговизны оборудования, развивалась очень вяло. Но в начале 90-х гг. практический интерес к ней значительно вырос. В Германии, США, Японии, Франции, Англии было установлено значительное количество линий ISDN. Так, по сообщениям исследовательской компании Dataquest, в США в 1995 г. количество линий ISDN увеличилось на 80% и составило 450 тыс. Примерно такая же тенденция существует и в Европе, где на сегодняшний день установлено более 5 млн. линий ISDN.

Благодаря усилиям со стороны ETSI (European Telecommunications Standards Institute) фактическим стандартом в Европе становится EuroISDN, который поддерживают большинство европейских телекоммуникационных провайдеров и производителей оборудования. В России также ведутся работы по стандартизации и обеспечению совместимости строящихся в различных регионах сетей ISDN. Для этого несколько лет назад была создана и теперь расширяется опытная зона тестирования технологии ISDN, включающая в себя ряд крупных городов России.

Возможности ISDN

В первую очередь следует сказать о значительно более высоких скоростях передачи информации по отношению к аналогичным показателям, характерным для аналоговой телефонии. Обмен данными по линиям ISDN осуществляется с более высокими скоростями и значительно большей надежностью, чем с помощью самых скоростных модемов. Технология ISDN обеспечивает передачу данных со скоростью 64 Кбит/с при одном и 128 Кбит/с при двух каналах связи.

Вторая примечательная особенность, отличающая ISDN от аналоговых принципов передачи сигналов, заключается в значительно более широком диапазоне типов передаваемых сообщений. Собственно говоря, весь "диапазон", используемый в аналоговой телефонии, ограничивался передачей речевых сигналов. ISDN же предоставляет пользователям поистине уникальный сервис: помимо традиционного обмена звуковой информацией, они получают возможность обмениваться цифровыми данными, текстом и видеоизображением. При этом и скорость, и надежность, и качество передаваемых сообщений настолько высоки, что способны удовлетворить требованиям самого взыскательного пользователя.

Третьей важной особенностью, весьма привлекательной для пользователей, является адаптируемость средств ISDN с существующими аналоговыми телефонными сетями. Абоненты ISDN - станций смогут наряду с ISDN устройствами (ISDN телефон, ISDN факс, ISDN адаптер для компьютера и т.д.) по-прежнему использовать обычные аналоговые телефоны, факсы и модемы, которые подключены через адаптеры ISDN, при этом улучшатся качество связи и появляются дополнительные услуги ISDN.

ISDN предоставляет возможность по существующей абонентской линии подключать до восьми ISDN-оконечных устройств абонента. Причем одновременно можно вести два телефонных разговора или телефонный разговор и передачу данных (Internet, передача факса и т.д.). Таким образом, по одной медной паре фактически можно получить мини-АТС для своего офиса.

К числу важных факторов следует также отнести простоту использования, дружественный и удобный интерфейс, эффективные средства управления, большое количество сервисных функций, высокое качество передачи информации и высокую гарантию ее сохранности при ее прохождении по каналам связи.

Области применения сетей ISDN

Стандартное подключение линий ISDN осуществляется по интерфейсам BRI (Basic Rate Interface) или PRI (Primary Rate Interface). Первый из них поддерживает два дуплексных B-канала по 64 Кбит/с каждый. Причем в качестве линии ISDN BRI телефонная компания чаще использует медный кабель телефонной сети общего пользования (ТСОП), за счет чего снижается окончательная стоимость ISDN-линии. Каждому В-каналу присваиваивается номер, аналогичный телефонному.

При подключении крупных организаций для обеспечения более высоких скоростей передачи или для одновременного подсоединения к центральному офису нескольких удаленных филиалов применяется PRI-интерфейс. В Европе его суммарная пропускная способность равна 2,048 Мбит/с. Он содержит 30 B-каналов для передачи информациии и специальный служебный D-канал c пропускной способностью 64 Кбит/с. Кроме того, PRI часто используется для подключения учрежденческих АТС к цифровой телефонной сети.

Цифровые сети c интеграцией услуг ISDN можно использовать для решения широкого класса задач по передаче информации в различных областях, в частности: телефония; передача данных; объединение удаленных LAN; доступ к глобальным компьютерным сетям (Internet); передача трафика, чувствительного к задержкам (видео, звук); интеграция различных видов трафика.

Оконечным устройством сети ISDN могут быть: цифровой телефонный аппарат, отдельный компьютер с установленным ISDN-адаптером, файловый или специализированный сервер, мост или маршрутизатор LAN, терминальный адаптер с голосовыми интерфейсами (для подключения обычного аналогового телефона или факса), либо с последовательными интерфейсами (для передачи данных).

Эффективность использования ISDN

При объединении удаленных LAN, при доступе в корпоративную LAN, Internet или интерактивные службы по каналам ISDN часто используется подключение с повременной оплатой. В этом случае наибольший интерес представляет оборудование, позволяющее осуществлять сжатие передаваемых данных и, следовательно, уменьшать время использования линии на единицу передаваемой информации. К тому же, компрессия передаваемых данных является дополнительной защитой, снижая вероятность расшифровки информации при несанкционированном подключении к линии.

Коэффициент компрессии сильно зависит от типа передаваемых по линии данных. Хуже всего поддается сжатию предварительно заархивированная информация. Хорошо сжимаются базы данных и файлы, содержащие графическую информацию.

Важным средством, обеспечивающим эффективность использования линии, является установление соединения по требованию (Connect on demand) - только на время сеанса передачи данных. По его завершению физическое соединение разрывается. Использование каналов связи по требованию позволяет осуществлять доступ к сети или, наоборот, прерывать связь в зависимости от заданных условий или произошедших в сети событий. Многие производители оборудования поддерживают функцию spoofing. По сетям передается большое количество служебных пакетов, которыми обмениваются между собой серверы, маршрутизаторы, рабочие станции. Большинство таких пакетов содержит редко меняющуюся информацию. При наличии функции spoofing служебные пакеты передаются по магистральному каналу только один раз, а ответы на запросы автоматически генерируются на оконечных узлах, не загромождая дополнительной информацией линию связи. Правда, эта функция нуждается в тщательной настройке.