Архитектура ISDN

ISDN стала первым шагом на пути создания единой инфраструктуры для передачи голоса, данных и других типов информации.

Акроним ISDN расшифровывается как цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network). Концепция ISDN была разработана в 70-х годах Bellcore, а сама технология стандартизована CCITT в 1984 году. Рекомендации описывают стандартный набор интерфейсов и сигнальных протоколов для передачи голоса и данных по обычным телефонным линиям. Благодаря ISDN различные устройства типа телефонов, компьютеров, факс-аппаратов могут одновременно передавать и принимать цифровые сигналы после установления коммутируемого соединения с абонентом на противоположном конце. Таким образом, ISDN позволяет сделать все соединение между конечными узлами (а не только между АТС) цифровым.

ВСЕ ПОЗНАЕТСЯ В СРАВНЕНИИ

Чтобы лучше понять ISDN, данную технологию полезно сравнить с обычной телефонной системой. Во-первых, ISDN - это цифровая, а не аналоговая сеть, т. е. напряжение имеет несколько дискретных уровней, а не является прямым аналогом колебаний акустического давления.

Во-вторых, как следует из названия, она обеспечивает интегрированное обслуживание, иначе говоря, позволяет передавать голос, данные и даже видео по одной сети. Иными словами, вместо трех различных систем - телефонной сети, выделенных линий для передачи данных и кабельного телевидения - достаточно одной!

Обычная телефонная линия представляет собой одну неэкранированную пару медных проводов от настенной розетки до центральной АТС. Обычно эта линия называется абонентским шлейфом. АТС - это точки, куда сходятся все абонентские линии. Находящийся там телефонный коммутатор позволяет связаться с вызываемым абонентом. В принципе ту же самую абонентскую линию при определенных условиях можно использовать и для ISDN.

Вообще-то, абонентские линии имеют недостаточную ширину полосы, так как они предназначаются для передачи аналоговых сигналов в полосе 3,1 кГц (от 300 до 3400 Гц). Кроме того, характеристики нагружающей индукционной катушки таковы, что потери в указанном диапазоне минимальны, но резко возрастают при частоте свыше 3400 Гц. Это сеет настоящий хаос в фазовых и амплитудных характеристиках сигнала ISDN, поэтому получение ISDN на дому возможно при следующих условиях:

В результате абонентская линия сможет передавать, например, два телефонных разговора вместо одного.

КАНАЛЫ ISDN

Базовый интерфейс обмена (Basic Rate Interface, BRI) состоит из трех отдельных каналов - двух опорных каналов (bearer channel, или B-channel) и одного канала данных. Каждый канал B имеет скорость 64 кбит/с, а канал D - 16 кбит/с. Канал D используется для сигнализации, например передачи вызова и разрыва связи. Каналы B предназначаются для передачи данных, таких как оцифрованный голос или двоичные данные. Именно BRI имелся в виду, когда мы говорили о возможности использования обычной абонентской телефонной линии для ISDN.

Первичный интерфейс обмена (Primary Rate Interface, PRI) состоит из 30 каналов B на 64 кбит/с и одного канала D, также на 64 кбит/с. Как и в предыдущем случае, каналы B предназначены для передачи данных, а канал D - для служебной информации. Для PRI вы должны арендовать линию E-1 в 2,048 Мбит/с от вашего офиса до центральной АТС. В США PRI образуют 23 канала B и один канал D.

Время установления связи составляет всего от 1 до 3 секунд, благодаря тому что цифровая сигнализация по каналу D исключает медленный процесс генерации и декодирования тональных сигналов, а также необходимость согласования параметров связи модемами (сравните это с минутным ожиданием установления связи между модемами). Кроме того, канал D может использоваться не только для передачи сигнальной информации, но и для передачи данных телеметрии, электронной почты и т. п.

Многоскоростной ISDN предполагает возможность объединения нескольких каналов B, причем эти каналы коммутируются как один (см. Таблицу 1).

ОБОРУДОВАНИЕ ISDN В ПОМЕЩЕНИИ ЗАКАЗЧИКА

Сегмент ISDN в помещении заказчика описывается в соответствии с рекомендациями CCITT в терминах функциональных групп устройств (functional groping) и стандартных опорных точек (reference point) (см. Рисунок 1). Основными видами устройств в помещении заказчика являются оконечное оборудование сети 1 и 2 (Network Termination 1 и 2, NT1 и NT2), терминальный адаптер (Terminal Adapter, TA) и терминальное оборудование типа 1 и 2 (Terminal Equipment Type 1 и 2, TE1 и ТЕ2).

Терминалы ISDN делятся на две основные категории: специализированные терминалы ISDN (TE1) и все остальные терминалы (TE2). TE1 подключаются по четырехпроводному цифровому каналу на основе витой пары, а TE2 - с помощью терминального адаптера. Примерами TE2 могут служить обычные аналоговые телефоны, ASCII-терминалы и компьютеры с последовательным портом RS-232.

Терминальный адаптер представляет собой автономное устройство или съемную плату внутри TE2. Фактически терминальные адаптеры заменяют собой модем.

Оконечное оборудование сети служит для подключения четырехпроводной проводки в помещении заказчика к обычной двухпроводной абонентской линии.

NT1 устанавливается оператором связи в помещении заказчика (в отличие от США, в Европе NT1 является, как правило, собственностью оператора связи) и связывает его с коммутатором ISDN на центральной АТС по витой паре, по которой ранее подключался обычный телефон. NT1 имеет разъем для пассивной шины. К этой шине заказчик может подсоединить до восьми ISDN-телефонов, терминалов и других устройств аналогично тому, как подобные устройства подключаются к локальной сети (см. Рисунок 2). С точки зрения пользователя, сеть ISDN начинается с NT1.

Вообще говоря, возможности подключения восьми устройств по шине может оказаться недостаточно, так как шина способна обслуживать только ограниченное число телефонных разговоров одновременно. В этом случае применение локального коммутатора

NT2 - фактически УАТС - позволяет обеспечить реальный интерфейс для телефонов, терминалов и другого оборудования. Как правило, NT2 используется с PRI, а не с BRI. NT2 выполняет функции протоколов второго и третьего уровня, а также функции концентрации. Однако NT2 может выполнять лишь часть или вообще не выполнять протокольные функции; в последнем случае он является "прозрачным".

Кроме того, комбинированное устройство NT1/2 осуществляет функции и NT1 и NT2.

ОПОРНЫЕ ТОЧКИ ISDN

Опорные точки или точки доступа представляют собой интерфейсы между различными функциональными устройствами ISDN. Основными опорными точками являются R, S, T, U.

Опорная точка R обеспечивает интерфейс между терминалом и терминальным адаптером. Стандарт на точку R отсутствует, и разрабатывать его не предполагается, так как в принципе терминальный адаптер должен быть частью терминала ISDN.

Опорная точка S реализует интерфейс между терминалом ISDN (или терминальным адаптером в случае не ISDN терминала) и оконечным оборудованием сети NT2. Терминальное оборудование со встроенным NT2 может подключаться к прозрачному NT2 или напрямую к NT1.

Опорная точка T служит для интерфейса между оконечным оборудованием сети NT2 и NT1. Последнее реализует функции физического уровня.

Опорная точка U обеспечивает интерфейс между NT1 в помещении заказчика (абонентском пункте) и NT1 на центральной АТС (узле коммутации) по абонентской линии. Стандарт на интерфейс U полностью не определен, общие рекомендации имеются только относительно скорости передачи.

ОКОНЕЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СЕТИ NT1

Ввиду его важности в данном разделе мы рассмотрим NT1 несколько подробнее. Как уже говорилось выше, оконечное оборудование сети NT1 обеспечивает интерфейс между двумя проводами витой пары со стороны телефонной компании и четырьмя проводами витой пары со стороны терминального оборудования конечного пользователя, т. е. он осуществляет подключение внутренней шины S к внешнему интерфейсу U. Внутренняя шина S представляет собой четырехпарный кабель (с 8-контактными модульными разъемами). Она используется для подключения, а также в некоторых ситуациях для электрического питания (у шины S нет ничего общего с Sbus).

NT1 получает питание от общей сети переменного тока, однако некоторые устройства имеют встроенные аккумуляторы, чтобы телефонная связь не прерывалась во время сбоев питания (в отличие от обычных телефонов, ISDN-телефоны имеют активные электронные устройства и нуждаются в электропитании). Из четырех пар кабеля шины S две предназначены для передачи данных, а еще две - для подачи питания на ISDN-телефоны и другие подключенные устройства.

Внешние источники питания могут быть двух видов - на 10-12 В и на 2 В. Первые достаточны для питания NT1 и подключенного к нему терминального оборудования, вторые обеспечивают только питание самого NT1. В чрезвычайных обстоятельствах (emergency mode) NT1 может получать питание до 1,2 В от АТС.

Физически NT1 представляет собой небольшое, крепящееся к стене устройство со световыми индикаторами. В случае использования нескольких BRI все NT1 можно установить в специальную стойку со встроенным источником питания. Принципиальная схема NT1 изображена на Рисунке 3.

Иногда NT1 встраивается в терминальный адаптер. В этом случае комбинированный терминальный адаптер/NT1 - все, что нужно для подключения стандартного COM-порта EIA-232 к ISDN-интерфейсу U с базовой скоростью BRI.

ДОСТОИНСТВА ISDN

Прежде чем переходить к описанию общих достоинств ISDN, мы хотели бы привести несколько частных примеров. Например, многие руководители имеют специальную кнопку на своих телефонах, с помощью которой они могут мгновенно связаться с секретаршей (нулевое время установления связи). ISDN-телефоны обеспечивают моментальную связь с одним из нескольких наперед заданных абонентов в любой точке мира по нажатию всего одной кнопки. Еще одна возможность - отображение телефонного номера, имени и адреса звонящего на дисплее в момент звонка. В более сложном варианте, когда телефон подключен к компьютеру, монитор ПК может отображать соответствующую запись о звонящем из базы данных. В случае BRI оба B-канала могут быть объединены, например, для обеспечения более быстрого доступа к провайдеру Internet, а при поступлении входящего вызова один канал B тут же освобождается; по завершении разговора канал B автоматически подключается к передаче данных.

Общие же достоинства ISDN состоят в следующем.

Во-первых, ISDN поднимает по сравнению с модемами порог в 56 Кбит/с для скорости обмена данными между компьютерами по обычной телефонной сети. ISDN позволяет оперировать одновременно несколькими цифровыми каналами по одной телефонной проводке, и таким образом использовать ее для передачи цифрового, а не аналогового сигнала. С помощью протоколов объединения каналов типа BONDING или многоканального PPP базовый интерфейс обмена позволяет достичь скорости передачи несжатых данных в 128 кбит/с. Кроме того, задержка, т. е. время от отправки вызова до установления связи, для линий ISDN меньше в несколько раз.

Во-вторых, ранее каждому устройству была необходима отдельная телефонная линия, если они должны были работать одновременно. Например, отдельная линия была нужна для телефона, факса, модема, моста/маршрутизатора и системы видеоконференций. В случае ISDN сигналы от нескольких источников можно комбинировать для передачи по одной линии, причем ISDN предоставляет единый интерфейс для всех источников.

В-третьих, вместо отправки вызова по основному каналу абонента в случае обычной телефонной системы ISDN посылает цифровой пакет по отдельному внешнему каналу. С одной стороны, этот сигнал никак не влияет на уже установленные соединения, с другой - установление связи происходит очень быстро. Сигнализация позволяет также определить, кто звонит, а телефонное оборудование ISDN может автоматически принимать решение, куда перенаправить звонок.

ПЕРСПЕКТИВЫ ISDN

Узкополосная сеть с интеграцией услуг Narrowband ISDN стала одной из первых попыток заменить аналоговую телефонную систему на цифровую для передачи и голоса, и данных. К сожалению, стандартизация заняла слишком много времени (а технологии развиваются очень быстро), так что, едва появившись, стандарты уже устарели. Кроме того, требования пользователей значительно выросли. Увы, но на сегодняшний день базовому интерфейсу обмена не хватает скорости для новых видов сервиса, например для видео по требованию или связи высокоскоростных локальных сетей. Однако ISDN - отнюдь не мертвая технология. Например, она нашла себе новое неожиданное применение - обеспечение доступа в Internet.

Рамки одной статьи не позволяют с достаточной степенью подробности осветить все аспекты ISDN. Более детальную информацию, а также множество ссылок на другие источники можно найти на узле Дена Кегеля http://alumni.caltech.edu/~dank/isdn.

ТАБЛИЦА 1 - ТИПЫ КАНАЛОВ ISDN