Технология ISDN

ISDN

Технология ISDN, представляет собой сочетание двух родственных технологий: коммуникаций и современных распределенных вычислений. Технология коммуникаций (в основном телефонная связь) развивалась в ответ на необходимость общения между людьми на больших расстояниях. Создатели телефона разработали технологию телефонии, позволяющую передавать речь на большое расстояние и воспроизводить ее в точке приема. Спустя немногим более 100 лет телефонная технология привела к созданию современной всемирной телефонной сета, которой мы более или менее успешно пользуемся сегодня. Развитие компьютерных технологий стало ответом на необходимость в обработке и хранении больших объемов информации. Проблема хранения и распространения информации всегда волновала человечество - со времен наскальных рисунков до сегодняшних систем корпоративных вычислений. В настоящее время ее решением стала разработка и совершенствование все более гибкой и мощной компьютерной технологии. Всего за 40 лет она стремительно эволюционировала от больших ЭВМ на электронных лампах с пакетной обработкой заданий до современных локальных (LAN) и глобальных (WAN) сетей, поддерживающих новейшие распределенные системы

Телефонная связь разрабатывалась для передачи человеческой речи. Первоначально цель изобретателей телефона состояла в достаточно качественной передаче голоса па большие расстояния. О цифровой телефонии тогда никто и не думал. В ранних практических реализациях телефонных систем использовался исключительно человеческий голос, передаваемый и затем воссоздаваемый на приемном узле. Человеческая речь генерирует звуки - колебания воздуха. Такие волны называются аналоговыми сигналами. Аналоговые "речевые сигналы" вызывают колебание перепонки в ухе и преобразуются в распознаваемый звук. Неудивительно, что приемная часть телефонной трубки работает аналогично уху человека. Передаваемая по телефону речь транслируется в непрерывные электрические волны. На приемном конце эти электрические импульсы воссоздают соответствующие звуковые волны по возможности близко к оригиналу (насколько это позволяют характеристики оборудования). Так как данные электрические импульсы аналогичны генерирующим их звуковым волнам, говорят, что телефония основана на аналоговой передаче (подобна человеческой речи).

К тому времени как телефонная сеть охватывала уже весь мир, начались разработки современных компьютерных систем. Все коммуникации внутри ЭВМ, между компьютерами и их периферийными устройствами, а также между самими компьютерами осуществляются в цифровой форме. Если телефонная система основывалась на аналоговой передаче и развивалась на ее основе, то в компьютерной среде аналоговая передача не применялась. Компьютеры всегда использовали цифровую информацию и команды.

Первоначально телефонная система состояла из одной передающей системы, одной приемной системы и одной линии (связывающего их провода). В ранних коммерческих телефонных системах можно было общаться только с теми местами, с которыми абонент был непосредственно связан телефонной линией. Со стремительным ростом популярности телефонного сервиса стали появляться базовые компоненты, составляющие сегодня международную телефонную сеть. Первым дополнением телефонной сети стали центральные телефонные узлы или центральные АТС (СО - Central Office), обеспечивающие коммутацию со всеми телефонными линиями в данном географическом районе. Все телефонные системы и конечные пользователи были связаны с АТС абонентскими линиями (subscriber loop), а звонок поступал на АТС, которая обеспечивала соединение с принимающим абонентом. Сначала эти соединения осуществлялись вручную операторами, вставлявшими шнуры в соответствующие гнезда коммутационных панелей и устанавливавших тем самым прямую связь между абонентами. На следующем этапе АТС были соединены друг с другом магистральными каналами связи, а несколько АТС связывались промежуточными (тандемными) телефонными узлами. Такой узел содержал тандемный коммутатор, обслуживающий магистральные линии и маршрутизирующий (посылающий по определенному маршруту) звонки между АТС. Тандемные коммутаторы снизили стоимость телефонных разговоров, обеспечивая соединения между АТС, не требующие выделенной телефонной линии. С 1984 г. США были разделены на 161 область локального доступа и передачи (LATA - local access and transport area ), состоящие из местных линий связи (local loop), АТС и тандемных коммутаторов. Междугородные звонки между областями локального доступа и внутри них обслуживаются соответствующими коммуникационными компаниями. Коммутаторы АТС или тандемные коммутаторы передают звонки между LATA точно так же, как они передают и коммутируют звонки между АТС. Все это кажется немного сложным (что во многих отношениях соответствует истине), но суть в том, что в США любой звонок между вызывающим и принимающим абонентами обслуживают не менее шести участников: две локальные абонентские линии, две области локального доступа (LATA) и одна-две коммуникационные компании, т.е. их взаимодействие обеспечивает функционирование IATA. Логически все это выглядит как сложная и всеохватывающая «коммуникационная паутина».

В компьютерах для управления локальными устройствами и для коммуникаций через локальные шины всегда использовались методы цифровой передачи сигналов. Разработка локальных сетей породила несколько более сложную форму цифровых коммуникаций – коммуникации между компьютерами. Локальные сети позволили реализовать новые мощные приложения и найти новое применение компьютерной технологии. Многие отраслевые эксперты считают, что развитие технологии локальных сетей стало важным шагом, способствующим расширению применения компьютеров, и основой для соединения их в глобальные сети.

Распространение глобальных сетей привело к крупномасштабному использованию телефонных сетей для соединения удаленных друг от друга машин (компьютеров). Узлы глобальной сети можно связать не только локальными кабелями, но и с помощью телефонных линий. Обычно это требует преобразования цифровых сигналов компьютера в аналоговые сигналы, передаваемые телефонными системами, а затем обратного их преобразования на приемном конце в цифровую форму. Такое преобразование - модуляция и демодуляция - осуществляется модемами. Хотя оно вызывает ощутимые задержки и увеличение непроизводительных потерь в сети, преимущества глобальных сетей делают такое преобразование необходимым и практичным. Расширение использования телефонных линий для передачи данных породило новые варианты применения телефонного оборудования для коммутации и передачи сигналов, а также стало ключевым фактором, стимулирующим переход на полностью цифровые телефонные системы

Развитие технологии цифровых вычислений революционным образом изменило методы создания, хранения и передачи информации в организациях. Многие новаторские решения, изначально предназначавшиеся для компьютерной технологии, были быстро адаптированы для применения в телефонной сети.

Функционирование телефонных сетей зависит от координации многих разнородных компонентов, развитие которых традиционно концентрировалось в двух основных областях: передаче и коммутации. Разработки в компьютерной технологии обычно адаптировались для применения в телефонной сети. Они позволяли снизить стоимость, повысить качество и надежность сервиса. Первым крупным применением компьютерной (цифровой) технологии в телефонной сети стала передача данных. Хотя многие местные абонентские линии в США все еще являются аналоговыми, наиболее сложные функции передачи информации в телефонии реализуются уже в цифровой форме. Первые цифровые линии США были линиями T1 (digital first carrier system - первая система с цифровой несущей), состоящими из двух пар проводов, одна из которых использовалась для передачи, а другая - для приема. Линии Т1 были введены в телефонных сетях для обмена большими объемами информации между АТС и промежуточными коммутаторами. Аналоговые сигналы в них преобразуются в цифровой поток битов, предаваемый по линии Т1. На приемном конце этот поток снова преобразуется в аналоговую форму.

Аналоговые сигналы имеют вид непрерывных циклов (волн). Примерами таких сигналов являются речь, видео и музыка. Частота аналогового сигнала измеряется в герцах (Гц) - циклах в секунду. Полоса пропускания (passband) аналогового канала определяется как диапазон частот, которые можно одновременно передавать по этому каналу. Шириной полосы частот (bandwidth) называют ширину полосы пропускания, необходимую для передачи сигнала. В разных каналах могут использоваться различные полосы пропускания и диапазоны применяемых для передачи частот. Полоса пропускания аналоговой телефонной линии составляет примерно от 300 до 3400 Гц. Человеческая речь содержит частоты от 50 до 15000 Гц. Очевидно, что полоса пропускания физической телефонной линии не адекватна полному диапазону голосовых частот. Но исследования показывают, что большая часть речевых частот лежит в диапазоне от 300 до 3400 Гц. Телефонные линии оптимизированы для передачи этих частот, достаточных для воспроизведения четко различимой речи. Ширина полосы частот речевых коммуникаций ограничена телефонной сетью -по одному физическому каналу (или линии) можно передавать одновременно лишь несколько телефонных разговоров.

Для цифровой передачи по линиям Т1 и для использования преимуществ цифровой коммутации аналоговый речевой сигнал нужно преобразовать в цифровой битовый поток. Непрерывно меняющиеся значения аналогового сигнала дискретизируются с частотой 8000 раз в секунду и преобразуются в цифровые значения с помощью специального алгоритма кодирования µ-типа (µ-law). Группа из 8 битов передает одно цифровое значение. На приемном конце оно преобразуется в одно из 256 различных цифровых значений напряжения (амплитуды сигнала). Обычно аналоговый сигнал генерируется, преобразуется в цифровой поток, передается, а затем на приемном конце снова конвертируется в аналоговый. К сожалению, при применении компьютерных модемов на каждом конце потока добавляется еще один вид преобразований: цифровые данные конвертируются в аналоговые (для начальной передачи по местной линии связи), а на приемном конце местной линии - обратно в цифровые.

Использование общей коммуникационной линии для одновременного обслуживания нескольких соединений называется мультиплексированием. Мультиплексирование в телефонной сети позволяет организовывать соединение множества абонентов по одному физическому соединению. Аналоговые и цифровые сигналы мультиплексируются по-разному. В аналоговой телефонной сети применяется мультиплексирование с разделением частот (FDM - frequency division multiplexing ), при котором общая ширина полосы частот делится на каналы (полосы), выделяемые пользователю на время соединения. При передаче речи каждому разговору предоставляется своя полоса пропускания с шириной полосы частот 3100 Гц. Цифровые сигналы передаются по линии с помощью мультиплексирования с разделением по времени (TDM - time division multiplexing), при котором весь диапазон частот канала делится на очень малые кванты времени, а после обслуживания одной передачи канал переключается на следующего ожидающего абонента. Именно поэтому TDM называют иногда методом с разделением времени - ни одна из участвующих в коммуникациях сторон не получает линию на все время, но всем предоставляется свой квант времени.

Первыми коммутационными устройствами в телефонной сети были электромеханические шаговые коммутаторы. Такой коммутатор реагировал на каждую набираемую пользователем цифру и осуществлял физическое соединение, маршрутизируя звонок. Следующим этапом в разработке коммутаторов стала реализация общей функции управления коммутацией. Общее управление коммутацией основано на группе электромеханических реле с командами, которые выполняют функции, статически заданные внутренней схемой коммутатора. С появлением транзистора были созданы коммутаторы с хранимой программой, допускающие простое перепрограммирование соединений и управления звонками в телефонной сети. Первые такие устройства были установлены в 70-х годах. По существу это цифровые коммутаторы, поэтому их включение в телефонную сеть, наряду с линиями Т1, ознаменовало собой начало эволюции ISDN. Внедрение цифровых коммутаторов и линий передачи больших объемов цифровой информации потребовало выполнения значительных аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразований в сети. Учитывая эволюцию телефонной сети, эти преобразования практичны и необходимы, но добавляют существенные непроизводительные потери и увеличивают стоимость передачи телефонных звонков. Причем такие соединения не предлагают пользователям новых ценных функций. Для снижения непроизводительных потерь и связанного с ними повышения стоимости за счет уменьшения числа необходимых соединений инженеры по телефонным сетям немедленно приступили к преобразованию все большего числа функций передачи информации из аналоговой формы в цифровую.

Между тем разработка и реализация компьютерных технологий продолжались стремительными темпами. Предлагались новые способы конструирования и использования компьютеров. В непрерывных поисках более эффективных и быстрых технологий они совершенствовались и заменялись прогрессивными методами. Одним из самых значительных изменений в вычислительной технике стал переход от пакетно-ориентированной обработки к распределенным вычислениям. Вслед за этим новаторские решения привели к децентрализации вычислительного процесса и хранения информации. В основном данный сдвиг стал результатом развертывания локальных сетей, объединяющих вновь развертываемые локальные сети, которые соединялись друг с другом с помощью телефонных каналов и образовывали глобальные сети. Такая тенденция значительно расширяющие доступ пользователей ПК к обработке, хранению данных и источникам информации. Все это создало дополнительную нагрузку на системы телефонной связи. Спроектированные и построенные в основном для аналоговой передачи речи, телефонные сети все чаще применялись для обмена цифровыми данными. Как уже говорилось выше, на передающем конце цифровые компьютерные сигналы преобразуются в аналоговые (модулируются), а на приемном - конвертируются обратно в цифровые (демодулируются). Эти преобразования выполняют модемы. Постепенный переход телефонной сети от аналоговых методов коммуникаций к цифровым привел к тому, что компьютерам приходится неизбежно сталкиваться с дополнительным этапом модуляции/демодуляции - вместо того, чтобы просто использовать в качестве основной цифровую среду передачи данных

Сегодня все больше телефонных каналов применяется для обмена цифровыми компьютерными данными.. Между тем с самого начала было очевидно, что из соображений экономии, целесообразности и точности -количество преобразований аналоговых/цифровых сигналов в сети следует свести к минимуму. Еще в 1959 г., когда тестировались и отлаживались первые экспериментальные реализации цифровой телефонной технологии, был предложен перевод глобальной телефонной сети с аналоговой основы на цифровую – т.е. преобразование аналоговой телефонной сети в интегрированную цифровую сеть (IDN - integrated digital network) с комбинированными (для повышения эффективности) средствами коммутации и передачи данных. Пользователи глобальной сети всегда признавали ее ценность и искали методы организации сквозных (от отправителя до получателя) цифровых соединений для передачи цифровой информации. Специалистам в области телефонных сетей нужно было сократить расходы, увеличить допустимую нагрузку и усилить контроль, а для этого - исключить аналого-цифровые преобразования в системе.

Слово "интегрированная" в IDN подразумевает интеграцию коммутации и передачи данных. IDN рассматривается в контексте телефонной сети и воплощает такую цель, как тотальный перевод телефонной технологии на цифровые методы. Концепция ISDN несколько шире. В ISDN "интегрированная" означает, что передача данных разного типа - речи, видео, звука и данных - может эффективно обслуживаться цифровой коммутацией и средствами передачи в сети IDN.

Стандарты ISDN.

Стандарты определяются как "заданный набор правил, условий или требований, касающихся определения терминов, классификации компонентов, спецификации материалов, функциональных характеристик или операций, описания процедур, измерения качественных и количественных параметров материалов, продуктов, систем, услуг или методов".

Определением стандартов для предложенной спецификации ISDN занимается несколько организаций стандартизации. Среди них выделяется Консультативный комитет по международной телефонной и телеграфной связи (CCITT - International Telegraph and Telephone Consultative Committee). CCITT определяет ISDN как сеть, общие принципы которой эволюционировали на основе телефонной сети IDN. ISDN обеспечивает сквозные цифровые соединения для поддержки широкого спектра услуг, включая речевой и неречевой сервис. Пользователи могут обращаться к этой сети с помощью ограниченного набора многоцелевых интерфейсов "пользователь-сеть". В 1984 г. Консультативный комитет по международной телефонной и телеграфной связи определил следующие принципы ISDN:

1. ISDN должна поддерживать ряд речевых и неречевых приложений. Интеграция служб для ISDN осуществляется с помощью ограниченного набора типов соединений и интерфейсов "пользователь-сеть".

2. ISDN поддерживает различные приложения, в том числе коммутируемые и некоммутируемые соединения. Коммутируемые соединения должны включать в себя соединения с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов.

3. Новые службы, включаемые в ISDN, должны быть совместимы с коммутируемыми цифровыми соединениями 64 Кбит/с.

4. ISDN будет содержать интеллектуальные средства для предоставления сервисных функций, обслуживания и управления сетью. Для некоторых новых служб этих средств может оказаться недостаточно, и потребуется дополнить их другими интеллектуальными средствами сети или совместимыми средствами пользовательских оконечных устройств.

5. Для спецификации доступа к ISDN следует использовать многоуровневую структуру протоколов. Доступ пользователя к ресурсам ISDN зависит от требуемого сервиса и состояния реализации национальных служб ISDN.

6. Допускается реализация ISDN в разных конфигурациях, определяемых конкретными условиями.

Кроме того, Консультативный комитет по международной телефонной и связи рекомендует следующие постепенные методы перехода на ISDN:

1. ISDN будет основываться на принципах, разработанных для телефонных сетей ISDN. Для предоставления существующих и новых видов сервиса будут развиваться дополнительные функции и сетевые средства, включая средства любых других выделенных сетей, например сетей с коммутацией каналов и коммутацией пакетов (для передачи данных).

2. При переходе от прежних сетей к сетям ISDN необходимо разработать правила взаимодействия при реализации служб в сетях ISDN и служб в других сетях.

На более поздних этапах эволюции ISDN может произойти увеличение скорости передачи в коммутируемых соединениях, которая будет превышать 64 Кбит/с.

В 70-е годы, когда во всемирной телефонной сети все большее распространение стали получать цифровые коммутаторы и линии передачи, естественная эволюция сетей ISDN достигла критической массы. Развитие и быстрое совершенствование компьютерных технологий расширило роль компьютеров в коммуникациях, а сети IDN стали реальностью. Реализация стандартов для задуманных сетей ISDN увенчала собой союз двух технологий.

 

Структура и функции ISDN

Потенциальные пользователи ISDN заключают договор с поставщиком услуг доступа ISDN, позволяющим им обращаться к цифровой линии. Пропускная способность этой линии определяется заранее - пользователи могут потреблять всю доступную полосу пропускания или ее часть. Для удовлетворения этих требований поставщики услуг ISDN предлагают интерфейсы доступа двух базовых типов. Эти интерфейсы состоят из комбинации логических каналов .

В традиционной телефонной сети пользователь связывается с центральным коммутатором (АТС) через абонентскую линию. Местная абонентская линия состоит из одного аналогового канала, применяемого для передачи в сеть сигналов (например, при наборе телефонного номера) и информации (разговора, звука, видео или двоичных данных). В ISDN местная абонентская линия передает только цифровые данные, хотя она может быть любого типа, который доступен в современной коммуникационной среде. Местная линия ISDN связывает с установленной у пользователя аппаратурой ISDN местную коммуникационную компанию (LE - local exchange ) - эквивалент АТС в ISDN. Абонентская линия ISDN состоит из отдельных логических каналов, которые можно комбинировать для предоставления пользователю интерфейса с ISDN.

Эти логические каналы разделяются на три базовых типа. При передаче в местной абонентской линии каждому каналу отводится свой квант времени. Для этого используется процесс мультиплексирования с разделением (квантованием) по времени (TDM). Кроме того, каналам ISDN присваивается категория согласно их использованию (передача сигналов или передача данных) и стандартной скорости передачи данных для канала конкретного типа.

 

Тип канала	Определение
D-канал	Канал D (от Device - устройство) используется для передачи сигналов между пользователем и сетью, а также для обмена пакетами.
В-канал	Канал В (от Bearer - носитель) применяется для передачи данных в местной абонентской линии.
Канал Н	(Higher rate channel - канал с повышенной скоростью) используется для служб, которым необходима более высокая скорость передачи данных, чем обеспечивает один В-канал.
B-ISDN	Каналы широкополосной ISDN (Broadband ISDN) позволяют поддерживать приложения, требующие более высокой скорости передачи данных по сравнению с Н-каналом. Стандарты B-ISDN допускают обмен данными со скоростями до 622.08 Мбит/с.

Передача в D-каналах

D-каналы используются в основном для передачи сигналов между пользователем ISDN и самой сетью ISDN. В различных пользовательских устройствах ISDN (телефонах, факсимильных аппаратах и компьютерах) применяются разные способы соединения с ISDN, но все они работают с помощью общего протокола передачи и приема сигналов из сети, используя для коммуникаций D-канал. В каждый момент времени передача сигналов данных не занимает всей полосы частот, предусмотренной для D-канала. Следовательно, при доступной полосе частот возможно вторичное использование этого капала. Такой метод применяется достаточно редко, однако дополнительная полоса частот полезна для передачи в сетях с коммутацией пакетов, например в сетях IP (Internet Protocol - с протоколом Интернета) или Х.25.В зависимости от типа предоставляемого пользователю интерфейса D-канал может иметь скорость передачи данных 16 или 64 Кбит/с.

В-канал.

В-канал ISDN, иногда называемый каналом-носителем или информационным каналом, используется для передачи информации, необходимой службам ISDN. Это означает, что В-канал применяется для обмена такой пользовательской информацией, как оцифрованная речь, звук, видео и двоичные данные, и допускает мультиплексирование для передачи любой комбинации разных типов данных. Ограничением является лишь пропускная способность канала. В-канал - основной пользовательский канал передачи данных, описываемый в стандартах ISDN. Для него была определена скорость передачи данных 64 Кбит/с, соответствующая полосе частот, которая необходима для эффективного обмена оцифрованной речью за установленное этими стандартами время. В-каналы обслуживают соединения с коммутацией каналов, коммутацией пакетов или полупостоянные соединения (эквивалент выделенной линии в ISDN.).

В-канал, предоставляющий службы носителя (bearer services), можно использовать для коммутации каналов, организации полупостоянных (semipermanent) каналов и коммутации пакетов. D-канал применяется в основном для обмена сообщениями между пользователем и сетью при установлении соединения и обращении к службам.

Н-канал.

Некоторые пользовательские приложения требуют большей пропускной способности, и полосы пропускания В-канала им не хватает. Стандартные конфигурации полосы пропускания, получившие название Н-каналов, предлагают более высокие скорости передачи. Для таких приложений, как видео-конференции, необходима высокоскоростная передача данных и мультиплексирование большого числа каналов с низкой скоростью передачи (что в сумме требует более 64 Кбит/с). Конфигурации Н-каналов обеспечивают такую пропускную способность. Канал Н0 является логической группой (или ее эквивалентом) из шести В-каналов с общей скоростью передачи данных 384 Кбит/с. Канал HI состоит из всех доступных каналов H0 в одном пользовательском интерфейсе, в котором задействована линия Т1 (23 В-канала с общей скоростью 1472 Кбит/с плюс D-канал 64 Кбит/с). Канал H1 эквивалентен четырем каналам Н0 и имеет совокупную пропускную способность 1536 Мбит/с.

Широкополосная ISDN (B-ISDN)

D-, В- и Н-каналы определены в первых стандартах ISDN и значительно повышают скорость передачи данных. Но прогресс не стоит на месте. Пользователям ISDN необходимы возможности видеоконференций, телевидения высокой четкости и применения других приложений, которые требуют большую полосу пропускания и не способны функционировать в исходной среде ISDN. Первоначальные стандарты определяют так называемую узкополосную (narrowband) ISDN (N-ISDN).

Стандарты широкополосной ISDN (B-ISDN) допускают скорость передачи данных порядка 600 Мбит/с. B-ISDN (Broadband ISDN) описывается в этих стандартах как сеть, ориентированная на службы, что позволяет передавать мультимедийную информацию, интегрируя данные разных типов. Службы B-ISDN сгруппированы в слабо связанные коммуникационные службы (communications services), аналогичные традиционным телефонным диалоговым службам, и в службы общения (conversational services), обеспечивающие пользователям ISDN двухстороннюю сквозную пересылку информации для приложении, подобных видеоконференциям, или для высокоскоростной пересылки данных. Транспортные средства B-ISDN применяют сложную технологию пересылки ячеек, называемую режимом асинхронной передачи (ATM - asynchronous transfer mode ).

Интерфейсы.

Интерфейсы доступа обеспечивают соединение между пользователями ISDN и самой ISDN и состоят из логически группируемых каналов, предоставляемых сетью или поставщиком услуг. ISDN спроектирована таким образом, что допускает передачу в одном физическом соединении нескольких информационных потоков, и интерфейсы доступа ISDN позволяют абонентам переключаться между доступными службами (по запросу).

Как уже говорилось выше, стандарты ISDN определяют два интерфейса доступа: интерфейс базового уровня, или интерфейс передачи данных с номинальной скоростью (BRI - basic rate interface ), и интерфейс основного уровня, или интерфейс передачи с основной скоростью (PRI - primary rate interface ). Эти интерфейсы определяют допустимые скорости передачи данных и отличаются числом поддерживаемых D-, В- и Н-каналов

Интерфейс передачи данных с номинальной скоростью состоит из двух В-каналов и одного D-канала, поэтому BRI обозначают как 2B+D. D-канал BRI всегда работает со скоростью 16 Кбит/с. Вместе взятые каналы BRI обеспечивают общую скорость передачи данных 144 Кбит/с, а с учетом дополнительных битов (не несущих информации) фактическая скорость составляет до 192 Кбит/с. BRI предоставляет пользователям базовый телефонный сервис и допускает одновременный доступ к речевым коммуникациям и различным приложениям передачи данных. Интерфейс BRI предназначен для небольших компаний и домашнего использования

Интерфейс PRI предоставляется пользователям с высокими требованиями к пропускной способности, например, компании с офисными АТС (PBXs - private branch exchanges) или локальными сетями (LAN). В США PRI конфигурируется в соответствии со скоростью передачи Т1 - 1544 Мбит/с. Структура канала для интерфейса передачи с основной скоростью имеет вид 23B+D. D-канал в PRI обеспечивает скорость передачи данных 64 Кбит/с. Интерфейс PRI разработан для крупных компаний, использующих несколько устройств ISDN. Очень большим компаниям может потребоваться даже несколько PRI, но сегодня к таким организациям относятся обычно поставщики услуг.

Интерфейс "пользователь-сеть". Магистрали ISDN предоставляются поставщиком услуг ISDN, а компания-пользователь получает интерфейс PRI или BRI. Эти интерфейсы в свою очередь разбиваются на каналы, передающие сигналы для доступа к службам, и на каналы для передачи данных согласно выделяемому сервису. Поставщик услуг ISDN предоставляет пользователю такой сервис. Стандарты ISDN определяют интерфейс "пользователь-сеть" (или интерфейс "абонент-сеть") как комбинацию функциональных групп , описывающих опорных точек , представляющих собой логические точки взаимодействия между данными функциональными группами. Устройства в помещениях заказчика могут быть физическими устройствами (телефоны ISDN) или виртуальными, "прозрачно" выполняющими функции интерфейса ISDN. Все эти устройства группируются по ролям, которые они играют в интерфейсе между узлом заказчика и поставщиком услуг ISDN. Стандарты ISDN определяют следующие устройства, или функциональные группы:

1. Оконечная станция типа 1 (NT1 - network termination type 1)

2. Оконечная станция типа 2 (NT2 - network termination type 2)

3. Терминальное оборудование типа 1 (ТЕ1 - terminal equipment type 1)

4. Терминальное оборудование типа 2 (ТЕ2 - terminal equipment type 2)

5. Терминальный адаптер (ТА - terminal adapter)

Каждый из этих типов устройств выполняет набор требуемых функций Важное значение в схеме интерфейса "абонент-сеть" имеет понятие "опорной точки". Эти точки представляют собой концептуальные элементы, разделяющие функциональные группы. Опорные точки описывают взаимодействие между функциональными группами и позволяют объединять связанные функции. Взаимодействие в опорной точке определяется протоколами - для передачи информации с пользовательского узла ISDN в сеть ISDN. Стандарты ISDN описывают различные опорные точки, называемые точками R, S, Т и U.

Функциональные устройства ISDN можно разбить на следующие категории:

1. Оконечная станция типа 1 (NT1 - network termination type 1) . Это физическое оконечное устройство пользовательского интерфейса ISDN. NT1 может предоставляться поставщиком доступа к ISDN и выполняет функции первого уровня модели OSI: физическое соединение между ISDN и устройствами пользователя, обслуживание линии и мониторинг производительности. NT1 поддерживает несколько каналов в BRI, PRI и осуществляет мультиплексирование битовых потоков с помощью разделения по времени (TDM). NT1 - это применяемый в ISDN аналог модульного разъема старой телефонной системы, соединяющий несколько пользовательских устройств ISDN с сетью ISDN.

2. Оконечная станция типа 2 (NT2 - network termination type 2) . В зависимости от уровня встроенной логики ("интеллектуальности") реализуются средства OSI уровня 1, 2 и/или 3. Станция NT2 используется В небольших узлах, где ISDN-устройства подключены непосредственно к NT1, можно обойтись без NT2.

3. Терминальное оборудование ISDN (TE1 - terminal equipment type 1) . Любое ISDN-устройство конечного пользователя, применяющее протоколы ISDN и поддерживающее службы ISDN. Примерами такого оборудования являются телефоны ISDN, факсимильные аппараты ISDN и рабочие станции ISDN.

4. Другое терминальное оборудование (ТЕ2 - terminal equipment type 2).
Устройства конечного пользователя, несовместимые с ISDN (например,
стандартные аналоговые телефоны).

5. Терминальный адаптер (ТА - terminal adapter). Позволяет устройствам,
не поддерживающим ISDN (ТЕ2), взаимодействовать с сетями ISDN.

 

Опорные точки

В стандартах ISDN определяются различные соединения между устройствами. Каждый тип соединения (или интерфейс) требует конкретного протокола. Такие интерфейсы называются опорными точками. Стандарт ISDN предусматривает четыре наиболее важные опорные точки ISDN: R, S, Т и U. Их можно определить следующим образом:

1. Опорная точка R описывает интерфейс между не поддерживающими ISDN оконечными устройствами (ТЕ2) и терминальными адаптерами (ТА).

2. Опорная точка S описывает интерфейс менаду терминальным оборудованием ISDN (TE1) или терминальным адаптером (ТА) и оконечным устройством ISDN (NT1 или NT2).

3. Опорная точка Т описывает интерфейс между локальным коммутирующим устройством (NT2) и оконечным устройством местной абонентской линии (NT1).

4. Опорная точка U находится между устройством NT1 и местной телефонной сетью (LE) и определяет стандарт коммуникаций между ними. Стандарты CCITT специфицируют устройство NT1 как часть локальной сети и не имеют отношения к местной абонентской линии. Стандартами передачи в местной абонентской линии ведает Американский национальный институт стандартов (ANSI - American National Standards Institute).

Согласно определению CCITT, архитектура ISDN содержит четыре плоскости:

1. Плоскость управления ( control ) - С-плоскость

2. Пользовательскую плоскость ( user ) - U-плоскость

3. Транспортную плоскость ( transport ) - Т-плоскость

4. Плоскость администрирования ( management ) - М-плоскость

Протоколы С-плоскости управляют такими коммуникациями между пользователями и сетью, как запросы на информационный канал (носитель), установление и завершение соединения. Протоколы U-плоскости определяют передачу информации между приложениями пользователя. Протоколы Т-плоскости управляют физическими соединениями, а протоколы плоскости администрирования контролируют взаимодействие внутри плоскостей и между ними. U- и С-плоскости разграничивают маршруты, применяемые в ISDN для передачи сигналов в сети (С-плоскость) и пользовательской информации (U-плоскость). U-плоскости, имеющие отношение к В-каналу, для ISDN в основном прозрачны. Подавляющее большинство протоколов ISDN касается интерфейса между узлом пользователя и сетью через D-канал.

Протоколы ISDN для D-канала отображаются на первые три уровня модели OSI следующим образом:

1. Уровень 1 (физический) описывает физические соединения между устройствами ISDN и оконечным сетевым устройством (NT1). Эти соединения являются синхронными, последовательными и дуплексными. Возможно соединение "точка-точка" (BRI и PRI) или "точка-несколько точек" (BRI).

2. Уровень 2 (канальный) осуществляет контроль ошибок в физической линии, создает соединение между узлом пользователя и ISDN. Протоколом ISDN данного уровня является, например, протокол LAPD (Link Access Procedures) D-канала.

3. Уровень 3 (сетевой). Протоколы данного уровня осуществляют передачу сигналов между пользователями и ISDN для установления, поддержания и завершения сеансов, а также дли обращения к дополнительным средствам. Протоколы уровня 3 предназначены для передачи сигналов "пользователь/сеть" через интерфейс между узлом пользователя и ISDN. За передачу сигналов внутри ISDN отвечают протоколы SS7 (Signaling System 7).

Для сквозного соединения стандарты ISDN требуют доступности трех видов сервиса:

- Коммутации каналов в В-канале

- Коммутации пакетов в В-канале

- Коммутации каналов в D-канале

В-канал, предоставляющий службы носителя (bearer services), можно использовать для коммутации каналов, организации полупостоянных (semipermanent) каналов и коммутации пакетов. D-канал применяется в основном для обмена сообщениями между пользователем и сетью при установлении соединения и обращении к службам

Речевое соединение в ISDN устанавливается по одному из В-каналов. Управляющая информация, необходимая для установления соединения, передается по D-каналу. Интерфейс BRI допускает два одновременных речевых соединения ISDN, поскольку в нем предусматриваются два В- канала. При этом D-канал остается доступным для передачи сигналов дополнительных вызовов. D-канал управляет вызовами или используется для обращения к таким дополнительным средствам, как удержание (hold) или ожидание (wait) вызова (во многих средах ISDN - до 15 уровней).

Для коммутации пакетов в В-канале между конечным пользователем и узлом с коммутацией пакетов создается соединение с коммутацией каналов с помощью D-канала и управляющего протокола LAPD (протокола доступа к D-каналу). Для создания нескольких виртуальных каналов допускается мультиплексирование В-канала с помощью разделения по времени (TDM). Возможности коммутации пакетов поддерживает сама сеть ISDN или отдельная сеть с коммутацией пакетов, подключенная к ISDN. Коммутация пакетов осуществляется по В- или D-каналу.

Адресация

Всемирная телефонная сеть зависит от системы нумерации или адресации отдельных подключенных к ней устройств (телефонов, автоответчиков и т.д.). Телефонный номер, который набирается для соединения с абонентом, представляет собой уникальный адрес телефонного аппарата этого абонента. Для того чтобы поставщик услуг знал, кому высылать счет (и на какую сумму), каждый абонент в телефонной сети должен иметь уникальный номер для маршрутизации звонков.

В ISDN номер и адрес - несколько различные понятия. Номер ISDN - это сетевой номер пользовательского узла ISDN. Адрес ISDN состоит из номера ISDN с дополнительными битами адреса, идентифицирующими конкретные устройства узла пользователя. Согласно данной схеме, абоненту ISDN присваивается номер ISDN, идентифицирующий узел абонента. Этот номер может быть адресом цифровой офисной АТС, установленной у данного заказчика. Адреса ISDN допускают прямое соединение между устройствами узла ISDN. Адрес ISDN состоит из комбинации, включающей в себя:

1. Код страны - номер из 1-3 цифр, определяющих страну или географическую зону звонка (коды страны соответствуют принятым в телефонии стандартам)

2. Национальный код места назначения - обозначает район страны и используется для доступа к целевым национальным сетям; молено сравнить с кодом района, применяемым в телефонных номерах

3. Номер абонента ISDN - обозначает узел ISDN конкретного абонента

4. Подадрес ISDN - идентифицирует конкретное устройство пользовательского узла ISDN

Как правило, каждой опорной точке Т присваивается номер ISDN, а каждой опорной точке S - адрес ISDN.

Несмотря на стандарты и функционирование ISDN по всему миру, сети ISDN - отнюдь не единое целое. В разных странах и на разных континентах применяются отличающиеся друг от друга виды ISDN. Основой сетей ISDN могут служить даже не ISDN-сети. Поняв цели реализации ISDN, нужно предусмотреть метод взаимодействия разных сетей ISDN, а также коммуникаций между ISDN и существующими сетевыми компонентами. Межсетевое взаимодействие - это коммуникации между сетями разных типов. Такое взаимодействие является критически важным для эволюции общемировой сети ISDN и требует применения в ISDN или в доступной из ISDN сети функций межсетевой трансляции. Межсетевое взаимодействие и адресация между ISDN и сетями других типов зависят от возможности ISDN маршрутизировать вызов в сеть вызываемой стороны и далее. Такой подход называется одношаговой адресацией. Стандарты ISDN допускают также двухшаговую адресацию , но применять ее не рекомендуется. Двухшаговой адресацией называется использование межсетевого устройства, выполняющего функции преобразования адресов. Для совместимого соединения между ISDN и другим типом сети необходимы определенные стандартные функции:

1. Обеспечение межсетевого взаимодействия на уровне плоскостей сетевой адресации (нумерации )

2. Соответствие компонентам физического уровня

3. Поддержание управления потоком данных и контроля ошибок в межсоединении

4. Сбор данных о размещении

5. Преобразование мультиплексирования и построения кадров Для определения данных функций в стандартах ISDN описываются дополнительные опорные точки и соответствующие протоколы: К - интерфейс с существующей сетью, отличной от ISDN; межсетевое взаимодействие выполняется ISDN L - эквивалентна К, но за межсетевое взаимодействие отвечает не ISDN, а другая сеть М - интерфейс со специализированными функциями адаптации отличной от ISDN сети (реализуемыми в этой сети) - интерфейс между двумя сетями ISDN; протоколы определяют требования совместимости служб Р - специализированное соединение в ISDN, обеспечивающее доступ к отдельным компонентам.

В настоящее время данные опорные точки можно отнести скорее к перспективным планам, чем к реально работающим элементам. Между тем они демонстрируют потенциальные методы интеграции до сих пор несовместимых старых сетей и телефонных систем с ISDN

Основным принципом ISDN является сквозное цифровое соединение, т.е. передача полностью цифрового сигнала на всем пути от отправителя к получателю и обратно. Понять такой подход нетрудно, гораздо сложнее осуществить - его полная реализация может потребовать значительного времени. Стандарты ISDN базируются в основном на существующих технологиях передачи данных, но для понимания всех особенностей ISDN необходимо знать, как происходит эволюция сетей ISDN в плане уже предлагаемых средств коммуникаций. Из вышеописанного следует, что различные элементы ISDN развивались на основе существующей телефонной и компьютерной технологии. ISDN представляет собой давно планируемый стандарт, цель которого состоит в объединении этих технологий.

В основе всех значительных технологических сдвигов лежат рыночные факторы. Необходимость в снижении стоимости телефонных разговоров и коммутации привела в итоге к созданию цифровой среды передачи данных и интегрированной цифровой коммутации. Повышение производительности, снижение цен на компьютеры и периферийные устройства стимулировали распространение настольных и распределенных вычислений. Те же общие тенденции рынка побуждают объединить эти технологии в ISDN. Рынок реагирует на различные, постоянно меняющиеся факторы. Немногие рынки отличаются столь значительной динамикой (по своему размеру и охвату) как телекоммуникации и рынок компьютерных технологий. Изменения в данных областях превратились в величину постоянную, но потребители относятся к нововведениям с настороженностью. Они знают, что однажды наступит день, когда самая современная технология окажется устаревшей, и случиться это может за считанные месяцы. Кроме того, технологии, представляющие превосходное решение для одной компании, могу быть малопригодны для других. Для удовлетворения требований рынка необходимо время, а технология должна быть проверенной. ISDN продемонстрировала свою жизнестойкость на современном высокотехнологичном рынке, равно как и способность к интеграции новых идей. Она была спроектирована для эмуляции или использования существующих технологий, но оказалась достаточно гибкой, чтобы стимулировать их развитие. Ниже мы проанализируем состояние рынка, а также посмотрим, как ISDN соотносится с распространенными сегодня технологиями коммуникаций и обработки информации.

Сети Т1

Линии Т1 представляют собой дуплексные цифровые каналы, спроектированные специально для передачи цифровых сигналов. Интеграция цифровых линий Т1 с телефонной сетью происходит с начала 60-х годов. Первоначально линии Т1 выполняли роль магистральных линий - внутренних магистралей телефонной сети, обеспечивающих повышенную пропускную способность и снижающих стоимость телекоммуникационной инфраструктуры. Цифровая передача позволила мультиплексировать в одной такой магистрали больше каналов, чем в аналоговой магистральной линии. По мере совершенствования цифровой технологии стоимость линий Т1 начала падать, и они стали предлагаться заказчикам в качестве выделенных или арендуемых каналов.

Сначала стоимость сервиса Т1 была очень высокой. Усовершенствования в цифровой технологии позволили быстро расширить возможности Т1 - как для телекоммуникационных компаний, так и для конечных пользователей. Линии Т1 нередко применялись компаниями для организации частных глобальных сетей. В глобальной сети Т1 АТС выполняла роль концентратора для коммутации линий Т1, связывающих ее с удаленными станциями. Для передачи по этим линиям можно мультиплексировать трафик речевых сигналов и данных.

Линия Т1 состоит из 24 каналов по 64 Кбит/с, мультиплексируемых для передачи речи и данных. Архитектура Т1 основана на иерархии цифровых сигналов, применяемой в Северной Америке для описания телекоммуникационных линий. При создании обычных аналоговых телефонных сетей (POTS - plain old telephone service) обнаружилось, что оптимальная пропускная способность для передачи речи (а именно в этом и состояло назначение телефонов) составляет 56 Кбит/с. С учетом некоторых дополнительных битов для управления передачей оптимальный канал требовал 64 Кбит/с. Цифровая передача позволила сократить непроизводительные потери при обмене информацией и использовать всю полосу 64 Кбит/с. Это значение и стало основной единицей в иерархии цифровых сигналов, получившей обозначение DS-0.

DS-0: 64 Кбит/с

DS-1: 1544 Мбит/с Линию Т1 можно представить как набор из 24 каналов DS-0, комбинация которых дает совокупную пропускную способность 1544 Мбит/с, соответствующую линии DS-1.

Требования Т1 к аппаратному обеспечению.

На физическом уровне линии Т1 могут быть различных типов: соединения Т1 по коаксиальному или волоконно-оптическому кабелю, инфракрасные, микроволновые, спутниковые соединения. Чаще всего это местные абонентские линии на медном кабеле с улучшенными характеристиками. Для усовершенствования местной абонентской линии телефонные компании разместили через соответствующие интервалы устройства регенерации цифрового сигнала. Таким образом, инсталляция линии Т1 обычно не требует прокладки или модернизации кабеля - для этого необходима лишь дополнительная аппаратура. Для подключения линии Т1 к аппаратному обеспечению узла заказчика требуется следующее оборудование:

1. Устройство обслуживания канала (CSU - channel service unit). Реализует фактический интерфейс между линией Т1 и узлом заказчика. CSU поддерживает качество линии, отслеживает соединения через интерфейс "абонент-сеть" и выполняет в линии Т1 роль физической оконечной точки.

2. Модуль обслуживания данных (DSU - data service unit). Отвечает за реальное преобразование сигналов локальной сети и речи в цифровые сигналы, передаваемые по линии Tl. DSU подключается к CSU и к оборудованию, устанавливаемому в помещениях заказчика (СРЕ -customer premises equipment) , т.е. к мостам и маршрутизаторам, а также к устройствам мультиплексирования.

CSU и DSU обычно комбинируются в одно устройство, подключаемое к линии Т1 (со стороны CSU) и к локальной сети (со стороны DSU). Данное устройство является физическим воплощением интерфейса "пользователь-сеть" между узлом заказчика и местной телефонной компанией.

3. Мультиплексоры. Отвечают за организацию каналов в линии Т1. Допускается комбинирование в одной линии речи и данных.

4. Мосты и маршрутизаторы. Эти хорошо известные устройства локальной сети обычно передают устройствам DSU трафик локальной сети

Стоимость Т1

Сегодня большинство телекоммуникационных компаний предлагает своим заказчикам сервис Т1. Линии Т1 обычно предоставляются в помесячную аренду. Плата за начальную инсталляцию стандартна, а месячная плата зависит от расстояния (длины линии). Линии Т1 применяются в основном в так называемой области локального доступа и передачи (LATA - local access and transport area). Если линия T1 охватывает несколько областей LATA, плата взимается на основе сервиса связанных LATA и может включать в себя стоимость оплаты канала обмена информацией между телефонными сетями (IEX - interexchange carrier). В США локальный сервис Т1 стоит около $2800 в месяц. С увеличением расстояния стоимость услуг Т1 быстро растет. Например, стоимость линии Т1, пересекающей территорию США от побережья до побережья, может достигать $25 000 в месяц

Т1 и ISDN Интерфейс PRI ISDN был специально описан в стандартах CCITT с учетом его согласования с архитектурой Т1. Конечно, ISDN дает гораздо большую гибкость, чем Т1, а тарифы ISDN существенно ниже. Аналогично ISDN, мультиплексирование Т1 допускает совместное использование одного канала для передачи речи и данных. Между тем ISDN позволяет применять конфигурации с комбинацией каналов 64 Кбит/с для повышения пропускной способности.

Офисные АТС (РВХ) Офисные АТС, учрежденческие телефонные станции (PBXs - private branch exchanges), представляют собой эквивалент центральной АТС, размещенный у пользователя. Такие АТС используются для телефонной связи в офисе или компании и обеспечивают коммутацию между различными добавочными номерами и устройствами, а также реализуют интерфейс между коммуникационной сетью общего пользования и локальной коммуникационной сетью. Офисные АТС можно применять для подключения устройств и передачи данных, для соединений при речевых звонках и для доступа к таким службам сетей коллективного пользования, как Frame Relay и Х.25 (сеть с коммутацией пакетов).

К офисной АТС можно подключить практически любое коммуникационное устройство или устройство обработки данных. Входящие речевые звонки могут коммутироваться офисной АТС на аналоговые или цифровые телефоны. ПК и рабочие станции подключаются к ней отдельно или используют ту же пару кабеля, что и аналоговые (цифровые) телефонные аппараты. РВХ уже давно применялись для соединения устройств в сети SNA (Systems Network Architecture) с большими ЭВМ (mainframe).

Офисная АТС может управляться вручную (как это делается во многих небольших компаниях) или работать полностью автоматически. Функции управления встроены в офисную АТС (РВХ). Благодаря этому оператор может осуществлять ее обслуживание, выполнять коммутацию и проверку ошибок.

РВХ может функционировать в корпоративной среде, но, как правило, соединяется с другими РВХ, в результате чего образуется распределенная частная глобальная система коммутации. Небольшие офисные АТС могут соединяться с офисными АТС более высокого уровня (связывающими несколько РВХ). Иерархическая структура из нескольких офисных АТС, функционирующих на разных уровнях, позволяет создать распределенную сеть РВХ. Несколько РВХ обычно соединяются с помощью арендуемых или выделенных линий и предоставляют организации эквивалент частной телефонной сети

Centrex.

Большинство телефонных компаний предлагает так называемый сервис Centrex, при котором пользовательские устройства (телефоны, факсимильные аппараты, большие ЭВМ и ПК) непосредственно соединяются с центральной АТС (СО - central office) с помощью местных абонентских линий заказчика. Пользователи могут использовать частную сеть РВХ или систему Centrex - они обеспечивают эквивалентные функции. Для пользователя основная разница между этими системами заключается в номере доступа (цифрах "выхода в город"), который нужно набирать для выхода из сети РВХ в телефонную сеть общего пользования. Если сеть РВХ требует для внешнего доступа набора цифры, то пользователю системы Centrex предоставляется прозрачный выход в сеть телефонной компании (с помощью собственных средств коммутации).

РВХ и ISDN. Офисные АТС используются в среде ISDN практически так же, как в среде аналоговых телекоммуникаций.

ISDN РВХ. Офисная АТС ISDN (ISDN РВХ) может выполнять ту же роль, что и аналоговая офисная АТС, но ее функции описываются по-другому. Устройства пользователя подключаются к ISDN РВХ с помощью двухпроводного соединения и S-интерфейса. Это соединение предоставляет каждому устройству интерфейс BRI или сегмент BRI. К центральному коммутатору (СО) ISDN РВХ подключается через U-интерфейс. ISDN PRI обеспечивает коммуникационный канал между средой пользователя и СО. Данная офисная АТС реализует функции оконечной станции (NT1) и функции коммутации в среде заказчика (NT2).

Centrex и ISDN. Соединения BRI в системе ISDN Centrex связывают оборудование пользователя непосредственно с локальным СО (местной АТС). Устройство пользователя соединяется через интерфейс S с NT1 со стороны пользователя и через опорную точку U (местную абонентскую линию) с системой Centrex. Канал между пользователем и СО обеспечивает пропускную способность BRI, а сеть Centrex предоставляет необходимый для обслуживания соединений цифровой коммутатор.

Локальные сети (LAN). К настоящему времени проведена значительная работа по проектированию и развертыванию устройств, обеспечивающих взаимодействие между локальными сетями и ISDN. По своей сути ISDN является глобальной сетевой службой. Разработанные стандарты облегчают соединение локальных сетей с ISDN для реализации сервиса глобальной сети. Если требуется, ISDN предоставляет сервис локальной сети в пользовательской среде (когда это допускают параметры производительности ЛС).

Локальные сети и офисные АТС. Имеющиеся в организациях компьютеры традиционно соединяются в локальные сети. Телефоны подключаются к офисным АТС. Эти две сети, используемые для передачи речи и данных, как правило, не соединены друг с другом. Офисная АТС подключается к пользовательским устройствам (телефонам), а сеть пользователя связывается с местной телефонной компанией (LE - local exchange) с помощью абонентской линии. Компьютеры соединяются в локальную сеть посредством кабеля (физических линий). Локальные сети связываются друг с другом с помощью мостов и маршрутизаторов - устройств, направляющих трафик из одной сети в другую. При такой конфигурации локальные сети и офисные АТС обычно никак не взаимодействуют. Между тем можно, например, конфигурировать компьютер-шлюз, который будет через РВХ (офисную АТС) поддерживать удаленные глобальные линии. Учитывая последние разработки в компьютерной телефонии, а также созданный компанией Novell интерфейс программирования сервисных приложений телефонной связи TSAPI (Telephony Services Application Programming Interface) и программный интерфейс компьютерной телефонии TAPI (Telephony API) от Microsoft, можно предположить, что разрыв между локальными сетями и офисными АТС будет быстро исчезать, и в следующие два года эта тенденция сохранится. Рано или поздно различие между сетевым сервером и РВХ станет гораздо менее заметным, чем сегодня.

Локальные сети ISDN. Локальные сети ISDN функционируют аналогично Centrex РВХ. Фактически сервис передачи данных Centrex предлагается большинством поставщиков услуг ISDN. Службы ISDN можно подключить к ПК соединенным с сетью ISDN, с помощью интерфейсов BRI или PRI. В такой конфигурации отдельные ПК подключаются к поставщику услуг ISDN (непосредственно или через РВХ).

Основной проблемой в конфигурациях подобного типа является производительность. Локальные сети Ethernet обеспечивают передачу10 Мбит/с. Нередко встречаются и локальные сети, поддерживающие 100 Мбит/с. В то же время локальная сеть ISDN, работающая по В- или D- каналам, не способна превысить "ограничение скорости" В-канала в 64 Кбит/с. Тем не менее такая конфигурация полезна в организациях, только что перешедших к технологии локальных сетей, и станет первым шагом к интеграции служб ISDN

Локальные сети Centrex. Служба передачи данных Centrex, предлагаемая в США большинством местных телефонных компаний, представляет собой популярный механизм интеграции сетей передачи речи и данных. Функции локальной сети Centrex во многом аналогичны Centrex PBX. Компьютеры и устройства соединяются непосредственно с СО - центральной АТС, выполняющей роль локальной шины сети. Речевые устройства (телефоны) также соединяются непосредственно с СО. Обычно один телефон и один компьютер используют одну местную абонентскую линию. В локальных сетях Centrex применяется устройство, получившее название "интегрированный мультиплексор речи/данных" (IVDM - integrated voice/data multiplexer ). Co стороны пользователя IVDM преобразует трафик речи и данных в интегрированный цифровой поток. Со стороны телекоммуникационной компании IDVM декодирует цифровую передачу, преобразуя ее в речь и данные, направляемые - согласно целевому адресату в локальной сети - коммутатору речи или данных.

Взаимодействие локальных сетей. ISDN представляет собой глобальную сеть. Ее применение в области локальных сетей связано в основном с тем, что ISDN обеспечивает связь между удаленными пользователями и локальной сетью или между удаленными локальными сетями

Интегрированные сети передачи речи и данных (IVDLAN).

Комитет IEEE 802.9 представил стандарты для интеграции трафика речи и данных в локальных сетях, предусматривающие активное использование ISDN. Стандарты IVDIAN определяют соединение между пользовательскими устройствами (IVDTE) и ISDN. Стандарты 802.9 предназначены для соединения IVDTE с устройством доступа (AU - access unit ), в свою очередь связанного с ISDN. Реализуемый AU сервис использует каналы ISDN:

- В-канал - канал 64 Кбит/с, идентичный В-каналу ISDN

- С-канал - линия с коммутацией каналов, поддерживающая несколько каналов 64 Кбит/с, аналогично Н-каналам ISDN

- D-канал – канал передачи сигналов в сети пользователя, полностью аналогичный D-каналу ISDN

- P-канал передачи пакетов, реализующий функции локальной сети 802

Этапы развития IP-телефонии

По мнению некоторых, концепция передачи голоса по сети с помощью персонального компьютера зародилась в Университете штата Иллинойс (США). В 1993 г.…    

Общие принципы

2. Система для звонков по телефону и посылки факсов средствами IP

Интернет-телефония

В цифровых сетях передачи данных, например, в Интернет, используется иной принцип – коммутация пакетов. Пакет – это блок двоичных данных, которыми… Телефонные соединения вполне можно реализовывать на основе сети с коммутаци­ей… Главный козырь Интернет-телефонии – себестоимость: минута разговора в случае междугородной и, тем более, международной…

Сценарии соединения

Самый простой способ состоит в использовании обычных мультимедиа-компьютеров, подключённых к Интернет (рис. 1.19). На обоих компьютерах требуется… Адресация узлов в сети Интернет совершенно не похожа на телефонные номера.… Когда пользователь А запускает на своем компьютере программу Интернет-телефонии, она автоматически сообщает серверу…

Внутренняя сеть

Две внутренние телефонные сети можно соединить между собой посредством Интернет: при этом с телефона одной сети можно звонить на телефоны из другой… Интересной представляется идея предоставления автоматических сервисов,…

H.323

Международный союз электросвязи (IUT-T) предложил стандарт H.323 для построения сетей Интернет-телефонии. Этот стандарт охватывает практически все аспекты создания таких сетей и в настоящее время является наиболее распространённым. Например, упоминавшаяся выше программа Microsoft NetMeeting поддерживает именно H.323. Эта программа бесплатно входит в состав последних версий популярных операционных систем семейства MS Windows (Windows ME, Windows 2000, Windows XP), поэтому можно сказать, что на абсолютное большинство персональных компьютеров во всем мире, подключённых к Интернет, можно сделать «виртуальный» звонок с использованием протоколов H.323.

Сети H.323 ориентированы на интеграцию с обычными телефонными сетями и рассматриваются как сети ISDN, работающие поверх сетей передачи данных – TCP/IP (Интернет), сетей IPX, Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring и т. д. Стандарт H.323 содержит большое количество протоколов, связанных с регистрацией оборудования, различными сценариями установления соединений, передачей речи, видео и данных, аутентификацией пользователей, тарификацией и многими другими задачами.

Согласно рекомендации H.323, сеть состоит из следующих устройств: терминалов (Terminal), шлюзов (Gateway), привратников (Gatekeeper) и устройств управления конференциями (Multipoint Control Unit – MCU), образующих так называемую зону (рис. 1.24).

Рис. 1.24.Зона сети H.323

Терминалы и шлюзы уже рассматривались выше.

Привратник управляет одной зоной сети, причем зона может состоять из нескольких территориально удалённых сегментов, соединённых с помощью шлюзов. В привратнике сосредоточен весь основной «интеллект» сети: он отвечает за регистрацию оконечного оборудования, входящего в зону, за контроль прав доступа, за номерной план, тарификацию услуг, за управление пропускной способностью сети. Таким образом, привратник ведёт учёт абонентов и занимается преобразованием их адресов в IP-адреса, то есть является своего рода сервером каталогов. Фактически привратник играет в сети роль АТС, хотя и участвует только в установлении соединения между прочими узлами, а передачей пакетов во время разговора занимается нижележащая инфраструктура сети передачи данных.

Устройство управления конференциями (MCU) отвечает за организацию соедине­ний между тремя и более участниками. В зависимости от возможностей сети передачи данных, конференция может быть централизованной или децентрализованной, а также смешанной. Каждый участник конференции может связываться с MCU напрямую; при этом требуется более дорогое оборудование MCU, которое занимается смешиванием звуковых потоков. При децентрализованном режиме используется возможность многоадресной рассылки пакетов (IP multicasting) нижележащей сети передачи данных. В этом последнем случае MCU отвечает только за организацию конференции и поддержание списка участников. При этом смешиванием голосовых потоков занимаются оконечные устройства, что увеличивает их сложность и стоимость. Режим конференции может меняться при подключении очередного участника.

Все устройства сети H.323 могут быть реализованы в виде компьютеров или специализированных устройств, причем один узел сети может совмещать сразу несколько ролей, например, быть привратником и шлюзом. Кроме того, функции привратника могут совмещаться в «гибридной» мини-АТС (IP-PBX), к которой подключаются обычные телефоны и Интернет-терминалы.

Масштабируемость и надежность

В сетях H.323 функции традиционной АТС распределены между разными узлами, причем каждый узел может быть многократно продублирован. Например, в одной… Кроме того, в одной локальной сети может быть несколько зон (несколько…

Кодеки

Передача звука в виде пакетов данных предполагает сжатие звуковых данных для минимизации трафика, поэтому используются различные алгоритмы динамического сжатия этих данных на передающей стороне и восстановления их на принимающей. Эти алгоритмы называются кодеками (codec) – сокращение от КОдер + ДЕКодер.

В большинстве сетей передачи данных отсутствует гарантия доставки переданных данных, либо механизмы обеспечения такой гарантии создают недопустимо большие задержки при передаче данных в реальном времени. Поэтому кодеки должны быть готовы к потере некоторого процента переданных пакетов, не приводя при этом к существенному ухудшению качества связи.

Как правило, для большинства кодеков главное – не качество звука, а используемая полоса пропускания. Так, для качественной передачи речи без сжатия требуется скорость передачи данных 64 Кбит/с. Существуют кодеки, которые позволяют обойтись 1–2 Кбит/с, например, Voxware RT24 даёт поток 2,4 Кбит/c при умеренном качестве звука.

Другой немаловажный параметр для кодека – вычислительная сложность. Обычно кодеки с высокой степенью сжатия требуют больших вычислительных ресурсов, что приводит к удорожанию оборудования.

Размер одного пакета, пересчитанный в миллисекунды, определяет типичную задержку звука. Задержка в 200 мс уже заметна на слух, а при задержках около секунды о комфортном разговоре не может быть и речи.

По телефонным соединениям передаётся главным образом человеческая речь. Кодеки, использующие этот факт для достижения наилучшего результата, называют вокодерами. Они позволяют добиться очень сильного сжатия, однако качество звука обычно оставляет желать лучшего: голос собеседника может изменяться до неузнаваемости, напоминая компьютерный синтезатор речи, вещающий в гулком помещении с сильным эхом.

Международный союз электросвязи (ITU-T) стандартизовал ряд кодеков, которые широко применяются для передачи речи (таблица 1.1). Кроме того, в таблице приведён также широко применяемый кодек GSM Full Rate, стандартизованный Европейской организацией телекоммуникационных стандартов (ETSI, European Telecommunications Standards Institute).

Таблица 1.1.Стандартизованные кодеки

Кодек	Год одобрения	Поток, Кбит/c	Длина кадра, мс	Качество (5-высокое, 4-обычное, 3-разбор­чивое)	Вычисли­тельная сложность, MIPS	Принцип сжатия
G.711			0,125	4,2		ИКМ-кодирование по A-закону или m-закону
G.723.1		5,3–6,4		3,7–3,9		MP-MLQ
G.726		40, 32, 24, 16	0,125	4,3 (для 32 Кбит/с)		ADPCM (АДИКМ)
G.728			0,625–2,5	4,3	20 – кодер13 – декодер	LD-CELP (Low Delay Code Excited Linear Prediction)
G.729					20 – кодер3 – декодер	CS-ACELP (Conjugate Structure, Algebraic Code Excited Linear Prediction)
GSM Full Rate				3,7	4,5

Передача тонового набора и факсимильных сообщений

Для решения этой проблемы шлюзы IP-телефонии должны специально обрабатывать тоны DTMF, передавая их по сети данных в виде специальных пакетов, а… Схожая проблема возникает в еще большей степени при передаче факсимильных…

Видеоконференции

Наиболее очевидным применением этой идеи является видеотелефония. Собственно говоря, стандарт H.323 появился на основе более раннего стандарта… «Конференции данных» Два или более пользователей, участвующие в H.323-соединении, могут также обмениваться различными данными, например,…

Особенности Интернет-телефонии

Характерные недостатки, сильно сдерживающие распространение IP-телефонии – низкое качество звука, вызванное сильным сжатием данных, и большие… Тем не менее, с развитием широкополосной связи и распространением поддержки…

Значение Интернет-телефонии

Итак, Интернет-телефония используется в настоящее время в основном как дешевое средство связи (но не всегда высокого качества). Тем не менее, это направление, очевидно, является будущим телефонии, как в применении к дальней связи, так и во внутренних сетях.

Компьютерная телефония

Рассмотрим вкратце несколько характерных случаев применения компьютеров для управления разнообразными телефонными системами, а затем вернемся к теме…

Модемы

Модем можно использовать не только для передачи данных, но и для управления состоянием линии по командам от компьютера. Например, пользователь может выбирать номер из электронной адресной книги, хранящейся в компьютере, и автоматически набирать его с помощью модема (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Управление линией с помощью модема

Особый случай представляют собой голосовые модемы, которые позволяют автоматически проигрывать и записывать звук в линию, а также факс-модемы, передающие и принимающие факсы, представляемые в виде компьютерных файлов. Использование таких модемов позволяет полностью автоматизировать рабочее место абонента.

Кроме того, с помощью голосовых модемов можно создавать автоматические сервисы, доступные по телефону, работающие без вмешательства пользователя (рис. 1.26).

Рис. 1.26. Автоматический сервис на основе голосового модема

CTI-платы

Выход заключается в использовании так называемых CTI-плат (их также называют платами компьютерной телефонии). Это обычные платы, вставляемые в слоты… Рис. 1.27.Автоматический сервис на основе CTI-платы

CTI link

Рис. 1.28.Подключение мини-АТС к внешнему компьютеру через CTI link Существует международный стандарт для передачи управляющих команд по CTI link, который называется CSTA (Computer…

Интеллектуальные сети

Применение компьютерных технологий в телефонных системах позволяет реализовывать новые услуги, предоставляемые абоненту, непосредственно подключённому к АТС. Вместе с тем, некоторые услуги могут быть предоставлены через ТфОП любому абоненту сети. Но для этого требуется программное управление не на уровне отдельной АТС, а в рамках целой сети.

Сервис 800

Реализация такой услуги требует наличия специальных средств для маршрутизации и тарификации (биллинга) звонков в масштабах национальной телефонной… Переход к «сетевой базе данных» завершился к 1982 г, получив название Expanded…

SS7

Современные интеллектуальные сети строятся на рекомендациях Международного союза электросвязи (ITU-T) Signaling System N7 (SS7), первая версия которых была принята в 1992 г. В настоящее время SS7 широко внедряется во всем мире, в том числе и в России (под названием ОКС N7).

SS7 определяет все основные компоненты интеллектуальной сети и протоколы их взаимодействия, которые, по замыслу их разработчиков:

C не зависят от вида услуг,

C от структуры сети,

C от производителя оборудования.

В SS7 используется сеть передачи данных на основе коммутации пакетов, логиче­ски независимая от обычной сети для разговорных каналов. Узлы этой сети называются SP (signaling point, «пункты сигнализации»), а соединяющие их линии – SL (signaling link, «сигнальные звенья»). Для повышения надежности применяется дублирование оборудования, а между любыми двумя SP должно существовать как минимум два независимых маршрута по несовпадающим цепочкам SL.

Различают следующие типы узлов в сети SS7 (рис. 1.34):

r Транзитный пункт сигнализации STP (signaling transfer point). Это элемент сети, обе­спечивающий маршрутизацию пакетов между остальными узлами по SL.

r Узел коммутации услуг SSP (service switching point). Это АТС, управляемая программно.

r Интеллектуальная периферия IP (intelligent peripheral). SSP отвечает только за ком­мутацию голосовых каналов, а IP реализует интерактивный диалог с абонентом: проигрывание голосовых инструкций (промптов), прием ответных тонов DTMF, набираемых абонентом на телефонной клавиатуре или даже распознавание речи. IP может быть встроена в SSP, либо реализована отдельным оборудованием.

r Узел управления услугами SCP (service control point). Это компьютерное оборудование, на котором исполняется программа, реализующая логику услуги. SCP может находится за тысячи километров от управляемых им узлов SSP и IP, передавая им команды через сеть, либо находится в непосредственной близости, будучи связанными с ними через высокоскоростной канал связи. Последний случай называется AD (adjunct). Функции SSP и SCP могут быть совмещены в одном узле – SSCP (service switching and control point).

r Узел хранения данных для услуг SDP (service data point). Это база данных, которую совместно используют другие узлы сети для реализации услуг. Например, в базе данных могут храниться счёта абонентов, таблицы маршрутизации для сервиса 800 и т. д.

r Узел управления услугами SMP (service management point). Это операторская консоль, через которую можно управлять параметрами и конфигурацией сервиса во время его эксплуатации.

r Узел создания услуг SCEP (service creation environment point). Это компьютер, содержащий среду создания услуг SCE (service creation environment) – программные средства конструирования, модификации и тестирования услуг до начала их эксплуатации. Сервисы конструируются как комбинации из стандартизованного набора универсальных сервис-блоков SIB (service-inde­pendent block).

Рис. 1.34.Структура интеллектуальной сети

SS7 содержит набор протоколов для взаимодействия узлов интеллектуальной сети. Базовые протоколы, реализующие транспортную среду, называются MTP (Message Transfer Part) и SCCP (Signaling Connection Control Part). На их основе работает протокол для управления голосовыми соединениями (звонками) – ISUP (ISDN user part), а также протокол для удалённого вызова программных процедур – TCAP (Transaction Capabilities Application Part). Через эти протоколы узлы SCP (компьютеры) удалённо управляют узлами SSP (АТС) и их «интеллектуальной периферией», а также взаимодействуют SDP (базами данных). Протоколы взаимодействия между SCP, SMP и SCEP пока не определены, поэтому разработчики реализуют их самостоятельно на основе TCP/IP или X.25.

На основе SS7 можно реализовывать такую сетевую услугу, как роуминг в мобильных сетях. Например, сотовые сети стандарта GSM базируются на подсистемах MAP (Mobile Application Part), работающей поверх TCAP, и BSSAP (Base Station System Management Application Part) – частях стандарта SS7.

* * *

Итак, на примере SS7 мы видим, что в интеллектуальной сети, в отличие от обычной,

· все элементы сети имеют программное управление;

· параллельно сети для передачи голосовых соединений вводится (хотя бы на ло­гическом уровне) дополнительная сеть для передачи команд от управляющих компьютеров к управляемым узлам;

· имеются средства для построения распределённой базы данных.

Именно эти важные отличия позволяют создавать новые услуги «уровня сети», а не отдельных АТС