Cyfrowe łącze

Aparat telefoniczny kojarzy się z urządzeniem analogowym, na szczęście analogowy charakter współczesnych sieci telefonicznych ogranicza się do odcinka łączącego abonenta z najbliższą centralą - dalej sygnał przesyłany jest cyfrowo. Zastąpienie łącza analogowego cyfrowym na tym ostatnim fragmencie drogi od centrali do abonenta to właśnie technologia ISDN.

ISDN (Integrated Services Digital Network), czyli sieć cyfrowa z integracją usług, to nie tylko "telefon cyfrowy" - jak można by było przypuszczać na pierwszy rzut oka - ale przede wszystkim nowe medium telekomunikacyjne usprawniające przekaz informacji głosowej, teletekstowej, graficznej (faks) czy też transmisji danych komputerowych. Jakie są zatem różnice pomiędzy tradycyjnym łączem abonenckim w tradycyjnej sieci PSTN (Public Switched Telephone Network) a łączem w sieci ISDN?

Zasilanie i sygnał

Różnice między tradycyjną siecią telefoniczną PSTN i cyfrową telefonią ISDN są na tyle duże, że warto bardzo dokładnie zapoznać się z terminologią, zasadą funkcjonowania i instalacją ISDN-u, jeszcze przed przystąpieniem do rozmów z przedstawicielem dostawcy usług telefonicznych. W przeciwnym razie może się okazać, że nie jesteśmy w stanie określić szczegółowo naszych potrzeb, a stosowany przez monterów żargon techniczny będzie całkowicie niezrozumiały. Przyjrzyjmy się zatem najważniejszym elementom infrastruktury ISDN, spełnianym przez nie funkcjom oraz nomenklaturze stosowanej podczas podłączania abonenta do cyfrowej sieci telekomunikacyjnej.
     Podstawowe parametry linii telefonicznej i zasada przekazu głosu na odległość nie zmieniły się od momentu wynalezienia telefonu przez Grahama A. Bella, gdyż wynikają one bezpośrednio z konstrukcji aparatu telefonicznego. W tradycyjnej linii telefonicznej sygnał przesyłany jest analogowo za pomocą pary przewodów. Do każdego gniazdka z centrali telefonicznej doprowadzone jest stałe napięcie 48 V (zasilająco-sygnałowe), które poddaje się procesowi modulacji amplitudowej umożliwiającej przekaz głosu na odległość. Pasmo przenoszenia analogowej telefonii to przedział 300-3400 Hz.
     W przypadku linii cyfrowej (używane są najczęściej wtyki i gniazda RJ-45, rzadziej RJ-11) stosuje się dwie pary przewodów, z których obie jednocześnie służą do przesyłania sygnału trzema kanałami logicznymi (dwa kanały B plus kanał sygnalizacyjny D - o czym będzie mowa w dalszej części artykułu). W odróżnieniu od linii analogowych sygnał przesyłany jest zawsze w postaci pakietów cyfrowych.
     Odmiennie, w stosunku do sieci PSTN, wygląda również zasilanie samego telefonu. Bardzo rzadko (tylko w sytuacjach awaryjnych) w sieciach ISDN stosuje się zasilanie doprowadzone bezpośrednio z centrali telefonicznej. Najczęściej spotykane rozwiązanie to zewnętrzny zasilacz podłączany "do kontaktu". Prąd bywa też dostarczany za pośrednictwem gniazdka telefonicznego, jednak wtedy odpowiedzialny jest za to specjalny moduł (NT) posiadający własne źródło zasilania.

Nie tylko gniazdko - infrastruktura sieci

Instalacja sieci ISDN u abonenta nie sprowadza się wyłącznie do prostego podłączenia gniazdka telefonicznego. Monterzy operatora telekomunikacyjnego doprowadzają do domu lub biura tzw. zakończenie sieciowe NT (Network Termination). Do modułu NT podłącza się czterożyłowy kabel telefoniczny położony wewnątrz budynku (mieszkania, biura), do którego "przypina się" urządzenia ISDN (maksymalnie do ośmiu sztuk). Wewnętrzna (u abonenta) infrastruktura sieci nosi nazwę szyny S lub S/T.
     Aparaty telefoniczne, faksy, modemy czy inne urządzenia końcowe użytkownika to tzw. terminale TE (Terminal Equipment). Pojęcie to obejmuje zarówno urządzenia cyfrowe (terminal typu 1 - TE1), jak i analogowe (TE2). Sprzęt z grupy TE1 podłącza się bezpośrednio (zwykle za pośrednictwem gniazda RJ-45) do szyny S. W przypadku telefonów (faksów, modemów) analogowych konieczna jest "przejściówka" TA (Terminal Adapter) dołączana bezpośrednio do szyny S. Jednak podłączenie analogowego aparatu telefonicznego za pomocą tego urządzenia i tak nie pozwoli skorzystać ze wszystkich usług oferowanych przez sieć ISDN.

Moduł NT - końcówka centrali

Fizyczną i elektryczną funkcją NT jest zapewnienie współpracy między dwużyłową linią telekomunikacyjną (doprowadzoną od centrali telefonicznej) a okablowaniem używanym do podłączania sprzętu ISDN (szyną S).

Zdefiniowane protokoły i standardy w cyfrowych sieciach ISDN dotyczą pierwszych trzech warstw modelu OSI.

     W przypadku typowej "domowej" instalacji ISDN u abonenta zainstalowane jest tylko zakończenie sieciowe nazywane NT1. W biurach lub małych firmach bardzo często zdarzają się cyfrowe sieci telefoniczne, gdzie występują dwa rodzaje zakończeń sieciowych - NT1 i NT2. Za komunikację z urządzeniami ISDN (poprzez styk S) odpowiedzialny jest wtedy moduł NT2, będący najczęściej wewnętrzną centralką telefoniczną - udostępnionych może być wówczas wiele styków S. Jednak bezpośrednie połączenie z centralą telefoniczną operatora telekomunikacyjnego zawsze realizuje zakończenie sieciowe NT1.

Dostęp podstawowy i rozszerzony

Omówiony powyżej sposób doprowadzenia i skonfigurowania łączy ISDN u abonenta nosi nazwę dostępu podstawowego lub łącza BRI (Basic Rate Interface), stosowanego do podłączania abonentów indywidualnych i małych firm. Zapewnia on dostęp do trzech kanałów komunikacyjnych poprzez zwykłe dwużyłowe łącze telekomunikacyjne (od strony centrali). Warto podkreślić, że nie należy łącza BRI rozumieć jako trójprzewodowej linii telefonicznej, lecz jako trzy kanały logiczne realizowane na dwuprzewodowej linii telefonicznej.
     W interfejsie BRI dwa kanały B (od ang. bearer - element nośny) służą do przesyłania danych z prędkością 64 kbit/s. W bardzo dużym przybliżeniu kanały B można utożsamić z dwoma liniami (numerami) telefonicznymi. Trzeci kanał D - 16 kbit/s - (od ang. data - dane) jest kanałem sygnalizacyjnym, który służy do sterowania połączeniem, przesyłania informacji sygnalizacyjnych i umożliwia korzystanie z usług ISDN (lista usług oferowanych przez sieć ISDN, wraz z ich obszernym opisem, znajduje się w CHIP-ie 11/98). Umożliwia on między innymi przesłanie numeru abonenta wywołującego. Zestaw dwóch kanałów B i jednego D określa się w literaturze symbolem 2B+D, co jest równoznaczne z interfejsem BRI.
     Drugim stosowanym łączem jest PRI (Primary Rate Interface), zwany dostępem rozszerzonym. Zazwyczaj jest on wykorzystywany przez klientów instytucjonalnych (firmy). Europejski PRI (30B+D) składa się z 30 kanałów B (64 kbit/s) oraz jednego kanału D (64 kbit/s) i umożliwia transmisję z prędkością do 2048 kbit/s (dla użytkownika dostępne jest 1920 kbit/s).

Protokoły i standardy ISDN

Standardy i protokoły normalizują zagadnienia transmisji, umożliwiając globalną wymianę danych i zachowanie kompatybilności pomiędzy różnymi odcinkami sieci - niezależnie, czy wymiana informacji odbywa się w granicach jednego miasta czy pomiędzy oddalonymi o setki kilometrów punktami. Opisana w tym artykule infrastruktura sieci oraz przepustowość łączy PRI i BRI zgodne są ze standardem Euro-ISDN.

Do abonenckiego łącza ISDN typu BRI (modułu NT1) można podłączyć maksymalnie do ośmiu terminali sprzętowych TE1/TE2 "wpiętych" do szyny S. Styki R, S, T, U, V reprezentują znormalizowany punkt odniesienia rozdzielający dwa urządzenia (lub bloki funkcjonalnie) występujące w sieciach ISDN.

     Wykorzystywane w sieciach ISDN protokoły transmisji zgodne są z siedmiowarstwową strukturą OSI (Open System Interconnection) - patrz powyższy rysunek. W ISDN najważniejszym wykorzystywanym protokołem jest DSS1 (warstwa sieciowa). Umożliwia on nawiązywanie i sterowanie połączeniami oraz korzystanie z usług oferowanych przez tę sieć. Innymi słowy protokół ten pozwala użytkować cyfrowy telefon, faks lub inny terminal sprzętowy.
     Z punktu widzenia przesyłu danych za pośrednictwem cyfrowych modemów ISDN najważniejsze protokoły transmisji to X.25, X.75, V.110, V.120 oraz HDLC. Dwa pierwsze określają sposób zestawiania połączenia i transferu informacji (komutacji pakietów) w sieciach pakietowych - należą do warstwy sieciowej modelu OSI. Protokoły V.110 i V.120 dotyczą adaptacji prędkości przesyłu informacji z szybkości używanych w urządzeniach analogowych np. 9600 kbit/s (ma to choćby miejsce w sytuacji, gdy komputer nie jest w stanie wysyłać/odbierać do/z modemu ISDN, danych z prędkością 64 kbit/s) na szybkość kanału B (64 kbit/s) - warstwa fizyczna. V.110 jest protokołem "sztywnym" (adaptacja prędkości ustalana jest podczas nawiązywania połączenia), a w przypadku V.120 adaptacja szybkości transferu danych może być zmieniana w trakcie połączenia. HDLC (High level Data Link Control) jest protokołem "transportowym" (protokół warstwy łącza) zapewniającym poprawność transmisji ramek.

Co daje ISDN

Z punktu widzenia użytkownika, oprócz cyfrowej jakości połączenia, najbardziej interesujące są możliwości oferowane przez sieci ISDN. Podstawową zaletą jest szybkość, z jaką przesyłane są dane. Dla wielu osób, a zwłaszcza firm, istotna jest możliwość jednoczesnego prowadzenia rozmowy telefonicznej i np. przesyłu informacji za pomocą modemu lub faksu, z tego samej numeru abonenta (z wykorzystaniem dwóch kanałów B). Ciekawą usługą jest MSN (Multiple Subscriber Number) pozwalająca na przypisanie wielu numerów końcowych do jednej linii ISDN (zakończenia NT). Jest to wyjątkowo wygodne, gdyż każde urządzenie ISDN podłączone do szyny S może mieć do dyspozycji własny numer "telefonu".
     Interesującym rozwiązaniem jest usługa typu SUB (Subaddressing - podadresowanie). Każde urządzenie dołączone do szyny S może mieć przypisany własny podadres, który może być wykorzystany jako numer wewnętrzny. Oprócz możliwości wybierania połączeń wewnętrznych (za pośrednictwem centrali telefonicznej) funkcja ta może być wykorzystana do utworzenia (na bazie modemów ISDN) "wewnętrznej" sieci komputerowej lub dodatkowego zabezpieczenia (autoryzacji) zdalnego dostępu do danych np. przed włamaniem z Internetu. Karta ISDN, dzięki specjalnemu oprogramowaniu, może odbierać wywołanie wtedy, gdy podadres SUB będzie zgodny z wprowadzonym do softwaru numerem.
     Internauci docenią możliwość połączenia dwóch kanałów B w jedno "szerokie" łącze pracujące z prędkością 128 kbit/s, czyli ponad dwa razy szybciej od maksymalnej wydajności modemów V. 90 (!). Co ciekawe, nawet w przypadku wykorzystania obu kanałów jednocześnie, nadal możliwe jest dzwonienie do nas z zewnątrz, gdyż dołączony drugi kanał może zostać automatycznie zwolniony (Call Bumping).

Rozwój telefonii cyfrowej ISDN

Przyszłością cyfrowej telefonii jest, jak się obecnie wydaje, dostosowanie aktualnie istniejącej techniki ISDN do asynchronicznego trybu przesyłania danych ATM (Asynchronous Transfer Mode). Łącza ISDN wykorzystujące asynchroniczny tryb przesyłania danych często określa się mianem szerokopasmowego ISDN-u lub sieci B-ISDN (od ang. broadband - szerokopasmowy).

     Zastosowanie tej technologii umożliwia zwiększenie szybkości transmisji (szerokości pasma) w dotychczasowych liniach ISDN. Przy zastosowaniu podstawowego interfejsu szybkość ta osiąga wartość 1,5 Mbit/s. Jednak unowocześnianie aktualnie wykorzystywanych instalacji ISDN polegać będzie, w głównej mierze, na wymianie sporej części istniejącej infrastruktury sieci. Trudno więc jednoznacznie powiedzieć, czy jest to tylko unowocześnienie ISDN-u, czy raczej zastąpienie (lub wyparcie z rynku) przez nową technologię ATM.

Słowniczek

DSS1 - Digital Subscriber Signalling System No1 - System Cyfrowej Sygnalizacji Abonenckiej Nr1 - system sygnalizacji służący do komunikacji pomiędzy abonentem a siecią ISDN
X.25, X.75 - protokoły służące do przesyłania pakietów w tzw. sieciach pakietowych (informacja przesyłana jest w postaci ciągu wysyłanych, jedna po drugiej, "paczek" danych). W sieciach ISDN protokół X.25 wykorzystywany jest do komunikacji i dostępu do pakietowych sieci publicznych (np. POLPAK) za pośrednictwem kanału B. Protokół X.75 stanowi rozszerzenie standardu X.25
V. 110 - protokół używany przy kodowaniu danych (z urządzeń nie-ISDN-owych), służący do adaptacji prędkości przesyłu informacji z szybkości używanych w urządzeniach analogowych np. 9600 kbit/s na transfer kanału B (64 kbit/s). Sposób i szybkość adaptacji negocjowane są na początku połączenia
V. 120 - rozwinięcie standardu V. 110 polegające na możliwości renegocjacji sposobu adaptacji prędkości do kanału B w trakcie trwania połączenia
Protokół - zbiór reguł ściśle określających sposób adresowania, wysyłania i odbioru danych
Multilink-PPP - odmiana protokołu PPP (Point-to--Point Protocol), umożliwiająca wykorzystanie drugiego kanału B do transmisji danych. Multilink PPP musi być wynegocjowany podczas ustanawiania połączenia. Jeżeli negocjacja zakończyła się sukcesem, drugie połączenie jest "dodzwaniane" zaraz po pierwszym. W niektórych krajach numer nie jest ten sam dla obu kanałów. Jeżeli dzwonienie na drugi kanał B ma odnieść skutek, urządzenie musi obsługiwać protokół BACP/BAP.
BACP/BAP (Bandwidth Allocation Control Protocol, Bandwidth Allocation Protocol) - protokoły używane przy zestawianiu i rozłączaniu kanałów B w zależności od obsługiwanego ruchu w łączu
Styk - znormalizowany punkt odniesienia rozdzielający dwa urządzenia fizyczne występujące w sieci ISDN. Oznacza się je kolejnymi literami alfabetu R, S, T, U, V
Szyna - znormalizowane łącze (np. okablowanie) służące do podłączenia jednego lub kilku urządzeń występujących w instalacjach ISDN. Zadaniem szyny jest zapewnienie fizycznej transmisji sygnałów pomiędzy punktem styku a podłączanym urządzeniem - np. szyna S ma za zadanie przenieść dane od zakończenia sieciowego NT do terminala TE1
Moduł NT (Network Terminator) - urządzenie zapewniające komunikację pomiędzy siecią telekomunikacyjną a instalacją abonenta. Często nazywane jest zakończeniem sieciowym NT. Do jego zadań, oprócz "przezroczystego" transferu pakietów z danymi, należy doprowadzenie napięcia zasilającego do terminali abonenta
Terminal TE (Terminal Equipment) - nazwa używana do określenia urządzeń końcowych abonenta (telefonów, modemów, faksów itp.). Pojęcie to obejmuje zarówno urządzenia cyfrowe (TE1), jak i analogowe (TE2) dopinane do adaptera (TA)
Terminal Adapter (TA) - urządzenie pośredniczące umożliwiające podłączenie analogowych urządzeń (aparatów telefonicznych, faksów, modemów itp.) do linii ISDN
BRI (Basic Rate Interface) - jeden z dostępów do sieci ISDN, nazywany dostępem podstawowym. W dostępie tym abonent ma do swojej dyspozycji dwa kanały o przepustowości 64 kbit/s (B) i jeden 16 kbit/s (D). Dostęp ten oznaczany jest również jako 2B+D lub BRA (Basic Rate Access)
PRI (Primary Rate Interface) -- rozszerzony dostęp do sieci ISDN, nazywany dostępem pierwotnym. W tym dostępie abonent ma do swojej dyspozycji 30 kanałów o przepustowości 64 kbit/s (B) i jeden kanał sygnalizacyjny D - 64 kbit/s. Dostęp ten oznaczany jest również jako 30B+D lub PRA (Primary Rate Access)

---