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Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 37 ISDN – Digitale Verschmelzung von Telefon- und WAN-Diensten

Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Dipl.-Ing. (FH) Andreas Donner

WAN-Datendienste nach X.25 und Frame Relay existierten lange Zeit neben den konventionellen Telefondiensten. Das Integrated Services Digital Network ISDN hat diese beiden Welten zum ersten Male vollständig integriert. Ein Kunde hatte dadurch eine Reihe von Vorteilen. Diese waren aber gering gegenüber den enormen Vorteilen, die die Provider durch die vollständige Digitalisierung ihrer WAN-Kernnetze erzielen konnten. ISDN läutete den vollständigen Abschied von der bis dahin vorherrschenden analogen Vermittlungstechnik ein.

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Mit ISDN wachsen klassische Telekommunikations- und Wide-Area-Netzwerkdienste erstmals zusammen.
Mit ISDN wachsen klassische Telekommunikations- und Wide-Area-Netzwerkdienste erstmals zusammen.
( Archiv: Vogel Business Media )

Wenn ein Anwender sich heute überlegt, auf welche Art und Weise er eine Kommunikation zu einem entfernten Partner, der sich nicht mehr auf dem Gelände des Anwenders befindet, durchführen kann, ergeben sich eine Reihe unterschiedlicher Alternativen, die sich alle in Leistung, Kosten und Komplexität der Lösung unterscheiden.

Dies ist vor allem aus der Entwicklung der öffentlichen Netze zu erklären. Das Fernsprechnetz charakterisiert den Anfang dieser Entwicklung und ist auch heute noch für gelegentliche, langsame Verbindungen interessant. Ein anderes älteres Netz war das TELEX-Netz, welches ebenfalls eine langsame Datenübertragung von nur 50 Bit/s ermöglichte. DATEX-L-, DATEX-P- und HfD-Netze traten mit der Zeit hinzu. Jedes Netz hatte dabei jeweils eigene Hauptanschlussarten

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  • für unterschiedliche Dienste
  • mit individuellen internationalen Nummerierungsplänen
  • mit individuellen Tarifierungen
  • mit individuellen Anschlussbedingungen
  • mit Netz- und Dienstübergängen unter bestimmten technischen und betrieblichen Bedingungen und einer
  • Vielzahl unterschiedlicher genormter Teilnehmerschnittstellen
  • einer Vielzahl unterschiedlicher Prozeduren für die Benutzung
  • und einer Vielzahl von Endgeräte-Typen.

Dies hat zu zunehmender Unzufriedenheit bei den Benutzern geführt, da immer mehr Zeit dafür aufgewendet werden musste, eine sinnvolle und wirtschaftliche Lösung zu finden. Darüber hinaus führte dieser Dschungel an Möglichkeiten verbunden mit teutonischer Gründlichkeit zu einem wunderbaren Tarifgestrüpp, welches für den Teilnehmer erst recht nicht mehr zu durchschauen ist.

Aber es gibt noch andere Probleme: Provider wie die Telekom mussten unterschiedliche Netze warten und betreuen. Dies führte in einem ersten Schritt zur Zusammenlegung der HfD-, DATEX- und TELEX-Netze zum IDN, dem Integrierten Text- und Datennetz, und zu einer weitgehenden Digitalisierung der gesamten Nachrichtentechnik.

Integrated Services Digital Network

Das ISDN (Integrated Services Digital Network) ist ein weiterer Schritt zur Integration aller schmalbandigen Dienste (Sprach-, Daten-, Fax-, Tex-Dienste) und bietet vielfältige Nutzungsmöglichkeiten.

Das Schmalband-ISDN, hier im Folgenden als ISDN bezeichnet, ist das erste wirklich dienstintegrierende Digitalnetz auf Basis der Digitalisierung des Fernsprechnetzes. Es stellt jedem Benutzer eine einheitliche Schnittstelle mit dem Namen S0-Schnittstelle an einer einheitlichen Steckdose, in Deutschland TAE(D), zur Verfügung, über die er völlig transparent seine Kommunikation abwickeln kann.

Dem Netz ist es dabei völlig gleichgültig, ob es sich um digitalisierte Sprache oder Datensignale handelt. Man kann die Informationsströme sogar mischen, d.h. telefonieren und in den Sprechpausen Daten übertragen. Außerdem kann man gleichzeitig Verbindungen mit mehreren ISDN-Gegenstellen haben. Insgesamt benötigt man natürlich entsprechende Endgeräte.

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Der ISDN-Basisanschluss S0

Der ISDN-Basisanschluss S0 ist eine Vierdrahtschnittstelle und sieht zwei Nutzkanäle von jeweils 64 kBit/s und einen Signalisierungs bzw. Steuerungs-Kanal von 16 kBit/s Breite vor. Durch die zwei Nutz- und den Steuerungskanal, der den Namen D-Kanal trägt, kommt man auf eine Netto-Datenrate von 144 kbit/s. Hierzu kommen noch Synchronisierungsinformationen, so dass sich eine gesamte Übertragungsrate von 192 kbit/s ergibt.

Die Beschränkung auf die Basisschnittstellen mit 2 X 64 kBit/sec. Basisdatenrate und 16 kBit/sec. Signalisierung zieht eine Beschränkung auf schmalbandige Dienste nach sich.

Für höhere Anforderungen, und besonders für die Anschaltung digitaler Nebenstellenanlagen, gibt es noch den Primärmultiplexanschluss mit der Schnittstelle S2M Er hat 30 Kanäle mit je 64 kbit/s als Nutzkanäle und einen D-Kanal mit 64 kbit/s als Steuerungskanal. Der Primärmultiplexanschluss lässt allerdings nur Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu. Für die Realisierung werden PCM30-Multiplexsysteme eingesetzt.

Die Diensteklassen des ISDN

Wie bereits mehrfach gezeigt, stellt ISDN vormehmlich Wählverbindungen zur Verfügung, die mittels ISDN-Geräten, aber auch über X.- oder V.-Schnittstellen mit Terminaladaptern genutzt werden können. Darüber hinaus stellt ISDN natürlich Verbindungen zu analogen Anschlüssen im Fernsprechnetz her. Die ISDN-Festverbindungen sind den Hauptanschlüssen für Direktruf ähnlich.

Im ISDN sind für die Benutzer verschiedene Klassen von Diensten vorgesehen:

  • Transportdienste: Dem Anwender steht unter Beachtung von Protokollen für die ISO-Schichten 1 bis 3 ein 64 kBit/s-Kanal zur Verfügung, bei dem er Dienste, Übertragungsverfahren und Endeinrichtungen unter Berücksichtigung von gewissen Randbedingungen frei wählen kann. Es gibt fest geschaltete Verbindungen und Wählverbindungen.
  • Standarddienste: Abgeschlossene Anwendungsdienste, die durch alle sieben Schichten des ISO-Referenzmodells durchstrukturiert sind. Übertragungsverfahren, Endgeräte und Schnittstellen der Wählverbindungen sind fest vorgegeben.
  • Informationsdienste: Wie Auskunfts- und Ansagedienste, Btx, usw., die je nach geforderter Struktur und dem Stand der Normung ausgeprägt sind.
  • Zusatzdienste: Besondere Verbindungsarten wie Konferenzschaltung, Verteil- und Speicherdienste sowie besondere Komfortmerkmale können als Zusatz zu bestehenden Diensten angeboten werden und die Attraktivität des Gesamtsystems erhöhen.

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Die Kommunikationssteuerung bei ISDN

Damit zwei Endeinrichtungen über ISDN miteinander kommunizieren können, muss – außer natürlich bei Festverbindungen – eine logische Verbindung aufgebaut und nach Beendigung der Kommunikation auch wieder abgebaut werden.

Dies hat, da ISDN eher von Personen entwickelt wurde, die sich mit Telefonnetzen befasst hatten als von Spezialisten der Datenkommunikation, den Namen Signalisierung oder Zeichengabe. Die Signalisierung hat den Zweck des Austausches von Kontroll- und Steuerinformation. Im Gegensatz zu den meisten Konstruktionen bei Datennetzen ist bei ISDN die Signalisierung vom Nutzdatenstrom getrennt, wie man auch an der Gestaltung der Schnittstellen leicht erkennt. Das hat den Vorteil, dass man den Nutzdatenstrom ziemlich hemmungslos gestalten kann. Außerdem kann man mitten in einer bestehenden logischen Verbindung einfach den Dienst wechseln.

ISDN unterscheidet zwischen einer Teilnehmersignalisierung und einer Zentralkanalsignalisierung. Erstere wirkt als Ende-zu-Ende-Kommunikationssteuerung zwischen dem Endgerät über den Netzabschluss NT bis zur digitalen Ortsvermittlungsstelle und von der digitalen Ortsvermittlungsstelle wieder zum Endgerät und funktioniert nach dem sog. D-Kanal-Protokoll. Letztere wirkt zwischen den Ortsvermittlungsstellen nach dem Zeichengabesystem Nr. 7.

Die Zentralkanalsignalisierung soll hier nicht weiter interessieren, da sie zwischen Einrichtungen der Provider stattfindet.

Das D-Kanal-Protokoll ist gemäß des OSI-Modells in drei Schichten strukturiert. Die Bitübertragungsschicht sorgt für Bit-Takt, Oktett-(Byte)-Takt, Rahmensynchronisation im Zeitmultiplexverfahren, D-Echokanal für die Mehrfachzugriffsteuerung (man kann ja mehrere Endeinrichtungen am ISDN-Bus anschließen, die sich gegenseitig nicht stören dürfen und deshalb eine Prioritätssteuerung besitzen), Fernspeisung (z. B. für Telefone), Aktivierung und Deaktivierung von Endeinrichtungen und Anschaltezustandsüberwachung.

Die Sicherungsschicht des D-Kanal-Protokolls arbeitet mit einer Variante des HDLC, dem LAP D (Link Access Procedure for D-Channel). HDLC wurde bereits ausführlich vorgestellt, die Unterschiede zwischen LAP B und LAP D beziehen sich z.B. auf bestimmte Felder im ansonsten ähnlichen Übertragungsrahmen und auf Definitionen von Einzelheiten. So darf z.B. bei einer S0-Schnittstelle des Basisanschlusses die Fenstergröße nur auf 1 gesetzt werden, beim Primärmultiplexanschluss darf sie den Wert 7 annehmen. Wichtig ist zu vermerken, dass das HDLC-Protokoll hier i.d.R. nur für den Austausch von Steuerinformationen dient.

Eine Ausnahme ist die Benutzung des D-Kanals als Nutzdatenkanal im Rahmen der Durchschaltung von Daten paketvermittelnder Datennetze wie X.25. Die Schicht 3 enthält schließlich alles Notwendige für den Aufbau, die Durchführung und die Beendigung von Verbindungen einschließlich Protokolldefinition (es gibt zwei unterschiedliche Protokolle, nämlich CCITT Q.931 EURO-D-Kanal und das nationale Protokoll 1TR6), Dienstedefinition und Dienstwechsel.