ISDN. Rete Numerica Integrata nei Servizi

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1 ISDN Rete Numerica Integrata nei Servizi Università di Parma - Corso di Diploma in Ingegneria - Appunti del Corso di Telematica A. Lazzari, 1998, Rev. Marzo 2001 SOMMARIO CONCETTI GENERALI...2 LA STANDARDIZZAZIONE RELATIVA ALL'ISDN...4 ACCESSO D'UTENTE...5 STRUTTURA D'ACCESSO...6 SERVIZI...7 SERVIZI PORTANTI...7 TELESERVIZI...8 SERVIZI SUPPLEMENTARI...9 ARCHITETTURA DI RETE E MODELLO DI PROTOCOLLI...10 LE INTERFACCE D'UTENTE...12 PROTOCOLLI DI LIVELLO 1 ALL INTERFACCIA S/T...12 PROTOCOLLO DI LIVELLO IL PROTOCOLLO DI LIVELLO

2 Concetti generali Il processo di numerizzazione della rete telefonica avvenuto negli ultimi decenni ha avuto luogo in maniera progressiva e differenziata. Dapprima sono state introdotte, soprattutto sulle medie distanze, le tecniche digitali nelle giunzioni, ossia nelle linee trasmissive che collegano fra di loro centrali di commutazione. Mediante tali tecniche il segnale analogico generato dalla voce viene campionato mediante un apparato detto codec, e trasmesso sotto forma di un flusso di bit a 64 kbit/s. In seguito sono cominciate ad apparire le prime centrali di commutazione numeriche, capaci di smistare direttamente il flusso di bit proveniente dalle giunzioni, evitando la conversione analogico/digitale all'estremità delle giunzioni. Contemporaneamente proseguiva la numerizzazione delle linee, così che ci si è venuti a trovare in presenza di una rete telefonica costituita, in larga misura, da centrali numeriche collegate da giunzioni numeriche e basata su canali da 64 kbit/s. Nel quadro evolutivo sopra visto l'unico elemento rimasto inalterato è il rilegamento d'utente, ossia la linea che collega l'utente alla rete telefonica. Esso era ed è sempre un collegamento analogico a due fili (doppino) su cui vengono trasmessi nei due sensi i segnali elettrici generati dalla voce e dalla segnalazione d'utente (cifre di selezione, toni di controllo, corrente di chiamata). Il codec viene così a trovarsi in centrale, all'estremità del doppino. Di qui in avanti il flusso diventa numerico e tale rimane per un lungo tratto attraverso la rete, eventualmente fino all'altro utente. Se si pensa ora alla situazione di un utente che voglia trasmettere dei dati sulla rete telefonica, si vede che l'accesso tramite doppino analogico lo costringe ad usare un apparato (il modem) capace di convertire l'originario flusso numerico in un segnale analogico, segnale che deve essere compreso nella banda di 4 khz, dato che questa è la banda trasmissiva garantita dal servizio telefonico. Se l'utente è attestato a una centrale numerica, alla fine del doppino il segnale viene nuovamente convertito dal codec in un flusso a 64 kbit/s e di qui inoltrato nella rete in forma digitale, eventualmente inalterato fino alla centrale d'arrivo. In tal caso si avrebbe la doppia penalizzazione di un'inutile conversione analogico/digitale alle due estremità del doppino e di dover limitare la frequenza di cifra trasmissibile ai 28,8-36,6 kbit/s resi possibili dai modem operanti in banda fonica, pur disponendo all'interno della rete di un circuito numerico a 64 kbit/s. Tutto ciò è conseguenza del fatto che la rete telefonica, anche se opera al suo interno in modo numerico, è nata per un ben specifico servizio per cui è appropriata un'interfaccia analogica, mentre il suo uso per trasportare informazioni numeriche costituisce in certo qual modo una forzatura. Considerando ora l'aspetto economico della rete telefonica, si ha che la rete di distribuzione, ossia l'insieme delle risorse dedicate al singolo utente (rilegamento e apparati di gestione dello stesso situati in centrale) costituisce un. 'investimento notevole - all'incirca la metà del costo dell'intera rete - e in media scarsamente utilizzato. Notevole è quindi l'interesse dei gestori pubblici di promuoverne l'uso mediante la fornitura di nuovi servizi, così da ottenere nuove entrate da un investimento altrimenti poco remunerativo. Dato che i nuovi servizi emergenti negli ultimi tempi sono tutti basati su informazione di tipo numerico (la trasmissione dati è un esempio), lo scenario di rete numerica visto sopra suggerisce di compiere l'ultimo passo nella numerizzazione totale della rete, portando il flusso numerico a casa dell'utente sul doppino esistente e collocando il codec, nel caso della voce, nell apparecchio telefonico stesso. Si realizza così quella che i gestori ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 2

3 SIEMENS NIXDORF PCD-5H SIEMENS NIXDORF PCD-5H di reti telefoniche, e l'itu-t che ne rappresenta la voce più autorevole, hanno chiamato rete integrata nei servizi (ISDN). Formalmente l'isdn (Integrated Services Digital Network) è una rete di telecomunicazione che offre all'utente una pluralità di servizi forniti attraverso una, o poche, interfacce normalizzate. L'ISDN deriva, come naturale sviluppo, dall'idn (Integrated Digital Network). Con tale denominazione si indica una rete a commutazione di circuito in cui sia le tecniche di trasmissione che quelle di commutazione sono numeriche e integrate, ossia gestiscono in modo trasparente un flusso di bit, senza apportarvi manipolazioni quali conversioni di formato, interpolazioni o altro. Questa proprietà è mantenuta solamente all'interno dell'idn, ossia fra una centrale terminale e un'altra, mentre sulla rete di distribuzione possono aver luogo alterazioni del flusso numerico, ad esempio conversioni digitale/analogica. L'IDN infatti, a differenza dell'isdn, è una rete monoservizio. L'ISDN deriva della IDN telefonica, rete che presenta un notevole interesse per la diffusione capillare. L'IDN telefonica è caratterizzata da una rete di distribuzione analogica utilizzante linee a due fili (il doppino telefonico) e da un sistema di segnalazione fra centrali del tipo su canale comune che è il CCSS No 7 (Common Channel Signaling System No 7). L ISDN è ottenuta da questa rete sostanzialmente con due modifiche: interfaccia circuito numerico interfaccia TE1 (Terminale Multiservizio) Centrale di Transito Centrale Locale Centrale di Transito Centrale Locale TE1 (Terminale Multiservizio) Figura 1 - Linea Numerica d'utente 1. Sostituzione della linea analogica d utente con una numerica (spesso indicata come Digital Subscriber Line - DSL, Figura 1); 2. Sostituzione nel Sistema di Segnalazione N 7 della Telephony User Part (TUP) con un complesso dotato di maggiori funzionalità detto ISDN User Part (ISUP). ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 3

4 La standardizzazione relativa all'isdn Come visto, l'isdn nasce nell'ambiente degli operatori pubblici e ivi trova la sua sistematizzazione, essenzialmente sotto forma di Raccomandazioni emesse dall'itu-t. Un ulteriore perfezionamento alla standardizzazione è poi stato apportato dai gestori europei, particolarmente attivi sull'isdn, mediante una serie di standard ETSI (European Telecommunications Standard Institute). Le Raccomandazioni ITU-T sull'isdn sono raggruppate nella serie I, che è così strutturata: Raccomandazioni serie I.100: Generalità e terminologia Raccomandazioni serie I.200: Servizi Raccomandazioni serie I.300: Funzionalità, Numerazione, Prestazioni, Tipi di Connessioni Raccomandazioni serie I.400: Interfacce utente-rete Raccomandazioni serie I.500: Interfacce di rete Raccomandazioni serie I.600: Principi di Gestione Accesso d'utente L'utente è collegato all'isdn mediante una linea trasmissiva (rilegamento d'utente) che in molti casi, ma non sempre, sfrutterà un preesistente doppino telefonico. All'estremità di questa linea sono previste alcune capacità che devono essere svolte presso l'utente. Esse sono suddivise in blocchi logici detti raggruppamenti funzionali e che, procedendo dalla centrale verso l'utente sono: NT1 (Network Termination 1); NT2 (Network Termination 2); TE (Terminal Equipment). La Raccomandazione I.411 contiene la definizione completa di questa struttura d'accesso, illustrata in Figura 2. S T TE1 NT2 NT1 R TE2 TA UTENTE linea Centrale Locale TE = Terminal Equipment NT = Network Equipment TA = Terminal Adaptor Figura 2- Configurazione d'accesso ISDN ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 4

5 NT1 comprende tutte quelle funzioni tipiche di un terminale di linea e appartenenti al livello 1 del modello OSI, vale a dire terminazione della linea trasmissiva, gestione del "clock", multiplazione di più canali. NT2 consiste di funzionalità di livello OSI 1, 2 e 3. Esso termina quindi i protocolli di segnalazione e di rete ed effettua funzioni di commutazione. Nei casi più comuni NT2 è un centralino privato di tipo ISDN. TE comprende funzionalità a tutti e sette i livelli OSI, tipicamente comprendendo lo strato applicativo. Esso è l'equivalente di quello che nelle reti dati viene detto DTE (Data Terminal Equipment), in cui però si è persa la "D" iniziale, dato che qui non ci si limita più al solo servizio dati ma ci si trova in presenza, genericamente, di un terminale multifunzione. Come si vede dalla figura, il blocco TE esiste in realtà in due versioni: TE1 che è fornito di interfacce specifiche ISDN; TE2 che ha interfacce non ISDN. La ragione di questa distinzione deriva dal fatto che si è riconosciuto che, soprattutto all'inizio, la maggior parte dei terminali sarà di vecchio tipo (ossia specifici di reti dedicate e non multiservizio, ad esempio terminali con interfacce serie X), per dar modo ad essi di accedere all'isdn è stata prevista quindi la funzione di adattamento TA (Terminal Adaptor). Da notare comunque che il complesso TE2+TA deve essere funzionalmente equivalente a un TE1. Di notevole importanza sono i punti di separazione fra i blocchi funzionali, detti punti di riferimento ("Reference point") e identificati, dall'utente verso la rete, con le lettere in sequenza R, S, T (queste lettere non hanno alcun significato particolare). La loro importanza deriva dal fatto che i blocchi funzionali possono essere raggruppati in varie combinazioni così da formare diversi tipi di apparecchiature, tuttavia le interfacce fisiche fra queste apparecchiature devono essere sempre in corrispondenza di un punto di riferimento. Si potrà ad esempio avere un solo apparato svolgente le funzioni NT1+NT2 e un'interfaccia in S, ma non è ammesso suddividere le funzioni di NT2 fra due apparati di cui uno svolga anche le funzioni NT1 e l'altro le funzioni TE1. Un altro punto importante riguarda il fatto che le interfacce in S e in T devono essere uguali, in modo che sia possibile collegare direttamente un TE1 con un NT1 senza dover interporre l'nt2 (in altri termini il centralino non è obbligatorio, cosa del tutto ragionevole). Un'altra osservazione è che la corrispondenza fra un apparato che realizza un blocco funzionale e il numero di interfacce ad esso collegate non è necessariamente di tipo uno-a-uno (in altre parole, non è detto che un centralino ISDN debba avere una sola linea fisica in T, né che il numero di interfacce S debba essere uguale al numero di interfacce T, anche questo abbastanza evidente). Proseguendo con la sequenza di lettere verso l'interno della rete, oltre il blocco NT1 ci si aspetterebbe di trovare un punto di riferimento U, compreso fra NT1 e il blocco, situato presso la centrale pubblica, che svolge le funzioni di terminazione della linea trasmissiva. In realtà ITU-T ha deciso che tale punto non esiste e quindi in corrispondenza della linea trasmissiva non è prevista un'interfaccia fisica. Le ragioni di questa decisione sono fondamentalmente due: da una parte, nel caso molto frequente che la linea trasmissiva sia realizzata utilizzando un doppino preesistente, non si è riusciti a trovare un accordo sullo standard trasmissivo da utilizzare per realizzare la trasmissione numerica full-duplex sul doppino stesso; dall'altra i gestori, soprattutto europei, tendono a gestire la terminazione di linea in modo centralizzato dalla rete. Come conseguenza almeno le funzioni NT1 sono svolte da un apparato installato presso l'utente ma di proprietà del fornitore di servizio. In tal caso il confine fra gestore e utente viene a trovarsi in corrispondenza di T. ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 5

6 Struttura d'accesso Il flusso di bit che corre da utente a rete (o viceversa) in corrispondenza dei punti di riferimento S o T è costituito da canali trasmissivi multiplati fra loro a divisione di tempo. In linea col principio di utilizzare poche interfacce su cui fornire una pluralità di servizi, i tipi canali previsti e il numero dei possibili modi in cui essi vengono combinati (ossia il numero delle possibili strutture d'accesso) sono stati tenuti volutamente ridotti (Raccomandazione I.412). I canali sono essenzialmente due: Canale B: è un canale a 64 kbit/s che trasporta in modo trasparente il flusso di bit da un gruppo funzionale a un altro. Questo significa che, per quanto riguarda l'attraversamento della struttura d'accesso, il canale B transita inalterato essendo gestito alle due estremità da pure entità trasmissive. La sua funzione principale è di trasportare il flusso numerico a commutazione di circuito. Canale D: trasporta un flusso informativo organizzato a messaggi, secondo una pila di tre protocolli. Esso è quindi gestito alle due estremità da entità di livello OSI 1-3. La sua funzione principale è di trasportare i messaggi di segnalazione fra utente e rete. In aggiunta può portare altri tipi di informazione (servizio dati a pacchetto, telemetria). Di questo canale esistono due varianti: a 16 kbit/s per capacità limitate e a 64 kbit/s per portate maggiori. Oltre ai canali B e D esistono canali cosiddetti a banda allargata, rispettivamente H0 da 384 kbit/s corrispondente a 6 canali da 64 kbit/s e H1 da 1920 kbit/s corrispondente a 30 canali da 64 kbit/s. La struttura e l'uso di questi canali è simile a quella del canale B, con l'avvertenza che in genere le reti ISDN non sono in grado di commutare questi canali e quindi il servizio fornito tramite essi è solo di tipo permanente. Come ultima osservazione si nota che le sigle dei canali (B, D ecc.) non hanno alcun significato specifico. Combinando in varia maniera i canali sopra visti si possono definire diverse strutture d'accesso. Sostanzialmente esse sono due: Accesso base (2B+D): è costituito da due canali B e da un canale D da 16 kbit/s, per una capacità totale di 144 kbit/s. Il suo campo d'impiego è per utenza di limitate esigenze, come utenza residenziale o piccoli utenti affari. Il flusso di questa struttura d'accesso può essere trasportato sui doppini esistenti. Accesso primario (30B+D): è costituito da 30 canali B e da un canale D da 64 kbit/s, per una capacità totale di 1984 kbit/s. Il suo campo d'impiego è per utenza con grande traffico (ad esempio grossi centralini ISDN), il trasporto di questo flusso avviene su mezzi trasmissivi a 2 Mbit/s, tipici delle giunzioni fra centrali, e utilizza linee fisiche apposite. Un'ultima serie di strutture d'accesso è quella basata su canali di tipo H. Al momento la sua diffusione è praticamente nulla. Servizi Definita la struttura d'accesso d'utente, rimane da vedere a quali servizi l'utente può accedere attraverso di essa. La Raccomandazione I.210 descrive i concetti che stanno alla base dei servizi ISDN. Essi sono chiamati servizi di telecomunicazione e comprendono due categorie principali: Servizi portanti e Teleservizi.. ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 6

7 Servizi Portanti Un servizio portante fornisce un trasporto di informazione fra punti di accesso che possono trovarsi in corrispondenza dei punti di riferimento S o T. Dato che l'informazione in ISDN è codificata in forma numerica, il servizio portante trasferisce flussi di bit fra punti di accesso. Per essere svolto il servizio portante richiede funzionalità corrispondenti agli strati OSI da 1 a 3. Esempi di servizio portante possono essere la commutazione di circuito a 64 kbit/s oppure un servizio di commutazione di pacchetto secondo X.25. I servizi portanti sono descritti nelle Raccomandazioni da I.230 a I.233. Quando fornisce un servizio portante la rete ISDN si comporta, nel suo complesso, come un "relay System". A seconda dello strato OSI in cui avviene la funzione di "relay" si hanno tre categorie di servizi portanti: Servizi a circuito. La rete si comporta come un relay fisico (livello 1). In questa categoria rientrano i seguenti servizi: servizio a circuito a 64 kbit/s trasparente servizio a circuito a 64 kbit/s per voce. A differenza del precedente, in cui la connettività numerica è garantita da estremo a estremo, la rete si riserva di instradare la connessione attraverso risorse (giunzioni o centrali di commutazione) di tipo analogico. In corrispondenza di tali attraversamenti si avranno conversioni analogico/digitali in seguito alle quali il flusso di bit all'interfaccia d'arrivo sarà diverso da quello di partenza. La qualità della voce rimane comunque la stessa di una comune conversazione telefonica. servizio a circuito a 2 x 64 kbit/s trasparente. Fornisce un flusso globale di 128 kbit/s che viene commutato dalla rete per mezzo di due connessioni indipendenti e ricostruito all'arrivo. Viene usato tipicamente per videotelefonia. servizi a circuito a 384 o 1920 kbit/s trasparente. A differenza dei precedenti, che sono essenzialmente servizi commutati, questi sono servizi di tipo permanente e attualmente hanno scarsa diffusione. Servizi di tipo "frame mode". La rete si comporta come un relay di livello 2 (Data Link). Le unità di protocollo (PDU) nello strato 2 sono di solito chiamate "frame", di qui il nome del servizio. Questa categoria comprende due varianti: servizio "frame relaying" e servizio "frame switching". La differenza fra i due consiste nel fatto che nel caso di "frame switching" la rete svolge tutte le funzioni tipiche dello strato 2, mentre "frame relaying" è un versione semplificata in cui alcune funzioni non sono svolte. In particolare sono eliminati: il riscontro delle PDU; il recupero degli errori di trasmissione (PDU corrotte); il recupero da situazioni di PDU perse o duplicate; il controllo di flusso. Servizi di tipo "packet mode". La rete si comporta come un relay di livello 3 (Rete), ossia come una rete pubblica a commutazione di pacchetto. Le PDU in questo caso sono naturalmente i pacchetti scambiati fra utente e rete. Questa categoria dovrebbe comprendere tre varianti: servizi a circuito virtuale; servizi di tipo "connectionless"; servizi di segnalazione d'utente. In realtà finora sono stati definiti solo i servizi di tipo "circuito virtuale", che utilizzano al livello 3 il protocollo d'accesso X.25 e realizzano le corrispondenti funzionalità. ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 7

8 Teleservizi Il teleservizio fornisce una capacità globale di comunicazione. Ad esso si accede in corrispondenza di punti di accesso che si trovano esternamente al TE1 (oppure al complesso TE2+TA). In questi punti non esistono punti di riferimento e non esiste necessariamente un'informazione codificata in forma numerica. Il teleservizio è visto dall'utente attraverso un'interfaccia di varia natura e tipica del servizio stesso. Un teleservizio richiede la presenza di un servizio portante che svolga le funzioni basilari di trasporto dell'informazione, sopra di queste esso svolge funzioni aggiuntive richiedendo globalmente funzionalità corrispondenti agli strati OSI da 1 a 7. Esempi di teleservizio sono la telefonia, il facsimile numerico, la videotelefonia. Le funzioni dei livelli 4-7 necessarie per realizzare il teleservizio, indicate con la sigla HLF (High Layer Functions), sono presenti sempre nei TE, in più possono esistere anche all'interno della rete o presso blocchi ad essa esterni ma diversi da un TE. Al momento ITU-T ha identificato i seguenti teleservizi (Raccomandazioni I.240, I.241): Telefonia; Teletex; Telefax (facsimile gruppo 4); Mixed Mode; Videotex. Questi servizi non sono specifici di ISDN, sono classificati (a parte la telefonia) da ITU-T come "servizi telematici" e possono essere forniti anche su altre reti (ad esempio rete telefonica o reti dati). Si vede che questo insieme è molto limitato, comprende servizi che hanno avuto scarso successo (Teletex, Videotex) e fornisce tutto sommato una visione alquanto limitata delle reali possibilità dell'isdn. D'altra parte, soprattutto nell'attuale clima di liberalizzazione, ha senso chiedersi in quale misura ITU-T sia l'organismo più appropriato per definire i teleservizi che, in ultima analisi, altro non sono che le applicazioni che corrono sulla rete portante ISDN. Tali applicazioni costituiscono un mondo variegato, limitato solo dalle capacità della rete sottostante e dalla fantasia e iniziativa dei fornitori di servizio, sfuggono a qualsiasi classificazione rigida e difficilmente possono essere identificati in modo definitivo. In pratica, ISDN si limita oggi a dare servizi portanti mentre i teleservizi sono realizzati dai TE. Oltre al fax gruppo 4, il più diffuso è attualmente il servizio multimediale di videotelefonia utilizzante il servizio portante a circuito 2x64 kbit/s. Altre applicazioni sono il trasferimento di file, l'interconnessione di reti locali, il trabocco di traffico e il "back-up" in reti private di calcolatori. Servizi supplementari La terza ed ultima categoria è costituita dai servizi supplementari. Essi sono caratterizzati dal fatto di non poter essere forniti da soli, ma solo congiuntamente a un servizio portante (o teleservizio) di cui vengono a costituire un arricchimento in termini di prestazioni. Attualmente ITU-T ha definito più di venti servizi supplementari, raggruppati in sette classi: Identificazione del numero (Raccomandazione I.251) Offerta della chiamata (Raccomandazione I.252) Completamento della chiamata (Raccomandazione I.253) Connessioni fra più di due utenti (Raccomandazione I.254) ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 8

9 Connessioni per comunità d'interesse (Raccomandazione I.255) Funzioni di tariffazione (Raccomandazione I.256) Segnalazione da utente a utente (Raccomandazione I.257) Questi servizi supplementari sono definiti in genere congiuntamente a servizi portanti di tipo a circuito. Molti di essi sono presenti anche nella rete telefonica numerica (trasferimento chiamate, conferenza a tre), altri (segnalazione utente-utente) sono possibili solo in ISDN. Architettura di rete e modello di protocolli La Raccomandazione I.320 definisce il modello di riferimento dei protocolli presenti all'accesso utente/rete (ossia in corrispondenza di S/T). Questo modello è derivato dal modello OSI, con alcune importanti modifiche. Il modello OSI prevede implicitamente che, all'interfaccia fra un utente (DTE) e una rete pubblica (ad es. X.25), i messaggi di segnalazione utente/rete e i dati d'utente vengano gestiti dallo stesso protocollo. Ad esempio, in X.25 livello 3 i pacchetti DATA e i pacchetti di controllo (ad es. CALL CONNECT) sono gestiti dalla stessa "protocol entity". Questo tipo di gestione è identificato come segnalazione in banda (o più correttamente "in slot"). Con la segnalazione in banda non è però possibile avere commutazione di circuito, dato che, una DATI Utente (U- plane) SEGNALAZIONE (C-plane) MEZZO TRASMISSIVO Figura 3 - Modello di Protocolli ISDN volta instaurato il circuito, tutti i messaggi che corrono su di esso sono considerati informazione d'utente e trasferiti in modo trasparente da estremo a estremo. Occorre un canale parallelo su cui viaggi la segnalazione e a cui corrisponda un insieme di protocolli appropriato. A questo scopo il modello di riferimento ISDN prevede non una ma due pile di protocolli affiancate. A una, chiamata "user plane", corrisponde il flusso costituito dall'informazione dell'utente, all'altra ("control plane") il flusso costituito dalle informazioni di controllo (segnalazione) utente/rete. Si viene così a stabilire un tipo di segnalazione detto fuori banda ("out slot signalling"). Per il resto ogni pila comprende sette strati che corrispondono, in larga misura, ai corrispondenti strati del modello OSI. Questo modello è illustrato in Figura 3. ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 9

10 Utente Rete Utente Control-Plane User-Plane TE1 NT1 NT1 TE1 mezzi fisici S/T S/T Figura 4 - Modello di protocolli in una connessione a circuito La Figura 4 (fig. 6/I.320) mostra come esempio una connessione a circuito fra due TE1, ciascuno collegato direttamente a un NT1. In questo caso il flusso dei dati d'utente (piano U) è trasferito sul canale B e passa inalterato da TE a TE (gli NT1 e l'intera rete si comportano come un "physical relay"). Nel piano C (il cui flusso corre sul canale di segnalazione D) i protocolli d'utente sono terminati dalla rete. Si noti che in figura sono rappresentati 7 protocolli, in realtà allo stato attuale della standardizzazione solo tre strati sono sufficienti per la segnalazione utente/rete: fisico; di collegamento (Data Link) per garantire un trasferimento controllato e privo di errori; applicativo. Gli strati intermedi 3-6 non svolgono alcuna funzione e possono essere considerati come dei "null layer". Un'osservazione importante è che le due pile di protocolli del TE sono appoggiate su uno strato comune al livello fisico. Ciò significa che esiste un protocollo fisico comune su cui i canali B e D e i relativi flussi vengono multiplati a divisione di tempo. Questo non è necessariamente vero nel rilegamento fra NT1 e rete; nell'esempio della figura sono rappresentate due "protocol entity" separate (e quindi due canali fisici indipendenti) nello strato fisico fra NT1 e rete. ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 10

11 Le interfacce d'utente Protocolli di livello 1 all Interfaccia S/T Nel caso di accesso primario o di accessi a banda allargata (utilizzanti canali H) è stata adottata (Raccomandazione I.431) la comune soluzione usata nella trasmissione numerica a 2 Mbit/s (circuito punto-punto con interfaccia elettrica secondo Raccomandazione G.703 e struttura di trama secondo G.704). Per l'accesso base è stata invece studiata un'apposita interfaccia (Raccomandazione I.430). Di S-bus (192 kbit/s) TE1 TE1 TE1 NT1 (160 kbit/s) linea (doppino) Centrale Locale UTENTE essa esistono due varianti: punto-punto e multipunto (detta anche a bus passivo o bus S). Un terminale (o un NT1) dev'essere in grado di operare indifferentemente su entrambe, pertanto la variante punto-punto è da considerarsi un caso particolare della multipunto. In modo punto-punto la distanza massima dell'interfaccia è di 1000 m, in multipunto circa 300. In configurazione multipunto, un massimo di 8 TE sono appesi a un bus collegato a NT1. La comunicazione avviene solo fra NT1 e TE, i TE non possono dialogare fra loro quindi, nonostante la topologia, non ci si trova in presenza di una rete locale a bus. La Figura 5 illustra schematicamente la configurazione a bus passivo. L'interfaccia di linea Figura 5 - Accesso base a bus passivo Sebbene ITU-T non abbia identificato alcun punto di riferimento in corrispondenza delle linea che collega l'utente alla centrale (se ci fosse sarebbe il punto U), nondimeno si è posto il problema di definire una tecnica trasmissiva che permettesse di realizzare l'accesso base sfruttando i doppini esistenti. Si trattava di realizzare una trasmissione di tipo full-duplex a 144 kbit/s su una linea a 2 fili, tipicamente della lunghezza di pochi km. ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 11

12 Protocollo di livello 2 Mentre le specifiche di livello 1 sono valide per l'intero flusso informativo (costituito dal complesso dei canali B e D), i protocolli specificati ai livelli 2 e 3 valgono per il solo canale D. Per il livello 2 le specifiche complete sono contenute nelle Raccomandazioni Q.920 e Q.921. Il protocollo di livello 2 (livello di "Data Link" o collegamento) ha la funzione, conformemente al modello OSI, di fornire un corretto trasferimento di informazione fra entity di livello 3 che risiedono, ad esempio, l'una in un terminale e l'altra nella centrale pubblica, oppure in un NT2. Questo protocollo è basato sulla struttura di "frame" e sugli elementi procedurali (inizializzazione del collegamento, ritrasmissioni, controllo di flusso ecc..) del ben noto HDLC. Viene definita tuttavia una specifica procedura di gestione del collegamento denominata LAPD (Link Access Procedure on the D-channel). Si ricordi che esistono anche LAP (Link Access Procedure) e LAPB (LAP Balanced), quest'ultima usata in X.25 livello 2. Lo scopo di LAPD, che dà poi il nome a tutto il protocollo, è di fornire alcune funzionalità che sono specifiche del canale D: possibilità di trasporto di più flussi distinti (segnalazione in primo luogo, ma anche dati a pacchetto, telemetria e altri eventuali); funzionamento anche su accessi base di tipo multipunto. In conformità al modello OSI, la comunicazione fra due "peer entity" di livello 3 avviene tramite una connessione di livello 2 (Data Link Connection) che collega due Service Access Point (SAP). Nel caso dell'isdn esistono diversi tipi di "peer entity" a livello 3, a seconda delle funzioni svolte; occorre che ognuna sia messa in comunicazione con una entity dello stesso tipo (ad esempio una entity di segnalazione deve parlare solo con un'altra entity di segnalazione, pena l'incomprensione totale). Per questo ogni sottosistema di livello 3 ha accesso a diversi tipi di SAP, uno per ogni tipo di entity. Al momento esistono in pratica due tipi di SAP, ognuno identificato da un numero detto SAPI (SAP Identifier): SAPI=0 che collega entity di segnalazione; SAPI=16 che trasporta dati a pacchetto. Il problema di distinguere i vari terminali in una configurazione multipunto, come pure di distinguere più connessioni facenti capo a uno stesso SAP nello stesso terminale, è risolto attribuendo, a ogni connessione in ogni terminale, un numero chiamato TEI (Terminal Endpoint Identifier). In definitiva, ogni connessione esistente nello strato 2 è identificata da una sigla univoca costituita dall'insieme SAPI+TEI, chiamata DLCI (Data Link Connection Identifier), e costituente il campo Indirizzo del "frame" LAPD. Nella Figura 6 è rappresentato un esempio di accesso multipunto comprendente due terminali. Nella parte destra è rappresentata la centrale pubblica (ET=Exchange Terminal) o un eventuale NT2, nella parte sinistra i due terminali TE A e TE B. La figura evidenzia le connessioni di livello 2, i SAP e le entity di livello 3. ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 12

13 Utente Rete TE A TE B X.25 Q.931 Q.931 Q.931 X.25 STRATO 3 STRATO TEI=3 TEI=8 TEI=88 TEI=127 TEI=88 TEI=127 linea Figura 6 - Protocollo LAPD (Q.921) Il terminale TE A gestisce sia segnalazione che dati a pacchetto, pertanto ha due SAP distinti. A questo terminale è stato attribuito l'identificativo TEI=88. Tale attribuzione avviene in modo automatico all'attivazione del terminale: un numero compreso fra 64 e 126 è attribuito dalla rete al terminale. Per i terminali che non hanno la capacità di gestire l'attribuzione automatica del TEI occorre invece procedere a un'assegnazione manuale; in questo caso il TEI è compreso fra 0 e 63. Al SAP 16 (dati a pacchetto) fa capo quindi una connessione avente come DLCI Ad esso arriva inoltre una connessione con TEI=127; questo identificatore convenzionale corrisponde alle connessioni irradiate da ET a tutti i TE (connessione di tipo "broadcast"), pertanto un "frame" emesso da ET e avente nel campo TEI il valore 127 viene ricevuto da tutti i TE. Al SAP 0 arriva una connessione avente ancora TEI=88 e una connessione "broadcast". Il terminale TE B non gestisce dati a pacchetto, pertanto ha il solo SAP di segnalazione con SAPI=0. A questo SAP arrivano, oltre alla connessione "broadcast", due distinte connessioni di segnalazione, una con TEI=3, l'altra con TEI=8. Questi valori indicano che TE B non è capace di gestire la procedura automatica di assegnazione dei TEI. Il fatto di avere due TEI significa poi che TE B gestisce due distinte connessioni di segnalazione, ognuna relativa a un canale B. Pertanto: TE B è capace di trasmettere/ricevere informazioni su due canali B, TE A (nello stato riportato in figura) su uno solo. Gli identificatori TEI e DLCI sono conosciuti solo all'interno dello strato 2. Per permettere alle entity di livello 3 di distinguere fra le varie connessioni facenti capo a uno stesso SAP viene stabilita, localmente ad ogni SAP e all'interno dello strato 3, una corrispondenza biunivoca fra un TEI e un identificativo (suffisso) che, aggiunto al SAPI, identifica in maniera univoca la connessione. Tale suffisso assume il valore "B" per le connessioni di tipo "broadcast" (e quindi gli corrisponderà invariabilmente il TEI 127), mentre assume un valore numerico progressivo per le altre connessioni. Ad esempio in figura, relativamente al SAP 0 di ET, per mandare segnalazione a TE A l'entity di segnalazione di rete userà il suffisso 1, cui corrisponde all'interno dello strato 2 il TEI 88. ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 13

14 Il Protocollo di livello 3 Per il protocollo di segnalazione di livello 3 le specifiche complete sono contenute nelle Raccomandazioni Q.930 e Q.931. Inoltre la Raccomandazione Q.932 contiene la segnalazione aggiuntiva usata per fornire servizi supplementari. Nel caso di trasferimento sul canale D di dati a pacchetto, valgono le specifiche del Packet Level Protocol X.25. Il protocollo di segnalazione di livello 3 (che in questo contesto è un livello applicativo) ha la funzione di gestire, mediante un dialogo fra utente e rete (ET o NT2), connessioni a commutazione di circuito o di pacchetto utilizzanti i canali B. Anche in questo caso, similmente a quanto visto a proposito di LAPD, esiste il problema di gestire la segnalazione su accessi base di tipo multipunto. utente chiamante SETUP SETUP ACK RETE ISDN SETUP utente chiamato ALERTING ALERTING ALERTING CONNECT CONNECT CONNECT ACK CONNECT ACK RELEASE REL. COMPLETE DATA FLOW Figura 7 - Chiamata Q.931, fase di connessione La Figura 7 illustra uno scambio di messaggi utente-rete nel corso di una chiamata. Si suppone che l'utente di sinistra sia il chiamante e l'utente di destra il chiamato. Il chiamato ha una configurazione multipunto dotata di due terminali A e B. La configurazione del chiamante è indifferente in questo caso. Il chiamante inizia la chiamata mandando alla rete il messaggio di SETUP, questo messaggio contiene fra l'altro l'indirizzo del chiamato. Viene attivata la segnalazione di rete e la centrale del chiamato avvisa della chiamata in arrivo mandando il messaggio SETUP all'utente. Dato che esistono più terminali in grado di rispondere, il messaggio viene mandato a tutti su una connessione "broadcast". Intanto presso il chiamante la rete manda un riscontro al chiamante (SETUP ACK). Il terminale chiamato A riceve l'avviso di chiamata e allerta l'utente (ad esempio azionando una suoneria, se è un telefono), contemporaneamente notifica questo fatto alla rete mandando il messaggio ALERTING. Questo messaggio viene trasmesso dalla rete al chiamante e ha la stessa funzione del tono di chiamata della rete telefonica: il chiamante sa che all'altro estremo l'utente è avvisato (sta suonando il telefono). Frattanto anche il terminale B allerta l'utente e notifica il fatto alla rete. A questo punto presso l'utente chiamato ci sono due telefoni che squillano (o comunque esiste una situazione funzionalmente equivalente). ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 14

15 L'utente solleva il microtelefono di A (o avviene qualcosa di equivalente, ad esempio si attiva un applicativo in A che è un PC dotato di attacco ISDN). In conseguenza di ciò viene mandato in rete il messaggio CONNECT, la rete risponde con un riscontro (CONNECT ACK) e per A può iniziare la conversazione. La rete sa che la connessione è stata presa da A e avverte B di abbandonare la chiamata mandandogli il messaggio RELEASE, cui B fa riscontro con RELEASE COMPLETE. L'utente chiamante riceve il messaggio CONNECT da cui capisce che il chiamato ha risposto, manda un riscontro alla rete (CONNECT ACK) e passa anch'esso in conversazione (fase indicata come "data flow" nello schema). ISDN - Rete Numerica Integrata nei servizi pagina 15