综合业务数字网ISDN基本概念.docx

课程目的
1. 介绍ISDN基本概念、术语及ISDN相对传统网络的优点

2 理解ISDN协议分层模型

3 理解ISDN接口：
3.1 ISDN的T1和E1接口帧结构
3.2 LAPD帧格式和消息
3.3 Q.931消息类型和信息单元
4. ISDN数据链路连结DLC的建立过程描述

5 ISDN网络层的呼叫建立和拆链

第一课 综合业务数字网ISDN基本概念

　　综合业务数字网ISDN是综合数字网的延伸，该标准的提出打破了传统的电信网和数据网之间的界线，并使得各种用户的各种业务需求能得以实现；另一个突出特点是它不是从业务网络本身去寻求统一，二是抓住了所有这些业务的本质：服务于用户，即改变了以往按业务组网的方式，从用户的观点去设计标准，设计整个网络，避免了网路资源和号码资源的大量浪费。为了进一步适应人们对各种宽带和可变速率业务需要（包括话音、数据、多媒体、宽带视频广播等各种业务），又提出了B-ISDN（宽带综合业务数字网），并称原来的综合业务数字网为N-ISDN（窄带综合业务数字网）。为了克服N-ISDN的固有局限性，B-ISDN不再维护原有的电话网和数据网体系，提出了全新的传输和交换技术，快速分组交换的ATM技术作为核心技术。但是由于市场和技术原因， ATM技术不仅仅为B-ISDN服务而与现有N-ISDN系统共同成为用户话音数据及多媒体等业务的承载技术。所以，我们将陆续地分别介绍ISDN和ATM的基本概念，并就其相互关系进行探讨。
1. ISDN概念模型
1.1 ISDN的提出
　　ISDN的提出最早为了综合电信网的多种业务网络。由于传统通信网是业务需求推动的，所以各个业务网络如电话网、电报网和数据通信网等各自独立且业务的运营机制各异，这样对网络运营商而言运营、管理、维护复杂，资源浪费；对用户而言，业务申请手续复杂、使用不便、成本高；同时对整个通信的发展来说，这种异构体系对未来发展适应性极差。于是将话音、数据、图像等各种业务综合在统一的网络内成为一种必然，这就是综合业务数字网(Integrated Services Digital Network)的提出。
1.2 ISDN的概念模型
1.2.1 ISDN的定义

按照原CCITT的定义，ISDN是以提供了端到端的数字连接的综合数字电话网IDN为基础发展起来的通信网，用以支持电话及非话的多种业务；用户通过一组有限的标准用户网络接口接入ISDN网内。即ISDN：
(1) 是通信网；
(2) 以电话网、IDN为基础发展而成；
(3) 支持端到端(End-to-End)的数字连接；
(4) 支持各种通信业务；
(5) 支持话音类及非话业务；
(6) 提供标准的用户-网络接口(UNI)；
(7) 使得用户能通过一组有限个多用途的UNI接入ISDN。
1.2.2 概念模型
1.2.2.1 业务综合

　　ISDN概念中的业务综合的核心是从用户端出发，建立了一套标准的用户和网络接口协议体系(UNI：User-Network Interface)。同时给出了各ISDN网络间互联的NNI接口。这样，非常简单的统一了开发标准，提供了一个厂商间开放的竞争环境。见下图。

1.2.2.2 ISDN的承载业务类型
在ISDN概念模型中，各种业务类型按照业务的数据率分为两级(见下图)：

◆基本速率接口(BRI：Basic Rate Interface)，该速率由两个承载信道和一个数据控制信道构成，称为2B+D，其中B(Bearer)为标准PCM速率64kbps，D(Data)为16kbps。该速率适用于家用或小型企业需要。

◆基群速率接口(PRI：Primary Rate Interface)，该速率支持T1(23B+D：1.544Mbps)和E1(30B+D：2.048Mbps)，适用于大容量用户或集团用户。(D：64kbps) 其中T1主要适用于日本和北美地区，E1适用于欧洲和中国等地区。

1.2.2.3 ISDN协议模型
●ISDN协议分层
参照OSI参考模型，ISDN分为四层，如下图所示:

第一层：物理层，规定了ISDN各种设备的电气机械特性，及物理电气信号标准；
第二层：数据链路层，完成物理连接间的数据成帧/解帧及相应的纠错等功能，向上层提供一条无差错的通信链路；
第三层：网络层，进行路由选择、数据交换等，负责把端到端的消息正确地传递到对端。
而其中的第四层描述进程间通信、与应用无关的用户服务及其相关接口和各种应用，这部分协议不在ISDN规定之内，由相关应用决定。
●层间信息交换 层间通信在各层提供的业务接入点(SAP)依靠消息原语（Message Primitives）进行。见下图。

　　《N》层的信息交换在各开放系统《N》层的信息交换实体(Entity，称《N》实体)间进行。《N》实体按照《N》协议和其他《N》实体共同完成《N》功能。《N+1》实体利用《N》实体提供的功能完成相互间的通信。《N》层向《N＋1》提供的通信功能称作《N》业务。《N》实体向《N＋1》实体提供《N》业务的逻辑接口称为《N》业务接入点，记为《N》-SAP（Service Access Point），位于各层的边界上。相邻层的通信实体间通过原语(Primitive)及其相关参数进行。原语包括：来自上层的请求(Request)和响应(Response)，来自下层的指示(Indication)和证实(Confirmation)四种。在这种相对独立的层间及层内逻辑结构下，开放系统的对等实体可以无需关心其上下层功能的实现方式，于是它们之间的信息交互进一步抽象为一种逻辑连接，称为《N》连接。
●ISDN功能设备定义及参考点

ISDN提供如下各类的标准设备：
TE1：ISDN标准终端设备；
TE2：非标准ISDN终端设备；
NT1：网络终端1，标志本地环路的物理终结，具有用户传输线终端和用
户网络接口(UNI)功能；

NT2：网络终端2，可以是PABX或局域网LAN；
LE：本地交换设备，完成用户本地环路内的设备间信息交换；
TA：终端适配器，完成非标准设备到ISDN速率的匹配及协议转换(它可以在TE2中内嵌实现)；
以上各类设备间的连接接口称为参考点(见下图)：

R参考点：位于非标准ISDN设备（TE2）和TA间；
S参考点：位于标准用户终端和NT2间；
T参考点：位于NT1和NT2间；
U参考点：只适用于北美地区，位于NT1和线路终端设备间；

1.3 ISDN的特点
ISDN相对传统电信网有很多的优点：
· 业务的综合：不同的业务可以通过相同的物理电路进行连接，增加新业务方便。
· 由于采用了公共信道信令(CCS：Common Channel Signal)，不同业务的呼叫建立互相独立，且快速方便，更有效的利用了链路资源；支持话音和各种非话增值业务，如主叫识别、呼叫转移、可视电话、会议电话等。
· 采用了统一的标准用户网络接口UNI。

2. ISDN的协议栈(Layered Protocol Stack)
　　ISDN协议基于OSI参考协议模型，可分为两大部分：用户-网络接口协议和ISDN网络信令。二者都是公共信道信令，但其中的网络信令采用SS7（7号信令），这里只介绍用户-网络接口协议部分。
2.1 物理层
　　物理层协议由ITU-T I.430(BRI)和I.430(PRI)规定。其功能包括激活、保持、解除激活，进行比特流传输的物理连接，同时完成各数据通路的分时复用(TDM)。
其中PRI的帧结构如下：

2.2 数据链路层
2.2.1 数据链路层的功能如下：

a. 帧的分割、同步和透明传送；
b. 同一D信道上多个数据链路的复用
c. 保持接收帧的顺序和发送顺序的一致；
d. 为提供可靠通路进行必要的差错控制，以及流量控制。
2.2.2数据链路层的控制协议(LAPD)：
　　数据链路层采用公共信道D进行信令传输控制，称为LAPD(Link Access Procedure on the D channel)，与X.25中的LAPB和LAP等为HDLC规程的子集；通过D通路在网络和终端间传递第三层以上的控制管理信息；并允许在D通路上建立多条逻辑数据通路。

LAPD的帧类型：
　　分两类，一为监督帧用于有序帧的证实和流控；一为无编号帧（无需证实

LAPD的流控：
(1) 对面向连接的服务使用帧序号保证帧的顺序发送接收；
(2) 初始建立连接后的第一帧序号置为"0"；
(3) 收端在证实帧中用N(r)表示等待接收的帧，发端则和本地的N(s)比较以决定下一帧的序号；
(4) 在发端必须在发送缓冲区中保留所有已发帧，直到全部得到证实；
(5) 使用超时定时器(Timer)，如果已发帧在定时器计时满时未得到证实，就重发该帧。
2.3 网络层
　　网络层的功能是利用底层的功能实现端到端的连接控制及对用户数据进行有效传输。如前所述，ISDN用公共信令信道D通路传输信令控制信息进行呼叫等控制，故又称为D信令。信令系统为共路信令方式，与SS7（No.7信令，或称7号信令）类似，也基于消息控制机制，各种通信实体间通过交换各种消息，协作完成整个通信进程。
2.3.1 ISDN的消息格式：（见下表）

　　其中的协议标识符指示消息的参考协议类型，比如I.451消息的协议标识符为"00001000"；呼叫参考值用于指示消息所控制的B信道上哪一呼叫，该值由发起呼叫的一侧进行分配，且和某一特定呼叫相关的所有消息都附带了这个值。
2.3.2 ISDN的消息类型：
(如果消息类型超过一个8比特组，则第一个8比特组为全零)
ISDN的消息分为四种类型：
(1) 呼叫建立类(Call Setup)：用于建立呼叫，即
a) 根据用户的请求建立B信道上的呼叫；
b) 根据用户的请求在呼叫中加入补充业务性能；
c) 通知主叫呼叫建立过程的进展情况。
其中包括SETUP，SETUP_ACK，等，详见附录1"ISDN的消息类型"。
(2) 呼叫状态类(Call Information)：
　　用于在呼叫进行期间，实现呼叫临时挂起和恢复等业务，比如在呼叫期间的任意方用户可能把终端暂时挂起（SUSPEND），在适当时候恢复（RESUME）；在此期间，网络保护原呼叫的所有记录和性能要求等信息。关于SUSPEND、RESUME等消息，详见附录1"ISDN的消息类型"。
(3) 呼叫清除类Call Clear)：包括呼叫结束时的各种控制消息。详见附录1"ISDN的消息类型"。
(4) 其他杂项类(Miscellaneous)：多用于传递与补充业务有关的消息。详见附录1"ISDN的消息类型"。
2.3.3 信息单元Information Elements
　　分为两类：单字节信息单元(One Octet Information Element)和可变长度信息单元(Variable length information elements)，由第一个字节的最高位来标志。
2.3.3.1 单字节信息单元

2.3.3.2 可变长度信息单元

可变长度信息单元：详见附录2"ISDN的信息单元"。
2.4 ISDN的典型呼叫进程
　　通常呼叫由用户发起。下图给出了一个典型的呼叫过程(左为呼叫建立，右为拆链过程)。

附录1 ISDN的消息类型列表
ISDN的消息类型：(如果消息类型超过一个8比特组，则第一个8比特组为全零)
(5) 呼叫建立类
000 00001
Alerting
振铃，表示正在向被叫振铃
000 00010
Call Proceeding
呼叫进行中
000 00011
Progress
呼叫过程
000 00101
Setup
呼叫建立请求
000 00111

Connect
呼叫建立成功指示(被叫发)
000 01101
Setup Acknowledge
Setup证实
000 01111
Connect Acknowledge
Connect证实(网络发)
(6) 呼叫状态类
001 00000
User Information
用户-用户信息
001 00001
Suspend Reject
临时挂起拒绝
001 00010
Resume Reject
恢复拒绝
001 00100
Hold
保持
001 00101
Suspend
挂起请求(用户发)
001 00110
Resume
恢复被挂起的呼叫(用户发)
001 01000
Hold Acknowledge
Hold证实
001 01101
Suspend Acknowledge
Suspend证实
001 01110
Resume Acknowledge
Resume证实
001 10000
Hold Reject
Hold拒绝
001 10001
Retrieve

001 10011
Retrieve Acknowledge

001 10111
Retrieve Reject

(7) 呼叫清除类
010 00101
Disconnect
用户请求拆线
010 00110
Restart
请求重启
010 01101
Release
通路和呼叫号码释放请求
010 01110
Restart Acknowledge
Restart证实
010 11010
Release Complete
释放成功
(8) 其他杂项类
011 00000
Segment
分段消息
011 00010
Facility
补充业务请求/证实
011 00100
Register

011 01110
Notify
与呼叫有关的通知消息
011 10101
STATus ENQuiry
状态查询
011 11001
Congestion Control
拥塞控制消息
011 11011
Information
辅助信息
011 11101
Status
状态信息(响应状态查询)
附录2 ISDN的信息单元列表
可变长度信息单元：(部分注解)
0 0000000
Segmented Message
分段传送
0 0000100
Bearer Capability
业务承载容量指示
0 0001000
Cause
表示呼叫失败等原因、位置
0 0010100
Call Identify

0 0010100
Call State
当前呼叫状态
0 0011000
Channel Identification
信道识别号
0 0011100
Facility

0 0011110
Progress Indicator

0 0100000
Network-specific facilities

0 0100111
Notification indicator

0 0101000
Display
用于显示的用户信息
0 0101001
Date/time

0 0101100
Keypad facility
传送终端输入信息
0 0110100
Signal

0 0110110
Switchhook

0 0111000
Feature activation

0 0111001
Feature indication

0 1000000
Information rate

0 1000010
End-to-end transit delay

0 1000011

Transit delay selection and indication

0 1000100
Packet layer binary parameters

0 1000101
Packet layer window size

0 1000110
Packet size

0 1101100
Calling party number
识别主叫号码
0 1101101
Calling party subaddress
识别主叫子地址
0 1110000
Called party number
识别被叫号码
0 1110001
Called Party subaddress
识别被叫子地址
0 1110100
Redirecting number

0 1111000
Transit network selection

0 1111001
Restart indicator

0 1111100
Low layer compatibility

0 1111101
High layer compatibility

0 1111110
User-user
传送用户-用户信息
0 1111111
Escape for ex

其他
Reserved

3. ISDN与其他网络的互通
　　从现有的通信网过渡到未来的ISDN网，是长期的过程，这就必然存在ISDN网和现有通信网的互通问题。除了用户设备接入ISDN的S/T参考点，ISDN定义了四个附加参考点用于网络互联。见下图。

· Kx参考点：和现有电话网或其他非ISDN网互通的接口，x=1时互通功能由ISDN提供，x=2则网络互通功能由其他网提供或由网间设备提供；
· M参考点：和特殊网络之间的接口，如和用户智能电报网或消息处理系统MHS（Message Handling System）互通；
· Nx参考点：两个ISDN之间的接口，x=1表示功能分散在两个ISDN中，其他未定义；
· P参考点：和ISDN内部某些特殊资源的接口。
　　在各参考点上执行的协议和功能由ITU-T的I.530、I.540、X.75、I.550等若干建议给出。

4. ISDN在语音通信方面的应用
　　ISDN具有传统电话网不可比拟的优点，使得它自提出就得到各厂商和广大用户的欢迎。目前它已广泛用于语音和非语音通信。
　　其中的热点之一便是所谓"一线通"业务。申请该业务的用户只需一条普通电话线，就可同时进行电话和数据（包括传真、上网等多种）两类业务，互不干扰，总带宽为128Kbps（2B=2*64KBps）。
　　在更大物理带宽和适当的设备支持下，比如利用NMS和Dialogic等专业公司的相关软硬件产品，可以为信息提供商、产品制造商、旅店等企业建立功能强大的CTI系统，展开智能语音应答、自动订货、广告发布、客户管理等业务。
　　NMS等公司的软硬件产品为上述业务的第三方开发提供了强大的支持和市场应对环境。