7. Telekommunikationsnetze

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1 7. Telekommunikationsnetze!!! 1. Einführung 2. Übertragungstechnik 3. Grundlegende Protokollmechanismen 4. Das Protokoll HDLC 5.!! Lokale Netze 6. Wegewahl und Vermittlung! 7. Telekommunikationsnetze 8. Transportprotokolle 9. Anwendungsnahe Dienste und verteilte Anwendungen 10. Netzwerkmanagement 11. Sicherheit Einführung Das Das Netzzugangsprotokoll X.25 X Frame Relay ISDN Intelligente Netze Breitband-ISDN Datenübertragung mit mit Modem, Kabelfernsehen GSM Literatur Aufgaben TM - 7.1

2 7.1 Einführung Kennzeichen von Telekommunikationsnetzen Sehr große Ausdehnung (Wide Area Networks: WANs) Nicht auf privates Gebäude bzw.gelände limitiert Lokale Netze hier in der Regel limitiert Werden vom jeweiligen Betreiber kontrolliert Kosten für die Benutzung fallen an, abgerechnet beispielsweise pro Zeiteinheit oder entsprechend dem Datenvolumen Historisch basieren Weitverkehrsnetze auf der Sprachkommunikation (Telefonnetz) Im Gegensatz zum Internet, das auf der Datenkommunikation basiert Entwicklung verschiedener Netze für unterschiedliche Anwendungen anfänglich analoge Netze heute digitale Netze (nahezu überall) Trend zur Diensteintegration ISDN: Integrated Services Digital Network B-ISDN: Breitband ISDN TM - 7.2

3 Netze und Dienste Netz dient zur Implementierung einer oder mehrerer Dienste Telefonieren, Web-Browsing,... (Tele-)Dienst ermöglicht spezielle, wohldefinierte Einzelanwendung Telefonieren, Datex-P, Datex-J,... Dienst umfasst alle 7 Schichten des ISO/OSI-Referenzmodells Die interne Implementierung bleibt dem Betreiber überlassen und ist für den Benutzer transparent Benutzer Trägerdienst (Carrier Service) bietet Übertragungsstrecke zwischen Kunden an Umfasst maximal die Schichten 1 bis 3 Kunde ist für die höheren Protokolle selbst verantwortlich Benutzer Schichten 4 bis 7 Schichten 1 bis 3 Verantwortung des Benutzers Betreiber Betreiber Schichten 1 bis 7 Beispiel Dark Fiber TM - 7.3

4 7.2 Das Netzzugangs-Protokoll X.25 Virtuelle Verbindungen als vermittlungstechnische Grundlage Feste virtuelle Verbindungen Gewählte virtuelle Verbindungen Parallelbetrieb mehrerer virtueller Verbindungen Vorteil der Paketvermittlung im Vergleich zur Leitungsvermittlung Gleichzeitiger Betrieb mehrerer virtueller Verbindungen (bis 4096) mit unterschiedlichen Teilnehmern über eine physikalische Teilnehmeranschlussleitung Bezeichnung der Deutschen Telekom: X.25-Hauptanschluss Durchführung einer Flusskontrolle zwischen Teilnehmern Strukturierung gemäß dem ISO/OSI Basisreferenzmodell Physikalischer Anschluss (Bitübertragung): X.21 Übermittlung von Datenübertragungsblöcken: HDLC Vermittlungsfunktion: X.25 X.25 ist lediglich am Netzzugang gültig. Die Protokolle im Netz sind für die Teilnehmer transparent. TM - 7.4

5 Standardisierungsumfang Schicht 1 Bitübertragungsschicht gemäß X.21 Schicht 2 Schnittstellenleitungen, Steckverbindungen, Signalpegel,... Übermittlungsschicht gemäß HDLC in X.25 in der Fassung als LAPB (Link Access Procedure Variante Balanced) Schicht 3 Symmetrische Steuerung mit Hybridstationen Keine I-Blöcke als Meldungen Nutzung der Reject-Funktionen Paketschicht gemäß X.25 Schichten 4 bis 7 Unabhängig von X.25 Interagieren über wohldefinierte Schnittstelle TM - 7.5

6 Netzzugangsprotokoll Realisiert eine Pakeultiplex-Schnittstelle in Schicht 3 Pakete werden beliebig zeitlich verschachtelt im statistischen Zeiultiplex bedarfsgesteuert über eine physikalische (Schicht 1) und eine HDLC- (Schicht 2) Verbindung übertragen. Die Unterscheidung nach virtueller Verbindung muss in Schicht 3 durch die logische Kanalnummer erfolgen. Pakeultiplex am Teilnehmerzugang Teilnehmer A N Bidirektionaler Paketfluss Paket über logischen Kanal N Logischer Kanal Netzzugang Virtuelle Verbindung zwischen A und... B C D E TM - 7.6

7 Logische Kanäle und Kanalnummern Logische Kanalnummern Identifizierung aller Dateneinheiten einer virtuellen X.25-Verbindung auf einem logischen Kanal (Netzzugangsverbindungen) Angewendet auf beide Übertragungsrichtungen einer Teilstrecke Logische Kanalnummern werden stets nur für jeweils eine Teilstrecke vergeben Für den Teilnehmer wesentlich (und allein sichtbar) sind die auf den Teilnehmeranschlussleitungen verwendeten logischen Kanalnummern Nutzung für das Pakeultiplexverfahren In beiden Teilnehmeranschlussbereichen einer virtuellen Verbindung sind die logischen Kanalnummern voneinander völlig unabhängig TM - 7.7

8 Lokaler Charakter logischer Kanäle Im Gegensatz zu Datagramm-Diensten ist es bei Vorliegen virtueller Verbindungen unnötig, die Zieladressen in jeder Dateneinheit mitzuführen Es werden nur die aktuell vorhandenen virtuellen Verbindungen, die über eine Teilstrecke führen, relativ zueinander nummeriert Es gibt keinen tieferen Zusammenhang zwischen absoluten Netzadressen und den logischen Kanalnummern Bei jedem neuen Aufbau einer gewählten temporären virtuellen Verbindung auch zum gleichen Teilnehmer wird eine neue logische Kanalnummer in Abhängigkeit vom aktuellen Belegungszustand der logischen Kanalnummer vergeben Kanal Nr logische 2900 Kanäle Netzzugang Netz Netzzugang 2 Kanal Nr logische Kanäle Teilnehmer A TM Teilnehmer B

9 Kapselung der Dateneinheiten Daten Schicht 3 Daten Schicht 2 Paketkopf Flag Adressfelfeld Steuer- Datenfeld CRC Flag Schicht 1 Bitstrom nach X.21 Übertragungsrichtung TM - 7.9

10 Eigenschaften von X.25 Multiplexen unterschiedlicher Verbindungen in Schicht 3 Flusskontrolle sowie Fehlererkennung- und behebung Sowohl in Schicht 2 als auch in Schicht 3 In-band-Signalisierung Kontrolldateneinheiten werden über gleiche die gleiche virtuelle Verbindung transportiert wie Nutzdateneinheiten Problem Hoher Overhead Fehlerkontrolle bei heutigen relativ geringen Fehlerwahrscheinlichkeiten auf den Übertragungsabschnitten im Festnetz eigentlich nicht erforderlich Führt zu ineffizienter Nutzung des Mediums Für das Senden einer Dateneinheit auf Schicht 3 Dateneinheit und Quittung pro Übertragungsabschnitt in Schicht 2 erforderlich Zustandshaltung in den netzinternen Knoten erforderlich TM

11 7.3 Frame Relay Einflussfaktoren Ziel Forderung nach höherer Übertragungsbandbreite Bessere Übertragungsqualität macht umfangreiche Sicherungsmechanismen, wie in X.25 vorgesehen, überflüssig Reduzierung des hohen Overheads von X.25 Standardisierung ITU-T Standard I.122: Packet Mode Bearer Services für ISDN DEC, Northern Telecom, Cisco und Stratacom (Group of Four) verallgemeinerten diesen Ansatz Die Group of Four veröffentlichte 1990 die Frame Relay Specification with Extensions Daraufhin Erweiterung der Group of Four zum Frame Relay Forum Weiterentwicklung durch ITU-T ANSI TM

12 Hauptunterschiede zu X.25 Signalisierung Wird über einen separaten Kanal durchgeführt Out-of-band Signalisierung Multiplexen In Schicht 2 (bei X.25 in Schicht 3) Flusskontrolle sowie Fehlerbehebung Finden Ende-zu-Ende statt, nicht in den einzelnen Übertragungsabschnitten Werden von den höheren Schichten implementiert, falls dies gefordert ist TM

13 Frame Relay Protokollarchitektur am Netzzugang Zwei unterschiedliche Ebenen Kontrollebene Zwischen Benutzer und Netzzugang Datenebene Ende-zu-Ende Kontrollebene Netzzugang Kontrollebene Benutzerebene Benutzerebene Q.933 Q.933 Benutzer- Q.933 Benutzer- Spezifische Spezifische Funktionen Funktionen LAPF LAPF LAPF (Q.922) (Q.922) LAPF LAPF core core LAPF core (Q.922) (Q.922-Teil) (Q.922-Teil) (Q.922-Teil) Physikalische Physikalische Schicht Schicht Physikalische Physikalische Schicht Schicht TM Benutzer Netzabschluss

14 Benutzerebene Protokoll LAPF (Link Access Procedure for Frame Mode Bearer Services) Definiert im Standard Q.922 Verbesserte Version von LAPD Funktionen zur Staukontrolle LAPF core Multiplexen / Demultiplexen Überprüfung der Integrität der Dateneinheiten Erkennung von Übertragungsfehlern Staukontrolle Bereitgestellter Dienst Geringe Fehlerwahrscheinlichkeit Aufrechterhaltung der Reihenfolge im Frame-Relay-Netz Dateneinheiten Nur ein Typ von Dateneinheiten wird unterstützt Keine Kontrolldaten, daher keine Übertragung von Dateneinheiten zur Signalisierung möglich Keine Sequenznummern Flusskontrolle und Fehlerbehebung nicht möglich TM

15 Format der Frame-Relay-Dateneinheit Flag Flag Adresse Adresse Nutzdaten Nutzdaten FCS FCS Flag Flag variabel 2 1 [Byte] DLCI DLCI EA EA C/R C/R DLCI DLCI EA EA DE DE BECN BECN FECN FECN [Bit] DLCI = Data Link Connection Identifier (lokal relevante Verbindungskennung) C/R = Command/Response FECN = Forward Explicit Congestion Notification (Staumeldung zum Nachfolger) BECN = Backward Explicit Congestion Notification (Staumeldung zum Vorgänger) DE = Discard Eligibility Indicator (zeigt an, ob die Dateneinheit in einer Stausituation verworfen werden soll) EA = Address Field Extension Bit (ermöglicht Erweiterung des Kopfes der Dateneinheit) TM

16 Staukontrolle in Frame Relay Verkehrsparameter Committed Information Rate (CIR) Mit dieser Rate akzeptiert das Netz Benutzerdaten. CIR sollte als mittlerer Durchsatz über ein Zeitintervall T gesehen werden. Commited Burst Size (B C ) Maximale Anzahl an Bits, die im Zeitintervall T übertragen wird. Excess Burst Size (B E ) Maximale Anzahl an Bits, die über B C hinaus geht, für die das Netz aber den Versuch macht, diese zu übertragen. Diese Daten werden speziell markiert mit dem DE-Bit (Discard Eligible), um sie bei Stausituationen im Netz gezielt verwerfen zu können. Es gilt: CIR = B C /T Parameter werden bei der Signalisierung ausgehandelt Entsprechend den Parametern wird Kapazität reserviert Das DE-Bit kann auch vom Benutzer gesetzt werden Welche Vorteile hat dies? TM

17 Staukontrolle in Frame Relay Explizite Benachrichtigung über Stausituation im Netz FECN: Forward Explicit Congestion Notification BECN: Backward Explicit Congestion Notification FECN- und BECN-Bits werden nur durch die Switches im Netz gesetzt, nicht durch die Benutzer Der genaue Algorithmus zur Bestimmung einer Stausituation ist nicht standardisiert Spezielle CLLM-Dateneinheit (Consolidated Link Layer Management) Spezieller DLCI: 1023 Implizite Benachrichtigung über Stausituation im Netz Verwerfen von Dateneinheiten zieht Reaktion in höheren Schichten nach sich, z.b. bei TCP TM

18 Netzbeispiel LAN 4 Router B Frame Relay-Netz C Router LAN 3 Router DLCI 1 DLCI 2 DLCI 3 A LAN 1 Router LAN 2 Anmerkung: DLCI nur lokal signifikant ändert sich pro Übertragungsabschnitt TM

19 Vergleich Frame Relay X.25 Durchsatz Laufzeit Laufzeitschwankung Sicherung X.25 Frame Relay Eher gering (200 kbit/s 2 Mbit/s) Lang Keine Gegenmaßnahmen Eigene Maßnahmen (Übertragungswiederholung) Hoch (2Mbit/s typisch, 45 Mbit/s max) Kurz (wegen geringerem Overhead) Keine Gegenmaßnahmen In höhere Schichten verlagert Funktionalität Komplex Einfach Frame Relay verwirft bei Problemen (Stausituation oder fehlerhafte Prüfsumme) die betroffenen Dateneinheiten. Höhere Schichten müssen dann für eine erneute Übertragung sorgen. Isochrone Daten können ohne weitere Maßnahmen weder mittels X.25 noch mittels Frame Relay übertragen werden. TM

20 7.4 ISDN Ziel Digitale Kommunikation bis zum Teilnehmer Integration unterschiedlicher Dienste (Sprache, Text, Bild,...) Basisanschluss 2 * 64 kbit/s Basis-Datenrate für Nutzdatenübertragung 2 B-Kanäle ca. 5 Schreibmaschinenseiten mit 1600 Zeichen pro Seite 16 kbit/s für Signalisierung D-Kanal Standardisierung Euro-ISDN E-DSS-1: European Digital Subscriber Signalling System 1 Schema 2048 kbit/s Mbit/s ISDN Endgerät Mbit/s digitale Fernvermittlung Mbit/s 64 kbit/s digitale 64 kbit/s Ortsvermittlung A D/ 64 kbit/s Netzabschluss 2048 kbit/s analoges Telefon TM

21 Übertragung analoger Daten (dargestellt durch analoge Signale) über digitale Übertragungssysteme erfordert Digitalisierung analoger Daten Schema Ziel Einschub: Digitale Übertragung analoger Daten Das ursprüngliche Signal muss beim Empfänger wieder rekonstruierbar sein Fragestellungen In wie viele Amplitudenwerte soll das Signal zerlegt werden? Wertkontinuierlich wertdiskret Quantisierung Wie oft muss das Signal abgetastet werden? Zeitkontinuierlich zeitdiskret Abtastung digitales Übertragungssystem Sender Analog- Analog- Digital- Digital- Umsetzung Umsetzung Empfänger Digital- Digital- Analog- Analog- Umsetzung Umsetzung Analogsignal Analogsignal TM

22 Abtastung Für die Zeitdiskretisierung muss eine Abtastung der Analogverläufe des Signals zu diskreten Zeitpunkten erfolgen Amplitude Zeit Praktisch wichtig ist die periodische Abtastung (s. Abbildung) Der zum Abtastzeitpunkt vorliegende Momentanwert des Analogsignals wird der Quantisierung unterworfen Das Abtasttheorem muss eingehalten werden TM

23 Quantisierung Der gesamte Wertebereich des Analogsignals wird in eine endliche Anzahl von Quantisierungsintervallen eingeteilt, denen jeweils ein fester diskreter Wert zugeordnet wird Quantisierungsfehler Da alle in ein Quantisierungsintervall fallenden Analogwerte nur einem diskreten Wert zugeordnet werden, entsteht ein Quantisierungsfehler obere Entscheidungsgrenze a/2 Quantisierungsintervallgröße a a Rückwandlung TM a/2 untere Entscheidungsgrenze Zuordnung eines einzigen diskreten Wertes zu allen zwischen +a/2 und -a/2 liegenden Werten einer Analogdarstellung Die Quantisierungsintervalle werden durch die Zuordnung eines im Prinzip frei wählbaren (Binär-) Codes gekennzeichnet und unterschieden (Codierung) Übertragung der diskreten Werte anstelle der ursprünglichen analogen Werte Beim Empfänger wird ein Analogwert erzeugt (Digital-Analog-Umsetzung), der dem in der Mitte des Quantisierungsintervalls liegenden Analogwert entspricht

24 Pulsecode-Modulation (PCM) Die Zusammenfassung der Schritte Abtastung Quantisierung Codierung Signalwert an der Abtaststelle wird als Binärzahl übertragen Die A/D-Umsetzung (Abtastung/Quantisierung) und Codierung sowie die Rückkonvertierung erfolgt im sogenannten CODEC (Codierer/Decodierer) Schema CODEC PCM-Signale CODEC Analogsignale Analogsignale TM

25 Bandbegrenztes Signal Energie [db] 40 Frequenzspektrum eines Signals Signale können ein "natürlich" begrenztes kontinuierliches Frequenzspektrum umfassen oder durch technische Mittel auf einen Ausschnitt ihres Spektrums begrenzt werden Beispiel Beispiel: ITU-Standardtelefonkanal Kontinuierliches Frequenzspektrum der menschlichen Stimme Frequenz [Hz] Hz 300 Hz Hz TM

26 PCM-Fernsprechkanal I Die praktische Gestaltung technischer PCM-Systeme ist durch das Fernsprechen bestimmt Ausgangspunkt Fernsprechkanal Frequenzbereich Hz Bandbreite 3100 Hz Wie hoch ist die Grenzfrequenz? Wie hoch ist die Mindest-Abtastfrequenz? Abtastfrequenz Empfohlene Abtastfrequenz für PCM-Fernsprechkanal Abtastperiode f A = 8 khz T A = 1/f A = 1/8000 Hz = 125 µs TM

27 PCM-Fernsprechkanal II Amplitudenquantisierung Zahl der benötigten Quantisierungsintervalle wird bei der akustischen Sprachkommunikation (Fernsprechen) durch den Grad der Silbenverständlichkeit beim Empfänger bestimmt Mit "Sicherheitszuschlag" 256 Quantisierungsintervalle Bei binärer Codierung sind 8 Bit erforderlich 2 8 = 256 Die Datenrate für einen digitalisierten Fernsprechkanal Datenrate = Abtastfrequenz * Codewortlänge 64 kbit/s = 8000/s * 8 bit k(kilo) = 1000 in den USA 7 bit bei 8 khz, d.h. 56 kbit/s Die Datenrate von 64 kbit/s spielt auch in neuartigen Kommunikationssystemen noch eine wesentliche Rolle TM

28 Ungleichförmige Quantisierung Bei gleichförmiger Quantisierung sind alle Intervalle gleich groß und vom aktuellen Wert des Signals unabhängig Quantisierungsfehler machen sich bei gleichförmiger Quantisierung bei kleinen Signalwerten sehr stark bemerkbar (Quantisierungsrauschen) menschliche Sinnesorgane reagieren auf Energie. Feine Unterschiede werden bei leisen Signalen stärker wahrgenommen als bei lauten Signalen Kompander: Kombination von Kompressor und Expander Kompressor Die ungleichförmige Intervallgröße wird durch einen dem Quantisierer vorgeschalteten (Signal-) Kompressor erzielt Expander Auf der Empfängerseite wird in inverser Funktion ein Expander eingesetzt: Wieder-herstellung der ursprünglichen Größenverteilung der Signale (Dynamik der Signale) Als Kompandierungskennlinien werden logarithmische Kennlinien verwendet, die schaltungstechnisch durch lineare Teilstücke approximiert werden TM

29 A-Kompandierungskennlinie (A-Law) 13 Segment-Kompandierungskennlinie, ITU-Standard G.711 wird in Deutschland für PCM-Codierung verwendet Nummer des Quantisierungsintervallls, y-achse /2 1 1/4 1/2 1/8 1/16 1/32 1 Normierte Amplitude des Eingangssignals, x-achse in Nordamerika und Japan wird µ -Kompandierungskennlinie (µ-law) eingesetzt (AT&T-Norm). Verwendet 15 Segmente. Eine Konvertierung zwischen beiden Systemen ist für Audio-Daten erforderlich TM

30 Kompressorkennlinie Prinzip Normierte Amplitude des Eingangssignals Kompressorkennlinie 0 1 Normierte Amplitude des Ausgangssignals -1 TM

31 Zusammenhang bei der PCM-Technik U Probenentnahme (Zeitquantisierung) Amplitudenquantisierung Codierung Zusammenhang zwischen Abtastung, nicht gleichförmiger Amplitudenquantisierung und Binärcodierung der Quantisierungsintervalle TM t Rahmen = 125 µs Rahmen = 125 µs t 1 t 3 t P S Q P: Polarität S: Segmentcode Q: Quantisierungscode

32 7.4.2 Aufbau von ISDN Basis-Anschluss 2 * 64 kbit/s + 16 kbit/s (2 * B + D16) Primär-Multiplex-Anschluss H12 (Europa): 30 * 64 kbit/s + 64 kbit/s (30*B + D 64 ) + 64 kbit/s (Synch.kanal) = kbit/s H11 (USA, Japan): 23 * 64 kbit/s + 64 kbit/s (23*B + D 64 ) + 6 kbit/s (Synch.kanal) = kbit/s B1 B2 D ISDN- Basisanschluss 144 (2 * ) kbit/s (Netto) Für B-Kanäle gilt: operieren unabhängig voneinander können verschiedene Zielrichtungen haben können unterschiedliche Daten übertragen müssen nicht (aber können) zur gleichen Zeit aktiv sein Der D-Kanal dient der Übertragung von Signalisierungsinformation Datenübertragung in geringen Raten möglich TM

33 ISDN und ISO/OSI-Referenzmodell Grundlegender Aufbau Teilnehmer A Teilnehmer B B 1 B 2 ISDN-Netz B 1 B Vermitt- Vermitt- 5 D 6 16 lungs- stelle A stelle B 4 lungs- D ZZK 1 S 0 S 0 1 B 1, B 2 : Schicht 1: S 0 -Standard; Schichten 2...7: abhängig von Anwendung D 16 : Schicht 1: S 0 -Standard; Schichten 2..3: D-Kanal-Protokoll; keine höheren Schichten ZZK: Zentraler Zeichengabe-Kanal (Signalisierungssystem Nr. 7, SS7) TM

34 Protokollarchitektur: ISDN im Referenzmodell Benutzereinrichtung Benutzereinrichtung Benutzerinformation Netz ISDN-VSt ISDN-VSt 1 I.430 oder I.431 I.430 oder I B-Kanal B-Kanal B-Kanal Signalisierung 3 I.450 und I I.450 und I I.440 und I I.440 und I I.430 oder I I.430 oder I D-Kanal D-Kanal TM

35 ISDN-Referenzpunkte und Funktionseinheiten Anordnung der Referenzpunkte Teilnehmer-Installation Anschlussleitung Vermittlungs- ISDN stelle R S T U V TE1 NT2 NT1 LT ET TE2 TA Funktionseinheiten ET: Exchange Termination (Vermittlungsabschluss) LT: Line Termination (Leitungsabschluss) NT1: Network Termination 1 (Netzabschluss 1) (Nur Schicht-1- Funktionalität) NT2: Network Termination 2 (Netzabschluss 2) (Schicht-1-, -2-, und -3- Funktionen) TA: Terminal Adaptor TE1: Terminal Equipment Type 1 (ISDN Endgerät) TE2: Terminal Equipment Type 2 (nicht ISDN-fähiges Endgerät) TM

36 Schnittstellen Die folgenden standardisierten Schnittstellen werden eingesetzt S 0 : Anschlussleitung im Teilnehmerendbereich Bussystem zum Anschluss von maximal 8 Endgeräten U K0 : öffentliche Teilnehmeranschlussleitung Verbindung zwischen NT und digitaler Ortsvermittlungsstelle U p0 : Teilnehmeranschluss an eine Telekommunikationsanlage S 2M : Primärmultiplexanschluss Schnittstelle zwischen NT und Telekommunikationsanlage U K2 : Primärmultiplexanschluss Kupferleitung U G2 : Primärmultiplexanschluss Glasfaser TM

37 ISDN Beispieltopologie Digitale OVSt Anschlussleitung (U k0 ) IAE NT 220 V S 0 -Bus IAE IAE TM

38 ISDN-Stecker Seitenansicht Untenansicht 8 Kontakte TM

39 Aufgaben des Netzabschlusses (NT) Übertragungstechnischer Abschluss der Netzseite (U K0 -Schnittstelle) Abschluss der Teilnehmerinstallation (S 0 -Schnittstelle) Speisung der Teilnehmerinstallation Normalbetrieb (aus 220V-Netz) min. 4 W Notbetrieb (von VSt) min. 410 mw Ausführung von Betriebsfunktionen Erkennung von Rahmenfehlern Schleifenbildung (Tests) Der Netzabschluss NT1 führt lediglich Funktionen der Schicht 1 durch Taktrückgewinnung Rahmensynchronisation D-Echo-Kanal-Steuerung Ofals sind NT1 und NT2 in einem Gerät zusammengefasst TM

40 Funktionseinheiten ET und LT ET LT Vermittlungsstelle (Schichten 1 bis 3) Multiplex- und Demultiplexfunktionen Verbindungsüberwachung Fehlerüberwachung und Alarmierung Kontroll- und Testfunktionen LAP-D-Protokolle Signalisierungsfunktionen in Schicht 3 Leitungsübertragungseinrichtung Umsetzung zwischen relativ niedrigratigem Teilnehmeranschluss und hochratigem Multiplexanschluss auf der Vermittlungsseite Umsetzen der Übertragungsverfahren Ableiten und regenerieren von Takten Fehlerüberwachung und Alarmerzeugung Fernstromversorgung des Teilnehmerbereichs TM

41 TE1 TE2 TA Weitere Funktionseinheiten Endgerät, das allen ISDN-Interface-Empfehlungen genügt Endgerät, das die ISDN-Interface-Empfehlungen nicht erfüllt passt TE2 an die Anforderungen von NT2 an analoge bzw. digitale nicht-isdn-endgeräte können hierüber betrieben werden TM

42 Ziel ISDN-Übertragungsverfahren Wiederverwendung vorhandener Verkabelung für ISDN-Anschluss, d.h. Zweidraht-Kupferadern an der Anschlussleitung Im Teilnehmeranschlussbereich sind Vierdrahtverfahren möglich Mindestens 144 kbit/s erforderlich (2 * 64 kbit/s + 16 kbit/s) zu überbrückende Distanzen bis zu 8 km (90% aller Anschlüsse) bis zu 1,5 km (50% aller Anschlüsse) Eingesetzte Übertragungsverfahren Vierdraht-Verfahren S 0 -Bus Zeitgetrenntlage-Verfahren U p0 -Schnittstelle für Telekommunikationsanlagen (max m zwischen NT und Anlage) Gleichlage-Verfahren mit Echokompensation U k0 -Schnittstelle für den Basisanschluss TM

43 Vierdraht-Verfahren Konfiguration Teilnehmer Vierdraht NT Arbeitsweise Richtungstrennung entsprechend Simplex-Betriebsart Eine Doppelader pro Übertragungsrichtung Reichweite 1000 m für Punkt-zu-Punkt-Anschluss 150 m für Busbetrieb TM

44 Zeitgetrenntlage-Verfahren Zweidraht-Duplexübertragung Die Signale beider Übertragungsrichtungen werden auf dem selben Adernpaar übertragen Senden und Empfangen erfolgt jeweils zu unterschiedlichen Zeitpunkten Schema Halbduplex-Betrieb manchmal als Ping-Pong-Verfahren bezeichnet ZS ZS Teilnehmer Takte 2-drahtig Takte Digitale Ortsvermittlung ZS ZS TM

45 Eigenschaften Ablauf Zeitgetrenntlage-Verfahren Digitale Vermittlungsstelle gibt Takt zur Synchronisation vor, Teilnehmerschnittstelle leitet Takte ab Leitungscodierung muss entsprechend hohen Taktgehalt enthalten Reichweite begrenzt durch Übertragungsrate und Laufzeit der Signale Digitale Ortsvermittlung sei T L die Laufzeit, T D die Übertragungszeit und T S eine Schutzzeit dann berechnet sich die effektive Übertragungsgeschwindigkeit v bei gegebener Burstgröße B wie folgt v B = 2*( TL + TD + TS ) Teilnehmer T L T D T S Zeit TM Burstgröße

46 Gleichlage-Verfahren mit Echokompensation Eigenschaften Signale werden in der gleichen Frequenz- und Zeitlage übertragen Gleichzeitiges Senden und Empfangen von Signalen Entkopplung durch Gabelschaltung (wie im Telefon, Anforderungen allerdings höher) Kernelement adaptive Filter Schema erzeugt aus dem Sendesignal ein Kompensationssignal Kompensationssignal unterdrückt die über die Gabel eingespeisten Sendesignale und Echosignale + Teilnehmer Gabel 2-drahtig Gabel Echokomp. Echokomp. Digitale Ortsvermittlung + TM

47 7.4.4 Die Teilnehmer-Schnittstelle S 0 TE1/TA Funktionen der S 0 -Schnittstelle 2 B-Kanäle mit je 64 kbit/s D-Kanal mit 16 kbit/s Schritt-Takt Oktett-Takt Rahmensynchronisation D-Echo-Kanal mit 16 kbit/s Fernspeisung Aktivierung Deaktivierung NT TM Anschaltzustands-Überwachung

48 S 0 -Schnittstelle: Konfiguration Punkt-zu-Punkt- Verbindung (Prinzip) TE1/TA S 0 B 1 + B 2 + D 16 NT U K0 ~ m 220 V~ 220 V~ Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung: S 0 -Bus (Prinzip: passiver Bus) ca. 150 m B1 + B 2 + D 16 AW NT U K0 S 0 Nr. 1 TA (a/b) a/b z.b. Modem, analoges Fax TM S 0 Nr. 2 TA (X.21) X.21 2,4 kbit/s kbit/s Nr. 3 FeAp S 0... ISDN-Geräte Nr. 8 Fax S V~ AW = Abschluss-Widerstände = Doppelader (Stromkreis) TA = Terminal Adaptor FeAP= Fernsprech-Apparat

49 0 1 0 Rahmenstruktur der S 0 -Schnittstelle NT zum TE1 48 Bits in 250 Mikrosekunden = 192 kbit/s D L. F L.B1 E D AF A NB2 E D M B1 E DS B2 E D L. F L. 2 Bit Versatz TE1 zum NT Zeit D L.F L. B1 L.D L.F A L.B2 L.DL.B1 L.D L.B2 L.DL. FL. A = Bit für Aktivierungsprozedur B1, B2 = B-Kanäle D = D-Kanal ( 0 überschreibt 1 ) E = Bit für D-Echo-Kanal F A, F = Zusätzliches Rahmenbit (=0) TM = zwischen je 2 Punkten (.) ist der Rahmen gleichstromfrei L = Gleichstrom-Ausgleichsbit N = F A logisch negiert S = S-Bit für S-Kanal (Schleifentests) M = M-Bit für Mehrfachrahmen

50 S 0 -Rahmen Zusammensetzung aus Teilrahmen Jeder Teilrahmen (und somit jeder Vollrahmen) ist gleichstromfrei Jeder "Vollrahmen" von 48 bit beginnt mit dem Rahmenbit F = "0" (z.b. AMI-Code "positiver Puls") Die erste "0" jedes Teilrahmens hat im AMI-Code gleiche Polarität wie L-Bit nach F-Bit (im Beispiel "negativer Puls ) Bei ungerader Anzahl von "0" Ergänzung durch L auf gerade Anzahl "positiv/negativ" F-Bit erzeugt Coderegelverletzung mit letztem gleichgerichteten Puls des vorangegangenen S 0 -Rahmens Zweite Coderegelverletzung: innerhalb eines S 0 -Rahmens mit erstem L-Bit nach dem F-Bit. Spätestens bei F A (ist fast immer "0") wird Coderegelverletzung in Bezug auf L-Bit nach F-Bit herbeigeführt. TM

51 Coderegelverletzungen im Rahmen NT TE F. L CV Rahmen (48 Bits in 250 µs entsprechen 192 kbit/s) F A N S 1 S 2 L FL.. 8 B 1 +E+D A 8 B 2 +E+D 8 B 1 +E+D 8 B 2 +E+D CV CV TE NT F.. L F A L CV F. L (2) 8 B 1 +L D+L 8 B 2 +L D+L 8 B 1 +L D+L 8 B 2 +L D+L Zeit CV: Coderegelverletzung TM

52 Codierung auf Schicht 1 der S 0 -Schnittstelle (inverser) AMI-Code = +750mV 1 = 0V 0 = 750mV jeweils Gleichstromausgleich Coderegel-Verletzungen (CV) CV Auf dem Bus setzt sich eine 0 gegenüber einer 1 durch TM CV

53 Passiver Bus an der S 0 -Schnittstelle Bei passivem Bus können Zugriffskonflikte zwischen den einzelnen Stationen auftreten Wo können diese in ISDN auftreten? Folgendes Verfahren wird zur Auflösung der Zugriffskonflikte eingesetzt falls keine Rahmen der Schicht 2 zu übertragen sind, werden '1'-Signale gesendet (führt bei pseudoternärem Code zur Ruhe auf der Leitung) NT reflektiert den Wert des D-Bits im E-Bit Station überträgt nur dann, falls mindestens x '1'-Signale in Folge erkannt wurden Kollision wird durch Beobachten der Echo-Bits nach dem Aussenden von Daten erkannt '0'-Bits überschreiben dabei '1'-Bits Ruhesignal: '1'-Bits Durch die Zahl x wird implizit ein Prioritätsmechanismus realisiert (üblicherweise zwei Prioritätsklassen mit x 1 =8, x 2 =10) TM

54 S 0 -Rahmen im NT Funktionen Spiegelung des D-Bits S 0 -Rahmen wird am NT in U k0 -Rahmen umgesetzt und umgekehrt: S 0 -Rahmen (abgehend) S 0 -Rahmen (ankommend) Umsetzung in U k0 -Rahmen D-Bit in E-Bit spiegeln Umsetzung in S 0 -Rahmen NT U k0 -Rahmen (ankommend) U k0 -Rahmen (abgehend) TM

55 Kollisionserkennung und -auflösung für den D-Kanal Kollisionsbehandlung auf Schicht 2: nur in Richtung TE NT erforderlich und auch nur bei einer Mehrgerätekonfiguration, also nicht im Punkt-zu-Punkt-Fall Beispiel: TE A und TE B wollen auf den D-Kanal zugreifen Ohne Zugriffskontrolle sähen die von den TEs gesendeten Signale und der Echo- Bitstrom z.b. so aus: Ruhesignal: binäre Einsen Begin-Flag TE A: TE B: Begin-Flag Echo: Durch die Kollision ist die Bitfolge unbrauchbar Mit der Zugriffskontrolle des D-Kanal-Protokolls sieht es so aus: TE B erkennt, dass eine gesendete 1 als 0 zurückkommt. Deshalb wartet B nun, bis wieder mindestens 8 Einsen im Echo-Bitstrom auftreten, und versucht es dann erneut. TM Ruhesignal: binäre Einsen Begin-Flag TE A: TE B: kein Begin-Flag Echo:

56 Gleichzeitiger Sendebeginn zweier TEs Problem Wenn beide TEs gleichzeitig das Beginn-Flag senden, wird dort keine Kollision erkannt Lösung Dann wird die Kollision später erkannt durch sich unterscheidende SAPIs oder TEIs (werden später erklärt). Betrachte dazu den Beginn eines HDLC- Rahmens: C/R SAPI 1 TEI... Flag Bits Bits Die SAPIs unterscheiden sich bei verschiedenen Rahmentypen (z.b. =0 für Zeichengabe, =63 Managementfunktion etc.). Die TEIs sind für alle am Bus angeschlossenen Geräte (TEs) unterschiedlich. Der gleichzeitige Zugriff klärt sich auf, sobald ein TE A eine binäre 1 sendet und ein TE B eine binäre 0. B merkt nichts von einer Kollision und sendet ungestört weiter. A erkennt die Kollision und stoppt sofort den Zugriff auf den D-Kanal. TM

57 Frage Antwort Sendevorgänge weiterer Geräte Wer sendet als nächstes, wenn ein Ende-Flag auftrat? Ein aktiv gewesenes Endgerät verringert seine Priorität, indem es vor einem erneuten Zugriff auf den D-Kanal z.b. 9 statt 8 binäre Einsen im Echo abwartet. Dadurch sind andere, wartende TEs automatisch höher priorisiert. Auch die Vorgabe einer geringeren Priorität (z.b. 10 Einsen warten) ist möglich. Eine Paketübertragung eines TEs kann die Signalisierung eines anderen TEs verzögern TM

58 7.4.5 UK 0 -Schnittstelle Übersicht und Aufgaben: Duplex-Übertragung von B 1 + B 2 + D 16 [144 kbit/s] Eine symmetrische Doppelader Übertragungsverfahren mit Echo-Unterdrückung in Zeit- und Frequenzgleichlage 160-kbit/s-Leitungsbitrate, Leitungscode MMS43 (4B3T-Codierung) Schrittgeschwindigkeit 120 kbaud 99,5 % der Anschlüsse ohne Zwischenregenerator 4,2 km Reichweite bei 0,4 mm Ø der Kupferader; 8 km Reichweite bei 0,6 mm Ø der Kupferader Ein Zwischenregenerator (wenn erforderlich) Rahmenfehlererkennung/-meldung Prüfschleife-Fernsteuerung Investitionssicherung durch Nutzung bestehender Verkabelung TM

59 Rahmenbildung 120 Ternärschritte = 1 ms; Code: 4B3T (MMS43: Modified Monitoring State); Binärsignal: 4 Bits in 3 Takten B1 B2 D B1 B D Ternärsignal: Empfangssignal im NT: SW1 T1 TM T2 T3 T4 M Sendesignal im NT: M2 T5 T5 T6 SW2 T6 T7 T8 M = Kanal zum Melden von Rahmenfehlern und zum Schalten von Prüfschleifen T SW1 SW = Synchron-Wort Ti = Gruppe aus 27 Ternärschritten = 36 Binärschritten -

60 4B3T, MMS43 MMS (Modified Monitored Sum) vier Alphabete (S1 S4) Auswahl der Folge so, dass gleichspannungsfreie ternäre Folge entsteht. Bsp. (Start S1) : Code S TM Next S1 S1 S1 S1 S1 S1 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S3 S3 S3 S4 S Next S2 S2 S2 S2 S2 S2 S3 S3 S3 S3 S3 S3 S1 S1 S1 S1 S Next S3 S3 S3 S3 S3 S3 S4 S4 S4 S4 S2 S2 S2 S2 S2 S2 S Next S4 S4 S4 S4 S4 S4 S1 S2 S2 S2 S3 S3 S3 S3 S3 S3

61 7.4.6 Der D-Kanal LAPD - Link Access Procedure Teilmenge des HDLC-Protokolls Einsatz im D-Kanal (LAP-D) LAP-D-Dateneinheit Bits: Flag SAPI C/R EA=0 TEI EA=1 Kontrollfeld Information FCS Flag Flag = EA = Extension of Address C/R = Command/Response SAPI = Service Access Point Identifier TEI = Terminal Endpoint Identifier FCS = Frame Check Sequence 2 Adressfelder: DLCI (Data Link Connection Identification) = SAPI & TEI TM

62 Protokolldateneinheiten der Schicht 2 Mehr zur Dateneinheit Flag Flag Adressfeld besteht aus 16 Bit entspricht erweitertem Adressfeld im HDLC-Rahmen Aufbau Adresse Kontrolle SAPI 8 Bit TEI C/R EA EA Nutzdaten Frame Frame Check Check EA = 0: es folgt ein Byte im Adressfeld EA = 1: Ende des Adressfelds C/R: Command / Response SAPI (6 Bit) kennzeichnet Art des Dienstes» 0 (Signalisierungsprozeduren)» 16 (Paketdaten)» 63 (TEI-Verwaltung) TEI (7 Bit) kennzeichnet jedes angeschlossene Gerät» 0 (nur für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen)» 1-63 (Endgeräte mit festem TEI)» (anzufordernde TEI)» 127 (Broadcasting) Flag Flag TM

63 SAPI / TEI Logische Schicht-2-Verbindungen Endgerät 1 Endgerät 2 Connection Endpoint Suffix ISDN-Vermittlungsstelle = Connection Endpoint 1 B 1 B N B Schicht 2 SAPI=0 Schicht 2 SAPI=0 Schicht 2 Schicht 1 Schicht 1 Schicht 1 TM TEI=72 TEI=127 TEI=67 TEI=127 B=Broadcast D-Kanal TEI=67 TEI=72 TEI=127

64 SAPI / TEI SAPI- und TEI-Werte SAPI Zuordnung 0 Zeichengabe-Prozeduren 16 Prozeduren für Paket-Kommunikation reserviert für nationale Zwecke 63 Management-Funktionen (z.b. TEI-Vergabe), Gruppen-SAPI TEI Zuordnung in Endgeräten fest eingestellte TEI-Werte TEI-Werte, die von der Vermittlungsstelle vergeben werden 127 Gruppen TEI: Rundsenden und TEI-Vergabeprozedur 1 = für Punkt-zu-Punkt-Konfiguration, z.b. NStAnl SAPI-/TEI-Format SAPI TEI C/ R 0 1 C/R-Bit Vermittlung Endgerät Kommando an (Command) C/R = 0 C/R = 1 Antwort von (Response) C/R = 0 C/R = 1 TM

65 Beispiel TEI-Vergabe Verbindungsaufbau (Schicht 2) TM TEI-Anforderung (Action lnd = 127) NT TEI-Zuweisung (lnd. Number = TEI=111) SABME (SAPI = 0, TEI = 111, P =1) NT UA (SAPI = 0, TEI = 111, F=1)

66 TEI - Zuweisungsprozedur Endgerät UI (SAPI=63, TEI=127) [ID req., RN, TEI*] ISDN-VSt max. 3s evtl. TEI-Prüfroutine UI (SAPI=63, TEI=127) [ID assigned, RN, TEI] UI (SAPI=63, TEI=127) [ID denied, RN, TEI] oder TEI-Prüfroutine Endgerät * TEI = 127: beliebigen TEI-Wert zuweisen TEI 127: bevorzugter TEI-Wert RN: Reference Number (Zufallszahl: ) UI (SAPI=63, TEI=127) [ID check req., TEI] t ISDN-VSt UI (SAPI=63, TEI=127) [ID check resp., TEI] max. 1s TM falls keine Rückmeldung, einmalige Wiederholung der Anfrage t

67 Schicht 2-Verbindung (LAP-D) Zeitüberwachung Endgerät SABM (SAPI=0, TEI) UA (SAPI=0, TEI) ISDN-VSt 0 senden 0 empfangen, 0 quittiert 1 senden, 0 quittieren 1 quittiert 1 empfangen, 1 quittiert 1 quittieren defekter Rahmen 2 empfangen, 1 quittiert 2 quittieren TM I(SAPI, TEI, N(S)=0, N(R)=0)[Information] I(SAPI, TEI, N(S)=0, N(R)=1)[Information] I(SAPI, TEI, N(S)=1, N(R)=1)[Information] RR(SAPI, TEI, N(R)=2) I(SAPI, TEI, N(S)=1, N(R)=2)[Information] 0 empfangen 0 senden, 0 quittieren 1 empfangen, 0 quittiert 1 quittieren 1 senden, 1 quittieren RR(SAPI, TEI, N(R)=2) 1 quittiert I(SAPI, TEI, N(S)=2, N(R)=2)[Information] 2 senden, 1 quittieren Übertragungsfehler Überwachungszeit 1s I(SAPI, TEI, N(S)=2, N(R)=2)[Information] läuft ab Wiederholung! RR(SAPI, TEI, N(R)=3) t 2 quittiert

68 Überblick: Schichten der Signalisierung am S 0 -Bus Schicht 3 Signalisierungsdaten Schicht 2 Flag SAPI TEI Datenfeld Steuerfeld Blockprüfung Flag Schicht 1 D-Bits im S0-Rahmen Zeit TM

69 Weiteres: Die ITU-T-X.31-Empfehlung Seit Dezember 1994: Nutzung eines ISDN-Basisanschlusses unabhängig von der Verwendung der B-Kanäle als Datex-P-Anschluss: paketorientierte Übertragung auf dem D-Kanal von der gesamten Übertragungsgeschwindigkeit von 16 kbit/s auf dem D- Kanal können bit/s für den Zugang zum Datex-P-Netz genutzt werden Unterscheidung von X.25 Paketen und sonstigem D-Kanal-Verkehr durch spezielles Bit im Adressfeld (SAPI=16, siehe Kapitel über ISDN) ISDN-Verbindungssteuerung hat Vorrang! Deutsche Telekom: Ende X.25-Anschlüsse, volumenabhängige, entfernungs- und zeitunabhängige Gebühr Ebenfalls durch X.31 spezifiziert: Ende-zu-Ende-ISDN-Verbindung zwischen X.25-Endgeräten über einen ISDN-B-Kanal Gleichzeitige X.25-Datenübertragung über B- und D-Kanal TM

70 7.4.7 Schicht 3 des D-Kanals Die Schicht 3 des D-Kanals gliedert sich in die schichtenindividuelle Verwaltungsinstanz und jeweils eine Instanz pro Zeichengabekanal Beispiel für Zeichengabetransaktion: Bereitstellung einer Verbindung Ziel ist es, einen B-Kanal zwischen zwei Kommunikationspartnern aufzubauen Möglichkeiten: Es wird vorgeschrieben, welcher B-Kanal (B 1 oder B 2 ) zu verwenden ist Es wird vorgeschlagen, welcher B-Kanal (B 1 oder B 2 ) zu verwenden ist Die Auswahl des B-Kanals (B 1 oder B 2 ) kann beliebig vorgenommen werden Beispiel: Phasen beim Verbindungsaufbau zwischen Teilnehmer A und B auf Schicht 3: 1. Abgehender Ruf bei Teilnehmer A ( wählen ) 2. Ankommender Ruf bei Teilnehmer B 3. Rufanzeigephase bei Teilnehmer B ( läuten ) 4. Rufannahmephase von Teilnehmer B TM

71 Signalisierungsdateneinheiten auf Schicht 3 Grundsätzlicher Aufbau Bits: Protokoll-Diskriminator Referenz-Nummer (Call Reference) Nachrichten-Typ Nachrichtenelement 1 Nachrichtenelement 2 1 Oktett n Oktetts 1 Oktett n Oktetts Aufbau der Referenz-Nummer. Nachrichtenelement m Bits: Länge der Referenz-Nummer 0/1 Referenz-Nummer (Call Reference) 1 Oktett n Oktetts TM

72 Typen von Schicht-3- Dateneinheiten (E-DSS1) Aufbau von B-Kanal-Verbindungen: Alerting Call Proceeding Progress Setup Connect Setup Acknowledge Connect Acknowledge Normaler Datentransfer: User Information Suspend Reject Resume Reject Hold Suspend Resume Hold Acknowledge Suspend Acknowledge Resume Acknowledge Hold Reject Retrieve Retrieve Acknowledge Retrieve Reject Abbau von B-Kanal-Verbindungen: Disconnect Restart Release Restart Acknowledge Release Complete Dienserkmale/Sonstige: Segment Facility Register Notify Status Enquiry Congestion Control Information Status Escape Code TM

73 Bedeutung selektierter Dateneinheiten Nachrichtentyp Bedeutung von der Endeinrichtung zur Bedeutung von der VSt. zur Endeinrichtung Vermittlungsstelle (VSt.) Setup Endeinrichtung leitet den Verb.aufbau ein Für Endeinrichtung liegt ein ankommender Ruf vor Setup Quittierung einer Setup-Nachricht Quittierung einer Setup-Nachricht Acknowledge Alerting Endeinrichtung ist zur Annahme des Rufes bereit, Tln. wird gerufen Netzseitig konnte die Verbindung bis zum Ziel aufgebaut werden Connect Ankommender Ruf wurde angenommen B-Kanal wurde durchgeschaltet Connect Acknowledge Keine Bestätigung für die den Ruf annehmende Endeinrichtung, dass sie ausgewählt wurde Disconnect Aufforderung zum Auslösen (Verb.abbau) Auslösen vom Netz gefordert Release Freigabe des B-Kanals und der Call Reference Freigabe des B-Kanals und der Call Reference Release Quittierung der Release-Nachricht Quittierung der Release-Nachricht Complete Facility Endeinr. fordert Dienserkmal für Verb. an VSt. fordert Dienserkmal für Verb. an Register Endeinr. beantragt bei VSt. Eintragen eines Keine Dienserkmals Suspend Aufforderung, die Verbindung bei der VSt. zu Keine (Vst. antwortet auf Suspend mit Suspend Acknowledge) parken Resume Wiederanforderung der geparkten Verbindung (dient dem dynamischen Umstecken eines Endgeräts am Bus) Keine (Vst. antwortet auf Resume mit Resume Acknowledge oder Resume Reject) TM

74 Nachrichtenelemente Format der Nachrichtenelemente Bits: Einzel-Oktett-Nachrichtenelement Mehr-Oktetts-Nachrichtenelement Nachrichtenelement-Beispiel: Rufnummer Bits: TM Kennung des Inhalt des 1 Nachrichtenelements Nachrichten- elements g/u 1 Reserviert Ruf-Nr.Typ 2 1. Ziffer 3. Ziffer 5. Ziffer 7. Ziffer 2. Ziffer 4. Ziffer 6. Ziffer Füll-Information Kennung des Nachrichtenelements Länge des Inhaltes Inhalt des Nachrichtenelements 1 Oktett 1 Oktett n Oktetts Kennung für gewählte Rufnummer (Zieladresse) Länge des Rufnummernfeldes (z.b. 4) Bedeutung der Rufnummer Ziffern der Rufnummer BCD-kodiert 1) g/u:die Rufnummer hat gerade Anzahl oder eine ungerade Anzahl von Ziffern. Im letzteren Fall ist Bit von Oktett 7 Füllinformation. 2) Rufnummertyp: normale Rufnummer oder Kurzrufnummer oder Subadresse

75 Aufbau der ISDN-Adresse Standardisierung durch die ITU-T: E.163, E.164, I.330 und I.331 Teilnehmernummer: Nummer des Anschlusses Enthält Nummer der Nebenstelle Enthält eventuell Endgeräteauswahlziffer für passiven Bus ISDN-Subadresse Zur Adressierung von Subkomponenten in der gerufenen Endeinrichtung ISDN-Adresse ISDN-Nummer (max. 15 Ziffern) ISDN Subadresse Mögliche Ausscheideziffern (z.b. 0,00) Landeskennzahl Netzkennung/ Ortsnetzkennzahl Teilnehmernummer maximal 32 Ziffern TM

76 Aufbau von ISDN-Verbindungen Rufender Benutzer 1 (Hörer abheben) Endgerät A1 (Wählton) SETUP Ursprungs- VSt A SETUP ACK (B-Kanal) Netz Ziel- VSt B Endgerät B1 EndgerätGerufener B2 Benutzer (Wählinfo vollständig) INFO CALL PROCEEDING SETUP 2 SETUP ALERT 3 (Klingeln) ALERT (Freiton) CONNECT (Freiton-Ende) TM CONN ACK ALERT REL REL COM CONNECT CONN ACK (B-Kanal) Sprechverbindung bzw. Datenübertragung (Hörer abheben) 4

77 Abbau von ISDN-Verbindungen rufende Seite legt zuerst auf (Hörer auflegen) (Hörton) Rufender Benutzer (Hörer auflegen) Sprechverbindung bzw. Datenübertragung DISC REL REL COM REL Endgerät A1 DISC REL COM Ursprungs- VSt A Netz Ziel- VSt B REL REL COM DISC DISC REL REL COM Endgerät B2 (Hörton) (Hörer auflegen) (Hörer auflegen) gerufene Seite legt zuerst auf Gerufener Benutzer TM

78 7.4.8 Signalisierungssystem Nr. 7 Signalisierung ist strikt getrennt vom Nutzdatentransfer Out-of-Band-Signalisierung Signalisierung Nr. 7 führt die Signalisierung im Netz durch optimiert für 64 kbit/s-kanäle zuverlässige Übertragung (reihenfolgetreu, keine Verluste, keine Duplikate) geeignet für Festnetze und für Satellitenverbindungen Signalisierungssystem Nr. 7 (Signalling System Number 7: SS7) ist die standardisierte Signalisierung für ISDN paketorientierte Signalisierung im Netz (nicht an der Nutzerschnittstelle, UNI dort Q.931) definiert Funktionen im paketorientierten Netz, aber nicht deren Implementierung (z.b. als Zusatzfunktionen in den leitungsvermittelnden Knoten oder als separate "Switching Points") TM

79 Funktionale Einheiten Signalling Point (SP) Komponente des Netzes, die in der Lage ist, SS7-Dateneinheiten zu behandeln Service Transfer Point (STP) Signalling Link Komponente des Netzes, die Signalisierungs-Dateneinheiten weiterleiten kann Datenkanal, der zwei Signalling Points verbindet SS7 Q. 931 STP STP SP Benutzer Benutzer SP STP STP SP SP SP SP SP TM

80 Zeichengabe- und Nutzkanalnetz Betriebs-/ Wartungszentrum zentrale Zeichengabekanäle STP Zeichengabenetz SP SP Nutzkanalnetz VSt C Nutzkanäle à 64 kbit/s VSt A VSt B TM

81 SS7-Protokollarchitektur Referenzmodell OSI-Modell Anwendung Darstellung Sitzung Transport OMAP ASEs TCAP SS7-Modell ISDN User Part Vermittlung Sicherung Physik. Signalling Connection Control Part Signalling Network Signalling Link Signalling Data Link NSP MTP MTP: Message Transfer Part NSP: Network Service Part TCAP: Transaction Capabilities Application Part OMAP: Operations, Maintenance and Administration Part TM

82 Message Transfer Part zuverlässiger, verbindungsloser Dienst für das Routing von Dateneinheiten Signalling Data Link Signalling Link entspricht der physikalischen Schicht im ISO/OSI-Referenzmodell, bis 64 kbit/s Zuverlässiger Datenaustausch auf einem Übertragungsabschnitt, reihenfolgetreu 3 verschiedene Rahmentypen MSU (Message Signal Unit) für die eigentliche Signalisierung LSSU (Level Status Signal Unit) für Kontrollinformation auf der Signal-Link-Ebene FISU (Fill In Signal Unit), falls keine anderen Daten zur Verfügung stehen Flusskontrolle (Sliding Window) Fehlerkontrolle Basismethode (wenn 1-Wege-Verzögerung < 15 ms): Go-Back-N ARQ Präventive Methode (Verzögerung >= 15 ms, z.b. Satelliten): wiederholt im Leerlauf automatisch noch nicht quittierte MSUs Signalling Network Funktionen zur Bearbeitung von Dateneinheiten und zum Netzwerkmanagement TM

83 Signaling Connection Control Part erweitert MTP (Adressierung, Datentransfer) nicht benötigt für klassischen leitungsvermittelten Telefonverkehr 4 Dienstklassen werden zur Verfügung gestellt Klasse 0: verbindungsloser Basisdienst Klasse 1: verbindungsloser Dienst mit Folgenummern Klasse 2: verbindungsorientierter Basisdienst Klasse 3: verbindungsorientierter Basisdienst mit Flusskontrolle Adressierung in MTP: Ausliefern an bestimmten Knoten, 4 Bits für Dienstanzeige Adressierung, die "Destination Point Codes", DPCs, unterstützt und "subsystem numbers" SSNs SSN ist lokale Adressinformation, die Benutzer an einem SCCP-Knoten identifiziert Verwendung globaler Titel zur Adressierung möglich TM

84 ISDN User Part kann auf MTP oder NSP aufsetzen muss mit Q.931 zusammenarbeiten operiert innerhalb des Netzes, transparent für den Benutzer TM

85 Erfolgreicher Verbindungsaufbau und -abbau Anrufender Erste VSt Transit VSt Transit VSt Letzte VSt Angerufener Setup Initial Address Message Etablieren des Switchpaths Alerting Backward Setup Forward Setup Address Complete Answer Setup Alerting Connect Accepted Answered Connect Charging starts Disconnect Disconnect Ack Release RLSD RLC Disconnect Abbau des Switchpaths Disconnect Ack TM

86 Automatischer Rückruf bei Besetzt VSt A Transit-VSt VSt B Belegung, erste Wahlziffern weitere Wahlziffern Tln ausgelöst Tln wünscht Rückruf Tln wird gerufen Tln meldet sich Zeichengabebeziehung bestätigt erfolglos ausgelöst Auslösequittung Rückruf eintragen Quittung Rückruf einleiten Zeichengabeverbindung ausgelöst Wahlziffern erfolglos ausgelöst Auslösequittung Auslösequittung Zeichengabebeziehung bestätigt Wahlende Beginnzeichen Rückruf angenommen Wahlziffern Wahlende Beginnzeichen Tln besetzt Tln ist frei Tln wird gerufen Tln nimmt den Ruf an TM Gesprächsverbindung

87 Erläuterung: Automatischer Rückruf bei Besetzt Teilnehmer A wählt die gewünschte Teilnehmernummer, die dann wie gehabt übermittelt wird, wozu Signalisierungsverbindungen aufgebaut werden. Der gerufener Teilnehmeranschluß ist besetzt, daher wird die Link-by-Link- Signalisierung ausgelöst, die Ende-zu-Ende-Signalisierungsverbindung bleibt allerdings bestehen! Über diese Verbindung wird der Rückrufwunsch der Zielvermittlungsstelle (VSt B) angezeigt. Ist der gerufene Teilnehmer frei, wird dies über die bestehende Ende-zu- Ende-Verbindung der Ausgangsvermittlungsstelle (VSt A) signalisiert. Danach wird die Ende-zu-Ende-Signalisierungsverbindung ausgelöst, da die Abhandlung des Leistungsmerkmals beendet ist. Nach der Annahme des Rückrufs durch den A-Teilnehmer werden neue Signalisierungsverbindungen sowohl Link-by-Link als auch Ende-zu-Ende aufgebaut. TM

88 7.5 Intelligente Netze Ansatz der sogenannten intelligenten Netze (IN) Ziel definieren Schnittstelle für Mehrwertdienste Einfache Änderung und Erweiterung bestehender Dienste Schnellere Entwicklung und Einführung neuer Dienste Beispiele für Anwendungsbereiche Verkehrslenkung für FreeCall 0800, Service 0180, Televotum 0137 personenbezogene Dienste wie persönliche Rufnummer (0700), Mobilfunk Informationsdienste wie Service 0190, 0900 Integrierte Funktionen fremder Netze, z.b. virtuelle private Netze Basistechnologie: Programmierbare Switches zur Vermittlung Strikte Trennung von Dienststeuerungslogik und Dienstevermittlung Konfiguration kann während des Betriebes modifiziert werden Aktivierung/Deaktivierung spezieller Dienste TM

89 Aufbau und Funktionsweise intelligenter Netze Separate Steuer- und Vermittlungskomponenten Verbunden über die netzinterne Signalisierung SS7 INAP (Intelligent Network Application Protocol) Service Switching Point (SSP) Mittler zwischen Vermittlungsstelle und der Steuerung Leitet IN-Rufe zum SCP weiter Wertet Antworten aus und veranlasst verbindungsorientierte Aktionen Service Control Point (SCP) Enthält Dienstlogik und -steuerung benutzt Datenbank Service Management System (SMS) Verwaltung des SCPs Zugang über X.25 Überprüfung und Verwaltung von Dienstparametern TM Aufbau Netzbetrieb Datenkommunikationsnetz SCP Signalisierung Nr. 7 Teilnehmer Steuerung Diensterzeugung SMS SSP Basisnetz Vermittlung Teilnehmer

90 Beispiele für IN-Dienste Freephone (0800 bzw. 0130) kostenloses Telefonieren, z.b. Produkt- oder Firmenwerbung Gebühren werden dem Angerufenen zugeordnet 0130 nur in Deutschland verwendet; wird in Zukunft entfallen Einheitliche Rufnummern (0900 bzw. 0800) Netzweite Rufnummer für bestimmte Dienststellen, z.b. Bestellannahme, Notruf, Hotline Ziele können abhängig vom geographischen Ursprung des Anrufers, von statistischen Verteilungen der Anrufziele etc. sein. Werden typischerweise von Call Center genutzt Gebühren zahlt Anrufer, teilweise auch Dienstkunde (Shared Cost) Personenbezogene Rufnummer (0700) Ruf wird dahin geleitet, wo sich der Teilnehmer zuletzt angemeldet hat Tele-Info-Service (0900 bzw. 0190) Beratungsdienste, Statistikdienste etc. Ansagedienste, PC-Beratung, Rechtsberatung... Gebühr: Gebühr für Telefonverbindung + Gebühr für geleisteten Dienst Televotum (0137) Meinungsumfragen, Abstimmungen, z.b. bei Fernsehsendungen TM

91 IN-Dienst Einheitliche Rufnummern" Kennzeichen Ruf wird z.b. je nach Tageszeit unterschiedlich weitergeleitet Gebühren fallen beim Anrufenden an Aufbau Telefonnetz Agentur Karlsruhe 8 Uhr bis 16 Uhr Anrufender SCP SCP Agentur Braunschweig 16 Uhr bis 20 Uhr SMS SMS TM Bedienterminal Agentur Düsseldorf 20 Uhr bis 8 Uhr

92 Ablauf Ablaufbeispiel Der Anrufende wählt Anruf wird im Netz zur Vermittlungsstelle SSP weitergeleitet SSP erkennt virtuelle Nummer (IN-Dienst), IN-Trigger wird ausgelöst SSP leitet den Anrufwunsch an SCP weiter SCP übersetzt virtuelle Nummer in physikalische Nummer (081-51) übergibt die physikalische Nummer an den SSP SSP leitet den Ruf gemäß der physikalischen Nummer zum angerufenen Teilnehmer weiter Schema ( ) (081-51) SCP SCP SSP SSP Anrufender Angerufener Telefonnetz TM

93 Beispiel: Persönliche Rufnummer Telefonnetz Büroanschluss Anrufender SCP SCP Privatanschluss SMS SMS Mobilfunknetz Bedienterminal Handy TM

94 Beispiel: Virtuelles Privates Netz Ziel Kopplung entfernter lokaler Privatnetze über ein öffentliches Netz Für die Teilnehmer erscheint das Gesamtnetz als ein zusammenhängendes Netz Realisiert als IN-Dienst (0181) Privater Rufnummernplan IN-Rufnummern Präfix: 01 Dienstkennzahl: XXX SCP SCP Kundenkennung: vom Betreiber vergeben Auswahlcode: ZZZ SSP SSP Öffentliches Netz SSP SSP 0 1 X X X Kunden- Rufnummer Z Z Z Privates Netz T1 T2... Virtuelles Privates Netz Privates Netz... Tx TM

95 Persönliche Kommunikation im IN Ermittlung der Zielrufnummer SMS SCP Dienstverwaltung Identifizierung Authentisierung SSP IP SSP IP SSP IP PSTN/ISDN PSTN: public switched telephone network TM Teilnehmer mit persönlicher Rufnummer (aktueller Aufenthaltsort)

96 Kreditkartendienst im IN?? SSP SSP SSP IP A? Kreditkartennummer, gerufene Gültigkeitsprüfung A Gebührendaten Ruf Tln A Tln B Tln A wählt die gewünschte Nummer Tln A wird aufgefordert, die Kreditkarte lesen zu lassen (z.b. durch IP) Tln A wird aufgefordert, die PIN einzugeben (z.b. durch IP) Bei erfolgreicher Überprüfung der Kreditkarte wird Verbindung aufgebaut Anfallende Gebühren werden vom SCP gesammelt TM

97 7.6 Breitband-ISDN B-ISDN: Broadband Integrated Services Data Network Weiterentwicklung von Schmalband-ISDN Unterstützung höherer Datenraten (z.b. 155 Mbit/s, 622 Mbit/s, 2 Gbit/s) Realisierung der weltweit propagierten Datenautobahnen (Information Highways) Neue Übertragungs- und Vermittlungstechnologie (Übermittlungstechnologie) schnelle Paketvermittlung asynchrones Multiplexen der Daten ATM: Asynchronous Transfer Modus Dateneinheiten auf dem Netz ATM-Zellen konstanter Länge (53 Bytes) Virtuelle Verbindungen im Netz Verbindungskennungen Label-Swapping Datenrate und Verzögerung sind variabel Verlagerung der Komplexität von den Zwischensystemen in die Endsysteme (Fehlererkennung und -korrektur) erweist sich derzeit als nicht vollständig praktikabel TM

98 Breitband-Anwendungen Klassifizierung nach ITU-T Interaktive Dienste (Interactive Services) Dialogdienste (Conversational Services) Bildtelefon, Videokonferenz Mitteilungsdienste (Messaging Services) Übertragung von Filmen, multimediale Nachrichten Abrufdienste (Retrieval Services) Abruf von Filmen, Abruf von Multimedia-Dokumenten Verteildienste (Distribution Services) Verteildienste ohne Benutzer-Zugriffssteuerung Übertragung von Fernsehprogrammen Verteildienste mit Benutzer-Zugriffssteuerung Breitband-Videotext TM

99 ATM Zellenbasierte asynchrone Übertragung Mischen unterschiedlicher Zellenraten möglich verschiedene Übertragungsgeschwindigkeiten statistisches (asynchrones, anforderungsgesteuertes) Zeiultiplexen kontinuierlicher Strom von Zellen ATM-Zelle OAM-Zellen (Operations and Maintenance) Leerzellen, falls keine Nutzdaten für die Übertragung anfallen Zellenkopf Nutzdaten 5 48 [Bytes] Zellenkopf legt Zugehörigkeit von Zellen zu Verbindungen fest virtuelle Kanäle und virtuelle Pfade Konstante Länge von 53 Bytes TM

100 ATM-Verbindungskonzept VC VC... VC VP VP Übertragungspfad Definition zweier unterschiedlicher Verbindungstypen Virtueller Kanal (Virtual Channel, VC): unidirektionale virtuelle Verbindung Virtueller Pfad (Virtual Path, VP): Bündel virtueller Kanäle mit gleichen Endpunkten (Endgeräten, Vermittlungsknoten) Zuordnung über Kennungen im Kopf der ATM-Zelle Virtuelle Kanalkennung: Virtual Channel Identifier (VCI) Virtuelle Pfadkennung: Virtual Path Identifier (VPI) TM

101 Virtueller Kanal Beispiel Endsystem A VCI=3 VPI=1 Vermittlungsknoten 1 VCI=9 VPI=2 Vermittlungsknoten 2 VCI=7 VPI=5 Vermittlungsknoten 3 VCI=4 VPI=3 Endsystem B Virtuelle Kanalkennung (VCI) Virtueller Kanal ist jeweils für einen Übertragungsabschnitt gültig (lokale Gültigkeit) wird in jedem Vermittlungsknoten umgesetzt, der einen Übertragungsabschnitt terminiert Identifikation des virtuellen Kanals über eine Folge von VCIs Im Beispiel: Virtueller Kanal zwischen Endsystem A und Endsystem B ergibt sich aus der Folge [VCI=3, VCI=9, VCI=7, VCI=4] TM

102 B-ISDN-Referenzmodell 3-dimensionales Referenzmodell Drei vertikale Ebenen (Säulen) Benutzerebene Kontrollebene Managementebene Drei hierarchische Schichten Physikalische Schicht ATM Schicht ATM Adaptionsschicht Schichten ATM Schicht Managementebene Höhere Höhere Schichten Schichten ATM Adaptionsschicht Kontrollebene Benutzerebene Physikalische Schicht Schichtenmanagement Ebenenmanagement Kontrollinformation wird getrennt von Benutzerdaten übertragen Out-of-Band-Signalisierung Ebenen TM

103 Dienste der ATM Adaptation Layer (AAL) Dienstklasse Klasse A Klasse B Klasse C Klasse D Bitrate konstant variabel Zeitbeziehung benötigt nicht benötigt Verbindungsart verbindungsorientiert verbindungslos Beispiele Isochrone Dienste (Sprache, unkomp. Video) Variable Bitrate mit Zeitbeziehung (komp. Video) Verbindungsorientierte Datenübertragung Verbindungslose Datenübertragung (LAN) AAL- Diensttyp AAL 1 AAL 2 AAL 3/4 AAL 5 TM

104 ATM Verkehrsarten CBR (Continuous Bit Rate): Festlegung einer Spitzenzellrate und einer Toleranz für Verzögerungsschwankungen VBR (Variable Bit Rate): Festlegung einer langfristigen mittleren Zellrate, die kurzfristig stark schwanken kann (typisch z.b. bei MPEG-Strömen) ABR (Available Bit Rate): Festlegung einer minimalen Rate, Benachrichtigung des Senders über Stausituationen, dynamische Anpassung der Senderate an verfügbare Bandbreite im Netz UBR (Unspecified Bit Rate): Keine Garantien, Verwerfen von Zellen bei Überlast ABR VBR CBR UBR TM

105 7.7 Datenübertragung mit Modem Ausgangssituation Ziel Private Haushalte verfügen über Teilnehmeranschlussleitungen für das Fernsprechnetz. Nutzung dieser Leitungen für die Datenkommunikation. Ansätze Modem für den Anschluss über das analoge Telefonnetz Bis vor wenigen Jahren die einzige Möglichkeit Nutzung von ISDN für einen direkten digitalen Anschluss Nutzung eines bzw. zweier B-Kanäle ermöglicht moderate Datenraten xdsl für Netzzugänge mit einigermaßen hohen Datenraten Derzeit in Deutschland noch nicht flächendeckend verfügbar TM

106 7.7.1 Modem Modem = Modulator/Demodulator Modems basieren ursprünglich auf der klassischen Teilnehmeranschlussleitung des Fernsprechnetzes Schematischer Aufbau Endgerätanschluss (nach V.) Modulationsteil Modulationsteil Steuer-/ Steuer-/ Meldeteil Meldeteil Teilnehmeranschlussleitung Leitungsanschaltung Leitungsanschaltung z.b. a/b-schnittstelle Leitungsanschaltung Signaltechnische (Sende- und Empfangs-) Verstärkung der zu übertragenden Signale Modulationsteil Modulation und Demodulation (Amplitude, Frequenz bzw. Phase) Steuer-/Meldeteil Analyse der vom Netz kommenden Signale, An/- Abschaltung des Modems an die Leitung, Überwachung des Leitungsbetriebs, Auslösung der V.24-Steuerfunktionen (z.b. Betriebs-, Sendebereitschaft, Ankommender Ruf) TM

107 Beispiel: V.21 Modem Kennzeichen Weltweit sehr häufig eingesetztes Modem bei schlechten Leitungen Nutzung des ITU-Standard-Telefonkanals ( Hz) Übertragungsgeschwindigkeit (synchron oder asynchron) bis 300 bit/s Vollduplex-Betrieb durch Parallelbetrieb beider Übertragungsrichtungen in zwei Frequenzlagen fm1 = 1080 Hz Frequenzhub ± 100 Hz fm2 = 1750 Hz Kanalbelegung Kanal A: Verbindung aufbauendes Modem Kanal B: angerufenes Modem (schaltet sich bei Ruf automatisch um) Sprachkanal 3,1 khz Sendedaten Empfangdaten Echosperre TM f Z1 = 980 Hz fm 1 = 1080 Hz f A1 = 1180 Hz f Z2 = 1650 Hz fm 2 = 1750 Hz f A2 = 1850 Hz f E = 2100 Hz

108 ITU-V-Empfehlungen: Übersicht ITU-V-Empfehlungen 2/4-drähtige Standleitung Telefonnetz V.24/RS-232C Schnittstelle Breitbandnetz V.35/RS-449 Schnittstelle Synchron Punkt-zu-Punkt V.23 V od. od Bit/s Bit/s V.26 V od. od Bit/s Bit/s V.27 V od. od Bit/s Bit/s V.29 V od. od Bit/s Bit/s (2-Draht (2-Draht halbduplex, halbduplex, 4-Draht 4-Draht duplex) duplex) V.35 V kbit/s kbit/s V.36 V kbit/s kbit/s V.37 V kbit/s kbit/s 2-drähtige vermittelte Leitung V.21 V / /1200 Bit/s Bit/s duplex duplex V.22 V / /1200 Bit/s Bit/s duplex duplex V.22 V.22 bis bis 2400/ /2400 Bit/s Bit/s duplex duplex V.23A V.23A 75/ /1200 Bit/s Bit/s duplex duplex V.29 V / /9600 Bit/s Bit/s halbduplex halbduplex V.32 V / /9600 Bit/s Bit/s duplex duplex V.32 V.32 bis bis 7200/12000/ /12000/14400 Bit/s Bit/s duplex duplex V.34 V Bit/s Bit/s duplex duplex V.34 V.34 bis bis Bit/s Bit/s duplex duplex V.90 V / /56000 Bit/s Bit/s duplex duplex TM

109 Aktuell: V.90 Modem (I) Standard Technik ITU-Standard seit September 1998 (s. auch Herstellerabhängige Vorläuferimplementierungen K56flex und X2 Bitraten bis zu 56 kbit/s downstream (von Provider zu Modem) Upstream (von Modem zu Provider) Übertragung nach V.34 (33,6 kbit/s) Voraussetzung: Durchgehend digitale Vermittlungsstellen Höhere Datenraten durch digitale Übertragung vom Provider bis zur Vermittlungsstelle PCM-Signale auf der Strecke von der Vermittlungsstelle bis zum V.90- Modem (Verzicht auf Trägerfrequenz) Tatsächlich erreichte Bitraten abhängig von Leitungsqualität => Ausmessen der Leitung (Line probing) TM

110 Aktuell: V.90 Modem (II) PCM Digitale Vermittlungsstelle Spannungswerte <= Code digital PCM = Puls Code Modulation Internet Öffentliches Vermittlungsnetz Internet Service Provider (ISP) digital, z.b. ISDN TM

111 7.7.2 Datenübertragung über Telefonleitungen: DSL DSL = Digital Subscriber Line ( Digitale Teilnehmeranschlussleitung ) Eigenschaften & Ziele: Hochratige, digitale Datenübertragung zwischen Teilnehmern und Vermittlungsstellen über installierte Kupferadern des Telefonnetzes (2-adrig, Twisted Pair) Übertragungsraten im Bereich von Mbit/s Koexistenz von DSL und bestehendem Telefonsystem (Analoges Telefonnetz (Plain Old Telephone System, POTS) und ISDN) Grundidee: Ausnutzung der der gesamten Bandbreite des Übertragungsmediums (ca. 1,1 Mhz) anstatt des beschränkten Telefonkanals (3100 Hz bei POTS) xdsl = Realisierungen der DSL-Technik Unterschiedliche DSL-Varianten für verschiedenste Einsatzgebiete z.b. ADSL, HDSL, VDSL, RADSL,... TM

112 xdsl: Technologien (I) ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line): Grundprinzip: Hohe Bitrate zum Teilnehmer, niedrigere Bitrate vom Teilnehmer Datenraten: max. 8 Mbit/s Downstream (je nach Entfernung und Leitungsqualität) max. 640 kbit/s Upstream (je nach Entfernung und Leitungsqualität) Reichweite: in der Praxis m Deutschland: durchschnittliche Länge einer Teilnehmeranschlussleitung: 2km Besonders für Video-on-demand und Internet-Zugang Begriffe: Downstream: vom Server über das Netzwerk zum Dienstnehmer (Kunden) Upstream: vom Dienstnehmer (Kunden) über das Netzwerk zum Server TM

113 xdsl: Technologien (II) HDSL (High Bitrate DSL): 1,5 Mbit/s über Vierdraht-Leitung RADSL (Rate Adaptive DSL): 2,2 Mbit/s Vorwärtskanal (downstream) 1,1 Mbit/s Rückkanal (upstream) SDSL (Symmetric DSL): HDSL über Zweidraht-Leitung, 760 kbit/s VDSL (Very High Bit Rate DSL): Mbit/s downstream, bis 6 Mbit/s Rückkanal upstream T-DSL (nicht flächendeckend): ADSL-Angebot der Deutschen Telekom 768 kbit/s downstream, 128 kbit/s upstream (Privatkunden) 1,5-6 Mbit/s downstream, kbit/s upstream (Geschäftskunden) TM

114 Bitrate zum Dienstnehmer Bitrate (Mbit/s) MBit/s 40 VDSL MBit/s MBit/s ADSL 6 MBit/s RADSL 1.5 MBit/s 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 Entfernung in km TM

115 ADSL: Beispielszenario max. 5-6 km DSL Access ATM-Switch Multiplexer (DSLAM) in Vst ATM- Backbone (z.b. Telekom) ADSL-Modem (NTBBA) max. 20m ISDN-Splitter (BBAE) ISDN ISDN NTBA NTBA TAE- TAE- Dose Dose ISDN- Netzabschluss Analog- Telefon PC mit 10BaseT ISDN- Telefon Internet TM

116 ADSL: Komponenten (I) Splitter (BBAE, Breitbandanschlusseinheit): Frequenzweiche (Kombination aus Tief- und Hochpassfilter) Trennung von ADSL und herkömmlichen Telefonsignalen herkömmliches Telefon: bis ca. 4 khz ISDN: bis ca. 130 khz ADSL: bis ca. 1 Mhz (Bandbreite des Mediums) in den USA oft nur Kombination von ADSL mit analogem Telefonnetz keine separate Spannungsversorgung Anschlüsse:? Verbindung zu Amtsleitung (2-adrig, Verbindung zu ISDN-NTBA oder analogem Endgerät(en) (2-adrig, TAE-Buchse) A Verbindung zu ADSL-Modem (2-adrig, A TM Splitter?

117 ADSL: Komponenten (II) ADSL-Modem (NTBBA, Netzwerkterminationspunkt Breitbandangebot) Abschluss der Zuständigkeit des Netzbetreibers Paketorientierte Übertragung zwischen Teilnehmer und Vermittlungsstelle (z.b. Ethernet, ATM) Anschlüsse:? Verbindung zu PC (Ethernetkarte, 10BaseT) (RJ45, 4-adrig ab UTP Cat. 3) A Verbindung zum Splitter (RJ45/RJ11) (2-adrig) Modulationsverfahren je nach Hersteller unterschiedlich! anfänglich: CAP heute: A ADSL-Modem TM

118 ADSL: Modulationsverfahren (I) CAP (Carrier Less Amplitude/Phase Modulation) älteres, einfacheres Verfahren mit früher Marktreife Trennung der Frequenzbereiche POTS/ISDN, Upstream und Downstream Nachteil: hohe Frequenzen störanfälliger, deshalb Downstream benachteiligt Modulationsverfahren: Quadraturamplitudenmodulation (QAM) nur je ein Träger für Upstream/Downstream Amplitude 1 POTS ISDN Upstream Downstream TM khz 130 khz 1,1 MHz

119 ADSL: Modulationsverfahren (II) Discrete Multitone Modulation (DMT) Trennung der Frequenbereiche in POTS/ISDN und ADSL-Kanäle a 4 khz 256 Kanäle Downstream, 32 Kanäle Upstream (jeweils mit eigenem Träger) Echokompensation (vgl. ISDN) notwendig, da Überlagerung der Upstream und Downstream-Kanäle Aushandlung von Kanälen zwischen ASDL-Modem und Vermittlungsstelle störanfällige Kanäle werden nur eingeschränkt benutzt (geringere Datenrate) jeder Teilkanal verwendet QAM (Quadratur Amplituden Modulation) Amplitude 1 POTS ISDN Upstream & Downstream Downstream khz 130 khz f 1 f m f n 1,1 MHz TM

120 ADSL: Modulationsverfahren (III) Störeinflüsse bei der Übertragung: Dämpfung des Übertragungsmediums frequenzabhängig (steigt mit f) Nebensprechdämpfung ( Übersprechen ) frequenzabhängig (sinkt mit f) Störungen durch Funkdienste Signal/Rauschabstand (SNR) ist frequenzabhängig SNR hoch hohe Datenrate (QAM mit vielen Stufen) SNR niegrig geringe Datenrate (QAM mit großem Abstand zwischen Stufen) Prinzip bei DMT: SNR für jeden Kanal einzeln bestimmen für jeden Kanal optimale QAM festlegen Anzahl der übertragenen Bits pro Signalschritt variiert pro Kanal 9-10 Bits pro Signalschritt technisch möglich, d.h. Empfänger muss bis zu 1024 Signalstufen pro Kanal erkennen können TM

121 ADSL: Einsatz RFC 2516: A Method for Transmitting PPP Over Ethernet (PPPoE) günstige, einfache Anbindung mehrerer PCs eines LANs über die Ethernet-Schnittstelle des ADSL-Modems and das Zugangsnetz Jeder Client mit eigener PPP-Verbindung zu (mgw. verschiedenen) Providern Nutzerbezogenes Accounting und Billing ADSL-Modem arbeitet als MAC-Brücke Client ADSL-Modem DSLAM Network Access Server ATM/xDSL WAN IP,... PPP PPPoE Ethernet 10BaseT Ethernet 10BaseT Ethernet AAL 5 ATM xdsl AAL 5 ATM xdsl AAL 5 ATM PDH/SDH IP,... PPP PPPoE Ethernet AAL 5 ATM PDH/SDH TM

122 Entwicklung der Modemtechnologien 1997 Prognose 2002 ISDN Andere Kabelmodems 8% Andere 2% xdsl 9% Analoge Modems ISDN 17% Analoge Modems 64% Entwicklung stark abhängig von wirtschaftlichen Faktoren Preisentwicklung bei ISDN Strategien der neuen Anbieter auf dem Telekommunikationsmarkt (z.b. Kabelnetzbetreiber) TM

123 7.7.3 Kabelfernsehen TV-Einspeisung Breitbandkabel Kopfstation Breitbandkabelnetz TM

124 Konventionelles Breitbandkabelnetz: Charakteristika Koaxialnetz in Baumstruktur Alle Teilnehmer werde ausgehend von einer Kopfstation (head end) versorgt (Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindung) Bandbreiten 606 MHz oder lediglich 450 MHz Frequenz-Multiplex Jeder Dienst auf dem Breitbandkabelnetz erhält ein festes Frequenzband Dadurch ist die Zahl der Dienste vorab festgelegt Nur unidirektionaler Datenfluss! Bedingt durch Verstärkertypen Breitbandkabel Kopfstation TM

125 Zukunft: Digitales TV plus Datendienste TV-Einspeisung Kabelmodem Breitbandkabel Kopfstation Internet Breitbandkabelnetz TM

126 Zukünftiges Breitbandkabelnetz: Charakteristika Verteilnetze in Koaxialtechnik Anschluss von ca Haushalten in Sternstruktur Anschluss der Kopfstation mit Glasfasertechnik Rückwegefähigkeit Integration von Rückkanalverstärkern Bandbreite Erweiterung auf 862 MHz Dienstgütegarantien für den Datenverkehr! Glasfaser Breitbandkabel Kopfstation Breitbandkabel Kopfstation TM

127 7.7.4 Internet über Modems: PPP Der größte Teil des Internets beruht auf Punkt-zu-Punkt Verbindungen Verbindungen im WAN zwischen Routern Anbindung vieler Heimanwender über Modem und Telefonleitung Einloggen via z.b. Telnet ergibt lediglich Terminal-Funktionalität Für WWW, FTP, etc. müssen z.b. IP-Dateneinheiten transparent übertragen werden Aufgabe: Transport von IP-Dateneinheiten Vorgänger SLIP (serial line IP, RFC 1055) keine Fehlererkennung, unterstützt nur IP, keine dynamische Adresszuweisung, keine Authentifikation Anforderungen an PPP Transport verschiedener Protokolle der Vermittlungsschicht Operation über unterschiedlichen Typen von Übertragungsabschnitten Bittransparenz Jegliche Biuster müssen transportiert werden können Fehlererkennung (keine Korrektur) Überprüfung der Aktivität der Verbindung Verhandlung von Adressen der Vermittlungsschicht TM

128 PPP bietet Format von Schicht-2-Dateneinheiten mit Fehlererkennung, Begrenzung der Dateneinheiten Steuerprotokoll (LCP, Link Control Protocol) zum Verbindungsaufbau, Verbindungstest, Verbindungsverhandlung, Verbindungsabbau Möglichkeiten zur Verhandlung von Schicht-3-Optionen unabhängig vom Schicht-3-Protokoll separates NCP (Network Control Protocol) für alle unterstützten Protokolle auf der Vermittlungsschicht Standardisiert in RFC 1661 ff. TM

129 Format von PPP-Dateneinheiten Format an HDLC angelehnt oder 2 variabel 2 oder 4 1 [Byte] Flag Flag Adresse Adresse Kontrolle Kontrolle Protokoll Protokoll Daten Daten Prüfsumme Prüfsumme Flag Flag zeichenorientiert (anstatt bitorientiert), also Zeichenstopfen erforderlich typischerweise werden nur unnumbered-frames übertragen bei hohen Fehlerraten (Mobilkommunikation) kann jedoch auch der zuverlässigere Modus mit Sequenznummern und Bestätigungen gewählt werden als Protokolle die über PPP operieren sind u.a. IP, AppleTalk, IPX definiert falls nicht anderweitig verhandelt, ist die maximale Länge der Nutzlast auf Byte begrenzt durch zusätzliche Verhandlung kann der Kopf der Dateneinheit verkleinert werden TM

130 Verbindung Typisches Szenario beim Zugriff eines PCs auf das Internet via Modem Anruf beim Service-Provider via Modem und Aufbau einer Verbindung Link Control Protocol (LCP) Verbindungsaufbau (3-Wege-Handshake) Parameterauswahl, z.b. maximale Länge der Dateneinheiten, Protokolle zur Authentisierung Option, die besagt, dass Adress- und Kontrollfelder in den PPP-Dateneinheiten entfallen können. Network Control Protocol (NCP)... nachdem per LCP die Verbindung aufgebaut wurde Austausch von NCP-Dateneinheiten, um Vermittlungsschicht zu konfigurieren z.b. kann hier dynamisch mittels DHCP (s.u.) eine IP-Adresse zugewiesen werden, falls IP als Protokoll gewählt wurde bei IP wird das IP Control Protocol (IPCP) eingesetzt Anrufer kann nun genauso wie ein festverbundener Rechner Internet-Dienste nutzen Zur Beendigung der Verbindung wird via NCP die IP-Adresse wieder freigegeben und die Vermittlungsschichtverbindung abgebaut Über LCP wird die Schicht 2-Verbindung beendet, schließlich trennt das Modem die physikalische Verbindung TM

131 7.8 GSM GSM: Global System for Mobile Communications Zellularfunknetz DCS1800 (Digital Cellular System): "Bruder" von GSM900 Grundanforderungen an GSM (1985 formuliert) Leistungsmerkmale wie in digitalen Fernsprechnetzen Konzipiert für Handtelefone bessere Sprachqualität als bei analogem Mobilfunk Abhörsicherheit Frequenzbereich MHz (uplink) und MHz (downlink) (in Westeuropa für Mobilfunk res.) Memorandum of Understanding (MoU) 1988 von 18 europäischen Ländern unterzeichnet in den Ländern sollen jeweils mindestens zwei Betreiberlizenzen vergeben werden Entwicklung gemäß GSM-Spezifikation und Offenlegung der Schnittstellen gefordert Technische Spezifikation umfasst mehr als 5000 Seiten Dienste von ISDN sollen zur Verfügung gestellt werden TM

132 Wiederverwendung von Funkfrequenzen Begrenzte Reichweite des Funksignals Interferenzfreie Wiederverwendung von Frequenzen möglich Einteilung der zu versorgenden Fläche in Zellen Zusammenfassen von Zellen zu Clustern, so dass alle Zellen eines Clusters verschiedene Funkfrequenzen nutzen zwei benachbarte Zellen verschiedene Frequenzen nutzen Beispiel: 4 Cluster zu je 7 Zellen 7 verschiedene Frequenzen notwendig Cluster TM

133 Konsequenzen der Mobilität Zusätzliche Funktionen / Dienste sind in Funknetzen im Gegensatz zu Festnetzen erforderlich Lokation in Festnetzen werden Anrufe basierend auf der Adresse der Vermittlungsschicht (z.b. Telefonadresse, IP-Adresse) zum Ziel geroutet mobile Benutzer müssen zunächst lokalisiert werden Lokationsmanagement ist bei off-line Mobilität erforderlich Handover (Weiterreichen) mobile Benutzer können auch während des Bestehens einer Kommunikationsbeziehung den Standort wechseln: on-line Mobilität Weiterreichen einer Kommunikationsbeziehung von einer Zelle in die nächste Wechsel muss erkannt werden Roaming Suche nach geeignetem Netz für die Kommunikation Kooperation von Betreibern erforderlich gemeinsame Luft-Schnittstelle erforderlich TM

134 Systemstruktur GSM Funknetz Basestation Sub-System (BSS) Intelligentes Mobilfunk-Vermittlungsnetz Switching Sub-System (SSS) Festnetz VLR HLR AC EIR leitungsvermittelte Netze Basisstation Base Station Controller Mobile Switching Center (MSC) ISDN Basisstation OMC paketvermittelte Netze Luftschnittstelle TM A-Schnittstelle HLR: Home Location Register AC : Authentification Center VLR: Visited Location Register EIR : Equipment Identification Register OMC: Operation and Maintenance System

135 Basestation Sub-System Basisstation kleinster Funkversorgungsbereich in GSM Überwachung des Funkverkehrs von und zur Mobilstation Basisstationssteuerung intelligenter Teil des BSS steuert mehrere Basisstationen; ca. 500 Verkehrskanäle gleichzeitig möglich einleiten und überwachen von Zellenwechseln und Handover Anpassung an unterschiedliche Bitraten Luft-Schnittstelle: 13 kbit/s Mobilfunkvermittlung 64 kbit/s Verschlüsselung auf der Luft-Schnittstelle TM

136 Switching Sub-System Mobile Switching Center (MSC) Etablieren von Verbindungen zwischen Teilnehmern in öffentlichen Telefonoder Datennetzen mit Teilnehmern im Funknetz Realisierung von Verbindungen zwischen mobilen Teilnehmern Steuern und Überwachen aller BSCs Signalisierung: SS7 Visitor Location Register (VLR) umfasst alle Mobilteilnehmer, die zu einem bestimmten Zeitpunkt im Funkversorgungsbereich einer MSC aktiv sind beim Einbuchen erhält VLR die relevanten Daten aus der Heimatdatei (HLR) Authentification Center hier sind Schlüssel und Algorithmen hinterlegt, mit denen die Authentifizierungsparameter generiert werden, z.b. teilnehmerindividuelle Schlüssel Home Location Register (HLR) enthält Daten aller in einem MSC-Bereich registrierten Teilnehmer z.b. Zugangsberechtigungen zum Netz, Dienste,... TM

137 7.9 Literatur W.-D. Haaß; Handbuch der Kommunikationsnetze; Springer; 1997 recht umfassend, Kapitel zu ISO/OSI, ISDN, B-ISDN, SS7, IN J. Bickwalter; Frame Relay Technology and Practice; Addison-Wesley, 2000 geht weit über die Vorlesungsinhalte hinaus A. Kanbach, A. Körber; ISDN Die Technik; 3. Auflage; Hüthig-Verlag, 1999 geht weit über die Vorlesungsinhalte hinaus, umfassende Referenz zu ISDN, inkl. E-DSS1-Protokollautomaten G. Siegmund; Intelligente Netze; Hüthig-Verlag, 2000 nur ein geringer Teil hiervon wurde in der Vorlesung präsentiert F. Halsall; Multimedia Communications; Addison-Wesley, 2001 Kapitel 2.5 (PCM) G. Siegmund; ATM Die Technik, 3. Auflage; Hüthig, 1997 B-ISDN, (außerdem kurz: ISDN, SS7, IN) A. Mertz, M. Pollakowski; xdsl & Access Networks; Prentice Hall; 2000 J. Schiller; Mobilkommunikation; Addison-Wesley; 2000 Kapitel 4.1 GSM TM

138 7.10 Aufgaben (1) 1) Nehmen Sie an, dass die Kanalnummern bei X.25 durch die Teilnehmereinrichtung als auch durch die Netzzugangseinrichtung selbständig gewählt werden können. Wie können hierbei Konflikte einfach vermieden werden? 2) Was muss bei Gesprächen z.b. zwischen Deutschland und USA bzgl. der digitalisierten Sprachdaten beachtet werden? 3) Betrachten Sie die Reichweite der ISDN-Zeichengabe- und -Nutzdatenverbindungen in den Schichten 1 3. In welchen Instanzen (TE, NT, VSt) sind die Verbindungen jeweils terminiert? 4) Was passiert, wenn Sie einige (aber nicht alle) Endgeräte mit "verkehrter" Polarität am S 0 -Bus angeschlossen haben? Betrachten Sie die Empfangs- und Senderichtung separat: funktioniert die Rahmenerkennung noch? Auswirkung auf Sprach-/Nutzdaten im B- Kanal? Und die Zugriffskontrolle im D-Kanal? 5) Unter welchen (sehr seltenen) Umständen wird bei einer Mehrgerätekonfiguration ein Zugriffskonflikt im D-Kanal nicht erkannt? Hinweis: betrachten Sie die TEI-Vergabeprozedur! TM

139 7.10 Aufgaben (2) 6) Welche IN-Komponente zählt bei einem Televotumsdienst die Anrufe? Von welcher IN-Komponente kann ein Dienstkunde die Statistikdaten abrufen? 7) Woher kennt ein B-ISDN-Vermittlungsknoten die zu verwendenden VPI/VCI-Kennungen für einen virtuellen Kanal? 8) Welche Zustandsdaten muss ein B-ISDN-Vermittlungsknoten verwalten? 9) Kann man während eines Datenaustauschs über ADSL telefonieren? Weshalb? 10) Welche Signale überträgt ein ADSL-Modem: digitale oder analoge? Was für Multiplextechniken kommen bei DMT zum Einsatz? Wo endet die Datenübertragung über ADSL? 11) Wie werden bei Verwendung der xdsl-techniken IP-Pakete vom Endsystem bis ins Internet übertragen? 12) Wie wird das für einen Teilnehmer zuständige HLR bei GSM gefunden? TM