ISDN - Integrated Services Digital Network

Christian-Alexander Zerbe

Student der Informatik an der Hochschule Merseburg

Inhaltsverzeichnis

I Geschichtliche EntwicklungII Technische AspekteIII UnterschiedeIV NeuerungV QuellenVI Anhang

I Geschichtliche Entwicklung

EuropaweitMitte der 1980er Jahre befürchtete man in Deutschland dass Europa auf dem Gebiet derTelekommunikation gegenüber den USA und Japan stark ins Hintertreffen gerate.Um dies zu verhindern wurde 1988 von der EG-Kommision das European TelecommunicationsStandards Institute (ETSI) gegründet, welches Standards für ein gemeinsames digitales Telefonnetz,mit einheitlichen Normen und gemeinsamen Märkten, erarbeiten sollte.1989 wurde unter der Leitung von 26 Netzbetreibern aus 20 europäischen Ländern der Euro-ISDN-Standard ins Leben gerufen, der die nationalen ISDN-Systeme vereinheitlichen sollte. 1993 erfolgtedann die Einführung von Euro-ISDN.

Entwicklung in Deutschland1979 wurde in Deutschland von der Deutschen Bundespost entschieden alle Ortsvermittlungsstellenzu digitalisieren. Bei unterschiedlichen Versuchen in Berlin hatte sich gezeigt, daß durch denEinsatz digitaler Technik zwei unabhängige Kanäle simultan übertragen werden konnten. 1982entschied sich die Deutsche Bundespost dann für die ISDN-Technik und konkretisierte ihre Pläne.Daraufhin folgten 1987 zwei Pilotprojekte in Mannheim und Stuttgart. 1989 begann die DeutscheBundespost den offiziellen Betrieb des nationalen ISDN nach dem 1TR6-Standard und war somitVorreiter für ISDN in Europa. Neben den wirtschaftlich positiven Aussichten auf einen dervordersten Plätze am Telekommunikationsmarkt durch die Digitalisierung des seit ca. 100 Jahrenanaloge Telefonnetz, wurde auch vor Risiken gewarnt. Unter anderem meintenDatenschutzexperten der „Grünen“, daß die ISDN-Technik wesentlich zur totalen Erfassungbeitrage, da sie die Erfassung und Speicherung sämtlicher Verbindungsdaten ermöglicht. 1994 warEuro-ISDN in Deutschland kommerziell verfügbar. Seit 1995 ist ISDN durch die Digitalisierungdes gesamten Telefonnetzes flächendeckend verfügbar.

In den USA1992 wurde unter dem Namen NI-1 (US National ISDN Phase 1) ein ISDN-System eingeführt. Unddieses System wurde später überarbeitet und verbessert als NI-2 eingeführt. Da die ISDN-Technikaber weitaus weniger gefördert wurde als in Deutschland ist ISDN in den USA eher einNischenprodukt.

In Japan und HongkongIn Japan und Hongkong gibt es seit 1985 ISDN-Systeme unter dem Namen INS-Net.

II Technische Aspekte

In Deutschland wurde ursprünglich ISDN nach dem nationalen Standard 1TR6 angeboten. Seit1991 existiert jedoch DSS1 (Digital Subscriber Signalling System No. 1), ein europaweiteinheitlicher ISDN-Standard. Diesen ISDN-Standard mit DSS1-Protokoll bezeichnet man auch alsEuro-ISDN. Außerhalb Europas und in Telefonanlagen kommen jedoch andere Implementierungenzum Einsatz, was die Verbindung zwischen Europa und den Vereinigten Staaten bzw. Japanerschwert.DSS1 wurde vom CEPT (heutigem ETSI) mit Unterstützung der Europäischen Gemeinschaftentwickelt, um frühere nationale Standards (wie FTZ 1 TR 6 in Deutschland) zu ersetzen unddadurch Marktbarrieren durch unterschiedliche Standards in den Mitgliedstaaten der EuropäischenGemeinschaft abzubauen. Ein Unterschied zum älteren FTZ 1 TR 6 Protokoll(Signalisierungsprotokoll der ehemaligen Deutschen Bundespost) ist unter anderem, dass dieEndgeräte bei Basisanschlüssen über eine MSN (Multiple Subscriber Number) angesprochenwerden und nicht über eine Rufnummer mit angehängter Endgeräteauswahlziffer (EAZ).Bei der Übertragung digitaler Daten muß durch ein Protokoll festgelegt werden, wie dieÜbertragung und die Verarbeitung der Daten erfolgt. Ein wirklich entscheidender Unterschied vonISDN gegenüber der Übertragung von digitalen Signalen über das analoge Telefonnetz (z.B. miteinem Modem) liegt darin, daß das Protokoll über einen separaten Kanal übertragen wird. DieserKanal heißt Steuerkanal oder D-Kanal. Die anderen Kanäle bezeichnet man als B-Kanäle (imBasisanschluß 2 Stück) (siehe Bild III). Das Trennen der Steuersignale von den Nutzsignalen ist dieGrundlage vieler ISDN-Leistungen. Das Verfahren gestattet dem Anwender unter anderem Zugriffeauf bestimmte Dienste während einer Verbindung. Weiterhin bedeutet das Auslagern vonSteuerinformationen bei der Übertragung, daß die eigentlichen Nutzdaten dadurch mit größererGeschwindigkeit übertragen werden können. Die Signalisierung wird bei ISDN nicht wie imanalogen Netz (Mehrfrequenzwahlverfahren) im Sprachkanal übertragen. Für die Signalisierungwird hier der D-Kanal genutzt, der bei Basisanschlüssen eine Datenrate von 16 kbit/s und beiPrimärmultiplexanschlüssen von 64 kbit/s hat.Über den Steuerkanal (D-Kanal) kommuniziert das Endgerät während einer ISDN-Verbindungständig mit der digitalen Vermittlungsstelle (TVSt). Die Kommunikation beginnt sogar schonvorher, selbst das Abheben des Hörers wird sofort der TVSt mitgeteilt. Anders ausgedrückt, dieTVSt ist ständig über den Status aller Teilnehmer informiert. Unter Umständen findet auch nachdem Auflegen des Hörers noch eine Kommunikation über den D-Kanal statt, nämlich dieÜbertragung der Gebühren für das unmittelbar zuvor geführte Telefongespräch. Auch das Wählenfunktioniert über den D-Kanal.Beim Point-to-Multipoint-Betrieb (wie zum Beispiel beim S0-Bus (siehe Bild VIII) einesMehrgeräteanschlusses) wird als Zugriffsverfahren für den D-Kanal eine CSMA/CA-Variantebenutzt.Im „Kernnetz“ wird für die Signalisierung zwischen den Vermittlungsstellen, auf den so genanntenZentralen Zeichengabekanälen, das Protokoll SS7 (Signalling System No. 7) verwendet.Um analoge Endgeräte (Telefon, Fax, Anrufbeantworter, Modem) an einen ISDN-Anschlussanzuschließen, benötigt man einen a/b-Wandler (Terminaladapter (abgekürzt TA)), oder eine ISDN-Telefonanlage (siehe Bild II).Sprachdaten werden für die Übertragung per Euro-ISDN mit einer Abtastrate von 8 kHz digitalisiert(Pulse Code Modulation) und mit einer logarithmischen Kennlinie (ITU-T-Standard G.711, µ-law-Verfahren/A-law-Verfahren) von 14 beziehungsweise 13 auf 8 Bit pro Abtastwert komprimiert, umdie Besonderheiten der menschlichen Wahrnehmung zu berücksichtigen. Übertragen wird derFrequenzbereich von 300 bis 3400 Hz.Die B-Kanäle sind bittransparent und synchron, sodass beliebige Leitungscodes verwendet werdenkönnen. Um eine Verdoppelung der Datenübertragungsrate zu erreichen, können die beiden B-Kanäle eines Basisanschlusses auch gebündelt werden (siehe Bild IV/ Bild V).

Um diese Möglichkeit zu nutzen, sind Endgeräte erforderlich, die in der Lage sind, die beidenB-Kanäle zu synchronisieren (beispielsweise ISDN-PC-Karten oder Videokonferenzsysteme).Mit Hilfe geeigneter Router können mehrere oder alle Nutzkanäle eines Primärmultiplexanschlussesgebündelt werden. Dadurch können Datenübertragungsraten bis zu 2048 kbit/s erzielt werden.Diese Möglichkeit wird insbesondere für die Vernetzung von entfernten Standorten innerhalb einesFirmennetzwerks oder für Standleitungen ins Internet genutzt.ISDN-Adressen sind nach der ITU-T-Richtlinie E.164 festgelegt.Diese Richtlinie (E.164 - The international public telecommunication numbering plan) der ITU-Tregelt international die Adressierung der Telefonnetze. In E.164 ist festgelegt, aus welchenBestandteilen eine Telefonnummer besteht und wie viele Stellen sie enthalten darf. Weiterhin sinddie internationalen Vorwahlen (wie 43 für Österreich, 49 für Deutschland und 41 für die Schweiz)festgelegt.Die ISDN-Adresse besteht aus der ISDN-Rufnummer und -Subadresse (siehe Bild I). Die ISDN-Rufnummer adressiert zum Beispiel einen Teilnehmer an einem Basisanschluss. Die Subadresse istmaximal 32 Zeichen lang und dient zum Beispiel zur Adressierung eines Hosts in einem LAN(Local Area Network – welches dazu über ein geeignetes Gateway am ISDN-Netz angeschlossensein muss). Die Subadresse ist für das ISDN-Netz transparent und nur den nutzenden Teilnehmernbekannt.Da für jede Art von Daten (Fernsprechen, Faxen, Computerdaten, etc.) eine zugehörige Kennungüber den D-Kanal gesendet wird, erlaubt es dieser Endgeräte so zu programmieren, daß sie nur danneinen ankommenden Ruf annehmen, wenn er von der Art des Dienstes her für dieses Gerätbestimmt sein kann. So wird z.B. ein ISDN-Faxgerät nur dann an die Leitung gehen, wenn esebenfalls ein ISDN-Faxgerät ist, welches auf der anderen Seite der Leitung eine Verbindungwünscht. Man könnte somit theoretisch ein ISDN-Telefon und ein ISDN-Faxgeräte einfach an dergleichen Nummer betreiben. Das Telefon wird dabei nicht läuten, wenn ein Faxanruf eingeht, dasFaxgerät wird den Anruf nicht entgegennehmen, wenn es sich um ein Telefongespräch handelt.Problematisch wird es, wenn der ankommende Ruf von einem analogen Anschluß ausgeht, weil indem Fall keine Diensterkennung mitgesendet wird. In der Praxis wird man deshalb dem Faxgeräteine eigene Rufnummer zuweisen. Für die Kommunikation zwischen zwei ISDN-Geräten hat dieDiensterkennung die Auswirkung, daß nur dann eine Verbindung hergestellt wird, wenn es sich umkompatible Dienste handelt. Wenn Sie von einem ISDN-Telefonanschluß aus einen ISDN-Faxanschluß anrufen, dann bekommen Sie den Besetztton. In der analogen Technik hören Sie hierden schrillen Ton des Faxgerätes . Die Sache mit dem Besetztton gilt natürlich auch, wenn Sie einenanderen inkompatiblen Anschluß, z.B. einer ISDN-PC-Karte anrufen. Falls neben der ISDN-PC-Karte aber noch ein ISDN-Telefon an der gleichen Nummer angeschlossen ist, geht der Rufnatürlich durch, weil sich dann das ISDN-Telefon um den ankommenden Ruf kümmert.Über den D-Kanal besteht also eine ständige Verbindung zur Vermittlungsstelle, dieleistungsfähiger ist, als es zum reinen Austausch der Steuerungsinformationen notwendig ist. Dieübrige Kapazität kann zum Beispiel für Datex-P-Verbindungen (bis 9600 bit/s) genutzt werden.Früher konnte man sich bei der Deutschen Telekom über diesen Kanal informieren lassen, wennelektronische Post auf einem T-Online-Konto einging (was heute aus wettbewerbsrechtlichenGründen nicht mehr möglich ist) (siehe Bild V).Da beim Verbindungsaufbau über den D-Kanal außer der Rufnummer auch weitere Informationenwie eine Subadresse oder -- im begrenzten Maß -- Zeichenfolgen gesendet werden, die an denAngerufenen weitergegeben werden, ist es möglich, durch wiederholte Wählversuche komplexeInformationen bis hin zu Dateien zu übertragen, ohne eine (kostenpflichtige) Verbindungaufzubauen. So gab es beispielsweise ein Linux-Projekt, das genau diese Funktion nutzte und zueiner zwar sehr langsamen, aber kostenlosen Datenübertragung benutzt werden konnte. Durch einezu starke Belastung der Telefonnetze, wurden bei vielen Telefongesellschaften die dazunotwendigen Funktionen abgeschaltet.Die auf dem D-Kanal übermittelten Signalisierungsinformationen können mit einem ISDN-Monitormitgelesen und protokolliert werden.

Der Aufbau einer Telefonverbindung innerhalb eines ISDN verläuft in folgenden Schritten:Verbindungsaufbau (siehe Bild VII)1. Der rufende Benutzer (A-Teilnehmer) veranlasst sein Telefon A1 in der Regel durch

Abheben des Hörers dazu, eine SETUP-Nachricht an die Vermittlungsstelle zu senden.2. Wenn ein B-Kanal frei ist, antwortet diese mit einer SETUP ACK-Nachricht. Das Telefon

erzeugt daraufhin den Wählton.3. Die vom A-Teilnehmer gewählte Rufnummer wird entweder Ziffer für Ziffer jeweils als

INFO-Nachricht oder als Block (bei der so genannten Blockwahl) vom Telefon über die Vermittlungsstelle Richtung Ziel-Vermittlungsstelle gesendet.

4. Wenn eine gültige Rufnummer gewählt wurde, sendet die Vermittlungsstelle eineCALL PROCEEDING-Nachricht zum Telefon. Dieses erlaubt daraufhin keine weitere Eingabe von Wählziffern.

5. Die Ziel-Vermittlungsstelle sendet an alle beim gerufenen Benutzer (B-Teilnehmer) angeschlossenen Endgeräte eine SETUP-Nachricht.

6. Jedes Endgerät, das zur Annahme von Rufen für die angegebene Zielrufnummer programmiert wurde, sendet eine ALERT-Nachricht und beginnt zu klingeln.

7. Die Ziel-Vermittlungsstelle sendet die ALERT-Nachricht durch das Netz zurück zum Telefon des A-Teilnehmers. Dieses erzeugt daraufhin den Freiton.

8. Wenn der Hörer abgehoben wird, sendet das Zieltelefon B2 eine CONNECT-Nachricht an die Ziel-Vermittlungsstelle.

9. Die Ziel-Vermittlungsstelle sendet diese Nachricht weiter durchs Netz und bestätigt sie mit einer CONN ACK-Nachricht zu Telefon B2.

10. Allen anderen noch klingelnden Endgeräten sendet sie eine REL-Nachricht, die durchREL COM bestätigt wird. Die Endgeräte beenden damit das Klingeln.

11. Das Telefon A1 bestätigt den Empfang der CONNECT-Nachricht mit einerCONN ACK-Nachricht.

12. Die Sprach- oder Datenverbindung ist hergestellt.

Angaben zu einzelnen Protokollen sind im Anhang vermerkt. Tabelle ??????

III Unterschiede

In den USA gibt es ISDN unter dem Namen NI-1 (US National ISDN Phase 1) und NI-2. Beim NI-1 gibt es im Gegensatz zum DSS1-Standard keinen eigenen Kanal für die Signalisierung (D-Kanalbei DSS1), stattdessen werden die Signalisierungsdaten über die Nutzkanäle (B-Kanäle) übertragen,deren Kapazität dafür auf 56 kbit/s reduziert wurde.Mittlerweile wird jedoch die erweiterte Variante NI-2 verwendet, in der mittels LAPD-Protokoll dieDaten über den D-Kanal gesendet werden. Im Unterschied zum DSS1 (mit SS7) werden bei diesemFormat ein 16er (2 8ter) Adressfeld, ein 16er Redundanzkontrollfeld (Fehlerkontrolle), ein 7 Bytegroßes „terminal endpoint identifier“-Feld und ein 6 Byte großes „service access pointidentifier“-Feld genutzt.

In Japan kommt derzeit INS-Net zum Einsatz.Hier wird hingegen neben der Unterstützung von Basic und Primary Rate Interface und derUnterstützung des SS7 wieder ein eigener Paketmodus genutzt. Zusätzlich ist ortsabhängig ein HKanal – der Nutzerinformationen mit höheren Bitraten zulässt - verfügbar.

IV Neuerungen

Mit BlueCrypt - dem ISDN-Verschlüsselungssystem der DICA Technologies (Dresden) – isterstmals die abhörsichere Telefonie und Faxübertragung zwischen Europa und den USA bzw. Japanmöglich. Bisher waren die beiden Kontinente für ISDN zwei verschiedene Welten – da die ISDN-Kennlinien nicht kompatibel sind. Dadurch war es bisher unmöglich, verschlüsselte Gespräche oderInformationen zwischen Europa und Nordamerika zu übertragen. Das DICA-System BlueCryptverschlüsselt mit Triple-DES alle Daten in Echtzeit und übernimmt die Funktion desLänderübergangs, damit können die kodierten Signale diese Schwelle problemlos passieren.Für jede Seite einer Verbindung ist ein BlueCrypt-Gerät notwendig. Die Installation erfolgt einfachdurch Anschluss zwischen vorhandenem ISDN-Anschluß und dem Telefon- bzw.Videokonferenzsystem. Ein akustisches Signal zeigt die Verschlüsselung des Gespräches an. Dasmehrstufige Schlüssel-Management von BlueCrypt basiert auf Master-Key (Hauptschlüssel) undSession-Key (zeitlich befristeter Schlüssel für ein Gespräch oder eine Videokonferenz). AlleSchlüssel werden streng geheim und per Zufallsgenerator in den Geräten gebildet und dort in einemversiegelten Schlüsselspeicher abgelegt. Kein Schlüssel wird online zwischen den Gerätenausgetauscht.

V Quellen

Für Text wie BildBücherInformationstechnik – Erdem, Hübscher, Scharke, Stierhof(Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig; 1. Auflage 2005)IT-Handbuch – Hübscher, Petersen, Rathgeber, Richter, Scharf(Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig; 4. Auflage 2005)Internetwww.wikipedia.org (Deutsch/Englisch/Japan (übersetzt))www.harvard.eduwww.google.de

VI Anhang

Protokolle

ProtokolltypenProtokolle für den SignalkanalBezeichnung Einsatzgebiet1TR6 DeutschlandTPH (1962) Australien5ESS USA (AT&T)E-DSS1 Euro-ISDN-ProtokollVN4 FrankreichINS-Net 64 Japan, HongkongNI USA (National ISDN 1)

Protokolle für den DatenkanalBezeichnung BeschreibungHDLC V.110 Rate Adaption (Europa)V.120 Rate Adaption (USA)V32. analoge Verbindungen über ISDNV34. analoge Verbindungen über ISDNX.25 StandardX.75 Standard

Durch die Nutzung eines Codeset-Mechanismus ist es den unterschiedlichen Gebieten erlaubt ihreeigenen Informationen im Datenkanal zu senden.

V.110V.110 ist ein Standardprotokoll der ITU zur Datenübertragung in diensteintegrierenden Netzen undbeschreibt die Unterstützung von Endgeräten mit Schnittstellen der V-Serie (zum Beispiel V.24-Schnittstelle). V.110 sieht eine Bitratenadaption (Anpassung der Datenübertragungsrate vonlangsamen Endgeräten an ISDN) vor. Die Datenübertragungsraten sind bis 19,2 kbit/sstandardisiert; bei den meisten Terminaladaptern sind jedoch Datenübertragungsraten bis 38,4 kbit/sverfügbar. Jedes Bit der V-Schnittstelle wird in ein Bit des 64 kbit/s-Stromes des B-Kanalsabgebildet, die Restkapazität wird mit Füllbits gefüllt. Bei einigen Implementierungen könnenlangsamere Geschwindigkeiten gemultiplext werden; das heißt es gibt mehrere gültigeAbbildungen. Die in V.110 beschriebene Bitratenadaption wird oft auch außerhalb des ISDNverwendet.

V.120V.120 ist eine Weiterentwicklung des Protokolls V.110. Die standardisierte Datenübertragungsratebeträgt hier bis 56 kbit/s. V.120 sieht Möglichkeiten für statistisches Multiplexen vor.

Bilder

Bild IAdressierung bei ISDN

Bild IIAnschlußmöglichkeiten bei ISDN

NTBA (Network Termination Basic Access)

Bild IIINTBA- bzw. NTPM-Kanäle

NTBA (Network Termination Basic Access) undNTPM (Network Termination Primary Rate Access)

Bild IVISDN-Verdrahtung

1a/b Sendeleitung2a/b Empfangsleitung

Bild VMögliche BUS-Strukturen (Endwiderstände beachten)

Bild VIVermittlung

Bild VIIVerbindungsaufbau

Bild VIIIRahmenstruktur der S0-Schnittstelle