ISDN综述(三)

七、ISDN用户-网络接口物理层
　　ISDN用户-网络接口物理层是保证信息传递的物理手段。有关物理层的技术要求分为基本接口和群速率接口两大部分。本节着重介绍应用较为广泛的基本接口物理层要求，概要说明群速率接口层的相关内容。
1、物理层功能概述
　　ISDN物理层对用户来说是在参考点S或T处，无论那一种情况，都包括下列物理层(ISO层)的基本功能。　
(1)对需要传送的信息进行编码，以便通过接口进行传输。
(2)提供B通路双向的信息传输。
(3)提供D通路双向的信息传输。
(4)完成通路复用功能，形成基本接入或群速率接入的传输结构。
(5)完成物理层的激活和去激活功能。
(6)提供从网络终端向用户终端的供电功能。
(7)具有维护功能，能够对有故障的终端进行隔离。
(8)D通路的争抢判决，即冲突检测。
当基本接入有多点配置时，才需要一个功能，这一点将在后面描述。
2、基本接口
　　基本接口是ISDN用户接入应用广泛而灵活的一种接口。这种接口可以根据用户的实际需要而进行任意的配置，常见的配置是用户可以将话机、传真机和数据终端接在一对用户线上，使用户可以同时利用一对电话线通话、传送或接收传真而又进行数据通信。下面简要介绍基本接口的工作方式、布线配置、传输码型、帧结构及接口特性。
(1)工作方式及布线配置
　　基本接口的工作方式分为两类：一类是点到点的操作，另一类是点到多点的操作。
　　ISDN基本接口根据操作方式的不同有三种基本的布线结构：
①短无源总线
　　所谓无源总线就是将若干个通信终端用无源的传输线路（对称线对）复联在一起。NT可以置于总线的一端，也可以位于总线的中间部位。根据I.430的建议，这种总线的长度可长达100~200m，具体长度与线路质量（传播时延与损耗）有关。总线可以复联的终端数量多为8个。
②延伸的无源总线
　　延伸的无源总线适用于将NT和终端设备分开设置的情况。这种总线远端离NT的距离可以长达500m。这种配置要求终端的位置相对集中，以保证各终端到NT之间的信号时延不至差别过大。但是，离得远的两个终端之间的距离应该小于25~50m。
③点到点的配置
　　点到点的配置较为简单。终端设备与NT之间的距离允许长为1000m。终端引线的长度是25m。
　　通常，短无源总线方式适合于小型办公机构或家庭使用；延伸的无源总线及点到点的方式则适合于大公司、大楼由用户交换机延伸到各使用地点的布线使用。
(2)传输码型和帧结构
　　ISDN物理层在S参考点的基本接口采用四线双向传输。传输速率是192kbit/s，其中144kbit/s(2B+D)供终端使用，其余的比特用于同步和控制。ISDN基本接口的传输码型采用AMI码。ISDN基本接口采用的帧结构由48bit组成，其中B1、B2通路信息各占16bit，D通路信息占4bit，F及FA分别是帧定位和辅助帧定位的比特。L比特的作用是保持电路的直流分量等于0。此外还有用于D通路竞争控制的E比特等。
(3)接口规程
　　ISDN基本接口物理层的接口规程有三种，即激活/去激活规程、D通路接入规程和帧定位规程。
①激活/去激活规程
　　激活与去激活规程是ISDN基本接口所特有的规程。所谓去激活是指使已进入工作状态的系统转入休止状态。在休止状态下，除少数控制电路外，其余电路都将停止供电，以降低功耗和延长系统的使用寿命。与之相对，激活就是使处于休止状态的系统转入工作状态，全系统加电，再使之运转起来。这种激活与去激活的功能对于通信业务较少的用户是十分必要的。在系统激活的过程中，将同时进行帧定位。
②D通路接入规程
　　用户为了建立通信，需要首先占用D通路，以便与交换机交换控制信息。一个接口上只有一条D通路。当接口上接有多个终端，且有多个终端同时需要建立通信时，就会发生D通路争抢问题。
　　D通路接入控制规程保证当发生接入竞争时，终只有一个终端的信号得到完善的传输。其它所有终端的接入被暂时阻止，等D通路空闲时，再次试行接入。D通路接入控制规程使信令优于分组业务，即当发生争抢时，需要发信令的终端将优先获得D通路。D通路接入规程能够轮流为多个终端提供服务。该规程不允许单个终端长时间独自占用D通路。
③帧定位规程
　　NT通路用户线从交换机发来的信号中提取时钟，向接口提供位同步和帧定位信号，并向TE发送各帧。TE由NT发来的信号获取所需要的位同步、字同步及帧定位同步信号。
(4)电气特性和物理特性
　　CCITT I.430建议对基本接口电气特性的各项指标均作了详细的规定。
　　ISDN基本接口的物理特性是指连接器、连接软线、电缆等的机械部分，物理特性也称为机械特性。ISDN基本接口的连接器，即插头和插座采用ISO8877标准。该标准规定有8个引线脚，其中有两对数据线，一对电源线和一对电源负载线。插座可以像市电插口一样固定在墙壁上。插头安装在TE中，只要将插头拔出或插入就可以移动终端进行通信。
(5)供电
　　在ISDN基本接口的情况下，通常通过用户-网络接口由NT向TE供电，特别是使用数字话机时采用这种供电方式。其它ISDN终端适具体情况而决定采用本地供电方式还是由NT供电。
3、群速率接口
　　群速率接口的层是以PCM基群的规定为基础制定的。它与基本借口的层协议有许多不同之处。群接口与终端之间只能采用点到点的布线配置，因此不需要点到多点方式中使用的接入竞争控制规程。此外，网络不向终端供电，且接口始终处于激活状态。所以也不需要激活/去激活规程。群速率接口的层规定比基本接口简单得多，下面作一个概要的介绍。
①电气特性
　　　2048kbit/s接口的电气特性符合G.703建议的规定，采用HDB3码，选用平衡的120Ω对称线对接口。、
②帧结构
　　 2048kbit/s接口的帧结构每帧由32个时隙构成。1个时隙含有8个比特。每帧的比特数是256。帧的重复率是8000帧/秒。因此，每个通路的速率是64kbit/s。典型的应用是支持30个B通路和一个D通路，也可以有其它的应用，包括31个B通路或各种H通路的组合。ISDN用户-网络接口群的帧结构与PCM基群的帧结构相同。
③定时及同步
　　 NT从网络发来的信号中提取定时同步信号。TE从NT发来的信号中提取同步信号。若连续3到4次检测出同步信号差错，就认为失步；当连续检测出两次帧同步信号时，就建立了同步。

八、ISDN用户-网络接口链路层

　　ISDN用户-网络接口链路层协议称为LAPD(Link Access Procedure on the D channel: D通路链路接入协议)。通常把ISDN的链路层和网络层协议一起称为D通路协议，国际电联称为1号数字用户信令(DSS1)。链路层即第二层的功能是通过D通路在网络和终端之间可靠有效地传送第三层以上的信息。国际标准化组织(ISO)在数据链路控制协议(HDLC)中规定了这一层的格式和控制协议。用于分组交换的X.25协议的第二层LAPB(Link Access Procefure Balanced: 平衡式链路接入协议)就是根据HDLC制定的。但是LAPB是分组交换的二层协议，不能满足ISDN的功能要求，因此ISDN的第二层协议在LAPB的基础上扩充了一些ISDN所需要的功能。

1、LAPD的功能概要
　　LAPD的主要功能是在ISDN基本接口或群接口的D通路上建立链路，以帧为单位传递第三层的信息或第二层的控制信息。当检测出传输差错时，通过重发等措施进行恢复。LAPD也具有流量控制的功能。流量控制是指当链路过载时，可以暂时停止该链路发送帧信息。

LAPD的主要功能如下：
(1)在D通路上提供一个或多个数据连接。
(2)以帧为单位传送控制信息及用户信息，能够进行帧的分界和定位。
(3)能够进行顺序控制，即保持通过数据链路连接的各帧的发送和接收顺序。
(4)能够检测出数据链路连接上的传输差错、格式差错和操作差错。
(5)根据检测到的传输差错、格式差错和操作差错进行恢复。
(6)能够将不可恢复的差错通知管理实体。
(7)进行流量控制。

2、LAPD的操作类型
LAPD的操作类型有两类，一类是证实操作，另一类是无证实操作。
(1)证实操作
　　证实操作是一种常用的操作方式。通常用于点到点的信息传送。证实操作需要对每个命令进行确认。在ISDN协议中，证实操作用于传递第三层的呼叫控制信息，同时进行差错校验和流量控制。证实操作的信息传送形式称为多帧操作。
(2)无证实操作
　　无证实操作是指不经过确认的帧的传送过程。这种操作不能保证由一个用户发送的数据一定能够送到所需要的终点用户。无证实操作可以用于点到点的连接，也可以用于广播式的连接。由于在这种操作中接收端不需要进行确认，所以在检测出传输或格式差错时，也不能进行恢复。此外无证实操作没有流量控制的功能。
(3)LAPD的地址及链路标识
　　一个数据链路连接由每帧的地址字段中的数据链路连接标识符(DLCI)来识别。LAPD与LAPB的不同之一就在于LAPD能够支持多个链路连接，即具有复用功能。而复用功能的实现是由DLCI来完成的。

　　DLCI由两部分组成：业务接入点标识(SAPI)和终端端点标识(TEI)。SAPI用来识别用户-网络接口的网络侧或用户侧的服务接入点。而TEI用来识别在一个服务接入点内的一个特定连接端点。

　　SAPI是识别数据链路层实体给第三层管理实体提供数据链路层服务的接入点。SAPI规定允许有64个业务接入点。SAPI值的分配如下表。　

　　对于点到点数据链路，TEI值仅与终端设备有关。一个终端设备可以包含一个或多个传送点到点数据的TEI值。广播式数据链路连接的TEI值是127。点到点数据链路连接的TEI值从0到63是非自动分配TEI的用户设备。非自动TEI值由用户选定，这些值的分配也由用户来完成。64到126是自动分配TEI的用户设备。自动TEI值由网络选定，这些值的分配也是由网络来完成的。

　　一个SAPI值与一个TEI值一起构成一个第二层数据链路的地址。也就是说，对于一个给定的TEI，必须有一个SAPI相对应，二者共同来标识一条逻辑连接。SAPI和TEI的组合称为数据链路连接标识符(DLCI)。在任意时刻，LAPD可以提供多条逻辑连接，每条连接都有一个的DLCI。

(4)LAPD的帧结构
　　LAPD的帧结构是以HDLC的帧格式为基础构成的。由标志序列、地址字段、控制字段或信息字段、帧校验序列构成。各帧以8bit的字节为单位，一个帧的起始首先由表示帧头的标志序列开始，其次是识别链路的地址字段，然后是表示帧类型的控制字段。在控制字段之后依次是信息字段和检测传输差错的帧校验序列(FCS)，是表示帧结束的标志序列。不是信息帧的各类控制帧的结构，除不含信息字段之外，其它部分与信息帧完全相同。
(5)帧的分类及构成
　　LAPD共有四类帧，它们是用于传递信息的信息帧，用于监视状态的监视帧，无顺序编号的无编号格式帧和用于连接管理的控制信息交换帧。
①信息帧
　　信息帧的功能是通过数据链路连接有序地传送包含信息字段的编号帧。通常信息帧在点到点数据链路连接的多帧操作中使用。
②监视帧
　　 监视帧包括RR（接收准备好）帧、RNR（接收未准备好）帧和REJ（拒绝）帧。RR帧和RNR帧用于监视数据链路连接的状态以便进行流量控制。RR帧表示存放接收帧的缓存器空闲，可以接收对端发来的帧。RNR表示缓存器全被占用不能接收外来的帧。REJ表示由于传输线路等故障接收端检测出对端发来的信息帧有差错，要求对端重新发送信息帧。
③无编号帧
　　无编号帧没有顺序编号，共有六种。其中SABME是在请求建立多帧操作时发送；DISC帧在要求结束多帧操作时发送；DM帧是向对端表示二层处于拆线状态，无法执行多帧操作；UA帧是对SABME和DISC等帧的响应帧；FRMR帧是向对端显示不正常的状态；UI帧是无证实操作方式下传递的信息帧，用于进行不加编号的信令传送。
④控制信息交换帧
　　XID帧用于两端之间进行与协议有关的参数的商议。

九、ISDN用户-网络接口网络层协议
　　ISDN用户-网络接口网络层（第三层）利用链路层的信息传递功能，在用户和网络之间发送、接收各种控制信息，并根据用户要求对于信息通路的建立、保持和释放进行控制。

　　对网络层作出规定的是CCITT I.450建议和I.451建议（或Q.930和Q.931建议）。建议规定了第三层的功能概要、呼叫控制过程应具有的各种状态、消息类型、消息构成及编码和基本电路交换的呼叫控制程序及分组交换的程序。

1、功能概要
　　第三层的控制功能可以分为电路交换呼叫控制和分组交换呼叫控制。电路交换呼叫控制是指终端和网络之间通过D通路交换信令信息，利用B通路建立电路交换的连接，传送用户信息。分组呼叫的控制通过D通路实施，但分组数据信息可以通过B通路也可以通过D通路来传送。
ISDN用户-网络接口的第三层协议执行的功能主要包括以下各项：
①处理与数据链路层通信的原语。
②产生和解释用于同层通信的第三层消息。
③管理在呼叫控制程序中使用的定时器和逻辑实体（如：呼叫参考）。
④管理包括B通路和分组层逻辑通路在内的各种接入资源。
⑤检查所提供的业务是否符合要求，包括承载能力、地址和高低层兼容性检查等。

2、呼叫控制
　　第三层的基本呼叫控制程序是由多个状态的迁移来完成的。在呼叫控制过程中，第三层完成某一事件，例如，一个消息的发送或接收，就进行状态的迁移。用户侧的状态和网络侧的状态应该是相对应的。

　　第三层的呼叫控制信息是以消息的形式进行传递的。以电路方式连接控制的消息为例，消息共分为四大类：类是呼叫建立消息，用于启动一个新的呼叫；第二类是呼叫信息阶段的消息，用于在通话期间传递各类消息；第三类是呼叫清除消息，用于呼叫的释放；第四类是其它消息，用于询问呼叫状态和传送一些通知信息等。

十、层间通信
　　层间通信是以原语的形式进行信息交换的，原语运用抽象的方法来表示层间信息的控制。两个同层实体需要完成通信过程时，需要请求(REQUEST)、指示(INDICATION)、响应(RESPONSE)、确认(CONFIRM)四种原语类型。
REQUEST原语用于高层或管理实体请求低层提供服务。
INDICATION原语用于低层向高层或管理实体指示与服务有关的信息。
RESPONSE原语用于管理实体向低层证实接收到了低层送出的INDICATION指示。
CONFIRM原语用于低层向高层确认已经完成了所请求的事件。

1、第三层与第二层间原语
使用第二层和第三层之间的通信原语时，分为以下三个阶段：
(1)建立多帧操作
DL-ESTABLISH-REQUEST
DL-ESTABLISH-INDICATION
DL-ESTABLISH-CONFIRM
(2)数据传送
DL-DATA-REQUEST
DL-DATA-INDICATION
DL-UNIT-DATA-REQUEST
DL-UNIT-DATA-INDICATION

　　如果第二层采用证实操作方式，当两个第三层实体需要相互传送消息时，使用DL-DATA-REQUEST/INDICATION原语建立与第二层的通信联系，如果第二层采用无证实操作方式，则使用DL-UNIT-DATA-REQUEST/INDICATION原语。

(3)结束多帧操作
DL-RELEASE-REQUEST
DL-RELEASE-INDICATION
DL-RELEASE-CONFIRM

2、第二层与层层间的原语及其使用
第二层与层的层间原语主要有两类，一类是请求，另一类是指示。
用于激活和去激活的原语有：
PH-ACTIVATE-REQUEST/INDICATION
PH-DEACTIVATE-INDICATION
用于传送帧的原语有：
PH-DATA-REQUEST/INDICATION
　　这里概要介绍了层间原语的类型及使用示例，实际上ISDN下三层的功能还需要管理实体来统一进行协调，所以物理层和链路层还需要与管理实体进行相关的通信。一般，ISDN用户-网络接口的管理功能分为以下几类：(1)故障管理；(2)配置管理；(3)性能管理。详细内容请参阅Q.921建议。

十一、补充业务的通用协议

　　控制ISDN补充业务的通用协议描述了在用户与网络之间申请和操作补充业务的通用过程。通用的概念是指对每种不同的补充业务的控制过程都能够适用。Q.932建议对这些通用协议作了详细规范，规定了三种通用协议：键盘协议(keypad protocol)、特征键管理协议(feature key management protocol)和功能协议(functional protocol)。其中键盘协议和特征键管理协议是激励型(Stimulus)协议，功能协议是功能型协议。

　　激励型协议将对补充业务的控制智能集中在网络，用户通过终端向网络发送特定的字符。为了识别和处理相关的补充业务，需要由网络对接收到的字符进行识别、翻译并发出相应的指令信息。采用这种协议，终端设备不需要知道补充业务的申请、操作过程，从而减少了终端的复杂性。

　　功能型协议是将对补充业务协议的控制智能集中在终端，终端设备必须知道各种补充业务的申请及操作过程。采用这种协议比较灵活，不需要扩展新的消息而使用大量变量就可以完成处理过程，易于标准化。虽然不同的补充业务可以使用不同的协议进行操作，但作为一个原则，功能型协议是控制ISDN补充业务应该使用的基本协议。