Kapitel 2: Technologien im Überblick

2.5. ISDN

2.5.1. Einleitung

ISDN (Integrated Services Digital Network) steht für ein universelles diensteintegrierendes Telekommunikationsnetz, das sich aus dem digitalisierten Fernmeldenetz entwickelt hat. ISDN verwendet digitale Übertragungs- und digitale Vermittlungstechniken, sowie eine Zentralkanalzeichengabe. Mit der Einführung von ISDN sollen alle gängigen Übermittlungsdienste in einem universellen Telekommunikationsnetz zusammengefaßt werden. An einem einfachen ISDN-Anschluß lassen sich bis zu acht Endgeräte an einer genormten Schnittstelle anschließen. Normalerweise werden alle diese Endgeräte über eine einzige Rufnummer je Anschluß erreicht. ISDN arbeitet mit einer Datenrate von 64 kbit/s für alle Dienste. Ein einfacher ISDN-Anschluß stellt zwei 64 kbit/s-Kanäle zur Verfügung. Da eine digitale End-zu-End-Verbindung benötigt wird, erfordert ISDN die Digitalisierung der Teilnehmerendanschlußleitungen. Im allgemeinen wird für einen ISDN-Anschluß auf die bereits vorhandene Kupferleitungsinfrastruktur des analogen Fernsprechanschlusses zurückgegriffen. Diese Infrastruktur stellt die bisher größte Investition des gesamten öffentlichen Telekommunikationsnetzes dar. Durch eine Digitalisierung dieser Struktur wird eine Mehrfachausnutzung der Teilnehmerendanschlußleitungen für alle Telekommunikationsdienste möglich. Das ISDN-Netz der Zukunft soll alle vorhandenen Spezialnetze ablösen. Dies ist auch für die Netzbetreiber von Vorteil, da sie nur noch ein einziges Netz betreiben müssen statt verschiedener Spezialnetze mit unterschiedlichen Techniken und Gebühren.

Wurden bei der Einführung von ISDN bisher im Prinzip nur schmalbandige Anwendungen unterstützt, so wird mit der Weiterentwicklung des ISDN zum Breitband-ISDN den wächsenden Anforderungen bezüglich höherer Bitraten Rechnung getragen. B-ISDN ermöglicht die Integration aller schmal- und breitbandigen Kommunikationsformen (Fernsprechen, Daten-, Textkommunikation, Videokonferenz, Bildfernsprechen) in einem Universalnetz. Aus wirtschaftlichen Gründen wurde bisher die Individualkommunikation von den Breitbandverteildiensten (Kabelfernsehen, Rundfunk) getrennt. Auch in diesem Bereich ist längerfristig ein Zusammenwachsen der zugrundeliegenden Netze in das Integrierte Breitbandfernmeldenetz zu erwarten. Mit der Einführung des Asynchronen Transfer Mode sind bereits erste Schritte in diese Richtung unternommen worden.

Bild 2.5.1.1. Weiterentwicklung des ISDN [21]

2.5.2. EURO-ISDN

Da ISDN im wesentlichen auf bestehende Fernmeldeinfrastrukturen zurückgreift, ist es kein streng einheitlich spezifiziertes Netz. Betreiber nationaler Netze können eigene ISDN-Varianten in einem durch die ITU-T vorgegeben Rahmen entwickeln. Bereits 1993 wurde für Europa das EURO-ISDN eingeführt. Für diese ISDN-Variante wurden einheitliche Schnittstellen und D-Kanal-Protokolle festgelegt. Das ETSI hat basierend auf den ITU-T-Empfehlungen eine europäische Spezifikation abgeleitet, deren Basis aus folgenden Vorgaben besteht:

• Durchgehende digitale "end-zu-end" vermittelte 64 kbit/s-Transportkanäle für Kommunikation jeglicher Art.
• Ein ISDN-Teilnehmer-Anschluß besteht aus zwei 64 kbit/s-Transportkanälen, sowie einem 16 kbit/s-Signalisierungskanal.
• Für den Teilnehmeranschluß wird, hinter einer Netzabschlußeinrichtung, eine einheitliche S0-Schnittstelle spezifiziert, über die alle Endeinrichtungen angeschlossen werden können.
• Jeder Anschluß hat, unabhängig von der Anzahl der angeschlossenen Endgeräte, nur eine Rufnummer.
• Signalisierung und Protokolle arbeiten nach standardisierten Normen
• Als Substitution für das Fernmeldenetz ist das ISDN ein weltweites, offenes Netz.

2.5.3. ISDN-Basisanschluß

Der normale Teilnehmeranschluß im ISDN wird Basisanschluß genannt. Ein Basisanschluß stellt zwei 64 kbit/s-Transportkanäle (B-Kanäle) und einen 16 kbit/s-Signalisierungskanal (D-Kanal) zur Verfügung.

Bild 2.5.3.1. Der ISDN-Basisanschluß [19]

Die Teilnehmerschnittstelle des ISDN-Basisanschlusses ist international genormt und unter dem Begriff S0-Schnittstelle bekannt. Sie ist als passiver Bus ausgelegt, an den bis zu acht gleichartige oder verschiedene Endeinrichtungen angeschlossen werden können. Von diesen acht Endeinrichtungen können allerdings immer nur zwei gleichzeitig genutzt werden.

2.5.4. ISDN-Primärmultiplexanschluß

Viele Firmen oder auch Privatleute verwenden eigene Telekommunikationsanlagen, die höhere Anforderungen an die Übertragungskapazität stellen. Solche Telekommunikationsanlagen werden nicht über einen bzw. mehrere Basisanschlüsse, sondern über einen Primärmultiplexanschluß an die Vermittlungsstelle angeschlossen. Ein Primärmulitplexanschluß stellt 30 64 kbit/s-Nutzkanäle, einen 64 kbit/s-Signalisierungskanal (D-Kanal) und einen 64 kbit/s-Synchronisationskanal zur Verfügung. Die Teilnehmerschnittstelle des Primärmultiplexanschlusses unterscheidet sich wesentlich von der des Basisanschlusses. Am Ausgang des Netzabschlusses wird dem Teilnehmer eine S2M-Schnittstelle mit einer Übertragungsrate von 2,048 Mbit/s angeboten. Die Verbindung zwischen Teilnehmeranschluß und Vermittlungsstelle erfolgt in diesem Falle vierdrähtig, es werden also zwei Kupferdoppeladern benötigt.

Bild 2.5.4.1. Der ISDN-Primärmultiplexanschluß [19]

2.5.5. Das ISO/OSI-Basisreferenzmodell

Bereits Ende der Siebziger Jahre erkannte die ISO (International Standards Organization) die Notwendigkeit die Rechnerkommunikation zu normen. Schon damals gab es teilweise weltweite Rechnernetze, die eines gemeinsam hatten: sie erfüllten ihre Aufgabe nur für einen sehr eingeschränkten Teilnehmerkreis und waren zudem nicht in der Lage, Informationen untereinander auszutauschen. Es handelte sich dabei um geschlossene Systeme, die auf bestimmten Technologien aufbauten, untereinander aber nicht kompatibel waren. Die Datenübertragung von einem geschlossenen System in ein anderes ist daher i.a. nur mit erhöhtem Hard- und Softwareaufwand möglich.

Um diesem Mißstand abzuhelfen, entwickelte die ISO eine Vielzahl von OSI (Open System Interconnection)-Standards für den Informationsaustausch zwischen offenen Systemen. Systeme die diesen OSI-Standards genügen, können sehr einfach miteinander kommunizieren. Wegen der großen Anzahl der OSI-Standards wurde ein Einteilungsprinzip geschaffen, das diese Standards in sieben hierarchischen Schichten anordnet und ihre gegenseitigen Beziehungen festlegt - das OSI-Basisreferenzmodell. Dieses Architekurmodell betrachtet ausschließlich Belange der Interaktion zwischen offenen Systemen. Es wird insbesondere keine Aussage über das interne Verhalten der Systeme getroffen. Systeme, die untereinander kommunizieren wollen, können von unterschiedlichen Herstellern stammen und ganz unterschiedliche Betriebssysteme verwenden. Ausschlaggebend für eine Interaktion sind die nach OSI standardisierten Kommunikationsschnittstellen nach außen und die Schnittstellen der physikalischen Systemkomponenten untereinander.

Bild 2.5.5.1. Das ISO/OSI-Basisreferenzmodell [23], [22]

Die Kommunikation wird streng in funktionale Schichten gegliedert. Die Funktionalitäten der Schichten 1 bis 4 umfassen im wesentlichen Transportfunktionen. Diese garantieren einen fehlerfreien Datentransport zwischen den Kommunikationsteilnehmern. Die Schichten 1 bis 3 sind dabei hardwareabhängig, während die Schicht 4 quasi als Anpassungsschicht fungiert. Die Schichten 5 bis 7 beschreiben Anwendungsprotokolle und bauen auf die Dienste der darunter liegenden Schichten auf. Schichten verwenden Dienste der zugrundeliegenden Schicht und erbringen Dienste für die darüberliegende Schicht.

Im folgenden werden die dezidierten Aufgaben der einzelnen Schichten kurz zusammengefaßt:

Schicht 1: Bitübertragungsschicht

Die Bitübertragungsschicht stellt ungesicherte Verbindungen zwischen Systemen für die Übertragung von Bits zur Verfügung. Sie befaßt sich zudem mit Fragen der Kodierung, Modulation sowie der Betriebsart. Alle elektrotechnischen Fragen sind im Prinzip hier anzusiedeln.

Schicht 2: Sicherungsschicht

Die Sicherungsschicht erkennt und korrigiert Fehler in der Datenübertragung, d.h. sie verbessert eine ungesicherte Schicht-1-Verbindung auf Teilstrecken. Zur Realisierung dieses Dienstes erbringt sie Funktionalitäten zur Übertragung von Rahmen, zur Strukturierung empfangener Bitfolgen, zur Fehlererkennung und -behandlung sowie zur Flußkontrolle.

Schicht 3: Vermittlungsschicht

Die Schicht 3 transportiert Pakete über die Teilstrecken des Netzes von Endsystem zu Endsystem, sie ist also für Paketvermittlung und -routing zuständig. Die Vermittlungsschicht stellt sowohl verbindungslose, unzuverlässige als auch verbindungsorientierte Kommunikation zur Verfügung.

Schicht 4: Transportschicht

Die Transportschicht erstellt, entsprechend der Anforderungen der Applikationen hinsichtlich der Übertragungsqualität, Aufträge an die darunterliegenden Schichten und gleicht ungenügende Leistungen dieser Schichten ggf. aus. Die Transportschicht muß also in der Lage sein, Defizite des zugrundeliegenden Netzwerkes auszugleichen und einen best-effort- Transportdienst anzubieten. Wesentliche Funktionalitäten der Schicht 4 zur Erbringung dieses Transportdienstes sind:

• Übertragung der Nachrichten "end-to-end"
• Verbindungssteuerung "end-to-end"
• Flußkontrolle "end-to-end"
• Segmentierung und Reassemblierung von Nachrichten

Schicht 5: Sitzungsschicht

Die Sitzungsschicht regelt den Betriebsablauf einer Sitzung, d.h. sie regelt den Gesprächswechsel zwischen zwei Kommunikationspartnern und übernimmt Synchronisationsaufgaben indem sie z.B. geeignete Sicherungspunkte zum Wiederaufsetzen einer unterbrochenen Verbindung einführt.

Schicht 6: Darstellungsschicht

In der Schicht 6 wird die Transfersyntax zwischen den Teilnehmern festgelegt. Neben der Kodierung und Dekodierung werden Funktionalitäten zur Datenkompression und Datenverschlüsselung zur Verfügung gestellt.

Schicht 7: Anwendungsschicht

Die Anwendungsschicht übernimmt die Aufgabe der Lokalisierung und Identifizierung bzw. Authentisierung von Kommunikationspartnern. Darüber hinaus werden die Dialogform zwischen den Teilnehmern festgelegt und geeignete Anwendungsprotokolle vereinbart. Typische Schicht-7-Protokolle sind z.B. Ftp, SMTP, E-Mail oder RPC.

ISDN-Dienste lassen sich i.a. in Übermittlungsdienste und Teledienste einteilen. Während die Übermittlungsdienste nur in den Schichten 1 bis 3 des OSI-Basisreferenzmodells standardisiert sind, sind die Teledienste in allen sieben Schichten standardisiert.

Bild 2.5.6.1. ISDN Tele- und Übermittlungsdienste [19]

Sowohl die Übermittlungsdienste als auch die Teledienste werden direkt vom Netz unterstützt, d.h. Endgeräte können einen bestimmten Dienst anfordern. Angeschlossene Server können zudem weitere Leistungen oder Dienste erbringen, hier spricht man von sogenannten Mehrwertdiensten. Der Zugriff auf Mehrwertdienste erfolgt auch hier über die durch das Netz unterstützen Dienste.

Übermittlungsdienste entsprechen im Prinzip den durch die Schichten 1 bis 3 festgelegten Transportdiensten nach OSI. Die Schichten 4 bis 7 können durch die Kommunikationspartner frei ausgefüllt werden.

2.5.6.1 Übermittlungsdienste

Bei den Übermittlungsdiensten unterscheiden wir zwischen leitungsvermittelten und paketvermittelten Diensten.

Leitungsvermittelte Übermittlungsdienste	64 kbit/s Datenübertragung 3,1 kHz Audio-Übertragung für Telefondienst aus dem analogen Netz Datenübermittlung über Modem Telefax (Gruppe 2 und 3) Btx Sprachübertragung
Paketvermittelte Übermittlungsdienste	Leitungsvermittelter Zugang zum Paketnetz im B-Kanal Paketvermittelter Zugang mit einem Packet Handler im ISDN über den B- oder den D-Kanal

Tabelle 2.5.6.1.1. Leitungsvermittelte Übertragungsdienste vs. Paketvermittelte Übertragungsdienste [19]

2.5.6.2 Teledienste

Neben den Übermittlungsdiensten wird eine begrenzte Anzahl von Telediensten unterstützt. Folgende Tabelle gibt einen Überblick über bisher festgelegte Teledienste:

Teledienste

ISDN-Fernsprechen mit 3,1 kHz Bandbreite ISDN-Fernsprechen mit 7 kHz Bandbreite ISDN-Teletex mit 64-kbit/s Übertragungsgeschwindigkeit ISDN-Telefax (Gruppe 4) ISDN-Mixed Mode: Datenübertragung mit Text und Bildern ISDN-Btx mit 64 kbit/s Übertragungsgeschwindigkeit Videotelephonie Computerized Communication Service: Datenkommunikation mit standardisierten Protokollen

Tabelle 2.5.6.2.1. Teledienste [19]

2.5.6.3. Dienstmerkmale

Sowohl zu den Übermittlungsdiensten als auch zu den Telediensten lassen sich bestimmte Dienstmerkmale angeben. Dienstmerkmale sind im Prinzip Teilmengen eines Dienstes und lassen sich mit den Leistungsmerkmalen moderner Telekommunikationsanlagen vergleichen.

Tabelle 2.5.6.3.1. gibt einen Überblick:

Anschlußdienstmerkmale	Festverbindungen Endgeräteauswahl am Bus Geschlossene Benutzergruppe Paketvermittlung
Verbindungsmerkmale	Anklopfen mit Anzeige Rufweiterschaltung Automatischer Rückruf bei "Besetzt" Gebührenübernahme durch den B-Tln Konferenzverbindung Ruhe vor dem Telefon
Informationsdienstmerkmale	Gebührenanzeige Teilnehmeranzeige

Tabelle 2.5.6.3.1. Leistungsmerkmale von Telediensten und Übermittlungsdiensten [19]