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Modello di connessione ISDN secondo OSI
Nell'ottica del protocollo OSI, la gestione del canale B è a carico dell'utente per tutti i livelli dal 7 al 2, mentre il canale D viene gestito dalla rete nei livelli 1, 2 e 3.
Nella slide 2/10 si può vedere un modello di connessione ISDN dal punto di vista del protocollo OSI: l'utente che trasmette e riceve informazioni deve gestire completamente il flusso di dati che arriva dal canale B poichè la rete provvede solamente al trasporto di questi, mentre la segnalazione sul canale D deve rispettare le specifiche di livello 2 (stabilite dalle Q.920 [ISDNQ920]) e di livello 3 (Q.930 [ISDNQ930]), per cui l'utente interviene solamente sui livelli superiori.
Non è sempre possibile determinare in maniera esatta la fine di uno strato e l'inizio di un altro: questi strati sono delle astrazioni che permettono una semplificazione concettuale, ma che possono essere realizzati in svariati modi, non sempre in maniera distinta e ben definita.
Va inoltre precisato che i canali B a disposizione dell'utente sono fra loro indipendenti per quanto riguarda il contenuto informativo, ma sono correlati fra loro temporalmente: questo fatto consente, qualora ve ne sia la necessità, di utilizzare più canali B contemporaneamente, creando a tutti gli effetti una connessione singola a velocità maggiore.
Questo non è vero per il canale D, che, a causa del protocollo implementato per la sua gestione, è soggetto a slittamenti temporali rispetto ai canali B: per questo motivo, il canale D può essere sfruttato solamente per comunicazioni di tipo a pacchetto.
Come è già stato detto, il fornitore del servizio gestisce solamente il primo strato del protocollo OSI per quanto riguarda il canale B, ovvero si limita a trasportare le informazioni da un utente all'altro senza intervenire su di esse: l'utente deve disporre di apparecchiature in grado di identificare e gestire i vari protocolli in arrivo (fax, voce, videocomunicazione, etc...), oppure di rifiutare la connessione.
La descrizione che segue riguarda i primi tre strati del modello OSI per la parte di rete che si trova dopo la terminazione di rete presso l’utente di un accesso base, e quindi limitatamente a due canali B ed un canale D.
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Lo strato 1 (canali B e D)
Nello strato 1 viene effettuato il trasporto fisico delle informazioni: a livello elettrico abbiamo due coppie di conduttori, una per la ricezione ed una per la trasmissione; una differenza di potenziale di circa 3 V (indipendentemente dalla polarità) fra i due conduttori indica un bit uguale a zero, mentre se non vi è differenza di potenziale si ha un bit uguale a uno.
Quando uno dei dispositivi connessi decide di inviare informazioni, vi sono due possibilità: o la rete è già attiva, oppure la rete è in condizione di riposo. Nel primo caso il trasmettitore dovrà per prima cosa prelevare dalla rete le informazioni necessarie per sincronizzarsi, mentre nel secondo caso esiste una procedura che, tramite dei pattern di segnale ben precisi, porta alla sincronizzazione.
Una volta avvenuta la sincronizzazione, le informazioni sono contenute in frame da 48 bit ciascuna e della durata di 250us (microsecondi): in ciascuno di questi frame vi sono 2 byte per ogni canale B e un nibble del canale D, più 12 bit che servono per la sincronizzazione e la gestione del bilanciamento in continua.
Nella slide 4/11 è riportata la struttura di un frame a 48 bit del primo livello OSI. I bit senza indicazioni sono necessari per la sincronizzazione e per altre funzioni di gestione.
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...segue spiegazione del livello 1.
La slide 4/11 riporta il significato dei vari bit del frame. La struttura del frame è riportata nella slide 3/11.
Vediamo adesso la modalità di accesso al canale D: quando un terminale deve trasmettere dei dati sul canale D, deve per prima cosa assicurarsi che non vi sia nessun altro terminale che sta trasmettendo: per far questo viene esaminato il bit di eco e, qualora vi sia un certo numero di bit alti consecutivi, il terminale in questione può iniziare la trasmissione poichè il canale D è libero (quando sul canale D passano più di sei "1" consecutivi il canale è senz'altro libero: questo fatto è conseguenza del protocollo HDLC di livello 2.). Può accadere che due terminali debbano trasmettere dei dati, e che quindi entrambi inizino la trasmissione non appena il canale D risulta libero: anche in questo caso il problema viene risolto tramite il bit di eco. Infatti ogni terminale controlla questo bit anche durante la trasmissione, e non appena si accorge che non coincide con quanto trasmesso, libera immediatamente il canale.
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Lo strato 2 - Canale D
La funzione dello strato 2 è quella di consentire il passaggio di informazioni dallo strato 3 allo strato 1, in sequenza e con un controllo di errore in grado di rivelare eventuali problemi di trasmissione.
Il fornitore del servizio stabilisce le specifiche solamente per il canale D, mentre per il canale B viene lasciata libertà di agire come meglio si crede (nel caso di un normale collegamento in fonia, ad esempio, i dati del canale B arrivano fino al convertitore D/A senza nessuna correzione d'errore): tali specifiche vengono comunemente indicate con la sigla LAP-D (Link Access Procedure for a D Channel).
Al livello dello strato 2 le informazioni sono raggruppate in frame, gruppi di byte strutturati e di lunghezza variabile: la struttura fondamentale del frame di livello 2 è visibile nella slide 5/11. In tale struttura trovano posto i byte di controllo e i byte di dati, questi ultimi presenti solo durante lo scambio di informazioni da e verso il livello 3.
Per poter riconoscere immediatamente il flag di apertura o chiusura di un frame (ovvero la sequenza di bit 01111110) o la condizione di idle del canale (una sequenza ininterrotta di bit 1) da eventuali trasmissioni di dati, durante la trasmissione effettiva di dati non vengono mai spediti più di cinque bit consecutivi posti a 1: nel caso si debba trasmettere un dato che contenga tale sequenza, il trasmettitore inserisce automaticamente un bit 0 dopo il quinto bit 1; l'operazione inversa sarà fatta dal ricevitore, che andrà togliere il bit 0 dopo cinque bit 1 consecutivi: se i bit 1 consecutivi sono più di cinque, il ricevitore è immediatamente in grado di stabilire il verificarsi di una delle due condizioni viste prima.
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...segue spiegazione del livello 2.
La slide 6/11 riporta il particolare della struttura dei byte n. 2 e 3 del frame di livello 2.
Essi contengono il SAPI (Service Access Point Identifier) ed il TEI (TErminal access point Identifier), nonchè un bit (C/R) che identifica il messaggio come comando o come risposta. L'ultimo bit di ciascun byte è il bit di estensione che, se posto a 0, indica che il messaggio prosegue sul prossimo byte: nel nostro caso sono sempre di valore 0 il primo e 1 il secondo.
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...segue spiegazione del livello 2.
Il SAPI permette di definire 64 diversi tipi di accesso, anche se attualmente i valori utilizzati sono solamente i seguenti (i valori liberi sono riservati per usi nazionali e per future standardizzazioni):
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Lo strato 3 - Canale D
Anche in questo caso le specifiche riguardano solamente il canale D, mentre per il canale B viene lasciata completa libertà.
Questo strato è responsabile dell'inizio e del mantenimento di una connessione; le informazioni di questo strato sono trasportate tramite i frame di tipo I dello strato 2; la slide 8/11 riporta la struttura generale dei messaggi dello strato 3.
Vediamo più in dettaglio il significato dei byte sopra descritti:
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La segnalazione di rete in ISDN
La segnalazione di rete adotta un modello che è simile a quello ISO-OSI (ma non identico) e che è stato standardizzato secondo la Raccomandazione CCITT Q.700 ed è chiamato sistema di segnalazione N. 7 (SS7).
Lo strato 3 della segnalazione ISDN tra utente e terminazione di rete (segnalazione di utente) viene trasportato attraverso la rete dal sistema SS7 e riconvertito all'altra estremità.
Il sistema SS7 ha una architettura a strati, simile a OSI, ma semplificata in soli 4 livelli, dei quali i primi tre sono detti "Message Transfer Part" (MTP) e il quarto è detto "User Part".
Vediamo in dettaglio i 4 strati:
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Un esempio di chiamata ISDN
La slide 10/11 riporta la schematizzazione di una procedura di chiamata e di terminazione della connessione per un accesso base su di una linea ISDN. Per eseguire una chiamata, l'utente deve spedire tutte le informazioni necessarie alla rete (ad esempio il numero chiamato e gli eventuali servizi richiesti); inoltre dovrà fornire le funzioni richieste al terminale chiamato, per accertare la compatibilità fra i due utenti (possono essere specificate caratteristiche di basso livello, come la velocità di trasmissione, e caratteristiche di alto livello, come la presenza di FAX, video, etc...).
Una volta inviate le informazioni sufficienti, la rete invita l'utente a procedere con un messaggio apposito, mentre viene inviato all'utente chiamato un messaggio di setup: tale messaggio viene ricevuto da tutti i terminali (TE) connessi; nel nostro esempio, i terminali 5 ed 8 sono compatibili con le richieste del chiamante.
A questo punto, i terminali 5 e 8 dell'utente chiamato agiranno di conseguenza, ad esempio ci potrebbe essere l'emissione di un segnale acustico o l'accensione di una stampante: durante la segnalazione della chiamata in arrivo, i terminali inviano alla rete un messaggio appropriato ("avviso" nella slide). Una volta che ciascun terminale è stato attivato, invia un segnale di connessione sulla rete e attende la conferma o meno della avvenuta connessione con il chiamante; nel nostro esempio il primo terminale a rispondere è il 5, per cui la rete risponderà a quel terminale e al terminale chiamante con segnale di connessione avvenuta, mentre sarà inviato a tutti gli altri terminali che avevano risposto alla chiamata (nel nostro esempio il terminale 8) un messaggio che li riporti in condizione di attesa.
Da questo momento in poi inizia la comunicazione fra i due terminali (ed inizia anche il conteggio della tariffa da parte dell'ente che fornisce il servizio), che può essere interrotta tramite la richiesta di sconnessione da parte dell'utente verso la rete. Oltre alla conclusione, esiste anche la possibilità di sospendere una connessione, ad esempio per spostare il terminale da una stanza all'altra: in questo caso, basta inviare un segnale di sospensione ed attendere la conferma dalla centrale; quest'ultima attenderà finché non venga inviato un segnale di fine sospensione, e da questo punto in poi la comunicazione potrà riprendere.
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...segue esempio di chiamata ISDN
Per farsi un’idea delle informazioni necessarie per stabilire un collegamento, si veda nella slide 11/11 il contenuto di un frame di SETUP che un TE deve inviare al NT per stabilire una chiamata interurbana a voce con protocollo europeo (A-law) al numero 4796382 del distretto di Firenze; il numero in questione viene inviato secondo la normale codifica ASCII.
Si noti che l'esempio riporta solamente le informazioni di livello 3, per inviare il messaggio occorrono anche le informazioni di livello 2 (flag di inizio e fine frame, TEI, SAPI e CRC).
I dettagli della codifica di questi messaggi si trovano nelle specifiche Q.931 [ISDNQ931] della
ITU-T.
