CEFET/SC - São José

TÓPICOS EM TELEFONIAFábio Alexandre de Souza

Professor

2006-2 até aqui...

Canal Associado - CASSinlaização In BandSinalização Out of bandCanal Comum - CCS

Sistemas de Sinalização

Rede convencional de telefonia

Sinalização por Canal Associado

Esta sinalização está sempre associada fisicamente aos canais telefônicos que correm pelo respectivo meio físico.

CAS

Fazem parte desta Sinalização os protocolos de:

Sinalização de Linha [E/M], que segue pelo canal 16; Sinalização de Registradores [MFC] que segue pelos canais de voz respectivos.

Sinalização de Linha

Esta é a sinalização de estado da linha telefônicaPode ocorrer na forma E/M Contínua, E/M Pulsada ou R2 Digital.

Sinalização de Registradores

Transporta as informações de controle da chamada telefônica [números telefônicos envolvidos, categoria, etc.];

Ocorre na forma analógica, por duplas de tons de áudio [como o DTMF de discagem por tons] com freqüências e durações especiais;

Este tipo de sinalização é conhecido pela sigla MFC [MultiFreqüencial Compelida];

A duração das duplas de tons de cada sinal é variável, pois dado que é compelida um sinal emitido dura até a chegada do sinal de resposta respectivo.

Sinalização In-Band

Sinais de sinalização seguem os mesmos canais físicos das chamadas e são transportados na banda de voz –300 a 3400 Hz:

Supervisão – estado dos circuitos;

Endereçamento – roteamento - #A, #B;

Info Chamadas – Ring, Tone back, etc.

Sinalização Out-of-Band

Os sinais são transportados fora da banda de voz.E & M analógico;R2D Digital

Sinalização por canal comum – CCS

É um tipo de sinalização out-of-band, projetada para trocar sinalização (mensagens) entre switch’s computadorizadas usando canais de sinalização que são separadosseparados dos canais de voz do usuário:

Estabelecimento mais rápido, auto-diagnóstico, confiabilidade, robustez, etc

ISDN Visão Geral

EvoluçãoEvolução das das RedesRedes TelefônicasTelefônicas

1° Passo - Digitalização das Centrais Telefônicas e aTransmissão de Sinais Digitais entre as mesmas.

PréPré--requisitosrequisitos parapara a a rederede ISDNISDN

Digitalização Completa entre os dois terminais A e Bem uma conversação.

Redes Isoladas Redes Isoladas O mundo antigoO mundo antigo

RTPC

Rede de

PacotesDados

Voz

Vídeo

Local 2

Privada

LAN

LAN

LAN

Local 1

Matriz

Desperdício de BandaAlto custo de propriedadeBaixa flexibilidade e escalabilidadeManutenção/Admin. complicadas

ISDN / RDSIISDN / RDSIRedeRede Digital de Digital de ServiçosServiços IntegradosIntegrados

Pela primeira vez, em 1972, o CCITT (atual ITU-T), emitiu, em sua recomendação G.702, a seguinte definição para essa nova rede:

Uma rede digital integrada, na qual os mesmos comutadores e caminhos digitais são usados para os diferentes serviços, por exemplo, telefonia e dados.

Nos períodos subseqüentes de estudo, o CCITT continuou a elaborar as especificações sobre a RDSI, que culminaram em 1984, com as recomendações da Série I do Livro Vermelho.

ISDN / RDSIISDN / RDSIRedeRede Digital de Digital de ServiçosServiços IntegradosIntegrados

Surgiu então a seguinte definição de RDSI:

Uma rede, em geral evoluída da rede digital integrada de telefonia, que proporciona conectividade digital fim-a-fim, para suportar uma variedade de serviços vocais e não vocais, aos quais os usuários têm acesso de um conjunto limitado de interfaces padronizadas

Dados

Voz

Vídeo

Local 2

LAN

LAN

LAN

Local 1

Matriz

ISDN

Melhor aproveitamento de Banda

Menor custo de propriedade

Maior flexibilidade

Manutenção e Admin. mais fáceis

Rede ÚnicaRede Única

ISDNISDN

ISDN - DefiniçõesInterfaces padronizadas permitem evolução dos equipamentos de rede e do cliente;Pode ser vista como um meio digital para transporte de voz e dadosCanais B – Bearer – Transporte de informaçãoCanais D – SinalizaçãoDois tipos de interface

Basic Rate Interface - BRIPrimary Rate Interface - PRI

Interface NInterface N--ISDNISDN

BRI

PRI

Interfaces ISDNInterfaces ISDN

CentralRDSI

UNT 2 NT 1

TNT 1/2

STE1

TATE2R

NT1: fronteira da rede

NT2: PBX do cliente

TE1: terminal RDSI

TE2: terminal não RDSI TA: adaptador de terminal não RDSI

TERMINAL DE REDE (NT)TERMINAL DE REDE (NT)

Geralmente os NTs oferecem as seguintes interfaces:• Interface U com conectores a parafuso;• Interface S/T com acesso ao “bus” S/T através de conectores RJ45;• Interface Serial;• Acesso a duas linhas analógicas através de conectores RJ11;• Acesso à rede de energia elétrica externa;

NT

Para Para rederede ElétricaElétrica

UU

Interface analógicaInterface analógica

““Bus” S/TBus” S/T

ConexãoConexão PontoPonto--aa--PontoPontoA distância máxima entre o TE1 e o NT é de 1000 m.São necessárias impedâncias terminais tanto no TE1 como no final do “bus”.

ConexãoConexão PontoPonto--MultipontoMultipontoInstalação de até 8 terminais nos últimos 50 metros do “bus” a uma distância de até 500 m do NT.

ProtocolosProtocolos ISDNISDNA ISDN utiliza o Modelo OSI dos Três Primeiros Níveis (Físico, Enlace e Rede).

ISDN – Layer 1Camada FísicaNeste Nível ocorre a transmissão dos bits entre a rede (Central ISDN ) e o TE.Esta transmissão ocorre através de duas Interfaces, U e S/T.

Especificação da Interface U Básica:Um par de cobre é usado para Transmissão ISDN 2B+D a 160 Kbps, com uma

compactação em nível de bits do tipo 2B1Q:

BITS SÍMBOLO VOLTS00 -3 -2,501 -1 -0,833 Note que não é usado 0 Volt na Linha10 +3 +2,511 +1 +0,833

A transmissão ocorre em quadros, sendo que cada quadro contém 240 bits, com duração de1,5 ms/quadro, logo uma taxa de 160 Kbps.

SINCRONISMO 12*(B1+B2+D) MANUTENÇÃO

240 bits em 1,5 ms

Interface S Interface S BásicaBásica

A = bit para o procedimento de ativação;B1 = bit para o canal B1;B2 = bit para o canal B2;D = bit para o canal D;E = bit de eco;F = bit para reconhecimento de quadro;FA = bit adicional de reconhecimento de quadro;L = bit de paridade;M = bit de sobre-quadro;N = bit para reconhecimento de uso;S = bit livre;

Canal de ECO: para fazer o controle doacesso ao canal D no “bus”. Assim o conteúdo de um canal D, transmitido por umdos aparelhos terminais, retorna a partir do NTpara o ET para avaliar seu conteúdo. Assimtorna-se possível o controle de acesso dosETs ao canal D.

Neste Nível estão as funções de Supervisão de erros de reconhecimento de bits de enlace, estabelecimento dos enlaces, controle de fluxo de dados e transporte das mensagens dacamada superior.

O protocolo de acesso canal D (LAP-D) é o protocolo usado neste nível, o qual é baseadono protocolo X-25 LAP-B. Abaixo está mostrada a estrutura deste protocolo.

260 bytes2 bytes

2 bytes

2 bytes268 bytes

ISDN – Layer 2Camada de Enlace

O nível de rede ISDN é especificado pelas recomendações Q.930/Q.931 do ITU. São etapasque ocorrem quando a conexão está estabelecida. Este nível e seus respectivos procedimentosutilizam as tarefas e funções do nível 2 e garante uma ocupação coerente da rede pelosusuários. Abaixo está mostrada a estrutura deste protocolo.

260 bytes

ISDN – Layer 3Camada de Rede

TIPOS DE MENSAGENS:Através do tipo de mensagem, são definidas as funções das mensagens do nível 3.

Os tipos são diferentes no decorrer do estabelecimento da conexão, conversação edesconexão. Segue abaixo um exemplo de troca de mensagens em uma Chamada Telefônica.

Protocolo RDSI

Protocolo RDSI

Protocolo RDSI

RDSI

Camada 1 - Física

Camada 2 – Enlace

Camada 3 - Rede

RDSI Camada Fisica

CentralRDSI

UNT 2 NT 1

TNT 1/2

STE1

TATE2R

ISDN – Layer 1Camada Física – Interface U

ISDN – Layer 1Camada Física – Interface UNeste Nível ocorre a transmissão dos bits entre a rede (Central ISDN ) e o NT.Esta transmissão ocorre através de duas Interfaces, U e S/T.

Especificação da Interface U Básica:Um par de cobre é usado para Transmissão ISDN 2B+D a 160 Kbps, com uma

compactação em nível de bits do tipo 2B1Q:

BITS SÍMBOLO VOLTS00 -3 -2,501 -1 -0,833 Note que não é usado 0 Volt na Linha10 +3 +2,511 +1 +0,833

A transmissão ocorre em quadros, sendo que cada quadro contém 240 bits, com duração de1,5 ms/quadro, logo auma taxa de 160 Kbps.

SINCRONISMO (18 bits) 12*(B1+B2+D) (216 bits) MANUTENÇÃO (6bits)

240 bits em 1,5 ms

ISDN – Layer 1Camada Física – Interface T

ISDN – Layer 1Camada Física – Interface T

ISDN – Layer 1Camada Física – Interface S

Interface a 4 fios;Pulsos de 750 mV de pico com impedância de saída de 50 Ω;Código AMI Invertido,Alinhamento de quadro por violação de código;Alimentação local.

Interface S Interface S BásicaBásica

A = bit para o procedimento de ativação;B1 = bit para o canal B1;B2 = bit para o canal B2;D = bit para o canal D;E = bit de eco;F = bit para reconhecimento de quadro;FA = bit adicional de reconhecimento de quadro;L = bit de paridade;M = bit de multiquadro;N = bit de multiquadro;S = bit livre;

Canal de ECO: para fazer o controledo acesso ao canal D no “bus”. Assim, o conteúdo de um canal D transmitidopor um dos aparelhos terminais retornaa partir do NT para o ET para avaliarseu conteúdo, possibilitando o controlede acesso dos ETs ao canal D.

Interface SControle de acesso: contention resolution

Contention Resolution

ISDN – Layer 2D-Channel Data Link Protocol

Provê um enlace de comunicação sem erros entre dispositivos adjacentes.São funções do Layer 2

Gerenciamento do enlace: estabelecimento e derrubada do link de dados entre dispositivos;Framing: Marca o início e fim da transmissão e delimita os dados de usuário (nível 3) dentro do frame;Endereçamento: Indica que dispositivo é o transmissor ou receptor do frame;Sequenciamento de frames;

ISDN – Layer 2D-Channel Data Link Protocol

Reconhecimento (Acknowledjment): reconhece a recepção de frames;Timeout: Controle situações onde o ack não ocorre dentro do período especificado;Controle de erros: detecta erros de bits, framesfora de sequência e perda de frames, corrigindo estes erros;Controle de Fluxo: provê mecanismos para que o receptor possa evitar o ‘alagamento’ por framesrecebidos de um transmissor mais rápido.

Procedimentos de acesso ao link do canal D

O protocolo de nível 2 é o Link Access Procedures on the D-Channel – LAPD.Define a conexão lógica no canal D entre dispositivos usuários (TE ou TA) e a rede (NT2 ou LE). Suporta comunicação serial, síncrona, full-duplex tanto em ponto-a-ponto quanto ponto-a-multiponto sobre a conexão física.

≤260 bytes2 bytes

2 bytes

2 bytes 268 bytes

O nível 2 ISDN usa um protocolo orientado a bit chamado LAPD, similar ao LAPB do X.25, ambos derivados do HDLC.Frames do LAPD – a unidade de transmissão do LAPD é um frame:

Campos LAPD

Flag – Sempre 0111 1110 (7Eh) Indica o início e o final de um frameAddress – Identifica o dispositivo do usuário;Control – Indica o tipo de frame (Information, Supervisory, or Unnumbered ) e pode carregar informações de sequência e ack;Information – Contém mensagens de nível 3 (Q.931), dados de usuários ou informações de gerenciamento;FCS – CRC usado para detectar erros de bits

O protocolo é orientado a bit. O que o receptor faz se uma sequência de flagocorre dentro do frame mas não é flag ?

Flag’s e inserção de bits 0

>> Não faz !!! Quando está transmitindo um frame, após o quinto bit 1 contíguo, um bit 0 é inserido.Exemplo:0111111111110111110

011111011111001111100

Padrões de bits 1:6 – Flag (0111 1110)7 – Abort Signal (011111110)8 ou mais – Idle Channel

Point-to-PointOs dispositivos enviam flag’s quando não há frames para transmitir.

Point-to-MultipointA linha vai para Idle quando não há o que transmitir.

Nível 1: bit 1 é ausência de sinal elétrico !!

O campo controle identifica o tipo de frame que está sendo transmitido

Control e tipos de frame

•N(S) – Número de sequênciadeste frame

•N(R) – Número de sequência do próximo frame I esperado

•S – Supervisory function bit (S-frame)

•M – Modifier function bit (U-frame)

•P/f – poll/final bit

•X – Reservado (fica em zero)

Information Frames (I)Transporta dados das camadas superiores (sinalização, dados). Contém:

O número de sequência deste frame I – N(S)O número de sequência do próximo frame I esperado –N(R)

Frames recebidos com erros de bit serão ignorados, então frames subsequentes serão enviados fora de sequência, fazendo com que o receptor solicite retransmissão.

Control e tipos de frame

Supervisory Frames (S)Controla a troca de frames I. Usado para enviar Ack, indicações de controle de fluxo e de recepção de framesfora I de sequência;Transporta o próximo frame I esperado – N®. Os bits SS especificam o tipo de frame S.

Unnumbered Frames (U)Usado para estabelecer e terminar a conexão do link lógico;Informação não sequencial;Negociação de parâmetros do Data Link e indica algumas condições de erros.

Control e tipos de frame

Principais funções do LAPD:Campo de endereçamento;Multiplexação de vários links lógicos sobre o mesmo canal físico.

Formalmente chamado de Data Link Conection Identifier – DLCI;O campo de endereço tem 13 bits e dois sub-campos:

Terminal Equipament Identifier – TEIService Access Point Identifier – SAPI

Endereçamento de Nível 2

C / R bit – Command / Response bitLado usuário: 0 em comandos e 1 em respostasLado rede: 1 em comandos e 0 em resposto

EA bits – extensão: 0 indica presença de octetos adicionais, 1 que é o octeto final.

Endereçamento de Nível 2

8 7 6 5 4 3 2 1

EA1

EA0

TEI

C/RSAPI

Tipos de Frame LAPDInformation: Transporta dados NV 3Supervisory: Controla troca de frames IUnnumbered: Estabelecimento e desconexão do link lógico, atribuição de TEI, negociação de parâmetros.

Endereçamento de Nível 2

Tipos de Frames LAPD

Transporta informação de gerenciamento de nível 3 e ackSABME, respectivamente

Information e AckU: UI, UA

Derruba um link lógicoDisconnectU: DISC

Estabelece um link lógicoSet AsyncronousBalanced ModeExtended

U: SABME

Requisita a re-transmissão de frames I, limpa condição de falha RNR

RejectS: REJ

Indica uma indisponibilidade temporária do receptor para receber mais frames I

Receive Not ReadyS: RNR

Ack de frame I recebido, limpa uma condição de falha RNR

Receive ReadyS: RR

Transporta dados de nível 3InformationI

FunçãoNomeTipo de Frame

SAP – Service Access PointÉ a interface conceitual entre duas camadas adjacentes de protocolo. É onde uma camada superior acessa serviços providos por uma camada inferior;SAPI – Identificador do SAP. Identifica o processo ou ‘aplicação’ de layer 3. Link Lógico.

TE – Equipamento terminalTEI – Identificador do equipamento terminal

Multiplexação

Cada TE ISDN é capaz de suportar mais de um processo de processo de LayerLayer 3.3.Dentre vários, destacamDentre vários, destacam--sese:

SAPI 0: Mensagens de Sinalização ISDN (Q.931)SAPI 63: Mensagens de manutenção de nível 2

Cada processo de nível 3 no TE precisa se comunicar com o processo de mesmo nível na Central. Cada um destes processos compartilha a mesma conexão física mas tem uma conexão lógica diferente, de modo que cada um é endereçado por um Service Access Point Identifier.

Multiplexação

É um pouco mais complicado no caso ponto-multiponto em BRI, pois serviços disponíveis em um TE podem e estarão disponíveis em outro TE. Assim, o SAPI sozinho não pode diferenciar um link lógico de outro na interface rede-usuário.Os TE’s são então distinguidos uns dos outros através da atribuição de um TEI para cada equipamento.

Multiplexação

Associação do SAPI com o TEI:SAPI+TEI é um identificador único do link lógico usado por um processo em um terminal.

Multiplexação

Através da multiplexação, a Central é capaz de difundir um frame para todos os TE’s sem ter que mandar frames repetidos para cada dispositivo que suporta o mesmo serviço.

Multiplexação

SAPI: tabela normatizadaTEI: 7 bits – 127 diferentes possibilidades, muito mais do que os 8 TE’s possíveis numa interface BRI:

0-63: TEI fixo64-126: TEI dinâmico127: Broadcast, usado pela Central para endereçar com um único frame todos os TE’s da interface

Definição do SAPI e TEI

Os dois tipos de TEI:Fixo – O TE não é capaz de usar os procedimentos do LAPD para requisitar um TEI da rede. Geralmente fica em ROM, Jumpers, etc. Limitado.Dinâmico – O TEI solicita um TEI da redeBroadcast – Usado para endereçar todos os dispositivos ISDN em uma interface

Um TEI é designado a apenas um TE (ISDN Terminal) em uma interface BRI. UM TEI não pode ser designado a mais de um TE, mas mais de um TEI pode ser designado a um TE.

Quando mais de um processo de layer 3 é suportado em um terminal com o mesmo tipo de serviço, diferentes TEI’s precisam ser designados a estes processos de layer 3 !

Os TEI’s são gerenciados com os procedimentos de gerenciamento de TEI do LAPD; as mensagens são transportadas nos frames UnnumberedInformation (U) com SAPI 63 e TEI 127

Gerenciamento de TEI’s

Sinaliz. Q.931 OAM Services

SAPI 0 SAPI 63

Layer 3

TE

Sinaliz. Q.931 OAM Services

SAPI 0 SAPI 63

LE

Canal Físico

Layer 2

Ponto a ponto

Sinaliz. Q.931 OAM Services

SAPI 0 SAPI 63

Layer 3

TE 93

Sinaliz. Q.931 OAM Services

SAPI 0 SAPI 63

LE

Canal Físico

Sinaliz. Q.931 OAM Services

SAPI 0 SAPI 63

TE 85

SAPI 0 SAPI 63 SAPI 0 SAPI 63 SAPI 0 SAPI 63

0:93

63:93

0:85

63:85

Ponto a Multiponto

UI (63,127) [TEI REQUEST 1234]

UI (63, 127) [TEI ASSIGN=100 1234]

SABME (0,100)

UA (0,100)

SABME (16,100)

UA (16,100)

Lado Usuário –Terminal ISDN

Lado Rede –Central ISDN

Troca de frames para designação de TEI e

ativação dos links lógicos do SAPI 0 e 16

No esquema anterior, cada serviço ou processo de layer 3 precisa ter o link lógico inicializado antes de qualquer mensagem ser trocada;No mínimo sempre serão 2 processos: sinalização (CallContro Q.931) e OAM (Operação e Manutenção).

O LAPD permite a troca de frames entre dois dispositivos para negociar parâmetros e valores de temporizadores.Depois que um link lógico está estabelecido, um dispositivo envia um frame XID com os parâmetros e valores de temporizadorespara o outro. Se não receber resposta, assume que o outro dispositivo não consegue negociar e utiliza os valores default.

Parâmetros e Temporizadores

Máximo de tempo sem troca de frames. Depois deste tempo, o link lógico é finalizado

10 segundosT203

Mínimo tempo entre retransmissão de mensagem de requisição de TEI

2 segundosT202

Mínimo tempo entre retransmissão de mensagem de Check de TEI

(T200)T201

Tempo para aguardar reply1 segundoT200

Máxima quantidade de framesInformation sem ack (janela)

BRI (SAPI=0):1BRI (SAPI ≠ 0): 3

PRI: 7

K

Máxima qtde de retransmissões do frame de requisição de TEI

3N202

Máximo comprimento do campo Information

260 octetosN201

Máxima qtde de retransmissões de um frame

3N200

FunçãoDefaultParâmetro / Timer

O nível de rede ISDN é especificado pelas recomendações Q.930/Q.931 do ITU. São etapasque ocorrem quando a conexão está estabelecida. Este nível e seus respectivos procedimentosutilizam as tarefas e funções do nível 2 e garante uma ocupação coerente da rede pelosusuários. Abaixo está mostrada a estrutura deste protocolo.

260 bytes

ISDN – Layer 3Camada de Rede

Mensagens

Q.931 e Q.932Call estabilishmentCall information phaseCall clearingMiscellaneous

Tabela 4 da apostila

TIPOS DE MENSAGENS:Através do tipo de mensagem, são definidas as funções das mensagens do nível 3.

Os tipos são diferentes no decorrer do estabelecimento da conexão, conversação edesconexão. Segue abaixo um exemplo de troca de mensagens em uma Chamada Telefônica.