3.2 ISDN-Basisanschluß

Jeder normale Telefonanschluß kann, auf Antrag, in einen ISDN-Basisanschluß umgewandelt werden, wenn eine Angliederung an eine digitale Vermittlungsstelle zur Verfügung steht. Ob ein Anschluß an einer digitalen Vermittlungsstelle vorhanden ist, kann ganz einfach festgestellt werden durch den Versuch, mit Ton-Wahl (DTMF) zu wählen. Ist nur der Puls-Wahl-Modus möglich, dann ist man noch an einer alten analogen Vermittlungsstelle angeschlossen, und es wird etwas länger dauern, bis der ISDN-Anschluß geschaltet wird. Ein ISDN-Anschluß ist z.zt. teurer als ein normaler Telefonanschluß, er hat aber auch einige Vorteile. Einer der zwei wichtigsten ist, daß auf einem einzigen Leitungspaar, der UK0-Leitung, gleichzeitig zwei Kommunikatiosverbindungen nach draußen geführt werden können, was z.B. eine Dreierkonferenz ermöglicht, weiterhin Sprechen und Faxen gleichzeitig, Angerufenwerden während telefoniert wird und vieles mehr [2]. Der andere große Vorteil ist die viel höhere Übertragungsrate von Daten. Das schnellste verfügbare Modem kann auf einer normalen Telefonleitung 33,6kBit/s (spezielle Modems 56,7kBit/s) übertragen. ISDN kann 64kBit/s, oder wenn beide Kanäle benutzt werden, sogar 128kBit/s (kostet aber auch doppelt Gebühren). Bei ISDN-Anschlußverlegung wird von der Telekom ein NTBA an die Leitung angeschlossen, an der sich zuvor das analoge Telefon befunden hat (Abbildung 1). Damit wird die Leitung zur Vermittlungsstelle zur Uk0-Schnittstelle, an der natürlich kein analoges Telefon mehr angeschlossen werden darf, da sich die elektrischen Eigenschaften geändert haben.


Abbildung 1: ISDN-Basisanschluß

3.2.1 ISDN So-Bus

An dem NTBA steht der S0-Bus zur Verfügung. Dort können nun die ISDN-Endgeräte (Telefon, ISDN-Karte, u.s.w.) oder eine ISDN-Telefonanlage angeschlossen werden (Abbildung 1). An diesem Bus können max. acht Geräte betrieben werden, die mit maximal zehn Meter langen Stichleitungen am Bus angeschlossen werden. Der gesamte S0-Bus darf 150 Meter bei Mehrgeräteanschluß oder 1000 Meter bei einem einzigen angeschlossenen Gerät lang sein. Dieser S0-Bus ist vieradrig, davon sind zwei Adern für den Transport der Daten vom Endgerät (TE) zum Netzabschlußadapter (NTBA oder NT) belegt und zwei für die Daten vom NT zum TE. Eine Stromversorgung für die Endgeräte wird zusätzlich mit auf dem S0-Bus zur Verfügung gestellt (Abbildung 2). Es handelt sich hierbei um eine Spannung von 40V zwischen den Leitungspaaren a1-b1 und a2-b2, die mit max 100mA belastet werden darf. Die Signale werden mittels eines Übertragers in den ISDN-Geräten aus den Leitungspaaren ausgekoppelt.


Abbildung 2: ISDN Western-Stecker

Beim S0-Bus repräsentiert der Netzabschlußadapter (NTBA oder NT) die Vermittlungsstelle, weil vom NTBA die Uk0-Leitung zur Vermittelungsstelle geht. Der S0-Bus sieht nur den NTBA und hat eine Übertragungsrate von 144 kBit/s netto pro Richtung. Das sind 2 B-Kanäle mit je 64 kBit/s und ein D-Kanal mit 16 kBit/s. Es gibt zudem noch Synchronisations- und Steuerbits (Abbildung 3) auf dem Bus, die hier nicht weiter betrachtet werden, da sie für die Verschlüsselung der Nutzdatenkanäle nicht weiter wichtig sind und diese Bits schon automatisch in allen am Markt verfügbaren ISDN-Chip abgearbeitet werden. Für die Verschlüsselung sind eigentlich nur die Nutzdatenkanäle, die B-Kanäle, interessant.


Abbildung 3: Signale auf dem ISDN S0-Bus

3.2.2 ISDN D-Kanal

In diesem Signalisierungskanal, der wichtigsten Einheit im ISDN-System, werden sämtliche Steuerfunktionen übertragen. Die ganze Organisation wie z.B. Verbindungsauf- und -abbau, ankommender Ruf (Klingel), gewählte Ziffern, Rufnummer des Gesprächspartners, Gebühreninformationen und vieles mehr wird auf dem D-Kanal übertragen. Als wichtig sei hier erwähnt, daß im D-Kanal anzugeben ist, welcher Art die Nutzdaten auf den B-Kanälen sind (Sprache oder Daten). Das ist insofern für die vorliegende Diplomarbeit wichtig, da ein Telefon "restricted" Sprechdaten anmeldet, aber diese nach dem Verschlüsseln nur noch „unrestricted" Binärdaten sind.


Das sehr komplexe ISDN-D-Kanal Protokoll ist in 3 Schichten (Abbildung 4) aufgeteilt. Die erste Schicht ist die Hardware- und Bitübertragungsschicht. Die Richtlinien für die Schicht 1 des D-Kanals sind in der ITU-T I.430 / I.431 Norm festgelegt. Beim S0-Bus ist eine 0 dominant und die 1 rezessiv. Diese Festlegung ist wichtig, da an dem Bus bis zu 8 Geräte gleichzeitig angeschlossen sein können, die ein D-Kanal Paket senden wollen. Daher gibt es eine Kollisionserkennung, die dem Gerät mit der niedrigeren Priorität veranlaßt, die Sendung einzustellen. Da die D-Kanal Informationen bitweise übertragen werden, muß eine Bytesynchronisation stattfinden. Diese besteht aus der Bitfolge "601111110" und wird immer am Anfang und Ende eines D-Kanal Pakets übertragen. Damit es keine Verwechslungen mit Daten gibt, die auch zufällig sechs oder mehr Einsen hintereinander haben, wird nach dem „Bitstuffing" Algorithmus immer nach fünf aufeinanderfolgenden Einsen vom Sender eine Null eingefügt, die vom Empfänger wieder entfernt wird. Damit ist sichergestellt, daß die Bitfolge „01111110" nur für die Bytesychronisation zuständig ist, und acht oder mehr Einsen kennzeichnen einen freien D-Kanal. Bei der Bitfolge "011111110" wird ein Rahmenabbruch durchgeführt. Dieses Verfahren stammt aus dem HDLC-Protokoll, welches für X.25 eingesetzt wird.
In der zweiten Schicht liegt die Aufgabe der Fehlererkennung und -behandlung sowie die Adressierung der Pakete auf dem D-Kanal, damit diese das richtige Gerät erreichen. Die ITU-T Norm für Schicht 2 ist Q.920 / Q.921.
Die dritte Schicht enthält nun die eigentlichen Signalisierungsdaten. Es gibt zur Zeit zwei Standards für diese Schicht, die von der Telekom in Deutschland eingesetzt werden. Die eine ist die alte nationale 1TR6 Norm, die von der Bundespost eingeführt wurde. Sie wird noch voraussichtlich bis ins Jahr 2003 von der Telekom unterstützt. Die andere ist die europaweit geltende Norm DSS1 ITU-T Q.930 / Q.932. Diese Norm ist die allgemein gültige für einen zukünftigen Basisanschluß.

3.2.3 ISDN B-Kanal

Sobald mit Hilfe des D-Kanals eine Verbindung zwischen zwei Partnern aufgebaut worden ist, werden die eigentlichen Nutzinformationen auf dem B-Kanal übertragen. Welcher der beiden B-Kanäle für diese Verbindung benutzt wird, wurde zuvor mit dem D-Kanal signalisiert.
Die Informationen auf dem B-Kanal werden byteweise übertragen, und im Rahmen dieser Arbeit entfällt die Bytesynchronisation. Es werden pro B-Kanal 64 KBit/s oder dementsprechend 8 KByte/s übertragen. Im B-Kanal gibt es keine weitere Schichtenaufteilung, da diese Bytes gleich von der Anwendungsschicht genutzt werden. Beim ISDN-Telefon sind diese Bytes zugleich die Werte für den A/D und D/A-Wandler. Die 8 Bits werden lediglich auf 14 Bit mit dem A-law Verfahren expandiert. Diese Bit-Expansion und Kompression ist in der IUT-T G.711 beschrieben. Durch ISDN-Karten werden die Bytes aus dem ISDN-Kanal direkt in den Computer übertragen und dort nach Bedarf weiterverarbeitet.
Für die Verschlüsselung der B-Kanal Daten ist folgendes zu beachten:
Der konstante Bytestrom von 8000 Byte/s kann fehlerhafte Bytes enthalten. Es muß nun dafür gesorgt werden, daß dieser Bytestrom beim Sender verschlüsselt und beim Empfänger entschlüsselt wird und sich somit wieder die ursprünglichen Daten ergeben, obwohl durchaus ein Byte während der Übertragung gestört werden kann. Welcher Art die eigentlichen Nutzdaten sind (Sprache, Fax oder Daten) ist unerheblich. Der Vermittlungsstelle muß lediglich über dem D-Kanal mitgeteilt werden, daß „unrestricted" Binärdaten übertragen werden, damit diese nicht als Sprachdaten interpretiert werden und unter Umständen z.B. durch GSM-Sprach-Compression oder analoge Leitungen einer Verfremdung unterliegen.
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