CEFET/SC - São José. TÓPICOS EM TELEFONIA Fábio Alexandre de Souza Professor

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1 CEFET/SC - São José TÓPICOS EM TELEFONIA Fábio Alexandre de Souza Professor

2 até aqui... Canal Associado - CAS Sinlaização In Band Sinalização Out of band Canal Comum - CCS

3 Sistemas de Sinalização Rede convencional de telefonia

4 Sinalização por Canal Associado Esta sinalização está sempre associada fisicamente aos canais telefônicos que correm pelo respectivo meio físico.

5 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.

6 Sinalização de Linha Esta é a sinalização de estado da linha telefônica Pode ocorrer na forma E/M Contínua, E/M Pulsada ou R2 Digital.

7 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 [Multi Freqüencial 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.

8 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.

9 Sinalização Out-of-Band Os sinais são transportados fora da banda de voz. E & M analógico; R2D Digital

10 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 separados dos canais de voz do usuário: Estabelecimento mais rápido, auto-diagnóstico, confiabilidade, robustez, etc

11 ISDN Visão Geral

12 Evolução das Redes Telefônicas 1 Passo - Digitalização das Centrais Telefônicas e a Transmissão de Sinais Digitais entre as mesmas.

13 Pré-requisitos requisitos para a rede ISDN Digitalização Completa entre os dois terminais A e B em uma conversação.

14 Redes Isoladas O mundo antigo LAN Dados LAN Rede de Pacotes Local 1 Voz RTPC LAN Matriz Vídeo Desperdício de Banda Alto custo de propriedade Baixa flexibilidade e escalabilidade Manutenção/Admin. complicadas Privada Local 2

15 ISDN / RDSI Rede Digital de Serviços Integrados 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.

16 ISDN / RDSI Rede Digital de Serviços Integrados Surgiu então a seguinte definição de RDSI: Uma rede, em geral evoluída da rede digital integrada de telefonia, que proporciona conectividade digital fim-afim, para suportar uma variedade de serviços vocais e não vocais, aos quais os usuários têm acesso de um conjunto limitado de interfaces padronizadas

17 ISDN Rede Única LAN Dados Voz LAN ISDN Local 1 LAN Matriz Vídeo Melhor aproveitamento de Banda Menor custo de propriedade Maior flexibilidade Manutenção e Admin. mais fáceis Local 2

18 ISDN - Definições Interfaces padronizadas permitem evolução dos equipamentos de rede e do cliente; Pode ser vista como um meio digital para transporte de voz e dados Canais B Bearer Transporte de informação Canais D Sinalização Dois tipos de interface Basic Rate Interface - BRI Primary Rate Interface - PRI

19 Interface N-ISDNN BRI PRI

20 Interfaces ISDN TE1 S NT 1/2 T NT 2 NT 1 U Central RDSI TE2 R TA NT1: fronteira da rede NT2: PBX do cliente TE1: terminal RDSI TE2: terminal não RDSI TA: adaptador de terminal não RDSI

21 TERMINAL DE REDE (NT) U NT Bus S/T Interface analógica Interface analógica Para rede Elétrica 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;

22 Conexão Ponto-a-Ponto A distância máxima entre o TE1 e o NT é de 1000 m. São necessárias impedâncias terminais tanto no TE1 como no final do bus.

23 Conexão Ponto-Multiponto Instalação de até 8 terminais nos últimos 50 metros do bus a uma distância de até 500 m do NT.

24 Protocolos ISDN A ISDN utiliza o Modelo OSI dos Três Primeiros Níveis (Físico, Enlace e Rede).

25 ISDN Layer 1 Camada Física Neste 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 VOLTS , ,833 Note que não é usado 0 Volt na Linha , ,833 A transmissão ocorre em quadros, sendo que cada quadro contém 240 bits, com duração de 1,5 ms/quadro, logo uma taxa de 160 Kbps. SINCRONISMO 12*(B1+B2+D) MANUTENÇÃO 240 bits em 1,5 ms

26 Interface S Básica 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 do acesso ao canal D no bus. Assim o conteúdo de um canal D, transmitido por um dos aparelhos terminais, retorna a partir do NT para o ET para avaliar seu conteúdo. Assim torna-se possível o controle de acesso dos ETs ao canal D.

27 ISDN Layer 2 Camada de Enlace 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 da camada superior. O protocolo de acesso canal D (LAP-D) é o protocolo usado neste nível, o qual é baseado no protocolo X-25 LAP-B. Abaixo está mostrada a estrutura deste protocolo. 2 bytes 268 bytes 2 bytes 260 bytes 2 bytes

28 ISDN Layer 3 Camada de Rede O nível de rede ISDN é especificado pelas recomendações Q.930/Q.931 do ITU. São etapas que ocorrem quando a conexão está estabelecida. Este nível e seus respectivos procedimentos utilizam as tarefas e funções do nível 2 e garante uma ocupação coerente da rede pelos usuários. Abaixo está mostrada a estrutura deste protocolo. 260 bytes

29 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 e desconexão. Segue abaixo um exemplo de troca de mensagens em uma Chamada Telefônica.

30 Protocolo RDSI Protocolo RDSI

31 Protocolo RDSI

32 RDSI Camada 1 - Física Camada 2 Enlace Camada 3 - Rede

33 RDSI Camada Fisica TE1 S NT 1/2 T NT 2 NT 1 U Central RDSI TE2 R TA

34 ISDN Layer 1 Camada Física Interface U

35 ISDN Layer 1 Camada Física Interface U Neste 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 VOLTS , ,833 Note que não é usado 0 Volt na Linha , ,833 A transmissão ocorre em quadros, sendo que cada quadro contém 240 bits, com duração de 1,5 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

36 ISDN Layer 1 Camada Física Interface T

37 ISDN Layer 1 Camada Física Interface T

38 ISDN Layer 1 Camada 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.

39 Interface S Básica 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 controle do acesso ao canal D no bus. Assim, o conteúdo de um canal D transmitido por um dos aparelhos terminais retorna a partir do NT para o ET para avaliar seu conteúdo, possibilitando o controle de acesso dos ETs ao canal D.

40 Interface S Controle de acesso: contention resolution

41 Contention Resolution

42 ISDN Layer 2 D-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;

43 ISDN Layer 2 D-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, frames fora de sequência e perda de frames, corrigindo estes erros; Controle de Fluxo: provê mecanismos para que o receptor possa evitar o alagamento por frames recebidos de um transmissor mais rápido.

44 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-aponto quanto ponto-a-multiponto sobre a conexão física.

45 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: 2 bytes 268 bytes 2 bytes 260 bytes 2 bytes

46 Campos LAPD Flag Sempre (7Eh) Indica o início e o final de um frame Address 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

47 Flag s e inserção de bits 0 O protocolo é orientado a bit. O que o receptor faz se uma sequência de flag ocorre dentro do frame mas não é flag? >> Não faz!!! Quando está transmitindo um frame, após o quinto bit 1 contíguo, um bit 0 é inserido. Exemplo:

48 Padrões de bits 1: 6 Flag ( ) 7 Abort Signal ( ) 8 ou mais Idle Channel Point-to-Point Os dispositivos enviam flag s quando não há frames para transmitir. Point-to-Multipoint A linha vai para Idle quando não há o que transmitir. Nível 1: bit 1 é ausência de sinal elétrico!!

49 Control e tipos de frame O campo controle identifica o tipo de frame que está sendo transmitido N(S) Número de sequência deste frame N(R) Número de sequência do próximo frame I esperado S Supervisory function bit (Sframe) M Modifier function bit (Uframe) P/f poll/final bit X Reservado (fica em zero)

50 Control e tipos de frame 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.

51 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 frames fora 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.

52 Endereçamento de Nível 2 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 TEI Service Access Point Identifier SAPI

53 Endereçamento de Nível 2 C / R bit Command / Response bit Lado usuário: 0 em comandos e 1 em respostas Lado rede: 1 em comandos e 0 em resposto EA bits extensão: 0 indica presença de octetos adicionais, 1 que é o octeto final SAPI TEI C/R EA0 EA1

54 Endereçamento de Nível 2 Tipos de Frame LAPD Information: Transporta dados NV 3 Supervisory: Controla troca de frames I Unnumbered: Estabelecimento e desconexão do link lógico, atribuição de TEI, negociação de parâmetros.

55 Tipos de Frames LAPD Tipo de Frame Nome Função I Information Transporta dados de nível 3 S: RR Receive Ready Ack de frame I recebido, limpa uma condição de falha RNR S: RNR S: REJ U: SABME U: DISC Receive Not Ready Reject Set Asyncronous Balanced Mode Extended Disconnect Indica uma indisponibilidade temporária do receptor para receber mais frames I Requisita a re-transmissão de frames I, limpa condição de falha RNR Estabelece um link lógico Derruba um link lógico U: UI, UA Information e Ack Transporta informação de gerenciamento de nível 3 e ack SABME, respectivamente

56 Multiplexação SAP Service Access Point É 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 terminal TEI Identificador do equipamento terminal

57 Multiplexação Cada TE ISDN é capaz de suportar mais de um processo de Layer 3. Dentre vários, destacam-se se: 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.

58 Multiplexação É um pouco mais complicado no caso pontomultiponto 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.

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

60 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.

61 Definição do SAPI e TEI SAPI: tabela normatizada TEI: 7 bits 127 diferentes possibilidades, muito mais do que os 8 TE s possíveis numa interface BRI: 0-63: TEI fixo : TEI dinâmico 127: Broadcast, usado pela Central para endereçar com um único frame todos os TE s da interface

62 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 rede Broadcast Usado para endereçar todos os dispositivos ISDN em uma interface

63 Gerenciamento de TEI s 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 Unnumbered Information (U) com SAPI 63 e TEI 127

64 Ponto a ponto TE LE Layer 3 Sinaliz. Q.931 OAM Services Sinaliz. Q.931 OAM Services Layer 2 SAPI 0 SAPI 63 SAPI 0 SAPI 63 Canal Físico

65 Ponto a Multiponto TE 93 SAPI 0 SAPI 63 TE 85 SAPI 0 SAPI 63 LE SAPI 0 SAPI 63 Layer 3 Sinaliz. Q.931 OAM Services Sinaliz. Q.931 OAM Services Sinaliz. Q.931 OAM Services SAPI 0 SAPI 63 SAPI 0 SAPI 63 SAPI 0 SAPI 63 63:85 0:85 63:93 0:93 Canal Físico

66 Troca de frames para designação de TEI e ativação dos links lógicos do SAPI 0 e 16 UI (63,127) [TEI REQUEST 1234] UI (63, 127) [TEI ASSIGN= ] SABME (0,100) UA (0,100) SABME (16,100) UA (16,100) Lado Usuário Terminal ISDN Lado Rede Central ISDN

67 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).

68 Parâmetros e Temporizadores 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 temporizadores para o outro. Se não receber resposta, assume que o outro dispositivo não consegue negociar e utiliza os valores default.

69 Parâmetro / Timer N200 N201 N202 K T200 Default octetos 3 BRI (SAPI=0):1 BRI (SAPI 0): 3 PRI: 7 1 segundo Função Máxima qtde de retransmissões de um frame Máximo comprimento do campo Information Máxima qtde de retransmissões do frame de requisição de TEI Máxima quantidade de frames Information sem ack (janela) Tempo para aguardar reply T201 (T200) Mínimo tempo entre retransmissão de mensagem de Check de TEI T202 T203 2 segundos 10 segundos Mínimo tempo entre retransmissão de mensagem de requisição de TEI Máximo de tempo sem troca de frames. Depois deste tempo, o link lógico é finalizado

70 ISDN Layer 3 Camada de Rede O nível de rede ISDN é especificado pelas recomendações Q.930/Q.931 do ITU. São etapas que ocorrem quando a conexão está estabelecida. Este nível e seus respectivos procedimentos utilizam as tarefas e funções do nível 2 e garante uma ocupação coerente da rede pelos usuários. Abaixo está mostrada a estrutura deste protocolo. 260 bytes

71 Mensagens Q.931 e Q.932 Call estabilishment Call information phase Call clearing Miscellaneous Tabela 4 da apostila

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73 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 e desconexão. Segue abaixo um exemplo de troca de mensagens em uma Chamada Telefônica.