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四、 ISDN交换技术

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主要内容

ISDN 的基本概念 ISDN 的交换技术 ISDN 交换机的一般结构

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ISDN 的基本特征 ISDN 的业务 ISDN 的用户——网络接口

1 、 ISDN 的基本概念

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1.1 ISDN 的基本特征—— ISDN 的由来最早的电信业务只有：电话和电报通信新型的业务出现（即对数据、话音、图像、文字等各种信息的处理和传递）对应不同的业务有不同的通信网络，故电信网络所处的状况是：各种不同的公用网同时并存，分别用来提供不同的业务。

缺点：从用户角度：经济性差、效率低、使用不便、和管理部门的 关系复杂从运行管理的角度：网络重复建设费用和维护费用大、新业 务不能及时引入

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ISDN 是这样一种网络，它由电话综合数字网（ IDN ）演变而成，提供端到端的数字连接，以支持一系列广泛的业务（包括话音和非话业务），它为用户进网提供一组有限的标准多用途的用户 - 网络接口。

1.1 ISDN 的基本特征—— ISDN 的定义

ISDN 的三个基本特征： 端到端的数字连接 综合的业务 标准的入网接口

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ISDN 交换机

ISDN 交换机 TE

数字传输数字传输

用户线 中继线TE

用户线

数字传输

PSTN 交换机

PSTN 交换机 TE

数字传输模拟传输

用户线 中继线TE

用户线

模拟传输

端到端的数字连接

7

8

“ 标准”：是通用性要求，规定了接口的信道速率、信道组成、插头插座的形状、控制信号的格式及通信过程。它促成了终端的可携性。

“ 多用途”：入网接口对各种各样的业务都是通用的，也就是说不同的业务和不同的终端可以经同一个接口接入网络。

标准的、多用途的用户 - 网络接口

9

数字通信技术公共信道信令技术开放系统互连技术

1.1 ISDN 的基本特征—— ISDN 的技术基础

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承载业务（ bearer service ）用户终端业务（ teleservice ）补 充 业 务 （ supplementary service ）

CCITT 将 ISDN 业务划分为三大类：

1.2 ISDN 的业务

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承载业务是由网络提供的信息传送服务，其任务是将信息从一个用户网络接口透明地传送到另一个用户网络接口，对信息本身不作任何处理。这类业务仅包含 OSI 1-3层的功能。 CCITT 采用特征方法对每项承载业务作出精确的定义。所谓特征就是业务的特征描述。对于承载业务， CCITT定义了 13 个特征，每个特征规定有若干个特征值，给定所有特征的特征值组合就可以无歧义地定义一项业务。

1.2 ISDN 的业务——承载业务

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在 13 个特征中，前 4 个最为重要，称作主要特征，它们是：信息传送方式：

有电路传送和分组传送两种方式。 信息传送速率：

对于电路方式，有 64 、 2 X 64 、 384 、 1536 和 1920kbit/s 5种特征值。

对于分组方式，用吞吐量表示，属性值尚无定义。信息传送能力：

有不受限制的数字信息、话音、 3.1kHz 音频、 7kHz 音频、 15kHz音频和视频 5 种属性值。结构：

该特征是指传递信息时保持数据完整性的能力，即指在信息传送时网络应加入什么样的同步元素，使信息保持指定的完整结构。

它有 8kHz 完整性、业务数据单元（ SDU ）完整性和无结构 3 种属性值。

承载业务的特征：

13

CCITT 建议提供的承载业务（ 11 种）：

电路方式承载业务：

1 ） 64kbit/s ， 8kHz 结构，不受限制的数字信息

2 ） 64kbit/s ， 8kHz 结构，话音

3 ） 64kbit/s ， 8kHz 结构， 3.1kHz 音频

4 ） 64kbit/s ， 8kHz 结构，交替用于话音 / 不受限制的数字信息

5 ） 2 X 64kbit/s ， 8kHz 结构，不受限制的数字信息

6 ） 384kbit/s ， 8kHz 结构，不受限制的数字信息

7 ） 1536kbit/s ， 8kHz 结构，话音

8 ） 1920kbit/s ， 8kHz 结构， 3.1kHz 音频

承载业务的种类：

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分组方式承载业务：

1 ）虚呼叫和永久虚电路

2 ） D 信道上的非连接型

3 ）用户信令

承载业务的种类：

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用户终端（ teleservice ）业务是由网络和终端设备共同向用户提供的通信业务，这类业务是在相应的承载业务的基础上增加了高层功能而形成的，它包含了 OSI 1 －7 层的全部功能。 CCITT 定义的用户终端业务有：电话、 2 ／ 3 类传真、4 类传真、智能用户电报、可视图文、用户电报、可视电话、会议电视等。

1.2 ISDN 的业务——用户终端业务

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ITU-T 标准化的补充业务（ supplementary service ）有7 大类，共 26 种。

（ l ）号码识别类业务 直接拨入（ DDI ）、多用户号码（ MSU ）、子地址寻址（ SUB ）、主叫线标识提供（ CLIP ）、主叫线标识提供限制（ CLIR) 、被接线标识提供（ COLP ）、被接线标识提供限制（ COLR ）和恶意呼叫识别（ MCI ）。（ 2 ）呼叫提供类业务 有呼叫转移（ CT ）、无条件呼叫前转（ CFU ）、遇忙呼叫前转（ CFB ）、无应答呼叫前转（ CFNR ）等。

1.2 ISDN 的业务——补充业务

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（ 3 ）呼叫完成类业务 呼叫等待（ CW ）、呼叫保持（ HOLD ）、遇忙呼叫完成（ CCBS ） 、 终 端 移 动 性 （ TP ） 和 多 级 优 先 和 预 占（ MLPP ）。（ 4 ）多方通信类业务 有会议呼叫（ CONF ）和三方业务（ 3 PTY ）。（ 5 ）社团性业务 有闭合用户群（ CUG ）和专用编号计划（ PNP ）。（ 6 ）计费类业务 有计费通知（ AOC ）和反向计费（ REV ）（ 7 ）附加信息传送类业务 有用户—用户信令业务（ UUS ）。

1.2 ISDN 的业务——补充业务

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1.3 ISDN 的用户——网络接口

ISDN 的基本结构ISDN 的用户 - 网络接口ISDN 的接口结构ISDN 的信道结构

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TE

TE

ISDN 交换机

ISDN 交换机

分组交换能力

电路交换能力

无交换连接能力

公共信道信令能力

用户信息 用户信息

ISDN 网络

用户—用户信令

用户—网络信令 用户—网络信令

1 、 ISDN 的基本结构

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ISDN 具有三种不同的信令： 用户 - 网络信令 (I.430/I.431 、 Q.921 、 Q.931) 网络内部信令（ 7 号信令 ISUP ） 用户 - 用户信令

ISDN 网络具有多种能力：电路交换能力 分组交换能力 无交换连接能力 公共信道信令能力

1 、 ISDN 的基本结构

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目前用户 - 网络接口的现状：不同的通信网中存在着不同的用户 - 网络接口：（ 1 ）模拟电话接口（ 2 ）用户电报接口（ 3 ） X.25 接口本地通信网的常用接口：（ 1 ） V.24 接口（ 2 ）局域网（ LAN ）接对用户 -网络接口的要求： 通用性、可移动性、隔离性

2 、 ISDN 的用户 - 网络结构

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NT1NT2

TE2

TE1

TA

TS

SR

U5 4

15 2

ISDN 用户 - 网络接口的参考配置

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功能群（ Function Group ）： 用户接入 ISDN 所需的一组功能，这些功能可以由一个或多个设备来完成。

参考点（ Reference Point ）： 用来分割功能群的概念上的点。在不同的实现方案中，一个参考点可以对应也可以不对应于一个物理接口。

ISDN 用户 - 网络接口的参考点和功能群

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网络终端 1 （ NT1 ： Network Termination 1 ） NT1 是 ISDN 网在用户处的物理和电气终端装置。它只有 OSI第 1层的功能，即用户线传输终端的有关功能。它是网络的边界，使交换机的用户设备不受用户线上传输方式的影响，具有线路维护功能，支持多个信道的传输，具有解决D 信道竞争能力，支持多个终端设备同时接入。网络终端 2 （ NT2 ： Network Termination 2 ） NT2又叫做智能的网络终端，它可以包含 OSI1 ～ 3 层的功能。可完成交换和集中的功能， NT2 可以是数字PBX 、集中器和局域网。

ISDN 用户 - 网络接口的功能群定义：

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1 类 终 端 设 备（ TE1 ： Terminal Equipment Type 1 ） TE1又叫做 ISDN 标准终端设备，它是符合 ISDN 接口标准（即 S参考点的标准）的用户设备，例如数字电话机和 4类传真机。它完成用户侧 1～ 3层的功能以及面向某种应用的高层功能。2 类终端设备（ TE2 ： Terminal Equipment Type 2 ） TE2又叫非 ISDN 标准终端设备，是不符合 ISDN 接口标准的用户设备，需要经过终端适配器 TA 的转换，才能接入ISDN 的标准接口（ S参考点）。终端适配器（ TA ： Terminal Adaptor ） TA 完成适配功能（包括速率适配及协议转换），使 TE2能接入 ISDN 的标准接口。 TA具有 OSI第 1层的功能以及高层功能。

ISDN 用户 - 网络接口的功能群定义：

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UNI 接入配置（ 1 ）

NT1NT2S T U

TE1

（ 1）物理设备与逻辑功能群一一对应

NT1NT2S T U

TATE2R

SNT2＋ NT1

UTE1

（ 2） NT2与 NT1合并， T参考点消失

NT2＋ NT1S U

TATE2R

27

NT1TE1＋ NT2T U

（ 3） NT2与 TE1或 TA合并， S参考点消失

NT1TA＋ NT2T U

TE2R

NT1S/T U

TE1

（ 4） NT2不存在， S、 T参考点重合

NT1S/T U

TATE2R

UNI 接入配置（ 2 ）

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（ 1）总线方式（无 NT2）

NT1

S

U

TE1

TTE1

...

TE1

S

S

多个终端接入同一个UNI （ 1 ）

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（ 2）星形连接（无 NT2）－ NT1提供多个 S/T接口，每个接口接一个终端

U

NT1

STE1

T

TE1

...

TE1

多个终端接入同一个 UNI （ 2 ）

30

（ 3）星形连接（含 NT2）

NT1

S

U

TE1

TTE1

...

TE1

NT2

多个终端接入同一个 UNI （ 3 ）

31

（ 4）总线方式（含 NT2）

NT1

S

U

TE1

TTE1

...

TE1

NT2

S

S

多个终端接入同一个 UNI （ 4 ）

32

（ 5）多 NT1，单 NT2

NT1

S UTE1

T

TE1

...

TE1

NT2

NT1

NT1

...

S

S

T

T

U

U

多个终端接入同一个 UNI （ 5 ）

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（ 6） NT1提供第 1层复用

NT1

S

U

TE1T

TE1

...

TE1

NT2...

S

S

T

T

多个终端接入同一个 UNI （ 6 ）

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I.412 建议为 ISDN 用户和交换局之间建议了几种不同速率的信道： B 信道： 64kbit/s D 信道： 16 或 64kbit/s H 信道： H0 信道： 384kbit/s

H11 信道： 1536 kbit/s （适用于 PCM24 路系统）

H12 信道： 1920 kbit/s （适用于 PCM30 ／ 32 路系统）

3 、 ISDN 的信道结构：

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基本入口（ BRI-Basic Rate Interface ） : 它包括两条 64kbit/s双工 B信道和一条 16kbit ／ s 双工的 D 信道（ 2B ＋ D ），总的速率是 144kbit ／ s 。再加上帧定位，同步以及其它控制比特，基本入口 S参考点上的速率达到 192kbit ／ s 。一次群速率入口（ PRI-Primary Rate Interface ） :在欧洲和中国： 一次群速率入口的比特率为： 2048kbit ／ s 接口结构为： 30B ＋ D在美国、加拿大和日本： 一次群速率入口的比特率为： 1544kbit ／ s 接口结构为： 23B ＋ D

4 、 ISDN 的接口结构：

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接口类型 信道类型 信道结构 接口速率(kbit/s)

D 信道速率

(kbit/s)

BRI B 2B+D 192 16

B 23B+D30B+D

15442048

PRI

H0 4 H0

3 H0 +D

5 H0 +D

154415442048

H1 H11

H12 +D

15442048

B/ H0 nB+m H0 +D

192

64

4 、 ISDN 的接口结构：

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2 、 ISDN 的交换技术

数字用户接口 ISDN 协议 分组呼叫处理 多速率交换

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1 、数字用户线技术：

在现有的二线模拟用户线上双向传送 BRI 速率的高速数字信号是 ISDN 实现的关键技术之一。

有三种技术可用来解决这一问题：

频分发（ FDM ）

时间压缩法 ( 亦称乒乓法 ) （ TCM ）

回波抵消法（ EC ）

2.1 数字用户接口

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2 、 U 接口标准：

U 接口没有统一的国际标准，普遍采用的标准有 ANSI和 ETSI 两大标准，这两个标准都包含有以下主要部分：

线路码型：目前普遍采用的码型有 2B1Q 和 4B3T

帧结构： 1 复帧 =8帧， 1 帧 =240bit ，

U 口速率 =160kbit/s ， 1 帧传送时间 =1.5ms

1~18 19~234 235~240同步字 2B+D 数据 操作维护信息

供电：

激活：

2.1 数字用户接口

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3 、数字用户电路：

数字用户电路是 ISDN 交换机的一类重要的外围接口电路，其地位相当于电话交换机中的模拟用户电路。它一般包括 LT 和 ET 两大部分功能：

LT ：完成 U 接口的功能。ET ： B 、 D 信道分离和复合

B 信道至交换机内部的时隙交换

D 信道信令数据和分组数据的分离

D 信道信令协议处理

电路板和交换机主处理机间的通信

2.1 数字用户接口

41

通用 ISDN 协议模型

2.2 ISDN 协议

控制平面 C ：是关于控制信令的协议，共分七层，它覆盖了所有对呼叫和对网络性能的控制。

用户平面 U ：是关于用户信息的协议，也分七层，它覆盖了在用户信息传送的信道上实行数据交换的全部规则。

管理平面 M ：不分层，是关于终端ISDN 节点内部操作功能的规则。

42ISDN 协议的相互关联

43

UNI 协议

ISDN UNI 信令指的是 S/T 接口上的信令协议，由 D信道传送，它由 3层协议组成：物理层、数据链路层和呼叫控制层，统称为 1 号数字用户信令（ DSS1 ： Digital Subscriber Signaling No.1 ）。

321

TE1

321NT2

321ET

1 1

NT1

LTST U 内部

DSS1 的分层协议分布

44

物理层协议（ I.430 ） /I.431

S/T 接口的参考配置 线路编码 帧结构 比特同步、帧同步、复帧同步 D 信道接入竞争 激活和去激活 S/T 接口物理特性 供电

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数据链路层协议 LAP-D(I.440/I.441)

LAP-D 的主要功能：• 帧的分割、同步和透明传送• 同一 D 信道上多个数据链路的复用• 保持接收的帧顺序和发送的帧顺序一致• 检测数据链路上的传输错误、格式错误和操作错误• 用重发的方法来纠正传输错误• 当发生了不可纠正的错误时通知管理实体• 进行流量控制

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数据链路层协议 LAP-D(I.440/I.441)

F FA C I FCS

0 1C/R SAPI TEI

1 1 6 1 7

LAPD帧结构

SAPI——服务接入点标识， ITU-T已定义的 SAPI 值有：

SAPI=0 呼叫控制过程（即 Q.931 信令实体）；

SAPI=16 X.25 分组级协议实体；

SAPI=63 第 2层管理实体；

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TEI （终端设备标识）： 用来识别同一 UNI 接口上可能连接的多个终端。 ITU-T 定义的 TEI 值范围为 : TEI=0-63 非自动分配 TEI 的终端设备； TEI=64-126 自动分配 TEI 的终端设备； TEI=127 广播地址。

TEI+SAPI ：合称为 DLCI ，它标识一条逻辑数据链路。一个 D 信道上可复用多条数据链路。

数据链路层协议 LAP-D(I.440/I.441)

48D 信道数据链路的复用

数据链路层协议 LAP-D(I.440/I.441)

49

呼叫控制协议（ I.450/I.451 ）

DSS1 的第 3 层为呼叫控制层，标准协议为 I.450/I.451 ，也就是 Q.930/ Q.931 ，其作用为建立和释放B信道连接，采用基于消息的信令控制过程。

用于基本呼叫控制的 Q.931消息有 4 大类，分别为呼叫建立消息（ 7 个）、呼叫信息传递消息（ 6 个）、呼叫清除消息（ 5 个）和其它消息（ 4 个），共 22 个消息。

50基本呼叫信令过程

51

ISDN 的 NNI 信令指的就是 ISUP （ 7 号信令的ISDN 用户部分），其地位和 TUP （ 7 号信令的电话用户部分）相当，许多消息名也和 TUP相同，但其功能要复杂得多，消息内容也更为丰富。

NNI 协议

52

2.3 分组呼叫处理

ISDN 可以以两种方式来支持分组型终端设备的通信：

一种是以电路交换的方式将分组型终端接入分组交换公用数据网（ PSPDN ），这种方式叫做 CASE A ；

另一种方式是在 ISDN内部增加分组处理器PH （ Packet Ｈ andler ），提供虚电路业务，分组终端以分组交换方式接到 PH ，这种方式叫做 CASE B 。

53

1 、电路交换方式接入 PSPDN （ CASE A ）

PSPDN 中有一个入口单元 AU （ access unit ）来提供网间互通功能， ISDN利用 B信道将分组终端以电路方式连到 PSPDN ，由 PSPDN 来提供终端之间的通信。用户分两个阶段来建立呼叫：

1 ）建立和 AU之间的连接，使终端通过B信道连到 AU 。

2 ）按照 X.25 建议在 B信道中建立虚电路。

ISDNTE

TE

分组网AU

B信道 电路交换通路

54

2 、 ISDN 虚电路承载业务（ CASE B ）

ISDN 的虚电路业务可以在 B信道上或 D 信道上提供，但不同信道的虚电路建立过程是不同的。

B信道上的虚电路业务：

如果分组终端希望利用 B信道来传送分组数据，它首先必须利用 D 信道送信令来控制 B信道的连接，等接到ISDN 网内的分组处理器 PH后，再向 PH 送 X.25 分组请求建立虚电路，终端可在 B信道上建立多条虚电路。

D 信道上的虚电路业务：

如果两个 ISDN 分组终端之间传送的数据量不是很大时，则可以利用 D 信道来建立虚电路。

55

ISDNTE

TE

分组网PH

B信道 分组交换通路

B 信道上的虚电路业务

56

SABMEUA

SETUPCALL PROCEEDINGCONNEC

TSABMUA

X.25 呼叫请求

SABMESETUP

UACONNECTCONNECT

ACKSABMEUA

X.25 呼叫到来X.25 呼叫接收

X.25 呼叫证实

TE TEEX PH

PH EX

数据传送

D 信道信令

D 信道信令B信道X.25过程

B信道X.25过程

B 信道上的虚电路业务

57

D 信道上的虚电路业务

ISDN

TE

TE

分组网

D 信道 分组交换通路

D 信道端口

PH

58

SABMEUA

X.25 呼叫请求

SABMESETUP

UASETUP ACKRELEASE

SABMEUA

X.25 呼叫到来X.25 呼叫接收

X.25 呼叫证实

TE TEEX PH

PH EX

数据传送

D 信道上的虚电路业务

RELEASE COMPLETE

D 信道信令

D 信道X.25过程

D 信道X.25过程

59

3 、 ISDN 交换机

DTBRI

DTTUP 中

继

DTISUP 中继

PHI PHI 中继

PH

中继接口

分组接口

ETLT

ETLT

ETLT

ASLC

STN7

MFC 中继

PRI

模拟用户线

信令接口

BRI

用户接口

V1

V6

V3

交换网络

控制终端

60

小结（ ISDN 交换技术）

• ISDN 的三个基本特性• 最基本的四种承载业务及其含义• 用户 - 网络接口的参考模型• 接口种类及 D 信道协议• 数字用户电路技术• 分组交换功能 CASE A 、 CASE B 的提供 • ISDN 交换机的一般结构