20. Verbindungsaufbau / Signalisierung
20.1 Zielsetzung
• Signalisierung bedeutet Aufbau, Abbau und Steuerung von Verbindungen vorzugsweise in leitungsvermittelten Rechnernetzen.
• Physikalische Signalisierung: Impuls- & MFV-Verfahren, Funk, ...
• Stimulus-Protokolle: Datex-L, alte ISDN- & PBX-Syst., Hayes-Befehle.
• Funktionsorientierte Signalisierung: ISDN, ATM, GSM, Datex-P, SIP ...
• Funktionsaufrufe: - Connection request, call request, setup, ... - Disconnect, Release, Status, - Notify, Facility, Information
...
User Network1 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.1.1 Physikalische Signalisierung im analogen Telephonnetz
• Telefon-Endgerät: - Weiche konvertiert zwischen Zweidraht- und Vierdraht-Technik, - Schleifenstrom zum Amt wird gemessen, - Wählscheibe betätigt Gabel (IWV), - Hörer evtl. "off-hook", - Lautsprecher,
4:2
1
2
3 4 5
6
7
8
9 0
Telefon
Vermittlung
Gabelschalter
Weiche Strom-messung
- Mikrophon.
• Alternativ: - Wähltasten, - Wähltöne, = DTMF, = MFV,
• Nicht ISDN.
2 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.1.2 Signalisierungsbeispiel
• Ablauf für Telephon: - Abheben, - Summton abwarten, - Nummern wählen, - Summton weggeschaltet, - Frei- oder Besetztzeichen, - Sprechen & Absprechen, - Aufhängen.
• Wählziffern & HS: - User zu Netzwerksignalisierung,
off-hook
Endgerät Vermittlung
SetupSetup-Ack
Widerstand gering
WähltonDrehscheibe
Widerstand schwanktWählziffern
Freizeichen
kein Ton
Alerting
kein Ton ConnectWarten
Sprechen
- DTMF: dual tone multiple frequency, on-hook
off-hook2 4aufgelegt
- MFV: Mehrfrequenzwahlverfahren, - Impulswahl mit Wahlschalter =>
• Audiosignale: - Netzwerk zu User Signalisierung - Wählton, Frei, Besetzt, Gassenbesetzt, - Operator-Ansage.
3 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.2 Programmierung der Verbindungssteuerung
• Programmierschnitt-stellen:
- CAPI (Stollmann...), - TAPI (Microsoft), - SIP.
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• www.phoner.de: - Diplomarbeit von H. Sommerfeldt, Uni Ulm, - Telephon auf Basis einer ISDN Karte, - Graphische Telephonoberfläche, - Leistungsmerkmale geplant.
20.3 SIP Telephon
• Aufbau einer Wählverbindung über das Internet: - Session Initiation Protokoll (SIP), RFC3261 anstatt Q.931, - PCM-Sprache in IP-Pakete verpackt, - Separater Nummernblock (032 ...).
• Verbindungsmöglichkeiten: - Anrufe zwischen IP-Rechnern, - Geeignet für Flatrate Anschlüsse, - Anrufe ins Festnetz deutschlandweit, - Provider stellt den Namensdienst bereit, - Provider stellt die Verbindung zum Festnetz bereit.
DSL-Modem• Endgeräte: - Entweder am Computer mit Headset, - Oder über separaten SIP Telephon-Hub, - PBX-Anschluss möglich.
100 BaseT
PBX IP- & POTS-Telephon
5 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.4 SIP - Session Initiation Protocol
• Format des Application-Datenstromes unbestimmt (=> SDPng ...).
• Proxy-Server: - Namensdienst mit Mobilitätsunterstützung, - Verbindungsaufbau.
6 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.5 Protokollarchitektur im ISDN 20.5 Protokollarchitektur im ISDN
Use
r P
lane
C
ontr
ol P
lane
So, B-Ch.
pcm, ppp
So, B-Ch.
pcm, ppp
So, D-Ch.
LAPD
Call Ctrl..
So, D-Ch.
LAPD
Call Ctrl..
tapi/capi tapi/capi Netz
Endgerät
Endgerät
7 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
• Zweigeteilter Protokollstapel: - "User Plane" zum Transport der Nutzdaten im engeren Sinne (nur Schicht 1 & 2), - "Control Plane" für Steuerung und Management-Funktionen.
Use
r P
lane
C
ontr
ol P
lane
So, B-Ch.
pcm, ppp
So, B-Ch.
pcm, ppp
So, D-Ch.
LAPD
Call Ctrl..
So, D-Ch.
LAPD
Call Ctrl..
tapi/capi tapi/capi Netz
Endgerät
Endgerät
7 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.5.1 Einbettung des D-Kanal Protokolles im So-Rahmen
• Schicht 3 - Q.931/I.451 Call Control und ergänzende Leistungsmerkmale.
• Schicht 2 - Q.921/I.441: - LAPD: HDLC-Protokoll auf Ebene 2 zwischen SAPI/TEI Endpunkten, - zur Kapselung der eigentlichen Signalisierungsnachrichten, - entsprechend Q.921 ehemals I.441.
• Schicht 1 - I.430/I.431: - Bits einer Signalisierungsnachricht sind an festen Stellen im So-Rahmen untergebracht.
So Rahmen
LAPD-Rahmen
Q.931-Rahmen, Ebene 3
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20.5.2 Ebene 2 - D-Kanal Protokoll -
• LAPD - nach Empfehlung I.440/I.441/Q.920/Q.921.
• HDLC-Rahmen mit 16 bit-Adresse:
FlagSAPITEI
Command (Command-Ext)
Informationsfeld
für Ebene 3
Prüfsumme (CRC)
Flag
- 6 Bit SAPI (Dienstzugang), - 7 Bit TEI (Endgeräte Nummer <>Tel.No).
• Verschiedene SAPI-Werte: - Signalisierung (0), - TEI-Management (63), - Paketdaten im D-Kanal (16).
• Kennung für Terminalendpunkt (TEI): - Statische / dynamische Vergabe der Endgeräteadresse
• Commands: - I - Information-Frame, - UI, UA, DM, SABME, DISC, XID, - RR, RNR, REJ, FRMR,
• Fenstergrösse bis 127.
9 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.5.3 Ebene 3 - D-Kanal Paketformat (Q.931)
Protocol Discriminator
Message
Information
Element
Länge
Call Ref. C R
1
0
0
0 Informationstyp
Länge
Inhalt
Inhalt
Informationstyp 1
• Protocol Discriminator - Welche Signalisierungsfunktionen vorhanden ? - Heute üblich Q.931 (DSS1, 5E, NT): 8; - 1TR6: 64, 65; …
• Connection Reference/Call Reference: - Auf welche Verbindung bezieht sich diese Nachricht ?
• Nachrichtentyp/Message: - Gewünschte Protokollfunktion, - Setup, Setup-Ack, Call Sent, Call Proceeding, - Alert, Release, Connect, Disconnect, Disconn-Ack
• Informations-Elemente - 1 • Länge < 256, - Länge 1: Codesatzumschaltung - Called Number, Calling Number, … - Cause, Bearer Capability, Service Indicator … - Oberstes Bit markiert Ende des Elementes.
10 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
• Beispielpaket auf Ebene 3, hier Verbindungsaufbau (Setup): - Verbindungsaufbau, Telefonnummer (Anrufer und Angerufener), - normalerweise weitere Charakterisierungung: bearer capabilities etc.
FeldInhalt Paket
Protokoll-Diskriminator
Referenz-Nummer
Nachrichten-Typ
Länge
Nummer}
0 1 0
Länge des Adressfeldes (Rufnummer)
0 0 0 0 0 1 0 1
1
0 Element-Typ (Adresstyp)1 1 1 0 0 0 0
Typ der Rufnummer, Nummernplan
}Rufnummer, IA5-Zeichen (ASCII)
0 0 0 0 1 1 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
0 0 0 1 0 0 1 1
0 0 1 1 0 0 0 0
0 0 1 1 1 0 0 0
0 0 1 1 0 0 0 1
0 0 0 1
leitungsvermittelt
1
19
CALL SETUP
Zieleadresse
12
nationale ISDN-Nummer
0
8
1
11 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.6 Basic Call Control Prozeduren (ETS 300 102-1, Dez 1990):
• Nicht besonders komplex: - Verbindungsaufbau, -abbau, Status, Information, Progress - implizite Festlegung der Anwendungs-Schicht. - Command / Response für Ebene 3, - Pakete: Setup, Disc, Alert, …
• Verbindungsbezogene Leistungsmerkmale ( ... supplementary services) - Facility Paket, huckepack in anderen Paketen, - entsprechende Connection reference.
• Verbindungslose LM (anschlussbezogen) - Facility Register, -Status, -Indication, - besondere Connection Reference.
• Informationselemente für LM - Funktionale Signalisierung: Facility Information Element, - Stimulus Signalisierung: Feature Activator/Indicator.
• Erweiterung von Basic Call Control durch viele Leistungsmerkmale.
12 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.6.1 Einfaches Beispiel für Basic Call Control:
• Verbindungsabbau durch Netz. • Connection Reference freigeben.
DISC(CR, Cause)
Vermittlung Endgerät
REL(CR)
REL ACK(CR)
• Bestätigung zur sicheren Freigabe.
13 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.6.2 Mittleres Beispiel: Verbindungsaufbau durch Endgerät
• Endgerät wählt eine Connection Reference (CR).
• Netz bezieht später sich auf diese CR.
• B-Kanalzuweisung durch Netz. Vermittlung Endgerät
Setup(CR,Called Number,…)
Call Sent(CR,B-Kanal,…)
Alerting(CR)
Connected(CR,Conn Number)
• Leistungsmerkmal: - Calling ID, - Caller-ID.
14 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.6.3 Komplexes Beispiel: Verbindungsaufbau vom Netz • Anbieten der 'kommenden Belegung' an alle vorhandenen Endgeräte. • Prüfen des Dienstes in den Endgeräten (Dienstekennung „Telephon...“). • Angebote zurücknehmen mit "Release". • Ruf annehmen mit "Connect".
NT1
Setup, FF
Alerting, 66
Alerting, 67
Setup, FF
Setup, FF
Setup, FF
Alerting, 66
Alerting, 67
NT1
Connect, 66
Release, 67
Connect Ack, 66
Connect, 66
Connect Ack, 66
Release, 67
15 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.6.3.1 Leistungsmerkmal: Rückruf bei „BESETZT“
ConnectedSetup
Setup
BusyBusy
F:CallBackF:CallBack
Disconnect
F:FreeSetup
Dial
AcceptConnected
SetupSetup
ConnectedConnected
Connected
Accept
Hangup
TE-A TE-BVSt-A VSt-B• "Facility": CallBack.
• Wartet auf das Ende des besetzenden Anrufes.
• Rückruf wird vom Netz her aufgebaut.
• Zuerst zum Anrufer.
16 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.6.4 Leistungsmerkmal: Rückruf bei frei:
• Nächstes Hang-up Ereignis abwarten, dieses zeigt an, dass der Teilnehmer am Arbeitsplatz ist.
• Sonst wie oben.
Disconnect
F:FreeSet up
Connect edSet up
Set up
Connect edConnect ed
Connect ed
Accept
Hangup
TE-A TE-BVSt -A VSt -B
Rückruf eingeleit et wie obenDial
Set up
Connect ed
Accept
17 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.6.5 Verbindungsbezogene & verbindungslose Leistungsmerkmale
• Verbindungsaufbauphase: - Anruferindentifizierung (ICLID), - Ring Again/Rückruf.
• Asynchronous Multipoint ("Dreierverbindung") - "Flexible Call Offering!" - Anklopfen (call waiting), - bevorrechtigte Anrufe (Chefruf), - Halten und Wiederaufnehmen, - Umstecken am So-Bus, - Rückfrage, Makeln, - Call Transfer.
• Synchronous Multipoint - Telephonkonferenz, - PBX-LAN.
18 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
• Verbindungslose LM: - Rufumleitung (immer, fallweise, …) - Information (Gebührenanzeige, Zeit) - Make Set Busy, Ruhe, - Nachrichten.
• Abfrageplatz- und Komfortfunktionen: - Call Park - Bridging (Aufschalten) - Rufübergabe (Transfer) - Call Pickup (Rufübernahme) - Sammelanschluß (hunt group)
19 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.6.6 Stimulus Signalisierung
AT&T 52000
1 2 3
4 5 6
7 8 9
#
Hold
CA1 CA2 CA3
Drop Transfer
Conf.
CA4 CA5
Oct. 8., 1999 2:30 pm
ABC DEF
JKL MNO
TUV WXY
GHI
PRS
OPER
*
• Terminalbetrieb - Digital Centrex, AT&T, NT
• Prozedurelemente für LM: - INFO-Pakete oder huckepack. -> Knopf gedrückt (Info FA=Button 12) <- Lampe einschalten (Info FI=LED 12)
• Terminal Management - "Call Appearance" - BNx := CAy aktivieren - LEDx := CAy aktiv
• Feature-Activator & -Indicator FAz := Transfer FIz := Transfer aktiv
• Bsp: Telefon mit 9 Knöpfen 5 Verbindungen (CAs) 4 Features
20 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
• z.B. Verbindungsaufbau über Stimulus-Protokoll: - jeder Tastendruck wird einzeln übertragen, - keine Interpretation im Endgerät. Vermittlung Endgerät
Setup(CR=3,OCA=1,SWH=offhook)
Connected(CR=3,Display)
Info(CR=3,Keypad=4,…)
Setup Ack(CR=3)
Info(CR=3,Keypad=1,…)
Info(CR=3,Keypad=5,…)
Info(CR=3,Keypad=6,…)
Info(CR=3,Keypad=5,…)
Call Proc(CR=3)
Alerting(CR=3)
• Die Vermittlung weiss, wann die Nummer vollständig ist.
21 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.7 Signalisierungssystem 7 (SS#7)
• Common Signalling Channel - getrennt vom Medienstrom-Netz - 56 oder 64 kbit/s Links
• Verbindungskontrolle im Netzwerk
PBX
SSP
SCP
STPSTP
STP
SCP
SSP
- Vermittlungen und Netzwerke - GSM-ISDN, GSM-GSM, …
• Service Switching Point (SSP) - Vermittlung - Netz-Übergabepunkte - verstecken Endgeräte
• Service Control Point (SCP) - Rufbewertung &Wegfindung - Management des Verbindungsaufbaus - Prozeduren und Datenbank (VLR, HLR)
• Signalling Transfer Point - Router zwischen SCPs und SSPs
22 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.7.1 Message Xfer Part
• Entfernt HDLC ähnlich - MTP2/Q.703 - MTP3/Q.704, Routing
• SCCP - Signalling Conn. Control Point - => OSI Schicht 3
• User Parts - Verbindungssteuerung - Pfade finden - Leitungen zuordnen
• ISDN User Part
• MAP - Mobile Applic. Part - IS-41 and GSM - MSC-VLR fragt HLR - Authentisierung & Roaming - Geräte-Identifikation
23 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
20.7.2 Signalling System #7 - ISDN User Part
• Call Routing aus Datenbankabfrage. • local exchanges und transit exchanges sind SSPs. • IAM: Nummer bewerten, nächste SSP suchen, reservieren. • ACM: Kanal durchschalten. • ANswer Message.
24 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06
Telefon org. local X transit X term. local X PBX
Setup
Info
Setup Ack
InfoInfoInfo
Call Proc Init AdrInit Adr
SetupCall ProcAlerting
Adr CompAdr Comp
AlertingConnect
AnswerAnswer
Connect
• Initial Address Message - called und calling party number - forward call indicator - nature of connection, user service
• Address Complete Message - charge indicator - called party status and category indicators (besetzt …) - echo control indicator - interworking, holding, …
• ANswer Message - backward call indicator - access und network transport - call reference - notification indicator
• Siehe: http://www.pt.com/tutorials/ss7/
• Heute auch über IP: IP-STP.
25 Rechnernetze II, © Uni Ulm, VS Informatik P. Schulthess ,2000-06