Introduzione alla tecnologia ISDN - di J.M.

LA NASCITA DI ISDN 

Negli anni '80 lo scenario delle telecomunicazioni era caratterizzato da una molteplicità di reti dedicate, ognuna concepita per assolvere ad un determinato servizio. Vi erano dunque reti telefoniche, reti telex, reti dati a commutazione di pacchetto (ad es. X.25) o di circuito, ognuna specializzata per rendere fruibile un solo tipo di servizio. I limiti evidenti di questo insieme di reti risiedeva nella scarsa flessibilità rispetto alle implementazioni di nuovi servizi e alla interoperabilità tra utenti di reti diverse. La nascita di ISDN fu un primo tentativo nel superamento di tali limiti, attraverso la definizione di modalità integrate di trasferimento voce e dati.

L'acronimo ISDN si sviluppa in ambito CCITT (Comité Consultantif International Télégrafique et Téléfonique, oggi ITU-T) a partire dagli anni '70 (precisamente nel 1971 ad opera del IX gruppo del CCITT). In quegli anni furono chiamate IDN (Integrated Digital Network) le reti telefoniche con trasmissione e commutazione digitale integrata mantenendo il doppino di utente analogico, mentre ISDN furono chiamate le reti numeriche capaci di offrire prestazioni quali voce, dati e immagini in forma integrata (Integrated Services Digital Network). Le normative alla base del concetto di ISDN cominciarono ad essere studiate nei primi anni '80 mentre le raccomandazioni iniziali del CCITT comparvero qualche anno dopo. Il CCITT stabilì questi obiettivi principali: sviluppare un sistema che potesse portare all'utente finale dei canali digitali in ingresso ed in uscita a 64 Kbit/s. Il numero di questi canali doveva essere variabile, per potersi adattare sia al doppino in rame (e sfruttare quindi la rete telefonica esistente) sia alle fibre ottiche. Pianificare uno standard di comunicazione che fornisse all'utente finale tutta una serie di "servizi" digitali, oltre alla possibilità di usufruire di questi servizi in parallelo: ad esempio, la possibilità di mantenere collegati sulla linea un telefono classico, un computer, un fax e una unità video per videoconferenze e attivare automaticamente l'apparecchiatura interessata ad un certo tipo di chiamata. 

Pietra portante del concetto ISDN è l'introduzione di uno standard funzionale consistente in una interfaccia di accesso alla rete "standardizzata" a livello mondiale in modo da consentire la totale trasportabilità dei terminali di utente. Per definire queste specifiche tecniche ci furono lunghi dibattimenti in seno al CCITT e poi in ambito ETSI (European TelecomunicationsStandards Institute), I primi standard furono pubblicati dal CCITT nel 1984, anno in cui fu pubblicato il "Red Book", con l'intento di fornire indicazioni su un'unica infrastruttura che si basasse su una modalità di comunicazione integrata in grado di fornire servizi digitali end-to-end. Il primo servizio più o meno rispondente al "Red Book" del CCITT apparve alla fine del 1986 a Oak Brook, Illinois, USA. I dibattimenti restituirono standard "maturi" per l'implementazione di sistemi ISDN a partire dal 1989. Infatti i primi esperimenti ISDN effettuati alla fine degli anni '80 in Germania, Francia e Inghilterra utilizzarono soluzioni pre-standard e quindi incompatibili con lo standard ISDN-mondiale varato dell'ETSI durante il 1989. In Italia venne costituito nell'ottobre del 1992 il "Consorzio Promotore ISDN", allo scopo di diffondere la cultura dei nuovi servizi, per stimolare la nascita di applicazioni innovative, attivare forme concrete per rendere familiari alla clientela le potenzialità offerte dalle strutture della rete ISDN. Tra i fondatori del Consorzio vi erano il gestore del servizio (la TELECOM Italia) e molte aziende private costruttrici di prodotti per telecomunicazioni, informatica e software applicativo. 

La rete ISDN divenne una rete universale e standardizzata per comunicare attraverso voce, immagini, testi e, in generale, bit; progettata per sostituire la rete telefonica generale analogica (acronimi: RTA, RTG; in inglese PSTN o POTS), la rete pubblica X.25 (ITAPAC), la rete fonia dati (RFD) e la rete Teletex/Telex. ISDN integra queste reti in un'unica rete digitale di telecomunicazione, caratterizzata da migliore velocità, qualità e flessibilità, e a preparare ulteriori stadi di sviluppo. ISDN costituisce oggi l'unica rete pubblica commutata, standard e a basso costo fra le reti disponibili in Italia, adesso e ancora per qualche tempo. In generale, lo stesso vale per tutti gli altri Paesi europei, come anche per Giappone, USA, Israele, Australia ed altri. ISDN si sta gradualmente diffondendo nell'intero continente, con tassi di crescita vicini al 100% annuo; e' particolarmente diffuso nelle piccole e medie aziende, e viene utilizzato soprattutto per fonia e in campo informatico, dove sostituisce soluzioni più antiquate per applicazioni tradizionali (trasmissione dati), ma contribuisce anche alla nascita di nuove applicazioni (desktop conferencing, telelavoro, etc.). Essenzialmente ISDN e' una rete digitale commutata che mette a disposizione un flusso di bit, fra due suoi qualsiasi utenti. Il progetto ISDN tiene conto delle attuali infrastrutture, prevedendo diversi passi: quello attuale (128 Kbit/s netti) offre una larghezza di banda da 4 a 50 volte maggiore dei modem tradizionali e si accontenta di arrivare agli utenti sul comune doppino (infatti, non è necessario sostituire i cavi, ma è sufficiente che venga installato il network terminator, ovvero la "presa" ISDN), mentre il prossimo stadio, noto come "Broadband-ISDN" (B-ISDN, ISDN a larga banda), in fase di definizione, sfrutta la tecnologia ATM (Asyncronus Transfer Mode), che richiede la fibra ottica quasi fino all'utenza, anche per questo oggi ISDN, comunemente detta, è tecnicamente nomenclata come N-ISDN (Narrowband – ISDN, ISDN a banda stretta). 

ISDN e' arrivato nei vari Paesi europei quando la rete telefonica generale era in gran parte evoluta grazie a centrali e sotto-centrali completamente digitali. A quel punto, passare a ISDN e' diventata una scelta intelligente, soprattutto per trasmettere dati, ovvero bit: ci si e' chiesti, infatti, perche' trasformare informazione digitale in analogica (Modem, Modulation), poi di nuovo digitale (in centrale telefonica), poi analogica (nella centrale di destinazione) e infine ancora digitale (moDEM, DEModulation); e' più logico trasmettere tutto in formato digitale dall'inizio alla fine, facendo solo delle conversioni fra differenti protocolli. Inoltre, trasmissione digitale significa + velocità + sicurezza - costi.

DEFINIZIONE 

La raccomandazione I.110, 1998 ITU-T (International Telecomunication Union – Telecomunications) recita: "la ISDN (Integrated Service Digital Network - Servizi Digitali Integrati nella Rete) è una rete che, evolvendo in generale da una rete telefonica di tipo numerico (IDN), fornisce connettività numerica da estremo ad estremo per supportare un insieme ampio di servizi, includendo servizi di fonia e non, alla quale si accede da un limitato numero di interfacce standardizzate. 

In questa definizione è già possibile cogliere le principali attitudini della tecnologia ISDN: una rete digitale, evoluta da una rete telefonica in tecnologia analogica preesistente su base numerica (leggi "rete a segnalazione DTMF", toni in frequenza) che consente il trasporto, da e verso i terminali estremi, di connettività digitale continuata e che, veicolando informazioni digitali e non analogiche, può integrare particolari servizi fruibili fino ai terminali (telefoni, apparati video, fax, modem).

L'EVOLUZIONE DELLA TECNOLOGIA TRASMISSIVA 

L'introduzione commerciale del servizio ISDN in Italia è avvenuta in due fasi: dal 1992 al 1993 con un Servizio Pilota e da Aprile del 1994 con il servizio EUROISDN, conforme agli standard europei ETSI per un insieme sufficientemente ampio di servizi base e supplementari

Per comprendere l'evoluzione delle reti telefoniche verso le reti digitali vale la pena percorrere qualche tappa tecnologica significativa. Prima dell'introduzione della rete a segnalazione numerica (DTMF) i segnali telefonici viaggiavano unicamente in formato analogico attraverso tutta la rete di telecomunicazione. Il segnale proveniente dall'apparecchio telefonico in formato analogico restava tale fino alla riconsegna al terminale di destinazione. Il problema in questo tipo di rete era quello di consegnare a destinazione una copia del segnale esattamente identica (analoga) al segnale in partenza. Si intuisce che una qualsiasi fonte di disturbo che agisca lungo il collegamento (è sufficiente un un motore a scoppio nelle immediate vicinanze di un cavo telefonico mal schermato) non garantirebbe più tale condizione.

Se questo problema era più facilmente risolvibile per quello che riguarda le giunzioni ai terminali di rete (i telefoni) era più complicato mantenere la qualità del trasporto nelle lunghe tratte da centrale a centrale della rete telefonica. Pertanto, successivamente, si giunse ad un tipo di trasporto misto.

In questa condizione il segnale rimaneva analogico solo nel tratto terminale della rete, dalla centrale telefonica alla rete di distribuzione (l'armadio stradale), alla presa e fino al telefono. La trasmissione tra gli apparati di centrale veniva veicolata in digitale. Questa piccola rivoluzione, per gli utilizzatori comuni, si tradusse nell'adottare apparati telefonici che inviassero segnalazione in multifrequenza, in realtà determinò un cambio radicale nel mondo del trasporto dell'informazione a partire dalla sostituzione delle centrali a commutazione elettromeccanica in centrali a schede numeriche. Introdusse tecnologie diverse dalle precedenti nel campo della multiplazione delle comunicazioni su unico portante, permettendo l'impiego su larga scala dei portanti in fibra ottica, fino ad allora impiegati limitatamente nelle reti di trasporto dati, spesso non integrate con la rete telefonica generale. 

Ma la vera rivoluzione giunse quando l'intera rete fu in grado, con l'introduzione di ISDN, di veicolare integralmente il trasporto digitale delle informazioni da estremo ad estremo (end to end).

Il fatto che le informazioni vengono ricevute e inviate direttamente in forma numerica (digitale) anziché analogica consente di effettuare particolari elaborazioni sul segnale in modo da migliorarne le prestazioni e "irrobustirlo" al punto da renderlo più efficiente nei confronti dei disturbi elettromagnetici. Tale irrobustimento risulterà particolarmente vantaggioso nel caso della trasmissione di dati anziché voce. Un accesso ISDN utilizza il normale doppino telefonico, quello che comunemente troviamo in qualsiasi connessione telefonica, per trasmettere voce, dati ed immagini attraverso un unico punto di accesso. Ma mentre nel caso del servizio telefonico tradizionale la linea è percorsa da segnali che riproducono abbastanza fedelmente la voce (analoghi, da cui segnale analogico), nella ISDN le informazioni sono codificate in cifre (digit, da cui digitale) binarie (bit). Una conseguenza immediata di quanto detto è che, se si considera una trasmissione tra due ISDN, l'informazione digitale si mantiene tale lungo tutto l'arco trasmissivo fino al terminale remoto (connettività numerica da estremo a estremo).

INTEGRAZIONE 

La rete ISDN, e quindi la numerizzazione del doppino telefonico di utente, una limitata serie di interfacce di accesso standardizzate, un unico cablaggio e una presa universale per tutti i tipi di terminali, offre un potente mezzo di comunicazione che consente all'utente di accedere a più canali numerici multiservizio sui quali possono transitare indifferentemente e contemporaneamente voce, testi, dati e immagini con un servizio di trasporto ad elevato livello di qualità e ad una adeguata velocità, tutto questo non era possibile con la vecchia rete telefonica analogica a meno di soluzioni specifiche (RFD,ITAPAC): ISDN offre invece la scelta fra: connettività numerica, analogica (come vedremo più avanti) e a pacchetto, oltre a tutta una serie di servizi supplementari in un'unica rete che è l'evoluzione della rete telefonica stessa, in una sorta di upgrade tecnologico. L'integrazione dei servizi realizzata nella rete ISDN e' di due tipi: Fisico, i servizi condividono la stessa risorsa trasmissiva cioe' il doppino esistente che diventa numerico. Funzionale, sullo stesso accesso vengono scambiati differenti tipi di informazioni logicamente correlate.

Parlando di integrazione bisogna però specificare che questa è avvenuta essenzialmente al livello terminale del servizio, nelle centrali telefoniche, invece, questa integrazione non è avvenuta. Per semplificare il concetto potrei affermare che mentre è stato possibile, verso la terminazione di rete, in casa degli utenti, "riutilizzare" i cavi telefonici portanti, quelli stradali per intendersi, i cavi telefonici domestici e anche gli apparati analogici, semplicemente modificando la presa sterminatrice, non è stato altrettanto possibile fare con gli apparati di centrale, che devono continuare ad effettuare il "ponte" con reti preesistenti. Questo perché se è vero che un innegabile vantaggio per gli utilizzatori sia stato introdotto dalla tecnologia digitale è pur vero che l'obiettivo principale delle società telefoniche era in realtà quello di semplificare, unificare, snellire e rendere più efficiente il trasporto delle informazioni lungo le dorsali portanti evitando tutti quegli inconvenienti più o meno insormontabili creati dall'adozione della segnalazione e dal trasporto in modalità analogica. In pratica ISDN ha risolto prima un problema generale per il trasporto delle informazioni che ha poi avuto l'immediato effetto di favorire una serie di "benefici collaterali" anche per gli utilizzatori. Un po' quello che accade quando si beneficia per ricaduta delle tecnologie sviluppate in ambito militare.

LE SPECIFICHE ISDN

Lo standard europeo individua in due tipologie diverse l'accesso ISDN. 

Nella sua configurazione tipica è denominato Accesso Base (BRA, Basic Rate Access o BRI, Basic Rate Interface); esso consente di attivare contemporaneamente sulla stessa linea due comunicazioni indipendenti tra loro. ISDN BRA consta infatti di due canali trasmissivi, detti canali B (Bearer channel, canale portante), a 64 Kbit/s, che trasportano l'informazione utile come due canali indipendenti e assimilabili a due linee telefoniche convenzionali, e un canale D (Data channel, canale dati)a 16 Kbit/s detto "canale di servizio", utilizzato per le segnalazioni tra terminatore di rete e centrale telefonica. Su tale canale è inoltre possibile condividere con la segnalazione una trasmissione dati di tipo " a pacchetto", a basso troughput (velocità max 9,6 kbit/s dei 16 K complessivi). Il canale D viene utilizzato per trasportare la segnalazione terminatore-rete necessaria per il controllo delle chiamate (instaurare, abbattere chiamate, trasportare informazioni relative a servizi supplementari) mentre il generico canale B è utilizzato per il trasporto di informazioni d'utente scambiate durante una comunicazione (durante una telefonata, la trasmissione dati o Fax e la navigazione in Internet). Una Accesso Base viene comunemente indicato con la sigla 2B+D.
 
 

L'accesso, realizzato come una normale linea telefonica, termina presso la sede dell'utilizzatore con una Network Termination (NT o NT1). 

La seconda tipologia è l'Accesso Primario (PRA, Primary Rate Access o PRI, Primary Rate Interface). Portando un secondo doppino telefonico verso il terminatore di rete è possibile disporre fino a 31 canali numerici a 64 kbit/s di cui 30 canali B (15 di base, incrementabili in gruppi di 5 fino a 30) e uno D, 30B+D. Nel Nord America un accesso primario è composto di 23 canali B e 1 D. L'interfaccia PRA è stata concepita soprattutto per il collegamento alla rete pubblica di dispositivi come i PABX (Private Automatic Branch Exchange, centralini telefonici) o LAN (Local Area Network di PC). Esso offre un accesso sincrono che utilizza la multiplazione standard a divisione di tempo TDM (Time Division Multiplexing, evoluto dallo standard PCM, ovvero Pulse Code Modulation) in conformità delle raccomandazioni ITU-T G.703 e G.704.

LE INTERFACCE ISDN 

La linea ISDN utilizza, per la tratta tra la centrale telefonica e la sede dell'utilizzatore, lo stesso cavo usato dalla normale linea telefonica. Per attivare il servizio è quindi necessario che un tecnico dell'operatore di rete installi un apparecchio: l' NT1 (terminatore di rete) che termina la connessione della rete di distribuzione verso la centrale locale (interfaccia U, l'interfaccia a due fili verso la centrale pubblica) alla quale è collegato tramite una coppia di conduttori all'interno di un cavo telefonico e consente l'utilizzo delle trasmissioni in ISDN. L'NT termina il lato centrale con il bus di utente "S" (Interfaccia S) la quale, collega i terminali di utente tipo ISDN.
Non è necessaria alcuna sostituzione di cavi. La terminazione di rete (NT1) da installare presso l'utilizzatore consente la connessione alla rete ISDN di terminali specifici ISDN, telefoni, fax di gruppo 4 (G.4), schede PC con funzionalità modem. Essa viene tipicamente collegata ad un dispositivo detto NT2, un centralino ISDN ne è un esempio tipico. La NT2 fornisce in uscita l'interfaccia T.
Il dispositivo NT2 può anche non essere presente, è il caso di apparati "direttamente" collegati alla NT1 in un'unico punto di riferimento detto Bus S/T. Alla NT può essere anche collegato un cavo che serve per remotizzare gli attacchi della NT di apparati lontani alla interfaccia S: il bus S, le quali specifiche vedremo più avanti, in questo caso il bus T e quello S non corrispondono ad un solo punto. T o Bus T, è un'interfaccia full-duplex a quattro fili e ad essa si collegano buona parte degli apparati di utente; il punto di riferimento T è anche l'ultimo ad essere digitale. Telefoni ISDN, TE digitali per PC interni o esterni, Routers ISDN piuttosto che dispositivi per Videoconferenza sono dispositivi detti TE1 che possono essere collegati al bus T o S/T. R, rappresenta il mondo analogico come i telefoni ed i modem tradizionali; si tratta di un'interfaccia a due fili che viene ottenuta grazie ad un dispositivo detto TA che fa da "ponte" tra i due ambienti: quello digitale e quello analogico. Questo dipo di interfaccia è presente unicamente sulle borchie di tipo NT1+ che oltre ai due attacchi digitali ne offre altri due di tipo analogico (detti canali a/b) su RJ11 al fine di poter collegare apparati di tipo analogico (tipicamente telefoni e dispositivi BCA comuni).
Sul punto R non sono generalmente disponibili buona parte dei servizi ISDN. 

Sulla parte anteriore di ogni NT1 sono presenti due led: verde per l'alimentazione di rete (220 V), rosso per l'alimentazione di centrale (l'interfaccia U). 

Tale apparato può essere di due tipi: l'apparato base NT1, che consente all'utilizzatore il funzionamento di prodotti ISDN e l'apparato Plus (NT1+, o NT1 Plus) che si presenta in modo identico ma che adotta anche un'interfaccia R analogica. La NT1 base si presenta con 2 RJ45 e consente il collegamento di 2 apparati ISDN (se si accessoria la borchia con un cavo BUS-S è possibile remotizzare dalla borchia fino a 8 apparati, sullo stesso accesso).  Le prese ISDN (specifiche ITU I.430), ovvero prese S0, hanno forma rettangolare e connettore modulare RJ45 (appartenente - come l'RJ11 - alla famiglia comunemente detta in Italia "plug" - "western" in Germania) ad otto contatti (il bus S0 usa i quattro centrali: i cavetti ISDN hanno quindi 4 fili). Lo stesso connettore e' usato normalmente per connettere le schede LAN dei PC alle prese del cablaggio strutturato.

La NT non è telealimentata pertanto l'apparecchio deve essere collegato ad una comune presa di corrente. Una precisazione riguarda la distanza di utilizzo della trasmissione: il terminatore di rete NT non deve trovarsi ad una distanza superiore a 5 Km, circa, dalla prima centrale di commutazione. Vale a dire che il portante trasmissivo deve rimanere nella lunghezza di tale range pena la capacità di trasportare integri dati numerici. La NT1  non necessita di alcuna configurazione, mentre NT1+ può essere configurata per convogliare le trasmissioni discriminando le interfacce analogiche (a/b) o i canali digitali (B) . Limitatamente alla tipologia NT1 base va detto che tale terminatore  non è telegestibile né  da remoto né da locale. Dato che il terminatore necessita di tensione elettrica per alimentare la logica interna (trasporto dell'interfaccia U dalla centrale telefonica), in caso di caduta di corrente (220 V.) il servizio viene garantito su un solo telefono opportunamente programmato come terminale di emergenza. La normativa italiana prevede che tutte le apparecchiature che vengano a collegarsi con la rete pubblica siano omologate dal Ministero delle Poste e Telecomunicazioni, pena l'ammenda e il sequestro delle apparecchiature. Per l'omologazione il Ministero si avvale della collaborazione di laboratori accreditati, tra i quali C.S.E.L.T. di Torino, per effettuare le prove di conformità alle specifiche internazionali recepite in Italia.

IL CANALE D 

Serve per le comunicazioni "di servizio" fra la terminazione di rete, l'utente, e la centrale cui e' collegato; ad esempio:
 

Utente -> Centrale  "Voglio telefonare al N. XXXX-YYYYYY"

Centrale -> Utente  "Stai telefonando da X minuti e finora hai speso Y lire"

In Europa il protocollo standardizzato (a fine '93) si chiama DSS1 (o ETSI-DSS1). 

Il termine "Euro-ISDN" si riferisce appunto ad una rete ISDN che usa DSS1. In Germania questo protocollo era differente e "parlava" con la centrale (sul canale D) con il protocollo 1TR6, (apparati di questo tipo non sono piu' in commercio, visto che i modelli attualmente venduti da Deutsche Telekom sono uno "bilingue" e l'altro solo "euroISDN").
Nonostante la standardizzazione della ISO, esistono vari tipi di protocollo ISDN che si sono sviluppati in vari paesi: 1TR6 (Germania), DASS2 (Gran Bretagna), VN2/3 (Francia), DSS1, detto anche Euro-ISDN (Italia ed Europa in generale). Il protocollo 1TR6 venne gradualmente abbandonato, come quello belga, quello francese etc. a favore di DSS1. Il fatto di avere reti con protocolli completamente standard, validi per Paesi che comprendono assieme centinaia di milioni di abitanti, è vitale per poter avere dispositivi (ad es. schede per PC e telefoni) con un prezzo accettabile per un mercato di massa: una infrastruttura di comunicazione digitale proprietaria, "inventata" da una singola nazione (senza una specifica standardizzazione ITU-T ed ETSI, e quindi nemmeno l'implementazione in più paesi) non permetterebbe di limitare i costi. Sulla rete telefonica italiana il canale D viene sfruttato soprattutto per le comunicazioni dirette alle reti a pacchetto con protocollo X.25, che consente di originare/ricevere chiamate di tipo pacchetto verso/da clienti ISDN o clienti di reti dati a pacchetto. Mediante TA specifici è possibile collegare un terminale DTE (Data Terminal Equipment ) capace di sfruttare la capacita' di trasferire messaggi sul canale D di segnalazione dell'accesso base condividendolo con la segnalazione necessaria a gestire l'accesso stesso, il throughput di punta garantito e' pertanto di soli 9600 bit/s, ma entrambi i canali B rimangono disponibili per altri collegamenti. I servizi possibili sono numerosi:

• applicazioni transazionali di tipo intraziendale e di sportello
• file transfer bancario, assicurativo, amministrativo
• raccolta ed automazione di teleservizi a basso traffico
• applicazioni di monetica

Viene da se che con un unico accesso base ISDN è possibile gestire fino a 3 comunicazioni simultaneamente.
 

IL BUS-S 

Il BUS-S è un "cavo di prolunga" a 4 fili, 2 doppini, mediante il quale è possibile remotizzare l'interfaccia digitale S presente sulla terminazione di rete NT. La lunghezza della linea per il bus S è variabile, a seconda del numero, della disposizione e della distanza dei terminali collegati all'NT tramite il bus S.

Sono previsti diversi tipi di configurazione: Bus S passivo corto: fino a 8 terminali su linea da NT entro una distanza di 200 metri. Bus S passivo corto ad Y: fino a 8 terminali suddivisi su due linee partenti dall'NT entro una distanza di 100 metri per ogni linea. Bus S passivo esteso: fino a 4 terminali entro gli ultimi 40 metri di una linea partente dall'NT lunga massimo 450 metri. Al Bus S non è possibile collegare apparati analogici, ma è possibile il collegamento di una interfaccia TA esterna alla quale sarà possibile collegare apparati analogici. Per remotizzare apparati analogici dalle prese RJ11 dell'NT1+ si adoperano i comuni doppini telefonici in uscita dalla interfacce a/b della borchia plus.

I SERVIZI DI TLC NEL CONTESTO ISDN 

La raccomandazione ITU I.200 classifica i servizi di TLC in: 

Servizi portanti
 

che implicano il coinvolgimento della sola rete di trasmissione, e non dei terminali. E' un servizio portante quello offerto dalla rete per il trasferimento di informazioni (fonia, dati, video) tra terminazioni di rete. Ciascun servizio di rete è definito da attributi generali e di dettaglio che ne specificano caratteristiche e comportamento. In pratica, il servizio portante offre il mezzo di trasporto tra terminali in modalità reale ed in maniera trasparente (senza introdurre o modificare nulla) rispetto al contenuto dell'informazione. I servizi portanti definiti per la rete ISDN sono: connessioni analogiche (sui canali a/b), connessioni numeriche a 64 K (canali digitali B) e connessioni a pacchetto (canale D).

Il servizio Speech è richiesto per applicazioni di fonia, come ad es. l'instradamento internazionale a lunga distanza attraverso dispositivi posti nei nodi internazionali (IGW). Questi apparati prevedono che il segnale venga trattato per la cancellazione o la soppressione di eco, o la compressione del segnale vocale. Il servizio speech non è pertanto indicato per quelle applicazioni che richiedano trasparenza nel flusso dati.
L'audio a 3,1 Khz è un servizio richiesto per applicazioni diverse dalla fonia ma che utilizzano la banda vocale, ad es. trasmissioni modem in banda fonica. In questi casi la cancellazione d'eco e la compressione comporterebbero una compromissione del segnale trasmesso e delle informazioni trasportate.
64 Kbit/s unrestricted digital è utilizzato per applicazioni che necessitano interamente di connessione numerica da estremo a estremo. La rete deve necessariamente instradare la comunicazione attraverso autocommutatori tutti digitali evitando ogni tipo di trattamento del segnale.

implicano il coinvolgimento delle potenzialità sia di rete che di terminale, Un teleservizio, come da raccomandazione ITU I.240, fornisce la completa capacità di comunicazione tra terminali secondo procedure "normalizzate" a livello internazionale che coinvolgono sia i protocolli di trasmissione sia il trattamento delle informazioni trasportate. In pratica, un teleservizio è una comunicazione ove sussiste cooperazione tra funzionalità di rete e funzioni del terminale. Nel caso di ISDN la rete non si limita a mettere in comunicazione due terminali, ma li fa interagire fornendogli la possibilità usufruire di opzioni a valore aggiunto (come vedremo più avanti durante una normale comunicazione vocale in ISDN è possibile sfruttare informazioni provenienti dalla segnalazione di rete ed interagire con esse). I teleservizi forniti per la ISDN sono: telefonia, telex, telefax G.4, videotext, teletext.

modificano o complementano i servizi di base e vengono forniti sempre in associazione con un servizio portante ed un teleservizio. Alcune categorie definite per ISDN sono: identificazione del numero chiamante, lettura della tariffazione in tempo reale, multiutente (conversazioni multiple o intermedie), trasferta di canali e trasferimento di informazioni addizionali.

Fonia con servizi aggiuntivi:
 

Essendo una linea digitale ISDN ben si presta a supportare eventuali cadute di connessione di collegamenti numerici diretti come i CDN.

Nelle specifiche di ISDN si legge chiaramente che la gestione dei dati che circolano sui canali B è totalmente a carico dell'utente: egli può quindi spedire tutto ciò che desidera e in un qualunque formato decida di adottare. Per evitare la totale anarchia dei formati, però, il CCITT ha stabilito un particolare tipo di collegamento ISDN, denominato "teleservice", all'interno del quale sono definiti tutta una serie di servizi che seguono i dettami del CCITT stesso: in questo modo, due utenti che seguono questo standard possono comunicare fra loro. Ovviamente, tranne casi eccezionali, tutti gli utenti utilizzano il "teleservice".
Vediamo in dettaglio quali sono i servizi attualmente definiti nelle specifiche:

• fonia normale - la trasmissione in fonia normale avviene secondo le specifiche G.711, ovvero con campionamento a 8 KHz e quantizzazione a 12 bit: i campioni sono poi compressi a 8 bit con una legge non lineare e codificati secondo la A-law o la µ-law. La banda passante è di 3.1 KHz e va dai 300 ai 3400 Hz e la trasmissione avviene in un singolo canale B.
• fonia ad alta qualità - la trasmissione in fonia ad alta qualità si attiene alle specifiche G.722: in pratica si usa una compressione adattiva in grado di portare i campioni dai 12 bit originari a 4 bit, raddoppiando quindi la frequenza di campionamento che arriva a 16 KHz. In questo caso la banda passante è di 7 KHz, da 300 a 7300 Hz, ed occupa un singolo canale B.
• musica - ovviamente, la musica può essere trasmessa con uno dei metodi visti prima, ma la qualità del risultato non è certamente esaltante. Nel caso si voglia trasmettere ad alta fedeltà tramite ISDN, si ricorre alle specifiche ISO 11172, che parlano della codifica e della decodifica audio all'interno dei filmati MPEG, comunemente chiamate "Musicam" (Masking pattern Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing). La forza di questo standard è che la quantità di informazioni necessarie può variare a seconda della qualità richiesta: normalmente utilizzando 110 Kbit/s per canale si ottiene una qualità indistinguibile da quella del CD audio (che richiede però 705.6 Kbit/s per canale), ma si ottengono buoni risultati anche rimanendo all'interno di un singolo canale, ovvero a 64 Kbit/s.
• foto - la trasmissione di foto a colori tramite ISDN avviene secondo lo standard ISO JPEG: questo metodo consente di scegliere la qualità ed il fattore di compressione, in modo da deciderne le più opportune a seconda della situazione. Fattori di compressione dell'ordine di 0.1 bit/pixel possono essere raggiunti qualora si richieda all'immagine solamente un facile riconoscimento del soggetto, mentre con una compressione di 2 bit/pixel si ottengono risultati ottimi, indistinguibili dall'originale.

La parte che segue è un compendio tecnico agli argomenti precedenti e si occupa di chiarire solo alcuni aspetti nelle modalità di comunicazione all'interno di una rete ISDN, non è pertanto esaustiva ma solamente introduttiva alla problematiche di trasmissione dei protocolli di rete. Prima di addentrarci nel protocollo OSI relativo ad ISDN vale la pena fare riferimento al modello OSI del' I.S.O. per meglio comprendere come questo si raffronti alla specifiche trasmissive di ISDN.

Il protocollo OSI è organizzato in sette strati e schematizza quello che normalmente accade durante un processo di comunicazione via cavo. I sette strati (layer) sono i seguenti:

• strato 1, o strato fisico, che definisce le caratteristiche del segnale che deve essere trasferito tramite il canale. In questo strato sono definite caratteristiche quali l'ampiezza dell'impulso, la codifica della linea, la velocità di trasmissione, il tipo di connettore e quant'altro sia necessario alla trasmissione in maniera soddisfacente di un segnale digitale;
• strato 2, o strato di collegamento, che racchiude le istruzioni per il raggruppamento delle informazioni binarie. Si occupa della rilevazione e della correzione degli errori, racchiudendo i bit in frame. Attualmente tutti i formati di questo strato derivano da uno standard conosciuto come HDLC (High-level Data Link Control);
• strato 3, o strato di rete, che assicura il corretto indirizzamento dei messaggi verso la destinazione appropriata, e che inoltre provvede al meccanismo che assicura il controllo dei messaggi di conferma da parte dei destinatari;
• strato 4, o strato di trasporto, che collega i due terminali: i dati possono essere trasferiti da un terminale all'altro utilizzando vari formati degli strati 1, 2 e 3 (comunicazione tramite una LAN e ISDN), ma i terminali debbono ricevere le informazioni con le velocità appropriate;
• strato 5, o strato di sessione, che definisce il modo in cui gli applicativi ai due estremi del collegamento interagiscono fra loro, incluso il metodo di chiamata, di coordinazione delle loro attività durante la sessione di lavoro e di chiusura del collegamento;
• strato 6, o strato di presentazione, che stabilisce i formati usati da entrambi i terminali per rappresentare i dati ed i metodi per la loro gestione;
• strato 7, o strato dell'applicazione, che è in pratica l'operazione da compiere, per il trasferimento di un documento o la consultazione di un catalogo o di un orario.

Lo strato 1 (canali B e D). Nello strato 1 viene effettuato il trasporto fisico delle informazioni: a livello elettrico abbiamo due coppie di conduttori, una per la ricezione ed una per la trasmissione; una differenza di potenziale di circa 3 V (indipendentemente dalla polarità) fra i due conduttori indica un bit uguale a zero, mentre se non vi è differenza di potenziale si ha un bit uguale a uno. Quando uno dei dispositivi connessi decide di inviare informazioni, vi sono due possibilità: o la rete è già attiva, oppure la rete è in condizione di riposo. Nel primo caso il trasmettitore dovrà per prima cosa prelevare dalla rete le informazioni necessarie per sincronizzarsi, mentre nel secondo caso esiste una procedura che, tramite dei pattern di segnale ben precisi, porta alla sincronizzazione. Una volta avvenuta la sincronizzazione, le informazioni sono contenute in frame da 48 bit ciascuna e della durata di 250 ms: in ciascuno di questi frame vi sono 2 byte per ogni canale B e un nibble del canale D, più 12 bit che servono per la sincronizzazione e la gestione del bilanciamento in continua. Nella tabella che segue è riportata la struttura di un frame a 48 bit del primo livello OSI. I bit senza indicazioni sono necessari per la sincronizzazione e per altre funzioni di gestione.
 
 
 

Lo strato 2 - Canale D. La funzione dello strato 2 è quella di consentire il passaggio di informazioni dallo strato 3 allo strato 1, in sequenza e con un controllo di errore in grado di rivelare eventuali problemi di trasmissione. Il fornitore del servizio stabilisce le specifiche solamente per il canale D, mentre per il canale B viene lasciata libertà di agire come meglio si crede (nel caso di un normale collegamento in fonia i dati del canale B arrivano fino al convertitore D/A senza nessuna correzione d'errore): tali specifiche vengono comunemente indicate con la sigla LAP-D (Link Access Procedure for a D Channel). Al livello dello strato 2 le informazioni sono raggruppate in frame, gruppi di byte strutturati e di lunghezza variabile. In tale struttura trovano posto i byte di controllo e i byte di dati, questi ultimi presenti solo durante lo scambio di informazioni da e verso il livello 3. Per poter riconoscere immediatamente il flag di apertura o chiusura di un frame (ovvero la sequenza di bit 01111110) o la condizione di idle del canale (una sequenza ininterrotta di bit 1) da eventuali trasmissioni di dati, durante la trasmissione effettiva di dati non vengono mai spediti più di cinque bit consecutivi posti a 1: nel caso si debba trasmettere un dato che contenga tale sequenza, il trasmettitore inserisce automaticamente un bit 0 dopo il quinto bit 1; l'operazione inversa sarà fatta dal ricevitore, che andrà a togliere il bit 0 dopo cinque bit 1 consecutivi: se i bit 1 consecutivi sono più di cinque, il ricevitore è immediatamente in grado di stabilire il verificarsi di una delle due condizioni viste prima. I frame del livello 2 contengono il SAPI (Service Access Point Identifier) ed il TEI (TErminal access point Identifier), nonchè un bit (C/R) che identifica il messaggio come comando o come risposta. L'ultimo bit di ciascun byte è il bit di estensione che, se posto a 0, indica che il messaggio prosegue sul prossimo byte.

Il SAPI permette di definire 64 diversi tipi di accesso, anche se attualmente i valori utilizzati sono solamente i seguenti (i valori liberi sono riservati per usi nazionali e per future standardizzazioni):

• 0: indica un frame per la procedura di controllo di chiamata;
• 16: indica un frame per la procedura di comunicazione a pacchetto;
• 63: indica un frame di gestione.

• da 0 a 63 sono terminali con assegnazione non automatica da parte del NT;
• da 64 a 126 sono terminali con assegnazione automatica da parte del NT;
• 127 indica un frame diretto a tutti i terminali.

• I : (information transfer).
• S: (supervisory transfer).
• U: (unnumbered information).

• Discriminatore di protocollo (protocol discriminator): consente di stabilire il tipo di protocollo della chiamata; ad esempio il codice 8 (1000 in binario), identifica una chiamata secondo lo standard Q.931 [ISDNQ931], ma esiste la possibilità di utilizzare altri protocolli.
• Codice di riferimento (call reference value): si trova dal terzo byte in poi e la sua lunghezza in byte è indicata nel byte precedente; è un valore che serve per distinguere le varie chiamate in corso da parte del terminale: si pensi alla possibilità di iniziare due connessioni e quindi alla necessità di gestirle separatamente.
• Tipo di messaggio (type of message): definisce quale messaggio sta transitando sulla rete: Sono attualmente definiti 25 tipi di messaggio suddivisi in quattro categorie di messaggi (Call establishment, Call information phase, Call clearing, Miscellaneous).
• Altre Informazioni: a seconda del tipo di messaggio possono essere presenti o meno tutta una serie di elementi informativi (Information Elements), la cui struttura generale è definita nell'approfondimento di questa parte.

La segnalazione di rete adotta un modello che è simile a quello ISO-OSI (ma non identico) e che è stato standardizzato secondo la Raccomandazione CCITT Q.700 ed è chiamato sistema di segnalazione N. 7 (SS7). Lo strato 3 della segnalazione ISDN tra utente e terminazione di rete (segnalazione di utente) viene trasportato attraverso la rete dal sistema SS7 e riconvertito all'altra estremità. Il sistema SS7 ha una architettura a strati, simile a OSI, ma semplificata in soli 4 livelli, dei quali i primi tre sono detti "Message Transfer Part" (MTP) e il quarto è detto "User Part". Vediamo in dettaglio i 4 strati:
 

1. Fisico: Preposto alla trasmissione bit a bit nel mezzo trasmissivo (come il pari livello OSI).
2. Collegamento: Riguarda tutte quelle funzioni necessarie a garantire che tutti i frame inviati siano ricevuti correttamente (come il pari livello OSI).
3. Rete: Garantisce il trasferimento dei dati secondo una tecnica di tipo datagramma, quindi non orientato alla connessione (connection less). In questo livello vengono implementate le funzioni di gestione dei messaggi, istradamento e riconoscimento, gestione della rete cioè tutte le funzioni necessarie a riconfigurare la rete in caso di guasti o congestione, ecc... (non è perfetta la analogia con il pari livello OSI).
4. User Part: Sede di tutte le applicazioni che usano i livelli sottostanti per mettere in atto un servizio tra quelli previsti dalla rete, trasmissione di fonia o di dati, ecc... Le funzionalità di ISDN si trovano dentro questo livello il quale è implementato solo su base mittente-destinatario (end-to-end), mentre gli altri livelli sono attivi in tutti i nodi della rete. Questo livello contiene un sottolivello chiamato SCCP che serve, quando richiesto, a completare le funzionalità del livello 3 al fine di supportare anche servizi orientati alla connessione (connection oriented).

CONCLUSIONI 

L'impiego sempre più diffuso di mezzi di comunicazione digitali e la capillarità con cui essi sono distribuiti ha posto sin dagli albori la problematica relativa al "mezzo di trasporto" da adottare per soddisfare la più importante regola della moderna telematica: la diffusione estesa. Il complesso delle tecniche, delle metodologie, delle applicazioni devono necessariamente tendere al raggiungimento e alla soddisfazione della maggior parte della popolazione. Non è plausibile parlare di vero progresso se questo non è condivisibile da una quantità sempre crescente di uomini, paesi e continenti. L'obiettivo della telematica è quello di "avvicinare", rendendo possibile comunicare attraverso il trasferimento di informazioni tra due o più entità di un sistema posto in località diverse e anche molto distanti fra loro. Per rendere possibile tutto ciò è stato necessario disporre di un mezzo esteso capillarmente, che consentisse di collegare tra loro utenti ubicati in qualsiasi luogo. A questo scopo è stato utilizzato il mezzo più diffuso disponibile: la rete telefonica, che, oltre ad essere estesa su tutto il territorio di una nazione, rispetta quelle normative internazionali che rendono possibile il collegamento tra due punti qualsiasi del mondo. In questo contesto ISDN si pone ancora come la tecnologia eletta, potendo sfruttare la rete telefonica generale senza dover strutturare reti alternative, dal costo gravoso e dalla irrimediabile diffusione limitata a livello locale. Si può affermare che ISDN si è proposto, e ancora è, come mezzo telematico di ottima qualità e a buon mercato. Relativamente alla sua diffusione si può affermare che la penetrazione sul mercato nazionale italiano ha raggiunto livelli entusiasmanti, anche se non ancora capillari, e che per ancora un po' di tempo, magari spostandosi dall'ambito aziendale a quello domestico, resterà il mezzo più economico per entrare in internet e scambiare dati. L'avvento delle nuove tecnologie xDSL (ADSL-HDSL), caratterizzate da velocità molto elevate, ha aperto nuove possibilità, ma le problematiche relative alla loro diffusione, limitata alle aree urbane, e al costo relativamente alto per giustificarne un uso non massivo, le ha relegate, per ora, in un conteso aziendale di nicchia. C'è un'altra cosa che depone a favore di ISDN, la sicurezza intrinseca nella trasmissione dei pacchetti IP. A differenza di ADSL, i datagrammi IP su tecnologia ISDN viaggiano a commutazione di pacchetto, recando l'indirizzo di destinazione, in tecnologia ADSL questi viaggiano a commutazione di cella, privi di indirizzo IP. Ciò significa che se una cella non arriva a destinazione tutta la trasmissione viene scartata e bisogna ricominciare da zero. 

E' presumibile che la tecnologia ISDN abbia vita ancora lunga, data la sua completa integrazione con la rete generale, come mezzo per diffondere la voce e che nemmeno tecnologie come xDSL o SDH saranno in grado di soppiantare ancora per qualche tempo.
 

Ottobre 2000 J.M.