home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Netware Super Library / Netware Super Library.iso / note_tip / isdn_tut / isdn-tut.txt
Text File  |  1990-10-11  |  17KB  |  353 lines

  1.  
  2. Date:     Sat Sep 29, 1990  8:38 pm  CDT
  3. From:     TELECOM Moderator
  4.           EMS: INTERNET / NRI
  5.           MBX: telecom@eecs.nwu.edu
  6.  
  7. TO:     * Jim Gorak / J.C. Penney
  8. Subject:  TELECOM Digest Special: ISDN Introduction
  9.  
  10.  
  11. TELECOM Digest     Sat, 29 Sep 90 18:45:00 CDT    Special: ISDN Introduction
  12.  
  13. Inside This Issue:                         Moderator: Patrick A. Townson
  14.  
  15.     An Introduction to ISDN From the CERFnet News [Excerpted by Jody Kravitz]
  16. ----------------------------------------------------------------------
  17.  
  18. From: Jody Kravitz <foxtail!kravitz@ucsd.edu>
  19. Subject: An Introduction to ISDN From the CERFnet News
  20. Date: Sat 29 Sep 90 18:00:00 CDT
  21.  
  22.  
  23. The most recent issue of the CERFnet news contained a long and useful
  24. article on ISDN.  I've excerpted the article from the newsletter:
  25.  
  26. CERFnet News
  27. California Education and Research Federation Network
  28. August-September 1990
  29. Volume 2, Number 5 
  30.  
  31.     <introduction and 5 articles deleted>
  32.  
  33.  
  34. AN INTRODUCTION TO ISDN
  35. by Dory Leifer
  36.  
  37.  
  38. Motivated by the ever increasing public need to send digital
  39. information in the form of voice, data or image, national governments
  40. along with private corporations have developed a scheme called
  41. Integrated Services Digital Network (ISDN). Although this concept
  42. dates back to the early 1970s, only recently have standards been
  43. developed. The standardization of ISDN has resulted in an emerging
  44. market of ISDN equipment and service plans. This technology will have
  45. widespread impact on both suppliers and users of network equipment and
  46. services.
  47.  
  48.     In the United States, all seven regional Bell operating
  49. companies have initiated limited testing and deployment of ISDN.
  50. General deployment is expected during the mid to late 1990s. Our
  51. European and Japanese counterparts are committed to the nationwide
  52. implementation of ISDN.
  53.  
  54.     This article introduces the basic concepts of telephone
  55. networks and ISDN and explores possible applications of ISDN
  56. technology.
  57.  
  58. The telephone network
  59.  
  60.     In order to understand why ISDN evolved, let's look at the
  61. current telephone network. The basic telephone is an analog instrument
  62. connected to a pair of wires. The pair of wires from a subscriber's
  63. premises, a private home for example, is connected over approximately
  64. a mile of cable to a local telephone company's central office. This
  65. pair of wires is commonly called the "last mile" or local loop.
  66.  
  67.     Inside the central office, the pair is attached to a device
  68. called a switch. The switch converts the analog signal to digital by
  69. sampling it thousands of times a second. The switch also routes the
  70. call by examining the telephone number called. If the call is
  71. long-distance, it is routed by the local telephone company, Michigan
  72. Bell, for example, to an Interexchange Carrier (IEC) such as AT&T,
  73. MCI, or US Sprint. The IEC routes the call to the local telephone
  74. company at the destination, still preserving the digital nature of the
  75. signal.
  76.  
  77.     This conversion between analog and digital seems reasonable
  78. for voice since humans (even programmers) cannot hear or speak
  79. digitally. But what if we intend to exchange digital information by
  80. connecting two computers together? In that case, we must convert
  81. digital information from our computers into analog signals using a
  82. modem.
  83.  
  84.     When these signals reach the central office, they are
  85. converted back to digital. The reverse process is used at the
  86. destination switch to convert the digital signal back to analog and
  87. pass it to the destination modem which finally turns it back for the
  88. last time to a computer bit stream.
  89.  
  90.     This process is not only redundant, it is inefficient. When
  91. voice is converted from analog to digital, a bit rate of 56,000
  92. bits-per-second (bps) is typically dedicated to carrying it. This rate
  93. is required to make sure that the voice will sound natural when it is
  94. converted back to analog. Since the telephone network treats modems
  95. the same way, a rate of 56,000 bps is also required to convey modem
  96. signals. However, most modems send and receive at or under 2400 bps.
  97. The rest of the capacity is wasted.
  98.  
  99.     Modems serve another purpose apart from digital transmission.
  100. Most modern modems incorporate automatic dialing and answer functions.
  101. We say that an autodial modem exchanges signalling information with
  102. the telephone network.  The modem can be instructed to place a call
  103. and report its progress: examples of what it can report back are
  104. "ringing", "busy", and "no circuits available".
  105.  
  106.     Again in this case, because the telephone network is designed
  107. for voice, computer equipment is disadvantaged. The modem requires
  108. special hardware to detect (actually to listen and guess) the sound of
  109. a busy signal, ring, or call incomplete message (usually preceded by
  110. three tones). This type of signalling is not only analog but it is in
  111. band: that is, signals and real transmitted information use the same
  112. channel. Sharing a single circuit to convey both transmission and
  113. signalling information imposes serious limitations.
  114.  
  115.     ISDN relieves the limitations of both in-band signaling and
  116. analog transmission. The next section describes a standard ISDN
  117. interface which provides end-to-end digital transmission and separates
  118. the signaling functions from the transmission functions. ISDN basic
  119. rate interface.
  120.  
  121.     The ISDN basic rate interface is the standard interface to
  122. connect subscribers to the ISDN. This interface uses the existing
  123. telephone wire pair.  Instead of using this pair for analog signaling
  124. and transmission, only digital information is conveyed. On this wire,
  125. three channels or digital paths exist.  The channels are multiplexed
  126. by giving each a time slice on the wire. Since ISDN channels are half
  127. duplex or uni-directional, a "ping-pong" method is used so that when
  128. one end transmits, the other listens. The ping pong happens with every
  129. tick of some central clock so the link appears to be bidirectional.
  130.  
  131.     Each ISDN circuit includes three channels:
  132.  
  133.       *  2 B or Bearer channels for data or voice (each 
  134.        64,000 bps)
  135.       *  1 D or Data channel for signaling or packet     
  136.        data (16,000 bps)
  137.  
  138. These channels provide both signaling and transmission. Notice that
  139. there is no distinction between voice and data on the B-channel. The
  140. ISDN treats both as a stream of bits. The bits have significance only
  141. to the terminating equipment such as a telephone for voice or a
  142. computer for data. When a subscriber wishes to place a call, the
  143. terminating equipment sends a packet on the D-channel containing the
  144. information needed by the network in order to establish the call.
  145. Assuming that the call succeeds, the subscriber may then send either
  146. voice or data on a B-channel. To end the call, a take-down packet is
  147. sent. This is analogous to hanging up.
  148.  
  149. Bearer channel transmission
  150.  
  151.     The B-channel is referred to as a clear channel because of its
  152. ability to pass an arbitrary bit stream transparently. In reality,
  153. arbitrary bit patterns have limited uses since the B-channel must
  154. adhere to the disciplines of existing voice and data networks. Sending
  155. voice using some non-standard encoding would preclude placing calls
  156. between the ISDN and the existing telephone network. A standard Pulse
  157. Code Modulation (PCM) scheme has been standardized for digitized voice
  158. because it is compatible with the existing voice network.
  159.  
  160.     Correspondingly, a data protocol must be employed on the
  161. B-channel if the subscriber is to reach hosts on the existing packet
  162. services which are not yet on the ISDN. Even if the host is on the
  163. ISDN, the network provides no guarantee that the data will be
  164. transmitted without errors. This is not a serious problem with
  165. terminal sessions (we live with error-prone modems), but for computer
  166. to computer connections (for example, performing a file transfer) an
  167. error-correction protocol may be required.
  168.  
  169.     The B-channel itself provides services that comply with layer
  170. one of the Open Systems Interconnection (OSI) Reference model (the
  171. physical layer).  That is, it offers a medium through which bits may
  172. pass.
  173.  
  174.     If a subscriber uses the ISDN to call another computer
  175. directly, a minimum of a layer-two protocol is involved for error
  176. correction and flow control. In many cases, the subscriber will wish
  177. to access a host on a packet network like Telenet. In this case, both
  178. a link layer (OSI layer two) and network layer (layer three) are
  179. required. The subscriber then uses the X.25 protocol between the ISDN
  180. and his or her machine. An interworking unit acts as a gateway between
  181. the ISDN and the packet network, using the X.75 protocol.
  182.  
  183.     A somewhat similar service could be deployed by Merit in the
  184. future to provide Internet access for ISDN subscribers. Off-campus
  185. users could place an ISDN call to an Internet gateway. They could then
  186. access TCP/IP applications like file transfer, remote terminal, and
  187. mail. ISDN provides added support in this case: since the ISDN would
  188. report the caller's address, a unique Internet address could be
  189. associated with a particular calling address. Other services which
  190. require authentication of the caller would also be facilitated by this
  191. feature.
  192.  
  193. The data channel
  194.  
  195.     The Data or D-Channel was originally specified by the CCITT
  196. for signaling but later was re-specified to include both signaling and
  197. transmission of packet data. Unlike its sister B-channel, the
  198. D-channel is not designed to carry an arbitrary bit stream. The
  199. D-channel uses both a link layer, Link Access Protocol-D (LAPD),
  200. similar to HDLC, and a network layer, Q.931, similar to X.25.
  201.  
  202.     The D-channel may be used for packet data when data throughput
  203. is not of high priority. No call set-up or take-down is required when
  204. using the D-channel to interface in packet mode.
  205.  
  206.     The signaling protocol on the D-channel is based on the set of
  207. signaling messages needed to establish and release a simple 64,000 bps
  208. B-channel voice or data connection. Included in call set-up are:
  209.  
  210.   *     Flexible addressing compatible with many standard 
  211.     network
  212.   *     Required data rate
  213.   *    IEC (long distance carrier) selection 
  214.     if applicable
  215.   *     Notification if line forwarded to 
  216.     another address
  217.   *     User information text
  218.  
  219. Signaling information is exchanged between a subscriber and the ISDN.
  220. But this information must also be passed within the ISDN to assure
  221. timely circuit establishment, efficient allocatmon of resources, and
  222. accurate billing and accounting between various service providers. A
  223. protocol called Common Channel Signaling Number Seven (CCS7) performs
  224. these functions. CCS7 was designed by AT&T and is based on the
  225. international standard CCITT Signaling System Seven (SS7). CCS7 is
  226. already used on a wide scale for signaling in the non-ISDN world but
  227. will be essential to support ISDN.
  228.  
  229. Equipment
  230.  
  231.     Compatibility with existing equipment is extremely important
  232. to most of the users who will migrate from switched and private
  233. networks to ISDN.  Therefore, most of the early ISDN equipment which
  234. users will purchase will be adapters for non-ISDN devices such as
  235. asynchronous terminals with RS-232 interfaces, 3270 style terminals
  236. with IBM SDLC and coax interfaces, and various LANs. An interface to
  237. connect common analog telephones will surely be a hot seller.
  238.  
  239.     Many of these devices are quite complex because they have to
  240. support both signalling and transmission. For example, an adapter
  241. which allows RS-232 attachment for terminals needs to interface with
  242. both the B- and D- channels.
  243.  
  244.     Under development by several manufacturers are integrated
  245. terminals that combine voice, data, and signaling into a compact
  246. desktop package.  Initially, these terminals will function as
  247. expensive desktop space savers, replacing a separate phone and
  248. terminal, but later they will provide access to truly integrated
  249. services.
  250.  
  251. What is an integrated service?
  252.  
  253.     An integrated service is one that is capable of providing a
  254. wide assortment of information well organized into a single package.
  255. This information may be, for example, in the form of voice, computer
  256. data, video, or facsimile.
  257.  
  258.     Initially, services available on ISDN will not be integrated.
  259. Voice and data, although they may be accessed together on an
  260. integrated terminal, have little to do with one another. Voice calls
  261. will involve only voice and data calls only data. We speak of this
  262. relationship as Service Coexistence.
  263.  
  264.     The second generation of ISDN services will be integrated. For
  265. example, consider a future bank credit card service. A card holder who
  266. disputes an entry in the credit card bill places an ISDN call to the
  267. bank. At the bank, a customer representative equipped with an ISDN
  268. terminal answers the call. The bank representative immediately has
  269. access to the caller's name and records since the ISDN passes the
  270. customer's originating address. The bank uses this address as a key
  271. into its customer database. The representative can address the
  272. customer by name when answering the phone. When the customer explains
  273. the nature of the problem, the bank representative retrieves the
  274. previous month's bill, which appears simultaneously on both screens.
  275. If the statement is in error, the balance can be recomputed before the
  276. customer's eyes.  Integrated services can also facilitate research
  277. collaboration via multi-media voice, image, and control functions
  278. between scientists.
  279.  
  280. Applications which require exchange of only short, infrequent
  281. messages can use services offered by the D- channel. Applications such
  282. as burglary alerting, energy control, credit card verification, cable
  283. TV requests for service, and home shopping can be accomplished using
  284. the D-channel packet facilities.
  285.  
  286. Advantages of circuit switching
  287.  
  288.     Although the data rate of 64,000 bps may be too slow for
  289. bandwidth-intensive applications like real-time high definition
  290. imaging, ISDN's circuit-switched capabilities do offer several
  291. advantages to the research community over packet-switched networks
  292. like Merit, NSFNET or ARPANET. Certain real-time applications which
  293. require cross-country connectivity can be run over ISDN. Although the
  294. individual circuits which comprise modern packet networks may be much
  295. faster than 64,000 bps, the overhead involved in packet switching and
  296. queueing is far in excess of similar circuit switching functions on an
  297. established call.
  298.  
  299.     Packet networks try to optimize aggregate performance across
  300. the entire network. Real-time applications are usually interested not
  301. in averages but rather in worst cases. If you get a 64,000 bps ISDN
  302. circuit, you will be guaranteed 64,000 bps service for the duration of
  303. the connection. Throughput on a packet network might average 150,000
  304. bps, for example, but might fall below 64,000 bps 10% of the time,
  305. causing serious problems for a real-time system.
  306.  
  307.     Another advantage ISDN has over packet networks is its
  308. potential ability to interface to a wide variety of digital laboratory
  309. equipment. The ISDN B-channel offers clear channel transmission. There
  310. is no protocol overhead involved in order to exchange information.
  311. This bit pipe can be used, for example, between detector/collector
  312. paired devices without the complication and expense of packet protocol
  313. gateway machines at each end of the connection. ISDN interfaces will
  314. eventually be readily available in VLSI, which will allow them to work
  315. with a wide variety of equipment at minimal additional cost.
  316.  
  317.  
  318. High speed (broadband) ISDN
  319.  
  320.     Many argue that 64,000 bps, based on the transmission capacity
  321. of the existing telephone system, is too slow to provide a wide
  322. assortment of integrated services. High-definition television,
  323. computer-aided design, medical imaging, and high-quality audio all
  324. require far more bandwidth than available in the current ISDN. An
  325. evolving standard for broadband ISDN (B-ISDN) may include 150
  326. Megabit-per-second subscriber lines over fiber optic local loops.
  327.  
  328. Conclusion
  329.  
  330.     ISDN will extend the capabilities of today's telephone
  331. networks, thus providing a market for new services. Most introductory
  332. services will apply service co-existence; services will be described
  333. as "running over" ISDN.  ISDN will do for data networks what the
  334. Communications Act of 1934 did for voice -- provide a ubiquitous
  335. method for public transmission. Pioneer users of this technology will
  336. have both the opportunity and the challenge of helping to shape the
  337. future of telecommunications. *
  338.  
  339. (Dory Leifer is a programmer for the Merit Computer Network, located
  340. in Michigan. This article was originally published in the Merit
  341. Network News, Vol 3 # 3, October, 1988).
  342.  
  343.                         --------------
  344.  
  345. CERFNET NEWS AVAILABLE IN HARD COPY
  346.  
  347. Send a request to help@cerf.net if you would like to be added to the
  348. hard copy distribution of CERFnet News. Postscript versions are also
  349. available via anonymous ftp to NIC.CERF.NET in the subdirectory
  350. cerfnet_news.
  351.  
  352. ------------------------------
  353.