Weil ISDN kein nach und nach gewachsenes System ist, sondern vor der Einführung vollkommen durchgeplant wurde, konnten es seine Macher nach Belieben formen und strukturieren. Herausgekommen ist dabei ein zwar logisch gegliedertes, aber trotzdem komplexes Gebilde.
Das OSI-Modell
Die Kommunikation im D-Kanal und in den B-Kanälen wird im Rahmen des sogenannten OSI-Modells spezifiziert (OSI = Open System Interconnection), das als grundlegendes Modell für die Strukturierung einer Datenkommunikation von der internationalen Normierungsbehörde ISO festgelegt wurde.
Dieses Modell unterteilt Kommunikationsvorgänge in sieben Schichten, mit der untersten Schicht 1, dem physikalischen Übertragungsmedium und höchsten Schicht 7, in der ein Anwender mittels Hardware und Software Daten und Dokumente überträgt. Hinter diesem Modell steckt die Idee, die für eine Kommunikation erforderlichen Funktionen in Form von Schichten hierarchisch zu gliedern und das ganze damit leichter bedienen zu können.
Jede Schicht n auf der einen Seite einer Kommunikationsverbindung tauscht sich gemäss einem festgelegten Protokoll mit der gleichen Schicht n auf der gegenüberliegenden Seite der Kommunikationsverbindung aus. Um Daten und Informationen an die Schicht n auf der gegenüberliegenden Seite zu transferieren, bedient sie sich festgelegter Dienste der ihr untergeordneten Schicht n-1. Die wiederum steht mit der gleichen Schicht n-1 auf der gegenüberliegenden Seite der Kommunikationsverbindung in Kontakt.
Obwohl das OSI-Modell in der Theorie sehr streng zwischen den verschiedenen Funktionsbereichen trennt, ist die Praxis oft verschwommener. Denn nicht immer lassen sich die verschiedenen Funktionseinheiten eines Kommunikationsgerätes klar auf die Schichten des OSI-Modells abbilden. Nicht selten steuern gleiche Funktionseinheiten gleichzeitig mehrere Ebenen oder eine Ebene wird gleichzeitig von mehreren Funktionseinheiten überwacht. Bei ISDN ist die Welt des OSI-Modells aber noch in Ordnung, denn das D-Kanal-Protokoll des ISDN findet klar abgegrenzt in den untersten drei Schichten des OSI-Modells statt.
Die eigentliche Kommunikation zwischen einem ISDN-Endgerät und einer ISDN-Vermittlungsstelle zum Aufbau und Abbau einer B-Kanal-Verbindung wird in der Schicht 3 abgewickelt. Auf dieser Ebene werden gemäss den nationalen oder dem E-DDS2-Protokoll Nachrichten übertragen, wobei sich die Schicht 3 der Schicht 2 bedient. Sie hat die Aufgabe, Daten in Pakete zu fassen und eine gesicherte Kommunikation zu gewährleisten, d.h., fehlerhaft übertragene Datenpakete zu erkennen und im Rahmen eines speziellen Protokolls neu zu übertragen. Dazu wird innerhalb der Schicht 2 ein international standardisiertes Protokoll mit dem Namen HDLC (High-Level Data Link Control) eingesetzt, mit dem man bei der ISDN-Programmierung aber nicht direkt in Berührung kommt. Schicht 2 wiederum bedient sich Schicht 1, dem physikalischen Medium (im einfachsten Fall ein Kabel), um mit dem Gegenüber in Kontakt zu treten.
Der Vorteil bei diesem Verfahren: Weil bereit Schicht 2 eine einwandfreie Übertragung garantiert, muss man sich in der Schicht 3 keine Gedanken über eine zusätzliche Absicherung der Datenpakete, beispielsweise über Prüfsummen mehr machen. So wie der Empfänger ein Datenpaket kriegt, hat es den Absender auch verlassen.
Auf Basis der Schichten 1 und 2 können also in der Schicht 3 Informationen zum Auf- und Abbau einer B-Kanal-Verbindung übertragen werden. Die Nachrichten werden dabei aber nicht vom Anrufenden Endgerät (Sender) direkt zum angerufenen Endgerät (Empfänger) übertragen, sondern gelangen vom Anrufer nur bis zu dessen Vermittlungsstelle. Dort werden sie in ein spezielles Format, das sogenannte Zeichengabesystem 7 umgewandelt, über das alle Vermittlungsstellen im Netz miteinander in Verbindung treten. Ist die Nachricht über diverse Vermittlungsstellen bei der Vermittlungsstelle des angerufenen Teilnehmers angelangt, wird die Nachricht dort wieder in das gebräuchliche D-Kanal-Protokoll umgesetzt und an den zugehörigen Network-Terminator geleitet. Der leitet das Signal auf den ISDN-Bus, an dem die ISDN-Anschlussdosen und damit auch die Endgeräte angeschaltet sind.
Schicht 3-Nachrichten im D-Kanal
Schicht 3-Nachrichten in D-Kanal sind nach einem bestimmten Muster aufgebaut und variieren in ihrer Länge. Die Maximallänge ist auf 260 Bytes begrenzt. Den Anfang bildet jeweils ein Nachrichtenkopf mit einem Umfang von mindestens 4 Byte. Daran schliessen sich je nach Nachricht weitere Daten an.
Am Beginn des Nachrichtenkopfes steht des sogenannte Protokolldiskriminator, ein Byte, das die Nachricht einem bestimmten D-Kanal-Protokoll zuordnet. Für das europäische D-DSS1-Protokoll ist dies der Wert 16. Durch diese eindeutige Kennzeichnung der Protokolle werden die Vermitttlungsstellen in die Lage versetzt, Nachrichten zwischen verschieden Protokollen umzusetzen, damit zum Beispiel ein PC mit ISDN-Karte an einem Euro-Anschluss mit einem PC an einem nationalen ISDN-Anschluss kommunizieren kann. Denn prinzipiell unterscheiden sich die beiden D-Kanal-Protokolle in ihrer Funktionsweise und ihren Funktionsumfang nicht. Nur die Codierung einzelner Informationen ist teilweise unterschiedlich.
Auf den Protokolldiskriminator folgt in Nachrichtenkopf eine Transaktionsnummer. Sie wird benötigt, weil innerhalb einer Endeinrichtung mehrere Signalisierungsvorgänge zum Auf- und Abbau von B-Kanal-Verbindungen gleichzeitig aktiv sein können. Bei einem Primärmultiplexanschluss sind es immerhin bis zu 30. Deshalb benötigt die Vermittlungsstelle eine Art Identifikationsnummer, auf die sie sich bei ihrer Antwort auf die jeweilige Nachricht beziehen kann. Transaktionsnummern können 1 bis 16 Byte umfassen. Das erste Byte gibt dabei die Anzahl der Bytes an, die darauffolgenden bezeichnen die Transaktionsnummer selbst. Im letzten Byte des Nachrichtenkopfes wird schliesslich die eigentliche Nachricht codiert. Von der Vermittlungsstelle wird sie in Bezug auf die Angabe des Protokolls interpretiert und eine entsprechende Aktion eingeleitet.
Verbindungsaufbau über den D-Kanal
Die gebräuchlichen D-Kanal-Protokolle definieren eine ganze Reihe von Nachrichten, von denen aber nur wenige benötigt werden für den Auf- oder Abbau eines B-Kanals. Den Wunsch zum Aufbau einer Nachricht meldet das Endgerät mittels einer SETUP-Nachricht zunächst an seine Vermittlungsstelle. Neben der Zielrufnummmer enthält diese Nachricht auch einen sogenannten Service-Indicator, der den gewünschten Dienst spezifiziert. Er zeigt an, ob eine Kommunikation per Fax, Telefon oder eine andere Art gewählt wurde. Die SETUP-Nachricht wird jetzt von der Vermittlungsstelle mit einer SETUP ACK-Nachricht quittiert, einem sogenannten „Acknowledge“, d.h. einer Bestätigung. Diese zeigt die Entgegennahme eines Verbindungswunsches an und ordnet dem Endgerät gleichzeitig einen der verfügbaren B-Kanäle zu, ohne diesen jedoch zu öffnen.
Die Vermittlungsstelle des Anrufers wählt sich nun zur Vermittlungsstelle des angerufenen Teilnehmers durch und sendet dem Network-Terminator des entsprechenden Anschlusses eine SETUP-Nachricht, mit der dieser auf den Verbindungswunsch aufmerksam gemacht wird. Enthalten sind in dieser Nachricht die Zielrufnummer, der Service-Indicator und weitere Informationen, die die angeschlossenen Endgeräte in die Lage versetzen, ihre Zuständigkeit für den Anruf zu prüfen. Dies ist unumgänglich, weil an einem ISDN-Anschluss mehrere Geräte mit verschieden Rufnummern angeschlossen sein können und die Vermittlungsstelle nicht weiss, welches Gerät welcher Rufnummer zugeordnet ist.
Dies ist auch der Grund, warum die S0- und die S2M-Schnittstelle als passiver Bus ausgelegt sind. Alle angeschlossenen Geräte können die umlaufenden Nachrichten empfangen und darauf reagieren, wenn sie sich angesprochen fühlen. So können auch mehrere Endgeräte auf eine eintreffende SETUP-Nachricht mit einer ALERT-Nachricht an die Vermittlungsstelle reagieren. ALERT heisst: „Ich bin zur Entgegennahme des Anrufs bereit“. Fühlen sich mehrere Endgeräte zuständig erhält dasjenige den Zuschlag, das als erstes eine ALERT-Nachricht an die Vermittlungsstelle abgesetzt hat.
Die ALERT-Nachricht wird an den Anrufer weitergeleitet um die prinzipielle Bereitschaft zur Entgegennahme des Anrufs zu signalisieren. Die Durchschaltung des B-Kanals zwischen Anrufer und dem Angerufenen ist damit allerdings noch nicht hergestellt.
Während der Anrufer sein ALERT erhält, bleibt dir Gegenseite nicht untätig. Die Endgeräte, die zuvor ein ALERT an die Vermittlungsstelle gesandt haben, senden automatisch eine CONNECT-Nachricht an die Vermittlungsstelle. Von dort wird darauf eine entsprechende Nachricht über das netzinterne Nachrichtenprotokoll zur Vermittlungsstelle des Anrufers gesandt. An dieser Stelle wird eine CONNECT-Nachricht generiert, die zum Anrufer überstellt wird und ihm den Aufbau einer Verbindung signalisiert.
Gleichzeitig markiert sie den Beginn der Gebührenerfassung. Auf Seiten des angerufenen Teilnehmers quittiert die Vermittlungsstelle die CONNECT-Nachrichten der angeschlossenen Endgeräte mit einer CONNECT ACKNOWLEDGE-Nachricht an das Endgerät, dem sie die Verbindung zuordnen möchte.
In dieser Nachricht enthalten ist die Nummer des bereits geschalteten B-Kanals. Dieser kann bei Anrufer und Angerufenem durchaus unterschiedlich sein, was für die Verbindung jedoch unerheblich ist. Die Verbindung ist damit geöffnet - es können Daten gemäss dem angeforderten Dienst übertragen werden.
Verbindungsabbau über den D-Kanal
Ganz ähnlich wie der Verbindungsaufbau gestaltet sich auch der Verbindungsabbau einer D-Kanal-Verbindung, wenngleich hier andere Nachrichten im Spiel sind. Auslöser für den Verbindungsabbau ist der Empfang einer DISCONNECT-Verbindung durch eine der beiden beteiligten Vermittlungsstellen, je nachdem , ob der Sender oder der Empfänger diese Nachricht ausgelöst hat. Die jeweilige Vermittlungsstelle sendet darauf eine RELEASE-Nachricht an das Endgerät, von dem die DISCONNECT-Nachricht stammt.
Der Abbau der B-Kanal-Verbindung und der Gebührenerfassung gehen damit einher. Das Endgerät kann jetzt diese Nachricht mit einem RELEASE ACKNOWLEDGE quittieren, muss es aber nicht. Parallel zu diesen Abläufen hat die Vermittlungsstelle, die das einleitende DISCONNECT empfangen hat, eine entsprechende interne Nachricht an die mit ihr verbundene Vermittlungsstelle versandt. Diese generiert daraufhin eine DISCONNECT-Nachricht, die das jeweilige Endgerät über den Verbindungsabbau informiert. Dieses Endgerät ist gehalten, die Nachricht mit einer RELEASE-Nachricht zu quittieren, damit die Vermittlungsstelle sicher gehen kann, dass das Endgerät die Nachricht erhalten hat. Sie selbst quittiert den Empfang der RELEASE-Nachricht mit einem RELEASE ACKNOWLEDGE, der letzten Nachricht, die im Rahmen des Verbindungsabbaus versandt wird. Die Verbindung ist damit beendet.