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Cours le réseau téléphonique commuté et le RNIS


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Cours le réseau téléphonique commuté et le RNIS

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II. Architecture des réseaux RTC et RNIS

Le Réseau Téléphonique Commuté RTC (PSTN en anglais) et le Réseau Numérique à Intégration de Service RNIS (ISDN en anglais) permettent le transport de conversations téléphoniques et également de données via l’insertion de modems (modem RTC normes V21 à V92 ou carte RNIS pour un PC). L’aiguillage des communications téléphoniques dans le réseau est assuré par les commutateurs téléphoniques qui sont les mêmes pour les deux réseaux. Cependant alors que pour le RTC la numérisation s’effectue au niveau du commutateur, le RNIS étend la numérisation jusqu’à l’abonné

et les interfaces RTC et RNIS au niveau du commutateur sont différentes. IL faut bien comprendre que l’objectif du RNIS était de satisfaire une communication numérique de bout en bout. Il faut donc pouvoir, sur la boucle locale existante permettre une transmission numérique en bande de base, full duplex sur deux fils.

Le RTC et le RNIS sont organisés en 4 sous-parties :

 L’installation de l’abonné RTC ou RNIS.

 La boucle locale ou réseau de distribution est l’organisation technique mise en œuvre pour relier les abonnés au commutateur le plus proche (commutateur de rattachement).

 La commutation est la partie centrale du réseau. La commutation assure le raccordement de l’abonné au réseaux, gère la signalisation, assure la concentration, le multiplexage et l’aiguillage des communications dans le réseaux.

 La transmission est l’ensemble des techniques mises en oeuvre pour relier les commutateurs entre eux. L’ensemble des dispositifs et des supports de transmission entre commutateurs est appelé réseau de transmission ou réseau de transport.

L’échange d’informations nécessaire à l’établissement, au maintien et à la rupture de la communication s’appelle la signalisation. On distingue 2 catégories de signalisation :

 la signalisation sur la boucle locale : signalisation par impulsion ou DTMF pour le RTC et

signalisation DSS1 pour le RNIS;

 la signalisation entre commutateurs : signalisation CCITT N°7 ou SS7 définie par la recommandation Q.700.

Le réseau RTC et le RNIS assurent aussi des fonctions d'accès à d'autres réseaux, ou services

comme par exemple au réseau à commutation de paquets, à Internet, au GSM,....

Rmq : Depuis la numérisation de réseau téléphonique, la signalisation DTMF n’existe que sur la boucle locale. En effet, avant cette modernisation, l’établissement d’un circuit entre deux abonnés se faisait de proche en proche. Le N° demandé progresse de commutateur en commutateur. La commutation sera donc assez lente et un circuit sera utilisé pour l’acheminement de l’appel, même si l’appelé est "occupé" ! Cette signalisation est abandonnée en France. Elle est remplacée par le Signalisation par réseau sémaphore : Toute la signalisation se fait sous la forme de messages (paquets X25) et est transportée par un réseau sémaphore indépendant du réseau de transport (circuits). Les deux réseaux utilisent les mêmes infrastructures numériques (MIC) mais sont organisés différemment. Des PTS (Points de Transfert Sémaphore) routent la signalisation et des PS (Points Sémaphore) assurent l’interconnexion avec les commutateurs. Avec la signalisation CCITT N°7, dont l’étude à démarré en 1976 et la mise en place en 1987, le circuit est préparé rapidement et n’est établi que lors du décrochage de l’appelé. Cette signalisation améliore le temps de réponse des commutations RTC analogiques et est indispensable au RNIS (signalisation riche et évolutive).

III. Les services attendus du RNIS : Cahier des charges

III.1. Communication téléphonique : Du RTC au RNIS

Entre le moment ou l’on décroche le téléphone et celui où l’on parle avec son interlocuteur, différentes opérations s’effectuent (via les PBX). Au niveau du RTC, la numérotation (régie par une numérotation à 10 chiffres ZZABPQMCDU) s’effectue par un codage multi-fréquences (signalisation) : l’action sur une touche du clavier provoque l’émission de deux fréquences caractéristiques du chiffre sélectionné. Le CL décode le préfixe ZZ (régions ou opérateurs ex : 05) et choisit un circuit local disponible pour une connexion vers l’abonné (si appel local) ou le CAA correspondant. Si l’abonné n’est pas dans la ZAA, l’appel est transféré par décodage du numéro au CTS voire CTP correspondant avant de reproduire cette opération en sens inverse jusqu’au CL concerné. Si le correspondant est occupé, la connexion aura été infructueuse (échec). Or, lors de cet appel des ressources ont été monopolisées pour mettre en correspondance deux abonnés. Ces mêmes ressources sont utilisées pour transmettre la communication.

Si la vocation première du RNIS est de procurer des services de communication à ses abonnées permettant des échanges de la voix et de données simultanément, le RNIS a été construit pour résoudre les défauts du RTC. En cela, on distingue physiquement 2 fonctions :

- Transmission

– Signalisation

L’échange des communications s’effectue sur le réseau de transport des informations appelé canal B. La signalisation est séparée et prise en charge par un réseau spécifique que l’on peut imaginer comme un réseau parallèle spécialisé. Ce réseau de signalisation (cf. norme Q.701) est normalisé sous le nom de CCITT n°7 ou SS7, aussi dénommé canal sémaphore et il est construit sur le modèle de référence OSI. La signalisation est véhiculée suivant le protocole D que l’on verra dans la description des couches OSI. Par comparaison avec la figure 1, le réseau RNIS se présente de la manière suivante (figure 5).

Chaque CAA est relié à un Point Sémaphore et chaque Centre de Transit (Primaire ou Secondaire) est relié à un Point de Transfert Sémaphore. Les PS pilotent et asservissent le réseau de transport en choisissant le meilleur chemin entre deux points du réseau.

PS : Point Sémaphore : ce sont les centraux téléphoniques qui génèrent et interprètent les messages de signalisation.

PTS : Points de Transfert Sémaphore qui sont utilisés quand deux commutateurs téléphoniques ne sont pas reliés entre eux par un canal sémaphore. Le PTS stocke les messages de signalisation, analyse leur entête pour effectuer le routage et les retransmet (Store & Forward) comme un routeur classique.

Pour plus d’information, se référer au cours réseau sur le protocole X.25.

Pour plus d’information, se référer au cours réseau sur le protocole X.25.

III.2. Services supports

La première étape du RNIS en France permet d’offrir aux usagers les services supports à commutation de circuit :

- Le service support CCBT (commutation de circuit sur canal B transparent) c’est à dire sans aucun traitement de l’information.

o Mode circuit à 64 kb/s sans restriction

o Mode circuit à 64 kb/s sans restriction avec tonalité et annonce

- Le CCBNT (commutation de circuit sur canal B non transparent) que l’on peut comparer au service de transmission audio 300-3400 Hz. Ce service n’offre pas obligatoirement de connexion numérique bout à bout.

o Mode circuit à 64 kb/s pour la parole

o Mode circuit à 64 kb/s pour audiofréquence à 3.1 kHz

On rappelle que le mode circuit engendre une connexion physique entre les deux extrémités établis en permanence durant l’échange d’information.

Puis, les services supports en mode paquet ont permis de partager la ressource communicante entre différents utilisateurs. Le terme commutation de paquet signifie que les données numérisées circulent groupées en paquets multiplexées de transmissions différentes. La catégorie utilisée en France est le circuit virtuel permanent. Les paquets sont routés à travers des commutateurs après avoir établis un chemin virtuel. La signalisation s’effectue en mode sémaphore, c’est à dire par un canal hors bande.

  1. Principe de fonctionnement du RNIS

IV.1. Les canaux logiques RNIS

Le canal de transmission analogique s’appuie sur une paire torsadée de fils de cuivre entre le commutateur local de la compagnie de télécommunication et l’abonné. Initialement, ce réseau n’assurait que la transmission de la voix, puis du télex. D’autres canaux (avec leur propre protocole) véhiculaient des applications spécifiques telles que la radio, la télévision, … L’objectif du RNIS est d’englober ces diverses applications pour transmettre des données numérisées sur la ligne téléphonique. Les données sont encapsulées dans une trame laquelle est divisée en canaux logiques pour permettre un fonctionnement en full duplex et pour répondre ainsi aux besoins des diverses applications.

Au niveau du RNIS, on distingue deux canaux. Les canaux B définis pour transmettre les données de l’utilisateur et le canal D véhicule les informations de signalisation, et éventuellement des données en mode paquet.

- Les informations de signalisation sont séparées des informations utilisateur pour améliorer l’intelligence réseau. Grâce à cette signalisation hors bande, le temps d’établissement de connexions est rapide pour le RNIS (environ 4 secondes). Le canal D est dédié à la signalisation c’est à dire : appels, établissement de connexions, demandes de services, routage des données sur les canaux correspondants (dits canaux B : Bearer). Mais, il peut aussi être utilisé pour transmettre des données utilisateurs afin d’augmenter le débit de la communication (protocole X.31b).

- Le transfert des informations s’effectue dans des canaux spécifiques dits "canaux B". Les canaux B peuvent véhiculer de la voix ou des données en fonction de l'application mise en œuvre à un débit de 64 kbps en commutation de circuit ou de paquet. Les canaux B peuvent être utilisés séparément, ou réunis à plusieurs.

IV.2. Raccordement du RNIS sur la boucle locale

Le RNIS est destiné à remplacer le réseau téléphonique analogique actuel. Il doit donc pouvoir s’implémenter dans l’environnement existant. L’une des contraintes se situe au niveau du réseau filaire. En effet, en informatique l’échange de données sérielles s’effectue au minimum sur 4 fils en fonction du sens de transmission (en supposant les masses séparées). Or le réseau de branchement est constitué de deux fils par abonné. Ainsi, pour pouvoir fonctionner simultanément dans les deux sens sur deux fils, deux méthodes ont été retenues :

- La technique de transmission à l’alternat (Ping Pong)

- Les techniques d’annulation d’échos.  

La technique de transmission à l’alternat est une transmission half duplex permettant une transmission dans un sens puis dans l’autre sens par un multiplexage temporel. Dans ce cas, il faut un débit deux fois supérieur à celui du RNIS. L’annulation d’écho est une technique déjà utilisée en téléphonie analogique. En transmission analogique, la séparation du sens de transmission est réalisée par un coupleur 4 fils/2 fils générateur d’écho. La technique de suppression d’écho consiste à mesurer l’écho pour le soustraire. Le passage de 2 fils à 4 fils est réalisé en analogique par un transformateur différentiel. La conversion nécessite une puissance DC nulle. Le raccordement du poste téléphonique de l’abonné RNIS ne se fait pas directement sur la ligne de distribution du RTC. L’administrateur met en place différentes interfaces à travers desquelles s’établies la connexion. Ces interfaces dépendent également du type d’accès RNIS choisi par l’abonné. Il existe deux types d’accès au RNIS que nous présenterons dans le paragraphe suivant avant de détailler les interfaces utilisées entre les différents équipements d’une installation RNIS sur la boucle locale.

IV.2.1. Deux types d’accès

Une interface d’accès à un RNIS est une association temporelle (timeslots) de canaux B et D.

A partir de l’association de ces canaux, deux types de services RNIS sont déployés correspondant chacun à des catégories d’utilisations distinctes :

- Résidentielle : utilisation simultanée des services téléphoniques et d’une connexion

Internet à 144 kbps.

- Professionnelle : utilisation d’un commutateur téléphonique (PABX) ou d’un routeur d’agence pour multiplexer plusieurs canaux B pour atteindre un débit de 2048 kbps.

Les accès conseillés aux utilisations sont respectivement :

  1. L’Accès de Base S0 (AdB ou BRI : Basic Rate Interface) (2B+D)

L'accès de base est constitué de deux canaux B à 64 kbits/s pour le transport de la voix et des données et d'un canal D à 16 kbits/s pour le transport de la signalisation ou de données sous forme de paquets (X.25/D). L'ensemble offre une interface dite Accès de base "2 B + D" multiplexé au niveau de l’interface S.

- Deux canaux B (64 kbits / sec) pour le transfert de la voix ou des données en mode circuit et offrant un service numérique de bout en bout.

- Un canal D (16 kbits / sec) dit de signalisation utilisé pour la gestion des communications et pour les applications à bas débits (X.25/D).

Chaque canal B est constitué d’un bus nommé S0 compatible avec les interfaces S0 des terminaux RNIS tels que le téléphone, le télécopieur ou encore le microordinateur.

  1. Accès Primaire S2 (AP ou PRI : Primare Rate Interface normalisé par l’avis G.704 sous le nom E1/T1 respectivement en Europe et Japon/USA)

- 30 canaux B en Europe et 23 canaux B aux USA et Japon pour le transfert de la voix ou des données en mode circuit et offrant un service numérique de bout en bout.

- Possibilité d’agrégation des canaux B en fonction des applications (384, 1920 kbps)

- Un canal D (16 et 64 kbit/s respectivement en Europe et Amérique du NORD) dit de signalisation utilisé pour la gestion des communications et pour les applications à bas débits (X.25/D).

IV.2.2. Equipement d’un réseau RNIS

L’Union Internationale des Télécommunications (UIT) a défini la technologie RNIS comme un réseau fournissant une connectivité numérique de bout en bout avec une grande variété de services. Pour atteindre cet objectif, le RNIS définit un jeu de protocoles d’interfaces utilisateur/réseau standard. De cette façon, tous les équipements RNIS utilisent les mêmes connexions physiques et les mêmes protocoles de signalisation pour accéder aux services. De plus, pour faciliter l’interconnexion de divers réseaux, le CCITT recommande une hiérarchisation du multiplexage numérique synchrone à partir d’un multiplex primaire. La hiérarchisation définie en Europe pour les réseaux de transmission est à 4 niveaux (cf. Table 1). Ainsi la recommandation G 732 adoptée en Europe fixe le débit a 2048 kbit/s. Chaque trame est définie par une durée de 125 µs divisée en 32 intervalles de temps (IT ou timeslot) numérotés de 0 à 31.

Au niveau Européen, les IT 1 à 15 et 16 à 31 sont dédiés aux transferts d’informations. Les autres IT servent à la signalisation :

- l’IT 0 des trames impaires est réservé verrouillage de trame

- l’IT 0 des trames paires est réservé au service (alarmes, …)

- l’IT 16 est réservé à la signalisation

La trame est constituée de 32 IT de 8 bits et une multitrames est une succession de 16 trames. (La recommandation G 733 au Japon et en Amérique du nord est légèrement différente tant pour le débit (1544 kbit/s) que pour le transfert des signaux de signalisation et de contrôle.)

IV.2.2.1. Adaptation des débits

L’architecture du RNIS est conçue de manière à atteindre des débits variant entre 64 kbps jusqu’à 2 Mbps en Europe (de par l’utilisation des 30 canaux). L’allocation de canaux permet d’adapter le débit par deux techniques gérées respectivement par le niveau 1 et 2 du modèle OSI. Nous aborderons ce point ultérieurement. Cependant, des équipements non RNIS (dénommé TE2 : Terminal Equipment 2) auxquels peuvent être connectés le RNIS n’ont pas nécessairement le même débit que celui imposé par le canal B. Dans ce cas, des adaptateurs de terminal (TA) réalisent une adaptation en réduisant le débit effectif du canal B jusqu’à une valeur compatible avec l’équipement non RNIS.

La configuration physique vue du coté de l’utilisateur RNIS est divisée en groupes fonctionnels séparés par des points de référence (cf figure 6). Un groupe fonctionnel est une association particulière d’équipement qui assurent un ensemble de fonctions RNIS. Les points de références sont les limites qui séparent les différents groupes fonctionnels ou équipement décrits précédemment. A chacun de ces points de référence correspond une interface standard à laquelle les fournisseurs d’équipements doivent se conformer.

On désigne par le vocable point de référence (les lettres R,S,T,U et V), les interfaces situées entre les différents équipements d’une installation RNIS. Nous allons dans un premier temps lister les différents équipements RNIS décrit dans le paragraphe ci-dessus, puis nous détaillerons les interfaces.

IV.2.2.2. Equipements

Nous allons décrire dans ce paragraphe, les différents équipements RNIS permettant la liaison des services RNIS entre l’abonné et la boucle locale, en respectant cet ordre dans la classification ci-dessous.

Terminal non RNIS (TE2)

Un terminal non RNIS (TE2) est un terminal qui n’est pas spécifié pour fonctionner sur le RNIS. Ce terminal, tel que le téléphone analogique ou des terminaux séries …, ne possède pas l’interface appropriée (interface S0) pour se brancher sur la ligne, mais utilise des ports séries (USB, RS232, …). Afin de rendre compatible ce terminal on doit adjoindre un adaptateur.

Adaptateur (TA)

Le rôle de l’adaptateur est de rendre compatible le débit du terminal non-RNIS avec celui du bus S0 (64 kbps) et de présenter l’interface appropriée. Typiquement, les modems externes sont appelés Terminal Adapters.

Parmi les adaptateurs les plus généraux, on peut lister :

- AT A/S (Audiofréquence/S) pour les modems, les téléphones analogiques, les télécopieurs de groupe 3 connectables sur le réseau téléphonique commuté.

- AT X21/S pour les terminaux à 56 et 64 kbps et à l’interface X.21 (standard pour l’accès aux réseaux publics de données synchrones à commutation de circuit)

- AT V24/S pour les terminaux informatiques synchrones et asynchrones à interface V24

- AT X25/S pour les terminaux en mode paquet et à interface X.25

- AT V35/S pour les terminaux à 56 et 64 kbps de données synchrones rapides destinées à être connectés à des liaisons spécialisés et à interface V35.

Terminal RNIS (TE1)

Un terminal RNIS (TE1) possède une interface S0 sans adaptation. Les terminaux sont nombreux et parmi ceux-ci, nous pouvons distinguer les principaux :

- Téléphone RNIS.

- Télécopieur à la norme G4.

- Visiophones.

Terminal Numérique d’abonné (NT2/TNA)

Le groupe fonctionnel NT2 n’est utilisé que pour les accès primaire c’est à dire pour usage professionnel. Ce groupe possède de nombreuses fonctions de commutation de circuit ou de paquets avec plusieurs connexions de bus S0. Dans le cas d’applications professionnelles, ce groupe correspond à un commutateur local (PABX) opérant au niveau réseau. Il assure les fonctions de gestion de la signalisation et d'acheminement des communications vers le terminal approprié.

Terminal Numérique de Réseau ou de ligne (NT1/TNR/TNL)

On parle de TNR lorsque que l’on souhaite un accès de base et d’un TNL pour un accès primaire. L’accès de base du RNIS utilise une ligne téléphonique ordinaire. En France, l’opérateur téléphonique installe un dispositif appelé TNR (Terminaison Numérique de Réseau) qui reste sa propriété. La transmission en deux fils se fait donc entre la TNR et le site de rattachement. Le choix et l’installation de la TNR sont effectués par l’opérateur. Le TNR est un boîtier permettant de convertir une interface U en une interface dite S/T, comme le montre la figure 7. L’interface U est le raccordement 2 fils du réseau local téléphonique avec une modulation en bande de base 2B1Q, et l’interface S ou T est une connectique dite 4 fils avec une modulation MIC. Généralement, au delà du TNR commence le bus S0 (propriété de l’entreprise), lequel permet de connecter 8 terminaux numériques (5 en France pour limiter la désadaptation d’impédance). Il s’agit dans ce cas d’un accès résiduel et les interfaces S et T se confondent. Toutefois, on peut également connecter un réseau privé (PABX) qui permet de multiplier le nombre de lignes exploitables. On peut alors obtenir un accès primaire derrière un TNL. Il s’agit d’un accès professionnel et le point de référence en sortie du TNL est nommé T pour se distinguer de l’interface S. Le TNL est chargé de la modulation MIC et de constituer la trame, c’est à dire d’assembler les données, la signalisation et la synchronisation. Le boîtier doit aussi se synchroniser par rapport à une horloge de référence du réseau de l’opérateur et d’arbitrer le trafic sur le S0.


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