Señalización
Capa de enlace
HDLC, LAPDm, LAPD, MTP/SCCP
Cada salto de la red tiene su propio protocolo de enlace, pero casi todos son versiones recortadas de la misma familia, HDLC. Si entiendes HDLC, LAPD y LAPDm son cuestión de saber qué le quitaron.
Visión global de la pila
En la capa de enlace de la interfaz de radio (Um) se usa LAPDm. En Abis (BTS–BSC), LAPD sobre una línea dedicada. En A y en las interfaces B a H, SS7: MTP y SCCP como enlace, TCAP y MAP para relacionar MSC, VLR, HLR y AuC, e ISUP para establecer llamadas. Por encima va la capa de red de los siguientes temas: RR (MS–BSS), MM y CM (MS–MSC), BTSM entre BTS y BSC, y BSSAP en la interfaz A.
| Capa | MS | BTS | BSC | MSC |
|---|---|---|---|---|
| 3 | CM · MM · RR | RR’ | RR · BTSM | CM · MM · BSSAP |
| 2 | LAPDm | LAPDm · LAPD | LAPD · MTP’ | MTP’ · SCCP |
| 1 | TDMA / FDMA | TDMA / FDMA | G.703 · G.732 | G.703 · G.732 |
Interfaces: Um entre MS y BTS, Abis entre BTS y BSC, A entre BSC y MSC. El MM sale del MS y termina en el MSC: BTS y BSC solo transportan. En cada salto el enlace es distinto (LAPDm, LAPD, MTP). Capa 1: TDMA/FDMA en el aire y E1 (G.703/G.732) en tierra. Entre MSC, VLR, HLR y AuC (B a H): MTP · SCCP · TCAP · MAP, y ISUP para las llamadas.
La función de la capa física en Um, vista desde arriba: transporte de bits sobre los canales lógicos, control de acceso, control de errores y cifrado.
HDLC: la familia
HDLC (High-level Data Link Control, ISO 3309) deriva de SDLC, de la arquitectura SNA de IBM. ITU-T lo adopta y lo recorta (subconjuntos de lo que HDLC permite) para cada red, y salen los protocolos LAP (Link Access Procedures): LAP-B para X.25, LAP-D para RDSI, LAP-F para Frame Relay, LAP-M para módems y LAP-Dm para GSM.
Es un protocolo orientado a bit: usa el patrón 01111110 para marcar el comienzo y el final de la trama. Para que ese patrón nunca aparezca dentro de los datos se hace relleno de bits: el transmisor inserta un 0 tras cada cinco 1 seguidos, y el receptor elimina el 0 que llega tras cinco 1. Así, si se reciben seis 1 seguidos, solo puede ser una bandera.
Ofrece dos servicios: fiable (con conexión, tramas numeradas y retransmisión si hay pérdidas o errores) y no fiable (tramas sueltas sin control de entrega). El formato de trama es común a toda la familia:
| Flag | Dirección | Control | Datos | FCS | Flag |
|---|---|---|---|---|---|
| 01111110 | 1 a n B | 1 o 2 B | 0 a m B | 2 o 4 B | 01111110 |
- Dirección de longitud variable. El bit menos significativo de cada octeto (EA, Extended Address) dice si es el último (1) o si continúa en el siguiente (0). La dirección
11111111es la de difusión. - FCS (Frame Check Sequence): código detector de errores, un CRC de 16 bits (CRC-CCITT) o de 32 según el tamaño de la trama. Se calcula en hardware a la velocidad de línea. En modo fiable, si detecta un error se pide retransmisión. En modo no fiable el receptor descarta la trama.
El campo de control: tipos de trama
El campo de control dice para qué sirve la trama y da los mecanismos de secuenciación. Hay tres tipos, que se distinguen por los bits menos significativos.
I: Información
Lleva datos de usuario, numerada. Bit menos significativo a 0. Dos contadores: N(S) es el nº de esta trama y N(R) el de la siguiente que espera recibir del otro extremo (por tanto confirma todas hasta N(R)−1). Contadores de 3 bits (control de 1 octeto) o de 7 (2 octetos).
S: Supervisión
Controla el intercambio de tramas I. Bits 01 al final. No lleva datos.
- RR: confirmación, espero la N(R)
- RNR: confirmación y control de flujo, no admito más por ahora
- REJ: fallo de secuencia, reenvía desde N(R). El receptor solo procesa en orden
- SREJ: reenvía solo la N(R). El receptor puede guardar fuera de orden
U: Sin numerar
Sin nº de secuencia. Bits 11 al final. Cinco bits de «tipo» permiten hasta 32 tramas de control distintas. Sirven para establecer o liberar la conexión, controlar el enlace e intercambiar datos en modo no fiable (UI).
Ojo con el orden de los bits. La diapositiva escribe el campo de control en orden de transmisión, con el bit menos significativo primero. Por eso dice que las tramas S terminan en «10» y los códigos RR, RNR, REJ y SREJ son 00, 10, 01 y 11. Aquí los bits van del 8 al 1 (el menos significativo, a la derecha), así que las S terminan en 01 y los códigos son 00, 01, 10 y 11. Es lo mismo escrito del revés.
Modos de operación y un ejemplo
El servicio fiable admite tres modos: NRM (no balanceado: un maestro sondea a los esclavos), ARM (los esclavos pueden indicar que quieren transmitir, pero transmiten con permiso del maestro) y ABM (balanceado: los dos extremos pueden iniciar y terminar la conexión cuando lo necesiten). ABM es el que usan casi todas las implementaciones actuales.
- Establecer: SABM (conexión en modo ABM con secuencia de 3 bits; SABME si son 7), respondida con UA (aceptada) o DM (rechazada).
- Intercambiar datos con control de errores: tramas I y S. Si no hay confirmación, se reenvía por temporizador.
- Liberar: DISC desde cualquier extremo, respondida con UA o DM.
Extra. El ejemplo siguiente es mío, para ilustrar REJ; no es la figura de la diapositiva. Lo que sí está en las diapositivas es cada trama por separado.
| Paso | Sentido | Trama | Qué pasa |
|---|---|---|---|
| 1 | A → B | SABM | A pide abrir la conexión en modo balanceado. |
| 2 | B → A | UA | B acepta. La conexión está establecida. |
| 3 | A → B | I(0,0) | Notación I(N(S), N(R)). A envía su trama 0 y todavía no ha recibido nada de B. |
| 4 | B → A | RR(1) | B confirma: ha recibido la 0 y espera la 1. |
| 5 | A → B | I(1,0), se pierde | La trama 1 sufre un error de transmisión: el FCS no cuadra y B la descarta. |
| 6 | A → B | I(2,0) | La trama 2 sí llega, pero B esperaba la 1. |
| 7 | B → A | REJ(1) | B avisa del fallo de secuencia: reenvía todo desde la 1. Con REJ el receptor solo procesa en orden, así que la 2 se descarta aunque llegó bien. |
| 8 | A → B | I(1,0) | A retransmite desde la 1. |
| 9 | A → B | I(2,0) | |
| 10 | B → A | RR(3) | B confirma todo hasta la 2 y espera la 3. |
| 11 | A → B | DISC | A pide liberar la conexión. |
| 12 | B → A | UA | B confirma la liberación. |
LAPD
LAPD es el protocolo de control del enlace para el canal D de la RDSI (su señalización), tanto en el acceso básico entre el terminal y la central local como en el primario entre la centralita y la central. Es un subconjunto de HDLC:
- Números de secuencia de 7 bits y CRC-16.
- Dirección de 16 bits que identifica al terminal (TEI, uno de los que admite la interfaz) y al protocolo de capa superior al que da servicio (SAPI), lo que permite multiplexar datos de usuario y señalización en el canal D.
- Mismos servicios que HDLC: fiable (modo multitrama) y no fiable.
- Solo admite la trama REJ (rechazo simple) para pedir retransmisión. Campo de datos limitado a 260 octetos.
En Abis se usa LAPD sobre una línea dedicada BTS–BSC. El campo TEI identifica a cada transceptor de una BTS (si hay varios), y funciona en modo multitrama (fiable) y sin confirmación (UI).
LAPDm en la interfaz radio
LAPDm deriva de Q.921 (el LAPD de la RDSI) y se adapta a la radio. En lugar de banderas y FCS (la capa física ya protege), la trama tiene tamaño fijo:
| Dirección | Control | Longitud | Datos | Relleno |
|---|---|---|---|---|
| 1 B | 1 B | 1 B | 0 a 20 B | 20 a 0 B |
Es el «formato B», el de la señalización por canales dedicados y asociados. Cabecera de 3 octetos más cuerpo de 20.
| Paso | Cuenta | Resultado |
|---|---|---|
| Trama LAPDm | 23 octetos × 8 | 184 bits |
| Código bloque (de Fire) | + 44 bits de redundancia | 228 bits |
| Código convolucional, tasa ½ | 228 × 2 | 456 bits |
| Ráfagas normales | 456 ÷ 114 bits de datos por ráfaga | 4 ráfagas completas |
Los 44 bits de redundancia vienen de las hojas de ejercicios; las diapositivas de LAPDm solo dan 184 y 456.
- Sin patrones de inicio y fin y sin FCS.
- Dirección: no identifica a un terminal. Solo hay dos valores de SAPI, que marcan la prioridad: 3 para SMS y 0 para todo lo demás.
- Control: mismos tres tipos de trama. Soporta tramas U SABM, DISC, DM, UI y UA. Tramas I y S con 3 bits de secuencia y solo una trama pendiente de confirmación. De supervisión solo RR y REJ.
| Modo | Tramas | Canales |
|---|---|---|
| Multitrama o confirmado (con conexión, fiable, modo I) | SABM, UA, DISC, DM; I; RR, REJ | Lógicos dedicados (tráfico y señalización) |
| Sin confirmación (sin conexión, no fiable, modo UI) | UI | Difusivos |
Resolución de contienda
Las tramas LAPDm no llevan identificador de terminal (TEI), así que ¿cómo sabe un móvil que el canal concedido es para él? Dos móviles pueden haber pedido canal a la vez por el RACH y recibir la misma asignación. La solución es que la petición de conexión lleve un identificador del móvil, normalmente un mensaje de capa 3 que incluye su identidad, y que la respuesta lo repita.
| Paso | Sentido | Mensaje | Qué pasa |
|---|---|---|---|
| 1 | MS 1 → BTS-BSC | RACH: petición de canal | El móvil 1 pide canal por el RACH. |
| 2 | MS 2 → BTS-BSC | RACH: petición de canal | El móvil 2 pide canal casi a la vez y la red no distingue las dos peticiones. |
| 3 | BTS-BSC → MS 1 | AGCH: asignación (SDCCH 1) | Una sola asignación, que oyen los dos móviles. Cada uno cree que es para él. |
| 4 | MS 1 → BTS-BSC | SABM [L3 (id MS 1)] en SDCCH 1 | Cada móvil abre la conexión LAPDm en el canal asignado, metiendo su identidad en el mensaje de capa 3. |
| 5 | MS 2 → BTS-BSC | SABM [L3 (id MS 2)] en SDCCH 1 | Los dos transmiten en la misma ranura: la BTS se queda con una de las dos. |
| 6 | BTS-BSC → MS 1 | UA [L3 (id MS 1)] | La respuesta repite el mensaje de capa 3 recibido. El móvil 1 reconoce su propia identidad y sigue. |
| 7 | BTS-BSC → MS 2 | DM [L3 (id MS 1)] | El móvil 2 ve un mensaje que no es el suyo: ha perdido la contienda y tiene que volver a pedir canal por el RACH. |
| 8 | MS 1 → BTS-BSC | I(0,0) [datos] | El móvil 1 envía su primera trama de información. |
| 9 | BTS-BSC → MS 1 | RR(1) | La BTS confirma. |
| 10 | MS 1 → BTS-BSC | DISC | Al terminar, el móvil libera la conexión. |
| 11 | BTS-BSC → MS 1 | UA |
Ojo. En la figura de la diapositiva el DM del móvil 2 aparece con el mensaje de capa 3 de otra identidad. Si tu profesor lo cuenta de otra manera (por ejemplo que el móvil 2 simplemente no recibe UA), quédate con la idea: la identidad en la respuesta es lo que desempata.
Abis y A: el resto del camino
- Abis: LAPD, con TEI para identificar cada transceptor. Modos multitrama (fiable) y UI.
- A (BSC–MSC): señalización de red SS7. La diapositiva habla de dos clases de servicio equivalentes a los modos de LAPD (UI e I): clase 0 (sin conexión), para mensajes difusivos, y clase 2 (con conexión y fiable), para comunicaciones punto a punto con un móvil concreto. Son las clases de SCCP (el formulario da los tamaños de mensaje de las clases 1 y 2).
La concatenación de tres conexiones, LAPDm + LAPD + MTP’, permite intercambiar mensajes de señalización entre el móvil y su central.
Autoevaluación
Pasa 01111101111110 por el transmisor HDLC con relleno de bits.
Tras cada cinco 1 seguidos se inserta un 0 (aunque el siguiente bit ya fuera 0). Resultado: 0111110011111010 (en negrita los ceros de relleno), es decir 0111110011111010, con 16 bits.
¿Qué significa I(2,1) en una trama HDLC?
Es la trama de información número 2 (N(S)=2), y N(R)=1: el emisor ha recibido bien hasta la 0 y espera la 1 del otro extremo.
¿En qué se diferencian REJ y SREJ?
REJ pide retransmitir todas las tramas desde N(R) en adelante y el receptor solo procesa en orden. SREJ pide solo la trama N(R) y el receptor puede guardar las que llegan fuera de orden.
¿Qué tramas se usan para abrir y cerrar una conexión en modo ABM?
Abrir: SABM (o SABME con 7 bits), respondida con UA o DM. Cerrar: DISC, respondida con UA o DM.
Enumera las diferencias de LAPDm respecto a HDLC.
Tamaño fijo de 23 octetos, sin banderas de inicio y fin, sin FCS, dirección sin identificador de terminal (solo SAPI 0 y 3), números de secuencia de 3 bits con una sola trama pendiente de confirmación, y solo RR y REJ como tramas de supervisión.
¿De cuántas ráfagas es una trama LAPDm y por qué?
De 4. 23 octetos son 184 bits; con el código de bloque (+44) y el convolucional de tasa ½ salen 456 bits, y una ráfaga normal lleva 114 bits de datos.
¿Cómo se resuelve que dos móviles reciban la misma asignación de canal?
Por contienda: cada móvil mete su identidad en un mensaje de capa 3 dentro del SABM, y la BTS responde repitiendo ese mensaje. El móvil que no reconoce su identidad en la respuesta sabe que ha perdido y vuelve a pedir canal.
¿Qué protocolos de enlace se encadenan entre el móvil y el MSC?
LAPDm (Um), LAPD (Abis) y MTP/SCCP (A).
Material del curso usado: Cx_Enlace.pdf.