Вообще голосовые сети можно разделить на три категории:
- Analog Voice Circuit Switched Network
- Digital Voice Circuit Switched Network
- Voice over IP Packet Network
Исторически эти технологии появлялись в том же порядке. В этой статье мы обсудим Digital Voice Ports и работу с ними.
Основной уклон мы сделаем в сторону ISDN E1 PRI, как наиболее распространенный стандарт в России.

Как уже упоминалось голосовые сети можно разделить на три категории. Для их взаимодействия друг с другом используются устройства Voice Gateways.
Voice Gateways имеют порты совместимые с каждым из типов голосовых сетей.
Как уже стало понятно, Digital voice ports обеспечивают подключение к Digital Voice Circuit Switched Network.

Существует три типа digital voice circuits:

• T1: Использует Time-Division Multiplexing (TDM) с использованием сигнализации channel associated signaling (CAS). 24 канала.
• E1: Использует TDM, сигнализацию CAS или common channel signaling (CCS). 30 голосовых каналов.
• ISDN(Integrated Services Digital Network): Использует TDM, сигнализацию CCS, а также бывает следующих подтипов:
  - BRI: 2 B (Bearer) channels and 1 D (Delta) channel
  - T1 PRI: 23 B channels and 1 D channel
  - E1 PRI: 30 B channels; 1 D channel; 1 timing and alarm channel. (32 total)

Физически подключение к digital voice circuits происходит через интерфейсные карты как на рисунке. Сам же тип digital voice circuits определяется настройками шлюза.

Первое что следует отметить, Digital Voice Ports созданы и используются только для подключения друг с другом телефонных станций или для подключения к провайдеру.
Такие порты называются Trunk.
Trunk - широкое понятие, его смысл в том, что он не используется для конкретного абонента. Транком соединяются друг с другом телефонные станции. Транком может быть физический или логический интерфейс, в котором проходит несколько голосовых каналов (потоков). Один голосовой канал может нести один телефонный разговор.

Главная идея digital voice circuits заключается в том, чтобы грубо говоря, по одной телефонной паре проходило не один а несколько звонков. Технология разрабатывалась в экономических соображениях, а также для обхода явления затухания в аналоговых линиях.
Все эти типы технологий различаются типом сигнализациии, количеством потоков. Одни распространены в одних странах, другие в других.

Возможность "засунуть" несколько звонков в один провод появилась благодаря технологиям оцифровки, которые заключались в дроблении аудио синусоиды, получения маленькиз кусочнов (samples), которым сопоставлялось определенное цифровое значение. Единственное что надо было понять: насколько сильно необходимо дробить синусоиду.
Было выполнено масса исследований, в результате которых исследователи вывели замечательную теорему:
Аудио поток можно уверенно оцифровать и затем восстановить, если одну секунду голоса дробить на количество сэмплов в два раза большее максимальной частоты.
Поток под частоту человеческого голоса требует пропускной способности 64,000 bits per second и называется DS0.
Кстати этот же поток без сжатия, и без потерь качества, но в кодировке VoIP называется G.711.

Самые первые попытки разместить в одном проводе несколько звонков использовали разные частоты для каждого потока. Большинство сегодняшних технологий используют Time-Division Multiplexing (TDM), когда используется одна частота, но фреймы каждого потока идут в определенном порядке.

В любом голосовом потоке можно выделить собственно сам поток (Bearer), где идет разговор и сигнализацию (Data).
Существует два типа сигнализации:
- CAS: Сигнализация передаётся в голосовом канале. Применяются всяческие замысловатые комбинации распределения сигнальный, контрольных битов и их чередование с битами голоса.
- CCS: Сигнализация передается в выделенном канале, т.е. выделяется отдельный Time Slot под сигнализацию.

В настоящее время операторы предпочитают использовать CCS. ISDN также использует CCS.

ISDN

ISDN разрабатывался для возможности передачи цифровых данных через обычную телефонную пару.
ISDN позволяет одновременно передавать цифровую телефонию и данные.

ISDN использует B-каналы и D-каналы. "D" (data) используется для сигнализации, а "B" (bearer) для передачи голоса.
Например ISDN E1 PRI на голос использует 30 потоков, 1 на сигнализацию, 1 на Framing

Параметры типов интерфейсов ISDN:

Здесь следует отметить что:

• Framing - определяет распределение битов внутри Frame. ISDN E1 PRI поддерживает Framing Multiframe с использованием Cyclic Redundancy Check 4 (CRC4) или без него. Этот параметр должен совпадать на обоих концах соединения
• Line Coding - Определяет характеристики типов type of framing, и спользуемых в линии.
  ISDN E1 PRI поддерживает Line Coding High-Density Bipolar 3 (HDB3), а также AMI .Параметр также должен совпадать на обоих концах соединения.

Network Clock Timing

Еще одно важное свойство Digital voice ports - это Clock Timing.
Как уже упоминалось, ISDN E1 PRI может одновременно нести до 30 потоков, каждый поток идет в своем Time Slot. Важно чтобы оба устройства на входе и выходе были правильно синхронизированы друг с другом и потоки на выходе совпадали. Интерфейс T1 или E1 отсылает повторяющиеся шаблонные фрагменты битов, называемые Frames. Получающее устройство должно четко понимать где заканчивается фрейм и где начинается новый.
Для такой синхронизации используется Clock Signal, который позволяет четко отличать timing relationship одного потока с остальными.
У обоих девайсов должен быть один и тот же clock source.
Если тайминг настроен неправильно, может произойти clock slip, который сопровождается дубликацией или потерей битов. Это можно сравнить с зубчатой передачей: у обоих зубчатых колес должен совпадать шаг расположения зубцов, в противном случае зубцы будут периодически "слетать".
Маршрутизатор может использовать свой внутренний clock source или внешний.
При правильной настройке один маршрутизатор использует Clock Internal, а другой Clock external.
При подключении к провайдеру, обычно клиент использует Clock external.

ISDN Signaling

ISDN использует для сигнализации протоколы:

• Q.921 - Layer 2 signaling protocol, также известен как Link Access Procedure D channel (LAPD)
• Q.931 - Layer 3 signaling protocol

Настройка ISDN

При подключении к городу в своем большинстве настройки диктуются провайдером, предоставляющим поток E1.
Например вот фрагмент переписки с Beeline:

Наши инженеры сообщили следующие данные:

Line coding - HDB3
Framing - on CRC4 
Clock - Line
Number of channels (time slots) - 30

PRI Protocol Type - PRI EURO ISDN
Protocol Side (User/Network) - User

PCM Type - A-law
Network Locale - United states

PSTN technician information E1 #1
Call Classification (Offnet/Onnet) offnet
Both way Time Slots ONLY(yes/no) Yes
Mode to send digits Block


В сторону клиента отдаются последние 7 знаков номер с типом subscriber .
В поток направлены номера;
4952278645

Первые три параметра Line coding, Framing, Clock относятся к настройкам Controller Settings

Настройка ISDN: Card Type

Сначала необходимо задать Card Type, т.е. на этом этапе мы задаём тип карты E1 или T1.
Определим в каком слоте находится карта:

obncube2951#show inventory 

NAME: "VWIC2-2MFT-T1/E1 - 2-Port RJ-48 Multiflex Trunk - T1/E1 on Slot 0 SubSlot 1", DESCR: "VWIC2-2MFT-T1/E1 - 2-Port RJ-48 Multiflex Trunk - T1/E1"
PID: VWIC2-2MFT-T1/E1  , VID: V01 , SN: FOC143025H6

conf t
card type e1 0 1

Далее мы можем узнать индекы доступных контроллеров:

show controllers e1
E1 0/0/0 is up.
...........

Настройка ISDN: Timing

При работе с большинством провайдеров мы должны забирать Timing от провайдера.

network-clock-participate wic 0 
network-clock-participate wic 1 
network-clock-select 1 E1 0/0/0

Настройка ISDN: Controller Settings

К Controller Settings относятся несколько параметров, которые обычно задает провайдер, к которому мы планируем подключиться по E1.
В источниках параметры описываются не внятно, либо нужно залезать в дебри.
ИМХО нужно просто понимать что есть ряд параметров, о которых нужно договориться с провайдером E1.

• Framing Formats - описывает какие биты из из каких фреймов будут сигнальными, это особенно применимо к типу CAS. И хотя ISDN является CCS, т.е. с выделенным сигнальным каналом, Framing Format выделяется и для него. ISDN E1 PRI поддерживает Framing Multiframe с использованием Cyclic Redundancy Check 4 (CRC4) или без него.
  Этот параметр должен совпадать на обоих концах соединения.
• Line Coding - Определяет характеристики типов type of framing, и спользуемых в линии. ISDN E1 PRI поддерживает Line Coding High-Density Bipolar 3 (HDB3), а также AMI .Параметр также должен совпадать на обоих концах соединения.
• Clock Sources - нами уже обсуждалось. В терминологии CUCM источником часов выставляют значения external и internal. При подключении cisco - PBX источником часов делают cisco, при подключении cisco - PSTN источником часов является PSTN.
  

Пример настройки под MGCP

controller E1 0/0/0
 framing CRC4
 linecode hdb3
 clock source line
 pri-group timeslots 1-31 service mgcp
 description FromBeeline

Пример с использованием digital voice port

isdn switch-type primary-net5
controller E1 0/0/0
 framing CRC4
 linecode hdb3
 clock source line
 pri-group timeslots 1-31 type e&m-wink-start
 description FromBeeline

Здесь:
isdn switch-type primary-net5 - глобальная команда соответствует требованию провайдера "PRI Protocol Type PRI EURO ISDN"

Значения по умолчанию:
Если выставить эти значения, то в конфиге они отображаться не будут
framing CRC4
clock source line
linecode hdb3

Посмотреть текущие настройки Controller Settings:
show controllers e1

Router#show controllers e1
E1 0/0/0 is up.
  ......         ........
  Framing is NO-CRC4, Line Code is HDB3, Clock Source is Line.
  .......        .......       .....

Digital Voice Port Configuration

После того как мы определили ds0-group, система автоматически создает логический Voice Port. На этот Voice Port уже может ссылаться Dial-peer для осуществления маршрутизации. Но перед этим нам необходимо ввести конфигурацию порта в соответствии с требованиями провайдера.
Существуют настройки как для B Channels, так и для D Channel.

Digital Voice Port D Channel: Configuration

interface Serial0/0/0:15
 no ip address
 encapsulation ppp
 isdn switch-type primary-net5
 isdn protocol-emulate user
 isdn incoming-voice voice
 isdn calling-number 4952278645
 isdn outgoing display-ie
 isdn outgoing ie redirecting-number

Здесь номер 0/0/0:15 означает номер time-slot для D Channel. Поскольку time-slot нумеруются начиная с 0, то реально это будет 16-ый по счету timeslot.
Чтобы четко понимать номер интерфейса, наберите команду:
show voice port summary

Здесь:
encapsulation ppp - рекомендуется выставлять на всех интерфейсах ISDN.
isdn switch-type primary-net5 - соответствует требованию провайдера "PRI Protocol Type PRI EURO ISDN" (см. Configuring ISDN PRI, табл. 24)
isdn incoming-voice voice - Звонки идут на обработку как голоса, т.е. напрямую в DSP.
isdn calling-number - Для всех исходящих номер источника будет прописываться как 4952278645.
isdn outgoing display-ie - Позволяет данному порту отдавать в сторону PSTN всю возможную информацию Caller-id
isdn outgoing ie redirecting-number - В случае redirect отдаёт первоначальный номер (с которого пошёл редирект)

Digital Voice Port D Channel: Проверка

show isdn status - Проверяем ISDN Switchtype
show interfaces serial 0/0/0:15 - Проверяем инкапсуляцию
Остальные параметры проверяем через show run

Digital Voice Port B Channel: Configuration

Некоторые параметры относятся к голосовым потокам:

voice-port 0/0/0:15
 cptone US
 compand-type a-law

Digital Voice Port B Channel: Проверка

show voice port 0/0/0:15 - Можно увидеть незначительную часть параметров
Остальные параметры проверяем через show run

Резюме

Итак все настройки ISDN можно разделить на три уровня:

1. Layer 1, Controller Settings
   

   controller E1 0/0/1
    framing NO-CRC4 
    clock source internal
    pri-group timeslots 1-31 service mgcp

   • Framing Formats (crc4, no-crc4)
   • Line Coding (ami, hdb3)
   • clock source (internal, line)

   Посмотреть текущие настройки можно через команду: show controllers e1

2. Layer 2, ISDN D Channel
   

   interface Serial0/0/1:15
    no ip address
    encapsulation hdlc
    isdn switch-type primary-net5
    isdn incoming-voice voice
    isdn bind-l3 ccm-manager
    no cdp enable

   • encapsulation (ppp, hdlc) - рекомендуется ppp
   • isdn switch-type (primary-net5, primary-dms100, primary-4ess и др) - чаще встречается primary-net5

   Проверить можно через команды:
   show isdn status - Проверяем ISDN Switchtype
   show interfaces serial 0/0/0:15 - Проверяем инкапсуляцию
   Остальные параметры проверяем через show run

3. Layer 3, ISDN B Channel
   

   voice-port 0/1/1:15
    echo-cancel coverage 64
    cptone RU

   • cptone (RU, EN и др)
   • compand-type (a-law, u-law)

   Проверка:
   show voice port 0/0/0:15 - Можно увидеть незначительную часть параметров
   Остальные параметры проверяем через show run

Настройка dial-peer

После создания DS0 группы, мы уже можем её использовать в настройках Dial-peer
Например для работы с городом часто используется следующая конфигурация:

dial-peer voice 9810 pots
 destination-pattern 9810.T
 port 0/0/0:15
 prefix 810
!         
dial-peer voice 98 pots
 destination-pattern 98[2-9].........
 port 0/0/0:15
 prefix 8 
!         
dial-peer voice 9 pots
 destination-pattern 9[1-7,9]......
 port 0/0/0:15
!         
dial-peer voice 38 pots
 translation-profile incoming reception-srst
 incoming called-number 2278645
 direct-inward-dial
 port 0/0/0:15

На самом CUCM нам надо будет настроить H.323 Gateway, настроить Route Pattern, Route Group, Route List, по аналогии как это описано в статье Настройка Call Manager CUCM с нуля: Связь с внешним миром (Часть 3)

Для MGCP использование диалпиров необязательно, более подробный материал по на настройке MGCP см. Теория и практика настройки MGCP Gateway

Итоговая конфигурация для H.323

controller E1 0/0/0
 framing CRC4
 linecode hdb3
 clock source line
 ds0-group timeslots 1-31 type e&m-wink-start
 description FromBeeline
!
interface Serial0/0/0:15
 no ip address
 encapsulation ppp
 isdn switch-type primary-net5
 isdn protocol-emulate user
 isdn incoming-voice voice
 isdn calling-number 4952278645 
!
voice-port 0/0/0:15
 cptone US
 compand-type a-law
!
dial-peer voice 9810 pots
 destination-pattern 9810.T
 port 0/0/0:15
 prefix 810
!         
dial-peer voice 98 pots
 destination-pattern 98[2-9].........
 port 0/0/0:15
 prefix 8 
!         
dial-peer voice 9 pots
 destination-pattern 9[1-7,9]......
 port 0/0/0:15
!         
dial-peer voice 38 pots
 incoming called-number 2278645
 direct-inward-dial
 port 0/0/0:15
!
dial-peer voice 645 voip
 description 2278645 to CUCM
 destination-pattern 2278645
 session target ipv4:192.168.0.12
 dtmf-relay h245-alphanumeric
 codec g711ulaw
 ip qos dscp cs3 signaling
 no vad

Отметим, что лучшей практикой считается использовать MGCP, если нет специальных требований под использование H.323.
В случае подключения провайдера по ISDN E1 PRI Cisco рекомендует использовать MGCP.

Настройка ISDN + MGCP подробно описана в статье: Теория и практика настройки MGCP Gateway

Проверка настроек Digital Voice Ports

Всегда, после настройки следует проверить на ошибки. Даже если уже проходят звонки, все равно возможны к примеру слипы, которые не дадут нормально проходить факсам.

Вообще иногда проверка и дебаг принимают многоступенчатый характер.
Выделим некоторые команды:
show network-clocks - проверка источников часов.
show voice port summary - позволяет выявить немера портов и интерфейсов, установленных на роутере. Например мы сможем чётко понять какой номер порта указывать в dial-peer.
show voice port - проверяем настройки voice port parameter.
show running-config
show controller e1 - контроллер должен быть в апе и не должно быть никаких алармов.
show voice dsp - настройки voice-channel.
show voice call summary - проверяем call-status каждого порта
show call active voice compact - проверяем текущие звонки и их Call-Legs
show call active voice
show call history voice

debug isdn q931 - позволяет увидеть многие параметры типа набираемых номеров, ошибки в наборе и т.д.
debug isdn q921 - более низкоуровневая информация, здесь выявляются slips и неправильная настройка и работа контроллера.

Также см. Дебаг телефонии

Также для поиска проблема незаменима замечательная пошаговая инструкция от Cisco: E1 Troubleshooting

Физическое подключение

Данный вопрос иногда ставит в тупик, поскольку физически подключаешь не каждый день.
Подключение к T1/E1 производится через Multiflex Trunk Interface Cards.
Примерами таких плат могут быть:
VWIC-2MFT-T1, VWIC-2MFT-E1, VWIC-2MFT-G703, VWIC-2MFT-E1-DI

Приведём описание "лампочек". Переводить не буду чтобы не исказить:

Таким образом, в нормальном состоянии, горит только зелёный огонек CD.

Как видно из картинки, в разъем E1 подключаются привычный 8P8C modular plug, который часто называют Rj-45.

Распиновка:

На практике это означает, что мы на обоих концах обжимаем провод как прямой сетевой Rj-45.

В некоторых случаях рабочим будет следующая распиновка (T1 E1 Crossover):
Для получения рабочего кабеля необходимо с одной стороны обжать как обычно (1[б/ор], 2[ор], 3[б/зел], 4[син], 5[б/син], 6[зел], 7[б/кор], 8[кор]) а с другой поменять местами оранжевую и синюю пары (1[син], 2[б/син], 3[б/зел], 4[б/ор], 5[ор], 6[зел], 7[б/кор], 8[кор]).

Ещё вариант подключения (МТС)
- 1[б/зел], 2[зел], пропуск, 4[б/ор], 5[ор]
- 1[ор], 2[б/ор], пропуск, 4[б/зел], 5[зел]

Заворот

Для проверки работоспособности платы на 1-ом уровне, можно произвести заворот.
Заворот - это отличное отрезвляющее средство для хитропопых и криворуких провайдеров, которые любят говорить у_нас_всё_норм_смотрите_у_себя.

Для этого нужно соединить:
1 RX+ 4 TX+
2 RX- 5 TX-

Т.е. обжать с одной стороны кабель как:
1[б/ор], 2[ор], 3[б/зел], 4[син], 5[б/син], 6[зел], 7[б/кор], 8[кор]
Далее
скрутить [б/ор]+[син]
скрутить [ор]+[б/син]

После применения заворота плата загорится зелёным огнем, а статус станет UP. Этот зеленый огонёк также способен заставить провайдера развернуться и пойти искать проблему у себя - почему же зеленый огонек не зажигается при подключении его шнурка.

Источники:
Voice Interface Cards
Cisco Modular Access Router Cable Specifications