In-Band-Signalisierung

In der Telekommunikation bezeichnet In -Band-Signalisierung die Übertragung von Steuerinformationen innerhalb desselben Frequenzbandes oder Kanals, der auch für Daten wie Sprache oder Video genutzt wird. Dies steht im Gegensatz zur Out-of-Band-Signalisierung , die über einen anderen Kanal oder sogar über ein separates Netzwerk gesendet wird. In-Band-Signale sind für die Teilnehmer eines Telefongesprächs oft hörbar, während Out-of-Band-Signale für den Nutzer nicht zugänglich sind. ^{[ 1 ]} Der Begriff wird auch allgemeiner verwendet, beispielsweise für Computerdateien, die sowohl die eigentlichen Daten als auch Metadaten und/oder Anweisungen zur Verarbeitung dieser Daten enthalten.

Beim Wählen von einem Festnetztelefon wird die Telefonnummer codiert und mittels Zweiton-Mehrfrequenz-Signalisierung (DTMF) über die Telefonleitung übertragen. Die Töne steuern das Telefonsystem, indem sie der Vermittlungsstelle mitteilen , wohin der Anruf weitergeleitet werden soll. Diese Steuertöne werden über denselben Kanal – die Kupferleitung – und im Frequenzbereich von 300 Hz bis 3,4 kHz wie das Audiosignal des Telefongesprächs gesendet. In älteren Telefonnetzen wird In-Band-Signalisierung auch zur Bereitstellung von Vermittlungsstelleninformationen für die Anrufweiterleitung verwendet. Beispiele für solche In-Band-Signalisierungssysteme sind das Signalisierungssystem Nr. 5 (SS5) und seine Vorgänger sowie die R2-Signalisierung . ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Die Trennung der Steuersignale (auch Steuerebene genannt) von den Daten erfolgt bei gewünschter bit-transparenter Verbindung üblicherweise durch das Ausblenden der Steuerbefehle. Gelegentlich sind Netzwerke jedoch so konzipiert, dass die Daten durch die Signalisierung in unterschiedlichem Maße verfälscht werden. Bei der Übertragung von Tönen zwischen Menschen ist eine gewisse Datenverfälschung meist akzeptabel, da die Nutzer die geringfügige Beeinträchtigung kaum bemerken. Dies führt jedoch zu Problemen bei der Übertragung von Daten mit sehr geringer Fehlertoleranz, wie beispielsweise bei Modem- Daten .

In-Band-Signalisierung ist unsicher, da sie Steuersignale, Protokolle und Managementsysteme für Endnutzer zugänglich macht, was zu Manipulationen führen kann . In den 1960er und 1970er Jahren nutzten sogenannte Phone Phreaks sogenannte Blue Boxes , um absichtlich Anrufe zu manipulieren. Dabei wurden die korrekten Routing-Töne gezielt erzeugt, sodass der Anrufer Funktionen, die eigentlich für Test- und Verwaltungszwecke gedacht waren, missbrauchen und kostenlos Ferngespräche führen konnte.

Modems können auch die In-Band-Signalisierung stören; in diesem Fall kann ein Schutzton eingesetzt werden, um dies zu verhindern.

Bei Voice over IP (VoIP) werden DTMF-Signale mittels zweier Methoden im Frequenzband übertragen. Werden sie als Audiotöne im Sprachstrom übertragen, muss die Sprachcodierung einen verlustfreien Codierer wie μ-Law- oder A-Law -Pulscodemodulation verwenden , um die Integrität der Frequenzsignale zu erhalten. Diese Methode erwies sich jedoch oft als unzuverlässig und war anfällig für Störungen durch andere Audioquellen. Die Standardmethode besteht darin, die DTMF-Töne digital sowohl an der Quelle als auch im RTP-Sprachstrom ( Real-time Transport Protocol ) zu entfernen und sie gemäß RFC 4733 separat als digitale Nutzlast, oft als Named Telephone Events (NTE) bezeichnet, zu codieren. Diese DTMF-Frames werden zusammen mit allen anderen RTP-Paketen über denselben Netzwerkpfad im Frequenzband übertragen. ^{[ 5 ]}

Im Gegensatz zur In-Band-Übertragung von DTMF implementieren VoIP-Signalisierungsprotokolle auch die Out-of-Band -Übertragung von DTMF. Beispielsweise definieren das Session Initiation Protocol (SIP) und das Media Gateway Control Protocol (MGCP) spezielle Nachrichtentypen für die Übertragung von Ziffern.

DTMF-Töne wurden von Kabelfernsehsendern auch zur Signalisierung innerhalb des Frequenzbandes verwendet, um während der Werbepausen die Start- und Endzeiten lokaler Einblendungen anzuzeigen. Bis zur Entwicklung besserer, außerhalb des Frequenzbandes liegender Signalgeräte in den 1990er-Jahren waren in den USA und anderen Ländern während der Werbepausen von Kabelkanälen schnelle, unbestätigte und laute DTMF-Tonfolgen zu hören.

Diese DTMF-Sequenzen wurden von den Geräten des ursprünglichen Kabelnetzes an der Satelliten- Uplink -Station gesendet und von Geräten lokaler Kabelanbieter dekodiert. Eine bestimmte Tonfolge signalisierte den genauen Zeitpunkt für die Umschaltung der Zuspielung vom Hauptsignal auf die lokal ausgestrahlten Werbespots und zurück. Nachfolgend ein Beispiel für eine solche Sequenz, die ein Kabelanbieter an seine Sendeanlagen übermittelte:

JETZT AUF LOKAL UMSCHALTEN - JETZT AUF LOKAL UMSCHALTEN - RÜCKSCHALTUNG VORBEREITEN - RÜCKSCHALTUNG VORBEREITEN - JETZT ZURÜCK AUF NATIONAL UMSCHALTEN - JETZT ZURÜCK AUF NATIONAL UMSCHALTEN - "FALLS SIE NOCH NICHT ZURÜCK AUF NATIONAL UMSCHALTEN HABEN, TUN SIE DIES SOFORT!"

Die DTMF-Signalisierung in der Kabelindustrie wurde eingestellt, da sie die Zuschauer störte und störungsanfällig war, wenn DTMF-Töne von Figuren in Fernsehsendungen verwendet wurden. Beispielsweise konnte das Wählen eines Wählgeräts über ein Tastentelefon in einer Fernsehsendung dazu führen, dass die Computer des Kabelanbieters von einem aktiven Signal auf Stille umschalteten . Dadurch sanken die Kosten für für das menschliche Auge nicht wahrnehmbare Signaltechnologien.

In-Band-Signalisierung gilt nur für kanalassoziierte Signalisierung (CAS). Bei gemeinsamer Kanalsignalisierung (CCS) werden separate Kanäle für Steuerung und Daten verwendet, im Gegensatz zum gemeinsamen Kanal bei CAS, sodass die gesamte Steuerung definitionsgemäß außerhalb des Bandes erfolgt.

In der Computerdatenverarbeitung bezeichnet der Begriff das direkte Einbetten von Metadaten jeglicher Art in reguläre Daten. Diese Anwendungen bringen ähnliche Vor- und Nachteile mit sich wie in der Telekommunikation, beispielsweise die Schaffung einer größeren Angriffsfläche im Gegensatz zur Vereinfachung der Datenverarbeitung. Einige Beispiele von vielen:

• Eine magische Zahl wird ganz am Anfang von Dateien eingebettet, um das Format oder die Sprache der folgenden Daten zu kennzeichnen.
• Einbetten eines NULL-Zeichens wie in C-Strings, um das Ende des Strings zu signalisieren (im Gegensatz dazu, diese Information außerhalb des Strings zu speichern).
• Einbetten von Auszeichnungssprachen in Text, sei es zur Kategorisierung von Textteilen, zur Bereitstellung von Verarbeitungs- oder Formatierungsanweisungen oder für andere Zwecke.
• Bestimmte Zeichen in regulären Ausdrücken , wie zum Beispiel "*", werden reserviert, um eine spezielle Bedeutung bei der Verarbeitung zu haben, anstatt Literale darzustellen.
• Durch das Einbetten von Steuercodes in die Eingabe des Computerterminals als Mittel zur Gerätesteuerung können Befehlszeilenbenutzer direkt Ein-Zeichen-Befehle ausgeben, z. B. gibt Ctrl+ deinen ^DCode aus, was dazu führt, dass Befehlszeilenprogramme keine weitere Eingabe vom Benutzer erwarten und daher beendet werden.

Wenn keine Out-of-Band -Kommunikation verfügbar ist, können zwei Techniken eingesetzt werden, um die Netzwerktransparenz zu erhalten .

• Kapselung : Die Steuerdaten werden im Header des Pakets gebündelt und anschließend der Header (und/oder Footer) des Pakets am anderen Ende entfernt, sodass die Daten wieder dem Originalzustand entsprechen.
• Bit-Stuffing : Das Einfügen von Nicht-Informations- oder Escape-Zeichen, um die Daten zu modifizieren, zu synchronisieren und auszurichten, sodass sie niemals wie Signalinformationen aussehen (und die gestopften Bits und Escape-Codes am anderen Ende zu entfernen, um die Daten wieder in den Originalzustand zu versetzen).

• Steuerzeichen
• Fluchtsequenz
• In-Band-Steuerung
• Liniensignalisierung
• Außerbandsteuerung
• Quindar-Töne
• +++ (Modem)