Бакалавр техники и технологии
НГТУ, Энвижн груп
стажер технического отдела
Вихман Виктория Викторовна к.т.н., к.п.н кафедра ВТ НГТУ, Горбунов Вячеслав Леонидович, руководитель направления систем голосовой и мультимедийной связи
УДК 621.395.34
С повсеместным развитием интернета расширяются способы коммуникации и телефонии в частности. Хотя сети передачи данных и телефонные существуют уже достаточно давно, совершенствовались они автономно друг от друга. IP-телефония позволяет объединить их одну сеть, которая является удобным и экономичным средством связи.
IP-телефония – телефонная связь по протоколу IP. Это набор технологий и методов, который обеспечивает передачу голоса и видео по сети Интернет (или локальной сети) посредством традиционного набора номера. Сигнал по каналу передается в цифровом виде и в большинстве случаев сжимается, что бы снизить нагрузку на сеть.
Преимущество IP-телефонии в том, что она позволяет снизить затраты на традиционные телефонные разговоры. В частности, снижаются затраты на международную/междугороднюю связь, что особенно полезно для компаний, которым необходимо ее использовать. В аналоговой телефонии используется канал 64 кбит/с независимо от того, во время соединения молчит абонент или разговаривает. При использовании IP-телефонии данные сжимаются и передаются в виде цифровой информации, причем если абонент молчит или делает паузы в разговоре, то данные соответственно не передаются что позволяет снизить нагрузку на канал и создавать больше соединений одновременно, что в свою очередь позволяет снизить цены на тарифы и оплату за телефон.
Кодеки
Существует множество типов кодеков, которые обеспечивают кодирование аналогового аудио сигнала в цифровой. Из-за использования буфера для накопления сигнала и математических преобразований, выполняемых над аудио сигналом, происходит задержка при кодировании сигнала порядка 15-45 мс, та же самая задержка происходит при его декодировании. Сравнение основных кодеков приведено в таблице 1.
Таблица 1 – Сравнительные характеристики кодеков
Кодек |
Полезная нагрузка |
Скорость передачи, |
Алгоритмическая |
Занимаемый поток, кбит/с |
|
IP-пакеты |
Ethernet-фреймы |
||||
G.711 |
160 |
64 |
20 |
78 |
80 |
G.723.1 (6.3) |
24 |
6,3 |
37,5 |
6,9 |
17,1 |
G.723.1 (5.3) |
20 |
5,3 |
37,5 |
5,9 |
16 |
G.726-32 |
160 |
32 |
20 |
32,8 |
42,7 |
G.726-24 |
160 |
24 |
20 |
24,8 |
34,7 |
G.726-16 |
160 |
16 |
20 |
16,8 |
26,7 |
G.729 (8) |
20 |
8 |
25 |
8,8 |
18,7 |
G.729 (6.4) |
16 |
6,4 |
25 |
7,2 |
17,1 |
Для соединения устройств IP-телефонии используются протоколы передачи данных, основные H.323 и SIP. H.323 более привязан к системам аналоговой телефонии, в частности из-за этого широко распространен в России. Так же используется протокол управления медиашлюзами MGCP (Media Gateway Control Protocol).
Варианты построения IP-телефонии
Рассмотрим три самых часто используемых вариантов сценария IP-телефонии:
В этом сценарии устанавливается соединение между пользователями ТфОП (телефонная сеть общего пользования) и IP сети. Для взаимодействия этих сетей используется шлюз, который может быть выполнен как отдельное оборудование, так и встроен в существующее оборудование ТфОП или IP сети.
Рис. 1 – Сценарий «телефон-компьютер»
Реализуется посредством компьютеров, подключенных к обычной IP-сети и имеющие средства мультимедиа. Данные от одного абонента снимаются с помощью микрофона и преобразуются в аналого-цифровом преобразователе, после происходит сжатие информации в отношении 4:1, 8:1 и 10:1. После этого речь формируется в пакеты и передается по IP-сети конечному пользователю. Далее происходит обратное преобразование пакетов в аудио сигнал и развертывание речевой информации. В конце сигнал попадает на цифро-аналоговый преобразователь и передается в телефон.
Рис. 2 – Сценарий «компьютер-компьютер»
Обычная услуга по такому сценарию использует IP-телефон, который соединяется с другими телефонами либо по частной IP-сети, либо посредством сети Интернет. На рисунке 3 показано, что поставщик услуг IP-телефонии использует шлюз для соединения IP-сети и ТфОП и коммутации телефонов. Абонент использует персональный идентификационный номер, что бы получить доступ к шлюзу. Шлюз просит набрать телефонный номер, после анализирует с каким шлюзом ему необходимо связаться, что бы дозвониться до абонента, как только соединение между шлюзами устанавливается, от шлюза происходит контакт с абонентом через местную телефонную сеть.
Рис. 3 – Сценарий «телефон-телефон»
Протоколы IP-телефонии
На данный момент существует несколько стандартизованных протоколов, на базе которых строятся системы IP-телефонии. Рассмотрим некоторые из них более подробно.
Протокол H.323
Автором данного стандарта является организация ITU-T (International Telecommunication Union). Существует несколько версий стандарта H323. Первая была выпущена в 1996 году. Последующие являются эволюционным развитием (большая гибкость, масштабируемость и надежность). Последняя на данный момент версия 4 появилась в 2000 году. На данный момент протокол H.323 является стандартом де-факто для междугородной и международной телефонии. Если вы захотите воспользоваться предложением одного из транснациональных операторов IP-телефонии, то придется обратить внимание именно на H.323. Стандарт определяет базовую архитектуру сети передачи мультимедиа данных:
К числу объектов стандарта H.323 относятся:
Терминал
Конечное H.323-устройство пользователя. Может быть как программным (приложение на компьютере), так и аппаратным (телефонный аппарат). Терминалам могут назначаться один или несколько псевдонимов (номера телефонов, названия).
Шлюз
Устройство, предназначенное для сопряжения разнородных сетей. Так, рекомендации ITU-T содержат информацию по сопряжению H.323-устройств с устройствами сетей ISDN, ATM и ТФОП.
Привратник
Основной управляющий элемент сети H.323, координирующий и контролирующий работу всех ее устройств. К его задачам относятся:
Как правило, сеть H.323 разбивается на "зоны", в каждой из которых присутствует привратник, управляющий вверенными ему устройствами. Для обеспечения большей надежности одну "зону" могут обслуживать несколько привратников, тогда один из них называется "главным", а остальные - "альтернативными". Помимо управления и централизованного разрешения имен абонентов, привратники также могут предоставлять дополнительные возможности, например, выполнять функции прокси-сервера для сигнальных и медиа данных.
MCU
Предназначено для организации конференций с числом участников более 3. Оно координирует передачу управляющей (и опционально мультимедийной) информации между участниками конференций. Работу с устройствами H323 мы рассмотрим на примере привратника GNU GateKeeper и открытых программных телефонов.
Протокол SIP
SIP - Session Initiation Protocol (протокол управления сессиями) - используется для создания, изменения и разрыва "сессий" между одним или несколькими участниками. Понятие "сессии" в протоколе SIP достаточно широкое. Под "сессией" могут подразумеваться не только телефонные звонки, но и передача данных, конференции, децентрализованные игры и т. д.
SIP регламентирует только процедуру установки соединения между устройствами, поэтому обычно наряду с SIP используется протокол передачи информации. В случае IP-телефонии в качестве таких протоколов выступают RTP и SDP.
Разработкой протокола SIP занимался комитет MMUSIC организации IETF, поэтому в отличие от протокола H.323 (разработанного телефонистами из ITU-T) протокол SIP является более интернет-ориентированным и предназначен для предоставления несколько других (по сравнению с H.323) услуг.
Ключевые возможности протокола SIP:
Протокол SIP во многом схож с широко используемым протоколом HTTP, который также можно считать сигнальным (клиенты запрашивают у сервера нужные им документы). При установке соединения параметры сессии описываются в соответствии с SDP и вместе с заголовками протокола SIP передаются клиенту. Коды ответов протокола SIP также очень похожи на стандартные коды протокола HTTP. В случае удачного ответа клиенту посылается код 200, адрес не найден (404), ошибка авторизации (403) и др.
Клиенты SIP-сети идентифицируются по универсальным идентификаторам SIP-URI, внешне похожим на адреса электронной почты: sip:platov@cs.vsu.ru. Таким образом, имя клиента SIP состоит из персональной части (до знака @), идентифицирующей пользователя, и доменной части (после @), определяющей, например, организацию. В качестве доменной части возможно использование DNS-имени.
Протокол SIP выделяет следующие типы объектов сети:
Агенты
Под агентами подразумеваются конечные устройства пользователя (телефоны, программные телефоны, мобильные телефоны, наладонные компьютеры, шлюзы в ТФОП, системы голосовых меню и т. д.)
В составе агентов выделяются две логические составляющие:
Ввиду того, что большинству устройств необходимо как передавать, так и принимать данные, в реальных устройствах присутствует как UAC, так и UAS.
Прокси-серверы
Являются неотъемлемой частью SIP-сети, отвечают за маршрутизацию сообщений, а также аутентификацию и авторизацию пользователей. В стандарте определяется два типа SIP-прокси-серверов:
Если пользователь A1@a.com захочет позвонить пользователю B1@b.com, то он передаст запрос INVITE B1 своему прокси-серверу, который перенаправит вызов прокси-серверу b.com абонента B1.
Сервер регистрации (REGISTRAR)
Перед работой в сети каждое устройство должно зарегистрироваться с помощью специального сообщения REGISTER. При этом клиент сообщает серверу свое имя в формате: IP-адрес, номер порта, SIP-URI и пароль доступа. В случае успешной регистрации информация о клиенте заносится в специальную базу данных (используется в дальнейшем для нахождения клиента) и клиенту высылается сообщение: "200 OK". С определенной периодичностью этот процесс повторяется, таким образом обеспечивается "актуальность" данных о клиентах. Как правило, серверы REGISTRAR совмещаются с прокси-серверами. PBX Asterisk в этом отношении не является исключением и может выполнять как функции прокси-сервера, так и сервера регистрации.
SCCP (Skinny Client Control Protocol)
Данный протокол является корпоративным. Он разработан компанией Cisco Systems для организации работы IP-телефонов Cisco под управлением ПО Cisco Call Manager, являющегося в том числе и шлюзом в сети H.323. Идея подхода, лежащего в основе разработки протокола SCCP, заключалась в переносе логики обработки H.323 соединений из конечных устройств в ПО Cisco Call Manager. Таким образом, существенно упрощалась (и удешевлялась) реализация конечного устройства клиента.
Заключение
Благодаря IP-телефонии становится возможно:
Рецензии:
26.03.2014, 9:10 Назарова Ольга Петровна
Рецензия: Добавьте ссылки на источники. Доработать.