Основы IP-телефонии

Тема № 8 . IP- телефония

• IP-телефония (VoIP - Voice over Internet P rotocol) – технология
• Использует сеть с пакетной коммутацией на базе протокола IP для передачи голоса в режиме реального времени
• При разговоре голосовые сигналы преобразуются в пакеты, которые сжимаются
• Далее пакеты посылаются через Интернет принимающей стороне
• Когда пакеты данных достигают адресата, они декодируются в аналоговый голосовой сигнал

IP- телефония

• IP-телефония в чистом виде может применяться в качестве линий передачи голоса
• Для этого могут использоваться специально выделенные цифровые каналы

• Выделенное подключение, т.е. возможность постоянного доступа к телефонной связи с телефонной станции требует избыточной производительности за счет времени простоя в течение речевого сеанса
• В таких случаях приходится оплачивать и то время, когда телефонная линия не используется

• В отличие от аналоговой телефонии, IP-телефония создает «подключение по запросу» и не имеет зарезервированных линий связи, что уменьшает затраты на телефонные разговоры
• Интернет-телефония частично использует существующие сети закрепленных за абонентами телефонных линий
• Но в них она дополнительно применяет прогрессивную технологию сжатия передаваемых сигналов, которая более полно использует емкость телефонных линий

Особенности IP-телефонии

Особенности IP-телефонии

Особенности IP-телефонии

• IP-телефония привлекает дополнительными возможностями совмещенного доступа в Интернет
• Голосовые данные, факсимильные сообщения передаются уже с используемым IP-набором протоколов Интернета
• Голосовая информация и обычные данные могут передаваться по одной и той же сети
• Это означает, что клиенты получают дополнительную полезную функцию от используемой сети, которая сочетает в себе свойства компьютерных и телефонных сетей

• Иначе говоря, имея компьютерную сеть, можно «наложить» на нее телефонию, и голосовой трафик этой сети будет передаваться по тем же каналам, что и данные
• Доступ в Интернет становится более универсальным

• На предыдущем слайде обозначены:

• А, В - абоненты, обменивающиеся информацией по сети. K А , К В - компьютеры абонентов А и В соответственно. Ш А и Ш В - шлюзы А и В. FAX А и FAX В - телефаксы А и В. ТA А и ТA В - телефоны А и В.
• А, В - абоненты, обменивающиеся информацией по сети.
• K А , К В - компьютеры абонентов А и В соответственно.
• Ш А и Ш В - шлюзы А и В.
• FAX А и FAX В - телефаксы А и В.
• ТA А и ТA В - телефоны А и В.

• Открытая архитектура – важная особенность VoIP
• Еще одним положительным свойством IP-телефонии является наличие общих протоколов IP-телефонии: H.323, MGCP, SIP и т.д.

Принципы пакетной передачи

• Для проведения сеанса связи набирается номер вызываемого абонента, после чего происходит соединение с сетевым шлюзом, как показано на рисунке

Принципы пакетной передачи

• Голосовое сообщение абонента А с помощью микрофона преобразуется в электрический аналоговый сигнал, который претерпевает ряд преобразований ( кодируется )
• Внутри шлюза происходит оцифровка голосового сигнала, как условно показано на рисунке

• После оцифровки цифровой сигнал, занимающий изначально, как и речь, канал в 64 кбит/с, сжимается в соответствии с выбранным кодеком и разбивается на пакеты сигналов в соответствии с выбранным типом кодирующего устройства ( кодеком )
• В преобразовании участвуют как аппаратные, так и программные средства со стороны абонента А

Принципы пакетной передачи

• Далее сжатые данные отправляются в сеть
• На принимающей стороне имеется аналогичный набор устройств абонента В, производящих преобразования в обратном порядке
• Пакеты из сети поступают в телефонный шлюз, подключенный к телефонной линии
• Все операции повторяются в обратном порядке, то есть осуществляется декодирование цифрового сигнала и преобразование его в аналоговую форму, которая приводит в действие звуковой динамик

Принципы пакетной передачи

• Архитектура технологии VoIP может быть упрощенно представлена в виде двух плоскостей
• Нижняя плоскость – это базовая сеть с маршрутизацией пакетов IP
• Верхняя – программные средства управления обслуживанием вызовов
• Нижняя плоскость, говоря упрощенно, представляет собой комбинацию взаимосвязанных протоколов: это RTP, который функционирует поверх протокола UDP, расположенного, в свою очередь, в стеке TCP/IP над протоколом IP

• Иерархия протоколов RTP/UDP/IP представляет собой транспортный механизм для речевого трафика
• В сетях с маршрутизацией пакетов IP для передачи данных всегда предусматриваются механизмы повторной передачи пакетов в случае их потери
• При передаче голосовой информации в реальном масштабе времени этот прием неприменим, т.к. речевая информация очень чувствительна к задержкам, но менее чувствительна к потерям
• Поэтому для передачи речи и видео используется механизм негарантированной доставки информации RTP/UDP/IP

• Рекомендации ITU-Т допускают задержки в одном направлении, не превышающие 150 мс
• Как уже было сказано, верхняя плоскость архитектуры VoIP управляет обслуживанием запросов связи, т.е. адресацией, куда вызов должен быть направлен, и способом, каким должно быть установлено соединение между абонентами
• Инструмент такого управления – телефонные системы сигнализации

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Выходные данные после сжатия формируются в пакеты, к которым добавляются заголовки протоколов, и затем пакеты передаются через IP-сеть в систему IP-телефонии, обслуживающую абонента Б
• Когда пакеты принимаются системой абонента Б, заголовки протокола удаляются, а сжатые речевые данные поступают в устройство, развертывающее их в первоначальную форму, после чего речевые данные снова преобразуются в аналоговую форму с помощью ЦАП и попадают в динамик телефона абонента Б

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Для обычного соединения между двумя абонентами системы IP-телефонии на каждом конце одновременно реализуют как функции передачи, так и функции приема
• Под IP-сетью, изображенной на след.слайде, подразумевается либо Интернет, либо корпоративная сеть предприятия (Intranet)

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Для поддержки сценария «компьютер-компьютер» поставщику услуг Интернет необходимо иметь отдельный сервер (GateKeeper), преобразующий имена пользователей в динамические адреса IP
• Сам сценарий ориентирован на пользователя, которому сеть нужна в основном для передачи данных, а программное обеспечение IP-телефонии требуется лишь иногда для разговоров с коллегами

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Эффективное использование телефонной связи по сценарию «компьютер-компьютер» обычно связано с повышением продуктивности работы крупных компаний
• Например – при организации виртуальной презентации в корпоративной сети с возможностью не только видеть документы на Web -сервере, но и обсуждать их содержание с помощью IP-телефона

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Для проведения телефонных разговоров друг с другом абоненты А и Б должны иметь доступ к Интернету или к другой сети с протоколом IP
• Ра c смотрим возможный алгоритм организации связи между этими абонентами на примере протокола H.323

• Абонент А запускает свое приложение IP-телефонии, поддерживающее протокол Н.323 Абонент Б также заранее запустил свое приложение IP-телефонии, поддерживающее протокол Н.323 Абонент А знает доменное имя абонента Б - Domain Name System (DNS), вводит это имя в раздел «кому позвонить» в своем приложении IP-телефонии и нажимает кнопку Return
• Абонент А запускает свое приложение IP-телефонии, поддерживающее протокол Н.323
• Абонент Б также заранее запустил свое приложение IP-телефонии, поддерживающее протокол Н.323
• Абонент А знает доменное имя абонента Б - Domain Name System (DNS), вводит это имя в раздел «кому позвонить» в своем приложении IP-телефонии и нажимает кнопку Return

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Приложение IP-телефонии обращается к DNS-серверу (ПК абонента А) для того, чтобы преобразовать доменное имя абонента Б в IP-адрес
• Сервер DNS возвращает IP-адрес абонента Б
• Приложение IP-телефонии абонента А получает IP-адрес абонента Б и отправляет по этому адресу сигнальное сообщение Н.225 Setup
• При получении сообщения Н.225 Setup приложение Б сигнализирует абоненту Б о входящем вызове

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Абонент Б принимает вызов и приложение IP-телефонии отправляет ответное сообщение Н.225 Connect
• Приложение IP-телефонии у абонента А начинает взаимодействие с приложением у абонента Б в соответствии с рекомендацией Н.245
• После окончания взаимодействия по протоколу Н.245 и открытия логических каналов абоненты А и Б могут разговаривать друг с другом через IP-сеть

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• При этом блок «Управление и сигнализация» управляет упаковкой и распаковкой передаваемых фрагментов, а также осуществляет контроль при их передаче
• Мы не показываем некоторые служебные детали, которые необходимы поставщику услуг для развертывания сети IP-телефонии

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Замена изображений имеет и более глубокий смысл
• Название сценария «компьютер-компьютер» отнюдь не означает, что в распоряжении пользователя обязательно должен быть стандартный PC с микрофоном и колонками, как это представлено на слайде 27
• Главным требованием для такой схемы является то, что оба пользователя должны иметь подключенные к сети персональные компьютеры
• Эти ПК должны быть всегда включены, подсоединены к сети и иметь в запущенном виде программное обеспечение IP-телефонии для приема входящих вызовов

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Принимая во внимание эти обстоятельства, под названием «компьютер» во всех сценариях мы понимаем терминал пользователя, включенный в IP-сеть
• Под названием «телефон» - терминал пользователя, включенный в сеть коммутации каналов любого типа: ТфОП, ISDN или GSM

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Сценарий «телефон-компьютер» находит применение в разного рода справочно-информационных службах, в службах сбыта товаров или в службах технической поддержки
• Пользователь, подключившийся к Web- cepвepy какой-либо компании, имеет возможность обратиться к оператору справочной службы
• Это вполне соответствует стилю жизни современных потребителей, связанному с потребностью в дополнительных удобствах и экономии времени

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Во втором сценарии «телефон-компьютер» соединение устанавливается между пользователем ТфОП и пользователем IP-сети (см. след.слайд)
• Предполагается, что установление соединения инициирует пользователь сети коммутации каналов

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Шлюз для взаимодействия сетей ТфОП и IP может быть реализован как отдельным устройством, так и интегрированным в существующее оборудование ТфОП или IP-сети
• Показанная на рисунке сеть коммутации каналов может быть корпоративной сетью или сетью общего пользования
• Возможна и иная разновидность второго сценария, когда соединение устанавливается между пользователем IP-сети и абонентом ТфОП, но инициирует его создание абонент ТфОП

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Рассмотрим несколько подробнее пример представленной на рисунке упрощенной архитектуры системы IP-телефонии по сценарию «телефон-компьютер»
• При попытке вызвать справочно-информационную службу, используя услуги пакетной телефонии и обычный телефон, на начальной фазе абонент А вызывает близлежащий шлюз IP-телефонии для минимизации затрат на услуги связи
• От шлюза к абоненту А поступает запрос ввести номер, к которому должен быть направлен вызов (например, номер службы), и личный идентификационный номер (PIN) для аутентификации и последующего начисления платы, если эта служба платная

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Основываясь на вызываемом номере, шлюз определяет наиболее доступный путь к данной службе
• Кроме того, шлюз активизирует свои функции
• Разъединение с любой стороны передается противоположной стороне по протоколу сигнализации и вызывает завершение установленных соединений и освобождение ресурсов шлюза для обслуживания следующего вызова

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Эффективность объединения услуг передачи речи и данных является основным стимулом использования IP-телефонии по сценариям «компьютер-компьютер» и «телефон-компьютер», не нанося при этом ущерба интересам операторов традиционных телефонных сетей
• Третий сценарий «телефон-телефон» в значительной степени отличается от первых двух сценариев IP-телефонии своей социальной значимостью, поскольку целью его применения является предоставление обычным абонентам ТфОП альтернативной возможности междугородной и международной телефонной связи

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Как правило, обслуживание вызовов по третьему сценарию IP-телефонии выглядит следующим образом
• Поставщик услуг IP-телефонии подключает свой шлюз к коммутационному узлу или станции ТфОП по сети Интернет или по выделенному каналу к аналогичному шлюзу, находящемуся в другом городе или другой стране

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Типичная услуга IP-телефонии по сценарию «телефон-телефон» использует стандартный IP-телефон, а вместо междугороднего компонента ТфОП задействует либо частную IP-сеть, либо сеть Интернет
• Благодаря маршрутизации телефонного трафика по IP-сети стало возможным обходить сети общего пользования и, соответственно, не платить за междугороднюю/международную связь операторам этих сетей

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Как показано на следующем слайде, поставщики услуг IP-телефонии предоставляют услуги «телефон-телефон» путем установки шлюзов IP-телефонии на входе и выходе IP-сетей
• Абоненты подключаются к шлюзу поставщика услуг IP-телефонии через ТфОП, набирая специальный номер доступа

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Абонент получает доступ к шлюзу, используя персональный идентификационный номер (PIN) или услугу идентификации номера вызывающего абонента (Calling Line Identification)
• После этого шлюз просит ввести телефонный номер вызываемого абонента, анализирует этот номер и определяет, какой шлюз имеет лучший доступ к нужному телефону
• Как только между входным и выходным шлюзами устанавливается контакт, дальнейшее установление соединения к вызываемому абоненту выполняется выходным шлюзом через его местную телефонную сеть

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Полная стоимость такой связи будет складываться для пользователя из расценок ТфОП на связь с входным шлюзом, расценок интернет-провайдера на транспортировку данных и расценок удаленной ТфОП на связь выходного шлюза с вызванным абонентом
• Одним из алгоритмов организации связи по сценарию «телефон-телефон» является выпуск поставщиком услуги своих телефонных карт

Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью

• Имея такую карту, пользователь, желающий позвонить в другой город, набирает номер поставщика данной услуги, затем в режиме донабора вводит свой идентификационный номер и PIN-код, указанный на карте
• После процедуры аутентификации он набирает телефонный номер адресата

• И.В. Баскаков, А.В. Пролетарский, Р.А. Федотов, С.А. Мельников. IP-телефония в компьютерных сетях - http://www.intuit.ru/department/network/iptele
• Б.С. Гольдштейн, А.В. Пинчук, А.Л. Суховицкий. IP-телефония . – М.: «РАДИО И СВЯЗЬ», 2001
• http://voip.jalita.com/literature/index.shtml
• Дж. Дэвидсон и др. Осоновы передачи голосовых данных по сетям IP . – М.: «Вильямс», 2007.
• VoIP — Википедия - http:// ru.wikipedia.org / wiki /VOIP