ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет автоматики и вычислительной техники
Кафедра автоматики и телемеханики
Доклад на тему
«IP-телефония»
по дисциплине:
«Автоматизация современного офиса»
Выполнила студентка …
Проверил: Устюжанин К.В.
Киров 2009
Что такое VoIP или Voice over IP?
Под Voice over IP (сокращенно VoIP) подразумевается всего лишь разговор по телефону через компьютерные сети при помощи интернет-протокола (Internet Protokolls IP). В зависимости от того, как и где осуществляется соединение, различают IP-телефонию, интернет-телефонию или LAN-телефонию, иногда также DSL-телефонию. Технический способ соединения во всех случаях, однако, одинаков и имеет обозначение Voice over IP (голос поверх интернет-протокола).
IP-телефония - это всего лишь другое понятие, которое описывает все немного независимо от техники на базе IP. LAN-телефония является специальной формой IP-телефонии. При этом заменяется прежнее оборудование для телекоммуникации в отдельной кабельной сети и телефоны интегрируются в сеть передачи данных предприятия. Благодаря этому происходит передача данных и речевых сигналов через сеть. Для реализации этой возможности необходимы телефоны, поддерживающие интернет-протокол (в настоящее время ещё дорогие), подходящая сеть передачи данных (в настоящее время до 95% на базе Ethernet-соединения) и сервер для соединения и определения производительности. При интернет-телефонии соединение происходит через самую большую в мире глобальную сеть - интернет. Так как использование VoIP для массового рынка имеет смысл только в том случае, если имеется в наличии домашнее DSL-соединение, то в этом случае в рекламе провайдеров говорится о DSL-телефонии. DSL является при этом лишь средством выхода в интернет, поэтому этот рекламный термин не следует принимать всерьёз. В отличии от классической стационарной телефонной сети, при Voice over IP нет соединяющей “линии”. Речевой сигнал при этом преобразовывается в пакеты, которые затем передаются каждый в отдельности как IP-пакеты. Эти IP-пакеты пересылаются затем через сеть (это могут быть LAN, WAN или интернет) по не определенным жестко путям к целевой точке. Качество разговора в настоящее время можно сравнить с обычной телефонией и это является доказательством того, что Voice over IP уже выросло из пеленок. Решающими факторами для качества, учитывая пакетно-ориентированную передачу, являются ширина полосы пропускания, конечная задержка, колебания задержки и степень потери пакетов. Особенно соединению через интернет с его прерываниями и разъединениями предстоит дальнейшее развитие, в то время как качество в локальной сети предприятия уже сегодня может быть оценено как очень хорошее.
Как действует VoIP?
Так же, как и при классической телефонии, разговор записывается микрофоном телефонной трубки в виде аналогового сигнала. Аналогово-цифровой преобразователь превращает этот сигнал в цифровой и кодирует в соответствующий аудио-формат. Существуют различные кодеки для сжатия разговора с различной степенью, которые поставляют нам речь различного качества. В зависимости от вида сжатия, теряется часть информации, которая, однако, является в своем большинстве субъективной и несущественной.
Данные после их сжатия передаются через сеть. Для этого непрерывный поток данных кодека делится на маленькие пакеты (пакетирование), перед тем как они пересылаются в сеть. Затем эти пакеты поступают на определенные сетевые “узлы”, так называемые маршрутизаторы (Router), которые направляют IP-пакеты к их конечной точке, отчасти различными путями.
У получателя пакеты, перед тем как они будут прочитаны, сначала временно сохраняются в буфере. Затем они проходят через цифрово-аналоговый преобразователь, чтобы в динамике мы услышали человеческую речь. На примере этого описания мы можем сравнить весь процесс с почтой, которая адресует, отправляет и доставляет отдельные пакеты данных.
Для передачи данных методом VoIP в настоящее время используется так называемый интернет-протокол версии 4. Следующая версия - IPv6 - была специфицирована ещё в середине 90-х годов, но необходимости в расширении её использования ещё не было (даже с учетом того, что в следующие 5 лет планируется переход на неё). К сожалению, версия IPv4 образует соединение и действует по принципу "Best Effort" (“наибольшего усилия”), не гарантируя 100%-ную доставку пакетов. Именно это является основной причиной не всегда хорошего качества VoIP. Последующий протокол версии 6 предлагает в свою очередь так называемое “гарантированное качество обслуживания” (Quality of Service), при котором эти данные будут передаваться более качественно.
Техническая информация
Основой VoIP является передача аналоговой (речевой) информации по цифровым каналам связи. Данный процесс может быть представлен в виде трех основных этапов – кодирование сигнала на передающей стороне, передача пакетов по сети, декодирование полученных пакетов на принимающей стороне. Одной из особенностей речевой информации, позволяющей осуществить ее сжатие, является наличие пауз (диалоговых, смысловых, слоговых и др.). В способах кодирования, используемых в VoIP, входная информация, соответствующая паузам либо не передается вообще, либо сжимается с низким качеством.
Для кодирования речевой информации могут быть использованы различные кодеки. Выбор используемого кодека определяет как качество передачи речи, так и объем генерируемого трафика. Согласно требованиям к качеству услуг, предъявляемых стандартом ISO:9000, выделяют 4 класса качества передачи речи – лучшее (G.711, 64,8 кбит/с), высокое (G.726-32, 32,8 кбит/с), среднее (GSM Full Rate), низкое. В скобках указан кодек и максимальный поток, занимаемый IP-пакетами, соответствующие данному классу качества. При низком качестве услуг, согласно стандарту, «восприятие речи сопряжено с максимальными усилиями». В VoIP, при кодировании сигнала, используют кодеки, как с постоянным, так и с переменным потоком, занимаемым выходными данными (битрейтом). Кодированная речевая информация разбивается на пакеты, которые по IP-сети передаются принимающей стороне.
Основными причинами снижения качества связи, при использовании VoIP, из-за сбоев возникающих при передаче данных, являются потери пакетов, а также превышение максимально допустимого времени доставки пакета. При этом наиболее критичным является превышение максимального времени доставки пакета, так как из-за особенностей речевого сигнала (его высокой избыточности) потеря до 5% пакетов не приводит к ухудшению разборчивости речи.
Для сбора пакетов с речевой информации на принимающей стороне применяют протокол RTP (Real-Time Protocol), который используется для передачи трафика в режиме реального времени. В заголовке каждого VoIP-пакета присутствует временная метка и номер пакета, что позволяет восстановить последовательность, детектировать момент поступления следующего пакета, а также интерполировать потерянные пакеты. Созданная последовательность пакетов поступает на декодер, представляющий собой кодек, выполняющий обратное преобразование речевой информации. Помимо декодирования информации, декодер осуществляет заполнение пауз фоновым шумом и эхокомпенсацию (удаление эха из восстановленного речевого сигнала).
Для установления и управления соединением в VoIP-клиентах и оборудовании используют различные протоколы - SIP, H.323, IAX2, MGCP, SCTP, Skinny/SCCP, Unistim и другие. Часть из них являются открытыми, например SIP или H.323, другие закрытыми, например Skinny/SCCP или Unistim. Протокол Skinny/SCCP используется в продуктах компании Cisco, а протокол Unistim - компании Nortel.
Исторически, одним из первых стандартов для VoIP, стал H.323, который являлся составной частью группы стандартов H.32x, принятых в 1996 году компанией International Telecommunication Union. Данный стандарт описывает проведение мультимедийных конференций в компьютерных сетях с негарантированной пропускной способностью. Несмотря на то, что стандарт H.323 напрямую не связан с IP-протоколом, большинство его реализаций основано именно на этом протоколе.
В стандарте H.323 вводятся два важных для VoIP понятия – шлюз (gateway) и привратник (gatekeeper). Шлюз – это устройство позволяющее установить соединение с терминалом другого стандарта. В VoIP шлюзы используется для сопряжения с IP-телефонов с обычными телефонными сетями. Привратник – выступает в роли центра обработки вызовов внутри своей зоны. Основными функциями привратника являются – трансляция адресов, управление доступом, управление полосой пропускания, а дополнительными – контроль и управление процессом установления соединения, авторизация соединения, управление вызовами. В данном контексте под зоной понимают совокупность всех шлюзов, терминалов и серверов многосторонней конференции, работающих под управлением одного привратника. Привратник является необязательным элементом, однако если он присутствует в сети – терминалы и шлюзы должны использовать его услуги. Сервера многосторонней конференции, упомянутые выше, служат для обеспечения одновременной связи трех и более терминалов.
Наиболее распространенным VoIP-протоколом является SIP (Session Initiation Protocol — протокол установления сессии). Разработка данного протокола была начата в 1996 году. В 1999 году к разработке SIP подключился международный консорциум Internet Engineering Task Force (IETF). Первая версия данного протокола была утверждена в 2000 году, а в 2002 вышла его вторая редакция, обозначаемая как SIPv2. Протокол SIP описывает процесс установления, управления и завершения пользовательского сеанса включающего передачу мультимедийных данных и мгновенных сообщений. Данный протокол является текстовым и похож на протокол HTTP, используемый при просмотре web-страниц.
Технически протокол SIP ближе к IP-стандартам, чем к стандартам систем связи или телекоммуникационной индустрии. При этом, SIP обеспечивает расширенный набор функций предоставляемых телефонной сетью. Несмотря на то, что протокол SIP определяет только процедуры установления и управления соединением, на основе его функций обеспечивается создание таких элементов как прокси-сервер (Proxy Servers) и пользовательские агенты (User Agents). Эти элементы обеспечивают базовые телефонные операции – набор номера, звонок телефонного аппарата, возможность услышать длинные или короткие гудки и т.д. Именно протокол SIP описывает, например какие IP-порты должны быть использованы, тип применяемого кодека, а также выступает в роли прокси-сервера для пакетов обрабатываемых протоколом RTP. Область применения обоих протоколов (H.323 и SIP) не ограничена голосовой связью, с их помощью может быть установлен любой сеанс связи, включая видеосвязь или какие-либо другие виды связи.