Общие вопросы технологии IP-телефонии
Аннотация: Данная лекция посвящена общему описанию используемой терминологии, принципов функционирования IP-телефонии а также идеологии взаимодействия с компьютерными сетями. Описана как работа различных сценариев IP-телефонии так и участвующих компонент
1.1. Терминология
IP-телефония (или VoIP — Voice over Internet protocol ) — технология, которая использует сеть с пакетной коммутацией сообщений на базе протокола IP для передачи голоса в режиме реального времени.
При разговоре наши голосовые сигналы преобразуются в пакеты данных, которые затем сжимаются. Далее эти пакеты данных посылаются через Интернет приемной стороне. Когда пакеты данных достигают адресата, они декодируются в аналоговый голосовой сигнал.
IP-телефония в чистом виде может применяться в качестве линий передачи голоса, для чего могут использоваться специально выделенные цифровые каналы.
1.2. Особенности IP-телефонии
Почему IP-телефония привлекает к себе внимание?
Меньшие затраты на традиционные телефонные разговоры. В особенности это распространяется на междугородние и международные звонки. Также намного меньше затраты на инвестиции в оборудование. Высокие затраты телефонных компаний приводят к дорогим междугородным разговорам. 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 мы не используем телефонную линию.
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 (см. «Передача речи по IP-сети» ) передаваемых сигналов, которая более полно использует емкость телефонных линий.
При обычном способе передачи речи (аналоговой телефонии) используется канал пропускной способностью 64 кбит/с независимо от того, разговаривает абонент или молчит во время соединения. В случае передачи речи по IP -сетям, за счет оцифровки и компрессии (сжатия), речь передается в виде цифровой информации , причем если абонент молчит или делает паузы в разговоре, цифровая информация в канал не передается и канал не заполняется. Это позволяет в одном канале 64 кбит/с передавать от 8 и более соединений одновременно, что в свою очередь обеспечивает снижение тарифов, и, соответственно, оплата уменьшается.
Во-вторых, IP-телефония привлекает дополнительными возможностями совмещенного доступа в Интернет . Голосовые данные, факсимильные сообщения передаются уже с используемым набором IP -протоколов Интернета. Таким образом, 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 сети передачи обычных данных и телефонной сети. По сути это означает, что, имея компьютерную сеть , можно «наложить» на нее телефонию, и голосовой трафик этой сети будет передаваться по тем же каналам, что и данные ( рис. 1.1). Доступ в Интернет становится более универсальным.
- А, В — абоненты, обменивающиеся информацией по сети.
- KА, КВ — компьютеры абонентов А и В соответственно.
- ША и ШВ — шлюзы А и В .
- FAXА и FAXВ — телефаксы А и В .
- ТAА и ТAВ — телефоны А и В .
Открытая архитектура — еще одна важная особенность VoIP .
Еще одним положительным свойством IP-телефонии является наличие общих протоколов IP-телефонии : H.323, MGCP , SIP и т. д.
1.3. Принципы пакетной передачи
Для проведения сеанса связи мы набираем номер вызываемого абонента, после чего происходит соединение с сетевым шлюзом, как показано на рис. 1.2.
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 рис. 1.3.
После оцифровки цифровой сигнал , занимающий изначально, как и наша речь, канал в 64 кбит/с, сжимается в соответствии с выбранным кодеком (см. «Передача речи по IP-сети» ) и разбивается на пакеты сигналов в соответствии с выбранным типом кодирующего устройства (кодеком) ( рис. 1.4 и 1.5.). В преобразовании участвуют как аппаратные, так и программные средства со стороны абонента А .
Далее сжатые данные отправляются в сеть . На приемной стороне имеется аналогичный набор устройств абонента В ( рис. 1.6), 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.
Показанные этапы преобразования сигналов и передачи происходят в малые доли секунды, практически в реальном масштабе времени, что позволяет обеспечить дуплексный (двухсторонний) разговор.
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 Интернета: это RTP ( Real Time Transport Protocol ), который функционирует поверх протокола UDP ( User Datagram Protocol ), расположенного, в свою очередь , в стеке протоколов TCP/IP над протоколом IP . Таким образом, иерархия протоколов RTP /UDP/ IP представляет собой своего рода транспортный механизм для речевого трафика. Отметим, что 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 (как и видеоинформации) 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.
Что такое
IP-телефония
IP-телефония — это телефонная связь, которая работает через интернет без специального оборудования. В рамках IP-телефонии сигнал переводится в цифровой формат и сжимается — это облегчает передачу данных и сокращает время обработки.
Технология интернет-телефонии исключает покупку дорогостоящего оборудования и прокладку телефонных проводов. При этом она позволяет звонить не только на подключённые к сети устройства, но и на мобильные и даже на простые стационарные телефоны — для этого используют размещённые по всей планете специальные шлюзы.
Различают два вида IP-телефонии:
Программная. ПО устанавливается на операционную систему Windows, подключается к инфраструктуре офиса по цифровым и аналоговым портам. Требует наличия серверной.
Программный тип чаще выбирает крупный бизнес, у которого есть средства на приобретение локальных серверов, маршрутизаторов, PCI-плат, содержание обслуживающего персонала. Небольшие организации предпочитают виртуальную разновидность IP-телефонии — аренда снижает вариативность настроек, но обходится дешевле.
Основное различие — средство подключения. В традиционной телефонной связи используются провода. Их протягивают к стационарным устройствам от локальных АТС — автоматических телефонных станций. Для подключения к IP-телефонии нужен только интернет.
Количество узлов связи.
В классическом варианте абоненты связываются напрямую. Между пользователями IP-телефонии есть шлюз — узел, отвечающий за оцифровку и маршрутизацию.
Стоимость.
Использовать айпи-телефонию можно даже бесплатно, когда связь по сети устанавливается внутри компании. И в целом обслуживание оборудования обходится значительно дешевле.
Производительность.
Сети АТС отличаются избыточной производительностью, в то время как айпи, сжимая сообщения, использует ёмкость линии полностью.
Доступность.
Принцип работы АТС подразумевает стационарный доступ абонентов. Пользователи IP-телефонии имеют возможность использовать связь, находясь в любом месте.
Важное различие — функционал. Технология позволяет распределять звонки по разным телефонам, осуществлять автоматический перевод с одного абонента на другого, проводить конференции, записывать разговоры.
За передачу звука в IP-телефонии отвечает технология VoIP или Voice over Internet Protocol, что переводится как голос через интернет-протокол.
При звонке специальный кодек преобразует звуковой ряд в пакет данных. Далее он направляется на устройство получателя, где обратно переводится в звуковой ряд — декодируется. При этом особых требований к устройству система не выдвигает: это могут быть, к примеру, обычный ноутбук или смартфон.
Функции регистрации участника сети, открытие и завершение сеанса связи возложены на SIP-протокол. Аббревиатура расшифровывается как Session Initiation Protocol, что в переводе означает протокол передачи данных.
SIP-протокол легко масштабируется — даёт возможность увеличивать количество абонентов. И не ограничивает мобильность пользователей — они могут перемещаться по сети без ограничений.
Структура IP делает возможным применение виртуальных номеров, когда входящие звонки с разных номеров поступают на один телефон абонента. В офисах активно используют многоканальность — возможность одновременно принимать несколько вызовов на один номер телефона.
Существует немало других инструментов IP-телефонии, применение которых обеспечивает VoIP-технология. Например:
- Запись звонков. Необходима для обучения и оценки работы персонала, урегулирования конфликтных ситуаций с клиентами. Максимально эффективна в сочетании с сервисом речевой аналитики.
Реализация технологии VoIP посредством SIP-протокола возможна при помощи простых телефонов с проводной или радиотрубкой. Каждый из них подключают к IP-сети через VoIP-шлюз. Если в систему VoIP-шлюза встроен роутер, то больше подключать ничего не нужно. Если нет, то необходимо настраивать связь с роутером. Способ хорош в тех случаях, когда нет возможности отказаться от использования привычных аналоговых аппаратов.
Ещё один вид оборудования для IP-АТС — IP-телефоны. Их нужно подключать к сети через Wi-Fi или по LAN-кабелю. VoIP-шлюз организовывать не надо. Дополнительное оборудование тоже не требуется. Сам телефон может представлять собой одну трубку или базу с несколькими трубками — их можно раздать разным операторам.
Также в рамках VoIP-технологии распространено применение специальных приложений — софтфонов. Их разрабатывают для различных операционных систем, устанавливают на стационарные компьютеры, ноутбуки, смартфоны. Большой плюс технологии — бюджетность: приложения стоят недорого и не требуют расходов на обслуживание. Минус — зависимость скорости передачи пакетов данных от производительности стационарного устройства. И ещё один недостаток — сокращение времени автономной работы мобильных аппаратов: с постоянно активированным приложением ни один смартфон и ноутбук долго работать не сможет.
Выбор оборудования для реализации VoIP и поддержки SIP-протокола удобно делать по следующим параметрам: