32
Таким образом доступ в интернет становится более универсальным.
Обеспечение QoS сети на базе технологии VoIP
В сетях с IP-телефонией более важными являются порядок прихода пакетов и
минимальность задержки, гарантированная же доставка не обеспечивается. Как
следствие, выбирая из протоколов TCP и UDP, предпочтение отдается UDP, так как
он, как правило, используется для передачи информации в реальном времени, так
как в отличие от протокола TCP, доставляющего информацию с нелинейными
задержками, он обеспечивает минимальную задержку доставки пакетов. Но ни
протокол IP, ни TCP никаким образом не обеспечивает качество обслуживания сети.
Для этого в сети должны быть реализованы специальные дополнительные
механизмы, обеспечивающие требуемый уровень QoS, которые в современных IP-
сетях могут быть реализованы с помощью таких технологий как: DiffServ, IntServ и
MPLS с использованием протокола RSVP.
Объективными, измеряемыми или рассматриваемыми показателями качества
являются изменение задержки в сети и её пропускная способность.
Одним из показателей является время отклика, которое оценивается по:
Промежутку времени от момента передачи пакета до момента приема
подтверждения;
Времени задержки однонаправленного сквозного соединения, также
называемой временем запаздывания (latency);
Пропускной способности.
Готовность и надежность, являющиеся основополагающими параметрами,
оценивается по возможности получения доступа к ресурсам сети или коэффициенту
использования, а также результатам контроля уровня обслуживания 24/7 (при
режиме работы 24 часа в сутки, 7 дней в неделю).
Мерами обеспечения QoS, применяемыми в IP- сетях, являются
резервирование ресурсов, Приоритезация трафика и перемаршрутизация.
Резервирование ресурсов позволяет по запросу приложения зарезервировать
необходимые для его выполнения ресурсы.
Приоритезация позволяет регулировать порядок обслуживания пакетов, в
зависимости от заранее заданной важности приложения, а перемаршрутизация
позволяет менять маршруты при повышенной загрузки некоторых узлов сети.
33
В рамках данной работы мы будем использовать протокол резервирования
ресурсов – RSVP(Resource Reservation Protocol).
RSVP – протокол резервирования ресурсов, рекомендованного комитетом
IETF, предусматривающий необходимое QoS, за счет того, что через каждый
промежуточный элемент сети, которая связывает участников разговора, может
передаваться только фиксированное количество данных.
Данный протокол резервирует часть пропускной способности сети и
информирует обе стороны о свободном количестве ресурсов. Информация о
свободном количестве ресурсов со стороны отправителя получателю в виде
сообщения RSVP Path (рис.10). Сообщение RSVP Resv передается в обратном
направлении, от промежуточных маршрутизаторов, подтверждая количество
свободных ресурсов у них. При достаточном количестве ресурсов отправитель
начинает передачу, в противном случае получатель либо прекращает передачу, либо
снижает требования.
Рисунок 9 – Сеть RSVP
Таким образом протокол RSVP сигнализирует и обеспечивает резервирование
для предоставления услуг эмуляции выделенных каналов в IP-сетях. Системы, с
помощью данного протокола, имеют возможность требовать от канала требуемую
пропускную способность, минимальную задержку, максимальный уровень потерь.
Одной из особенностей RSVP является то, что запросы на резервирование
ресурсов направляются только от получателей данных отправителям, а не наоборот.
Такой подход обусловлен тем, что лишь устройство-получатель знает, с какой
скоростью оно должно получать данные, чтобы надежно декодировать аудио- или
видеосигналы. Другая особенность RSVP - резервирование производится лишь для
34
одного направления. Кроме того, RSVP не допускает смешения аудио- и
видеосигналов на зарезервированном канале. [2]
При окончании сеанса связи, вызывается функция отмены, аннулирующая все
запросы. Она необходима для освобождения сети, чтобы другие пользователи сети
имели возможность использовать ресурсы Интернета. В случае, когда функция
отмены не срабатывает, то запросы на ресурсы отменяются автоматически по
истечении заданного промежутка времени.
Главным минусом RSVP протокола является то, что злоумышленники могут
захватить ресурс сети, вызвав несколько сеансов QoS подряд. Так как как только
канал резервируется, другие пользователи уже не могут передавать свои данные по
нему, даже если он не используется тем, кто его затребовал.
После оценки технологий связи рассмотрим решения от ведущих вендоров,
работающих на российском рынке.
AddPac Technology Co., Ltd
Для данного производителя характерна широкая линейка различных
голосовых шлюзов VoiceFinder и мультисервисные маршрутизаторы с поддержкой
передачи голоса, данных, видео и широковещательного аудио.
Это оборудование совсем недавно появилось на российском рынке (2003 г.),
но пользователи уже успели оценить его преимущества.
Шлюзы VoiceFinder имеют различный набор и плотность голосовых
интерфейсов FXS/FXO/E&M/E1.
Модели от компании AddPac являются многофункциональными
устройствами, совмещая в себе функции классического шлюза, gatekeeper для
управления вызовами и возможности роутера с поддержкой основных протоколов
маршрутизации данных, сетевых средств безопасности и авторизации. Уникальные
разработки компании позволяют обеспечить совместную передачу голоса,
высококачественного видео и широкополосного аудиосигнала с качеством МРЗ в
одном устройстве.
Программное обеспечение (ПО) AddPac APOSTM поддерживает
одновременную работу протоколов Н.323, SIP, MGCP, реализует максимально
полное соответствие принятым рекомендациям, обеспечивает высокое качество
передачи голоса и сигнализации.
35
AudioCodes Ltd
Основным направлением деятельности компании являются разработка и
производство технологических решений в области IP-телефонии. Оборудование
компании хорошо известно и поставляется на российский рынок с 2003 г.
Компания, начинавшая свою деятельность как разработчик и производитель
только компонентов для OEM, в настоящее время является крупным поставщиком
законченных высокопроизводительных аппаратно-программных решений.
Для корпоративных пользователей предлагается линейка продуктов с
поддержкой аналоговых голосовых интерфейсов MediaPack и Mediant 2000 для
подключения к цифровым потокам Е1. Шлюзы серии MediaPack поддерживают до
24 интерфейсов FXS и до 8 FXO, а шлюзы серии Mediant 2000 поддерживают до 16
потоков Е1.
Семейство оборудования представляет собой классические шлюзы,
предназначенные для решения задач сопряжения телефонных сетей с сетями
передачи данных.
Оборудование обеспечивает высокое качество передачи голоса, поддерживает
работу протоколов Н.323, SIP.
Dinstar
Shenzhen Dinstar Technologies Co. – высокотехнологичное предприятие, вот
уже более 10 лет специализирующееся на разработке VoIP решений и
предоставлении услуг передачи голоса по IP. Dinstar - ведущий производитель и
разработчик VoIP устройств, имеет обширную линейку продуктов и занимающий
значительную часть рынка телекоммуникаций.
Dinstar располагает профессиональным отделом разработки и
проектирования, в котором трудятся эксперты с большим опытом работы в
телекоммуникационных сетях, системах передачи данных, мобильных сетях и
сетевой интеграции. VoIP-системы от Dinstar позволяют обеспечить
широкополосный доступ к голосовым приложениям и получить законченные
системы коммутаторов голосового доступа для сотовых операторов.
Компанией представлена широкая линейка голосовых шлюзов, которая
поддерживает большой набор интерфейсов.
36
Cisco Systems
Широкий спектр голосовых шлюзов (от узкоспециализированных до
многофункциональных маршрутизаторов), оснащенных голосовыми интерфейсами,
выпускает компания Cisco Systems.
Оборудование этого производителя хорошо известно и широко представлено
на рынках многих стран, в том числе и в России.
Линейка голосовых шлюзов поддерживает широкий набор голосовых
интерфейсов (FXS/FXO/E&M/E1/ BRI) и обеспечивает различную плотность
подключаемых устройств на шасси.
Для работы в сетях IP-телефонии поддерживаются различные протоколы в
зависимости от типа модели и версии ПО.
Голосовые шлюзы обеспечивают гибкую маршрутизацию вызовов, высокое
качество передачи голоса, целый ряд шлюзов поддерживает функцию
отказоустойчивой телефонии для удаленных офисов SRST в случае потери связи с
центральным офисом/сервером.
Основной идеей Cisco при разработке оборудования IP-телефонии было
создание специализированных модулей и развитие операционной системы уже
существующих моделей.
MultiTech
Компания MultiTech предлагает модельный ряд VoIP-шлюзов Multi-VOIP,
которые представляют собой линейку продуктов, охватывающую шлюзы с
аналоговыми и цифровыми голосовыми интерфейсами.
Представленные сегодня на рынке модели имеют фиксированное количество
голосовых портов. Голосовые шлюзы линейки MultiVOIP поддерживают от 1 до 8
аналоговых (FXS, FXO и Е&М) голосовых интерфейсов. Линейка цифровых шлюзов
с интерфейсом ISDN BRI позволяет подключать от 4 до 8 абонентов, а с
интерфейсом ISDN PRI — до 2 потоков Е1/Т1.
Все модели линейки поддерживают протоколы Н.323 v.4 и SIP, высокое
качество голоса. Для построения корпоративных сетей связи существует
возможность настройки единого плана набора для управления вызовами в IP-сети.
37
Для удобства администрирования и настройки голосовых шлюзов MultiVOIP
компания разработала ПО Mul-tiVOIPManager, которое позволяет значительно
упростить администрирование и мониторинг уже установленного оборудования.
Patton Electronics
В предлагаемый модельный ряд VoIP-продуктов SmartNode компании Patton
Electronics входят VoIP-шлюзы и мультисервисные маршрутизаторы,
различающиеся количеством обслуживаемых линий и интерфейсами. На
российском рынке оборудование появилось в конце 2004 года.
Предлагаемые модели могут иметь как фиксированный набор голосовых
интерфейсов, так и набор голосовых модулей, за счет чего обеспечивается
расширение системы до 16 аналоговых портов и до 4 потоков Е1 на шасси.
Оборудование поддерживает аналоговые голосовые интерфейсы (FXO/FXS)
и цифровые (ISDN BRI, ISDN PRI El/Tl).
ПО SmartWare данного оборудования поддерживает протоколы Н.323, SIP,
MGCP, обеспечивает высокое качество голоса и поддержку настройки планов
маршрутизации.
Дополнительно компания предлагает продукт SmartView — это ПО,
обеспечивающее удобную и простую настройку оборудования SmartNode для
интеграции в существующие системы сетевого управления.
Существует множество платформ, у всех есть свои плюсы и минусы,
рассмотрим несколько платформ.
Asterisk — программная АТС, способная коммутировать как VoIP вызовы, так
и вызовы, осуществляемые между IP-телефонами и традиционной телефонной
сетью общего пользования. Поддерживаемые протоколы: IAX, SIP, H.323, Skinny,
UNIStim.Поддерживаемые кодеки: G.711 (ulaw и alaw), G.722, G.723, G.729, GSM,
iLBC, LPC-10, Speex. Предназначена для малого бизнеса, количество абонентов
ограничено возможностями сервера, одним из плюсов является гибкость настройки.
Весь необходимый функционал может быть дописан самостоятельно без
финансовых затрат за короткий временной интервал, т.к. на одну задачу
применяется один модуль. По сравнению с Cisco или Avaya, Asterisk имеет
небольшую стоимость развертывания. Программа является бесплатной и все затраты
идут на покупку телефонов и сервера, необходимого для нормальной работы АТС.
38
Cisco Unified Communication Manager (CallManager). Предназначен для сетей,
включающих до 30000 абонентов. Программно-аппаратный комплекс обеспечивает
надежность функционирования системы и позволяет конфигурировать множество
параметров. Существует express версия, предназначенная для небольших компаний.
Одним из преимуществ является техническая поддержка Cisco. При наличии
договора на техническую поддержку все проблемы решает корпорация Cisco. Cisco
Call Manager предназначен для компаний, которых интересует отличное качество
связи за не малые деньги.
Avaya IP Office. Система IP Office предназначена для средних сетей. Число
пользователей ограничено мощностью сервера и количеством лицензий. Платы
расширения, приложения должны быть лицензированы. Управлять сервером можно
множеством программ. Avaya IP Office Manager самое подходящее решение, т.к.
программа достаточно проста в использовании, возможно консольное управление с
помощью Avaya Terminal Emulator.
Asterisk является лучшим решением для развертывания сети, т.к.
поддерживает множество функций и является бесплатным продуктом. Так же
Asterisk прост в обслуживании.
Рассмотрим выбор дополнительного телефонного оборудования для
развертывания сети как от ведущих производителей, так и от независимых вендоров
телефонного оборудования. Исходя из предварительного анализа количества
сотрудников, нуждающихся в использовании средств IP телефонии на рабочем месте
будем рассматривать оборудование с большим объемом адресного пространства.
Сведем все данные в таблицу.
Таблица 3
SIP Контакты дисплей POE Цена
Panasonic
KX-
HDV100
SIP 500 + - 1700
Avaya 1408 SIP 100 + + 8849
Grandstream
GXP1610
SIP 500 + - 2650
39
Atcom
AT530P
SIP 500 + - 2990
Рассмотрим преимущества данных моделей в соотношении цена/качество. В
соответствии с общей концепцией формирования телекоммуникационной
инфраструктуры компании выбираем IP телефоны Panasonic KX-HDV100.
1.3.2 Выбор и обоснование проектирования сети
В рамках работы будет проведена модернизация локальной и телефонной
сетей. Для этого рассмотрим существующую структуру предприятия. Организация
внутренней и внешней телефонии полностью передана ПАО “Ростелеком”. Она
организована с использованием ТСОП. Компании принадлежат только конечные
абонентские устройства, остальное оборудование принадлежит ПАО “Ростелеком”.
Оператор обеспечивает поддержание работоспособности телефонной сети, ее
конфигурирование и настройку.
Телефонная связь компании формируется с помощью мини АТС PANASONIC
KX-TDA200RU. На ней уже достигнут лимит по занятым портам и отсутствует
возможность масштабирования. Для анализа нагрузки на сеть ПД после перехода на
VoIP, нам потребуется взять за базовые значения токующую нагрузку.
Характеристика нагрузки существующей сети представлена в таблице 4.
Таблица 4
Характеристики нагрузки, создаваемой клиентами различных групп
Количество вызовов в час для первой группы, k1 вызовов/ч 200
Количество вызовов в час для второй группы, k2 вызовов/ч 100
Средняя продолжительность разговора, t с 100
Объём переданных данных в час наибольшей нагрузки, V Мбайт/с 200
Количество абонентов, обслуживаемых мультисервисным узлом доступа 200
Таблица 5
40
Параметры кодека G.711u
Скорость передачи Длительность
датаграммы
Задержка буфера
64 кбит/с 20 мс 2 датаграммы,
40 мс
Примем размер пакета данных h равным 200 байт.
Число пакетов, генерируемых первой группой абонентов, зависит от количества и
средней продолжительности вызовов, оно рассчитывается по формуле:
????
=
????
× ???? × ????1
3600
N1i – общее количество отправленных пакетов;
????
– количество пакетов, отправляемых в секунду одним абонентом;
t – средняя продолжительность разговора;
k1 – среднее количество вызовов в час.
Тогда
????
=
50 ×100 ×200
3600
= 278 пак/сек
Число пакетов, возникающих при передаче голосового трафика во второй группе,
можно рассчитать по формуле приведенной выше, единственным отличием будет
количество вызовов в час, таким образом:
????
=
50 × 100 × 100
3600
= 139 пак/сек
Предположим, что средний объём переданных за секунду данных ????
= 200 ×
1024 × 1024 , тогда число отправляемых за секунду пакетов будет равно:
????
И
=
????
ℎ
????
И
− количество пакетов, отправляемых второй группой;
h – размер пакета с учетом заголовка.
????
И
=
209715200
200
= 1,05 ×10
пак/сек
Тогда общее количество генерируемых пакетов во второй группе:
????
= ????
+ ????
И
=
(
0,00000139 + 1,05
)
× 10
= 1,05× 10
пак/сек
41
Сеть имеет топологию звезда, поэтому весь трафик проходит через маршрутизатор
офиса. Рассчитаем количество пакетов, которое обрабатываются центральным
узлом:
????
∑
= ????
+ ????
????
∑
= 0,000278 × 10
+ 1,05175 × 10
= 1,06 ×10
пак/сек
На рассмотренном участке сети трафик будет равен:
????
СР
= 1,05 ×10
пак
сек
Рассчитаем среднюю нагрузку в сети при данных условиях:
????
∑
=
50 ×100 ×2000
3600
+
20000 ×1024 × 1024
200
= 0,05 × 10
пак/сек
Показанные расчеты демонстрируют необходимость в модернизации
телефонной линии связи и сети ПД, так как при увеличении количества звонков
скорость обмена данными будет явно не достаточной.
1.3.3 Выбор и обоснование способа приобретения оборудования для
устройства сети
Для реализации проекта лучшим решением является Asterisk — программное
обеспечение, находящееся в свободном доступе, не требующее обязательной
лицензии. Это является подходящим вариантом для малого и среднего бизнеса.
Число абонентов в сети может достигать 2000 и ограничено только мощностью
сервера.
Приобретение сетевого оборудования оплачиваем с безналичного счета
компании.
Выбираем операционную систему Linux сборки CentOSx64, т.к. Linux
является надежной системой и является распространенной во многих организациях.
Версия обновляется каждые 6 месяцев для поддержки новых аппаратных средств.
Red Hat Enterprise Linux состоит из свободного программного обеспечения с
открытым кодом, но доступен в виде дисков с бинарными пакетами только для
лицензированных пользователей. Как требуется в лицензии GPL и других, Red Hat
предоставляет все исходные коды. Разработчики CentOS используют данный
исходный код для создания готового продукта, очень близкого к Red Hat Enterprise