5
СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ 1
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ IP-ТЕЛЕФОНИИ 11
1.1. Основные понятия, принципы и технологии передачи речи по сетям на базе
протокола IP 11
1.2. Использование протоколов Интернет в IP-телефонии 16
1.2.1. Адресация в IP-сетях 16
1.2.2. Модель взаимодействия открытых систем OSI 20
1.2.3 Основные протоколы IP-телефонии 24
1.3 Классификация и основные характеристики сетей IP-телефонии 26
1.3.1. Выделенные сети IP-телефонии 27
1.3.2. Интегрированные сети IP-телефонии 28
1.3.3. Смешанные сети IP-телефонии 28
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА СЕТИ IP-ТЕЛЕФОНИИ 30
2.1. Разработка технического задания на построение сети IP-телефонии
предприятия 30
2.1.1 Характеристика предприятия и его деятельности 30
2.1.2. Организационная структура управления предприятием 31
2.1.3 Сеть передачи данных 36
2.1.4. Обоснование необходимости модернизации ЛВС 40
2.2. Анализ и обоснование выбора оборудования и технологий для построения сети
IP-телефонии предприятия 44
2.2.1 Расчет нагрузок проектируемой сети 44
2.2.2 Выбор оборудования и ПО 50
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ СЕТИ IP-ТЕЛЕФОНИИ 55
3.1. Реализация механизмов управления и повышения качества передачи голосовых
сообщений по сети IP-телефонии 56
3.2. Управление шириной пропускания, безопасность и обеспечение
масштабируемости сети IP-телефонии, расчет основных параметров и
характеристик сети 62
6
3.3. Расчет технико-экономической эффективности от внедрения разработанной
сети IP-телефонии 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 80
7
ВВЕДЕНИЕ
На современном уровне развития телекоммуникационных систем и сетей
одним из основных факторов развития является постоянно возрастающие требования
к объемам обрабатываемой и передаваемой информации. Совершенствование
технологий передачи данных хорошо прослеживается в этапах развития сетей и услуг
связи. Сегодня сети связи представляют собой одну из неотъемлемых частей жизни
современного человека. Развитие информационных технологий в обществе ведет к
росту объемов информации, передаваемой на любых этапах производства, а также
увеличению числа информационных потоков во всех сферах жизни. Обмен
информацией становится одной из основ функционирования общества в целом, что
ведет к более глубокому внедрению информационных технологий и систем связи [2].
От бесперебойной работы и функционирования данной части зависят многие
социальные процессы в различных сферах жизни человека. Таким образом, к
качеству и эффективности работы телекоммуникационных систем предъявляются
особые требования, что в свою очередь выражается в постоянном
совершенствовании и развитии систем связи, а также становлении международных
организаций, ставящих своей целью разработку стандартов и норм в данной области.
Большие технические возможности систем связи на современном уровне
позволяют реализовать материальную базу для совершенствования технологий и
внедрения дополнительных услуг, повышающих качество использования конечного
продукта. Очевидным представляется рост, в процессе совершенствования сетевых
технологий, требований к надежности, качеству и количеству функций, которые они
могу предоставить. Эти процессы, в свою очередь, приводят к перераспределению
объемов трафика, что несомненно оказывает влияние на качество работы сетей связи.
Важность решаемых задач по передачи больших объемов данных, а также
большая скорость развития и совершенствования технологий связи требуют
внедрения эффективных методов анализа, синтеза, планирования при
проектировании и модернизации современных телекоммуникационных систем [13].
Проектирование телекоммуникационной сети связи представляет собой
комплексную задачу, состоящую из большого числа взаимосвязанных этапов: анализ
и выбор логической структуры сети, пунктов установки оборудования, методов
8
реализации линейных сооружений, анализом технических и функциональных
требований к услугам связи, и т.д. Таким образом, решение каждой из этих задач
определяет тип и параметры проектируемой сети связи.
IP-телефония (VoIP – Voice Over IP) – вид телефонной связи, основанный на
передаче аудиоинформации в цифровом виде, использующим протокол IP.
В настоящее время устаревающие телефонные технологии 20 века заменяются
перспективными технологиями IP.
В этом случае развитие IP-телефонии позволяет эффективно использовать
существующие вычислительные сети не только для обеспечения передачи больших
объемов данных, но также и для передачи человеческой речи с высокими
показателями качества.
Объектом исследования выпускной квалификационной работы являются
«Технологии и принципы работы IP-телефонии», а предметом исследования –
«Проектирование телефонной IP-сети».
Цель выпускной квалификационной работы - Проектирование и реализация
телефонной IP-сети в компании для решения задач масштабируемости, контроля и
экономии на услугах связи.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы определяется
наличием на территории РФ большого количества морально и физически устаревших
сетей аналоговой телефонной связи, которые уже не могут обеспечить требуемые
технические характеристики [3].
Для реализации проекта были разработаны следующие основные
архитектурные принципы:
1. Корпоративная территориально – распределенная сеть компании – это
единая многопользовательская многоуровневая среда информационного
взаимодействия. В сети эффективно осуществляется обмен документальной
информацией, доступ к центральным информационным ресурсам, телефонная связь и
видеоконференцсвязь.
2. Для организации надежной голосовой связи в сети будет
использоваться комбинация экономических и надежных сетевых технологий и
протоколов VoIP технологии . Такое техническое решение позволяет организовать
9
качественную связь в широком диапазоне скоростей, при приемлемой стоимости
системы.
Над уровнем транспортной сети находится уровень служб и приложений
корпоративной сети. В частности, при внедрении общесистемных услуг (телефонии,
видеоконференцсвязи, доступа в интернет) на уровне служб корпоративной сети
подключаются
соответствующие узлы, контроллеры сигнализации и средства управления
услугами.
Данная VoIP сеть должна осуществлять следующие функции:
- объединить филиалы компании в единую корпоративную телефонную сеть;
- минимизировать расходы компании на осуществление междугородних
звонков;
- видеозвонки;
- аудиоконференции;
- использование альтернативных маршрутов, через операторов связи, при
выходе из строя корпоративной VoIP сети.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Рассмотреть основные принципы и технологии работы IP-телефонии;
2) Разработать техническое задание на построение сети IP-телефонии;
3) Разработать проект и реализовать сеть IP-телефонии предприятия;
4) Обеспечить механизмы управления, повышения качества и надежности
корпоративной сети IP-телефонии;
5) Выполнить расчет технико-экономической эффективности от реализации
проекта сети IP-телефонии.
Практическая значимость работы заключается в разработке для компании сети
IP-телефонии, которая позволит повысить эффективность работы сотрудников за
счет предоставления большего функционала, но при этом снизит затраты на услуги
связи.
При написании выпускной квалификационной работы использовались
научные труды следующих авторов: Гольдштейн Б.С. [9, 20-22], Баскаков И.В. [11],
Дэвидсон Д. [18], В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. [30,31], Вегешна, Ш. [13].
Выпускная квалификационная работа состоит из Введения, трех глав,
10
Заключения, Списка использованной литературы, Приложения.
В первой главе выпускной квалификационной работы коротко рассмотрены
основные принципы и технологии передачи речи по сетям на базе протокола IP,
проведен анализ сетевых протоколов, используемых при передаче речи, а также
рассмотрены основные типы сетей IP-телефонии.
Во второй главе работы представлены анализ и обоснование выбора
оборудования и технологий для построения сети IP-телефонии предприятия. Также
на основе исходных данных и результатов анализа выполнена разработка
технического задания на построение сети IP-телефонии предприятия.
В третьей главе работы рассмотрены реализация механизмов управления и
повышения качества передачи голосовых сообщений по сети IP-телефонии,
выполнены расчеты основных параметров и характеристик сети, а также
технико-экономической эффективности от внедрения разработанной сети IP-
телефонии.
11
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ IP-ТЕЛЕФОНИИ
1.1. Основные понятия, принципы и технологии передачи речи по сетям
на базе протокола IP
IP-телефония - это современная технология связи, позволяющая использовать
все современные сети связи, будь то сотовая связь или локальные сети и сеть
Интернет в целом. [11]
Эту технологию можно обозначить следующими терминами:
− IP-телефония (IP Telephony);
− Передача голоса по IP-сетям (Voice over IP - VoIP);
− Интернет-телефония (Internet Telephony).
Интернет-телефония (IP-телефония, VoIP (Voice over Internet Protocol)
представляет собой технологию позволяющую реализовать передачу речи
посредством сетей, использующих пакетную коммутацию и протокол IP, что следует
из названия технологии. В числе сетей, использующих протокол IP (Internet protocol)
представлены сеть Интернет, корпоративные вычислительные сети компаний, а также
выделенные цифровые каналы связи.
Основным преимуществом IP – телефонии является снижение финансовых
затрат на организацию телефонных переговоров. Это происходит за счет передачи
голосовых данных по существующим каналам с пакетной коммутацией, а не по сетям
с коммутацией каналов, которые характерны для традиционной телефонии (ТСОП,
PSTN (Public Switched Telephone Network) (рисунок 1). Наибольшая финансовая
выгода достигается при проведении междугородних и международных переговоров,
стоимость организации которых с использованием традиционной телефонии
традиционно высокая.
12
Рисунок 1. Организация работы традиционной (PSTN) и интернет (VoIP)
телефонии
Рассмотрим основные принципы реализации IP-телефонии с использованием
пакетной коммутации. При организации вызова голос абонента оцифровывается и
подвергается кодированию и сжатию с использованием определенного набора
кодеков. После этого в соответствии с принципами функционирования протокола IP
происходит разбиение всего объема данных на пакеты, которые отправляются
получателю по существующим сетям IP. После получения пакетов получателем
происходит обратная процедура декодирования в исходный звуковой сигнал. Для
выполнения данного преобразования информации используются специальные
устройства – VoIP шлюзы (рисунок 2).
Рисунок 2. Соединение в IP-сети с коммутацией пакетов
13
В процессе разбиения исходного сигнала на пакеты состоит основное отличие
от сетей традиционной телефонии, где для каждого вызова используется отдельный
канал связи и устанавливается физическое соединение от одного абонента к другому
(рисунок 3). Данный канал связи поддерживается на все время установления
соединения. При использовании же IP-телефонии, несколько вызовов могут
использовать один канал связи при условии, что он имеет достаточную полосу
пропускания.
Рисунок 3. Соединение в телефонной сети с коммутацией каналов
Можно выделить следующие основные этапы реализации IP-телефонии:
1. Преобразование исходного аналогового сигнала. Помимо перевода
аналогового сигнала в цифровой, на данном этапе происходит сжатие данных, с целью
уменьшения передаваемого объема, удаление пауз в разговоре и фонового шума, что
позволяет экономить сетевые ресурсы.
2. Разбитие последовательности данных на пакеты фиксированного объема. На
втором этапе помимо деления информации по объему, для каждого пакета
указывается адрес получателя, что гарантирует его доставку, а также порядковый
номер и данные для коррекции ошибок, для случая, если пакет будет доставлен с
нарушением последовательности, либо целостности данных. После этого пакеты
отправляются в сеть.
3. Предварительная обработка полученных пакетов. При достижении
терминала получателя, пакеты с данными поступают в буфер, где происходит их
14
сортировка в требуемой последовательности. При отсутствии какого-либо пакета
возможно частичное восстановление потерянных данных путем аппроксимации
относительно соседних пакетов.
4. На заключительном этапе происходит обратное декодирование данных в
исходный аудио сигнал.
В технологии IP-телефонии можно выделить четыре основных принципа:
− Компьютер-компьютер;
− Компьютер-телефон;
− Телефон-телефон;
− Surf&Call (так называемый «Звонок с сайта»).
Рассмотрим каждую технологию подробнее.
1) «От компьютера к компьютеру» (рисунок 4). Для данного варианта связь с
использованием IP сети устанавливается между двумя персональными
мультимедийными компьютерами. Данные ПК должны быть оборудованы
соответствующими программными и аппаратными средствами, позволяющими
передавать голосовые данные через интернет;
Рисунок 4. Схема связи «компьютер-компьютер»
2) «От компьютера к телефону» (рисунок 5). В этом случае связь
устанавливается между ПК и стационарным телефоном, который подключен к ТфОП.
Персональный компьютер также должен иметь необходимые аппаратно-
программные средства. К числу подобных средств относятся соответствующее ПО,