15
звуковая плата или адаптер с акустическими системами или наушниками, а также
микрофон либо гарнитура.
Рисунок 5. Схема связи «компьютер-телефон»
3) «От телефона к телефону» (рисунок 6). В данном случае соединение
происходит между двумя стационарными телефонами, имеющими подключение к
ТфОП. Однако на АТС вызов перенаправляется на VoIP шлюзы, которые используя
подключение к IP сети передают данные через нее. На приемном конце другой шлюз
производит обратные преобразования;
Рисунок 6. Схема связи «телефон-телефон»
4) «Surf&Call». В этом случае связь организуется между Web-приложением и
телефоном абонента (рисунок 7). Развитие информационных технологий и сети
Интернет позволило специалистам коммерческих служб либо служб технической
поддержки осуществлять вызов абонента напрямую с web-сайта. Вызов абонента
осуществляется выбором абонента из списка (ФИО или телефон) и переходом по
16
соответствующей ссылке. Данный вариант установления соединения удобен, в
первую очередь, для организации диалога между абонентом и представителем
различных сервисов, менеджерами по продажам и т.д., что позволяет повысить
качество предоставляемых услуг.
Рисунок 7. Схема связи «WEB-браузер - телефон»
Также во втором и третьем вариантах возможна передача данных не на телефон
абонента, а на факсимильный аппарат. Естественно, что оборудование, реализующее
работу IP-телефонии должно поддерживать передачу данного типа сообщений.
1.2. Использование протоколов Интернет в IP-телефонии
1.2.1. Адресация в IP-сетях
Протокол TCP/IP - представляет собой совокупную модель (стек) передачи
данных, основанную на двух протоколах:
− IP (Internet Protocol), Интернет протокол – данный протокол организует
и обеспечивает передачу данных между любыми узлами вычислительной сети;
− TCP (Transmission Control Protocol), протокол управления передачей –
обеспечивает контроль за передачей данных по IP сетям без потерь.
Стек протоколов TCP/IP включает в себя четыре уровня:
− прикладной уровень;
− транспортный уровень;
− сетевой уровень;
А
ТС
17
− канальный уровень.
Стек протоколов TCP/IP полностью реализует функциональные возможности
модели OSI. Для каждого из уровней организации передачи данных в соответствии с
моделью OSI характерно использование определенного набора протоколов (рисунок
8).
Рисунок 8. Протоколы стека TCP/IP
Так для работы IP задействованы отдельные протоколы, работающие каждый
на своем уровне (рисунок 9)
Рисунок 9. Протоколы IP-телефонии
Адресация в сети TCP/IP может быть трех уровней:
− Физический - MAC-адреса, локальный адрес – адрес установлен для
каждого конкретного физического устройства в сети;
18
− Сетевой - IP адрес – 32 или 128 битное число представляющее собой
уникальный сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной на основе стека
протоколов TCP/IP;
− Символьный - DNS адрес представляет собой адрес в буквенной форме,
удобной для восприятия и соответствующий сетевому IP адресу узла.
IP-адрес занимает 32 бита. Он делится на четыре октета по 8 бит. Обычно
каждый октет из двоичного представления переводят в десятичное, таким образом,
IP-адрес представляется четырьмя числами от 0 до 255, разделённых точками
(таблица 1).
Таблица № 1
Пример IP-адреса в двоичном и десятичном представлении
Двоичное представление
Десятичное представление
11000000.10101000.00000001.00000011
192.168.1.3
Есть три основных класса сетей, и, в зависимости от класса сети, для
идентификации сети и идентификации узла отводится разное количество бит. Класс
сети можно определить по начальным битам в адресе (таблица 2).
Таблица № 2
Форматы адреса
Старшие биты
Формат
Класс
0
7 битов для номера сети, 24 бита для номера узла
a
10
14 битов для номера сети, 16 битов для номера узла
b
110
21 бит для номера сети, 8 бит для номера узла
c
111
для расширенного способа адресации
Для класса А значение первого октета лежит в диапазоне от «1» до «126».
Номера сети «0» и «127» зарезервированы. Адреса сетей в диапазоне от 128 до 191
является адресами сетей класса B. Адреса сетей в диапазоне от 192 до 223 является
адресами сетей класса С[2].
Существуют следующие типы адресов IPv4:
1) Индивидуальный адрес. Такой адрес назначается одному интерфейсу
подсети данной сети. Этот адрес используется в подключениях типа «точка - точка».
2) Групповой адрес. Этот адрес назначается одному или нескольким
интерфейсам в разных подсетях данной сети. Он используется в подключениях типа
«точка - многие точки».
19
3) Широковещательный адрес. Этот адрес присваивается всем
интерфейсам подсети данной сети. Он используется в подключениях типа «точка -
все точки подсети».
В качестве «точки» может выступать как шлюз, так и телефон пользователя.
Основная цель применения групповых адресов, это рассылка информации от
одного ко многим хостам, которые могут находиться в различных сетях. Когда один
хост хочет передать информацию многим, то он сообщает с помощью специального
протокола IGMP (Internet Group Management Protocol) о создании новой
мультивещательной группы с определённым адресом. Маршрутизаторы, которые
поддерживают мультивещательность, сообщают сетям, которые подключены к их
портам, об этой новой группе. Хосты, которые хотят подключиться к группе,
сообщают об этом своим локальным маршрутизатора. Маршрутизаторы же передают
эту информацию хосту, который является инициатором создания группы. Групповые
адреса обрабатываются особым образом. У этих адресов нет деления на поля номера
сети и номера узла.
Для успешного осуществления звонка, необходимо произвести преобразование
номера, т.е. замену набранных звонящим цифр на адреса, имена или идентификаторы,
необходимые для управления вызовами.
В сетях, построенных на базе H.323, преобразованием телефонных номеров в
IP адреса занимается gatekeeper (привратник), в SIP это делает специальный сервер.
Отношения имен и адресов для телефонных сетей и приложений Интернет
отображены в таблице 3.
Для взаимодействия с IP-сетями протокол SIP использует адреса на подобие e-
mail адресов, а адреса рабочих компьютеров определены URL адресами или SIP URL.
SIP-адреса бывают четырех типов:
− имя@домен;
− имя@хост;
− имя@IP-адрес;
− № телефона@шлюз.
Адрес состоит из двух частей.
Первая часть адреса — это имя пользователя на домене или рабочей машине,
или номер телефона, если вторая часть идентифицируется как шлюз.
20
Вторая часть адреса – это имя домена, адреса или шлюза.
Если в идентификаторе указан домен, то для начала нужно обратиться к DNS
серверу, для того, чтобы узнать его IP адрес и только потом подключиться [31].
Таблица № 3
Отношения имен и адресов для телефонных сетей и приложений Интернет
Телефонные
или сети с
коммутацией
каналов
E-mail
Концепция
TIPHON
Решение на базе
протокола SIP
Имя
Номер Е.164
user@host
где host -
имя
домена
Номер
Е.164
user@host, возможно с
подстановочным номером
Е.164 для входящих
вызовов из сетей с
коммутацией каналов
Адрес
Маршрутизация
по номеру Е.164
(или префикс
маршрутизации
+ номер Е.164)
IP-адрес
IP-адрес
IP-адрес
1.2.2. Модель взаимодействия открытых систем OSI
Модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) –
это сетевая модель стека сетевых протоколов OSI/ISO (ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99),
посредством которой различные сетевые устройства имеют возможность
взаимодействовать друг с другом. Модель определяет различные уровни
взаимодействия систем [15]. На рисунке 10 представлена структура базовой модели.
[22]
Данная модель представлена совокупностью 7 уровней, на каждом из которых
решаются определенный круг задач по передачи данных. Представленная модель
является основанием для разработки и использования сетевых протоколов, каждый из
которых функционирует на определенном уровне и представляет различные этапы
процесса взаимодействия систем при передаче данных.
21
Рисунок 10. Модель взаимодействия открытых систем OSI/OSI
Структура протоколов и уровней модели OSI представлены на рисунке 11.
Рисунок 11. Структура и протоколы модели OSI
На основании проставленной выше модели OSI также работает и технология IP
телефонии. Так технология передачи голоса по сетям с пакетной коммутацией – VoIP
использует для своего функционирования текущую инфраструктуру сетей. Для
22
передачи информации применяются традиционные для сетей Ethernet среды:
коаксиальный кабель, витая пара, а также оптическое волокно.
Пример реализации в IP-телефонии - PoE (Power Over Ethernet), позволяет
обеспечить питанием IP-телефоны по витой паре по стандартам IEEE 802.3 af-2003 и
IEEE 802.3at-2009 мощностью до 25.5 Ватт если задействованы две витых пары
кабеля или до 51 Ватт если четыре кабеля (рисунок 12).
Рисунок 12. Схема питания PoE
Рассмотрим подробно уровни, на которых происходит работа технологии VoIP.
Канальный уровень (Data Link Layer) – канальный уровень обеспечивает
возможность функционирования коммутаторов. Данные устройства реализуют
соединение между устройствами, принадлежащими одному сегменту сети. Также они
осуществляют передачу и распределение фреймов между хостами на основе
физической (MAC) адресации.
Согласно нормативным документам и спецификациям канальный уровень
представлен совокупностью двух подуровней:
− MAC (Media Access Control) подуровень для управления доступом к
среде, обеспечивает взаимодействие с физическим уровнем;
− LLC (Logical Link Control) предоставляет собой подуровень управления
логической связью. Данный подуровень необходим для обслуживания сетевого
уровня.
Также необходимо рассмотреть технологию Voice VLAN, которая
используется для локализации и отделения аудио трафика IP-телефонии от других
23
передаваемых по сетям данных. Применение данной технологии целесообразно по
следующим причинам:
− Обеспечение безопасности и конфиденциальности передаваемых
данных, поскольку применение VLAN для передачи голосового трафика позволяет
сократить вероятность перехвата, а также чтения голосовых пакетов.
− Обеспечение требуемого качества передачи голосовых данных по сети.
Использование виртуальных сетей позволяет управлять приоритетом пакетов,
передаваемых по сети, что позволяет установить для голосовых пакетов наибольший
приоритет и повысить качество связи.
Сетевой уровень обеспечивает маршрутизацию. Таким образом, устройствами,
работающими на данном уровне, являются маршрутизаторы, которые задают пути
передачи данных от одного узла сети к другому.
Для передачи исходных данных по вычислительной сети необходимо их
кодирование и преобразование. Для этого применяется специальное устройство –
VoIP-шлюз (Voice over IP-шлюз). Это устройство, используются для подключения
телефонных аппаратов или офисных АТС к IP-сети для передачи через неё голосового
трафика.
Функции:
− поддержка протоколов SIP, H.323;
− расширенные функции QoS;
− функции безопасности (авторизация пользователей, списки доступа
и т. п.);
− приём/передача факсов (FAX over IP);
− конфигурирование через web-интерфейс.
Для кодирования исходного голосового сигнала в IP-телефонии используются
различные аудио кодеки. Под кодеком следует понимать математическую модель,
позволяющую преобразовать исходный цифровой код аудиоданных с заданными
параметрами. Кодирование сигнала позволяет не только обеспечить сжатие исходных
данных, но также и добавить информацию для восстановления сигнала, подавить
эффекты эхо, возникающие при телефонном разговоре, удалить паузы из разговора и
т.д. На данный момент существует большое количество различных методов
24
кодирования сигнала большинство, из которых основано на импульсно-кодовой
модуляции.
Перечень кодеков, применяемых для кодирования в IP-телефонии представлен
в Приложении 1.
1.2.3 Основные протоколы IP-телефонии
Протоколы обеспечивают регистрацию IP-устройства (шлюз, терминал или IP-
телефон) на сервере или центре обработки вызовов провайдера, вызов и/или
переадресацию вызова, установление голосового или видеосоединения, передачу
имени и/или номера абонента. Протоколы телефонии делятся на две группы:
− Протоколы передачи данных – RTP и RTCP
− Сигнальные протоколы - H.323, SIP, MGCP
RTP (Real-time Transport Protocol) и RTCP (Real-Time Control Protocol) -
протоколы передачи и управления передачей в реальном времени.
Протокол RTP предназначен для организации передачи данных критичных ко
времени передачи и используется для передачи данных, которые будут использованы
для обратного декодирования аудиоданных или видеоизображения в приёмном узле.
Также протокол передает информацию о типе используемого кодека информации.
Указанные данные передаются заголовках данного протокола. Так в заголовке
хранится информация о времени и номере пакета. Данные характеристики реализуют
механизм восстановления при декодировании, а также интерполяции потерянных
пакетов данных.
Также данный протокол позволяет компенсировать временные задержки при
передачи (джиттер). RTP поддерживает передачу данных для нескольких адресатов
через Multicast.[1] RTP рассматривается как основной стандарт для передачи голоса и
видео в IP-сетях и совместно с кодеками.
Протокол RTCP имеет следующие основные функции. Основная задача —
реализация обратной связи, необходимая для оценки качества передачи данных. Эта
функция, реализованная посредством периодической отправки управляющих пакетов
для всех участников сеанса связи, является неотъемлемой частью RTP, как