12
1.2 IP-телефония как приложение технологии VoIP
Классические телефонные сети соединяют электрические сигналы с
постоянной полосой пропускания, которой хватает для передачи сигналов
голосового спектра. При указанной пропускной способности отправляемого
сигнала цена продолжительности связи варьируется от удаленности и
расположения точек исходящего и принимающего.
Сети с коммутацией пакетов не дает 100% гарантированной
пропускной способности, т.к. не поддерживает гарантированного пути между
точками связи.
Главными компонентами качества IP – телефонии выступают (рисунок
1):
Качество речи включает в себя:
• Диалог - доступность пользователя связываться и общаться с
другим пользователем в онлайн-режиме и полнодуплексном режиме;
• Разборчивость речи – тон и чистота речи;
• Эхо - слышимость своего голоса;
• Уровень – громкость и разборчивость речи.
Уровень сигнализации, состоящий из:
• Процедуры начала вызова – длительность успешного доступа и
время начала соединения;
• Окончание вызова – период отбоя и скорость разъединения;
• DTMF - отслеживание сигналов многочастотного набора.
Показатели, отказывающие влияние на качество IP - телефонии, делят
на 2 категории:
Качество IP - сети:
• Полная пропускная способность – наивысший уровень полезных
и избыточных данных, передаваемых по сети;
13
• Задержки – временные промежутки, необходимые для передачи
данных в сети;
• Джиттер – задержки между парой последовательных пакетов;
• Потеря данных - пакеты, потерянные в процессе передачи
информации в сети.
Качество шлюза:
• Максимальная полоса пропускания – каждый вокодер требуют
различную полосу [1]. К примеру, вокодер G.723 работает на полосе 16,3
кбит / с для речевого канала;
• Задержка – период, требуемый цифровому процессору DSP или
остальным компонентам обработки для декодирования или кодирования
потока;
• Буфер джиттера - сохранение данных требуемое время, пока все
пакеты не пришли и есть возможность передать их в требуемой
последовательности для освобождения джиттера;
• Потеря пакетов при сжатии и передаче в сети IP - телефонии;
• Шумоподавление - механизм уменьшения эхо, которое возможно
при передаче по сети;
• Контроль громкости речи.
Для повышения качества связи применяются такие механизмы:
• Изменение маршрутов. В процессе перегрузки одного из каналов
связи доставка реализуется при помощи незадействованных маршрутов;
• Сохранение ресурсов канала связи в процессе соединения;
• Выставление приоритета трафика. Есть возможность выстраивать
пакеты в рамках их важности и выполнять обслуживание на базе этих меток.
Задержка - это временной промежуток, требуемый для прохождения
речевого сигнала от говорящего до слушающего.
14
Данные задержки можно уменьшить путем улучшения алгоритмов
обработки и преобразования голоса, сокращением количества
маршрутизаторов, а также использованием высокоскоростных каналов [2].
Самым важным ресурсом для функционирования бизнеса является -
телефония, наряду с другими бурно развивающимися информационными
технологиями [1]. Доступ к ресурсам компьютера может быть менее важным
чем идеально работающая стабильная телефонная связь. Первые попытки
реализации IP-телефонии появились в 1983 году в Кембридже. В основу
реализации идей легло аналогово-цифровое преобразование, в пакетное
преобразование и сетевая интернет-передача. Появление
стандартизированного подхода осуществилось в 1996 году и получило
название рекомендация Н.323. Технология IP-телефонии стоит на стыке
компьютерных и телефонных технологий. Принципом действия обычной
телефонии заключается в коммутации каналов, т.е. чтобы два собеседника
имели связь скоммутированный сквозной канал, который находится в их
распоряжении независимо от его загрузки. Этот подход очень дорогой, если
это касаемо международных переговоров. Для доставки коммутации пакетов
ГР-телефония принцип коммутации пакетов и пользуется сетью Internet. С
помощью протоколов RTP/RTCP (Realtime Transport Protocol и Real-Time
Transport Control Protocol) передается голос в сетях ff- телефонии. Протокол
RTP служит для инкапсуляции в IP-пакеты голосовой и медиаинформации, а
RTCP служит для того, чтобы передавать управляющую информацию,
контролировать качество передачи и обеспечения обратной связи для RTP-
потока. Когда один корреспондент звонит другому вначале отрабатывает
протокол SIP, устанавливая при этом соединение между корреспондентами.
Если один из корреспондентов положит трубку, начинает работу протокол
RTP/RTCP. В IP - телефонии применяются две базовые схемы связи:
15
1) Первая базовая схема предусматривает установление на
персональных компьютерах все нужные программно-аппаратные средства,
которые производят:
- оцифровку
- сжатие
- пакетизация
- воспроизведение аудио сигнала
В таком случае чтобы связывались нужно не телефонные средства, а
наушники с микрофоном.
2) Вторая схема связи предусматривает звонок пользователя по
обычному телефонному аппарату и для этой связи используется спец
оборудование пользователь - телефонный шлюз (Internet Telephony Gateway).
Это оборудование выполняет следующие функции:
- преобразовывает аналоговую форму информации в цифровую
- организует из нее последовательность пакетов в формате
Интернета, передает их в
сеть
- принимает обратные пакеты, преобразую их в аналоговую
форму.
Потенциал IP-телефонии намного шире, чем обычное предоставление
услуги дешевой или бесплатной связи. При применении IP-телефония для
личных нужд, технология имеет ограниченное применение, да и к тому же
мы давно уже активно пользуемся услугами мобильной связи, используя при
этом бесплатные приложения такие как: Viber, Skype, WhatsApp и
Telegram.[2]
Мобильная связь для корпоративного сектора предоставляет широкий,
но недостаточный спектр услуг:
16
- необходимо обеспечивание безлимитной связи между
работниками компании
- интеграция с компьютером.
- доступ к разным голосовым терминалам.
- короткие номера для внутреннего использования автоответчик
- конференцсвязь и много еще чего.
IP-телефония на сегодняшний день успешно используется в
корпоративном секторе, как в малом, так и среднем бизнесе. Самой важной и
оптимальной причиной ее популярности это сокращение расходов на
междугороднюю связь. IP-телефония уже давно созрела, чтобы заменить
традиционную телефонию.
Уже под конец 2014 года объем российского рынка IP-телефонии
обещает удвоиться по сравнению с 2012 годом (по материалам DISCOVERY
Research Group). Если раньше развитие IP-телефонии сдерживало качество
Интернета, то в последние годы оно заметно улучшилось и уже не является
сдерживающим моментом. По прогнозам J’son&Partners, количество
абонентов IP-телефонии в России достигнет 37 млн. (к концу 2015 г).
Сегодня уже более 40 тыс. предприятий Москвы используют виртуальные
АТС. Существует два подхода к использованию IP-телефонии в
корпоративном секторе. Первый - полный отказ от традиционной телефонии.
В этом случае для соединения абонентов используется локальная сеть.
Второй подход подразумевает сохранение традиционной телефонной
инфраструктуры, но с установленным новым оборудование. Это
оборудование, в свою очередь, может существенно расширить
функциональной телефонии. Необходимо отметить, что для корпоративных
пользователей IP-телефония не только является эффективным средством
оптимизации расходов на междугородные и международные телефонные
переговоры, но и представляет возможность реализации на базе технологий
17
IP-телефонии качественно новых сервисов. Невозможно предельно точно
ответить на вопрос «сколько же стоит IP-телефония?», так как цена должна
соответствовать и зависит от конкретной ситуации. Но напротив можно
утверждать, что стоимость корпоративной IP-телефонии на 30-87% ниже,
чем традиционной. Стоимость оборудования примерно одинакова. Стоит еще
отметить, что если предприятие будет иметь IP-инфраструктуру, переход на
новый вариант будет дешевле. Экономия возможна на прокладке
коммуникаций внутри офиса. Достаточно ресурса одной локальной сети, по
которой буде передаваться и голос, и компьютерный трафик. При
использовании IP-телефонии предприятие избавляется от необходимости
оплаты аренды городских линий. Если в офисе один номер (одна телефонная
пара) - оплата, конечно, не столь существенна, но если у предприятия есть
необходимость в нескольких телефонных номерах, то придется платить за
аренду каждой пары. IP-телефония обеспечивает бесплатную связь между
филиалами предприятия, и предоставляет все преимущества мобильности
при перемещении сотрудников. IP-телефония предоставляет пользователю
значительно больше новых возможностей по сравнению с традиционной
телефонией. Однако они скрывают в себе и новые опасности. Назовем
основные из них:
- прослушивание разговоров в IP-телефонии сводится к простому
перехвату данных
- отказ в обслуживании. Можно осуществить физическими
способами, и IP -DoS- атакой
- кража сервисов, например, путем подмены IP-адреса телефона
- взлом IP-телефона или ПК, с установленным ПО для IP-
телефонии [3]
Компьютер, где установлены ПО для 1Р^-телефонии очень легко
взломать. Самый
18
первый программный продукт Internet-телефонии, позволяющий
пересылать голосовые сообщения по Сети, VocalTec Internet Phone был
представлен фирмой VocalTec (Израиль). Важной особенностью
программного обеспечения для 1Р^-телефонии заключается в том, что оно
недорогое и всеми доступное. Популярными продуктами являются Microsoft
NetMeeting, IDT Net2Phone и DotDialer. Эти приложения реализуют разные
схемы связи через IP: NetMeeting используется для связи по схеме “PC-PC”, а
Net2Phone и DotDialer реализуют схему “PC-телефон” и предназначены для
звонков на обычные абонентские телефонные аппараты в любой точке мира.
Компании Compaq и Cisco предлагают решения IP-телефонии
корпоративного класса [4].
Сервисы Р2Р VoIP (передача речи по TCP/IP в рамках P2P),
аналогичные Skype, все более распространены сегодня.
Сама технология P2P впервые появилась и стала популярной в
проектах типа Napster и KaZaA, где пользователи имели возможность
группового применения, поиска и загрузки файлов. Разделенные пиринговые
сети включат несколько преимуществ в сравнении с классическими сетями
«клиент-сервер», т.к. могут неограниченно расширяться, не нуждаются в
дорогих централизованных ресурсах. Ведь они используют
производительность и сетевые мощности конечных пользователей, т.к. эти
ресурсы возрастают с ростом самой сети.
IP-телефония, или VoIP (Voice over Internet Protocol), уже не один год
активно используется, но имеет ряд ограничений, которые не позволяют ей
получить более широкое распространение в рамках массового потребления,
вытеснив классические технологии телефонной связи. Эти ограничения
можно уменьшить или снять совсем при использовании концепции Р2Р в
сфере IP-телефонии. Самым показательным примером такого удачного
применения - программа Skype, основанная на пиринговой системе обмена
19
файлами, на одноранговой сети клиентов, которые имеют роль добровольных
маршрутизаторов всех данных. Skype, в сравнении с централизованным
сервисом типа Net2Phone, не нуждается для нормальной работы в мощной
базовой инфраструктуре, которая так или иначе накладывает ограничения по
пропускной способности [5].
Под VoIP (Voice over Internet Protocol) или IP-телефонией
подразумевается набор коммуникационных протоколов, технологий и
методов, обеспечивающих двустороннее голосовое общение (в том числе и
видео общение) по сети Интернет или по любым другим IP-сетям [1].
В привычной нам телефонии установка соединения реализуется при
помощи телефонной станции и направлена исключительно для разговора.
Тут голосовые сигналы отсылаются по телефонным линиям посредством
выделенного подключение. А рамках соединения по IP-телефонии сжатые
пакеты данных передаются в глобальную или локальную сеть (ЛС) с
конкретным адресом и отсылаются на основе указанного адреса. При этом
применяется уже IP-адресация со всеми характерными особенностями (к
примеру, маршрутизация).
В этом случае IP-телефония становится более бюджетным средством
как для оператора, так и для абонента. А происходит это из-за того, что:
• Стандартные телефонные сети имеют избыточную
производительностью, а IP-телефония наоборот применяет механизмы
сжатия передаваемых пакетов, что позволяет на 100% использовать
возможности телефонной линии;
• Сейчас доступ в Интернет есть у всех желающих, что дает
возможность сократить затраты на подключение или исключить их вовсе;
• Звонки в ЛС могут проходить через внутренний сервер и вообще
на затрагивать внешнюю АТС.
20
Ввиду всего прочего, IP-телефония значительно улучшает качество
связи. А возможно благодаря трем основным факторам:
• Серверное оборудование для телефонии постоянно улучшается и
алгоритмы их работы становятся более отлаженными к задержкам или
остальным проблемам IP-сетей;
• Внутри частных сетей владельцы имеют полный контроль над
ситуацией и могут корректировать такие параметры, как ширина полосы
пропускания, суммарное число абонентов на одной линии, а также величину
задержки.
• Сети с коммутацией пакетов модернизируются, и периодически
внедряются новые технологии и протоколы, которые значительно улучшают
качество связи (к примеру, протокол резервирования полосы пропускания
RSVP).
Благодаря IP-телефонии стало проще решить проблему занятой линии,
поскольку переадресация или перевод в режим ожидания реализуются
несколькими командами в настройках конфигурации АТС.
Сам процесс работы IP-телефонии выглядит следующим образом:
• Пара абонентов осуществляют соединение друг с другом;
• Голосовой сигнал первого абонента превращается в пакеты
данных, которые затем сжимаются для минимизации избыточность данных;
• Пакеты данных отправляются через ЛС или Интернет,
работающие на протоколах TCP/IP;
• В рамках правилам маршрутизации, заданных на коммутаторах
внутри сети, пакеты пересылаются внутри сети на сетевое устройство или IP
- телефон второго абонента;
• Пакет с данными преобразуется в аналоговый сигнал, который
слышит второй абонент.
21
Чтобы технология IP-телефонии работала, применяется клиент-
серверная архитектура сети. Клиент - устройство, отправляющее запросы к
серверу IP-телефонии, является User agent client (UAC). Сервер, который
обрабатывает запросы и управляет обработкой соединения, становится User
client server (UAS).
В качестве UAS применяется программно-аппаратный комплекс,
поддерживающий возможности полноценной аппаратной АТС, а именно:
• Отражение внутренних телефонных номеров;
• Реализация записи телефонных переговоров;
• Доступность внедрения услуги голосовой почты;
• Использование тонового набора данных.
Выделяют три наиболее часто применяемых сценария, которые
отличаются в целом выбором аппаратной среды (UAC) пользователя для
реализации функционирования IP - телефонии:
• Компьютер-компьютер
В таком сценарий компьютеры первого и второго абонента входят в
общую сеть предприятия. На каждом из них имеется необходимое ПО - soft-
phone. Soft-phone пересылает запросы по выделенному протоколу через сеть
к серверу IP-телефонии для определения и инициализации голосового
соединения, а также для реализации сеанса голосовой связи. Является
относительно недорогой схемой работы компании, но очень трудоемкой в
администрировании.
• Телефон-телефон
В таком сценарии для связи между первым и вторым абонентом вместо
компьютеров с ПО применяются IP-телефоны. Они соединены с сетью
предприятия через устройства-посредники, называемые VOIP - шлюзами.
Эти шлюзы занимаются перенаправлением сигнала голосового трафика к
серверу IP-телефонии.