6
Содержание
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................ 7
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ IP-ТЕЛЕФОНИИ ........................................ 9
1.1. Основные понятия, принципы и технологии передачи речи по сетям на базе протокола IP . 9
1.2. Использование протоколов Интернет в IP-телефонии ............................................................. 10
1.2.1. Адресация в IP-сетях ................................................................................................................. 10
1.2.2. Модель взаимодействия открытых систем OSI...................................................................... 12
1.2.3. Основные протоколы IP-телефонии ........................................................................................ 16
1.3. Классификация и основные характеристики сетей IP-телефонии ........................................... 22
1.3.3. Смешанные сети IP-телефонии ................................................................................................ 23
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА СЕТИ IP-ТЕЛЕФОНИИ ...................................................... 26
2.1. Анализ и обоснование выбора оборудования и технологий для построения сети IP-
телефонии предприятия ...................................................................................................................... 26
2.2 Разработка технического задания на построение сети IP-телефонии ООО «ЯМАЛ
МОТОРС» ............................................................................................................................................ 33
2.3 Разработка проекта сети IP-телефонии ....................................................................................... 43
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ СЕТИ IP-ТЕЛЕФОНИИ ........................................................................ 47
3.1. Реализация механизмов управления и повышения качества передачи голосовых сообщений
по сети IP-телефонии .......................................................................................................................... 47
3.2. Управление шириной пропускания, безопасность и обеспечение масштабируемости сети
IP-телефонии, расчет основных параметров и характеристик сети……………………………………………..51
3.3. Расчет технико-экономической эффективности от внедрения разработанной сети IP-
телефонии ............................................................................................................................................ 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................................................... 70
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................................................... 73
Приложения ......................................................................................................................................... 76
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ................................................................................................................................ 76
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ................................................................................................................................ 78
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ............................................................................................................................... 80
7
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования построения телефонных IP-сетей для
современного бизнеса связана с тем, что на сегодняшний день IP-телефония все
больше вытесняет традиционные телефонные сети за счет легкости
развертывания, низкой стоимости звонка, простоты конфигурирования,
высокого качества связи и сравнительной безопасности соединения.
Объектом исследования является ООО «ЯМАЛ МОТОРС».
Предметом исследования является построения телефонной ip-сети и
рынок оборудования ip-телефонии.
Целью работы является проектирование и реализация телефонной IP-сети
для решения задач масштабируемости, контроля и экономии на услугах связи.
Задачи исследования:
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 выборе наилучшего
варианта применения современных компонентов и технологий для реализации
проекта телефонной ip-сети.
Анализ оборудования и программного обеспечения услуг IP-телефонии
позволит выбрать оптимальный вариант пользовательских IP-аппаратов, что
повлечет за собой экономию на закупке оборудования, удобство в
использовании и эффективную организацию работы персонала.
Произведенный расчет нагрузки и пропускной способности сети позволит
организовать масштабируемость услуг IP-телефонии и сети организации в
целом.
В проектируемой сети будет уделено большое внимание обеспечению
качества обслуживание, которое планируется достичь за счет сетевого и
8
оконечного оборудования. Сетевое оборудование обеспечит качество
обслуживания поддержкой стандарта 802.1p. QoS выбранного оконечного
оборудования обеспечит лучшее сетевое обслуживание благодаря следующим
функциям:
- Поддержка выделенной полосы пропускания
- Улучшение характеристик потерь
- Предотвращение перегрузки сети и управление ею
- Формирование сетевого трафика
- Определение приоритетов трафика в сети
Надежная защита проектируемой сети будет выстроена на основе анализа
рассмотренных в работе угроз информационной безопасности проектируемой
сети, такие как программное обеспечение пограничного сервера доступа в
Интернет, сетевое оборудование ЛСВ, SIP-телефоны, устройство серверной
инфраструктуры организации. А также на построение защиты повлияет
произведенный анализ типичных угроз телефонии (перехват данных
(подслушивание), отказ от обслуживания (Denial of Service - DoS), подмена
номера, кража сервисов, неожидаемые вызовы, несанкционированное изменение
конфигурации, мошенничество со счетом).
Экономия на услугах внутризоновой, междугородней и международной
связи будет достигнута за счет тарифов провайдеров IP-телефонии, которые
гораздо ниже чем в аналоговой телефонии. Кроме того, IP-телефония позволяет
объединить разрозненную корпоративную сеть в одну номерную емкость, что
позволяет экономить на связи, поскольку звонки осуществляются через
Интернет.
Контроль вызовов с целью определения необходимости тех или иных
услуг конкретному абоненту будет достигнут за счет применения программного
обеспечения сервера телефонии.
При написании выпускной квалификационной работы использовались
научные труды следующих авторов: Гольдштейн Б.С. [1,5,6,9], Баскаков И.В.[7],
Пролетарский А.В., Мельников С.А., Федотов Р. Р.
9
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ IP-
ТЕЛЕФОНИИ
1.1. Основные понятия, принципы и технологии передачи речи по
сетям на базе протокола IP
Развитие IP-телефонии в нашей стране условно можно разделить на две
эпохи – до и после 1 июня 1999 г. Именно в этот день IP-телефония была
фактически легализована как услуга пакетных голосовых сообщений в рамках
телематической службы.
IP-телефония - это общий термин, обозначающий передачу голоса и
факса, а также связанные с этим сервисы, частично или полностью через
пакетные сети на основе протокола IP (Internet Protocol - протокол межсетевого
взаимодействия).
Термин IP-телефония эквивалентен термину VoIP (Voice over IP). Internet-
телефония - более узкое понятие, когда в роли транспортной среды выступает
сеть Internet. [28]
PBX (Private Branch Exhange) — термин, обозначающий офисную
телефонную станцию, которая обеспечивает установление, поддержание и
разрыв соединений между аппаратами, то есть коммутацию. Основой, ядром
офисной телефонии является именно PBX система — она позволяет эффективно
организовать телефонную связь на предприятии. PBX позволяет разделять
ограниченные ресурсы (городские линии и номера) между неограниченным
числом внутренних пользователей, при помощи таких телефонных функций, как
внутренний номерной план, перевод звонков, постановка на удержание, и
других. Традиционные PBX системы коммутируют каналы – линии связи,
переключая электрические цепи. Современные PBX системы коммутируют
пакеты в сети TCP/IP и получили название IP PBX. IP PBX функционируют на
основе специальных протоколов, работающих поверх TCP/IP – протоколов IP
телефонии. Для обратной совместимости IP PBX могут поддерживать и
традиционные линии связи — такие IP PBX обычно называются гибридными. В
принципе (и это более разумно) функцию конвертации традиционных
телефонных каналов в IP пакеты можно возложить на отдельное устройство —
10
VoIP адаптер или VoIP шлюз, который далее подключается по протоколу IP
телефонии к IP PBX. [23]
Любое решение в области IP-телефонии основывается на трех группах
протоколов (кодеки, протоколы сигнализации, транспортные протоколы),
которые разрабатывались в разное время. Причем большая их часть была
разработана еще до начала эры IP-телефонии совсем под другие задачи.
Вся нормативная технологическая база это плод труда двух всемирных
организаций, занимающихся стандартизацией – ITU-T и IETF.
Все технологии передачи диалоговой речи по любым сетям, основаны на
следующих базовых принципах:
1. Перед передачей речи – необходим процесс (этап) Создания
соединения (плоскость С)
1.1. Обмен сигналами (сигнализация)
1.2. Выбор оптимального пути (маршрутизация)
2. Передача речевых сигналов по транспортной сети (плоскость U)
3. Разрушение соединения (плоскость С) [20]
1.2. Использование протоколов Интернет в IP-телефонии
1.2.1. Адресация в IP-сетях
В стеке TCP/IP используют три типа адресов:
- локальные или аппаратные адреса, используемые для адресации узлов в
пределах подсети;
- сетевые или IP-адреса, используемые для однозначной идентификации
узлов в пределах всей интерсети;
- доменные имена - символьные идентификаторы узлов, к которым часто
обращаются пользователи.
Локальные адреса исключительны для каждого отдельно взятого сетевого
соединения. Их используют для доставки данных в пределах одной подсети,
которая входит в состав интерсети. Физическая адресация осуществляется на
канальном уровне стека TCP/IP. В том случает, когда подсетью является
локальная сеть, локальный адрес – это МАС-адрес. Он выдается сетевым
11
адаптерам и сетевым интерфейсам маршрутизаторов. МАС-адрес имеет формат
6 байт.
Локальный адрес назначается сетевой плате на заводе-изготовителе.
Адреса выбираются производителем сетевого интерфейсного оборудования из
выделенного для него по лицензии адресного пространства. При замене платы
сетевого адаптера меняется и ее локальный адрес. Но существует возможность
изменения maс-адреса пользователем, используя определенный софт. Либо
возможно клонирование мак-адресов с других устройств, если этого требует
настройка сети.
Так как между локальными и IP-адресами нет никакой алгоритмической
связи, то при передачи данных и при приеме данных для преображения IP-
адресов в локальные и обратно необходимы специализированные средства. [27]
Определение локального адреса по IP-адресу осуществляется по
протоколу ARP. Протокол ARP (address resolution protocol, RFC-826, std-38)
решает проблему преобразования IP-адреса в МАС-адрес. Если подсетью
является Ethernet, то в ней предусматривается широковещательный режим
работы, если же это протокол глобальной сети (Х.25, Frame Relay и др.), то он,
как правило, не поддерживает такой режим.
Основным инструментом работы протокола ARP является таблица
разрешения адресов, или ARP-таблица. Преобразование адресов выполняется
путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в
памяти и содержит строки для каждого узла сети. ARP-таблица заполняется
автоматически модулями ARP по мере необходимости. Каждый компьютер сети
имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого интерфейса.
Отображение с помощью ARP-таблиц выполняется только для отправляемых IP-
пакетов, так как только в момент отправки создаются заголовки пакетов. [24]
Обратная задача по отображению адресов, т. е. определение IP-адреса по
локальному адресу, решается с помощью протокола RARP (Reverse Address
Resolution Protocol, протокол обратного разрешения адресов). Протоколы ARP и
RARP абсолютно независимы.
IP-адрес представляет собой 32-битовое (по версии IPv4) или 128-битовое
(по версии IPv6) двоичное число. В заголовке IP-пакета есть поля source IP и
12
destination IP: адреса источника (кто посылает) и назначения (кому). IP-адрес
состоит из двух частей: номера сети и номера узла.
Когда IP-адрес присваивается интерфейсу устройства, то кроме самого
адреса данного устройства ему назначают еще и маску подсети.
Маска подсети определяет, какая часть адреса является адресом узла, а какая -
адресом сети. Маска подсети так же состоит из 32-бит.
Чтобы определить границы подсети, компьютер делает побитовое
умножение (логическое И) между IP-адресом и маской, получая на выходе адрес
с обнуленными битами в позициях нулей маски.
Префикс и маска подсети обозначают одно и то же, только разными
способами. Если надо найти маску подсети по префиксу, то надо просто
написать столько единиц, сколько указано в префиксе, оставшуюся часть
дополнить нулями (чтобы всего получилось 32 двоичные цифры) и дальше
группами по 8 бит перевести в десятичную систему. [7]
Доменное имя (domain name) — это адрес сетевого соединения, который
идентифицирует владельца адреса. Составные части доменного адреса
называются сегментами и образуют иерархическую систему. Самый последний
(крайний правый) сегмент, называемый доменом верхнего уровня.
1.2.2. Модель взаимодействия открытых систем OSI
Модель OSI (Open System Interconnection) схематично описывает и
стандартизирует связи между различными устройствами в сетевой архитектуре.
Модель OSI определяет семь уровней сетевого взаимодействия систем, дает им
стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый
уровень и каким образом будет обеспечиваться взаимодействие с более высоким
уровнем. [39]
Прежде чем пользовательские данные можно будет послать через сеть
Ethernet, эти данные последовательно проходят через весь коммуникационный
стек от верхнего до самого нижнего уровня. При этом происходит формирование
конечного пакета для передачи - при формировании фрейма (пакета) в
соответствии с требованиями текущего уровня, в него внедряется фрейм из
более высокого уровня. Таким образом, данные, дошедшие до самого нижнего
уровня (физическая среда передачи), передаются во вторую систему, где
13
происходит обратный процесс последовательной передачи полученных данных
на верхние уровни до пункта назначения. Такой процесс подобен отлаженному
конвейеру и требует четкого описания логического взаимодействия между
уровнями.
Рис. 1 OSI - модель взаимодействия открытых систем
Прикладной уровень обеспечивает доступ к среде взаимодействия
открытых систем для прикладных процессов. Предоставляет услуги
непосредственно приложению пользователя. Обеспечивает семантическую
обработку данных.
Прикладной уровень должен реализовать все те функции, которые
необходимы для взаимодействия открытых систем. К ним относятся:
управление системами, прикладными процессами и прикладным уровнем. Эти
виды управления ориентированы на распределение ресурсов ВОС. Нижние
уровни не дублируют эти функции.
К числу наиболее распространенных протоколов прикладного уровня
относятся:
FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов;
14
X.400 – протокол ITU-T международной электронной почты;
Telnet – протокол эмуляции терминала, удаленный доступ к Internet;
CMIP (Common Management Information Protocol) – общий протокол
информации управления;
SNMP (Simple Network Management Protocol) – простой протокол
управления сетью;
NFS (Network File System) – сетевая файловая система, набор протоколов
на основе транспортного протокола UDP, позволяющий Unix-машинам,
PC и ПК Macintosh совместно использовать файлы в локальной сети;
FTAM (File Transfer Access and Management) – передача, доступ и
управление файлами, удаленный сервис и протокол OSI для файлов.
Представительский уровень или уровень представления данных
(presentation layer) – он преобразует данные в соответствующий формат.
Сеансовый уровень устанавливает сеансовые соединения между двумя
представительными объектами. Сеансовые соединения устанавливаются и
разъединяются либо представительными, либо сеансовыми объектами.
Представительный объект может запросить и поддерживать несколько
сеансовых соединений одновременно.
2. Обеспечивает передачу данных.
3. Организует и синхронизирует диалог между взаимодействующими
представительными объектами, управляет информационным обменом.
4. Поддерживает диалог между представительными объектами даже при
потере данных на транспортном уровне (путем повторного установления
транспортного соединения).
5. Обеспечивает повторное установление соединения, разрушенного на
транспортном уровне.
Транспортный уровень (transport layer) – этот уровень обеспечивает
надёжность передачи данных от отправителя к получателю.
На этом уровне можно выделить два протокола: UDP и TCP. UDP
протокол (User Datagram Protocol) передает данные без установления
соединения, не подтверждает доставку данных и не делает повторы. TCP
протокол (Transmission Control Protocol), который перед передачей
15
устанавливает соединение, подтверждает доставку данных, при необходимости
делает повтор, гарантирует целостность и правильную последовательность
загружаемых данных.
Назначение и функции
1. Установление, поддержание и разъединение сетевых соединений
между ОС.
2. Маршрутизация в процессе установления соединения и
ретрансляция сетевых БДС во время существования соединения.
3. Обмен между транспортными объектами сетевыми БДС по сетевым
соединениям.
4. Мультиплексирование сетевых соединений.
5. Сегментация БДП транспортного уровня и сборка сегментов в один
БДП для передачи на транспортный уровень.
6. Обнаружение и исправление ошибок при обмене сетевыми БДС.
7. Упорядочение сетевых БДС.
8. Выбор службы (согласование качества обслуживания в различных
оконечных точках сетевого соединения).
9. Управление сетевым уровнем.
Канальный уровень (data link layer) – он нужен для взаимодействия сетей
на физическом уровне. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers -
Институт инженеров по электротехнике и электронике) определяет канальный
уровень двумя подуровнями: LLC и MAC.
LLC – управление логическим каналом (Logical Link Control), создан для
взаимодействия с верхним уровнем.
MAC – управление доступом к передающей среде (Media Access Control),
создан для взаимодействия с нижним уровнем.
Физический уровень (physical layer) – самый нижний уровень,
непосредственно осуществляющий передачу потока данных. [39]