2
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 3
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ IP-ТЕЛЕФОНИИ ..... 5
1.1. Основные понятия, принципы и технологии передачи речи по сетям
на базе протокола IP ........................................................................................ 5
1.2. Использование протоколов Интернет в IP-телефонии ....................... 9
1.3. Классификация и основные характеристики сетей IP-телефонии .. 21
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА СЕТИ IP-ТЕЛЕФОНИИ ................... 25
2.1. Анализ и обоснование выбора оборудования и технологий для
построения сети IP-телефонии предприятия ООО «ГТК-ДВ».................. 25
2.2. Разработка технического задания на построение сети IP-телефонии
предприятия ООО «ГТК-ДВ» ....................................................................... 33
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ СЕТИ IP-ТЕЛЕФОНИИ ..................................... 38
3.1. Реализация механизмов управления и повышения качества передачи
голосовых сообщений по сети IP-телефонии .............................................. 38
3.2. Управление шириной пропускания, безопасность и обеспечение
масштабируемости сети IP-телефонии, расчет основных параметров и
характеристик сети ........................................................................................ 43
3.3. Технико-экономическое обоснование разработанной сети IP-
телефонии в ООО «ГТК-ДВ» ........................................................................ 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................. 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ......................................... 71
Приложение А. Обзор оборудования. ............................................................. 73
3
ВВЕДЕНИЕ
Успешное функционирование промышленных предприятий в
современном мире требует постоянного повышения эффективности
производственных и промышленных процессов.
До недавнего времени сети с коммутацией каналов, представляющие
обычные телефонные сети, и сети с коммутацией пакетов (IP-сети)
развивались параллельно и выполняли разные задачи. Телефонная есть
была ориентирована на передачу голосовой информации, а IP-сеть на
передачу данных. Соединение принципов работы этих сетей привело к
рождению новой технологии работы телефонной сети.
Конвергентная связь, начавшая свою работу в информационных
сетях, радикально изменила возможности развития бизнеса и повлекла за
собой развитие целой индустрии.
Актуальность темы исследования телефонной IP-сети на
предприятии объясняется расширением круга предприятий использующих
данный вид связи. Основными преимуществами являются низкая
стоимость связи и возможность регулирования потока звонков с
фильтрацией абонентов.
Поэтому объектом исследования данной работы и стала разработка
телефонной IP-сети. В качестве предмета исследования выделяется
технология проектирования телефонной IP-сети.
Тема ВКР: «Проектирование телефонной IP сети предприятия ООО
«ГТК-ДВ».
Цель работы: Разработать и внедрить телефонную IP - сеть на
предприятии ООО «Горнотранспортная компания - Дальний Восток»
Задачи работы:
1) Рассмотреть основные принципы и технологии работы IP-
телефонии;
4
2) Разработать техническое задание на построение сети IP-
телефонии;
3) 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.
Таким образом, все большее число предприятий переходят на
интегрированные решения. Подобные решения позволяют обеспечить
потребности предприятий в телефонной связи, видеосвязи и передаче
данных, упростить контроль, управление и эксплуатацию единой сети. С
таким подходом, телефония, видеоконференции и сеть передачи данных не
будут изолированными друг от друга, каждая из которых требует для
работы своей собственной инфраструктуры и инструментов управления.
Для данных нужд необходимо строить сеть на базе
интеллектуальных современных сетей передачи данных использующих IP
протокол.
5
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИИ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ IP-
ТЕЛЕФОНИИ
1.1. Основные понятия, принципы и технологии передачи речи по
сетям на базе протокола IP
Впервые о передачи голоса по сети заговорили в семидесятых годах
двадцатого века. Но на тот момент отсутствовали достаточно
быстродействующие коммутационные узлы, что приводило к большим
задержкам пакетов, переносящих фрагменты речи.
IP-телефония (VoIP, Voice over Internet Protocol) – технология
передачи речи через разнородные сети, поддерживающие протокол IP. При
разговоре голосовые сигналы преобразуются в сжатые пакеты, затем эти
пакеты данных передаются через разнородные сети второй стороне. Когда
пакеты достигают получателя, они декодируются в голосовые сигналы
оригинала.
Отправитель и получатель могут находиться в разных разнородных
сетях и посредством IP-телефонии общаться друг с другом, как по
обычному телефону. Например, отправитель может находиться в сети
Token Ring, а получатель в сети Ethernet и оба быть подключены к
глобальной сети Internet, и благодаря технологии IP-телефонии могут
вести переговоры.
История IP-телефонии берет свое начало с 1993 г. Чарли Кляйн
создал первую программу, позволяющую транслировать голос
посредством интернета. Программа была написана в Университете штата
Иллинойс и носила имя «Maven».
Далее программисты израильской компании VocalTel разработали
программу Internet Phone специально для операционной системы Windows,
6
наладив связи с EFNet. Через некоторое время количество пользователей
программы насчитывало тысячи человек.
За первой программой последовала волна из нового программного
обеспечения, целью которого было голосовое общение через интернет.
Таким образом, IP-телефония стала перспективной областью развития.
В 1995г американцы выпустили на рынок программу DigiPhone,
которая предоставляла более широкие возможности, с помощью неё
можно было не только передавать речь, но и проводить
видеоконференции.
Следующее эпохальное событие произошло в 1996г, когда VocalTec
совместно с Dialogic совместными усилиями занялись реализацией идеи
объединения компьютерной сети и обычного телефона, чтобы обеспечить
общение с помощью обычного телефона, но с передачей сигнала по IP-
сетям. Так появились на свет специальные шлюзы с отдельным
программным обеспечением, дававшие возможность вести переговоры с
помощью стандартных телефонных аппаратов. И уже буквально через год
разговор двух людей по стационарным телефонам, но использующим
интернет, стал реальностью.
Принцип работы IP-телефонии. При сеансе связи, абонент набирает
номер требуемого абонента, происходит соединение с сетевым шлюзом,
Рисунок 1 – Соединение со шлюзом
Голосовой сигнал с помощью микрофона преобразуется в электрический
аналоговый сигнал, сигнал в свою очередь проходит ряд преобразований
7
(кодируется). Шлюз осуществляет процесс преобразования аналогового
сигнала в цифровой сигнал.
Рисунок 2 – Оцифровка аналогового сигнала в цифровой
После этого цифровой сигнал сжимается в соответствии с
указанным кодеком и делится на пакеты.
Рисунок 3 – Сжатие цифрового сигнала
Рисунок 4 – Процесс разбиения сигнала на пакеты данных
8
В преобразовании участвуют как аппаратные средства, так и
специальное программное обеспечение. Далее сжатые данные передаются
в IP-сеть. На принимающей стороне, происходит обратный процесс
преобразования цифрового сигнала в аналоговый, осуществляется
декодирование, что в результате приводит в действие звуковой динамик.
Данные процессы происходят в малые доли секунды, практически в
реальном времени, тем самым обеспечивая дуплексный разговор, т.е.
разговор, получается двусторонним в реальном времени.
Архитектуру IP-телефонии можно представить в виде двух
плоскостей. Нижняя плоскость – это сеть с маршрутизацией пакетов IP,
верхняя – специальное программное обеспечение для управления
обслуживанием вызовов. Нижняя плоскость — это совокупность
взаимосвязанных протоколов Internet: RTP (Real Time Transport Protocol),
работающий поверх протокола UDP (User Datagram Protocol), который в
свою очередь расположен в стеке протоколов TCP/IP над протоколом IP.
Иерархия протокола RTP/UDP/IP представляет собой механизм
транспортировки речевого трафика. В сетях с маршрутизацией пакетов IP
при передаче данных предусмотрены механизмы повторной передачи
данных в случае сбоя их доставки. При передаче речи в реальном времени
подобные механизмы неприменимы т.к. речь чувствительна к задержке, но
менее чувствительна к потерям, ввиду этого для передачи голоса
используют механизм негарантированной доставки информации,
используя протокол UDP. Высшая плоскость архитектуры IP-телефонии
управляет обработкой запросов, адресацией вызовов, направлением
вызовов, каким способом должно устанавливаться соединение.
Инструментом управления являются телефонные системы сигнализации.
Каждый процесс преобразований сигнала,
кодирования/декодирования, передачи пакетов, системы сигнализации
описывается строго определенным протоколом. Совокупность этих
9
протоколов образуют то или иное семейство протоколов, по которым
работает IP-телефония.
На сегодняшний день в сетях IP-телефонии наиболее
конкурирующими являются три семейства протоколов – H.323, SIP,
MGCP. Все три семейства протоколов описывают управление
мультимедийными вызовами и передачу мультимедиа трафика в IP-сетях,
также при этом реализуют три разных концепции в построении систем
телефонной связи.
1.2. Использование протоколов Интернет в IP-телефонии
Интернет работает на основе семейства протоколов TCP/IP и
включает в себя протоколы четырех уровней коммуникаций. (рисунок 5).
Рисунок 5 – Стеки протоколов транспортных сетей IP
Если рассматривать установление сетевого соединения в сети,
которая является компонентой сети Интернет, то оно происходит на
физическом и канальном уровнях.
10
Стек протоколов TCP/IP отрабатывает на сетевом уровне, где
реализуется принцип межсетевого соединения. Протокол IP - основной
протокол сетевого уровня, позволяющий воплощать межсетевые
соединения. Он используется двумя протоколами транспортного уровня -
TCP и UDP. Базовая единица передачи данных в сети (IP-дейтаграмма)
определяется протоколом IP, указывая точный формат всей информации.
Два основных протокола, TCP и UDP, отвечают за связь между
устройством-отправителем пакетов и устройством адресата. Эти
протоколы работают на транспортном уровне и реализуют надежную
передачу данных.
Основная привлекательность протокола IP заключается в том, что не
смотря на скрытость от приложений физических соединений в Интернете,
которые могут состоять из десятков и сотен промежуточного сетевого
оборудования и физических сетей различных типов, это будет
восприниматься как единая физическая сеть.
Именно поэтому для построения сетей IP-телефонии наиболее
подходят технологии маршрутизации пакетов IP и протоколу UDP. Но
так как эти протоколы не обладают надежностью и гарантией качества, то
необходимо создать дополнительные решения по доставке сигнальной
информации. Можно использовать повторную передачу информации при
ее потере или подтверждение приема.
UDP - не единственный протокол, который может переносить
сигнальные сообщения, TCP также обладает этой функцией. Разница в
том, что UDP это делает быстрее, даже с учетом повторной передачи
неподтвержденных сообщений. Так же UDP ведет одновременный поиск
местонахождения пользователей и передает приглашение к установлению
сеанса связи в режиме многоадресной рассылки.
С другой стороны, протокол TCP может упростить работу с
файерволами, и гарантирует надежную доставку данных. Да, этот
11
протокол не является гарантом качества, но может точно гарантировать,
что данные прибудут к адресату. Это достигается за счет того, что разные
сообщения, относящиеся к одному вызову, могут пойти по одному TCP-
соединению, а могут разбиться на несколько соединений.
Протокол управления RTCP (Real Time Control Protocol)
основывается на периодической отправке пакетов управления всем
участникам сеанса при использовании такого же механизма
распределения, как и протокол RTP. Нижележащий протокол должен
обеспечивать мультиплексирование информационных и управляющих
пакетов, например, использование различных номеров портов UDP.
Протокол реализует четыре базовые функции:
- обеспечение обратной связи (для оценки качества
распределения данных);
- поддержка идентификатора источника данных RTP на
транспортном уровне, именуемого «каноническим именем» (CNAME –
canonical name);
- посылка всеми участниками RTCP пакетов позволяет
оценивать общее число участников;
- обеспечение информацией управления сеанса, отображаемой в
интерфейсе пользователя, для входа/выхода в группы участников без
контроля принадлежности или согласования параметров.
Первые три функции являются обязательными, когда используется
мультивещание и рекомендуются во всех остальных случаях. Разработчики
приложений RTP стараются избегать механизмов, работающих только в
двустороннем режиме, которые не могут быть масштабируемыми в
реальном времени для увеличения числа пользователей.
RTP/RTCP полагаясь на протоколы нижних уровней при
обеспечении разделения потоков данных RTP и управляющей информации
RTCP используют четный номер порта для RTP, а соответствующий поток