IP-телефония

IP-телефония – технология, позволяющая использовать Интернет или другую IP-сеть в качестве средства организации и ведения международных телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени.

Интернет-телефония – частный случай IP-телефонии, когда в качестве линий передачи телефонного трафика используются каналы сети Интернета.

Как работает IP-телефония?

При разговоре, наши голосовые сигналы (слова, которые мы произносим) преобразуются в сжатые пакеты данных. После эти пакеты данных посылаются через Интернет другой стороне. Когда пакеты данных достигают адресата, они декодируются в голосовые сигналы оригинала.

Существуют два базовых типа телефонных запросов Интернет-телефонии:

  1. С компьютера на компьютер
  2. С компьютера на телефон

В чём отличие Интернет-телефонии от обычной телефонии?

В обычном телефонном звонке подключение между обоими собеседниками устанавливается через телефонную станцию исключительно с целью разговора. Голосовые сигналы передаются по определённым телефонным линиям, через выделенное подключение.

При запросе же по Интернет, сжатые пакеты данных поступают в Интернет с адресом назначения. Каждый пакет данных проходит собственный путь до адресата, по различным маршрутам. Для адресата, пакеты данных перегруппировываются и декодируются в голосовые сигналы оригинала.

Почему Интернет-телефония стоит меньше?

Обычные телефонные звонки требуют разветвлённой сети связи телефонных станций, связанных закреплёнными телефонными линиями, подвода волоконно-оптических кабелей и спутников связи. Высокие затраты телефонных компаний приводят для нас к дорогим междугородним разговорам.

 

История развития IP-телефонии

По мнению некоторых специалистов, концепция передачи голоса по сети с помощью профессионального компьютера зародилась в Университете штата Иллинойс (США).

 В 1993 году Чарли Кляйн выпустил в свет Maven, первую программу для перестройки голоса с помощью РС. Одновременно одним из самых популярных мультимедийных приложений в сети стала CU-SeeMe, программа видеоконференций для Macintosh (Mac), разработанная в Корнельском Университете.

В апреле 1994 г. во время полёта челнока EndeavorNASA передало на Землю его изображение с помощью программы CU-SeeMe. Одновременно попробовали передать и звук. Полученный сигнал из Льюисовского исследовательского центра поступал на Мае, соединённый с Internet, и любой желающий мог услышать голоса астронавтов. Потом одну программу встроили в другую, и появился вариант CU-SeeMe с полными функциями аудио и видео, как для Мае, так и для РС.

В феврале 1995 г. израильская компания VocalTec предложила первую версию программы InternetPhone, разработанную для владельцев мультимедийных компьютеров, работающих под Windows. Это стало важной вехой в развитии Internet-телефонии!

VocalTec надеялась использовать очень популярные каналы InternetRelayChat (IRC) в качестве двустороннего средства общения между людьми, имеющими сходные интересы. Но компании не удалось связаться с ErasFreeNetwork (Feet), курирующей IRC, и проинформировали о потенциально возможном увеличении графика, поэтому доступ к общественным каналам для InternetPhone был закрыт. Через несколько недель компания VocalTec уладила свои разногласия с EFNet.

За это время была создана частная сеть серверов InternetPhone, и уже тысячи людей загрузили программу с домашней страницы VocalTec и начали общаться. Собственно, этим они занимаются до настоящего времени.

В том же 1995 г. другие компании очень быстро оценили перспективы, которые открывали возможность разговаривать, находясь в разных полушариях и не платя, при  этом, за международные звонки!!! На рынок обрушилась гора продукции, предназначенной для телефонии через Сеть.

В сентябре того же года, в розничной продаже появилась первая из таких программ- DigiPhone,  разработанная небольшой компанией в Далласе (штате Техас), которая предложила «дуплексные» возможности, позволяя говорить и слушать одновременно. Вот в этот момент и родилась привлекательная для абонентов настоящая интерактивная связь. А нам, абонентам, какая собственно разница, каким именно способом передается речь. Было бы слышно Крыжо из Нью-Йорка.

Вскоре нашлись энтузиасты, которые с помощью программ подобного типа стали организовывать марафоны. Целью было научить работать через Internet обычный телефонный аппарат типа «сеанс разговора», во время  которых люди всей страны могли подключаться и говорить часами.

В марте 1996 г. произошло еще одно памятное событие. Тогда было объявлено о совместном проекте под названием «InternetTelephoneGate» двух компаний: уже известно нам VocalTec и крупнейшего производителя для компьютерной телефонный Dialogic, для чего между Сетью и телефоном устанавливается специализированный шлюз.

 Последний получил название (VocalTecTelephoneGateway) и представлял собой специализированную программу, которая использовала голосовые платы Dialogic.

Многоканальные голосовые платы позволяют:

во-первых, одной системе VTG поддерживать до восьми независимых телефонных разговоров через сеть,

во-вторых, убрали проблему адреса, взяв на себя преобразование обычных телефонных номеров в IP-адрес и обратно.

Для разговора одного пользователя в том продукте достаточно будет ширины полосы канала порядка 11 кбит/с. Вот так возможность высокого уплотнения канала и малая стоимость связи создали предпосылки для коренных изменений телекоммуникационного мира. Сегодня многое ясно, что ИТ – лишь шаг на пути к глобальной мультимедиа-связи.

Ёще через год стали вполне обычными соединения через Internet двух обычных телефонных абонентов, находившихся в совершенно разных местах планеты. Вот так в течение всего каких-то двух лет стал на ноги альтернативный способ телефонной связи.

 

Основные понятия IP телефонии и виды строения сетей IP телефонии

IP-телефония – это технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую IP-сеть для ведения международных, междугородных или других телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени. Для организации телефонной связи по IP-сетям используется специальное оборудование – шлюзы IP-телефонии. Каждый шлюз должен быть соединен с телефонным аппаратом или абонентской линией АТС, пользователи которых будут являться абонентами IP-шлюза.

 Два абонента разных IP-шлюзов, разделенные расстоянием в тысячи километров, могут общаться в режиме реального времени, оплачивая только время подключения к IP-сети. С равным успехом IP-шлюз может использоваться и в локальной IP-сети. Общий принцип действия телефонных шлюзов IP-телефонии таков: с одной стороны шлюз подключается к аналоговым телефонным линиям – и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны шлюз подключен к IP-сети – и может связаться с любым компьютером в мире. Шлюз принимает телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой), значительно сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через IP-сеть по назначению с использованием протокола IP. Для пакетов, приходящих из IP-сети на шлюз и направляемых в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке. Обе составляющие процесса связи (вход сигнала в телефонную сеть и его выход из телефонной сети) происходят практически одновременно, что позволяет обеспечить полнодуплексный разговор.

На основе этих базовых операций можно построить много различных конфигураций. Для того, чтобы осуществить междугородную (международную) связь с использованием технологии IP-телефонии, организация или оператор услуги должны иметь по шлюзу (или IP-телефону) в тех местах, куда и откуда планируются звонки. Стоимость такой связи на порядок меньше стоимости телефонного звонка по обычным телефонным линиям. Особенно велика эта разница для международных переговоров. IP-телефония опирается на две основных операции: преобразование (сжатие) речи внутри кодирующего/декодирующего устройства (кодека) и упаковку в пакеты для передачи по IP-сети. В IP-телефонии используется особая система передачи пакетов со звуковой информацией, что обусловлено спецификой передачи данных по IP-сетям.

В традиционных телефонных линиях между абонентами во время разговора создается канал, чем обеспечивается фиксированная пропускная способность для передачи сигнала. В то время, как IP-сеть представляет собой систему, реализующую принцип коммутации и маршрутизации пакетов. IP-сеть не предоставляет гарантированного пути между точками связи, вся передаваемая информация (голос, текст, изображения, и т.п.) разделяется на пакеты данных, имеющие в своем составе адреса точек назначения (приема и передачи) и порядковый номер. Узлы IP-сети направляют эти пакеты по сети до окончания маршрута доставки. После прибытия пакетов к точке назначения, для восстановления исходного объема упорядоченных данных используются порядковые номера пакетов. Для приложений, где не важен порядок и интервал прихода пакетов, таких как e-mail, время задержек между отдельными пакетами не имеет решающего значения.

IP-телефония является одной из областей передачи данных, где важна динамика передачи сигнала, которая обеспечивается современными методами кодирования и передачи информации. Для обеспечения стабильной телефонной связи по IP-сетям введены специальные протоколы передачи данных, например, RTP. При передаче в режиме реального времени до 30% пакетов могут быть утеряны или получены с опозданием (что в режиме реального времени одно и то же). Хорошее приложение IP-телефонии должно возместить нехватку пакетов, восстановив потерянные данные. Сам алгоритм кодирования речи также оказывает влияние на восстановление данных. Для кодирования звуковой информации обычно используются следующие кодеки: G.711, G.722, G.723, G.723.1, G.726, G.728, и G.729.

Сеть IP-телефонии представляет собой совокупность оконечного оборудования, каналов связи и узлов коммутации. Сети IP-телефонии строятся по тому же принципу, что и сети Интернет. Однако в отличие от сетей Интернет, к сетям IP-телефонии предъявляются особые требования по обеспечению качества передачи речи. Одним из способов уменьшения времени задержки речевых пакетов в узлах коммутации является сокращение количества узлов коммутации, участвующих в соединении. Поэтому при построении крупных транспортных сетей в первую очередь организуется магистраль, которая обеспечивает транзит трафика между отдельными участками сети, а оконечное оборудование (шлюзы) включается в ближайший узел коммутации (рисунке 1). Оптимизация маршрута позволяет улучшить качество предоставляемых услуг.

Рисунок 1 -  Пример построения сети IP-телефонии с использованием магистрали

Для связи между устройствами внутри сети и с устройствами других сетей IP-телефонии используются выделенные каналы или сеть Интернет. По способу связи оконечных устройств между собой сети IP-телефонии можно разделить на выделенные, интегрированные и смешанные.

В выделенных сетях (рисунок 2) связь между оконечными устройствами осуществляется по выделенным каналам, и пропускная способность этих каналов используются только для передачи речевых пакетов.

Главное преимущество выделенной сети - это высокое качество передачи речи, так как такие сети предназначены только для передачи речевого трафика. Кроме того, для обеспечения гарантированного качество предоставляемых услуг в этих сетях, кроме протокола IP, применяются и другие транспортные протоколы: ATM и Frame Relay.

Рисунок 2 - Пример построения выделенной сети IP-телефонии

В интегрированных сетях IP-телефонии для связи между устройствами используется глобальная сеть Интернет (рисунок 3). Это может быть уже существующая собственная сеть или доступ к сети Интернет через провайдеров. Если оператор имеет собственную сеть Интернет, то для предоставления услуг IP-телефонии он лишь устанавливает дополнительное оборудование, которое обеспечивает преобразование речи в данные и наоборот, и модерни­зирует уже имеющееся оборудование, чтобы обеспечить качество предоставляемых услуг. Если оператор IP-телефонии пользуется услугами провайдеров Интернет, то качество услуг такой сети может быть низким, так как обычные сети Интернет не рассчитаны на передачу информации в реальном масштабе времени.

Рисунок  3 -  Пример построения интегрированной сети IP-телефонии

По разным причинам операторы сетей IP-телефонии для объединения своих устройств в сети могут использовать выделенные каналы и сеть Интернет. Такие сети называются сетями смешанного типа (рисунок 4). Вопрос о том, какие каналы использовать для связи устройств между собой, решается оператором индивидуально в зависимости от возможностей.

Рисунок  4 - Пример построения смешанной сети IP-телефонии

 

По своему масштабу все сети IP-телефонии можно разделить на международные, региональные и местные.

Международная сеть IP-телефонии имеет точки своего присутствия в нескольких странах и обеспечивает терминацию трафика практически в любую точку мира при минимальном использовании телефонной сети общего пользования. Чаще всего, международные сети не работают с конечными пользователями, а предоставляют свою пропускную способность другим сетям. Главной задачей международных сетей является транзит трафика между сетями различного уровня. При построении международной сети в первую очередь строится мощная магистраль, имеющая большую пропускную способность. Международные сети строятся с использованием выделенных каналов и на базе уже существующих сетей Интернет.

В отличие от международной сети национальная сеть имеет точки своего присутствия в одной или, в крайнем случае, в нескольких близлежащих странах и обслуживает абонентов и местных операторов только этого региона. С помощью заключения договоренности с международными сетями национальная сеть предоставляет своим абонентам и другим местным сетям возможность терминации вызовов в любую точку мира.

Чаще всего, национальные сети строятся национальными телекоммуникационными компаниями с использованием уже существующей инфраструктуры, поэтому большая часть национальных сетей IP-телефонии являются интегрированными сетями

Местная сеть IP-телефонии предоставляет возможность абонентам местной телефонной сети и частным компаниям воспользоваться услугами IP-телефонии. В основном, операторы местных сетей являются провайдерами доступа к сети IP-телефонии. Чаще всего, их сети имеют всего один шлюз, подключенный к более крупным сетям через сеть Интернет или по выделенным каналам. Таких операторов часто называют ресселерами, так как они просто перепродают услуги других сетей абонентам местной телефонной сети.

 

Качество IP-телефонии

Телефонная сеть была создана таким образом, чтобы гарантировать высокое качество услуги даже при больших нагрузках, IP-телефония напротив, не гарантирует качества, причём при больших нагрузках оно значительно падает.

Стоимость любой услуги, как правило, и её качество прямо пропорциональны. Однако понятно и то, что в ряде случаев представляется неразумным сравнительно небольшое увеличение качества оплачивать относительно большим увеличением цены. Вряд ли праздничные поздравительные открытки целесообразно отправлять фельдъегерской связью: хорошо, да дорого.

Качество связи можно оценить следующими основными характеристиками:

  1. уровень искажения голоса;
  2. частота «пропадания» голосовых пакетов;
  3. время задержки (между произнесением фразы первого абонента и моментом, когда она будет услышана вторым абонентом).

По первым двум характеристикам качество связи значительно улучшилось в сравнении с первыми версиями решений IP-телефонии, которые допускали искажение и прерывание речи. Улучшение кодирования голоса и восстановление потерянных пакетов позволило достичь уровня, когда речь понимается абонентами достаточно легко. Понятно, что задержки влияют на темп беседы. Известно, что для человека задержка до 250 миллисекунд практически незаметна. Существующие на сегодняшний день решения IP-телефонии превышают этот предел, так что разговор похож на связь по обычной телефонной сети через спутник, которую обычно оценивают как связь вполне удовлетворительного качества, требующую лишь некоторого привыкания, после которого задержки для пользователя становятся неощутимы. Отметим, что даже в таком виде связи решения IP-телефонии вполне подходят для многих приложений.

Задержки можно уменьшить благодаря следующим трем факторам:

Во-первых, совершенствуются телефонные серверы (их разработчики борются с задержками, улучшая алгоритмы работы).

Во-вторых, развиваются частные сети (их владельцы могут контролировать ширину полосы пропускания и, следовательно, величины задержки).

В-третьих, развивается сама сеть Internet – современный Internet не был рассчитан на коммуникации в режиме реального времени. Хотя на обновление роутеров по всему миру и на организационные мероприятия (например, решить вопрос, как в денежном выражении оценить сервис более высокого качества) потребуется некоторое время, мир Internet, вне зависимости от вышесказанного, двигается очень быстро и в правильном направлении.

 

Решения Cisco Systems для IP-телефонии

Голосовые шлюзы обеспечивают подключение системы корпоративной IP телефонии к учрежденческим АТС и телефонной сети общего пользования, а также возможность подключения аналоговых телефонов и факсовых аппаратов. Компания Cisco выпускает широкий спектр голосовых шлюзов – от узкоспециализированных шлюзов начального уровня до функционально богатых универсальных шлюзов – операторского класса. Важнейшими критериями при выборе голосового шлюза являются количество и типы поддерживаемых голосовых интерфейсов, а также поддерживаемые протоколы сигнализации VoIP. Кроме того, при выборе голосового шлюза должны быть также учтены дополнительные требования к функциональности, специфичные для конкретного сетевого решения.

 

Достоинства, особенности и поддерживаемые функции:

  • Передача голосового и факсимильного трафика через IP. Как транспорт могут использоваться любые среды (выделенные линии, ISDN, Frame Relay, Ethernet, Token Ring, ATM)
  • Решения основаны на единой линии маршрутизаторов Cisco и не требуют дополнительного аппаратного обеспечения
  • Модульная, наращиваемая архитектура
  • Передача голоса и факсов через один порт
  • Совместимость со стандартом H.323
  • Высокая производительность, основанная на использовании DSP (цифровых сигнальных процессоров)
  • Поддержка протоколов компрессии голоса G.729 и G.711, позволяет передавать один голосовой канал со скоростью 8 kbps
  • Высокое качество голосовых соединений основано на использовании RSVP архитектуры и очередей с приоритетами
  • Подавление пауз
  • Симуляция шумов в линии
  • Развитое управление планом внутренней нумерации и отображением IP-адресов на этот план
  • Поддержка DTMF
  • Поддержка протокола T.30. (передача факсов)
  • Выделенная телефонная линия (сквозное соединение)
  • Поддержка групп обзвона

 

Функции IP телефонов

  • Пользователь может получить сообщение голосовой почты.
  • Пользователь может просмотреть неполученные вызовы, исходящие вызовы, которые он выполнял, и принятые им вызовы.
  • Пользователь может сконфигурировать список быстрого набора номера для часто используемых номеров.
  • Пользователь может установить индивидуальные настройки, такие как тип звонка и контрастность дисплея.

Примеры функций при работе с вызовами:

  • Повторный набор номера.
  • Идентификация вызывающей стороны (CLID)
  • Удержание вызова
  • Трехсторонняя конференция

Сетевые функции:

  • Поддержка протоколов аудиокомпрессии G.711a, G.711u, G.729ab
  • 10BASE-T Ethernet соединение через разъем RJ-45
  • Возможность конфигурации телефона с использованием Trivial File Transfer Protocol (TFTP) сервера
  • Получение сетевых параметров за счет использование протокола динамического конфигурации хостов (DHCP)
  • Определение голосовой активности, подавление голосовых пауз

Вложения:
Скачать этот файл (iptel.ppt)ip-телефония[Презентация]2205 kB