Цель изучения дисциплины (стр. 2 )

3.2 Название и содержание лекционных занятий

Лекция 1. Введение. Технология коммутации пакетов – основа построения современных сетей. Стек протоколов TCP/IP. Сеть Интернет и протокол IP

Переход к сетям с коммутацией пакетов – одно из наиболее заметных проявлений тенденции внедрения открытых информационных систем.

Сеть Интернет и протокол IP. Основной протокол, на базе которого строится сеть Интернет, называется протоколом IP.

IP-технология. В настоящее время технология IP получила наибольшее применение, по сравнению с другими, т. к. используемый в Интернет стек протоколов TCP/IP, который все время совершенствуется, используется разработчиками сетевых технологий для построения всех типов сетей (LAN, MAN, WAN). Привлекательность IP технологии заключается так же в ее открытости, способности интегрировать практически любые другие сетевые технологии, а также отлаженности, надежности и масштабируемости.

Лекция 2. Адресация и маршрутизация в IP-сетях

Существуют три механизма адресации пакета IP.

Каждый терминал в сети TCP/ IP имеет адреса трех уровней: физический (МАС-адрес) – локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена сеть, в которую входит данный узел; сетевой (IP-адрес), используемый для однозначной идентификации узлов в пределах всей составной сети; доменное имя (DNS-имя) – символьный идентификатор узла, к которому часто обращается пользователь.

IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками.

Маршрутные протоколы применяются маршрутизаторами при выборе наилучшего маршрута для отправляемых пакетов. Маршрутные протоколы определяют формат заголовка пакета данных.

Протоколы маршрутизации, т. е. протоколы управления процессами динамической маршрутизации применяются маршрутизаторами для составления и обновления таблиц маршрутизации. Эти протоколы описывают алгоритмы обмена служебными данными о маршрутах между маршрутизаторами, а также алгоритмы вычисления оптимальных маршрутов.

Лекция 3. Технологии глобальных сетей X.25, Frame Relay, АТМ

Сетевой протокол X.25 предназначен для передачи данных между компьютерами по телефонным сетям. 25 разработаны для линий низкого качества с высоким уровнем помех и обеспечивают передачу данных со скоростью до 64 Кбит/с. Х.25 хорошо работает на линиях связи низкого качества благодаря применению протоколов подтверждения установления соединений и коррекции ошибок на канальном и сетевом уровнях.

Сеть Frame Relay является сетью с коммутацией кадров или сетью с ретрансляцией кадров, ориентированной на использование цифровых линий связи. Первоначально технология Frame Relay была стандартизирована как служба в сетях ISDN со скоростью передачи данных до 2 Мбит/с.

Термин АТМ обозначает специфический пакетно-ориентированный режим переноса информации, использующий метод асинхронного временного разделения, при котором поток информации организуется в блоки фиксированной длины, называемые ячейками. Ячейка (cell) имеет длину 53 байта, из которых 48 байтов – информация пользователя и 5 байт – заголовок. Основное назначение заголовка – идентификация ячеек, принадлежащих одному и тому же виртуальному каналу.

Лекция 4.Структура стандартов IEEE 802.X. Виды локальных сетей, протоколы HDLC, PPP

Стандарты IEEE 802.X охватывают два нижних уровня модели OSI – физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, имеют общие черты как для ЛВС, так и для ГВС.

Сеть Ethernet впервые была сконструирована в 70-х гг. Имеется несколько различных типов Ethernet.

Сети стандарта Token Ring используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс. Алгоритм доступа основан на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Право на использование кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном.

Стандарт FDDI (оптоволоконный распределенный интерфейс данных) –ориентирован на высокую скорость передачи (100 Мбит/с) и на применение оптоволоконного кабеля. При этом имеет преимущества помехозащищенность, максимальная секретность передачи информации и прекрасная гальваническая развязка абонентов.

HDLC (High-Level Data Link Control) – протокол высокоуровнего управления каналом передачи данных. Основные принципы работы протокола HDLC: режим логического соединения, контроль искаженных и потерянных кадров с помощью метода скользящего окна, управление потоком кадров с помощью команд RNR (приемник не готов) и RR (приемник готов).

Протокол PPP стал фактическим стандартом для глобальных линий связи при соединении удаленных клиентов с серверами и для образования соединений между маршрутизаторами в корпоративной сети. При разработке протокола PPP за основу был взят формат кадров HDLC и дополнен собственными полями

Лекция 5. IP-телефония. Принципы пакетной передачи речи. Уровни архитектуры IP-телефонии. Три основных сценария IP-телефонии

IP-телефония – технология, использующая сеть с пакетной коммутацией на базе протокола IP (например, Интернет).

Архитектура технологии Voice over IP может быть упрощенно представ - лена в виде двух плоскостей. Нижняя плоскость – это базовая сеть с маршрутизацией пакетов IP, верхняя плоскость – это открытая архитектура управления обслуживанием вызовов (запросов связи).

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.

Существует три наиболее часто используемых сценария IP-телефонии:

– "компьютер – компьютер";

– "компьютер – телефон";

– "телефон – телефон".

Лекция 6. Построение сети по рекомендации Н.323. Сигнализация по стандарту Н.323

Сети на базе протоколов Н.323 ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети ISDN, наложенные на сети передачи данных. Основными устройствами сети являются: терминал (Terminal), шлюз (Gateway), привратник (контроллер зоны, Gatekeeper) и устройство управления конференциями (Multipoint Control Unit - MCU).

323 – оконечное устройство пользователя сети IP-телефонии, которое обеспечивает двухстороннюю речевую (мультимедийную) связь с другим терминалом Н.323, шлюзом или устройством управления конференциями.

Шлюз обеспечивает сжатие информации (голоса), конвертирование её в IP пакеты и направление в IP-сеть.

В контроллере зоны (привратнике) сосредоточен весь интеллект сети IP-телефонии. Контроллер зоны выполняет функции управления одной зоной сети IP-телефонии, в которую входят: терминалы, шлюзы, устройства управления конференциями, зарегистрированные у одного контроллера зоны.

Семейство протоколов Н.323 включает в себя три основных протокола: протокол взаимодействия оконечного оборудования с привратником – RAS, протокол управления соединениями (управление передачей сигналов вызова) – Н.225 и протокол управления логическими каналами – Н.245.

Лекция 7. Сеть на базе протокола SIP. Сигнализация на основе протокола SIP

SIP представляет собой текстово-ориентированный протокол. Подход SIP к построению сетей IP-телефонии намного проще в реализации, чем Н.323, но меньше подходит для организации взаимодействия с телефонными сетями. Протокол SIP поддерживает услуги интеллектуальной сети, такие как преобразование имён, переадресация и маршрутизация. Другой важной особенностью протокола SIP является поддержка мобильности пользователя.

В основу протокола рабочая группа MMUSIC заложила следующие принципы: персональная мобильность пользователей; масштабируемость сети; расширяемость протокола; интеграция в стек существующих протоколов Интернет. Протокол SIP может быть использован совместно с протоколом Н.323. Возможно также взаимодействие протокола SIP с системами сигнализации ТфОП – DSS1 и ОКС7.

Протокол SIP использует адрес, подобный адресу электронной почты.

Сеть SIP содержит основные элементы трех видов: агенты пользователя, прокси-серверы и серверы переадресации.

Здесь же следует отметить то, что сигнальные сообщения могут переноситься не только протоколом транспортного уровня UDP, но и протоколом TCP.

Лекция 8. Сеть на базе MGCP и MEGACO. Сравнение подходов к построению сетей IP-телефонии

Третий подход к построению сетей IP-телефонии, основан на использовании протокола MGCP (протокол управления шлюзами). Отметим, что протокол MGCP является внутренним протоколом для обмена информацией между функциональными блоками распределенного шлюза, который извне представляется одним шлюзом.

Основные особенности протокола MEGACO/H.248. Для переноса сигнальных сообщений MEGACO/H.248 могут использоваться протоколы UDP, TCP, SCTP или транспортная технология ATM. Поддержка для этих целей протокола UDP – одно из обязательных требований к контроллеру шлюзов. Протокол TCP должен поддерживаться и контроллером, и транспортным шлюзом, а поддержка протокола SCTP, так же, как и технологии ATM, является необязательной. Еще одной особенностью протокола MEGACO/H.248 является то, что сообщения этого протокола могут кодироваться двумя способами. Протокол MEGACO оперирует с двумя логическими объектами внутри транспортного шлюза: порт (termination) и контекст (context), которыми может управлять контроллер шлюза.

Сравнение подходов к построению сети IP-телефонии. Н.323 и SIP — конкуренты или соратники?

Лекция 9. Сети NGN. Гибкий коммутатор

NGN (сети следующего поколения) – это мультисервисная сеть связи, ядром которой является опорная IP-сеть, поддерживающая полную или частичную интеграцию услуг передачи речи, данных и мультимедиа. Реализует принцип конвергенции услуг электросвязи.

В структуре сетей NGN присутствует несколько элементов, представляющих собой отдельные устройства или произвольные комбинации в интегрированном устройстве. Наиболее важными элементами сети NGN являются: медиа-шлюз (MG), шлюз сигнализации (SG), контроллер медиа-шлюза (MGC).

По своей архитектуре сеть NGN является трехуровневой и состоит из следующих уровней: транспортного уровня; уровня управления коммутацией и передачей информации; уровня услуг и управления услугами.

Гибкий коммутатор (SoftSwitch) – это основной компонент сети NGN, осуществляющий в основном управление вызовами, управление доступом к медиашлюзам, распределение ресурсов, обработку протоколов, маршрутизацию, аутентификацию и учет стоимости услуг, а также предоставление абонентам основных речевых услуг связи, мобильные услуги, услуги мультимедиа, а также интерфейсы программирования приложений (API). Назначение SoftSwitch – полный контроль процесса установления любого соединения.

Лекция 10. Особенности передачи речевой информации по IP-сетям. Принципы обработки речи и методы кодирования

Если проблемы ограничения задержки и подавления эха в традиционной телефонии существовали всегда, а при переходе к IP-сетям лишь усугубились, то потери информации (пакетов) и стохастический характер задержки породили совершенно новые проблемы, решение которых сопряжено с большими трудностями.

При передаче речи по IP-сети возникают, намного большие, чем в ТфОП, задержки, которые, к тому же, изменяются случайным образом. Неустойчиво и плохо предсказуемо время прохождения пакета через сеть. Выбор операционной системы является важным фактором, влияющим на общую величину задержки. Проблема джиттера весьма существенна в пакетно-ориентированных сетях. Для того, чтобы компенсировать влияние джиттера, в терминалах используется т. н. джиттер-буфер.

Большинство современных эффективных алгоритмов кодирования/ декодирования речи ориентировано на передачу информации кадрами, а не последовательностью кодов отдельных отсчетов. Для обеспечения качественной передачи речевых сигналов в IP-телефонии необходимо после оцифровки речи удалить эхо из динамика в микрофон, комнатное эхо и непрерывный фоновой шум, а также отфильтровать шумы переменного тока на низких частотах звукового спектра.

Общепринятыми считаются два варианта ИКМ на 64 Кбит/с: µ-стандарт (используемый в Северной Америке) и а-стандарт (принятй в Европе). Другой метод сжатия – адаптивная дифференциальная импульно-кодовая модуляция – АДИКМ, по которому кодирование происходит с помощью 4-битовых выборок, обеспечивающих частоту передачи 32 Кбит/с. В отличие от ИКМ четырьмя битами кодируется не амплитуда голоса, а разница амплитуды (как частота изменения амплитуды).

Лекция 11. Обеспечение качества IP-телефонии

Основными составляющими качества IP-телефонии являются качество речи и сигнализации. Качество речи включает:

– диалог или возможность пользователя связываться и разговаривать с другим пользователем в реальном времени и полнодуплексном режиме;

– разборчивость или чистота и тональность речи;

– эхо, слышимость собственной речи;

– уровень или громкость речи.

Качество сигнализации включает:

– установление вызова или скорость успешного доступа и время установления соединения;

– завершение вызова или время отбоя и скорость разъединения;

– DTMF или определение и фиксация сигналов многочастотного набора номера.

Факторы, которые влияют на качество IP-телефонии, могут быть разделены на две категории: качества IP сети и шлюза.

Уменьшение полосы пропускания оцифрованного голосового сигнала можно добиться предварительным его сжатием (компрессией), которую осуществляют кодеки (кодеры /декодеры). Для снижения негативного влияния задержек при использовании IP-протокола имеется ряд механизмов. Устройства памяти должны быть сконфигурированы и иметь такие размеры, чтобы дожидаться задержанных речевых пакетов. Для уменьшения влияния потерь на приемном конце должны использоваться алгоритмы, позволяющие восстанавливать сигнал при потере части пакетов.

Важнейшей задачей любой телефонной системы является управление сеансом связи, его установление, поддержание и разъединение.

Лекция 12. Принципы реализации IP-телефонии. Оборудование IP-телефонии

В зависимости от сфер применения, количества поддерживаемых портов, набора реализуемых услуг и других факторов, все оборудование IP телефонии можно отнести к следующим классам:

– аппаратно-программные комплексные платформы IP телефонии;

– выделенные или совмещенные с другим оборудованием шлюзы IP телефонии;

– УАТС с функциями IP телефонии;

– IP телефоны (аппараные или программные).

Можно выделить несколько основных подходов к использованию данного оборудования при реализации сети IP телефонии, достоинства и недостатки которых зависят от того, кто использует данное оборудование и для каких потребителей.

Даже при кратком анализе характеристик оборудования IP-телефонии ведущих фирм-производителей обращает на себя внимание модульность и масштабируемость продуктов и их ценовой диапазон, не превышающий нескольких десятков тысяч долларов.

Это же справедливо и в отношении программного обеспечения IP-телефонии, оно доступно и недорого.

Аппаратура IP-телефонии выпускается в совмещенной или автономной конструкции.

Требования к аппаратуре IP-телефонии можно сформулировать, в общих чертах, так:

– полная поддержка рекомендаций Н.323;

– поддержка всех основных алгоритмов кодирования речи;

– поддержка основных систем телефонной сигнализации;

– удобство и функциональность средств управления и контроля.

Лекция 13. Видеоконференцсвязь на базе стандарта Н.323

Основные протоколы, используемые при передаче видео по IP, те же, на которых базируется и пакетная передача речи (VoIP), а именно H.323 и SIP.

Зонтичная рекомендация МСЭ-Т H.323 объединяет семейство протоколов для мультимедиа-коммуникаций в пакетных сетях. Наиболее важные из них — H.225 и H.245 служат для установления соединений и управления ими. Что же касается кодирования аудиоинформации, то H.323 ссылается на все те алгоритмы (G.711, G.722, G.728, G.723), которые хорошо известны по системам IP-телефонии.

Для кодирования видео предусмотрен алгоритм H.263, в нем, в частности, определены дополнительные форматы изображения (4CIF и 16CIF), которых не было в видеокодеке H.261 из семейства H.320.

Рекомендациями H. 323 определяют технические требования для аудио и видеокоммуникационных служб в ЛВС с КП.

H. 323 определяет четыре основных компонента для конференцсистемы:

терминал; шлюз; устройство управления доступом (Gatekeeper, конференц-менеджер); блок управления многоточечными конференциями (MCU), который часто называют видеосервером.

Коммуникационный поток в H.323 состоит из видео, аудиосигналов, данных и сигналов управления. Общепринятыми стандартами для сжатия изображения при видеоконференциях являются JPEG, MPEG, H.261.

Организация обмена информацией в H.323. Общие положения.

Лекция 14. Видеоконференцсвязь на базе протокола SIP

При интеграции решения для видеоконференций в среду объединенных коммуникаций (Unified Communications, UC) на базе протокола SIP (Session Initiation Protocol) можно достичь выигрыша в открытости системы, ее гибкости и дружественности к пользователю.

Являясь протоколом из семейства IP, SIP работает на уровне приложений, обеспечивая построение и разрыв соединений, при этом автоматически определяется оптимальный режим взаимодействия.

Так, сигнальная информация от конечных устройств показывает, какие потоки данных (видео или только голос) они поддерживают и какие кодеки применяются. На основе полученной информации SIP устанавливает характеристики соединения, пригодные для всех задействованных устройств. Таким образом, реализуется совместное участие в аудио - и видеоконференциях систем с различным оснащением, а использование аудиоустройств не ограничивает качество для конечных систем HD.

Лекция 15. Организация потокового вещания

Из множества задач, выполняющихся посредством вычислительных сетей, можно выделить класс, который характеризуется необходимостью передачи данных с соблюдением следующих условий: данные должны передаваться непрерывно; непрерывный поток данных должен соответствовать возможностям пропускной способности сети.

Потоковая передача данных (streaming) – способ передачи данных малыми порциями (пакетами), причем каждая переданная порция может использоваться без того, чтобы ожидать окончания передачи всего файла.

Для потокового видео требуется непрерывный перенос информации в режиме реального времени. Поэтому были разработаны специальные протоколы, методы резервирования пропускной способности канала передачи и обеспечения требуемого уровня QoS, в критерии оценки которого входят требуемая скорость передачи, максимальная величина задержки пакетов, неравномерность трафика и т. д. (RTP, RTCP, RTSP, RSVP, MPLS и др.), а также способы экономии трафика (многоадресная рассылка).

Уровень QoS обеспечивается следующими методами: поддержкой заданной полосы пропускания канала связи; сокращением вероятности потерь пакетов данных; исключением или максимально возможным сокращением перегрузок сети; конфигурированием сетевого трафика; установкой коли - чественных характеристик трафика в сети.

3.3 Название, содержание и количество часов практических занятий:

1. Общая структура сети INTERNET. Стек протоколов TCP/IP – 2 часа.

2. Адресация в IP-сетях – 2 часа.

3. Принципы пакетной передачи речи. Виды соединений в сети IP-телефонии – 2 часа.

4. Построение сети на базе Н.323 – 2 часа.

5. 323. Классификация шлюзов IP-телефонии – 2 часа.

6. Сценарий установления соединения шлюзом без привратника – 2 часа.

7. Сценарий установления соединения шлюзом с привратником – 2 часа.

8. Протокол RAS – 2 часа.

9. Протокол управления соединениями Н.225.0 – 2 часа.

10. Управляющий канал Н.245 – 2 часа.

11. Построение сети на базе протокола SIP. Сообщения SIP – 2 часа.

12. Процесс установления соединения – 2 часа.

13. Передача речи по сетям IP. Кодеки, используемые в IP-телефонии – 2 часа.

14. Производительность мультисервисного узла доступа – 2 часа.

15. Основы потоковой передачи данных. Потоковое видео – 2 часа.

3.4 Название темы и количество часов СРО

5-таблица

№	Задания	К-во часов
1	Стандартизация IP-телефонии	3
2	Пакетные технологии как средство передачи речи	3
3	Протоколы сети Интернет	3
4	Интегрированное обслуживание – IntServ	3
5	Дифференцированное обслуживание разнотипного трафика – DiffServ	3
6	Построение сетей для реализации IP-телефонии по проекту компании Cisco Systems	3
7	Обеспечение безопасности в системах на базе стандарта Н. 323	3
8	Обеспечение безопасности IP-телефонии на базе VPN	3
9	Проект TIPHON	3
10	Системы биллинга и менеджмента пользователей IP-телефонии	3
11	Skype: бесплатные звонки через Интернет	3
12	Протоколы организации видеоконференцсвязи	3
13	Технология IPTV – новое поколение телевидения	3
14	Проектирование системы номеров для корпоративной телефонии	3
15	Организация корпоративной телефонной сети	3

3.5 Название темы и количество часов СРОП