Принцип работы IP-телефонии (стр. 2 )

Рисунок 2 - Модель взаимодействия открытых систем (OSI)

Для реализации передачи трафика в режиме реального времени в Интернет-сети, обычно применяется протокол UDP, поверх которого работает протокол доставки информации в реальном времени RTP.

Использование в качестве транспортного протокола TCP-протокол в данном случае невозможно по нескольким причинам:

TCP предусматривает повторную передачу потерянных сегментов, прибывающих, когда приложение реального времени уже их не ждет; Этот протокол позволяет установить соединение только между двумя конечными точками, следовательно, он не подходит для многоадресной передачи; TCP не имеет удобного механизма привязки информации о синхронизации к сегментам - дополнительное требование приложений реального времени.[1]

RTP – это протокол транспортного уровня, ориентированный на поток данных в реальном времени. Заголовок содержит информацию о порядке следования пакетов, чтобы поток данных был правильно собран на принимающей стороне, и временную метку для правильного чередования кадров при воспроизведении и для синхронизации нескольких потоков данных, например, аудио и видео. И для передачи каждого типа трафика независимо от другого спецификацией протокола вводится понятие сеанса связи RTP. Сеанс определяется конкретной парой транспортных адресов назначения, тоесть один сетевой адрес и два порта для RTP и RTCP. Так, для видеоконференции необходимо аудио и видео передавать в разных сеансах ссоответственно разными портами назначения.

Никакого непосредственногосоединения на уровне RTP между аудио и видео-сеансами связи не имеется, за исключением того, что пользователь, участвующий в обоих сеансах, должен использовать одно и то же каноническое имя в RTCP пакетах дляобоих сеансов так, чтобы сеансы могли быть связаны. Несмотря на разделение, синхронное воспроизведение мультимедийных данных источника (звука и видео) может быть достигнуто при использовании информации таймера (из поля, где указывается значение таймера), которое переносится в пакетах RTCP для обоих сеансов.[2]

1.2 Принцип работы IP-телефонии

В процессе реализации звонкаречевой сигнал преобразуется в сжатый пакет данных с помощью различных кодеков. Далее идетпересылка данных поверх сетей с коммутацией пакетов (частный случай – IP-сеть). При достижении пакетами получателя, они декодируются, и в результате на стороне приема воспроизводится аналоговый сигнал. Эти процессы возможны благодаря большому количеству вспомогательных протоколов, обговоренных ранее.

С помощью протоколов передачи данных осуществляется качественная пересылка информационными пакетами между двумя точками и за счет чего позволяет двум абонентам понимать другу друга.

Кратко разбирая принципы работы двух систем телефонии, выделим преимущества и недостатки IP-телефонии.

В стандартной телефонии подключение происходит путем взаимодействия телефонной станции и абонентов, решивших установить голосовую связь, а сам разговор устанавливается за счет того, что абонент подключен к той или иной сети телефонной линии (см. Рисунок 3). Данное подключение требует постоянного обслуживания, что влечет за собой дополнительные расходы на зарплату сотрудников и оборудование.

В самом же терминале, оснащенном микрофоном, телефоном и программно-аппаратными средствами мультимедиа и имеющему выход в сеть Интернет, происходит процесс кодирования речи:

– АЦП (аналого-цифровое преобразование) сигналов, поступающих от микрофона;

– компрессия сигнала (сужение полосы пропускания).

Рисунок 3 – Две линии связи IP и ТФОП

Данные преобразования происходят в кодеках, которые обеспечивают скорость передачи речи от 1.2 до 64 Кбит/c.

Чтобы пакет сформировался, необходимо накопить определенный объем данных, к которым добавляется служебная информация для передачи данных и их корректного приема с возможностью исправить ошибки.

В процессе  осуществления телефонного разговора (см. Рисунок 3) присутствуют сети с коммутацией каналов и сети с коммутацией пакетов. Преобразование входного сигнала из сети с коммутацией пакетов в сигнал временного мультиплексирования осуществляется в оборудовании медиа шлюза (см. Рисунок 4).  В процессе декодирования  не осуществляется цифро-аналоговое преобразование.

Рисунок 4 – Процесс передачи данных из сети коммутацией пакетов в сеть с коммутацией каналов

Рисунок 5 – Процесс передачи данных в сети с коммутацией пакетов

При использовании двух сетей с коммутацией пакетов (в соответствии с Рисунком 5), IP-телефония не нуждается в подключении к телефонной линии связи, и весь объем данных будет проходить по каналу Интернет-сети (см. Рисунок 6). И преобразование цифрового сигнала ваналоговый будет осуществляться в устройстве декодирования речи.

Таким образом, имея под рукой лишьустройство (телефон/ПК),с установленным в негоSoftphones-приложением, сеанс связи будет реализован посредством сети Интернет, где пакеты данных с речевой информацией будут проходить собственный путь, находя маршрут до адреса назначения.[2]

Рисунок 6 – Две линии связи с одним коммутатором

При реализации передачи данных с маршрутизацией до определенной сети, используется зарезервированныйIP-адрес сети (например: 192.168.0.0).

Также присутствует такое понятие, как Маска сети. Она определяет общее число адресов в сети. Записывается количеством бит (8 бит = 256 адресов) или в десятичном виде байтовой записи (255.255.255.0).

Введение адреса сети упростило решение проблемы маршрутизации, но не  до конца (например, в больших локальных сетях). Поэтому большую IP-сеть разбивают на несколько подсетей, присвоив каждой из них свой адрес.

Подсети – это отдельные внутренние, самостоятельно функционирующие части сети, имеющие свой идентификатор. Для адреса подсети, в IP-адресе, выделяется пространство из адреса узла. Для определения адреса сети и подсети используется маска подсети.

Адрес сети: 192.168.0.0  11000000.10101000.00000000.00000000

Сетевая маска: 255.255.254.0 = 23  11111111.11111111.11111110.00000000

Сеть: 192.168.0.0/23  11000000.10101000.00000000.00000000

Минимальный IP: 192.168.0.1  (11000000.10101000.00000000.00000001);

Максимальный IP: 192.168.1.254  (11000000.10101000.00000001.11111110);

Broadcast1: 192.168.1.255  11000000.10101000.00000001.11111111

Исходя из этого, можно выяснить, что адреса 0 и 255 имеют специальное назначение. Также как IP-адрес первый октет которого равен 127. Он в свою очередь применяется для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одного терминала[3].

IP-адреса делятся на классы, в соответствии с Таблицей 3.

Таблица 3 – Классы IP-адресов

Класс	A («огромные» сети)	B «средние» сети)	C («маленькие сети»)	D (Multicast-сети)	E (Экспериментальные)
Первые биты	0	10	110	1110	1111
Количество адресов	16 387 064	64 516	254	Групповой адрес	Зарезервировано
Вид адреса хостов	125.*.*.*	136.12.*.*	195.136.12.*
Маска сети	255.0.0.0	255.255.0.0	255.255.255.0
Промежуток адресов	1-126	128.0-191.255	192.0.0-255.254.255	224-239	240-250

1.3 Технология H.323

Для построения сетей IP-телефонии первой стала рекомендация H.323 организации ITU-T.

Так как Международный союз электросвязи занимается проблемами телефонных сетей, предложенная рекомендация в большей степени была ориентирована на передачутелефонного трафика по сети с коммутацией пакетов. Сети, построенные на базепротоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями. В частности, процедура установления соединения в таких сетях IP-телефонии базируется нарекомендации ITU-Т Q.931 и практически идентична той же процедуре в сетях ISDN (Цифровая Сеть с Интеграцией Служб). Рекомендация H.323 предусматривает применение разнообразныхалгоритмов сжатия речевой информации, что позволяет использовать полосу пропусканияболее эффективно, чем в сетях с коммутацией каналов.

Основными устройствами сети являются: терминал, шлюз, контроллер зоны иустройство управления конференциями. Необходимо отметить, что в отличии от устройствТфОП, устройства Н.323 не имеют жестко закрепленного места в сети. Устройстваподключаются в любую точку IP-сети. Однако при этом сеть Н.323 разбивается на зоны, где каждой из них управляет контроллере зоны.

1.3.1 Устройства сети

Терминал H.323– это оконечное устройство сети IP-телефонии, обеспечивающеедвухстороннюю речевую или мультимедийную связь с другим терминалом, шлюзом илиустройством управления конференциями (см. Рисунок 7).

Рисунок 7 – H.323 терминалы в сети с коммутацией пакетов

Рисунок 8 – Конфигурация терминала H.323

Пользовательский интерфейс управления системой дает пользователювозможность создавать и принимать вызовы, а также конфигурировать систему иконтролировать ее работу.

Модуль управления поддерживает три вида сигнализации (H.225, Н.245 и RAS),обеспечивает регистрацию терминала у контроллера зоны, установление и завершениесоединения, обмен информацией, необходимой для открытия разговорных каналов, предоставление дополнительных услуг и техобслуживание.

Телематические приложения обеспечивают передачу пользовательских данных, неподвижных изображений и файлов, доступ к базам данных и т. п. Стандартным протоколом для поддержки таких приложений является протокол Т.120.