Исследование оборудования для IP-телефонии
Теория
IP-телефония или VoIP (Voice over IP) – это технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую IP-сеть в качестве средства организации и ведения телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени. Используя Интернет, можно обмениваться цифровой информацией. Следовательно, тех-нически возможно оцифровать звук или факсимильное сообщение и переслать его аналогично тому, как пересылаются цифровые данные. В этом смысле IP-телефония использует Интернет (или любую другую IP-сеть) для пересылки голосовых или факсимильных сообщений между двумя пользователями компьютера в режиме реального времени.
Общий принцип действия телефонных серверов IP-телефонии:
С одной стороны сервер связан с телефонными линиями и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны сервер связан с Интернет и может связаться с любым компьютером в мире. Сервер принимает стандартный телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой ), сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через Интернет по назначению с использованием протокола Интернет (TCP/IP). Для пакетов, приходящих из сети на телефонный сервер и уходящих в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке. Обе составляющие операции (вход сигнала в телефонную сеть и его выход из телефонной сети) происходят практически одновременно, что позволяет обеспечить полнодуплексный (т. е., двунаправ-ленный) разговор.
Интернет 
ТфОП
VoIP-шлюз
Отметим преимущества IP-телефонии
Экономия средств
Меньшая стоимость междугородних и международных звонков.
Меньшие затраты на инвестиции в оборудование. Интеграция голосовых сетей с сетями передачи данных.
- Универсальность
Речь может быть преобразована в IP-пакеты в любой точке сетевой инфраструктуры: на магистрали сети оператора, в корпоративной сети или непосредственно в терминале поль-зователя
- Открытая архитектура
Общие стандарты: H.323, MGCP, SIP.
В виду острой конкуренции цены на услуги постоянно сни-жаются
- Экономия полосы пропускания
Эффективное использование полосы пропускания от 5,3 до 8 Кбит/с по сравнению с 64 Кбит/с для традиционной телефо-нии.
Особенности передачи голоса по IP. Эхо
Вызывает затруднения при разговоре. Говорящий слышит с определенной задержкой свой собственный голос.
Электрическое эхо – сигналы прямого и обратного сигнала, передаваемого по двухпроводной линии полностью не разделяются и возникает частичное отражение сигналов в системе разделения сигналов разных направлений.
Акустическое эхо возникает при использовании громкого-ворящей связи.
Эхозаградители – отключение канала передачи при наличии активности в канале прием.
Эхокомпенсаторы – более сложное устройство, вычитающее смоделированный эхосигнал из принимаемого сигнала.
Особенности передачи голоса по IP. Задержки
ITU-T в рекомендации G.114 определил требования к качеству передачи речи. Хорошее качество – сквозная задержка не превышает 150мс.
− Влияние сети
Чем больше сетевого оборудования в маршруте тем больше время запаздывания пакета и тем больше вариация этого времени (джиттер).
− Влияние операционной системы
Soft-phones – Windows, Unix
IP-phones, Gateway – операционные системы реального времени.
− Влияние джиттер-буфера
Используется для компенсации джиттера.
− Влияние кодека и размера пакета
Время на формирование пакета.
Принципы кодирования речи
Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровую форму называется анализом или цифровым кодированием речи, обратный процесс – синтез или декодирование речи.
Цель – получить такую цифровую последовательность, которая требует минимальной скорости передачи и из которой декодер может восстановить исходный речевой сигнал с минимальными искажениями.
При преобразовании аналогового сигнала в цифровую
форму используются 2 метода:
Дискретизация − дискретные во времени отсчеты амплитуды
Диапазон речевого сигнала ограничен 0,3-3,4 кГц. Частота дискретизации 8 кГц.
Квантование − дискретизация полученных отсчетов – 8 бит. Пропускная способность для одного голосового канала 8000 отсчетов/c * 8 бит = 64 Кбит/c.
Физические интерфейсы
FXS (Foreign eXchange Station)
Двухпроводная абонентская линия с интерфейсным разъемом RJ-11. Используется для подключения конечного пользователя с телефонным аппаратом. Подает на телефонный аппарат необходимое напряжение, генерирует звонки и тональные сигналы, воспринимает положение трубки (снята/положена) и набор номера от телефонного аппарата.
FXO (Foreign eXchange Office)
Интерфейс, используемый для эмуляции телефонного аппарата, подключенного к АТС. В качестве интерфейсного разъёма используется розетка RJ-11. Использует подаваемое АТС напряжение, воспринимает звонки и тональные сигналы. Эмулирует положение телефонной трубки (снята/положена) и генерирует набор номера для АТС.
E&M
Система стандартных сигналов для соединения локальных АТС через ТФОП. Использует интерфейс с восьмью проводами, из которых для передачи контрольных и информационных сигналов могут быть задействованы четыре провода, а оставшиеся одна или две пары используются для голоса. В зависимости от количества пар для голоса и методов передачи сигнализации различают E&M типов I, II, III, V.
E1
Европейский стандарт для цифровых линий связи, состоящих из 30 каналов по 64 Кбит/c каждый (используются в телефонии в качестве голосовых каналов), кроме того, используется отдельный канал для синхронизации и отдельный канал для передачи управляющих сигналов. E1 стандартизован ITU-T.
Протоколы передачи данных
RTP (Real Time Protocol) – базовый протокол для всех приложений, связанных с интерактивной передачей мульти-медийных данных по IP-сети. Главная функция RTP – вычисление средней задержки набора принятых пакетов и их выдача пользовательскому приложению с постоянной задерж-кой, равной среднему значению.
Речь и видеоинформация чувствительны к задержкам, но менее чувствительны к потерям отдельных пакетов. Поэтому, в качестве транспортного протокола используется UDP, т. к. механизмы контроля доставки и повторной передачи пакетов, обеспечиваемые TCP, не подходят для передачи голосовых данных и видеоинформации.
Для IP-телефонии разработан целый ряд протоколов, которые содержат положения, относящиеся к передачи речи по IP-сетям и к сигнализации для IP-телефонии. Наиболее распространенные на сегодня протоколы − это H.323, SIP, MGSP. Сравнение названных протоколов приведено в табл. 3.
Таблица 3 | |||
SIP | H.323 | MGCP | |
Архитектура | Клиент- | Клиент- | Клиент- |
сервер | сервер | ||
сервер | |||
точка-точка | точка-точка | ||
Сложность | Низкая | Высокая | Высокая |
Возможности | Простые | Полные | Частичные |
Масштабируемость | Хорошая | Плохая | Средняя |
Интернет | Да | Нет | Нет |
SS7-совместимость | Плохая | Плохая | Хорошая |
Стоимость | Низкая | Высокая | Средняя |
В лабораторной работе будет использовано следующие оборудование:
Шлюз VoIP DG-102SH
- 2 или 4 порта Foreign Exchange Subscriber (FXS) RJ-11.
- Два порта 10/100BASE-TX RJ-45 (WAN & LAN). Поддержка стандарта H.323 v2 (DG-102SH и DG-104SH), SIP (DG-102SS) или MGCP (DG-102S и DG-104S). Поддержка протокола передачи факсов T.38. Компрессия голоса: G.711, G.723.1, G.729a. Обеспечения качества звука: QoS, "подавление
- Поддержка NAT.
- DHCP Server/Client. Управление на основе Web, Telnet, SNMP и локально через консоль RS-232. Функция Life Line – DG-102.
IP-телефон DPH-100
- Два порта 10/100BASE-TX RJ-45:
для подключения к ЛВС и к ПК.
- Протоколы: H.323 v2/ MGCP.
- Сжатие голоса: G.711, G.723.1, G.729a/G.729ab. Подавление эха: G.165. Большая жидкокристаллическая панель (2 линии по 16 символов). Поддержка QoS. DHCP Client. Настройка с помощью подсказок с жидкокристал-лической панели. Удаленная загрузка/обновление встроенного прог-раммммного обеспечения. Управление на основе Web.
Выполнение лабораторной работы
Цель:
Ознакомиться с работой оборудования IP-телефонии
Шаг 1. Назначить IP-адрес DG-102 SH
Шаг 2. Настройка режима работы с гейткипером
Шаг 3. Настройка телефонных номеров
Шаг 4. Настройка префиксов
Шаг 5. Проверка ATPM-таблицы |
|
Видеоконференция c IP-видеофоном DLINK DVC-1000 i2eyeTM
Теория
Характеристики:
Стандарты:
- IEEE802.3 10BASE-T Ethernet;
- ITU H.323 - IP-соединение;
- QoS-приоритезация IP-пакетов;
- количество Ethernet портов: 1.
Параметры видео:
- передача видео: H.263;
- разрешение 352х288 pix (разрешение обычного TV) до 30 кадров / с;
- автоматическая регулировка яркости и конт-растности;
- ручная регулировка фокуса.
Параметры аудио:
- сжатие звука: кодеки G.711 и G.723;
- приглушение эффекта эха;
- используемая полоса пропускания: от 96 до 512
kbps.
Возможности DVC-1000
DVC-1000 подключается непосредственно к телевизору, на который выводится изображение, и к сети Интернет. Фактически, IP-видеофон − это комбинация вэбкамеры, видеокарты с TV-out и шлюза IP-телефонии (VoIP). Этот видеофон самодостаточен и не требует дополнительных устройств.
Минимальная полоса пропускания, необходимая для "видеозвонков" − 96 kbps, рекомендуемая − не ниже 128 kbps, хотя максимальная полоса пропускания используемая i2eye − 512 kbps, уже на скорости 256 kbps изображение практически неотличимо от обычной ТВ-картинки.
Достоинством DVC-1000 также является возможность звонить по привычным нам телефонным номерам типа (8634) 310-311. Номер себе вы выбираете сами при первом вклю-чении. Если номер уже занят, вам придется ввести новый. Регистрация "видеофонных" номеров осуществляется на специальном gatekeeper / LDAP сервисе DLINK. Вы можете использовать i2eye для звонков по локальной сети или через Интернет, не подключаясь к сервисам DLINK (они бесплатны, во всяком случае пока), но в этом случае в качестве номера абонента будет выступать его IP-адрес. Осуществлять звонок по IP-адресу вы можете не только на видеофоны i2eye, но и на другие устройства VoIP или на компьютеры с установленной программой NetMeeting.
Цель:
Научиться настраивать видеоконференцию с помощью двух видеофонов DVC-1000.
Выполнение лабораторной работы
Шаг 1. Установить DVC-1000
Чтобы подключить видеофон к ПК, необходимо наличие TV-тюнера.
Ниже приведен внешний вид задней панели устройства. Видеофон i2eye имеет следующие разъемы:
- разъем питания;
- разъем RJ-45 (10Base-T) для подключения к сети Ethernet или xDSL / кабельному модему;
- разъем для подключения внешнего микрофона;
- разъем RJ-11 для подключения телефона (обыч-ного или радио);
- компонентный аудио - видеовыход для под-ключения к ПК через TV-тюнер или к телевизору.
Внимание! Подключать внешний микрофон можно только при выключенном питании DVC-1000, о чем написано большими красными буквами на руководстве пользователя и специальной вкладке.
Шаг 2. Настройка видеофона DVC-1000
При первом включении i2eye мы увидели следующее приветствие:
Можно ознакомиться с написанным и смело жать NEXT.
Меню "Personal Information"
В этом меню нужно ввести информацию о себе: ваше имя, код города и номер "Интернет-телефона". Вы можете использовать в качестве "Интернет-телефона" тот же номер, который является номером вашего домашнего или рабочего телефона.
Меню "Network Address"
Рекомендуется поставить галочку напротив "Automatically obtain IP address", если вы получаете IP-адрес автоматически от DHCP-сервера. Мы так и сделали, и ничего больше, кроме скорости подключения, настраивать нам не пришлось.
Если IP-адрес не присваивается автоматически, введите ваш IP-адрес, маску подсети и адрес шлюза. Поле "host-name" не является обязательным.
Меню "Network Speed"
Выберите тип вашего подключения к Интернет из списка. Доступны следующие предустановленные варианты:
- Кабельный модем: send 112 kbps, receive 512 kbps.
- DSL модем: send 96 kbps, receive 96 kbps.
- T1 подключение: send 512 kbps, receive 512 kbps.
После перезагрузки видеофона в меню "Сетевые под-ключения − Адрес " можно увидеть присвоенный ему DHCP-сервером IP-адрес.
Шаг 3. Открыть необходимые для работы i2eye порты на маршрутизаторе
В нашей лаборатории в качестве маршрутизатора установлен Интернет-шлюз со встроенным Firewall DLINK DFL-600.
Процесс настройки:
На вкладке Firewall -> Service -> Custom нажать кнопку
New и создать новый сервис, назовем его i2eye.
Настраиваем переадресацию портов, необходимых для работы видеофона TCP порт 1720, UDP&TCP порты 15328-15333.
Далее, перейдя во вкладку Firewall -> Port Forward,
присваиваем созданный сервис i2eye IP-адресу видеофона и перезагружаем маршрутизатор.
На этом настройка оборудования была закончена. Такие же действия были произведены в удаленном офисе.
Шаг 4. «Звоним»
Вызов абонента осуществляется по его номеру или по IP-
адресу. Удобная записная книга позволит ускорить вызов абонентов. Ответить на входящий звонок вы можете, подняв трубку подключенного к i2eye телефона или нажав клавишу на пульте ДУ. Все удобно и не требует привыкания.
Cвязь установлена. Можно выбрать один из трех форматов отображения: полноэкранный, картинка в картинке, картинка в картинке + служебная информация. Качество изображения при скорости 256 Кбит/c неотличимо от обычной ТВ-картинки, разве что при очень быстрых перемещениях объекта наблюдается некоторое "торможение". Преимущества использования обычного ТВ в качестве монитора − налицо. Мало кто использует мониторы диагональю 21 -25 и более дюймов, а телевизоры такого формата − самые распростра-ненные.
Режим «картинка в картинке» очень удобен − можно видеть на большем экране собеседника и в углу − себя (чтобы случайно не «выпасть» из кадра). Нажатием на кнопку на пульте ДУ можно поменять экраны − в большем окажетесь вы, а в меньшем − ваш собеседник.
Совместимость
DLINK DVC-1000 работает по протоколу H.323 и совместимо с любым оборудованием и даже софтом, работающим по тому же протоколу. В частности, i2eye совместим с NetMeeting, и удаленный абонент может не иметь такого же видеофона, как ваш, а работать на компьютере, оснащенным вэбкамерой и вышеупомянутой программой. Мы провели небольшой тест, правда, внутри нашей локальной сети, связав видеофон i2eye с компьютером, оборудованным вебкамерой (DLINK DU-C300). Проблем с настройкой NetMeeting не возникло, собственно говоря, настройка практически и не потребовалась. Звонки осуществлялись как с i2eye на NetMeeting, так и в обратном направлении, по IP-адресу.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Предлагаемое руководство рассматривает важнейшую составляющую современных автоматизированных систем об-работки информации и управления − телекоммуникационные системы, точнее их коммуникационные компоненты. За время своего развития коммутационные устройства сетевого оборудования значительно видоизменились и усовершенство-вались. Комплекс лабораторных работ, представленный в данном руководстве и поставленный на кафедре САиТ, базируется на современном сетевом и телекоммуникацион-ном (средства IP-телефонии и видеоконференций) оборудова-
нии D-Link.
Руководство систематизирует сведения о современных коммутаторах D-Link, а также содержит примеры их приме-нения для создания элементов автоматизированных систем обработки информации и управления.
Поддерживаемый данным руководством комплекс лабора-торных работ развивает у студентов навыки исследова-тельской работы в области проектирования сложных систем автоматизированной обработки информации и управления, а
Контрольные вопросы
Сетевая модель OSI. Определение. Описать уровни. Отличие физической адресации от логической адресации. Кадр. Формат кадра Ethernet. Виды и группы коммутаторов. Основные отличия. Типы интерфейсов коммутаторов (GBIC, SF, SFP+, XFP). Понятие и функции коммутирующей матрицы. Архитектура коммутирующих матриц. Характеристики, влияющие на производительность коммутаторов. Классификация коммутаторов по возможности управления (неуправляемые, управляемые, настраиваемые). Средства управления коммутаторами. Понятие виртуальной локальной сети. Типы VLAN. Коммутаторы. Маркированные и немаркированные порты. Коммутаторы. Статические и динамические VLAN. Протокол GVRP (GARP VLAN Registration Protocol). Понятие и назначение Коммутаторы. Отличие функции Port-based Q-in-Q от Selective Q-in-Q. Коммутаторы. Сегментация трафика. Где применяется, основные преимущества. Сети. Разновидности проводной связи (витая пара, оптическое волокно). Преимущество и недостатки. Сети. Понятие Ethernet. История развития. Виды технологий Ethernet. Оборудование для проводных сетей Ethernet. Сетевой коммутатор, маршрутизатор, межсетевой экран. Определение и отличия. Беспроводные технологии компьютерных сетей. Wi-Fi. Стандарты, характеристики. Режимы работы устройств Wi-Fi. (Access Point, AP-client, AD-Hoc, Bridge, Repeater, WDS). Методы увеличения производительности сетей Wi-Fi. Использование технологии MIMO и Super-G. Принцип работы. Основные отличия.