Лекция 12. Три основных сценария IP-телефонии. IP-телефония на базе протоколов Н.323 и SIP

Рассмотрим три наиболее часто используемых сценария IP-телефонии:

– "компьютер – компьютер";

– "компьютер – телефон";

– "телефон – телефон".

Компоненты модели IP-телефонии по сценарию «компьютер-компьютер» показаны на рисунке 12.1.

Рисунок 12.1 – Сценарий IP-телефонии "компьютер – компьютер"

В этом сценарии аналоговые речевые сигналы от микрофона абонента А преобразуются в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), обычно при 8000 отсчетов/с, 8 битов/отсчет, в итоге – 64 Кбит/с. Отсчеты речевых данных в цифровой форме затем сжимаются кодирующим устройством для сокращения нужной для их передачи полосы в отношении 4:1, 8:1 или 10:1. Выходные данные после сжатия формируются в пакеты, к которым добавляются заголовки протоколов, после чего пакеты передаются через IP-сеть в систему IP-телефонии, обслуживающую абонента Б. Когда пакеты принимаются системой абонента Б, заголовки протокола удаляются, а сжатые речевые данные поступают в устройство, развертывающее их в первоначальную форму, после чего речевые данные снова преобразуются в аналоговую форму с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и попадают в телефон абонента Б.

Для обычного соединения между двумя абонентами системы IP-телефонии на каждом конце одновременно реализуют как функции передачи, так и функции приема. Под IP-сетью, изображенной на рисунке, подразумевается либо глобальная сеть Интернет, либо корпоративная сеть предприятия Intranet.

Следующий сценарий – «телефон – компьютер» – находит применение в разного рода справочно-информационных службах Интернет, в Call-центрах или в службах технической поддержки. Этот сценарий в ближайшие несколько лет будет, по всей вероятности, более активно востребован деловым сектором.

Рассмотрим две модификации этого сценария IP-телефонии:

– от компьютера (пользователя IP-сети) к телефону (абоненту ТфОП), в частности, в связи с предоставлением пользователям IP-сетей доступа к телефонным услугам, в том числе, к справочно-информационным услугам и к услугам Интеллектуальной сети;

– от абонента ТфОП к пользователю IP-сети с идентификацией вызываемой стороны на основе нумерации по Е.164 или IP-адресации.

В первой модификации сценария «компьютер – телефон» предполагается, что установление соединения инициирует пользователь IP-сети. Шлюз для взаимодействия сетей ТфОП и IP может быть реализован в отдельном устройстве или интегрирован в существующее оборудование ТфОП или IP-сети. В соответствии со второй модификацией сценария «компьютер – телефон» соединение устанавливается между пользователем IP-сети и абонентом ТфОП, но инициирует его создание абонент ТфОП.

Рассмотрим несколько подробнее пример. При попытке вызвать справочно-информационную службу, используя услуги пакетной телефонии и обычный телефон, на начальной фазе абонент А вызывает близлежащий шлюз IP-телефонии. От шлюза к абоненту А поступает запрос ввести номер, к которому должен быть направлен вызов (например, номер службы), и личный идентификационный номер (PIN) для аутентификации и последующего начисления платы, если это служба, вызов которой оплачивается вызывающим абонентом. Основываясь на вызываемом номере, шлюз определяет наиболее доступный путь к данной службе. Кроме того, шлюз активизирует свои функции кодирования и пакетизации речи, устанавливает контакт со службой, ведет мониторинг процесса обслуживания вызова и принимает информацию о состояниях этого процесса (например, занятость, посылка вызова, разъединение и т.п.) от исходящей стороны через протокол управления и сигнализации. Разъединение с любой стороны передается противоположной стороне по протоколу сигнализации и вызывает завершение установленных соединений и освобождение ресурсов шлюза для обслуживания следующего вызова. Для организации соединений от службы к абонентам используется аналогичная процедура.

Эффективность объединения услуг передачи речи и данных является основным стимулом использования IP-телефонии по сценариям «компьютер-компьютер» и «компьютер-телефон», не нанося при этом никакого ущерба интересам операторов традиционных телефонных сетей.

Сценарий «телефон – телефон» в значительной степени отличается от остальных сценариев IP-телефонии своей социальной значимостью, поскольку целью его применения является предоставление обычным абонентам ТфОП альтернативной возможности междугородной и международной телефонной связи. В этом режиме современная технология IP-телефонии предоставляет виртуальную телефонную линию через IP-доступ.

Поставщики услуг IP-телефонии предоставляют услуги «телефон – телефон» путём установки шлюзов IP-телефонии на входе и выходе IP-сетей. Абоненты подключаются к шлюзу поставщика через ТфОП, набирая специальный номер доступа. Абонент получает доступ к шлюзу, используя персональный идентификационный номер (PIN) или услугу идентификации номера вызывающего абонента (Calling Line Identification). После этого шлюз просит ввести телефонный номер вызываемого абонента, анализирует этот номер и определяет, какой шлюз имеет лучший доступ к нужному телефону. Как только между входным и выходным шлюзами устанавливается контакт, дальнейшее установление соединения к вызываемому абоненту выполняется выходным шлюзом через его местную телефонную сеть.

Построение сети на базе Н.323. На рисунке 12.2 представлена архитектура сети на базе рекомендации Н.323.

Рисунок 12.2 – Архитектура сети Н.323

Основными устройствами сети являются: терминал (Terminal), шлюз (Gateway), привратник (контроллер зоны, Gatekeeper) и устройство управления конференциями (Multipoint Control Unit – MCU).

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

Терминал включает в себя: элементы аудио (микрофон, акустические системы, система акустического эхоподавления); элементы видео (монитор, видеокамера); элементы сетевого интерфейса; интерфейс пользователя.

Основное назначение шлюза – преобразование речевой информации, поступающей со стороны ТФОП, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP. Кроме того, шлюз преобразует сигнальные сообщения систем сигнализации DSS1 и ОКС7 в сигнальные сообщения Н.323 и производит обратное преобразование в соответствии с рекомендацией ITU H.246.

Шлюз обеспечивает сжатие информации (голоса), конвертирование её в IP пакеты и направление в IP-сеть. С противоположной стороны шлюз осуществляет обратные действия. Большая часть функций шлюза в рамках архитектуры TCP/IP реализуются в процессах прикладного уровня.

В контроллере зоны (привратнике) сосредоточен весь интеллект сети IP-телефонии. Сеть, построенная в соответствии с рекомендацией Н.323, имеет зонную архитектуру (рисунок 12.3).

Рисунок 12.3 – Зона сети Н.323

Контроллер зоны выполняет функции управления одной зоной сети IP-телефонии, в которую входят: терминалы, шлюзы, устройства управления конференциями, зарегистрированные у одного контроллера зоны. Отдельные фрагменты зоны сети Н.323 могут быть территориально разнесены и соединяться друг с другом через маршрутизаторы. Наиболее важными функциями контроллера зоны являются: регистрация оконечных и других устройств; контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии при помощи сигнализации RAS; преобразование alias – адреса вызываемого пользователя (объявленного имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сетей с маршрутизацией пакетов IP (IP адрес + номер порта TCP); контроль, управление и резерви- рование пропускной способности сети; ретрансляция сигнальных сообщений Н.323 между терминалами.

Сервер управления конференциями (MCU) обеспечивает связь трех и более H.323-терминалов. Все терминалы, участвующие в конференции, устанавливают соединение с MCU. Сервер управляет ресурсами конференции, согласовывает возможности терминалов по обработке звука и видео, определяет аудио и видеопотоки, которые надо направлять по многим адресам.

Существует еще один элемент сети Н.323 – прокси-сервер Н.323, т. е. сервер-посредник. Этот сервер функционирует на прикладном уровне и может проверять пакеты с информацией, которой обмениваются два приложения. Прокси-сервер может определять, с каким приложением (Н.323 или другим) ассоциирован вызов, и осуществлять нужное соединение.

Сигнализация по стандарту Н.323. 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.

Протокол RAS (регистрация, доступ и состояние). Основными процедурами, выполняемыми оконечным оборудованием и привратником с помощью протокола RAS, являются: обнаружение привратника (Gatekeeper); регистрация оконечного оборудования у привратника; контроль доступа оконечного оборудования к сетевым ресурсам; определение местоположения оконечного оборудования в сети; изменение полосы пропускания в процессе обслуживания вызова; опрос и индикация текущего состояния оконечного оборудования; оповещение привратника об освобождении полосы пропускания, ранее занимавшейся оборудованием.

Передача сообщений RAS осуществляется в дейтаграммах UDP (протокол негарантированной доставки информации). В связи с этим ITU-T рекомендовал передавать повторно те сообщения RAS, получение которых не было подтверждено в течение установленного промежутка времени. Оконечное оборудование или привратник, не имеющие возможности в текущий момент времени ответить на полученный запрос, могут передавать сообщение RIP (Request in Progress) для индикации того, что запрос находится в стадии обработки. При приеме сообщения RIP привратник и оконечное оборудование должны перезапустить свои таймеры.

Протокол управления соединениями – Н.225. Процедуры управления соединениями в сетях Н.323 специфицированы Международным союзом электросвязи в рекомендации Н.225.0. Данные процедуры предусматривают использование в базовом процессе обслуживания вызова ряда сигнальных сообщений Q.931, причем должен быть реализован симметричный обмен сигнальными сообщениями в соответствии с приложением D к рекомендации Q.931. Это требование не распространяется на взаимодействие шлюза с сетью коммутации каналов.

Защищенный канал управления вызовом создается в сети IP на порте TCP 1720. Этот порт инициализирует сообщения управления вызовом Q.931 между двумя конечными точками для установки, поддержки и завершения вызова.

Протокол Н.225 позволяет также использовать сообщения Q.932 для дополнительных служб.

Протокол управления логическими каналами – Н.245 (управление ресур-

сами и транспорт). Протокол Н.245 транспортирует сквозные управляющие сообщения между объектами Н.323. Процедуры Н.245 устанавливают логи- ческие каналы для передачи звука, видео, данных и управляющей информации канала. Для каждого вызова конечная точка создает один канал Н.245 к противоположной конечной точке. По завершении обмена сигнальными сообщениями вызова создается защищенный канал управления в сети IP, использующий динамически присвоенный порт TCP.

По этим каналом управления осуществляется обмен информацией о возможностях, открытие и закрытие логических каналов, обмен информацией о предпочтительных режимах, а также обмен управляющими сообщениями.

Если используется контроллер зоны, то можно управлять маршрутизацией канала двумя способами: прямое управление Н.245, осуществляемое непосредственно между двумя конечными точками; управление маршрутизацией Н.245 с использованием контроллера зоны, осуществляемое конечными точками через их контроллер зоны.

Сеть на базе протокола SIP. SIP представляет собой текстово-ориен- тированный 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 может быть использован совместно с протоколом Н.323. Возможно также взаимодействие протокола SIP с системами сигнализации ТфОП – DSS1 и ОКС7.

Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. В качестве транспорта могут использоваться протоколы Х.25, Frame Relay, AAL5/ATM, IPX и др. Структура сообщений SIP не зависит от выбранной транспортной технологии. Но, в то же время, предпочтение отдается технологии маршрутизации пакетов IP и протоколу UDP. При этом, правда, необходимо создать дополнительные механизмы для надежной доставки сигнальной информации. К таким механизмам относятся повторная передача информации при ее потере, подтверждение приема и др.

В протоколе SIP не реализованы механизмы управления потоками информации и предоставления гарантированного качества обслуживания. Кроме того, протокол SIP не предназначен для передачи пользовательской информации, в его сообщениях может переноситься информация лишь ограниченного объема. При переносе через сеть слишком большого сообщения SIP не исключена его фрагментация на уровне IP, что может повлиять на качество передачи информации.

Протокол SIP использует адрес, подобный адресу электронной почты. SIP-адреса бывают четырех типов:

– имя@домен;

– имя@хост,

– имя@IР-адрес;

– № телефона@шлюз.

Таким образом, адрес состоит из двух частей. Первая часть – это имя пользователя, зарегистрированного в домене или на рабочей станции. Если вторая часть адреса идентифицирует какой-либо шлюз, то в первой указывается телефонный номер абонента. Во второй части адреса указывается имя домена, рабочей станции или шлюза.

Функции, поддерживаемые протоколом SIP: положение пользователя; возможности пользователя; доступность пользователя; установка сеансов; обработка сеанса. Протокол SIP позволяет модифицировать, передавать и завершать активный сеанс.

Сеть SIP содержит основные элементы трех видов: агенты пользователя, прокси-серверы и серверы переадресации (рисунок 12.4).

Агенты пользователя (User Agent или SIP client) являются приложениями терминального оборудования и включают в себя две составляющие: агент пользователя – клиент (User Agent Client – UAC) и агент пользователя – сервер (User Agent Server – UAS), иначе известные как клиент и сервер соответ- ственно. Клиент UAC инициирует SIP-запросы, т. е. выступает в качестве вызывающей стороны. Сервер UAS принимает запросы и возвращает ответы, т.е. выступает в качестве вызываемой стороны. Агент пользователя обладает фиксацией состояния, т. е. способен хранить состояние сеанса или диалога.

Рисунок 12.4 – Пример сети на базе протокола SIP

Прокси-сервер – промежуточный объект в сети SIP, который отвечает за перенаправление запросов SIP целевому агенту UAS или другому прокси-серверу от имени агента UAC. Но в первую очередь прокси-сервер осуществляет маршрутизация в сети SIP.

SIP является протоколом прикладного уровня и предназначается для организации, модификации и завершения сеансов связи: мультимедийных конференций, телефонных соединений и распределения мультимедийной информации. Здесь же следует отметить то, что сигнальные сообщения могут переноситься не только протоколом транспортного уровня UDP, но и протоколом TCP. Протокол UDP позволяет быстрее, чем TCP, доставлять сигнальную информацию (даже с учетом повторной передачи неподтвержденных сообщений), а также вести параллельный поиск местоположения пользователей и передавать приглашения к участию в сеансе связи в режиме многоадресной рассылки.

Основная литература: 2[808 – 811]

Дополнительная литература: 6[215 – 233]

Контрольные вопросы:

1. Какие основные сценарии организации IP-телефонии вы знаете?

2. Какие элементы входят в архитектуру сети на базе рекомендации Н.323?

3. Какие протоколы включает в себя семейство Н.323?

4. Что представляет собой сеть на базе протокола SIP?

5. В чем отличие протоколов Н.323 и SIP?