НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - IP-телефонія

IP-телефонія

3

IP-телефонія

Що таке телефонія знає не тільки кожна доросла людина, але навіть будь-яка дитина. Істотно меншу кількість людей можуть тямущо пояснити, що таке Інтернет. І вже зовсім небагато знають, що ховається під терміном «Інтернет-телефонія». Хоча зрозуміло, що з погляду словотворення, новий термін вийшов шляхом з'єднання двох старих: «Інтернет» і «телефонія». Звідси слідує достатньо просте визначення Інтернет-телефонії (Інтернет-телефонії, як часто пишуть останнім часом) - це технологія передачі телефонних мовних повідомлень по сіті Інтернет.

Робота пристроїв в сіті Інтернет здійснюється з використанням спеціального Інтернет-протоколу (Internet Protoсol - IP). В даний час протокол IP-використовується не тільки в сіті Інтернет, але і в інших сітях передачі даних з пакетною комутацією (локальних, корпоративних, регіональних і ін.). І у всіх цих сітях, у принципі, є можливість передавати мовні повідомлення з використанням пакетів даних. Такий спосіб передачі мови і отримав назву IP-телефонія (транскрип. «Айпі-телефонія»). За кордоном звичайно вживається абревіатура VoIP-Voict over IP, хоча часто використовують більш вузький термін «Інтернет-телефонія».

Інтерес різних суб'єктів ранка телекомунікаційних послуг (операторів зв'язку, провайдерів Інтернет, виробників устаткування і користувачів) до даного виду зв'язку надзвичайно зріс останніми роками у зв'язку з розробкою нових стандартів і протоколів, коли IP-телефонна розмова впритул наблизилася за якістю до телефонної розмови по «класичних телефонних сітях». Цей інтерес пояснюється тим, що IP-телефонія дозволяє істотно економити необхідну смугу пропускання каналів, що неминуче веде до зниження тарифів, особливо на міжміські і міжнародні телефонні розмови.

Великі темпи зростання об'єму трафіку IP-телефонії за останні роки (150-200%), його частка в США складає близько одного відсотка від трафіку класичної телефонії, а у всьому світі і того менше. Навіть обліком всіх оптимістичних прогнозів оператори сітей зв'язку і в перспективі одержуватимуть основний прибуток від надання послуг телефонних сітей з комунікацією каналів.

IP-телефонія - не панацея для вирішення всіх комунікаційних проблем. Але в той же час її використовування дозволяє пропонувати користувачам абсолютно нові, можливі для традиційної телефонії сервіси і додатки. Та і сам чинник економії витрат на телефонний зв'язок грає не останню роль навіть з урахуванням більш низького, але прийнятного, якості передачі розмови. Все це говорить про те, що технологія IP-телефонії за великим рахунком вигідна всім: і користувачам, і операторам сітей, і виробникам устаткування.

В міжнародних організаціях і форумах йде безперервна розробка нових стандартів і протоколів, пов'язаних з передачею мови по сітях з пакетною комутацією. Виробники апаратного і програмного забезпечення регулярно представляють на ринок свої нові продукти. За останні рік-півтора рідкісний номер вітчизняних комунікаційних журналів обходиться без статті, що зачіпає технологію IP-телефонії. За рубежем видано декілька монографій, присвячених даній тематиці, в сіті Інтернет є величезна кількість сайтів, що містять інформацію по IP-телефонії. Все це говорить про перспективність даної технології.

В Росії дотепер не видано жодної монографії, присвяченої технології IP-телефонії. В цих умовах автори поставили перед собою задачу узагальнення і систематизації інформації з даної тематики. Трудність її рішення обумовлена, з одного боку, величезним об'ємом наявних нормативних, технічних і аналітичних матеріалів, а з другого боку, - термінологією, швидкою зміною технічних рішень і безперервною появою нових промислових розробок, що не встояла.

Мережа Інтернет і протокол IP

Точне визначення терміну «Інтернет» було дано в 1995 г. жовтні. федеральною Мережною Радою США (FNC або Federal Networking Counsil).

Творці технології Інтернет виходили з двох основоположних міркувань:

- неможливо створити єдину фізичну сіть, яка дозволить задовольнити потреби всіх користувачів;

- користувачам потрібен універсальний спосіб для встановлення з'єднань один з одним.

Для з'єднання двох і більш сітей в сіті Інтернет використовуються маршрутизатори (routers) - комп'ютери, які фізично сполучають сіті один з одним і за допомогою спеціального програмного забезпечення передають пакети з однієї сіті в іншу.

Технологія Інтернет не нав'язує якійсь певній топології міжмережевих з'єднань. Додавання нової сіті до сіті Інтернет не спричиняє за собою її під'єднування до деякої центральної точки комутації або установки безпосередніх фізичних з'єднань зі всіма вже що входять в сіть Інтернет сітями. Маршрутизатор «знає» топологію сіті Інтернет за межами тих фізичних сітей, які він сполучає, і, ґрунтуючись на адресі сіті призначення, передає пакет по тому або іншому маршруту. В сіті Інтернет використовуються універсальні ідентифікатори приєднаних до неї комп'ютерів (адреси), тому будь-які дві машини мають нагоду взаємодіяти один з одним. В Інтернеті також повинен бути реалізований принцип незалежності призначеного для користувача інтерфейсу від фізичної сіті, тобто повинна існувати безліч способів встановлення з'єднань і передачі даних, однакових для всіх фізичних мережних технологій.

Сіть Інтернет приховує деталі з'єднань сітей між собою, тому з погляду кінцевих користувачів і по відношенню до прикладних програм сіть Інтернет є єдиною віртуальною сіттю, до якої приєднані всі комп'ютери - незалежно від їх реальних фізичних з'єднань (мал. 1). Кожний комп'ютер повинен мати програмне забезпечення доступу до сіті Інтернет, яке дозволяє прикладним програмам використовувати сіть Інтернет як одну фізичну сіть.

3

Мал. 1 Сіть Інтернет з погляду користувача

Фундаментальним принципом Інтернет є рівнозначність всіх з'єднаних з її допомогою фізичних сітей: будь-яка система комунікацій розглядається як компонент Інтернет, незалежно від її фізичних параметрів, розмірів передаваних пакетів даних і географічного масштабу. На мал. 2 використані однакові позначення для будь-яких фізичних сітей, з'єднаних в сіть Інтернет.

3

Мал. 2 Внутрішня структура сіті Інтернет

Універсальна сіть Інтернет будується на основі сімейства протоколів IP.

Мережний рівень - основа стека протоколів IP. Саме на цьому рівні реалізується принцип міжмережевого з'єднання, зокрема маршрутизація пакетів по сіті Інтернет. Протокол IP-- основний протокол мережного рівня, що дозволяє реалізовувати міжмережеві з'єднання. Протокол IP-визначає базову одиницю передачі даних в сіті Інтернет. Програмне забезпечення рівня IP-виконує функції маршрутизації, вибираючи шлях даних по з'єднаннях фізичних сітей. Для визначення маршруту підтримуються спеціальні таблиці; вибір здійснюється на основі адреси сіті, до якої підключений комп'ютер-адресат. Протокол IP-визначає маршрут окремо для кожного пакету даних. Він задає безпосереднє відображення даних на нижній фізичний рівень передачі і реалізує тим самим високоефективну доставку пакетів.

Термінологія

В технічній літературі використовується три основні терміни для позначення технології передачі мови по сітях з пакетною комутацією на базі протоколу IP-(Internet Protocol):

- IP-- телефонія (IP-Telephony);

- голос по IP-сітях (Voice over IP-VoIP);

- Інтернет-телефонія (Internet Telephony).

Хоча термінологія в області IP-телефонії не встояла остаточно, спробуємо все-таки внести деяку ясність.

Під IP-телефонією розумітимемо технологію, що дозволяє використовувати будь-яку сіть з пакетною комутацією на базі протоколу IP-(наприклад, сіть Інтернет) як засіб організації і ведення міжнародних, міжміських і місцевих телефонних розмов і передачі факсів в режимі реального часу.

За рубежем технологія передачі голосової інформації з використанням протоколу IP-має назву Voice over IP, що встояла (VoIP). Відносно сервісів і технологій між IP-телефонією і VoIP-немає ніякої різниці. Різні виробники можуть віддавати перевагу одному або іншому терміну або використовувати їх в рівному ступені. З точки ж зору мережних рішень «IP-телефонія», безумовно, - термін більш змістовний.

Інтернет-телефонія - це окремий випадок IP-телефонії, коли як канали передачі пакетів телефонного трафіку або від абонента до оператора, або на магістралі (або на обох названих ділянках) використовуються звичайні канали сіті Інтернет).

Суперечка про терміни в області IP-телефонії дотепер не вирішена на міжнародному рівні. Так організатори семінару Міжнародного союзу електрозв'язку (ITU), присвяченого IP-телефонії (Женева, 14-16 червня 2000 г.), виступила з пропозицією вважати IP-телефонію загальним поняттям, що включає Інтернет-телефонію і VoIP.

IP-телефонія - це самостійна послуга з передачі голосу, є більш дешевою альтернативою традиційної телефонії.

IP-телефонія - найбільш проста для реалізації послуга з пакету послуг, включаючи передачу даних і відео по протоколу IP. Більш того, передача голосу - не найзначніша складова цього пакету послуг. IP-телефонія сприятиме повсюдному розповсюдженню електронної торгівлі.

Принципи пакетної передачі мови, їх переваги

«Класичні телефонні сіті» засновані на технології комутації каналів (мал. 3), яка для кожної телефонної розмови вимагає виділеного фізичного з'єднання. Отже, одна телефонна розмова є одним фізичним з'єднанням телефонних каналів. Основним недоліком телефонних сітей з комутацією каналів є неефективне використовування смуги каналу - під час пауз в мові канал не несе ніякого корисного навантаження.

Перехід від аналогів до цифрових технологій став важливим кроком для виникнення сучасних цифрових комунікаційних сітей. Одним з таких кроків в розвитку цифрової телефонії став перехід до пакетної комутації. В сітях пакетної комутації по каналах зв'язку передаються одиниці інформації, які не залежать від фізичного носія. Такими одиницями можуть бути пакети, кадри або осередки (залежно від протоколу), але у будь-якому випадку вони передаються по сіті, що розділяється (мал. 4).

В сітях на основі протоколу IP-всі дані - голос, текст, відео, комп'ютерні програми або інформація в будь-якій іншій формі - передаються у вигляді пакетів. Будь-який комп'ютер і термінал такої сіті має свою унікальну IP-адресу, і передавані пакети маршрутизуются до одержувача відповідно до цієї адреси, указаному в заголовку. Дані можуть передаватися одночасно між багатьма користувачами і процесами по одній і тій же лінії. При виникненні проблем IP-сіті можуть змінювати маршрут для обходу несправних ділянок. При цьому протокол IP-не вимагає виділеного каналу для сигналізації.

Процес передачі голосу по IP-сіті складається з декількох етапів.

На першому етапі здійснюється оцифровка голосу. Потім оцифровані дані аналізуються і обробляються з метою зменшення фізичного об'єму даних, передаваних одержувачу. Як правило, на цьому етапі відбувається придушення непотрібних пауз і фонового шуму, а також компресія.

На наступному етапі отримана послідовність даних розбивається на пакети і до неї додається протокольна інформація - адреса одержувача, порядковий номер пакету на випадок, якщо вони будуть доставлені не послідовно, і додаткові дані для корекції помилок. При цьому відбувається тимчасове накопичення необхідної кількості даних для утворення пакету до його безпосередньої відправки в сіть.

Оператори сітей з пакетною комутацією одержують переваги, властиві інфраструктурі електрозв'язку, що розділяється, по самій її природі. Простіше кажучи, вони можуть продати більше, ніж насправді мають, ґрунтуючись на статистичному аналізі роботи сіті. Оскільки передбачається, що абоненти цілодобово і щодня не задіюватимуть всю сплачену смугу, можна обслужити більше абонентів, не розширюючи магістральну інфраструктуру. Оборот і прибуток при цьому збільшуються.

Іншими словами, абонент, що сплатив смугу 64 кбит/с, використовує канал в середньому лише на 25 %. Отже, оператор здатний продати є у нього ресурс в чотири рази більшому числу користувачів, не перенавантажуючи свою сіть. Такий сценарій вигідний обом сторонам - і клієнту, і продавцю, - оскільки оператор збільшує свої доходи і зменшує абонентну платню за рахунок зниження витрат. Це виграшне рішення вже визнано в світі передачі даних, а зараз починає використовуватися і на ринку телефонії.

Смуга пропускання напряму залежить від завантаженості сіті Інтернет пакетами, що містять дані, голос, графіку і т.д., а значить, затримки при проходженні пакетів можуть бути самими різними. При використовуванні виділених каналів виключно для голосових пакетів можна гарантувати фіксовану (або майже фіксовану) швидкість передачі. Зважаючи на широке розповсюдження сіті Інтернет особливий інтерес викликає реалізація системи Інтернет-телефонії, хоча слід визнати, що в цьому якість телефонного зв'язку оператором не гарантується.

Для того, щоб здійснити міжміський (міжнародну) зв'язок за допомогою телефонних серверів, організація або оператор послуги повинна мати по серверу в тих місцях, куди і звідки плануються дзвінки. Вартість такого зв'язку на порядок менше вартості телефонного дзвінка по звичайних телефонних лініях. Особливо велика ця різниця для міжнародних переговорів.

Загальний принцип дії телефонних серверів Інтернет-телефонії такий: з одного боку, сервер пов'язаний з телефонними лініями і може з'єднатися з будь-яким телефоном миру. З другого боку, сервер з Інтернетом і може зв'язатися з будь-яким комп'ютером в світі. Сервер приймає стандартний телефонний сигнал, оцифровує його (якщо він початково не цифровий), значно стискає, розбиває на пакети і відправляє через Інтернет за призначенням з використанням протоколу IP. Для пакетів, що приходять з сіті на телефонний сервер і що йдуть в телефонну лінію, операція відбувається в зворотному порядку. Обидві складові операції (вхід сигналу в телефонну сіть і його вихід з телефонної сіті) відбувається практично одночасно, що дозволяє забезпечити повнодуплексну розмову.

Оскільки оператор представляє деякий сервіс і берет за нього гроші, він зобов'язаний гарантувати його якість. Навіть якщо клієнт згоден (хоча в умовах жорсткої конкуренції на ринку телекомунікацій це маловірогідно) час від часу миритися з не дуже високим рівнем якості, він може пред'явити претензії у разі серйозних або тривалих проблем. Як би там не було, оператор вимушений стежити за якістю послуг, що надаються, для чого у разі їх масштабного надання йому потрібна відповідна апаратура і програмне забезпечення, яке достатньо дорого і є не у всіх точках сіті.

З погляду масштабованості IP-телефонія представляється цілком закінченим рішенням. По-перше, оскільки з'єднання на базі протоколу IP-може починатися (і закінчуватися) в будь-якій точці сіті від абонента до магістралі. Відповідно, IP-телефонію в сіті можна вводити ділянка за ділянкою, що, до речі, на руку і з погляду міграції. Для вирішення IP-телефонії характерна певна модульна: кількість і потужність різних вузлів - шлюзів, gatekeeper («сторожів» - так в термінології VoIP-іменуються сервери обробки номерних планів) - можна нарощувати практично незалежно, відповідно до поточних потреб.

Історія розвитку IP-телефонії

Існує думка, що концепція передачі голосу по сіті за допомогою персонального комп'ютера зародилася в Університеті штату Ілінойс (США). В 1993 г. Чарлі Кляйн випустив в світло першу програму для передачі голосу по сіті за допомогою персонального комп'ютера Maven. Одночасно одним з найпопулярніших мультимедійних додатків в сіті стала програма відеоконференцій CU-SeeMe для комп'ютерів Macintosh (Mac), розроблена в Корнельськом університеті.

В 1994 г. квітні. під час польоту космічного човника Endeavor Американське агентство по аеронавтиці NASA передало на Землю його зображення за допомогою програми CU-SeeMe. Одночасно, використовуючи програму Maven, спробували передавати і звук. Отриманий сигнал з Льюїсовського дослідницького центру поступив на комп'ютер Mac., сполучений з Інтернет, і будь-який охочий міг почути голоси астронавтів. Потім одну програму вбудували в іншу, і з'явився варіант CU-SeeMe з повними функціями аудіо і відео як для Мас, так і для персональних комп'ютерів (РС).

В 1995 г. лютому. ізраїльська компанія VocalTec запропонувала першу версію програми Internet Phone, розроблену для власників мультимедійних РС, що працюють під операційною системою Windows. Це стало важливою віхою в розвитку Інтернет-телефонії. VocalTec сподівалася використовувати дуже популярні (текстові) канали Internet Relay Chat (IRC) як двостороннього засобу спілкування між людьми, що мають схожі інтереси.

В тому ж 1995 г. інші компанії дуже швидко оцінили перспективи, які відкривала можливість розмовляти, знаходячись в різних півкулях і не плативши при цьому за міжнародні дзвінки. На ринок обрушився потік продукції, призначеної для телефонії через сіть Інтернет.

У вересні того ж року в роздрібному продажу з'явилася перша з таких програм - DigiPhone, розроблена невеликою компанією в Далласі (штат Техас), яка запропонувала «дуплексні можливості», дозволяючи говорити і слухати одночасно. Ось у цей момент і народився приваблива для абонентів справжній інтерактивний зв'язок.

В 1996 г. березні. відбулася ще одна пам'ятна подія. Тоді було оголошене про сумісний проект під назвою «Internet Telephone Gateway двох компаній»: вже відомої нам VocalTec і найбільшого виробника програмного забезпечення для комп'ютерної телефонії Dialogic. Метою було навчити працювати через Інтернет звичайний телефонний апарат, для чого між сіттю Інтернет і ТфОП встановлювався спеціалізований шлюз. Останній отримав назву VTG (VocalTec Telephone Gateway) і був спеціалізованою програмою, яка використовувала голосову платню Dialogic як інтерфейс із звичайними телефонними лініями. Багатоканальну голосову платню дозволяли, по-перше, одній системі VTG підтримувати до восьми незалежних телефонних розмов через сіть Інтернет, а по-друге, прибрали проблему адресації, узявши на себе перетворення звичайних телефонних номерів в IP-адреси (і назад). Для розмови одного користувача в тому продукті було достатньо ширини смуги каналу порядка 11 кбіт/с (у сучасних продуктів буває іншою). От так можливість високого ущільнення каналу і мала вартість зв'язку створили передумови для коренних змін телекомунікаційного миру.

До теперішнього часу вже сотні компаній запропонували свої комерційні рішення для IP-телефонії. Одночасно практично всі крупні телекомунікаційні компанії, використовуючі традиційні засоби для організації телефонних переговорів, відчувши загрозу ринку що надаються ними послуг, почали інтенсивні дослідження з метою оцінки її реальності і масштабу.

Прогрес упровадження технології IP-телефонії характеризують наступні цифри. В 1996 г. IP-телефонія за один рік виросла на 997% (від оціненого в 1,8 мільйонів долл. ринку), але в 1997 г. об'єм ринку устаткування, програмного забезпечення і послуг IP-телефонії оцінений вже в 210 млн. долл. Доходи від надання послуг телефонного і факсимільного зв'язку в IP-сітях склали 123 млн. долл. Хоча голосовий трафік IP-телефонії складає менше 1 % від всіх міжміських і міжнародних дзвінків, ринок Інтернет-телефонії в 1999 р. досяг 560 мільйонів долл.

Варто згадати про деякі прогнози розвитку ринку IP-телефонії. Їх роблять багато відомих аналітичних компаній. Прогнози здебільшого оптимістичні.

З упевненістю можна сказати, що IP-телефонія найближчим часом не стане повноцінній альтернативній традиційній телефонії, але зможе зайняти певне місце особливо в корпоративному сегменті, де повною мірою проявить свою істинну перевагу - можливість супроводу телефонними переговорами потоку даних в єдиному каналі зв'язку. Сеанси одночасної роботи з однією і тією ж інформацією в корпоративних сітях, відеоконференції, Інтернет-комерція в режимі «он-лайн» - ось де IP-телефонія поза сумнівом займе гідне положення навіть із зниженою якістю мови, оскільки основне смислове навантаження в цих випадках нестиме інформація на дисплеї комп'ютера або відеоекрані. При цьому повністю використовуються переваги мультимедійного зв'язку: оперативність і ефективність ділового спілкування, економія канальних ресурсів часу. При цьому IP-телефонія виступає як допоміжний засіб комунікації, доповнюючий передачу даних, відеозображення, Web_сторінок.

Вид з'єднання по IP-телефонії

«Від телефону до телефону» (мал. 5). Виклик йде із звичайного телефонного апарату до АТС, на один з виходів якій підключений шлюз IP-телефонії, і через IP-сіть доходить до іншого шлюзу, який здійснює зворотні перетворення.

Переваги використовування IP-телефонії

Кінцевий користувач IP-телефонії не тільки збереже наявні переваги телефонної сіті загального користування, які включають широкий діапазон послуг, простоту використовування, надійність і якість голосу, але і отримає наступні додаткові переваги:

- більш низькі ціни на традиційні послуги телефонного зв'язку;

- IP-телефонія одночасно підтримує голос і дані, задовольняючи вимогам конвергенції. Це означає, що клієнти отримають додаткові переваги від економії в розвитку, можливі за рахунок використовування єдиної сіті, а також за рахунок того, що об'єми трафіку і шаблони швидко зміняються від даних до голосу і навпаки і це зах