 |
|
|
Архитектура Астрономия Аудит Биология Ботаника Бухгалтерский учёт Войное дело Генетика География Геология Дизайн Искусство История Кино Кулинария Культура Литература Математика Медицина Металлургия Мифология Музыка Психология Религия Спорт Строительство Техника Транспорт Туризм Усадьба Физика Фотография Химия Экология Электричество Электроника Энергетика |
Протоколы IP-телефонии
На данный момент существует несколько стандартизованных протоколов, на базе которых строятся системы IP-телефонии. Рассмотрим некоторые из них более подробно. 2.3.1 Протокол H.323 (Один из первых протоколов IP-телефонии).
Рисунок 2.6 – Структура H323-сети
К числу объектов стандарта H.323 относятся: 1) Терминал (Terminal). 2) Шлюз (Gataway). 3) Устройство управления конференциями (Multipoint Control Unit – MCU). 4) Привратник (контроллер зоны H.323). Терминал – Конечное H.323-устройство пользователя. Может быть как программным (приложение на компьютере), так и аппаратным (IP-телефон). Терминалам могут назначаться один или несколько псевдонимов (номера телефонов, названия). Шлюз – является соединяющим мостом между ТфОП и IP. Основная функция шлюза — преобразование речевой (мультимедийной) информации, поступающей со стороны ТФОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по IP-сетям, т. е. кодирование информации, подавление пауз в разговоре, упаковка информации в пакеты, а также обратное преобразование. Кроме того, шлюз должен преобразовывать аналоговую абонентскую сигнализацию, применяемую в ТФОП в сигнальные сообщения Н.323. При отсутствии в сети привратника должна быть реализована еще одна функция шлюза: преобразование номера ТфОП в транспортный адрес IP-сети. Привратник (gatekeeper) выступает в качестве центра обработки вызовов внутри своей зоны и выполняет важнейшие функции управления вызовами. Зона определяется как совокупность всех терминалов, шлюзов и MCU под управлением данного привратника. В число наиболее важных функций, выполняемых привратником, входят: 1) преобразование имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др. в транспортный адрес сетей с маршрутизацией пакетов IP (IP-адрес и номер порта RTP); 2) контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии (регистрация, авторизация); 3) контроль, управление и резервирование пропускной способности сети; 4) маршрутизация сигнальных сообщений между терминалами, расположенными в одной зоне. Наличие в сети Н.323 привратника не обязательно. Но его присутствие обеспечивает мобильность абонентов, т.е. способность пользователя получить доступ к услугам с любого терминала в любом месте сети и способность сети идентифицировать пользователей при их перемещении из одного места в другое. MCU– сервер многосторонней конференции (Multipoint Control Unit) обеспечивает связь трёх или 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 необходимо направлять по многим адресам.
Протокол SIP SIP – Session Initiation Protocol (протокол управления сессиями) – используется для создания, изменения и разрыва «сессий» между одним или несколькими участниками. Понятие «сессии» в протоколе SIP достаточно широкое. Под «сессией» могут подразумеваться не только телефонные звонки, но и передача данных, конференции, децентрализованные игры и т. д. SIP – это прикладной протокол, который позволяет наполнить решения и продукты новыми сервисами и возможностями. Голосовое соединение может сопровождаться обменом данными между приложениями. Так, разговор по протоколу SIP свободно дополняется передачей данных от одного абонента другому, например, рисунков, цифровых фотографий или даже файлов MP3. Протокол SIP имеет клиент-серверную архитектуру и во многом схож с широко используемым протоколом HTTP, который также можно считать сигнальным (клиенты запрашивают у сервера нужные им документы).
Протокол SIP выделяет следующие типы объектов сети: 1) Агенты 2) Серверы регистрации 3) Серверы переадресации 4) Прокси-серверы Рисунок 2.7 – Взаимодействие UAC и UAS Агенты– Под агентами подразумеваются конечные устройства пользователя (телефоны, программные телефоны, мобильные телефоны, наладонные компьютеры, шлюзы в ТФОП, системы голосовых меню и т. д.) В составе агентов выделяются две логические составляющие (рисунок 2.7): 1) агент-клиент (UAC – user agent client) – посылает запросы и получает ответы; 2) агент-сервер (UAS – user agent server) – принимает запросы и посылает ответы. User Agent: по протоколу SIP устанавливаются соединения "клиент-сервер". Клиент устанавливает соединения, а сервер принимает вызовы, но так обычно телефонный аппарат (или программный телефон) может как устанавливать, так и принимать звонки, то получается, что он одновременно играет роль и клиента и сервера - в этом случае его называют User Agent (UA) или терминал. Запросы могут передаваться не прямо адресату, а на некоторый промежуточный узел (прокси-сервер и сервер переадресации). Прокси-серверы (серверы-посредники) –являются неотъемлемой частью SIP-сети, отвечают за маршрутизацию сообщений, а также аутентификацию и авторизацию пользователей (рисунок 2.8). Прокси-сервер (proxy server) – промежуточная программа, которая действует как сервер и как клиент, имеет право посылать запросы от имени других клиентов. Принимает запросы, обрабатывает их и отправляет дальше на следующий сервер, который может быть как другим прокси-сервером, так и последним UAS. Приняв запрос от UAC, прокси-сервер действует от имени этого UAC. Мобильность пользователя в этом протоколе основана на использовании уникального персонального идентификатора. Пользователь может перемещаться в пределах сети SIP, для этого применяется специальный механизм определения его местоположения в текущий момент времени (рисунок 2.8). О том, где пользователь находится, он информирует специальный сервер определения местоположения, после того как он присылает запрос о регистрации в прокси-сервер. Сервер определения местоположения представляет собой базу данных адресной информации, и кроме постоянного адреса пользователя в ней может храниться один или несколько текущих адресов. Этот сервер может быть совмещён с прокси-сервером.
Рисунок 2.8 – Пример сети на базе протокола SIP Прокси-сервер принимает запрос соединения от оборудования вызывающего абонента и устанавливает соединение с сервером переадресации SIP, который связывается с сервером определения местоположения и получает от него информацию о текущем местоположении вызываемого абонента. Сервер переадресации передаёт этот адрес прокси-серверу вызывающей стороны. Далее прокси-сервер вызывающего абонента передаёт запрос соединения на адрес, полученный от сервера переадресации. Этот запрос передаётся в оборудование вызываемого абонента, которое устанавливает прямое соединение с оборудованием вызывающего пользователя. Установление соединения завершено, абоненты могут обмениваться информацией. Собственно сама передача голоса осуществляется благодаря использованию протокола RTP (Real-time Transport Protocol, протокол транспортировки в реальном времени). Сам протокол SIP непосредственного участия в передаче голосовых, видео и других данных не принимает, он отвечает только за установление связи, поэтому под SIP-телефонией понимается не передача голоса по протоколу SIP, а передача голоса с использованием протокола SIP. В протоколе SIP версии 2.0 существуют следующие типы запросов: 1) INVITE (приглашение) - вызывает адресата для установления связи. С помощью этого сообщения адресату передаются виды поддерживаемых сервисов (которые могут быть использованы инициатором сеанса), а также виды сервисов, которые желает передавать инициатор связи 2) ACK (подтверждение) - сообщение подтверждающее согласие адресата установить соединения. В этом сообщении могут быть переданы окончательные параметры сеанса связи (окончательно выбираются виды сервисов и их параметры которые будут использованы) 3) Cancel - отмена ранее переданных запросов (если необходимости в них больше нет) 4) BYE (пока) - запрос завершения соединения 5) Register (регистрация) - данным запросом пользователь идентифицирует свое текущее местоположение Рассмотрим пример процесса установления соединения с использованием SIP-протокола (рисунок 2.9).
Рисунок 2.9 – Протокол сигнального обмена в сети SIP
Как следует из рисунка 2.9, сессия в сети VoIP разделяется на три фазы: 1) сигнальный обмен в процессе установления соединения с использованием SIP-протокола; 2) информационный обмен, т.е. разговор двух абонентов с использованием RTP-протокола; 3) сигнальный обмен для завершения соединения с использованием SIP-протокола. Пользователь Alice (sip:alice@atlanta.com) вызывает пользователя Bob (sip:bob@biloxi.com): 1. Пользователь Alice посылает сообщение INVITE прокси-серверу по умолчанию (atlanta.com) Если бы пользователю Alice был известен IP-адрес пользователя Bob и он мог к нему обратиться напрямую, то запрос INVITE в этом случае мог быть послан непосредственно вызываемому пользователю. 2. Прокси-сервер посылает запрос INVITE серверу вызываемого абонента (biloxi.com). 3. Далее прокси-сервер пользователя Bob при необходимости определяет его текущий IP-адрес и посылает ему сообщение INVITE - у пользователя начинает звонить телефон, при этом в сторону инициатора вызова передается подтверждение звонка на приемной стороне Ringing. 4. Если вызываемый пользователь поднимает трубку, то на запрос INVITE высылается ответ OK. 5. Вызывающий пользователь отправляет сообщение ACK, сообщающее вызываемому о том, что он получил ответ на свой запрос INVITE, им задаются окончательные параметры соединения. На этом этапе все готово к установлению соединения по протоколу RTP (Real-time Transport Protocol). 6. Устанавливается RTP-соединение с заранее согласованными параметрами. 7. Для завершения соединения, завершающим пользователем (кладет трубку) высылается запрос BYE, на которое высылается ответ OK Пока сообщения установления соединения INVITE ходят между прокси-серверами и неизвестно доступен ли вызываемый пользователь, в ответ на INVITE посылается ответ Trying (попытка), сообщающий о попытке установления соединения.
Кодеки IP-телефонии
Применяемые алгоритмы сжатия голоса при передаче по IP-сети довольно разнообразны. Некоторые практически не сжимают голос, оставляя его на уровне импульсно-кодовой модуляции (то есть 64 килобит/с), другие кодеки позволяют сжимать цифровой голосовой поток в 8 и более раз за счёт эффективных алгоритмов кодирования. Разработано большое количество кодеков, используемых для передачи аудио- и видеоинформации в системах IP-телефонии. Наиболее популярные из них приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1 – Сравнительная характеристика кодеков IP-телефонии
1) G711 – кодек, используемый в системах с ИКМ (импульсно-кодовой модуляцией). Требуемая пропускная способность – 64 кбит/сек. Кодек поддерживается практически всеми устройствами IP-телефонии. 2) G729 – кодек, предназначенный для передачи речи с «хорошим качеством» при использовании небольшой пропускной способности (8 кбит/сек). По субъективным оценкам, данный кодек обладает качеством лучшим, чем у G.723, но худшим, чем G711. Поддерживается практически всеми производителями оборудования. 3) G723.1 – Отличительной особенностью этого кодека является возможность работы при очень низком потоке (5.3, 6.3 кбит/сек). По субъективными оценкам, обладает самым плохим качеством (среди рассматриваемых кодеков) речи. Поддерживается значительной частью устройств IP-телефонии. 4) GSM – голосовой кодек, разработанный для использования в системах сотовой связи стандарта GSM. При кодировании кадра используется информация предыдущего кадра, кодирование осуществляется блоками по 20 мс со скоростью 13 кбит/с. Поддерживается производителями оборудования, в основном в шлюзах между сотовыми и VoIP-сетями. 5) iLBC (Internet low bitrate codec) – голосовой кодек. Предназначен для кодирования с потоком 13.33 кбит/сек (при размере кадра 30 мс) и 15.20 кбит/сек (при размере кадра 20 мс). По субъективным оценкам экспертов, качество речи данного кодека превышает G.729A. Кроме того, кодек более устойчив (по сравнению с g729) к потере кадров, что позволяет эффективно использовать его при организации сеансов связи через сеть Интернет. Примером этому является популярная сеть IP-телефонии – Skype. Поддерживается ограниченным числом производителей оборудования. Таким образом, по показателю качества кодеки можно расположить следующим образом (в порядке ухудшения качества): G711, iLBC, G729, gsm, G723. По используемой пропускной способности (в порядке увеличения:) G723, iLBC, G729, GSM, G711. Для передачи голосового трафика вместо TCP используется протокол UDP (User Datagram Protocol). Он же применяется и для организации видеоконференций в Интернете. Это главное отличие между транспортировкой в Интернете обычной информации (тексты, веб-страницы) и голосовым трафиком. Поверх UDP работают еще три специальных протокола: NTP, RTP и RTCP.
Протокол RTP (Real-Time Transport Protocol) – транспортный протокол реального времени, предназначенный для передачи по Интернету мультимедийных данных, в том числе аудио и видео. RTP выполняет следующие функции: идентификацию типа полезной нагрузки, нумерацию последовательности пакетов и присвоение временных меток. Отправитель помечает каждый RTP-пакет временной меткой, получатель извлекает ее и вычисляет суммарную задержку. Разница в задержке разных пакетов позволяет определить джиттер и смягчить его влияние - все пакеты будут выдаваться приложению с одинаковой задержкой. Главная особенность RTP - это вычисление средней задержки некоторого набора принятых пакетов и выдача их пользовательскому приложению с постоянной задержкой, равной этому среднему значению. В принципе, RTP был разработан для многоадресного вещания контента, но он отлично подходит для организации сессий IP-телефонии. Протокол RTCP (Real-Time Transport Control Protocol) – протокол управления передачей, который работает в паре с RTP и помогает следить за качеством передаваемого сигнала, уровнем перегрузки канала связи, а также за потерей пакетов. Все три протокола службы UDP работают вместе и гарантируют транспортировку VoIP-пакетов точно по адресу в заданное время и с максимально возможным качеством. При передаче голосового трафика через Интернет пакеты VoIP помещаются внутрь пакетов RTP, которые, в свою очередь, располагаются в пакетах UDP-IP.
Поиск по сайту: |
Формат адресов используемых протоколом SIP напоминает формат E-Mail-адреса: имя@идентификатор_хоста. В начале адреса ставится приставка "sip:" (пример: sip:user@host.com). В качестве идентификатора хоста может служить его IP-адрес, домен или имя хоста (IP-адрес определяется с использованием DNS, так что в итоге все равно получается обращение по адресу sip: имя@IP-адрес).
Протокол NTP (Network Time Protocol) отвечает за синхронизацию времени на компьютерах адресата и получателя, чтобы передавать голосовые пакеты в правильной последовательности и в заданное время. Это очень важно для качества связи.