 |
IP-телефония для пользователей сетей сотовой подвижной связи.
|
|
|
|
IP-телефония
в компьютерных сетях
Учебное пособие
Москва, 2008
УДК 621.395.34
ББК 32.881
Баскаков И.В., Пролетарский А.В., Мельников С.А., Федотов Р.А.
IP-телефония в компьютерных сетях: учебное пособие / И.В. Баскаков и др. – М.:
2008. - ____ с.: ил., табл. (Основы информационных технологий).
Учебное пособие предназначено для широкого круга читателей, интересующихся теоретическими и прикладными вопросами применения IP-телефонии.
Практические примеры рассмотрены на основе оборудования D-Link.
Данная книга написана преподавателями ЦЕНТРА СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
МИПК МГТУ им. Н.Э. Баумана при содействии компании D-Link.
Оглавление.
Введение.
1. Общие вопросы технологии IP-телефонии
1.1. Терминология
1.2. Особенности IP-телефонии
1.3.Принципы пакетной передачи
1.4. Виды соединений, взаимодействие с компьютерной сетью
2. Использование протоколов Интернет в IP-телефонии
2.1. Адресация в IP-сетях
2.2. Модель OSI.
2.3. Основные протоколы IP-телефонии
2.3.1. Протокол IP версии 4
2.3.2. Протокол IP версии 6
2.3.3. Протокол TCP
2.3.4. Протокол UDP
2.3.5. Протоколы RTP и RTCP
3. Передача речи по IP-сети.
3.1. Протоколы VоIP.
3.2. Качество передачи речевой информации по IP-сети.
3.3. Задержки и меры уменьшения их влияния.
3.4. Явление джиттера, меры уменьшения его влияния.
3.5. Эхо, устройства ограничения его влияния.
3.6. Принципы кодирования речи.
3.7. Требования к алгоритмам кодирования сигнала.
3.8. Кодеки IP-телефонии.
3.9. Оценка качества воспринимаемой информации.
4. Протокол H.323.
4.1. Архитектура стандарта H.323.
4.2. Стек протоколов H.323.
4.3. Установка соединения по H.323.
4.4. Характеристики шлюзов IP-телефонии.
4.5. Достоинства и недостатки H.323.
|
|
|
5. Протокол инициирования сеансов связи SIP.
5.1. Принципы построения протокола SIP.
5.2. Интеграция протокола SIP с IP-сетями.
5.3. Адресация.
5.4. Архитектура сети SIP.
5.5. Пример SIP-сети.
6. Протокол управления шлюзами MGCP.
6.1. Принцип декомпозиции шлюза.
6.2. Классификация шлюзов по области применения.
6.3. Модель организации связи.
6.4. Команды протокола MGCP.
7.Качество обслуживания в сетях IP-телефонии.
7.1. Понятие QoS.
7.2. Трафик реального времени в IP-сетях.
7.3. Дифференцированное обслуживание разнотипного трафика Diff-Serv.
7.4. Интегрированное обслуживание IntServ.
7.5. Интегро-дифференцированное обслуживание трафика.
7.6. Протокол резервирования ресурсов – RSVP.
7.7.Технология MPLS.
7.8. Сравнение технологий IntServ, DiffServ, MPLS.
7.9 Обслуживание очередей.
7.9.1 Алгоритмы организации очереди.
7.9.2 Алгоритмы обработки очередей.
8. Информационная безопасность в IP-сетях телефонии.
8.1. Типы угроз в сетях IP-телефонии.
8.2. Методы криптографической защиты информации.
8.3. Технологии аутентификации.
8.3.1. Протокол PPP.
8.3.2. Протокол TACACS.
8.3.3. Протокол RADIUS.
8.4. Особенности системы безопасности в IP-телефонии.
8.5. Обеспечение безопасности на базе протокола OSP.
8.6. Обеспечение безопасности IP-телефонии на базе VPN.
9. Мобильность IP-телефонии.
9.1. Разновидности мобильности.
9.2. Идентификация терминала и пользователя.
9.3. Сценарии мобильности в сетях IP-телефонии.
9.4. Мобильность в сети IP-телефонии на базе протокола SIP и H.323.
IP-телефония для пользователей сетей сотовой подвижной связи.
10. Системы биллинга и менеджмента пользователей IP-телефонии.
10.1. Особенности учета и биллинга IP-услуг.
10.2. Требования к системе биллинга и менеджмента пользователей IP-телефонии.
10.3. Обзор систем биллинга и менеджмента пользователей IP-телефонии.
11. Внедрение IP-телефонии на базе продуктовой линейки D-Link.
11.1. Варианты построения IP-телефонных систем.
11.2. Применение телефонных USB-адаптеров.
|
|
|
11.3. Применение VоIP-шлюзов.
11.4. Соединение офисов с помощью сети Интернет (примеры).
11.5. Видеотелефония.
Глоссарий.
Источники информации.
Введение.
Концепция передачи голоса по сети с помощью персонального компьютера сформировалась в Университете штата Иллинойс (США). В 1993 г. Чарли Кляйн опубликовал Maven, первую программу для передачи голоса по сети с помощью PC. Примерно в то же время одним из самых популярных мультимедийных приложений в сети стала CU-SeeMe, программа видеоконференций для Macintosh (Mac), разработанная в Корнельском университете.
Апрель 1994 г. Во время полета челнока Endeavor NASA передало на Землю его изображение с помощью программы CU-SeeMe. Полученный со спутника сигнал поступал наMaven, соединенную с Интернет, и любой желающий мог услышать голоса астронавтов. Потом одну программу встроили в другую, и появился вариант CU-SeeMe с полными функциями аудио и видео как для Maven, так и для PC.
Февраль 1995 г. Израильская компания VocalTec предложила первую версию программы Internet Phone, разработанную для владельцев мультимедийных PC, работающих под Windows. Это стало важной вехой в развитии Интернет-телефонии. VocalTec надеялась использовать популярные в то время текстовые каналы Internet Relay Chat (IRC) в качестве двустороннего средства общения между людьми, имеющими сходные интересы. Но компании не удалось договориться с Eris Free Network (EFNet), курирующей IRC, поэтому доступ к этим общественным каналам для Internet Phone был закрыт. Через некоторое время была создана частная сеть серверов Internet Phone, и уже тысячи людей загрузили эту программу с домашней страницы VocalTec, так начиналась практика регулярного общения.
В том же 1995 г. Другие компании очень быстро оценили перспективы, которые открывала возможность разговаривать, находясь в разных полушариях, не платя при этом за международные звонки.
В сентябре того же года в розничной продаже появилась первая из таких программ — DigiPhone, которая предложила «дуплексные» возможности, позволяя говорить и слушать одновременно. В этот момент и родилась привлекательная для абонентов настоящая интерактивная связь.
В марте 1996 г. произошло еще одно знаменательное событие. Тогда было объявлено о совместном проекте под названием «Internet Telephone Gateway» двух компаний: уже известной нам VocalTec и крупнейшего производителя программного обеспечения для компьютерной телефонии Dialogic. Её целью было научить работать через Интернет обычный телефонный аппарат, для чего между Сетью и ТфОП устанавливался специализированный шлюз. Последний получил название VTG (VocalTec Telephone Gateway) и представлял собой специализированную программу, которая использовала голосовые платы Dialogic как интерфейс с обычными телефонными линиями. Специально разработанные многоканальные голосовые платы позволяли, во-первых, одной системе VTG поддерживать до восьми независимых телефонных разговоров через Сеть, а во-вторых, убрали проблему адресации, взяв на себя преобразование обычных телефонных номеров в IP-адреса (и обратно). Для разговора одного пользователя в том продукте достаточно было ширины полосы канала порядка 11 кбит/с. Вот так возможность высокого уплотнения канала и малая стоимость связи создали предпосылки для коренных изменений телекоммуникационного мира.
|
|
|
Еще через год стали вполне обычными соединения через Интернет двух обычных телефонных абонентов, находящихся в совершенно разных местах планеты.
Всего за несколько лет технологии IP-телефонии значительно эволюционировали, и распространенные сегодня решения существенно отличаются от прежних. С одной стороны, это обусловлено развитием аппаратных решений, в частности появлением мощных магистральных и транзитных маршрутизаторов и высокоскоростных телекоммуникационных каналов. С другой стороны, нельзя не отметить и появления таких качественно новых технологий, как динамическая маршрутизация с учетом качества обслуживания в мультисервисных IP-сетях и резервирование ресурсов для контроля качества обслуживания транзитных маршрутизаторов.
Современное оборудование для передачи голоса посредством протокола IP (VoIP) позволяет обеспечивать приоритет передачи голосового трафика над передачей обычных данных, получать приемлемое качество звукового сигнала при сильном сжатии, эффективно подавлять различные шумы.
|
|
|
Сегодня телекоммуникационные операторы, специализирующиеся на предоставлении услуг IP-телефонии, применяют выделенные каналы с приоритетом голосового трафика над трафиком данных, что гарантирует высокое качество передачи речи. При этом используется сразу несколько вариантов маршрутизации голосового трафика для каждого из тысяч направлений, а в случае возникновения каких-либо проблем трафик автоматически перенаправляется на другие каналы.
По мере своего развития IP-телефония претерпевает важные качественные изменения: из дополнительной услуги она постепенно превращается в некий базовый сервис, который в скором времени может стать одним из компонентов мультисервисной технологии.
Важную роль играет протокол для передачи голосового трафика. Активно развиваются: во-первых Н.323, берущий свое начало от традиционных телефонных протоколов, и во-вторых, протоколы, созданные на базе IP-технологий — такие как SIP, MGCP, MEGACO.
Российские операторы IP-телефонии наиболее часто используют протоколы группы Н.323. Это вызвано тем, что данный протокол был первым общепринятым стандартом промышленной реализации IP-телефонии. В настоящее время все большее внимание уделяется SIP. Протокол SIP в этой группе является самым простым видом протокола, более доступным для восприятия и понимания рядовым IT-специалистом. SIP особенно хорош в использовании во внутрикорпоративных сетях. При этом внешним протоколом в сети телекоммуникационного оператора для предприятия, как правило, все равно останется либо Н.323, либо MGCP/MEGACO.
Как было отмечено, IP-телефония становится одним из компонентов решения передачи разнородного мультимедийного трафика с использованием протокола TCP/IP. И вполне естественно, что развитие отдельных инструментов управления мультимедийным трафиком влияет на всю систему технологий пакетной передачи данных.
Следует также иметь в виду, что IP-телефония — это не просто альтернатива обычной телефонии. Актуальность развития решений IP-телефонии обусловлена не только возможностью снижения затрат на телефонные переговоры и техническое обслуживание инфраструктуры (хотя и это, безусловно, имеет значение). В стратегическом плане IP-телефония может стать единой технической платформой, которая позволит объединить решения для передачи данных и голоса, а также для обработки и последующего использования этой информации во всех бизнес-процессах. Таким образом, развитие IP-телефонии в определенном смысле является средством повышения производительности труда и развития бизнеса.
1. Общие вопросы технологии IP-телефонии
|
|
|
1.1.Терминология
IP-телефония (или VoIP - Voice over Internet protocol) - технология, которая использует сеть с пакетной коммутацией сообщений на базе протокола IP для передачи голоса в режиме реального времени.
При разговоре, наши голосовые сигналы преобразуются в пакеты данных, которые затем сжимаются. Далее эти пакеты данных посылаются через Интернет приемной стороне. Когда пакеты данных достигают адресата, они декодируются в аналоговый голосовой сигнал.
IP-телефония в чистом виде может применяться в качестве линий передачи голоса, для чего могут использоваться специально выделенные цифровые каналы.
1.2. Особенности IP-телефонии
Почему IP-телефония привлекает к себе внимание?
Меньшие затраты на традиционные телефонные разговоры. В особенности это распространяется на междугородние и международные звонки. Также намного меньше затраты на инвестиции в оборудование. Высокие затраты телефонных компаний приводят к дорогим междугородным разговорам. Выделенное подключение, т.е. возможность постоянного доступа к телефонной связи с телефонной станции требует избыточной производительности за счет времени простоя в течение речевого сеанса. В таких случаях приходится оплачивать и то время, когда мы не используем телефонную линию.
В отличие от аналоговой телефонии, IP-телефония создает «подключение по запросу» и не имеет зарезервированных линий связи, что уменьшает затраты на телефонные разговоры.
Интернет-телефония частично использует существующие сети закрепленных за абонентами телефонных линий. Но, в них она дополнительно применяет прогрессивную технологию сжатия (см. п. 3.3) передаваемых сигналов, которая более полно использует емкость телефонных линий.
При обычном способе передачи речи (аналоговой телефонии) используется канал пропускной способностью 64 кбит/с независимо от того, разговаривает абонент или молчит во время соединения. В случае передачи речи по IP – сетям, за счет оцифровки и компрессии (сжатия), речь передается в виде цифровой информации, причем, если абонент молчит или делает паузы в разговоре, цифровая информация в канал не передается и канал не заполняется. Это позволяет в одном канале 64 кбит/с передавать от 8 и более соединений одновременно, что в свою очередь обеспечивает снижение тарифов и соответственно оплата уменьшается.
Во-вторых IP-телефония привлекает дополнительными возможностями совмещенного доступа в Интернет. Голосовые данные, факсимильные сообщения передаются уже с используемым IP-набором протоколов Интернета. Таким образом, голосовая информация и обычные данные могут передаваться по одной и той же сети. Это означает, что клиенты получают дополнительную полезную функцию от используемой сети, которая сочетает в себе свойства сети передачи обычных данных и телефонной сети. По сути это означает, что, имея компьютерную сеть можно «наложить» на нее телефонию, и голосовой трафик этой сети будет передаваться по тем же каналам что и данные (рис 1.1). Доступ в Интернет становится более универсальным.
Рисунок 1.1. Компьютерная сеть с наложенной на нее IP-телефонией
На рисунке показаны: А, В – абоненты, обменивающиеся информацией по сети.
KА,КВ – компьютеры абонентов А и В соответственно.
ША и ШВ – шлюзы А и В.
FAXА и FAXВ – телефаксы А и В.
ТА и ТВ – телефоны А и В.
Открытая архитектура – ещё одна важная особенность VoIP.
Ещё одним положительным свойством IP-телефонии является наличие общих протоколов IP-телефонии: H.323, MGCP, SIP и т.д.
1.3 Принципы пакетной передачи
Для проведения сеанса связи мы набираем номер вызываемого абонента, после чего происходит соединение с сетевым шлюзом, как показано на рис. 1.2.
Рисунок 1.2. Соединение с сетевым шлюзом
Голосовое сообщение абонента А с помощью микрофона преобразуется в электрический аналоговый сигнал, который претерпевает ряд преобразований (кодируется). Внутри шлюза происходит оцифровка голосового сигнала как условно показано на рис. 1.3.
Рисунок 1.3. Оцифровка голосового сигнала
После оцифровки цифровой сигнал, занимающий изначально, как и наша речь, канал в 64 Кбит/с сжимается в соответствии с выбранным кодеком (см. п.3) и разбивается на пакеты сигналов в соответствии с выбранным типом кодирующего устройства (кодеком), рис. 1.4 и рис. 1.5. В преобразовании участвуют как аппаратные, так и программные средства со стороны абонента А.
Рисунок 1.4 Сжатие канала
Рисунок 1.5. Разбиение на пакеты
После чего сжатые данные отправляются в сеть. На приемной стороне имеется аналогичный набор устройств абонента В (рис. 1.6), производящих преобразования в обратном порядке. Пакеты из сети поступают в телефонный шлюз, подключённый к телефонной линии. Все операции повторяются в обратном порядке, то есть осуществляется декодирование цифрового сигнала и преобразование его в аналоговую форму, которая приводит в действие звуковой динамик.
Рисунок 1.6. Соединение с приемной стороной
Показанные этапы преобразования сигналов и передачи происходят в малые доли секунды, практически в реальном масштабе времени, что позволяет обеспечить дуплексный (двухсторонний) разговор.
Архитектура технологии VoIP может быть упрощенно представлена в виде двух плоскостей. Нижняя плоскость - это базовая сеть с маршрутизацией пакетов IP, верхняя плоскость - это программные средства управления обслуживанием вызовов. Нижняя плоскость, говоря упрощенно, представляет собой комбинацию взаимосвязанных протоколов Интернет: это - RTP (Real Time Transport Protocol), который функционирует поверх протокола UDP (User Datagram Protocol), расположенного, в свою очередь, в стеке протоколов TCP/IP над протоколом IP. Таким образом, иерархия протоколов RTP/UDP/IP представляет собой своего рода транспортный механизм для речевого трафика. Отметим, что в сетях с маршрутизацией пакетов IP для передачи данных всегда предусматриваются механизмы повторной передачи пакетов в случае их потери. При передаче голосовой информации в реальном масштабе времени этот прием не применим, т.к. речевая информация очень чувствительна к задержкам, но менее чувствительна к потерям, поэтому для передачи речи (как и видеоинформации), используется механизм негарантированной доставки информации RTP/UDP/IP. Рекомендации ITU-Т допускают задержки в одном направлении не превышающие 150 мс.
Как уже было сказано, верхняя плоскость архитектуры VoIP управляет обслуживанием запросов связи, т.е. адресацией, куда вызов должен быть направлен, и каким образом должно быть установлено соединение между абонентами. Инструмент такого управления - телефонные системы сигнализации.
1.4 Взаимодействие в компьютерной сети.
Можно выделить три наиболее часто используемых сценария IP-телефонии:
- компьютер-компьютер;
- телефон-компьютер;
- телефон-телефон.
Первые сценарий «компьютер-компьютер» реализуется на базе стандартных компьютеров, оснащенных средствами мультимедиа и подключенных к сети Интернет.
Компоненты сценария «компьютер-компьютер» показаны на рис. 1.7. В этом сценарии аналоговые речевые сигналы от микрофона абонента «А» преобразуются в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). 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 динамик телефона 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 рис. 1.8, подразумевается либо глобальная сеть Интернет, либо корпоративная сеть предприятия Intranet.
Рисунок 1.7. Сценарий IP-телефонии "компьютер-компьютер"
Для поддержки сценария «компьютер - компьютер» поставщику услуг Интернет необходимо иметь отдельный сервер (GateKeeper), преобразующий имена пользователей в динамические адреса IP. Сам сценарий ориентирован на пользователя, которому сеть нужна, в основном, для передачи данных, а программное обеспечение IP-телефонии требуется лишь иногда для разговоров с коллегами. Эффективное использование телефонной связи по сценарию «компьютер-компьютер» обычно связано с повышением продуктивности работы крупных компаний, например, при организации виртуальной презентации в корпоративной сети с возможностью не только видеть документы на Web-сервере, но и обсуждать их содержание с помощью IP-телефона.
Рассмотрим представленный на рис. 1.7 сценарий установления соединения «компьютер-компьютер» более подробно.
Для проведения телефонных разговоров друг с другом абоненты «А» и «Б» должны иметь доступ к Интернет или к другой сети с протоколом IP. Рассмотрим возможный алгоритм организации связи между этими абонентами на примере протокола H.323.
1. Абонент «А» запускает свое приложение IP-телефонии, поддерживающее протокол Н.323.
2. Абонент «Б» также заранее запустил свое приложение IP-телефонии, поддерживающее протокол Н.323.
3. Абонент А знает доменное имя абонента Б - Domain Name System (DNS), вводит это имя в раздел «кому позвонить» в своем приложении IP-телефонии и нажимает кнопку Return.
4. Приложение IP-телефонии обращается к DNS-серверу (который в данном примере реализован непосредственно в персональном компьютере абонента «А») для того, чтобы преобразовать доменное имя абонента Б в IP-адрес.
5. Сервер DNS возвращает IP-адрес абонента «Б».
6. Приложение IP-телефонии абонента А получает IP-адрес абонента «Б» и отправляет по этому адресу сигнальное сообщение Н.225 Setup.
7. При получении сообщения Н.225 Setup приложение «Б» сигнализирует абоненту Б о входящем вызове.
8. Абонент «Б» принимает вызов и приложение IP-телефонии отправляет ответное сообщение Н.225 Connect.
9. Приложение IP-телефонии у абонента «А» начинает взаимодействие с приложением у абонента «Б» в соответствии с рекомендацией Н.245.
10. После окончания взаимодействия по протоколу Н.245 и открытия логических каналов абоненты «А» и «Б» могут разговаривать друг с другом через IP-сеть.
При этом блок «Управление и сигнализация» управляет пакетизацией и депакетизацией передаваемых фрагментов, а также осуществляет контроль при их передаче.
В этом примере не показаны некоторые служебные детали, которые необходимы поставщику услуг для развертывания сети IP-телефонии.
При описании других сценариев в этой главе вместо громоздкого изображения компонентов оконечного устройства будет приводится только упрощенное изображение терминала IP-телефонии. Таким аналогом рис. 1.7 является упрощенное представление того же сценария на рис. 1.8. К детальному рассмотрению процедур аналогово-цифрового и цифро-аналогового преобразования, сжатия, пакетизации и др. мы вернемся ниже.
Рисунок 1.8. Упрощенный сценарий IP-телефонии "компьютер-компьютер"
Замена изображений имеет и более глубокий смысл. Название сценария «компьютер - компьютер» отнюдь не означает, что в распоряжении пользователя обязательно должен быть стандартный PC с микрофоном и колонками, как это представлено на рис. 1.8. Главным требованием для такой схемы является то, что оба пользователя должны иметь подключенные к сети персональные компьютеры. И эти PC должны быть всегда включены, подсоединены к сети и иметь в запущенном виде программное обеспечение IP-телефонии для приема входящих вызовов.
Принимая во внимание эти обстоятельства, под названием «компьютер» во всех сценариях мы будем понимать терминал пользователя, включенный в IP-сеть, а под названием «телефон» - терминал пользователя, включенный в сеть коммутации каналов любого типа: ТфОП, ISDN или GSM.
Следующий сценарий «телефон-компьютер» - находит применение в разного рода справочно-информационных службах Интернет, в службах сбыта товаров или в службах технической поддержки. Пользователь, подключившийся к cepвepy WWW какой-либо компании, имеет возможность обратиться к оператору справочной службы. Это вполне соответствует стилю жизни современных потребителей, связанному с потребностью в дополнительных удобствах и экономии времени.
Во втором сценарии "телефон-компьютер" соединение устанавливается между пользователем ТфОП и пользователем IP-сети (рис. 1.9). Предполагается, что установление соединения инициирует пользователь сети коммутации каналов.
Рисунок 1.9. Пользователя IP-сети вызывает абонент ТфОП по сценарию "телефон-компьютер"
Шлюз для взаимодействия сетей ТфОП и IP может быть реализован как отдельным устройством, так и интегрированным в существующее оборудование ТфОП или IP-сети. Показанная на рисунке сеть коммутации каналов может быть корпоративной сетью или сетью общего пользования.
Возможна и иная разновидность второго сценария, когда соединение устанавливается между пользователем IP-сети и абонентом ТфОП, но инициирует его создание абонент ТфОП.
Рассмотрим несколько подробнее пример представленной на рис. 1.9 упрощенной архитектуры системы IP-телефонии по сценарию «телефон-компьютер». При попытке вызвать справочно-информационную службу, используя услуги пакетной телефонии и обычный телефон, на начальной фазе абонент «А» вызывает близлежащий шлюз IP-телефонии для минимизации затрат на услуги связи. 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 платная. Основываясь на вызываемом номере, шлюз определяет наиболее доступный путь к данной службе. Кроме того, шлюз активизирует свои функции. Разъединение с любой стороны передается противоположной стороне по протоколу сигнализации и вызывает завершение установленных соединений и освобождение ресурсов шлюза для обслуживания следующего вызова.
Эффективность объединения услуг передачи речи и данных является основным стимулом использования IP-телефонии по сценариям «компьютер-компьютер» и «телефон -компьютер», не нанося при этом ущерба интересам операторов традиционных телефонных сетей.
Третий сценарий «телефон-телефон» в значительной степени отличается от первых двух сценариев IP-телефонии своей социальной значимостью, поскольку целью его применения является предоставление обычным абонентам ТфОП альтернативной возможности междугородной и международной телефонной связи.
Как правило, обслуживание вызовов по такому сценарию IP-телефонии выглядит следующим образом. Поставщик услуг IP-телефонии подключает свой шлюз к коммутационному узлу или станции ТфОП по сети Интернет или по выделенному каналу к аналогичному шлюзу, находящемуся в другом городе или другой стране.
Типичная услуга IP-телефонии по сценарию «телефон-телефон» использует стандартный IP-телефон, а вместо междугороднего компонента ТфОП использует либо частную IP-сеть, либо сеть Интернет. Благодаря маршрутизации телефонного трафика по IP-сети стало возможным обходить сети общего пользования и, соответственно, не платить за междугороднюю/международную связь операторам этих сетей.
Как показано на рис. 1.10, поставщики услуг IP-телефонии предоставляют услуги «телефон-телефон» путём установки шлюзов IP-телефонии на входе и выходе IP-сетей. Абоненты подключаются к шлюзу поставщика услуг IP-телефонии 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.
Полная стоимость такой связи будет складываться для пользователя из расценок ТфОП на связь с входным шлюзом, расценок Интернет-провайдера на транспортировку данных и расценок удалённой ТфОП на связь выходного шлюза с вызванным абонентом.
Рисунок 1.10. Соединение абонентов ТфОП через транзитную IP-сеть по сценарию «телефон-телефон»
Одним из алгоритмов организации связи по сценарию «телефон-телефон» является выпуск поставщиком услуги своих телефонных карт. Имея такую карту, пользователь, желающий позвонить в другой город, набирает номер поставщика данной услуги, затем в режиме донабора вводит свой идентификационный номер и PIN-код, указанный на карте. После процедуры аутентификации он набирает телефонный номер адресата.
2 Использование протоколов Интернет в IP-телефонии.
Работа IP –телефонии, передача голоса, аудио-, видео-, конференцсвязь имеет значительную специфику особенно в условиях уже созданных компьютерных сетей. Поэтому необходимо хорошо понимать требования, хорошо знать условия работы и уметь прогнозировать результаты воздействия комплекса применяемых правил и протоколов.
2.1 Адресация в IP-сетях
Каждый терминал в сети TCP/IP имеет адреса трех уровней:
1. Физический (МАС-адрес) — локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел.
2. Сетевой (IP-адрес), состоящий из 4 байтов, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно или назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.
Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла — гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться весьма условно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае, узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.
3. Символьный (DNS-имя) — идентификатор-имя. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена.
Интернет - это совокупность тысяч компьютеров, объединенных в сети, которые, в свою очередь, соединены между собой посредством маршрутизаторов.
Сеть Интернет имеет иерархическую структуру. Этот подход является эффективным потому, что позволяет идентифицировать компоненты Интернет посредством адресов, также имеющих иерархическую структуру. Старшие биты адреса идентифицируют сеть, в которой находится рабочая станция, а младшие - расположение рабочей станции в этой сети.
Подавляющее большинство сетей сейчас использует протокол IPv4 (Интернет - протокол версии 4), хотя уже разработана шестая версия протокола IP. Схема адресации протокола IPv4, предусматривает размер адресного поля 32 бита, что даёт 232 (или 4 294 967 296) потенциальных адресов.
IP-адрес любой рабочей станции состоит из адреса сети и адреса компьютера в этой сети. В архитектуре адресации предусмотрено пять форматов адреса, каждый из которых начинается с одного, двух, трёх или четырёх битов, идентифицирующих класс сети (класс А, В, С, D или Е). Область сетевого идентификатора (Network ID) определяет конкретную сеть в классе, а область Host ID идентифицирует конкретный компьютер в сети, а именно:
- Адреса класса А идентифицируются начальным битом 0. Следующие семь битов определяют конкретную сеть (число возможных значений - 128 или 27). Остальные 24 бита определяют конкретный компьютер в сети, при возможном количестве компьютеров -16 777 216 (224). Адреса класса А предназначены для очень крупных сетей с большим количеством рабочих станций.
- Адреса класса В идентифицируются начальной двухбитовой двоичной последовательностью 10. Следующие 14 битов определяют сеть, при возможном количестве сетей 16 384 (214). Остальные 16 битов определяют конкретный компьютер, с возможным количеством компьютеров - 65 536 (216).
- Адреса класса С идентифицируются начальной трёхбитовой последовательностью 110. Следующие 21 бит определяют сеть, с возможным количеством сетей - 2 697 152. Остальные 8 битов определяют конкретный компьютер в сети, с возможным количеством компьютеров - 256 (28). Большинство организаций имеют адреса класса С.
- Адреса класса D идентифицируются начальной четырёхбитовой последовательностью 1110. Адреса этого класса предназначены для групповой передачи, и оставшиеся 28 битов определяют групповой адрес.
- Адреса класса Е идентифицируются начальной четырёхбитовой двоичной последовательностью 1111. Адреса этого класса зарезервированы для будущего использования.
Рисунок 2.1. Структура IP-адреса
Способ, при помощи которого записываются все IP-адреса, называется пунктирной десятичной системой обозначений. Каждое 32-битовое адресное поле разделено на четыре поля в виде ххх.ххх.ххх.ххх, и каждому полю даётся десятичное числовое значение от 0 до 255, выраженное в виде одного октета (28 = 256 или 0-255). Адреса класса А начинаются с 1-127, адреса класса В - с 128-191, и адреса класса С - с 192-223.
Класс Наименьший адрес Наибольший адрес
А 01.0.0 126.0.0.0
В 128.0.0.0 191.255.0.0
С 192.0.1.0. 223.255.255.0
D 224.0.0.0 239.255.255.255
Е 240.0.0.0 247.255.255.255
Строго говоря, адрес идентифицирует только сетевой интерфейс рабочей станции, т.е. точку подключения к сети.
IP-адреса распределяются корпорацией Интернет по присвоению имен и номеров (ICANN). Класс IP-адреса и, следовательно, количество возможных адресов компьютеров зависит от размеров организации. Организация, которой присвоены номера, может затем переназначить их на основе либо статической, либо динамической адресации. Статическая адресация означает жесткую привязку IP-адреса к конкретному компьютеру. При динамической адресации компьютеру присваивается доступный IP-адрес всякий раз при установлении соединения. Динамическое присвоение IP-адресов обычно осуществляется через маршрутизатор, работающий по протоколу DHCP (Протокол динамической конфигурации рабочей станции). Наоборот, если доступ к поставщику осуществляется по xDSL, поставщик услуг Интернет обычно присваивает пользователю один или более статических IP-адресов.
Как уже отмечалось, протокол IP версии 4 предусматривает размер адресного поля 32 бита, что даёт 232 (или 4 294 967 296) потенциальных адресов. Однако возрастающая популярность технологии TCP/IP привела к истощению плана нумерации протокола. Дополнительной проблемой является тот факт, что очень большое количество адресов класса А и класса В было выделено крупным организациям, которые в них на самом деле не нуждались. В связи с тем, что фактически использовался только небольшой процент адресов, огромное количество доступных адресов было потеряно.
Протокол IPv6 решает этот вопрос путём расширения адресного поля до 128 битов, обеспечивая тем самым 2128 потенциальных адресов, что составляет величину 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456.
Протокол IPv6 обладает также дополнительными функциональными возможностями, хотя для их реализации потребуется модернизация существующего сетевого программного обеспечения.
Но вернемся к протоколу IPv4. Компьютер, подключенный к сети Интернет, кроме IP-адрес
|
|
|
