УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Кафедра ТС и СК

IP-ТЕЛЕФОНИЯ

Учебное пособиие

для студентов специальностей

5А522202 –«Сети, узлы связи и распределение информации»

5А522203- «Связь и оптические системы обработки информации»

5А522205 –«Сети связи и управляющие системы »

5А522216 –«Методика преподавания специальных дисциплин»

Ташкент 2008

Садчикова С.А.

IP-телефония. Учебное пособие.

IP-телефония является наглядным доказательством конвергенции сетей и услуг связи. Сегодня в реальных сетях VoIP сосуществуют и конкурируют между собой три основных семейства протоколов - H.323, SIP и MGCP. Протоколы всех трех перечисленных семейств регламентируют управление мультимедиа-вызовами и передачу медиа-трафика в IP-сетях, но при этом реализуют три различных подхода к построению систем телефонной сигнализации.

В учебном пособии рассматриваются системно-сетевые аспекты IP-телефонии, методы и алгоритмы кодирования речевой информации, основные подходы и протоколы H.323, SIP, MGCP, MEGACO, проект TIPHON, профиль iNow. Большое внимание уделено управлению вызовами в сети IP-телефонии и сигнализации. В приложении приведено рекомендуемое соотношение лекций и практических занятий.

Рецензенты:

к.т.н. Шарифов Р.А. Технический директор СП «Бузтон»

доц. Агзамов С.С.

Оглавление.

	Введение……………………………………………………	4
	Соотношение лекций и практических занятий…………..	3
Лекция 1.	Общие принципы IP-телефонии………………………….	5
Лекция 2.	Базовая архитектура IP-телефонии. Архитектура системы на базе стандарта H.323. Стандартизация IP-телефонии. Рекомендация Н.323. Основные компоненты Н.323. Зона Н.323…………………………...	16
Лекция 3.	Архитектура системы на базе стандарта H.323 (продолжение). Терминал Н.323; gatekeeper (контроллер зоны); устройство управления многоточечной конференцией (MCU)……………………………………...	19
Лекция 4.	Архитектура системы на базе стандарта H.323 (продолжение). Шлюзы Н.323. Терминалы IP-сети и терминалы со стороны ТфОП. Система видеоконференций в узкополосной ISDN H.320. Голосовой модем V.70…………………………………….	24
Лекция 5.	Архитектура системы на базе стандарта H.323 (продолжение). Адресация. Основные сценарии установления соединений…………………………………	33
Лекция 6.	Управление вызовами в сети IP-телефонии. Семейство протоколов Н.323. Понятие «сигнализация». Процедура управления вызовами в традиционной телефонии. Стек протоколов H.323. Этапы прохождения вызова в среде H.323………………………………………………………..	43
Лекция 7.	Архитектура сети SIP..…………………………………….	54
Лекция 8.	Сигнализация на базе протокола SIP. Запросы протокола SIP. Ответы протокола SIP. Алгоритмы установления соединений. Сравнительный анализ Н.323 и SIP…………………………………………	61
Лекция 9.	Сеть на базе протокола MGCP (MEGACO). Архитектура сети на базе MGCP. Алгоритмы установления и разрушения соединения с использованием протокола MGCP (MGCP - ОКС7, MGCP - ОКС7 и Н.323). Перспективы MGCP. Принцип декомпозиции шлюза….	73
	Список литературы ……………………………………….	81

Введение.

Короткая, но богатая событиями история развития IP-телефонии привела к тому, что сегодня в реальных сетях VoIP сосуществуют и конкурируют между собой три основных семейства протоколов - H.323, SIP и MGCP. Протоколы всех трех перечисленных семейств регламентируют управление мультимедиа-вызовами и передачу медиа-трафика в IP-сетях, но при этом реализуют три различных подхода к построению систем телефонной сигнализации. Попробуем разобраться, почему сложилась такая ситуация, что представляют собой эти протоколы, и каковы перспективы развития каждого из них.

На страницах отечественных и зарубежных телекоммуникационных журналов в последнее время развернулась дискуссия по поводу определения места и роли IP-телефонии в дальнейшем развитии средств передачи речи. Взгляды сторон, участвующих в дискуссии, противоположны. По мнению авторов учебника Росляков А.В. и др., независимо от приведенных прогнозов с уверенностью можно сказать, что IP-телефония в ближайшее время не станет полноценной альтернативой традиционной телефонии, но сможет определенное место особенно в корпоративном сегменте. В корпоративных сетях IP-телефония в полной мере проявит свои преимущества - возможность сопровождения телефонными переговорами в едином канале связи, а также сеансы одновременной работы с одной и той же информации и сетях, видеоконференции, Интернет-коммерция в режиме «Он-лайн». При этом полностью используются преимущества связи: оперативность и эффективность делового общения, экономия канальных ресурсов и времени. При этом IP-телефония выступает в качестве вспомогательного средства, дополняющего передачу данных, видеоизображений, WEB-страниц.

На данный момент по предмету «IP-телефония» имеется всего два учебника, оба производства России:

1. Росляков А.В, Самсононов М.Ю., Шибаева И.В. IP-телефония.-М.:Эко-Трендз. - 2002г.

2. Б.С. Гольштейн, А.В. Пинчук, А.Л. Суховицкий. IP-телефония. Москва. Радио и связь. 2003.

Данный конспект лекций построен с использованием материалов этих учебников, а также материалов журнальных статей из сети Интернет и технических описаний компаний-производителей оборудования IP-телефонии.

Глава 1. Общие принципы IP-телефонии

- IP-телефония (IP Telephony);

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

- Интернет-телефония (Internet Telephony).

- виды соединений в сети IP-телефонии

1.1. Терминология

В технической литературе используются три основных термина для обозначения технологии передачи речи по сетям с пакетной коммутацией на базе протокола IP (Internet Protocol):

• IP-телефония (IP Telephony);

• голос по IP-сетям (Voice over IP - VoIP);

• Интернет-телефония (Internet Telephony).

Хотя терминология в области IP-телефонии не устоялась окончательно, попробуем все-таки внести некоторую ясность хотя бы в рамках данной книги.

Под IP-телефонией будем понимать технологию, позволяющую использовать любую сеть с пакетной коммутацией на базе протокола IP (например - сеть Интернет) в качестве средства организации и ведения международных, междугородных и местных телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени.

За рубежом технология передачи голосовой информации с использованием протокола IP имеет устоявшееся название Voice over IP (VoIP). В отношении сервисов и технологий между IP-телефонией и VoIP нет никакой разницы. Различные производители могут предпочитать один или другой термин либо использовать их в равной степени. С точки же зрения сетевых решений «IP-телефония», безусловно, - термин более содержательный, так как она реализуется не только на уровне каналов передачи (как глобальных, так и локальных), но и на уровне абонентского оборудования и, что немаловажно, учрежденческих автоматических телефонных станций (УАТС). Последнее действительно означает фактическую интеграцию телефонии в ее привычном понимании и IP-сетей.

Интернет-телефония - это частный случай IP-телефонии, когда в качестве каналов передачи пакетов телефонного трафика либо от абонента к оператору, либо на магистрали (либо на обоих названных участках) используются обычные каналы сети Интернет.

1.2. Сеть Интернет и протокол IP

Универсальная сеть Интернет строится на основе семейства протоколов TCP/IP и включает в себя протоколы 4-х уровней коммуникаций (рис. 1.1).

Уровень сетевого интерфейса отвечает за установление сетевого соединения в конкретной физической сети - компоненте сети Интернет, к которой подсоединен компьютер. На этом уровне работают драйвер устройства в операционной системе и соответствующая сетевая плата компьютера.

Прикладной:	Telnet, FTP, E-mail и т.д.
Транспортный:	TCP, UDP
Сетевой:	IP, ICMP, IGMP
Сетевой интерфейс:	Драйвер устройства и сетевая плата

Рис. 1.1. Четыре уровня стека протоколов TCP/IP

Сетевой уровень - основа стека протоколов TCP/IP. Именно на этом уровне реализуется принцип межсетевого соединения, в частности маршрутизация пакетов по сети Интернет. Протокол IP - основной протокол сетевого уровня, позволяющий реализовывать межсетевые соединения. Он используется обоими протоколами транспортного уровня - TCP и UDP. Протокол IP определяет базовую единицу передачи данных в сети Интернет - IP-дейтаграмму, указывая точный формат всей информации, проходящей, но сети TCP/IP. Программное обеспечение уровня IP выполняет функции маршрутизации, выбирая путь данных по соединениям физических сетей.

Надёжную передачу данных реализует следующий уровень, транспортный, на котором два основных протокола, TCP и UDP, осуществляют связь между машиной-отправителем пакетов и машиной-адресатом.

Наконец, прикладной уровень - это приложения типа клиент-сервер, базирующиеся на протоколах нижних уровней. В отличие от протоколов остальных трех уровней, протоколы прикладного уровня занимаются деталями конкретного приложения и «не интересуются» способами передачи данных по сети. Среди основных приложений TCP/IP, имеющихся практически в каждой его реализации, - протокол эмуляции терминала Telnet, протокол передачи файлов FTP, протокол электронной почты SMTP, протокол управления сетью SNMP, используемый в системе World Wide Web (WWW) протокол передачи гипертекста HTTP и др.

Поскольку в Интернет детали физических соединений скрыты от приложений, между конечными системами может быть несколько десятков маршрутизаторов и множество промежуточных физических сетей различных типов, но приложение будет воспринимать этот конгломерат как единую физическую сеть. Это и обуславливает основную силу и привлекательность технологии Интернет и I протокола IP.

На базе протокола IP строится не только сеть Интернет, но и любые другие сети передачи данных (локальные, корпоративные), которые могут иметь или не иметь выход на глобальную сеть Интернет. Универсальность и гибкость сетей на базе протокола IP дает возможность применять их не только для передачи данных, но и другой мультимедийной информации. С недавних пор IP-сети стали использовать для передачи речевых сообщений.

1.3. Принципы пакетной передачи речи

«Классические» телефонные сети основаны на технологии коммутации каналов (рис. I.2), которая для каждого телефонного разговора требует выделенного физического соединения. Следовательно, один телефонный разговор представляет собой одно физическое соединение телефонных каналов. В этом случае аналоговый сигнал шириной 3,1 кГц передается на ближайшую АТС, где он мультиплексируется по технологии временного разделения с сигналами, которые поступают от других абонентов, подключенных к этой АТС. Далее групповой сигнал передается по сети межстанционных каналов. Достигнув АТС назначения, сигнал демультиплексируется и доходит до адресата. Основным недостатком телефонных сетей с коммутацией каналов является неэффективное использование полосы канала — во время пауз в речи канал не несет никакой полезной нагрузки.

Переход от аналоговых к цифровым технологиям стал важным шагом для возникновения - современных цифровых телекоммуникационных сетей. Одним из таких шагов в развитии цифровой телефонии стал переход к пакетной коммутации. В сетях пакетной коммутации по каналам связи передаются единицы информации, которые не зависят от физического носителя. Такими единицами могут быть пакеты, кадры или ячейки (в зависимости от протокола), но в любом случае они передаются по разделяемой сети (рис. 1.3), более того - по отдельным виртуальным каналам, не зависящим от физической среды. Каждый пакет идентифицируется заголовком, который может содержать информацию об используемом им канале, его происхождении (т.е. об источнике или отправителе) и пункте назначения (о получателе или приемнике).

Рис. 1.2. Соединение в «классической» телефонной сети

В сетях на основе протокола IP все данные - голос, текст, видео, компьютерные программы или информация в любой другой форме - передаются в виде пакетов. Любой компьютер и терминал такой сети имеет свой уникальный IP-адрес, и передаваемые пакеты маршрутизируются к получателю в соответствии с этим адресом, указываемом в заголовке. Данные могут передаваться одновременно между многими пользователями и процессами по одной и той же линии. При возникновении проблем IP-сети могут изменять маршрут для обхода неисправных участков. При этом протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации. Процесс передачи голоса по IP-сети состоит из нескольких этапов.

На первом этапе осуществляется оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование.

На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация - адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для

Рис. 1.3. Соединение в сети с коммутацией пакетов

образования пакета до его непосредственной отправки в сеть.

Извлечение переданной голосовой информации из полученных пакетов также происходит в несколько этапов. Когда голосовые пакеты приходят на терминал получателя, то сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, более того, интервал времени получения также может колебаться. Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс. В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу ошибочных или потерянных данных. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом.

Полученная таким образом (не восстановленная!) последовательность данных декомпрессируется и преобразуется непосредственно в аудио-сигнал, несущий голосовую информацию получателю.

Таким образом, с большой степенью вероятности, полученная информация не соответствует исходной (искажена) и задержана (обработка на передающей и приемной сторонах требует промежуточного накопления). Однако в некоторых пределах избыточность голосовой информации позволяет мириться с такими потерями.

Операторы сетей с пакетной коммутацией получают преимущества, присущие разделяемой инфраструктуре электросвязи по самой её природе. Проще говоря, они могут продать больше, чем в действительности имеют, основываясь на статистическом анализе работы сети. Поскольку предполагается, что абоненты не будут круглосуточно и ежедневно задействовать всю оплаченную полосу, можно обслужить больше абонентов, не расширяя магистральную инфраструктуру. Оборот и прибыль при этом увеличиваются.

Иными словами, абонент, оплативший полосу 64 кбит/с, использует канал в среднем лишь на 25%. Следовательно, оператор способен продать имеющийся у него ресурс в четыре раза большему числу пользователей, не перегружая свою сеть. Такой сценарий выгоден обеим сторонам - и клиенту, и продавцу, — поскольку оператор увеличивает свои доходы и уменьшает абонентскую плату за счет снижения издержек. Это выигрышное решение уже признано в мире передачи данных, а теперь начинает использоваться и на рынке телефонии.

В настоящее время в IP-телефонии существует два основных способа передачи голосовых пакетов по IP-сети:

• через глобальную сеть Интернет (Интернет - телефония);

• используя сети передачи данных на базе выделенных каналов (IP-телефония).

В первом случае полоса пропускания напрямую зависит от загруженности сети Интернет пакетами, содержащими данные, голос, графику и т.д., а значит, задержки при прохождении пакетов могут быть самыми разными. При использовании выделенных каналов исключительно для голосовых пакетов можно гарантировать фиксированную (или почти фиксированную) скорость передачи. Ввиду широкого распространения сети Интернет особый интерес вызывает реализация системы Интернет-телефонии, хотя следует признать, что в этом случае качество телефонной связи оператором не гарантируется.

Для того, чтобы осуществить междугородную (международную) связь с помощью телефонных серверов, организация или оператор услуги должны иметь по серверу в тех местах, куда и откуда планируются звонки. Стоимость такой связи на порядок меньше стоимости телефонного звонка по обычным телефонным линиям. Особенно велика эта разница для международных переговоров.

Общий принцип действия телефонных серверов Интернет-телефонии таков: с одной стороны, сервер связан с телефонными линиями и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны, сервер связан с Интернетом и может связаться с любым компьютером в мире. Сервер принимает стандартный телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой), значительно сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через Интернет по назначению с использованием протокола 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 разговор. На основе этих базовых операций можно построить много различных конфигураций. Например, звонок «телефон-компьютер» или «компьютер-телефон» может обеспечивать один телефонный сервер. Для организации связи телефон (факс) - телефон (факс) нужно два сервера.

Основным сдерживающим фактором на пути масштабного внедрения IP-телефонии является отсутствие в протоколе IP механизмов обеспечения гарантированного качества услуг, что делает его пока не самым надежным транспортом для передачи голосового трафика. Сам протокол IP не гарантирует доставку пакетов, а также время их доставки, что вызывает такие проблемы, как «рваный голос» и просто провалы в разговоре. Сегодня эти проблемы решаются: организации по стандартизации разрабатывают новые протоколы, производители выпускают новое оборудование, но на этом уровне дела с совместимостью и стандартизацией обстоят уже не так хорошо, как с «упаковкой» речи в пакеты. Заметим, что если в рамках частной корпоративной сети некоторая потеря качества голосовой связи при сильной загруженности ресурсов вполне терпима при условии, что средний показатель будет вполне удовлетворительным, то в случае сети общего пользования все намного серьезнее.

С точки зрения масштабируемости IР-телефония представляется вполне законченным решением. Во-первых, поскольку соединение на базе протокола IP может начинаться (и заканчиваться) в любой точке сети от абонента до магистрали. Соответственно, IP-телефонию в сети можно вводить участок за участком. Для решений IP-телефонии характерна определенная модульность: количество и мощность различных узлов - шлюзов, gatekeeper («привратников» - так в терминологии VoIP именуются серверы обработки номерных планов) - можно наращивать практически независимо, в соответствии с текущими потребностями.

1.4. Виды соединений в сети IP-телефонии

Сети IP-телефонии предоставляют возможности для вызовов четырех основных типов:

· «От телефона к телефону» (рис.1.4).

Вызов идет с обычного телефонного аппарата к АТС, на один из выходов которой подключен шлюз IP-телефонии, и через IP-сеть доходит до другого шлюза, который осуществляет обратные преобразования.

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.

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, а по сети Интернет

Рис. 1.4. Схема связи «телефон-телефон»

или по выделенному каналу соединяется с аналогичным шлюзом, находящимся в другом городе или другой стране.

Типичная услуга IP-телефонии по сценарию «телефон-телефон» использует стандартный телефон в качестве интерфейса пользователя, а вместо междугородного компонента ТфОП использует либо частную IP-сеть/lntranet, либо сеть Интернет. Благодаря маршрутизации телефонного трафика по IP-сети стало возможным обходить сети общего пользования и, соответственно, не платить за междугородную/международную связь операторам этих сетей.

Следует отметить, что сама идея использовать альтернативные транспортные механизмы для обхода сети ТфОП не является новой. Достаточно вспомнить статистические мультиплексоры, передачу речи по сети Frame Relay или оборудование передачи речи по сети ATM.

Как показано на рис.1.4, 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.

Полная стоимость такой связи будет складываться для пользователя из расценок ТфОП на связь с входным шлюзом, расценок Интернет-провайдера на транспортировку и расценок удалённой ТфОП на связь выходного шлюза с вызванным абонентом.

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 данного поставщика услуги, затем в режиме донабора вводит свой идентификационный номер и PIN-код, указанный на карте. После процедуры аутентификации он набирает телефонный номер адресата.

Возможны и другие алгоритмы реализации этого сценария: вместо телефонной карты может использоваться информация об альтернативном счете. Счет для оплаты может быть выслан абоненту и после разговора, аналогично тому, как это делается при междугородном соединении в ТфОП.

· «От компьютера к телефону» (рис. 1.5).

Мультимедийный компьютер, имеющий программное обеспечение IP-телефонии, звуковую плату (адаптер), микрофон и акустические системы, подключается к IP-сети или к сети Интернет, и с другой стороны шлюз IP-. телефонии имеет соединение через АТС с обычным телефонным аппаратом.

Следует отметить, что в соединениях I и 2 типов вместо телефонных аппаратов могут быть включены факсимильные аппараты, и в этом случае сеть IР-телефонии должна обеспечивать передачу факсимильных сообщений.

Рис. 1.5. Схема связи «компьютер-телефон»

Рассмотрим несколько подробнее пример представленной на рис. 1.5 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. 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. Популярными программными продуктами для этого варианта сценария IP-телефонии «компьютер-телефон» являются IDT Net2Phone и DotDialer, организующие вызовы к обычным абонентским телефонным аппаратам в любой точке мира.

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.

· «От компьютера к компьютеру» (рис. 1.6).

В этом случае соединение устанавливается через IР-сеть между двумя мультимедийными компьютерами, оборудованными аппаратными и программными средствами для работы с IP-телефонией.

Рис. 1.6. Упрощённая схема связи «компьютер-компьютер»

Для поддержки сценария «компьютер - компьютер» поставщику услуг Интернет желательно иметь отдельный сервер (привратник), 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. При этом между двумя IP-сетями могут использоваться элементы ТфОП, а идентификация вызываемой стороны может осуществляться как на основе Е.164, так и на основе IP-адресации. Наиболее распространенным программным обеспечением для этих целей является пакет Microsoft NetMeeting, доступный для бесплатной загрузки с узла Microsoft.

· «От WEB браузера к телефону» (рис. 1.7).

С развитием сети Интернет стал возможен доступ и к речевым услугам. Например, на WEB-странице некоторой компании в разделе «Контакты» размещается кнопка «Вызов», нажав на которую можно осуществить речевое соединение с представителем данной компании без набора телефонного номера. Стоимость такого звонка для вызывающего пользователя входит в стоимость работы в сети Интернет.

Рис. 1.7. Схема связи «WEB-браузер - телефон»

Рассмотренные выше сценарии сведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 Варианты межсетевого взаимодействия

Сценарий	Входящая сеть	Транзитная сеть	Исходящая сеть	Примечание
«компьютер -компьютер»	IP	IP	IP	Рис.1.6 рис.1.7
	IP	ТфОП	IP
«компьютер -телефон»	IP	ТфОП	ТфОП	Рис. 1.5
	ТфОП	IP	IP
	ТфОП	ТфОП	IP
	IP	IP	ТфОП
«телефон -телефон»	ТфОП	IP	ТфОП	Рис. 1.4
	ТфОП	ТфОП	ТфОП

Вопросы для самопроверки.

1. В чём разница понятий IP-телефония (IP Telephony), голос по IP-сетям (Voice over IP - VoIP), Интернет-телефония (Internet Telephony)?

2. Какие виды соединений могут быть реализованы в сети IP-телефонии?

3. На какие этапы делится пакетная обработка речи?

Глава 2. Базовая архитектура IP-телефонии. Архитектура системы на базе стандарта H.323

- Стандартизация IP-телефонии

- Рекомендация Н.323

- четыре основных компонента Н.323

- Зона Н.323

- Терминал Н.323;

- gatekeeper (контроллер зоны);

- устройство управления многоточечной конференцией (MCU).

- Шлюзы Н.323.

- Терминалы IP-сети и терминалы со стороны ТфОП

- Система видеоконференций в узкополосной ISDN H.320

- Голосовой модем V.70

2.1. Международные организации по стандартизации IP-телефонии

В настоящий момент времени отсутствуют международные рекомендации или стандарты, разработанные специально для IP-телефонии. В то же время для обеспечения совместимости оконечного оборудования и шлюзов различных поставщиков проблемами стандартизации IP-телефонии занимаются несколько международных организаций:

• Сектор стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи МСЭ-Т (International Telecommunications Union — Telecommunications, ITU-Т);

• Европейский институт стандартизации по телекоммуникациям (European Telecommunications Standards Institute, ETSI);

• Рабочая группа по инженерным проблемам Интернет (Engineering Task Force IETF);

• Американский национальный институт стандартов (American National Standards Institute, ANSI);

• Институт инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE);

• Форум VoIP (Voice over IP) и другие.

Помимо специальных комиссий официальных международных организаций, UNO (ITU-Т) и EU (ETSI), проблемой стандартизации Voice over IP и Интернет-телефонии озабочены и специалисты по Internet. В IETF созданы две рабочие группы: iptel занимается выработкой стандартов передачи речи по Internet (на базе Н.323), тогда как PINT (PSTN attd Internet Internetworking) работает над интеграцией телефонных служб с Web.

Фирмы-производители оборудования Интернет-телефонии также уделяют больше внимание вопросам совместимости оборудования. Более 30 ведущих фирм уже обязались поддерживать профиль, который должен обеспечить совместимость продукте IP-телефонии на базе стандарта Н.323 версии 2.

В рамках International Multimedia Teleconferencing Consortium (IMTC) была рабочая группа Voice over IP Forum. В сотрудничестве с ITU-Т и ETSI идет работа технологий IP-телефонии. При этом основной упор делается на соглашения о кодек с высоким качеством передачи речи и умеренными требованиями к полосе пропускан также рассматривается проблема обеспечения взаимодействия различных Н.323-терминалеи, соответственно программных реализаций Н.323.

2.2. Архитектура системы на базе стандарта H.323

Рекомендация Н.323 разработана Сектором стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) и содержит описания терминальных устройств, оборудования и сетевых служб, предназначенных для осуществления мультимедийной связи в сетях с коммутацией пакетов (например, в корпоративной интрасети или Интернет). Терминальные устройства и сетевое оборудование стандарта Н.323 могут передавать данные, речь и видеоинформацию в масштабе реального времени. В Рекомендации Н.323 не определены: сетевой интерфейс, физическая среда передачи информации и транспортный протокол, используемый в сети. Сеть, через которую осуществляется связь между терминалами Н.323, может представлять собой сегмент или множество сегментов со сложной топологией. Терминалы Н.323 могут быть интегрированы в персональные компьютеры или реализованы как автономные устройства. Поддержка речевого обмена — обязательная функция для устройства стандарта Н.323.

В рекомендации Н.323 описываются четыре основных компонента (рис.2.1):

- терминал;

- gatekeeper (контроллер зоны);

- шлюз;

- устройство управления многоточечной конференцией (MCU).

Рис.2.1. Архитектура сети Н.323

Терминал Н.323 представляет собой конечную точку в сети, способную передавать и принимать трафик в масштабе реального времени, взаимодействуя с другим терминалом Н.323, шлюзом или устройством управления многоточечной конференцией (MCU).

Шлюз обеспечивает сжатие информации (голоса), конвертирование ее в IP-пакеты и направление в IP-сеть. С противоположной стороны шлюз осуществляет обратные действия: расшифровку и расформирование пакетов вызовов. В результате обычные телефонные аппараты без проблем принимают эти вызовы.

Привратник (gatekeeper, контроллер зоны) выполняет функцию управления вызовами.

Сервер управления конференциями (MCU - Multipoint Control Unit) обеспечивает связь трех и более Н.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.

Все перечисленные компоненты организованы в так называемые зоны Н.323. Одна зона состоит из gatekeeper и нескольких конечных точек, причем gatekeeper управляет всеми конечными точками своей зоны. Зоной может быть и вся сеть поставщика услуг IP-телефонии или ее часть, охватывающая отдельный регион. Деление на зоны Н.323 не зависит от топологии пакетной сети, но может быть использовано для организации наложенной сети Н.323 поверх пакетной сети, используемой исключительно в качестве транспорта.

Рис 2.2. Зона Н.323

2.3. Терминалы Н.323

Терминал Н.323 представляет собой конечную точку в сети, способную передавать и принимать трафик в масштабе реального времени, взаимодействуя с другим терминалом Н.323, шлюзом или устройством управления многоточечной конференцией (MCU).

Для обеспечения этих функций терминал включает в себя:

- элементы аудио (микрофон, акустические системы, телефонный микшер, система акустического эхоподавления);

- элементы видео (монитор, видеокамера);

- элементы сетевого интерфейса;

- интерфейс пользователя.

Н.323-терминал должен поддерживать протоколы Н.245, Q.931, RAS, RTP/RTCP и семейство протоколов Н.450, а также включать в себя аудиокодек G.711. Также немаловажна поддержка протокола совместной работы над документами Т. 120.

Рис.2.3. Терминал H.323

Терминал H.323 – это оконченное устройство сети IP-телефонии, обеспечивающее двухстороннюю речевую или мультимедийную связь с другим терминалом, шлюзом или устройством управления конференциями. Структурная схема терминала H.323 приведена на рис.1.3.

Пользовательский интерфейс управления системой даёт пользователю возможность создавать и принимать вызовы, а также конфигурировать систему и конторолировать её работу.

Модуль управления поддерживает ри вида сигнализации: H.225, H.245 и RAS. Этот модуль обеспечивает регистрацию терминала у привратника, установление и завершение соединения, обмен информацией, необходимой для открытия разговорных каналов, предоставление дополнительных услуг и техобслуживание.

Телематические приложения обеспечивают передачу пользовательских данных, неподвижных изображений и файлов, доступ к базам данных и т.п. Стандартным протоколом для поддержки таких приложений является протокол T.120.

Модуль H.225.0 отвечает за преобразование видеоинформации, речи, данных и сигнальной информации в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP, и за обратное преобразование. Кроме того, функциями модуля являются разбиение информации на логические кадры, нумерация последовательно передаваемых кадров, выявление и корректировка ошибок.

Сетевой интерфейс обеспечивает гарантированную передачу управляющих сообщений H.245, сигнальных сообщений H.225.0 (Q.931) и пользовательских данных при помощи протокола TCP и негарантированную передачу речевой и видеонформации, а также сообщений RAS, при помощи протокола UDP,

Блок синхронизации вносит задержку на приёмной стороне с целью обеспечить синхронизацию источника информации с её приёмником, согласование речевых и видеоканалов или сглаживание задержки информации.

Видеокодеки кодируют видеоинформацию, поступающую от внешнего источника видеосигналов (видеокамеры иои видеомагнитофона), для её передачи по сети с маршрутизацией пакетов IP и декодируют сигналы, поступающие из сети, для последующего отображения видеоинформации на мониторе или телевизоре.

Аудиокодеки кодируют аудиоинформацию, поступающую от микрофона (или других источников аудиоинформации), для её передачи по сети с маршрутизацией пакетов IP и декодируют сигналы, поступающие из сети, для последующего воспроизведения. Любое терминальное оборудование H.323 должно иметь аудиокодек. Обязательным для реализации является кодек, выполняющий преобразование речевой информации в соответствии с рекомендацией G.711. Реализация остальных алгоритмов кодирования, показанных на рис.5.3, не обязательна. В том случае, когда в терминалах реализовано несколько алгоритмов кодирования речевой информации, желательно, чтобы терминалы могли работать в асимметричном режиме, например, принимать речь, закодированную по алгоритму G.711, и передавать речь, закодированную по алгоритму G.728.

Следует отметить, что при организации децентрализованной конференции терминал H.323 может принимать более чем одни поток речевой информации. В этом случае терминал должен смешивать или переключать пакетированную реь, поступающую от остальныэ участников конференции.

Примером терминала, поддерживающим стандарт Н.323, является аппарат фирмы Selsius Systems (приобретена компанией Cisco Systems). Он выглядит как обычный цифровой системный телефон, только оснащенный интерфейсом Ethernet вместо порта RJ-11. Такой терминал, используя собственные процессоры, микропрограммные кодеки и стек TCP/IP, обеспечивает высокие качество звука и уровень надежности.

2.4. Gatekeeper H.323 (привратник, контроллер зоны).

Данное устройство имеет 3 имени, которые используются в разной литературе. Привратник (gatekeeper, контроллер зоны) выполняет функцию управления вызовами. Gatekeeper выполняет следующие функции:

- преобразовывает адреса-псевдонимы в транспортные адреса;

- контролирует доступ в сеть на основании авторизации вызовов, наличия необходимой для связи полосы частот и других критериев, определяемых производителем;

- контролирует полосу пропускания;

- управляет зонами.

Причем gatekeeper осуществляет вышеперечисленные функции в отношении терминалов, шлюзов и устройств управления, зарегистрированных в нем. Идентификация узла может осуществляться по его текущему IP-адресу, телефонному номеру Е.164 или подстановочному имени - строке символов, наподобие адреса электронной почты. Gatekeeper упрощает процесс вызова, позволяя использовать легко запоминающееся подстановочное имя.

Функции gatekeeper могут быть встроены в шлюзы, элементы распределенных УПАТС, блоки управления многоточечными конференциями, а также в конечные узлы Н.323 (терминалы). С помощью механизмов RAS (Registration/Admissions/Status) терминалы могут находить gatekeeper и регистрироваться в них.

2.5. Сервер управления конференциями (MCU).

Сервер управления конференциями (MCU - Multipoint Control Unit) обеспечивает связь трех и более Н.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.

В рамках архитектуры Н.323 может быть использовано два подхода для построения системы управления многоточечными конференциями (рис.1.4):

- децентрализованное управление многоточечной конференцией;

- централизованное управление многоточечной конференцией.

Первый тип требует, чтобы все участники конференции пересылали многоадресные (групповые) сообщения всем остальным. Это позволяет избежать концентрации трафика в некоторых сегментах сети, но управлять такой конференцией не очень удобно. Но большинство производителей предлагают централизованные системы MCU. При их использовании конечные узлы передают сигнал системе MCU, которая и обеспечивает его рассылку. Чтобы связывать группы участников конференции, централизованные системы MCU могут каскадироваться.

Рис.2.4. Разные виды конференции в сети Н.323

Подавляющее большинство производителей систем MCU стандарта Н.323 предлагают использовать стандартные браузеры для администрирования и планирования конференций, и для прямого контроля и мониторинга gatekeeper и систем MCU. Это позволяет поместить сервер MCU в коммуникационный шкаф и управлять им из любой точки сети.

По архитектуре MCU подразделяются на системы на базе стандартных серверов (Windows NT) и автономные программно-аппаратные комплексы, устанавливаемые в стойку. Примерами MCU первого типа являются - Encounter Netserver 1.2.1 фирмы VideoServer, MeetingPoint 4.0 фирмы -White Pine Software, PictureTel330 NetConference MultiPoint Video Server фирмы PictureTel.

Продукты MultiMedia Communications Exchange (MMCX) компании Lucent Technologies и MCU-323 фирмы RADVision представляют собой устройства второго типа. Такие системы, будучи однажды сконфигурированными, могут круглосуточно работать в коммутационных шкафах и управляться дистанционно. ММСХ компании Lucent представляет собой универсальную коммуникационную систему, поддерживающую любые Н.323-совместимые устройства и IP-телефоны.

2.6. Шлюзы Н.323.

Технология передачи голоса по IP-сети вместо классической сети с коммутацией каналов предусматривает конфигурацию с установкой шлюзов. Положение шлюза в сети IP-телефонии показано на рис.1.5. Шлюз обеспечивает сжатие информации (голоса), конвертирование ее в IP-пакеты и направление в IP-сеть. С противоположной стороны шлюз осуществляет обратные действия: расшифровку и расформирование пакетов вызовов. В результате обычные телефонные аппараты без проблем принимают эти вызовы.

Такое преобразование информации не должно значительно исказить исходный речевой сигнал, а режим передачи обязан сохранить обмен информацией между абонентами в реальном масштабе времени.

Более полно основные функции, выполняемые шлюзом, состоят в следующем.

- Реализация физического интерфейса с телефонной и IP-сетью.

- Детектирование и генерация сигналов абонентской сигнализации.

- Преобразование сигналов абонентской сигнализации в пакеты данных и обратно.

- Преобразование речевого сигнала в пакеты данных и обратно.

- Соединение абонентов.

- Передача по сети сигнализационных и речевых пакетов.

- Разъединение связи.

Большая часть функций шлюза в рамках архитектуры TCP/IP реализуются в процессах прикладного уровня.

Рис.2.5. Положение шлюза в сети IP-телефонии.

Наличие разноплановых с вычислительной точки зрения функций, выполняемых системой, порождает проблему ее программной и аппаратной реализации. Рациональное решение этой проблемы основано на использовании распределенной системы, в которой управленческие задачи и связь с сетью осуществляется с помощью универсального процессора, а решения задач сигнальной обработки и телефонного интерфейса выполняются на цифровом процессоре обработки сигналов.

Схема обработки сигналов в шлюзе при подключении аналогового двухпроводного телефонного канала PSTN показана на рис.1.6.

а)

б)

Рис. 2.6. Схема обработки сигналов в шлюзе

Телефонный сигнал с двухпроводной абонентской линии поступает на дифференциальную систему, которая разделяет приемную и передающую части канала. Далее сигнал передачи вместе с "просочившейся" частью сигнала приема подается на аналого-цифровой преобразователь (ADC) и превращается либо в стандартный 12-разрядный сигнал, либо в 8-разрядный сигнал, закодированный по и- или А-закону. В последнем случае обработка должна также включать соответствующий экспандер. В устройстве эхо-компенсации (Echo canceller) из сигнала передачи удаляются остатки принимаемого сигнала. Эхо-компенсатор представляет собой адаптивный нерекурсивный фильтр, длина памяти (порядок) которого и механизм адаптации выбираются такими, чтобы удовлетворить требованиям рекомендации МСЭ-Т G.165. Для обнаружения и определения сигналов внутриполосной многочастотной телефонной сигнализации (MF сигналов), сигналов частотного (DTMF) или импульсного наборов используются детекторы соответствующих типов. Дальнейшая обработка входного сигнала происходит в речевом кодере (Speech Coder). В анализаторе кодера сигнал сегментируется на отдельные фрагменты определенной длительности (в зависимости от метода кодирования) и каждому входному блоку сопоставляется информационный кадр соответствующей длины.

Часть параметров, вычисленная в анализаторе кодера, используется в блоке определения голосовой активности (VAD - voice activity detector), который решает, является ли текущий анализируемый фрагмент сигнала речью или паузой. При наличии паузы информационный кадр может не передаваться в службу виртуального канала. На сеансовый уровень передается лишь каждый пятый «паузный» информационный кадр. Кроме того, при отсутствии речи для кодировки текущих спектральных параметров используется более короткий информационный кадр. На приемной стороне из виртуального канала в логический поступает либо информационный кадр, либо флаг наличия паузы. На паузных кадрах вместо речевого синтезатора включается генератор комфортного шума (Noise Generator), который восстанавливает спектральный состав паузного сигнала. Параметры генератора обновляются при получении паузного информационного кадра. Наличие информационного кадра включает речевой декодер, на выходе которого формируется речевой сигнал. Для эхо-компенсатора этот сигнал является сигналом дальнего абонента, фильтрация которого дает составляющую электрического эха в передаваемом сигнале. В зависимости от типа цифро-аналогового преобразования (DAC) сигнал может быть подвергнут дополнительной кодировке по А - или ц-закону.

Можно выделить следующие основные проблемы цифровой обработки сигналов в шлюзе.

При использовании двухпроводных абонентских линий актуальной остаётся задача эхокомпенсации, особенность которой состоит в том, что компенсировать необходимо два различных класса сигналов - речи и телефонной сигнализации. Очень важной является задача обнаружения и детектирования телефонной сигнализации. Её сложность состоит в том, что служебные сигналы могут перемешиваться с сигналами речи.

С построением кодеков тесно связана задача синтеза VAD. Основная трудность состоит в правильном детектировании пауз речи на фоне достаточно интенсивного акустического шума (шум офиса, улицы, автомобиля и т.д.)

2.7. Терминалы со стороны ТфОП

Сеть IP-телефонии не может функционировать без взаимодействия с существующими сетями. На рис.4.3 показана архитектура межсетевого взаимодействия сети Н.323 с телефонными сетями общего пользования (ТфОП). Рассмотрим терминалы со стороны ТфОП.

Рис.2.7. Архитектура межсетевого взаимодействия сети Н.323 с ТфОП.

Терминал H.324 – это персональный компьютер с программой для организации видеоконференций по телефонным сетям общего пользования, Internet и Intranet, поддерживающий стандарт H.324 Win'95/98.

2.8. Система видеоконференций в узкополосной ISDN H.320

Система видеоконференций Н.320 включает в себя две основные группы компонентов - терминалы и устройства управления конференциями (Multipoint Control Units - MCU). Терминал представляет собой оборудование конечного пользователя, в то время как устройство управления конференциями является сетевым оборудованием, позволяющим организовывать видеоконференции с участием множества пользователей. Разрешается каскадное подключение друг к другу нескольких устройств MCU в рамках одной конференции. На рис.1.8 показана архитектура системы видеоконференций, функционирующей в узкополосной ISDN.

Терминал Н .320 состоит из следующих функциональных модулей.

Блок видеоаппаратуры включает в себя видеокамеру, монитор и блок обработки видеоинформации, необходимый для реализации такой функции

Рис.2.8. Система видеоконференций в узкополосной ISDN

как разделение изображения в мониторе на несколько частей.

Блок аудиоаппаратуры содержит микрофон, громкоговоритель и блок обработки речевой информации, реализующий функции компенсации эха.

Телематические приложения обеспечивают передачу неподвижных изображений, коллективное редактирование растровых изображений, передачу файлов и др. Услуги передачи данных в системах видеотелефонии Н.320 реализуются на базе набора протоколов 1120.

Модуль управления системой отвечает за выполнение таких функций, как организация доступа к сетевым ресурсам при помощи абонентской сигнализации и управление соединением - организация общего режима функционирования на основе сквозной (end-to-end) сигнализации.

Для установления, поддержания и разрушения соединений системы Н.320 используют протокол сигнализации Q.931 [7]. Обмен сигнальными сообщениями между терминалом и опорной АТС производится по D-каналу. Следует отметить также, что сигнальные сообщения не мультиплексируются с пользовательской и управляющей информацией.

Управление соединением производится на основе протоколов Н.242 и Н.243. Протокол Н.242 используется для обмена информацией о функциональных возможностях терминалов, выбора режима передачи речи, видео и данных в соединении между двумя пользователями и для изменения режима. Протокол Н.243 используется для организации конференций, в которых несколько участников соединяются через устройство управления конференциями.

Аудиокодеки кодируют и декодируют речевую информацию. Рекомендация Н.320 определила в качестве основного алгоритма кодирования речевой информации алгоритм G.711, рассмотренный в главе 3, но на практике, чаще всего, при скорости передачи информации 128 Кбит/с в конференциях используется алгоритм кодирования G.728, а при скорости 384 Кбит/с - алгоритм G.722.

Видеокодеки сжимают видеоинформацию и выполняют обратное преобразование. Рекомендация Н.320 определяет видеокодек Н.261 как обязательный; может также использоваться кодек Н.263.

Блок синхронизации обеспечивает задержку речевых сигналов при передаче для синхронизации движения губ говорящего с его речью. Необходимость задержки связана с тем, что обработка видеоинформации занимает значительно больше времени, чем кодирование речи. Внесение задержки при передаче речевой информации не является обязательным требованием рекомендации Н.320, но большинство производителей оборудования реализуют эту возможность, поскольку покупатели предпочитают видеть изображения, согласованные со звуком. Можно отметить, что в системах мультимедийной связи Н.324, функционирующих в ТфОП, передающая сторона вместо задержки речевых сигналов информирует приемную сторону о средней разности фаз между звуковым и видеосигналом, благодаря чему приемная сторона может внести требуемую задержку при воспроизведении речи и изображения.

Система мультиплексирования, специфицированная в рекомендации Н.221 , обеспечивает возможность совместной передачи сигналов управления, речи, видео и данных. В-каналы разделяются на октеты, каждый бит которых в действительности представляет отдельный подканал. Например, в одном октете могут находиться биты управляющей информации, речи, видеоинформации и данных.

Сетевой интерфейс выполняет функции адаптации терминала, необходимые для его подключения к сети в соответствии с требованиями рекомендации I.400.

Следующим элементом систем видеотелефонии Н.320 является устройство управления конференциями (MCU).

Рекомендация Н.320 определяет устройство управления конференциями как сетевое устройство, обеспечивающее участие пользователя в соединении одновременно с несколькими другими пользователями. Это устройство выполняет такие функции, как согласование скоростей передачи информации, смешивание речевых сигналов, переключение и смешивание видеосигналов, передача данных от одного пользователя ко многим другим пользователям и управление конференциями. В части управления конференциями MCU реализует функцию согласования функциональных возможностей терминалов для того, чтобы выбрать общий для всех терминалов режим работы.

Таким образом, функции MCU можно разделить на две основные части: управление конференциями и обработка сигналов информационных каналов.

Управление конференциями включает в себя согласование алгоритмов, используемых каждым из участников конференции для кодирования речи, видеоинформации и данных, причем MCU может транскодировать информацию любого вида, если терминалы, участвующие в конференции, используют разные алгоритмы ее кодирования. В процессе согласования функциональных возможностей терминалов устройство управления конференциями выбирает режим конференции (selected communication mode).

Обработка сигналов информационных каналов является неотъемлемой функцией устройства управления конференциями. От каждого терминала, участвующего в конференции, MCU принимает речь, видеоинформацию и данные. Речевую информацию, получаемую от всех участников конференции, устройство управления конференциями смешивает и направляет суммарный речевой сигнал к каждому из участников. Для предотвращения эха MCU может не включать в суммарный речевой сигнал голос того участника, которому этот сигнал передается.

Видеосигналы обычно коммутируются устройством управления конференциями на основе анализа уровня речевого сигнала. Ко всем терминалам, участвующим в конференции, направляется видеосигнал, связанный с речевым сигналом, имеющим самый высокий уровень. Проще говоря, всем участникам конференции передается изображение участника, который в данный момент времени говорит наиболее громко. Помимо этого, устройство управления конференциями может работать в режиме смешивания видеосигналов для получения видеоизображения, содержащего информацию сразу от нескольких источников.

Кроме обработки речи и видеоинформации MCU может выполнять обработку данных в соответствии с рекомендацией Т. 120.

2.9. Голосовой модем V.70.

Этот тип модема позволяет:

· Принимать из телефонной сети голосовые сообщения, записывая их в файл.

· Воспроизводить в телефонную сеть ранее сформированные голосовые (в общем случае звуковые) файлы.

· Файл, сформированный голосовым модемом, можно затем проиграть несколькими способами, например: на динамик компьютера; более качественно звуковой платой; на трубку телефонного аппарата.

· Наговорить файлы можно и в динамик телефонной трубки, если подсоединить ее подходящим образом к модему.

Голосовой модем обычно выполняется как расширение факс-модема. В настоящее время он так же обычен, как в свое время факс-модемы.
Термин голосовой точнее, чем звуковой, т.к. телефонная сеть передает лишь голосовую часть звукового диапазона, отрезая высокие частоты.
В отличие от хайес или факсовых команд для звуковых модемов пока не существует промышленного стандарта де-факто. Существуют как бы сами по себе стандарт V.70 (ITU-T) и IS101 (TIA) с Class 8 командами. К тому же, фирмы-изготовители добиваясь эффективности, вводят свои команды и соответственно выпускают специализированный софт к таким модемам.

Оцифрованный звук при записи в файл обязательно сжимают. Дело в том, что для приемлемого качества без сжатия получается поток данных в 64 Кбит/с Это слишком много для СОМ порта. Поэтому применяют алгоритмы сжатия снижающие "дебит" потока до меньших скоростей. В настоящее время используются так называемые алгоритмы адаптивной дельта кодоимпульсной модуляции ADPCM и скорости на выходе, равные скоростям СОМ порта в 28.8 и 19 2 Кбит/с (т.е. в 2-3 раза). Еще больше сжимает поток алгоритм CELP, а именно до 9.6. При этом истинного сжатия нет, т.е. сжатие сопровождается неизбежной потерей качества, и чем больше сжатие, тем больше ухудшение. В настоящее время поиски продолжаются. Так, фирма ZyXEL уже дважды меняла алгоритм сжатия.

2.10. SVD модемы

Обычно модемы не предполагают передачу одновременно данных и голосовых сообщений, исключение составляют только цифровые сети. Однако не так давно была предпринята попытка разработки подобного устройства - SVD модемы - для аналоговых коммутируемых телефонных сетей.

SVD модемы (Simultaneous Voice and Data - одновременно голос и данные) позволяют одновременно, а не чередуя с передачей данных, вести разговор с помощью телефонной трубки, подключенной к модему, причем в дуплексном режиме. При поднятии трубки одним пользователем у другого раздается звуковой сигнал.

Это сравнительно новый вид модемов, но считается, что скоро это будет стандартной возможностью. Задержка была за единым стандартом компрессии звука. Совсем недавно он был принят под названием V.70. Модемы выполнены как расширение обычных.

У SVD модемов компании Multi-Tech применяется временное мультиплексирование, причем для передачи голоса достаточно скорости 9.6, а остальные ресурсы используют блоки данных. Можно даже применять для одновременной передачи видеоизображения с рассказом. Кроме того фирмы Hayes Microcomputer и ее дочерняя компания Practical Periferals выпустили модемы, где одновременно с передачей голоса можно посылать еще и факсы, а разговор вести не снимая трубки (через спикерфон). Еще применяется (альтернативная к Multi-Tech) технология Radish Voice View фирмы Radish Communications.

В настоящее время SVD модемы не получили широкого распространения. Кроме того, обычные модемы позволяют при переходе в режим команд использовать телефонный аппарат для голосового общения не разрывая связь (но и не передавая данных). Возврат в режим передачи данных восстанавливает модемную связь.

Вопросы для самопроверки.

1. Какие организации принимают участие в стандартизации IP-телефонии?

2. Какие основные компоненты описываются рекомендации Н.323?

3. Что такое зона Н.323?

4. Какие функции выполняют терминал Н.323, контроллер зоны, шлюз, устройство управления многоточечной конференцией?

5. Чем отличаются устройства привратник, gatekeeper, контроллер зоны?

6. Какие функции выполняет шлюз?

7. Какие функциональные блоки входят в состав шлюза?

8. С какими видами терминалов ТфОП может взаимодействовать сеть Н.323?

9. Что такое терминал V.70, терминал Н.320, терминал Н.324?

10. Какие элементы входят в состав терминала Н.323?

11. Какие виды конференции существуют в сети Н.323?

Лекция 5. Адресация в сети IP-телефонии.

- Адресация.

- Основные сценарии установления соединений.

5.1. Проблемы адресации в сетях IP-телефонии

В системах IP-телефонии, так же как и в сетях с коммутацией каналов, номера, в cooтветствии с Рекомендацией Е.164, используются конечными пользователями, чтобы идентифицировать вызов. В IP-системах, когда конечный пользователь идентифицируется, номер Е.164 этого конечного пользователя временно связан с адресом IP (транспортный адрес) этого терминала (оконечной точки). Проблема нумерации в сети IP-телефонии связана с определением точки назначения вызова при внутридоменной и междоменной связи в IF- сети. В качестве такой конечной точки может выступать или IP-терминал с соответствующим приложением пользователя или шлюз для доступа в сеть с коммутацией каналов.

От решения задач адресации в IP-телефонии во многом зависят удобство пользования услугой, работа алгоритмов маршрутизации, обеспечение мобильности номеров и т.д. Проблема организации взаимодействия сетей с коммутацией каналов и IP-сетей заключается в том, что единственный метод адресации обычного терминала абонента телефоний сети — это использование номера этого терминала (в сетях общего пользования номер Е.164). В то же время ITU-Т только подходит к решению вопросов взаимодействия услуг IP-телефонии и ТфОП, ограничиваясь пока рассмотрением функций межсетевого взаимодействия на уровне транспортных технологий.

Оператору IP-телефонии, предлагающему свои услуги абонентам сетей с коммутацией каналов, необходимо использовать уже имеющиеся схемы нумерации. В сетях IP-телефонии, построенных на базе стандарта Н.323, преобразование телефонных номеров Е.164 в IP-адреса и обратно входит в функции gatekeeper. В системах, использующих протокол SIP, эти функции выполняются в специальном сервере.

Цель преобразования номера — замена цифр, набранных вызывающим пользователем, в имена Е.164 и преобразование этих имен в адреса, имена или идентификаторы, которая необходимо использовать для маршрутизации IP-сообщений управления телефонными вызовами. При этом телефонные соединения устанавливаются внутри домена или между доменами и/или далее маршрутируются в сеть с коммутацией каналов. Для выполнения функций маршрутизации при обслуживании вызовов необходимо иметь базу данных о пользователя и шлюзах, о преобразованиях номеров, имен и адресов.

Сети IP-телефонии должны поддержать преобразование номеров в двух случаях:

1. Маршрутизируемые вызовы направляются в сеть с коммутацией каналов. В этом случае необходим, по крайней мере, один маршрут к домену, в котором расположен шлюз к сети с коммутацией каналов, обеспечивающий доступ к адресату. Хотя могут быть доступны юбилее чем один маршрут, так как несколько доменов и несколько шлюзов позволяют обслужить этот вызов.

2. Маршрутизируемые вызовы направляются в сеть с коммутацией пакетов (IP-сеть). В stov случае вызывающий пользователь использует номер Е.164 как имя, идентифицирующее IP-сети. При этом возможен только один маршрут через соответствующий шлюз.

Система нумерации IP-телефонии должна обеспечивать возможность замены одного номера Е.164 на другой. Это необходимо для обеспечения поддержки следующих услуг:

· мобильность номера;

· персональная нумерация;

· негеографические услуги типа freephone.

При таких услугах номер направляется в виде запроса на шлюз IP-телефонии и идентифицируется как номер маршрутирования Е.164. Ответ на запрос будет всегда в виде номера Е.164.

В системе IP-телефонии может существовать два вида планов нумерации: открытый (внутренний и международный) и частный. При этом возможны три формата номеров:

1. Фиксированный — набираемый номер фиксирован;

2. Переменный — набираемый номер может изменяться;

3. Корпоративный — набираемый номер определяется данными конфигурации корпоративного плана набора (Custom Dailing Plan).

Формат номера внутреннего плана имеет следующий вид:

· Фиксированный: внутренний национальный код (если есть) + код города + номер абонента;

· Переменный: набираемый номер зависти от следующих факторов:

- локальный вызов (код города соответствует коду, определенному для шлюза Интернет-телефонии) — набирается только номер абонента;

- междугородный звонок (код города отличается от кода, определенного для шлюз) — набирается внутренний национальный код (если есть) + код города + номер абонента;

· Корпоративный: набираемый номер конфигурируется администратором и зависит m определенных им кодов.

Формат номера международного плана имеет следующий вид:

· Фиксированный: код выхода на международную сеть + код страны + код городах номер абонента;

· Корпоративный: набираемый номер конфигурируется администратором и зависит m определенных им префиксов.

Формат номера частного плана имеет следующий вид:

· Фиксированный: номер абонента;

· Переменный: набираемый номер зависит от следующих факторов:

- локальный вызов (код частной зоны соответствует коду, определенному для шлюза) — набирается только номер абонента;

- междугородный звонок (код частной зоны отличается от кода, определенного для шлюза)

- внутренний национальный код (если есть) + код города + номер абонента

· Корпоративный: набираемый номер конфигурируется администратором и зависит m определенных им кодов.

5.2. Нумерация в телефонных сетях общего пользования

В настоящее время нумерация в сетях общего пользования с коммутацией канала, предоставляющих услуги телефонной связи (телефонные сети, сети ISDN, интеллектуальный сети, сотовые сети и др.), реализуется в соответствии с Рекомендацией ITU-Т Е.164.

Система нумерации таких сетей включает международный и национальные планы нумераций.

Каждая телефонная Администрация разрабатывает национальный план нумерации для своей сети. Этот план разрабатывается таким образом, чтобы любой абонент национально сети может быть доступен по одному и тому же номеру для разных услуг. Причем это доля выполняться для всех входящих международных вызовов. Национальный план нумерации страны должен быть такой, чтобы анализ цифры не превышал установленные пределы, применимые к национальному (значащему) номеру N(S)N.

Международный номер телекоммуникационной сети общего пользования включал различное число десятичных цифр, объединенных в соответствующие поля. Структура международного номера телекоммуникационной сети общего пользования показана на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Структура международного номера

Поле «Код страны (СС)» используется для определения страны или географической области назначения. Данный код имеет различную длину, конкретные значения кодов для стран мира приведены в Рекомендации 1Т1.1-Т Е.164. Следует отметить, что код страны начинается с номера мировой зоны нумерации. В настоящее время территория всего земного разделена на 9 мировых зон нумерации:

Зона 1 — Северная Америка;

Зона 2 — резерв

Зоны 3 и 4 — Европа;

Зона 5 — Центральная и Южная Америка;

Зона 6 — Австралия и Океания;

Зона 7 — Россия и Казахстан;

Зона 8 — Юго-Восточная Азия;

Зона 9 — Азия.

Поле «Национальный (значащий) номер N(S)N» используется для определения абонента в сети. При выборе требуемого абонента иногда необходимо определить и сеть назначения. В этом случае национальный код включает поле национального кода назначения (NDC). Национальный код назначения может иметь различную длину в зависимости от требований национальных Администраций.

Поле «Номер абонента SN» также имеет произвольную длину в каждой национальной согласно Рекомендации ITU-Т Е.160.

Следует отметить, что общая длина международного номера в настоящее время не должна превышать 15 цифр. При этом в данную длину номера не входят префиксы, символы, ограничители (например, окончание импульсных сигналов), так как они не являются частью международного номера сети общего пользования.

5.3. Адресация в IP-сетях Типы адресов в IP-сетях

Каждый терминал в сети ТСР/I1P имеет адреса трех уровней:

1. Физический (МАС-адрес) — локальный адрес узла, определяемый технологией, с которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11-АО-17-3D-ВС-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей MAC-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта — идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Для узлов, входящих в глобальные сети, включая Х.25 или frame relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети.

2. Сетевой (Ip-адрес), состоящий из 4 байт, 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 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 произвольно. 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, например, SERVI.IBM.СОМ. Этот

адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, пользуется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

5.3.1. Основные классы IP-адресов.

IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками, например:

128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса,

10000000 00001010 00000010 00011110 — двоичная форма представления этого же адреса. На рис. 6.2 показана структура IP-адреса.

Рис.5.2. Структура IP-адреса.

Адрес состоит из двух логических частей — номера сети и номера узла в сети. Каких часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса:

• Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже.) В сетях класса А количеств узлов должно быть больше 216, но не превышать 224.

• Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 28-216. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.

• Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 28. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла - 8 битов.

• Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес — multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

• Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений.

На рис.6.3 приведены диапазоны номеров сетей, соответствующих каждому классу сетей.

Рис.5.3. Диапазоны номеров сетей.

5.3.2. Адресация в IPv6 .

Одним из основных отличий внедряемого в настоящее время протокола IPv6 от протокола IPv4 является использование более длинных адресов. Адреса получателя и источника в IPv6 имеют длину 128 бит или 16 байт. Версия 6 обобщает специальные типы адресов версии 4 в следующих типах адресов:

• Unicast — индивидуальный адрес. Определяет отдельный узел — компьютер или порт маршрутизатора. Пакет должен быть доставлен узлу по кратчайшему маршруту.

• Cluster — адрес кластера. Обозначает группу узлов, которые имеют общий адресный префикс (например, присоединенных к одной физической сети). Пакет должен быть маршрутизирован группе узлов по кратчайшему пути, а затем доставлен только одно- му из членов группы (например, ближайшему узлу).

• Multicast — адрес набора узлов, возможно в различных физических сетях. Копии пакета должны доставлены каждому узлу набора, используя аппаратные возможности групповой или широковещательной доставки, если это возможно.

Как и в версии IPv4, адреса в версии IPv6 делятся на классы, в зависимости от значения нескольких старших бит адреса.

Большая часть классов зарезервирована для будущего применения. Наиболее интересным для практического использования является класс, предназначенный для провайдеров услуг Internet, названный Provider-Assigned Unicast.

Адрес этого класса имеет следующую структуру (рис.6.5):

010

идентификатор провайдера

идентификатор абонента

идентификатор подсети

идентификатор узла

Рис.5.4. Структура адреса в IPv6.

Каждому провайдеру услуг Internet назначается уникальный идентификатор, которым помечаются все поддерживаемые им сети. Далее провайдер назначает своим абонентам уникальные идентификаторы и использует оба идентификатора при назначении блока адресов абонента. Абонент сам назначает уникальные идентификаторы своим подсетям и узлам этих сетей.

Абонент может использовать технику подсетей, применяемую в версии IPv4, для дальнейшего деления поля идентификатора подсети на более мелкие поля. Описанная схема приближает схему адресации IPv6 к схемам, используемым в территориальных сетях, включая телефонные сети или сети Х.25. Иерархия адресных полей позволит магистральным маршрутизаторам работать только со старшими частями адреса, оставляя обработку менее значимых полей маршрутизаторам абонентов.

Под поле идентификатора узла требуется выделения не менее 6 байт, для того чтобы можно было использовать в IP-адресах МАС-адрес локальных сетей непосредственно.

Для обеспечения совместимости со схемой адресации версии IPv4, в версии IPv6 имеется класс адресов, имеющих 0000 0000 в старших битах адреса. Младшие 4 байта адрес этого класса должны содержать адрес IPv4. Маршрутизаторы, поддерживающие обе версия адресов, должны обеспечивать трансляцию при передаче пакета из сети, поддерживающий адресацию IPv4, в сеть, поддерживающую адресацию IPv6, и наоборот.

5.4. Основные сценарии установления соединений.

Рассмотрим сценарий установления соединения «телефон-телефон»

1. Абонент А набирает местный номер доступа к шлюзу (см.рис.5.5).

2. Шлюз запрашивает у специального сервера данные о вызывающем абоненте (по информации АОН или по идентификационному номеру). Сервер может быть совмещен с привратником.

3. Сервер просматривает информацию АОН для того, чтобы убедиться, что абоненту А разрешено пользоваться данной услугой, и затем передает к шлюзу сообщение аутентификации пользователя.

Рис.5.6 отражает следующие стадии.

4. Абонент А набирает телефонный номер вызываемого абонента Б.

Рис.5.5. Установление соединения: Часть 1

5. Шлюз консультируется с привратником о возможных способах маршрутизации вызова.

6. Привратник просматривает адрес Е. 164 на фоне таблицы маршрутизации и передает к исходящему шлюзу IP-адрес встречного (входящего) шлюза. При этом привратнику может понадобиться консультация с привратником другой зоны.

Рис.5.6. Установление соединения: Часть 2

Финальные стадии установления соединения показаны на рис.5.7:

Рис.5.7. Установление соединения: Часть 3

7. Исходящий шлюз направляет вызов Н.323 по IP-сети к входящему шлюзу.

8. Входящий шлюз направляет вызов по сети ТфОП к вызываемому абоненту.

9. Шлюзы посылают на упоминавшийся ранее специальный сервер данные о начале/окончании установления соединения для начисления платы за связь.

5.4.1. Звонок с терминала H.323 при поддержке ОКС7 (СSS7).

Ниже мы рассмотрим, как устанавливается соединение при звонке с терминала H.323 абоненту в телефонной сети общего пользования на примере вызова по номеру для бесплатных звонков (см. рис.5.8). При этом шлюзу приходится задействовать как TCAP (для обращения к базе данных и получения ответа), так и ISUP (для установления и разрыва соединения по телефонной сети). После введения абонентом IP-телефонии номера для бесплатных звонков, с терминала H.323, например, с компьютера или IP-телефона, он передается в IP-пакете предопределенному привратнику. Вызывающий привратник определяет, что набранный номер соответствует номеру для бесплатных звонков, и поэтому необходимо обратиться к базе данных о таких номерах через шлюз SS7. Получив запрос от привратника, шлюз СSS7 преобразует его в сообщение СSS7 TCAP и отправляет по сигнальному каналу на STP. STP уже маршрутизирует его через другие STP в соответствующий SCP для определения реального телефонного номера на основании набранного номера.

Рис. 5.8. Шлюзы и привратники H.323 вместе со шлюзом SS7 составляют точку коммутации сервиса Internet-телефонии.

После получения ответа от SCP шлюз SS7 преобразует его в надлежащий формат и отправляет привратнику в IP-пакете. (С этого момента процедура установления соединения в точности совпадает с ситуацией, когда набирается прямой телефонный номер.) По полученному телефонному номеру вызывающий привратник определяет IP-адрес вызываемого и посылает ему запрос относительно доступности вызываемого шлюза. Получив информацию о вызываемом шлюзе, вызывающий привратник передает его IP-адрес терминалу H.323, а тот устанавливает виртуальное соединение с вызываемым шлюзом.

Вызываемый шлюз IP-телефонии выбирает исходящую телефонную линию и передает информацию вызываемому шлюзу SS7 в IP-пакете. Последний составляет сообщение SS7 ISUP и отправляет его телефонному коммутатору для установления соединения по набранному телефонному номеру. Получив от телефонного коммутатора подтверждение того, что соединение успешно установлено и вызываемый абонент ответил, шлюз SS7 посылает в IP-пакете соответствующее сообщение вызывающему привратнику, а он уже уведомляет об этом терминал H.323.

Вопросы для самопроверки.

1. Какие типы адресов используются в сети IP-телефонии стандарта Н.323?

2. Каким образом стыкуется нумерация в ТфОП с адресацией в IP-сетях?

3. Что обеспечивают протоколы сигнализации?

4. На какие фазы делится процедура установления соединения?

Лекция 6. Управление вызовами в сети IP-телефонии. Семейство протоколов Н.323.

- Понятие «сигнализация»

- процедура управления вызовами в традиционной телефонии

- стек протоколов H.323

- этапы прохождения вызова в среде H.323

6.1. Общие принципы сигнализации в сетях IP-телефонии

Для обеспечения широкомасштабного внедрения IP-телефонии одним из самых важных факторов является обеспечение совместимости систем разных фирм. Достижение совместимости возможно только на базе стандартных протоколов сигнализации. Протоколы сигнализации обеспечивают установление, администрирование и завершение сеанса связи между конечными точками (пользователями), однозначно идентифицируемыми заданной схемой адресации. Понятие «сигнализация» относится ко всей информации, связанной с вызовами и необходимой для их установления, маршрутизации, мониторинга и завершения как на физическом, так и на логическом уровне.

В традиционной телефонии вызывающий пользователь набирает номер нужного ему абонента, а телефонная сеть использует его для маршрутизации вызова. Процедура управления вызовами делится на три фазы: установление соединения, передача речи или данных и разъединение. Сообщения системы сигнализации инициируют и завершают эти фазы, а стандартные контрольные сигналы и (или) записанные голосовые сообщения информируют абонента о характере прохождения его вызова.

Во всех современных сетях с коммутацией каналов система сигнализации основана на семействе ОКС №7. Они обеспечивают обмен сообщениями, которые необходимы для маршрутизации вызовов, резервирования ресурсов, трансляции адресов, установления соединений, управления ими, выставления счетов. Кроме того, на сети связи РУз используется еще много других систем сигнализации (аналоговых и цифровых).

По сравнению с сигнализацией в обычных телефонных сетях сигнализация IP- телефонии должна обладать более широкими возможностями в силу специфики конечных узлов. Они могут иметь самые разные характеристики в части требуемой полосы пропускания, кодирования/декодирования аудиосигналов, передачи данных и для установления сеанса связи между ними необходимо убедиться в совместимости этих характеристик.

В системах IP-телефонии процедуры управления вызовами выполняются протоколами сигнализации, а непосредственная маршрутизация трафика через IP-сеть обеспечивается протоколами: OSPF или BGP (резервирование сетевых ресурсов возможно, например, при помощи протокола RSVP). Таким образом, архитектура сети IP-телефонии предусматривает разделение плоскостей управления и передачи пользовательской информации, что является наиболее благоприятным условием для внедрения новых услуг (рис.6.1).

В настоящее время еще окончательно не решен вопрос выбора оптимальной архитектуры управления вызовами особенно для Интернет-телефонии: должна ли она быть интегрирована с существующими службами Интернет или развернута отдельно для обеспечения управления в режиме реального времени. Первый подход привлекает Интернет-провайдеров, которые рассматривают услуги Интернет-телефонии лишь как небольшую часть своего сервисного пакета. Они планируют предлагать эти услуги по фиксированным тарифам, используя максимально упрощенную схему управления услугами. За второй подход ратуют операторы, для которых Интернет-телефония является основной или даже единственной предлагаемой услугой. Им необходимы системы, способные обеспечить высокий уровень контроля за использованием сетевых ресурсов и мощные средства биллинга.

Рис.6.1. Управление вызовами в сети IP-телефонии.

Еще один важный вопрос, связанный с сигнализацией в IP-телефонии — контроль за доступом к сети. В обычной телефонной сети общего пользования (ТфОП) абонент подключается к АТС через фиксированный местный шлейф, поэтому идентифицировать его телефонный аппарат очень просто. В сети IP-телефонии все гораздо сложнее, поскольку существует множество разных способов доступа к ней: с обычного телефона через ТфОП, по модемному соединению через сервер удаленного доступа, через ЛВС и территориально распределенную сеть и т.д. Кроме этого, пользователи могут перемещаться между различными сетями, таким образом, абонента нельзя идентифицировать по используемой им линии доступа.

Для эффективного контроля за доступом оператор должен аутентифицировать каждого пользователя, запрашивающего услугу. С увеличением числа операторов IP-телефонии требуются также средства контроля за трафиком на границе между их сетями. Такие средства должны осуществлять контроль за доступом и использованием сетевых ресурсов и выполнением соглашений по качеству обслуживания. При их отсутствии оператору может оказаться проблематичным гарантировать пользователю определенный класс обслуживания, если его трафик частично проходит через сеть другого оператора.

На рис.6.2 показано место механизмов сигнализации IP-телефонии в протокольном стеке; над ними находятся приложения, под ними — транспортные службы IP. Приложение может представлять собой телефонный шлюз.

Рис.6.2. Механизмы сигнализации IP-телефонии в протокольном стеке.

В общем случае для установления соединения между вызываемым и вызывающим абонентом шлюзы IP-телефонии должны:

• найти gatekeeper, на котором возможна регистрация оконечного устройства;

• зарегистрировать свой мнемонический адрес на gatekeeper;

• указать требуемую полосу пропускания;

• передать запрос на установление соединения;

• установить соединение;

• в процессе вызова управлять параметрами соединения;

• разъединить соединение.

Для выполнения этих операций в настоящее время могут использоваться различные протоколы сигнализации, рассмотренные ниже.

6.2. Сигнализация по стандарту Н.323

Для выполнения действий сигнализации между шлюзами и gatekeeper в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т Н.323 должны использоваться следующие протоколы:

• сигнализация RAS (Registration, Admission, Status);

• сигнализация 931 (согласно Н.225.0);

• протокол управления Н.245.

6.2.1. Сигнализация RAS

Протокол сигнализации RAS (регистрации, подтверждения и состояния) применяется для передачи служебных сообщений между терминалами и контроллером зоны Н.323. RAS-сообщения служат для регистрации терминалов, допуска их к сеансу связи, изменения используемой полосы пропускания, информирования о состоянии сеанса и его прекращении. В отсутствии контроллера зоны (gatekeeper) протокол RAS не задействуется.

Функции сигнализации RAS используют сообщения протокола Н.225.0. Канал сигнализации RAS не зависит от канала управления вызовом и канала управления Н.245.

С помощью сигнализации RAS должно осуществляться:

· нахождение gatekeeper, на котором возможна регистрация оконечного оборудования;

· регистрация оконечного устройства;

· определение географического положения оконечного устройства;

· указание необходимой полосы пропускания;

· изменение полосы пропускания.

Передача сообщений RAS осуществляется в дейтаграммах UDP. Для адресации RAS должна использоваться адресная информации, в которую входят:

· сетевой адрес оборудования;

· идентификатор TSAP (Transport Layer Service Access Point);

· мнемонический адрес (Alias Adress).

Сетевой адрес является адресом в формате, используемом в сети с коммутацией пакетов, например, адрес в форматах IPv4, IPv6, IPX, NetBIOS.

Идентификатор TSAP используется для идентификации информационных потоков, отправленных с одного сетевого адреса. Для gatekeeper выделены постоянные значения идентификатора TSAP: 1718 (для поиска gatekeeper) и 1719 (для передачи сообщений сигнализации RAS).

Мнемонический адрес служит для адресации оконечного оборудования в удобной пользователю форме. Адресом может быть телефонный номер в формате Е.164, телефонный номер в корпоративной сети, адрес электронной почты и т.д. Gatekeeper не имеет мнемонического адреса.

Нахождение gatekeeper должно осуществляться с помощью широковещательного запроса GRQ (Gatekeeper Request), передаваемого оконечным оборудованием с идентификатором ТВАР, равным 1718. Если gatekeeper найден, и он готов обслужить запрос от оконечного оборудования, в ответ оно должно получить сообщение GCF (Gatekeeper Confirm). Если оконечное оборудование получило ответ от нескольких gatekeeper, выбор одного из них должен осуществляться оконечным оборудованием произвольным образом. Если gatekeeper не может обслужить запрос от оконечного оборудования, то в ответ он должен передать сообщение GRJ (Gatekeeper Reject), в котором должна сообщаться причина отказа, и может содержаться адрес альтернативного gatekeeper. При нахождении gatekeeper между ним и оконечным оборудованием осуществляется установление логического канала сигнализации, по которому будут передаваться остальные сообщения RAS (рис. 6.3).

После нахождения gatekeeper оконечное оборудование в сообщении RRQ (Registration Request) должно сообщить gatekeeper свой сетевой и мнемонический адрес. В ответ gatekeeper должен передать сообщение RCF (Registration Confirm) для подтверждении регистрации оконечного оборудования, либо RRJ (Registration Reject) в случае отказа от регистрации.

Регистрация оконечного оборудования на gatekeeper может осуществляться один раз и не повторяться при включении оконечного оборудования. В этом случае gatekeeper должен определять состояние оконечного оборудования. Для этого gatekeeper должен периодически передавать сообщение IRQ (Information Request). Интервал определяется производителем оборудования и должен быть не менее 10 секунд.

После регистрации о конечного оборудования на gatekeeper оно может установить соединение с вызываемым оконечным оборудованием. Для этого оконечное оборудование- инициатор должно передать сообщение ARQ (Admissions Request) и установить логический канал для передачи сообщений 931. В сообщении ARQ указываются скорость передачи, кратная 100 бит/с, и количество каналов, необходимых для передачи речевой информации. Например, при использовании интерфейсов ISDN для выделения полосы 192 кбит/с необходимо указать значения соответственно 640 и 3. Скорость указывается без учета размеров заголовков пакетов и блоков данных транспортных протоколов. Если сеть может обеспечить требуемые параметры, то gatekeeper должен передать подтверждение ACF (Admissions Confirm), в противном случае передается сообщение ARJ (Admissions Reject) с указанием причины отказа.

После получения подтверждения оконечное оборудование устанавливает соединение с вызываемым оконечным оборудованием с

Рис.6.3. Этапы прохождения вызова в среде Н.323.

использованием сигнализации Q.931 (в соответствии с Н.225.0). Сообщения сигнализации Q.931 могут передаваться по логическому каналу через gatekeeper или непосредственно между двумя оконечными устройствами. Выбор способа осуществляет gatekeeper и сообщает об этом оконечному оборудованию в сообщении ACF.

Если сообщения передаются через gatekeeper, то он может либо закрыть логический канал после установления соединения для передачи речевой информации, либо оставить eгo до конца сеанса связи, если поддерживаются дополнительные услуги.

Для установления соединения используются сообщения Setup и Connect, после передачи которых устанавливается канал управления Н.245. Канал для передачи информации управления Н.245 может быть установлен двумя способами: через gatekeeper или непосредственно между оконечными устройствами. В случае, если логический канал сигнализации 931 устанавливается через gatekeeper, то канал для передачи информации управления Н.245 также должен устанавливаться через gatekeeper. Способ установления канала для передачи информации управления Н.245 между оконечным оборудованием в настоящее время не специфицирован.

Если канал сигнализации RAS установлен, то он может использоваться для установления нескольких соединений. Идентификация сообщений сигнализации, принадлежащих одному и тому же соединению, осуществляется с помощью идентификатора Call ID.

6.2.2. Сигнализация Н.225.0 (Q.931) и протокол управления Н.245

Стандарт Н.225 описывает протоколы сигнализации и формирования пакетов в системах пакетной передачи мультимедийного трафика. Канал управления вызовами Н.225.0 используется для установления и разрыва соединений между двумя терминалами Н.323, а также между терминалом и шлюзом. Служебные сообщения этого протокола передаются поверх TCP или UDP (рис. 6.4).

Протокол управления мультимедийной передачей Н.245 обеспечивает:

• согласование возможностей компонентов;

• установление и разрыв логических каналов;

• передачу запросов на установление приоритета;

• управление потоком (загрузкой канала);

• передачу общих команд и индикаторов.

Сообщения протокола Н.245 передаются по специальному каналу управления. Это логический канал «0», который, в отличие от каналов обмена мультимедиа-потоками, постоянно открыт. Обмен параметрами между терминалами позволяет согласовывать режимы работы и форматы кодирования информации, что обеспечивает взаимодействие терминалов от разных производителей. В процессе обмена сообщениями о параметрах уточняются возможности терминалов принимать и передавать различные виды трафика.

С помощью сигнализации Q.931 согласно рекомендации МСЭ-Т Н.225.0 и протоколу управления Н.245 должно осуществляться:

• передача запроса на установление соединения;

• инициализация соединения и обмен информацией о возможностях;

• установление соединения для передачи речевой информации;

• разъединение соединения.

Рис.6.4. Положение Н.255.0 в стеке протоколов Н.323.

Для установления соединения инициатор вызова (оконечное оборудование 1) должно передать сообщение Setup оконечному оборудованию 2 по логическому каналу сигнализации.

В ответ получатель (оконечное оборудование 2) должен передать сообщение Connect, сообщающее инициатору о готовности установить соединение. Инициатор сообщения должен получить сообщения Call proceeding, Connect, Alerting в течении 4 секунд. После получения сообщения Connect должен быть установлен логический канал управления Н.245, по которому передается информация о возможностях оконечного оборудования в сообщении terminal Capability Set.

После инициализации соединения создается логический канал для передачи речевой информации. Установление канала для передачи речевой информации осуществляется оконечным оборудованием после получения сообщения Open Logical Channel по каналу управления Н.245. Передача речевой информации по логическому каналу должна осуществляться в пакетах RTP. Передача управляющей информации должна осуществляться в пакетах RTCP.

Соединение разъединяется следующим образом:

1. инициатор разъединения должен закрыть канал сообщением close Logical Channel, передаваемым по каналу управления Н.245;

2. инициатор разъединения должен передать сообщение and Session Command, передаваемое по каналу управления Н.245;

3. удаленное оборудование дожидается сообщения and Session Command, передаваемое по каналу управления Н.245;

4. если логический канал сигнализации 931 открыт, он закрывается сообщением Release Complete.

Если в системе присутствует Gatekeeper, то он должен освободить ранее выделенную полосу пропускания. Освобождение полосы пропускания осуществляется сообщением DRQ (Disengage Request) сигнализации RAS, передаваемым оконечным оборудованием. В ответ должно быть получено сообщение подтверждения DCF (Disengage Confirm) или сообщение отказа DRJ (Disengage Reject).

6.3. Алгоритм установления, поддержания и разрушения соединения.

В общем случае алгоритм включает следующие фазы:

- установление соединения

- определение ведущего/ведомого оборудования и обмен данными об их функциональных возможностях

- установление аудиовизуальной связи между вызывающим и вызываемым оборудованием

- если необходимо создание конференций и обращение к дополнительным услугам

- завершение соединения

Базовое соединение с участием привратника показано на рис.6.5. На рисунке видно, что в обслуживании вызова в разные фазы принимают участие 3 вида сигнализации.

6.4. Выводы.

Сигнализация сети Н.323 содержит 3 вида компонентов сигнализации:

• сигнализация RAS (Registration, Admission, Status);

• сигнализация Н.225.0;

• протокол управления Н.245.

Сигнализация сети Н.323 сложна по своему взаимодействию. В общем случае для установления соединения между вызываемым и вызывающим абонентом должны пройти следующие фазы и сработать сигнализации:

- найти gatekeeper, на котором возможна регистрация оконечного устройства; зарегистрировать свой мнемонический адрес на gatekeeper - выполняет сигнализация RAS

- передать запрос на установление соединения - выполняет сигнализация Н.225.0

Рис.6.5. Базовое соединение с участием привратника.

- обменяться функциональными возможностями оборудования, определить ведущего и ведомого, открыть каналы - выполняет протокол управления Н.245

- разъединить соединение - выполняет сигнализация RAS, сигнализация Н.225.0

Вопросы для самопроверки.

1. Какте типы адресов используются в сети IP-телефонии стандарта Н.323?

2. Каким образом стыкуется нумерация в ТфОП с адресацией в IP-сетях?

3. Что обеспечивают протоколы сигнализации?

4. На какие фазы делится процедура установления соединения?

5. Что обеспечивают протоколы сигнализации?

6. На какие фазы делится процедура установления?

7. Какие характеристики имеет сигнализация IP-телефонии?

8. Какими протоколами обеспечивается маршрутизация трафика через IP-сеть?

9. Какова последовательность установления соединения между вызываемым и вызывающим абонентом IP-телефонии?

10. По какому стандарту сигнализация определяет основы процесса передачи видео, аудио и данных по сетям с коммутацией пакетов?

11. Какие протоколы используются для выполнения действий сигнализации между шлюзами и gatekeeper?

12. Какой протокол сигнализации применяется для передачи служебных сообщений между терминалами и контроллером зоны Н.323?

Лекция 7. Архитектура сети SIP.

- Функциональные возможности протокола SIP

- Адресация.

- Интеграция SIP с IP-сетями.

- SIP - терминал,

- прокси-сервер,

- сервер переадресации,

- сервер определения местоположения пользователей.

7.1. Функциональные возможности протокола SIP

Вторым вариантом построения сетей стал протокол SIP, разработанный группой MMUSIC (Multiparty Multime-dia Session Control) комитета IETF (Internet Engineering Task Force), а спецификации протокола представлены в документе RFC 2543.

Протокол инициирования сеансов - Session Initiation Protocol (SIP)- является протоколом прикладного уровня и предназначается для организации, модификации и завершения сеансов связи: мультимедийных конференций, телефонных соединений и распределения мультимедийной информации, в основу которого заложены следующие принципы.

· Персональная мобильность пользователей. Пользователи могут перемещаться без ограничений в пределах сети, поэтому услуги связи должны предоставляться им в любом месте этой сети. Пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи вне зависимости от того, где он находится. Для этого пользователь с помощью специального сообщения - REGISTER - информирует о своих перемещениях сервер определения местоположения.

· Масштабируемость сети характеризуется, в первую очередь, возможностью увеличения количества элементов сети при ее расширении. Серверная структура сети, построенной на базе протокола SIP, в полной мере отвечает этому требованию.

· Расширяемость протокола характеризуется возможностью дополнения протокола новыми функциями при введении новых услуг и его адаптации к работе с различными приложениями.

· Интеграция в стек существующих протоколов Интернет. Протокол SIP является частью глобальной архитектуры мультимедиа, разработанной комитетом Internet Engineering Task Force (IETF).

· Взаимодействие с другими протоколами сигнализации. Протокол SIP может быть использован совместно с протоколом Н.323. Возможно также взаимодействие протокола SIP с системами сигнализации ТфОП - DSS1 и ОКС7. Для упрощения такого взаимодействия сигнальные сообщения протокола SIP могут переносить не только специфический SIP-адрес, но и телефонный номер формата Е.164 или любого другого формата. Кроме того, протокол SIP, наравне с протоколами Н.323 и ISUP/IP, может применяться для синхронизации работы устройств управления шлюзами, в этом случае он должен взаимодействовать с протоколом MGCP. Другой важной особенностью протокола SIP является то, что он приспособлен к организации доступа пользователей сетей IP-телефонии к услугам интеллектуальных сетей, и существует мнение, что именно этот протокол станет основным при организации связи между указанными сетями.

7.2. Адресация.

Для организации взаимодействия с существующими приложениями IP-сетей и для обеспечения мобильности пользователей протокол SIP использует адрес, подобный адресу электронной почты. В качестве адресов рабочих станций используются специальные универсальные указатели ресурсов - URL (Universal Resource Locators), так называемые SIP URL.

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. Для определения IP-адреса устройства необходимо обратиться к службе доменных имен - Domain Name Service (DNS). Если же во второй части SIP-адреса размещается IP-адрес, то с рабочей станцией можно связаться напрямую.

В начале SIP-адреса ставится слово «sip:», указывающее, что это именно SIP-адрес, т.к. бывают и другие (например, «mailto:»). Ниже приводятся примеры SIP-адресов:

sip: student@sk.niis.uz

sip: userTUIT@192.168.100.152

sip: 294-75-47@gateway.ru

7.3. Интеграция протокола SIP с IP-сетями

Интеграция в стек существующих протоколов Интернет, разработанных IETF. Протокол SIP является частью глобальной архитектуры мультимедиа, разработанной комитетом Internet Engineering Task Force (IETF). Эта архитектура включает в себя также протокол резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol - RSVP), транспортный протокол реального времени (Real-Time Transport Protocol - RTP), протокол передачи потоковой информации в реальном времени (Real-Time Streaming Protocol - RTSP), протокол описания параметров связи (Session Description Protocol -SDP). Однако функции протокола SIP не зависят ни от одного из этих протоколов.

Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. В качестве транспорта могут использоваться протоколы Х.25, Frame Relay, AAL5, 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.

Здесь же следует отметить, что сигнальные сообщения могут переноситься не только протоколом транспортного уровня UDP, но и протоколом ТСР. По сети с маршрутизацией пакетов IP может передаваться пользовательская информация практически любого вида: речь, видео и данные, а также любая их комбинация, называемая мультимедийной информацией. При организации связи между терминалами пользователей необходимо известить встречную сторону, какого рода информация может приниматься (передаваться), алгоритм ее кодирования и адрес, на который ее следует передавать. Таким образом, одним из обязательных условий организации связи при помощи протокола SIP является обмен между предполагаемыми участниками этой связи данными об их функциональных возможностях. Для этой цели чаще всего используется протокол описания сеансов связи SDP (Session Description Protocol). В течение сеанса связи может производиться его модификация, поэтому предусмотрена передача средствами SDP сообщений SIP с новыми описаниями сеанса.

Протокол инициирования сеансов связи        ( SIP )	Прикладной уровень
Протоколы TCP и UDP	Транспортный уровень
Протоколы IPv4 и IPv6	Сетевой уровень
PPP, AAL5.    ATM, Ethernet, V.34.	Уровень звена данных
UTP5, ВОЛС и др.	Физический уровень

Рис. 7.1. Место протокола SIP в стеке протоколов TCP/IP

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.

Для передачи речевой информации комитет IETF предлагает использовать протокол RTP, но сам протокол SIP не исключает возможность применения для этих целей других протоколов.

Протокол SIP предусматривает организацию конференций трех видов:

·  в режиме многоадресной рассылки (multicasting), когда информация передается на один multicast-адрес, а затем доставляется сетью конечным адресатам;

·  при помощи устройства управления конференции (MCU), к которому участники конференции передают информацию в режиме точка-точка, а оно, в свою очередь, обрабатывает ее (т.е. смешивает или коммутирует) и рассылает участникам конференции;

·  путем соединения каждого пользователя с каждым в режиме точка-точка.

Протокол SIP дает возможность присоединения новых участников к уже существующему сеансу связи, т.е. двусторонний сеанс может перейти в конференцию.

7.4. Архитектура сети SIP

Протокол SIP paботает по схеме клиент-сервер. Клиент выдает запросы, в которых указывает, что он желает получить от сервера. Сервер принимает запрос, обрабатывает его и выдает ответ, который может содержать уведомление об успешном выполнении запроса, уведомление об ошибке или информацию, затребованную клиентом.

Рис.7.2. Схема "клиент-сервер"

Протоколом SIP предусмотрены 3 основных сценария установления соединения: с участием прокси-сервера, с участием сервера переадресации, и непосредственно между пользователями. Различие между перечисленными сценариями заключается в том, что по-разному осуществляется поиск и приглашение вызываемого пользователя. В первом случае эти функции возлагает на себя прокси-сервер, а вызывающему пользователю необходимо знать только постоянный SIP-адрес вызываемого пользователя. Во втором случае вызывающая сторона самостоятельно устанавливает соединение, а сервер переадресации лишь реализует преобразование постоянного адреса вызываемого абонента в его текущий адрес. И, наконец, в третьем случае вызывающему пользователю для установления соединения необходимо знать текущий адрес вызываемого пользователя.

Таким образом, сеть SIP содержит основные элементы трех видов: агенты пользователя, прокси-серверы и серверы переадресации (см.рис.7.3).

Рис.7.3. Архитектура SIP сети

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 соответственно. 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.

Следует особо отметить, что сервер UAS и клиент UAC могут (но не обязаны) непосредственно взаимодействовать с пользователем, а другие клиенты и серверы SIP этого делать не могут. Если в устройстве присутствуют и сервер UAS, и клиент UAC, то оно называется агентом пользователя - User Agent (UA), а по своей сути представляет собой терминальное оборудование SIP.

Кроме терминалов определены два основных типа сетевых элементов SIP: прокси-сервер (proxy server) и сервер переадресации (redirect server).

Прокси-сервер (от английского proxy - представитель) представляет интересы пользователя в сети. Он принимает запросы, обрабатывает их и, в зависимости от типа запроса, выполняет определенные действия. Это может быть поиск и вызов пользователя, маршрутизация запроса, предоставление услуг и т.д. Прокси-сервер состоит из клиентской и серверной частей, поэтому может принимать вызовы, инициировать собственные запросы и возвращать ответы. Ответные сообщения следуют по тому же пути обратно к прокси-серверу, а не к клиенту.

Прокси - сервер может быть физически совмещен с сервером определения местоположения (в этом случае он называется registrar) или существовать отдельно от этого сервера, но иметь возможность взаимодействовать с ним.

Предусмотрено режима работы прокси-серверов - с сохранением состояний (stateful) и без сохранения состояний (stateless).

Сервер первого типа хранит в памяти входящий запрос, который явился причиной генерации одного или нескольких исходящих запросов. Эти исходящие запросы сервер также запоминает. Все запросы хранятся в памяти сервера только до окончания транзакции, т.е. до получения ответов на запросы.

Сервер первого типа позволяет предоставить большее количество услуг, но работает медленнее, чем сервер второго типа.

Сервер без сохранения состояний просто ретранслирует запросы и ответы, которые получает. Он работает быстрее, чем сервер первого типа, так как ресурс процессора не тратится на запоминание состояний, вследствие чего сервер этого типа может обслужить большее количество пользователей. Недостатком такого сервера является то, что на его базе можно реализовать лишь наиболее простые услуги. Впрочем, прокси-сервер может функционировать как сервер с сохранением состояний для одних пользователей и как сервер без сохранения состояний - для других.

Сервер переадресации предназначен для определения текущего адреса вызываемого пользователя. Вызывающий пользователь передает к серверу сообщение с известным ему адресом вызываемого пользователя, а сервер обеспечивает переадресацию вызова на текущий адрес этого пользователя. Для реализации этой функции сервер переадресации должен взаимодействовать с сервером определения местоположения.

Сервер переадресации не терминирует вызовы как сервер RAS и не инициирует собственные запросы как прокси-сервер. Он только сообщает адрес либо вызываемого пользователя, либо прокси-сервера. По этому адресу инициатор запроса передает новый запрос. Сервер переадресации не содержит клиентскую часть программного обеспечения.

Но пользователю не обязательно связываться с каким-либо SIP-сервером. Он может сам вызвать другого пользователя при условии, что знает его текущий адрес.

Сервер определения местоположения пользователей. Пользователь может перемещаться в пределах сети, поэтому необходим механизм определения его местоположения в текущий момент времени. Например, сотрудник предприятия уезжает в командировку, и все вызовы, адресованные ему, должны быть направлены в другой город на его временное место работы. О том, где он находится, пользователь информирует специальный сервер с помощью сообщения REGISTER.

Для хранения текущего адреса пользователя служит сервер определения местоположения пользователей, представляющий собой базу данных адресной информации. Кроме постоянного адреса пользователя, в этой базе данных может храниться один или несколько текущих адресов.

Вопросы для самопроверки.

1. Как расшифровывается аббревиатура SIP?

2. Причина, по которой в базовую архитектуру IP-телефонии был внедрен протокол SIP?

3. Что такое клиент SIP?

4. В каком режиме работает протокол SIP?

5. Какую функцию выполняет прокси-сервер?

6. Для чего предназначен Сервер переадресации?

7. К какому уровню модели OSI можно отнести протокол SIP?

8. Разработкой какого комитета является Протокол SIP?

9. Какая технология используется протоколом SIP в качестве транспортной технологии?

Лекция 8. Сигнализация на базе протокола SIP.

- Запросы протокола SIP.

- Ответы протокола SIP.

- Алгоритмы установления соединений.

- Сравнительный анализ Н.323 и SIP.

8.1.Запросы протокола SIP.

В настоящей версии протокола SIP определено шесть типов запросов. Каждый из них предназначен для выполнения довольно широкого круга задач, что является явным достоинством протокола SIP, так как благодаря этому число сообщений, которыми обмениваются терминалы и серверы, сведено к минимуму. С помощью запросов клиент сообщает о текущем местоположении, приглашает пользователей принять участие в сеансах связи, модифицирует уже установленные сеансы, завершает их и т.д. Сервер определяет тип принятого запроса по названию, указанному в стартовой строке.

Запрос INVITE приглашает пользователя принять участие в сеансе связи. Он обычно содержит описание сеанса связи, в котором указывается вид принимаемой информации и параметры (список возможных вариантов параметров), необходимые для приема информации, а также может указываться вид информации, которую вызываемый пользователь желает передавать. В ответе на запрос типа INVITE указывается вид информации, которая будет приниматься вызываемым пользователем, и, кроме того, может указываться вид информации, которую вызываемый пользователь собирается передавать (возможные параметры передачи информации).

В этом сообщении могут содержаться также данные, необходимые для аутентификации абонента, и, следовательно, доступа клиентов к SIP-серверу. При необходимости изменить характеристики уже организованных каналов передается запрос INVITE с новым описанием сеанса связи. Для приглашения нового участника к уже установленному соединению также используется сообщение INVITE.

Запрос АСК подтверждает прием ответа на запрос INVITE. Следует отметить, что запрос АСК используется только совместно с запросом INVITE, т.е. этим сообщением оборудование вызывающего пользователя показывает, что оно получило окончательный ответ на свой запрос INVITE. В сообщении АСК может содержаться окончательное описание сеанса связи, передаваемое вызывающим пользователем.

Запрос CANCEL отменяет обработку ранее переданных запросов с теми же, что и в запросе CANCEL, значениями полей Call-ID, То, From и CSeq, но не влияет на те запросы, обработка которых уже завершена. Например, запрос CANCEL применяется тогда, когда прокси-сервер размножает запросы для поиска пользователя по нескольким направлениям и в одном из них его находит. Обработку запросов, разосланных во всех остальных направлениях, сервер отменяет при помощи сообщения CANCEL.

Запросом BYE оборудование вызываемого или вызывающего пользователя завершает соединение. Сторона, получившая запрос BYE, должна прекратить передачу речевой (мультимедийной) информации и подтвердить его выполнение ответом 200 ОК.

При помощи запроса типа REGISTER пользователь сообщает своё текущее местоположение. В этом сообщении содержатся следующие поля:

· Поле То содержит адресную информацию, которую надо сохранить или модифицировать на сервере;

· Поле From содержит адрес инициатора регистрации. Зарегистрировать пользователя может либо он сам, либо другое лицо, например, секретарь может зарегистрировать своего начальника

· Поле Contact содержит новый адрес пользователя, по которому должны передаваться все дальнейшие запросы INVITE. Если в запросе REGISTER поле Contact отсутствует, то регистрация остаётся прежней. В случае отмены регистрации здесь помещается символ «*»;

· В поле Expires указывается время в секундах, в течение которой регистрация действительна. Если данное поле отсутствует, то по умолчанию назначается время — 1 час, после чего регистрации отменяется. Регистрацию можно также отменить, передав сообщение REGISTER с полем Expires, которому присвоено значени(О), и с соответствующим полем Contact.

Запросом OPTIONS вызываемый пользователь запрашивает информацию о функциональных возможностях терминального оборудования вызываемого пользователя. В ответ на этот запрос оборудование вызываемого пользователя сообщает требуемые сведения. Применение запроса OPTIONS ограничено теми случаями, когда необходимо узнать о функциональных возможностях оборудования до установления соединения. Для установления соединения запрос этого типа не используется.

После испытаний протокола SIP в реальных сетях оказалось, что для решения ряда задач вышеуказанных шести типов запросов недостаточно. Поэтому возможно, что в протокол будут введены новые сообщения. Так, в текущей версии протокола SIP не предусмотрен способ передачи информации управления соединением или другой информации во время сеанса связи. Для решения этой задачи был предложен новый тип запроса — INFO. Он может использоваться:

- для переноса сигнальных сообщений ТфОП/ ISDN/ сотовых сетей между шлюзами в течение разговорной сессии;

- для переноса сигналов DTMF в течение разговорной сессии;

- для переноса биллинговой информации.

8.2. Ответы протокола SIP.

Все ответы делятся на две группы: информационные и финальные.

Информационные ответы показывают, что запрос находится в стадии обработки. Они кодируются трехзначным числом, начинающимся с единицы, - 1хх. Некоторые информационные ответы, например, 100 Trying, предназначены для установки на нуль таймеров, которые запускаются в оборудовании, передавшем запрос. Если к моменту срабатывания таймера ответ на запрос не получен, то считается, что этот запрос потерян и может (по усмотрению производителя) быть передан повторно. Один из распространенных ответов— 180 Ringing; по назначению он идентичен сигналу «Контроль посылки вызова» в ТфОП и означает, что вызываемый пользователь получает сигнал о входящем вызове.

Финальные ответы кодируются трехзначными числами, начинающимися с цифр 2, 3, 4, 5 и 6. Они означают завершение обработки запроса и содержат, когда это нужно, результат обработки запроса. Назначение финальных ответов каждого типа рассматривается ниже.

Ответы 2хх означают, что запрос был успешно обработан. В настоящее время из всех ответов типа 2хх определен лишь один— 200 ОК. Его значение зависит от того, на какой запрос он отвечает:

- ответ 200 ОК на запрос INVITE означает, что вызываемое оборудование согласно на участие в сеансе связи; в теле ответа указываются функциональные возможности этого оборудования;

- ответ 200 ОК на запрос BYE означает завершение сеанса связи, в теле ответа никакой информации не содержится;

- ответ 200 ОК на запрос CANCEL означает отмену поиска, в теле ответа никакой информации не содержится;

- ответ 200 ОК на запрос REGISTER означает, что регистрация прошла успешно;

- ответ 200 ОК на запрос OPTION служит для передачи сведений о функциональных возможностях оборудования, эти сведения содержатся в теле ответа.

Ответы Зхх информируют оборудование вызывающего пользователя о новом местоположении вызываемого пользователя или переносят другую информацию, которая может быть использована для нового вызова:

- в ответе 300 Multiple Choices указывается несколько SIP-адресов, по которым можно найти вызываемого пользователя, и вызывающему пользователю предлагается выбрать один из них;

- ответ 301 Moved Permanently означает, что вызываемый пользователь больше не находится по адресу, указанному в запросе, и направлять запросы нужно на адрес, указанный в поле Contact;

- ответ 302 Moved Temporary означает, что пользователь временно (промежуток времени может быть указан в поле Expires) находится по другому адресу, который указывается в поле Contact.

Ответы 4хх информируют о том, что в запросе обнаружена ошибка. После получения такого ответа пользователь не должен передавать тот же самый запрос без его модификации:

- ответ 400 Bad Request означает, что запрос не понят из-за наличия в нем синтаксических ошибок;

- ответ 401 Unauthorized означает, что запрос требует проведения процедуры аутентификации пользователя. Существуют разные варианты аутентификации, и в ответе может быть указано, какой из них использовать в данном случае;

- ответ 403 Forbidden означает, что сервер понял запрос, но отказался его обслуживать. Повторный запрос посылать не следует. Причины могут быть разными, например, запросы с этого адреса не обслуживаются и т.д.;

- ответ 485 Ambiguous означает, что адрес в запросе не определяет вызываемого пользователя однозначно;

- ответ 486 Busy Неrе означает, что вызываемый пользователь в на- стоящий момент не может принять входящий вызов по данному адресу. Ответ не исключает возможности связаться с пользователем по другому адресу или, к примеру, оставить сообщение в речевом почтовом ящике.

Ответы 5хх информируют о том, что запрос не может быть обработан из-за отказа сервера:

- ответ 500 Server Internal Error означает, что сервер не имеет возможности обслужить запрос из-за внутренней ошибки. Клиент может попытаться повторно послать запрос через некоторое время;

- ответ 501 Not lmplemented означает, что в сервере не реализованы функции, необходимые для обслуживания этого запроса. Ответ передается, например, в том случае, когда сервер не может распознать тип запроса;

- ответ 502 Bad Gateway информирует о том, что сервер, функционирующий в качестве шлюза или прокси-сервера, принял некорректный ответ от сервера, к которому он направил запрос;

- ответ 503 Service Unavailable говорит от том, что сервер не может в данный момент обслужить вызов вследствие перегрузки или проведения технического обслуживания.

Ответы 6XX информируют о том, что соединение с вызываемым пользователем установить невозможно:

- ответ 600 Busy Everywhere сообщает, что вызываемый пользователь занят и не может принять вызов в данный момент ни по одному из имеющихся у него адресов. Ответ может указывать время, подходящее для вызова пользователя;

- ответ 600 Decline означает, что вызываемый пользователь не может или не желает принять входящий вызов. В ответе может быть указано подходящее для вызова время;

- ответ 600 Does Not Exist Anywhere означает, что вызываемого пользователя не существует.

8.3. Сценарий установления соединения через сервер переадресации

Рис. 8.1. Сценарий установления соединения через сервер переадресации

Вызывающему пользователю требуется вызвать другого пользователя. Он передает запрос INVITE (1) на известный ему адрес сервера переадресации и на порт 5060, используемый по умолчанию (Рис.8.1). В запросе вызывающий пользователь указывает адрес вызываемого пользователя. Сервер переадресации запрашивает текущий адрес нужного пользователя у сервера определения местоположения (2), который сообщает ему этот адрес (3). Сервер переадресации в своем ответе 302 Moved temporarily передает вызывающей стороне текущий адрес вызываемого пользователя (4), или сообщает список зарегистрированных адресов вызываемого пользователя, предлагая вызывающему самому выбрать один из них. Вызывающая сторона подтверждает прием ответа 302 передачей сообщения ACK (5).

Теперь вызывающая сторона может связаться с вызываемой стороной. Для этого она передает новый запрос INVITE (6). В теле сообщения INVITE указываются данные о функциональных возможностях вызывающей стороны в формате протокола SDP.

Вызываемая сторона принимает запрос INVITE и начинает его обработку, о чем сообщает ответом 100 Trying (7) встречному оборудованию для перезапуска его таймеров. После завершения обработки поступившего запроса оборудование вызываемой стороны сообщает своему пользователю о входящем вызове, а встречной стороне передает ответ 180 Ringing (8). После приема вызываемым пользователем входящего вызова встречной стороне передается сообщение 200 ОК (9), в котором содержатся данные о функциональных возможностях вызываемого терминала в формате протокола SDP.

Терминал вызывающего пользователя подтверждает прием ответа запросом АСК (10). На этом фаза установления соединения заканчивается, и начинается разговорная фаза. По завершении разговорной фазы любая из сторон передает запрос BYE (11), который подтверждается ответом 200 ОК (12).

8.4.Сценарий установления соединения через прокси-сервер

Рис. 8.2. Сценарий установления соединения через прокси сервер

В этом случае действия 1–3 такие же, как и при использовании сервера

переадресации. После выяснения адреса (на сервере определения местоположения) прокси-сервер передает по этому адресу запрос INVITE (4). Вызываемый пользователь В оповещается акустическим или визуальным сигналом о том, что его вызывают (5); он поднимает трубку, и ответ 200 ОК отправляется к прокси-серверу (6). Прокси-сервер переправляет этот ответ вызвавшему пользователю А (7), последний подтверждает правильность приема, передавая запрос АСК (8), который переправляется к вызванному пользователю В (9). Соединение установлено, идет разговор. Вызванный пользователь В кладёт трубку, передается запрос BYE (10), прием которого подтверждается ответом 200 ОК (11).

8.5. Сравнительный анализ Н.323 и SIP

Сравнивать возможности Н.323 и SIP довольно трудно.

Оба протокола являются результатом решения одних и тех же задач специалистами ITU-T и комитета IETF. Естественно, что решение ITU-T оказалось ближе к традиционным телефонным сетям, а решение комитета IETF базируется на принципах, составляющих основу сети Internet.

Перейдем непосредственно к сравнению протоколов, которое будем проводить по нескольким критериям.

1. Дополнительные услуги.

Набор услуг, поддерживаемых обоими протоколами, примерно одинаков. Дополнительные услуги, предоставляемые протоколом Н.323, стандартизированы в серии рекомендаций ITU-T H.450.X. Протоколом SIP правила предоставления дополнительных услуг не определены, что является его серьезным недостатком, так как вызывает проблемы при организации взаимодействия оборудования разных фирм-производителей. Некоторые специалисты предлагают решения названных проблем, но эти решения пока не стандартизированы.

Примеры услуг, предоставляемых обоими протоколами:

• Перевод соединения в режим удержания (Call hold);

• Переключение связи (Call Transfer);

• Переадресация (Call Forwarding);

• Уведомление о новом вызове во время связи (Call Waiting);

• Конференция.

Протокол SIP предусматривает три способа организации конференции: с использованием устройства управления конференциями MCU, режима многоадресной рассылки и соединений участников друг с другом. В последних двух случаях функции управления конференциями могут быть распределены между терминалами, т.е. центральный контроллер конференций не нужен. Это позволяет организовывать конференции с практически неограниченным количеством участников. Рекомендация Н.323 предусматривает те же три способа, но управление конференцией во всех случаях производится централизованно контроллером конференций МС.

В то же время, протокол Н.323 предоставляет больше возможностей управления услугами, как в части аутентификации и учета, так и в части контроля использования сетевых ресурсов. Возможности протокола SIP в этой части беднее, и выбор оператором этого протокола может служить признаком того, что для оператора важнее техническая интеграция услуг, чем возможности управления услугами.

Технология Н.323 предоставляет больше возможностей по управлению услугами, как в части аутентификации и учета, так и в части контроля использования сетевых ресурсов. Возможности протокола SIP в этой части беднее, и выбор оператором этого протокола может служить признаком того, что для оператора важнее техническая интеграция услуг, чем возможности управления услугами.

2. Персональная мобильность пользователей.

Протокол SIP имеет хороший набор средств поддержки персональной мобильности пользователей, в число которых входит переадресация вызова к новому местоположению пользователя, одновременный поиск по нескольким направлениям (с обнаружением зацикливания маршрутов) и т.д. В протоколе SIP это организуется путем регистрации на сервере определения местоположения, взаимодействие с которым может поддерживаться любым протоколом. Персональная мобильность поддерживается и протоколом Н.323, но менее гибко. Так, например, одновременный поиск пользователя по нескольким направлениям ограничен тем, что привратник, получив запрос определения местоположения пользователя, не транслирует его к другим привратникам.

3. Расширяемость протокола. Возможность введения новых версий протоколов и обеспечение совместимости различных версий одного протокола. Расширяемость (extensibility) протокола обеспечивается:

- согласованием параметров;

- стандартизацией кодеков;

- модульностью архитектуры.

Протокол SIP достаточно просто обеспечивает совместимость разных версий. Поля, которые не понятны оборудованию, просто игнорируются. Это уменьшает сложность протокола, а также облегчает обработку сообщений и внедрение новых услуг.

Новые функциональные возможности вводятся в протокол Н.323 с помощью поля NonStandardParameter. Оно содержит код производителя и, следом за ним, код услуги, который действителен только для этого производителя. Это позволяет производителю расширять услуги, но сопряжено с некоторыми ограничениями. Во-первых, невозможно запросить у вызываемой стороны информацию о поддерживаемых ею услугах, во-вторых, невозможно добавить новое значение уже существующего параметра. Существуют также проблемы, связанные с обеспечением взаимодействия оборудования разных производителей.

4.Масштабируемость сети.

Многие специалисты считают протокол SIP более масштабируемым, чем H.323. Это связано с тем, что сервер SIP, по умолчанию, не хранит сведений о текущих сеансах связи и поэтому может обработать больше вызовов, чем привратник Н.323, который хранит эти сведения . Вместе с тем, отсутствие таких сведений, по мнению некоторых специалистов, может вызвать трудности при организации взаимодействия сети IP-телефонии с ТФОП, работающей в режиме state-full.

5. Время установления соединения.

В запросе INVITE протокола SIP содержится вся необходимая для установления соединения информация, включая описание функциональных возможностей терминала. Таким образом, в протоколе SIP для установления соединения требуется одна транзакция, а в протоколе Н.323 необходимо производить обмен сообщениями несколько раз. По этим причинам затраты времени на установление соединения в протоколе SIP значительно меньше затрат времени в протоколе Н.323.

6. Адресация.

Использование URL является сильной стороной протокола SIP и позволяет легко интегрировать его в существующую систему DNS-серверов и внедрять в оборудование, работающее в IP-сетях. Пользователь получает возможность переправлять вызовы на Web-страницы или использовать электронную почту. Адресом в SIP может также служить телефонный номер с адресом используемого шлюза.

В протоколе Н.323 используются транспортные адреса и alias-адреса. В качестве последнего может использоваться телефонный номер, имя пользователя или адрес электронной почты. Для преобразования alias-адреса в транспортный адрес обязательно участие привратника.

7. Сложность протокола.

Протокол Н.323, несомненно, сложнее протокола SIP. Протокол Н.323 использует большое количество информационных полей в сообщениях (до 100), при нескольких десятках таких же полей в протоколе SIP.

Протокол SIP использует текстовый формат сообщений, подобно протоколу HTTP. Это облегчает синтаксический анализ и генерацию кода, позволяет реализовать протокол на базе любого языка программирования, облегчает эксплуатационное управление, дает возможность ручного ввода некоторых полей, облегчает анализ сообщений. Название заголовков SIP-сообщений ясно указывает их назначение. Протокол Н.323 использует двоичное представление своих сообщений на базе языка ASN.1, поэтому их непосредственное чтение затруднительно.

В целом можно сделать вывод, что протокол SIP ориентирован на Интернет-провайдеров, которые рассматривают услугу Интернет-телефонии лишь как небольшую часть своего сервисного пакета. Будучи самодостаточной, технология Н.323 больше подходит для корпоративных сетей (интранет) и поставщиков услуг Ip-телефонии, для которых данные услуги не являются доминирующими. В целом Н.323 и SIP не следует рассматривать каРеализация дополнительных услуг на базе протокола SIP

Дополнительная услуга «Переключение связи» позволяет пользователю переключить установленное соединение к третьей стороне. На рисунке 8.3 приведен пример реализации этой услуги. Пользователь В устанавливает связь с пользователем А, который, переговорив с В, переключает эту связь к пользователю С, а сам отключается.

Рис.8.3. Дополнительная услуга "Переключение связи"

Дополнительная услуга «Переадресация вызова» (Рис.8.4.) позволяет пользователю назначить адрес, на который, при определенных условиях,

Рис.8.4. Дополнительная услуга "Переадресация вызова"

следует направлять входящие к нему вызовы. Такими условиями могут быть занятость пользователя, отсутствие его ответа в течение заданного времени

или и то, и другое; возможна также безусловная переадресация. Оборудование пользователя, заказавшего эту услугу, получив сообщение INVITE_В, проверяет условия, в которых оно получено, и если условия требуют переадресации, передает сообщение INVITE с заголовком Also, указывая в нем адрес пользователя, к которому следует направить вызов. Терминал вызывающего пользователя, получив сообщение INVITE с таким заголовком, инициирует новый вызов по адресу, указанному в поле Also. В нашем случае пользователь А вызывает пользователя В, а терминал последнего переадресует вызов к пользователю С.

Дополнительная услуга «Уведомление о вызове во время связи» позволяет пользователю, участвующему в телефонном разговоре, получить уведомление о том, что к нему поступил входящий вызов (Рис8.5.).

Рис.8.5. Дополнительная услуга "Уведомление о вызове во время связи"

Услуга реализуется с помощью заголовка Call-Disposition, в котором содержится инструкция по обслуживанию вызова. Вызывающий пользователь передает запрос INVITE с заголовком Call-Disposition: Queue, который интерпретируется следующим образом: вызывающий пользователь хочет, чтобы вызов был поставлен в очередь, если вызываемый пользователь будет занят. Вызываемая сторона подтверждает исполнение запроса ответом 182 Queued, который может передаваться неоднократно в течение периода ожидания. Вызываемый пользователь получает уведомление о входящем вызове, а когда он освобождается, вызывающей стороне передается финальный ответ 200 ОК.

H.323 и SIP – не конкурирующие технологии, они являются различными подходами, предназначенными для разных сегментов рынка. Они могут работать параллельно и даже взаимодействовать через специальный пограничный шлюз.

Не стоит также забывать, что к настоящему времени многие фирмы-производители и поставщики услуг уже вложили значительные средства в оборудование Н.323, которое успешно функционирует в сетях.

Вопросы для самопроверки.

1. Как расшифровывается аббревиатура SIP?

2. Причина, по которой в базовую архитектуру IP-телефонии был внедрен протокол SIP?

3. Что такое клиент SIP?

4. В каком режиме работает протокол SIP?

5. Назовите недостатки протокола SIP

6. Каким видом типом адреса должен располагать пользователь, чтобы он мог связываться с рабочей станцией напрямую

7. Сколько основных сценариев соединения предусмотрено протоколом SIP ?

8. В каком режиме работы прокси-сервера может быть организовано большее число дополнительных услуг?

9. Какой из элементов SIP сети содержит как клиентскую так и серверную части?

10. Сколько запросов предусмотрено протоколом SIP?

Лекция 9. Сеть на базе протокола MGCP (MEGACO).

- Архитектура сети на базе MGCP и MEGACO.

- Алгоритмы установления и разрушения соединения с использованием протокола MGCP (MGCP - ОКС7, MGCP - ОКС7 и Н.323).

- Перспективы MGCP. Принцип декомпозиции шлюза.

9.1. Архитектура сети на базе MGCP и MEGACO.

Третий подход к построению сетей IP-телефонии, основанный на использовании протокола MGCP предложен комитетом IETF, рабочей группой MEGACO.

При разработке этого протокола рабочая группа MEGACO опиралась на сетевую архитектуру, содержащую основные функциональные блоки трех видов (рис. 9.1):

· шлюз - Media Gateway (MG), который выполняет функции преобразования речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью передачи, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP (кодирование и упаковку речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование);

· контроллер шлюзов - Call Agent, которой выполняет функции управления шлюзами;

· шлюз сигнализации - Signaling Gateway (SG), который обеспечивает доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТфОП, к контроллеру шлюзов и перенос сигнальной информации в обратном направлении.

Рис.9.1. Архитектура сети на базе протокола MGCP.

Таким образом, весь интеллект функционально распределенного шлюза сосредоточен в контроллере, функции которого могут быть распределены между несколькими компьютерными платформами.

Шлюз сигнализации выполняет функции STP - транзитного пункта сети сигнализации ОКС7. Сами шлюзы выполняют только функции преобразования речевой информации. Один контроллер управляет одновременно несколькими шлюзами. В сети могут присутствовать несколько контроллеров. Предполагается, что они синхронизованы между собой и согласованно управляют шлюзами, участвующими в соединении. Вместе с тем, MEGACO не определяет протокола для синхронизации работы контроллеров. В ряде работ, посвященных исследованию возможностей протокола MGCP, для этой цели предлагается использовать протоколы Н.323, SIP или ISUP/IP.

Сообщения протокола MGCP переносятся протоколом без гарантированной доставки сообщений UDP. Рабочая группа SIGTRAN комитета IETF в настоящее время разрабатывает механизм взаимодействия контроллера шлюзов и шлюза сигнализации.

Шлюз сигнализации должен принимать поступающие из ТфОП пакеты трех нижних уровней системы сигнализации ОКС7 (уровней подсистемы переноса сообщений МТР) и передавать сигнальные сообщения верхнего, пользовательского, уровня к контроллеру шлюзов. Шлюз сигнализации также должен уметь передавать по IP-сети приходящие из ТфОП сигнальные сообщения Q.931 .

Основное внимание рабочей группы SIGTRAN уделяется вопросам разработки наиболее эффективного механизма передачи сигнальной информации по IP-сетям. Следует отметить, что существует несколько причин, по которым пришлось отказаться от использования для этой цели протокола TCP. Рабочая группа SIGTRAN предлагает использовать для передачи сигнальной информации протокол Stream Control Transport Protocol (SCTP), имеющий ряд преимуществ перед протоколом ТСР, основным из которых является значительное снижение времени доставки сигнальной информации и, следовательно, времени установления соединения - одного из важнейших параметров качества обслуживания.

Если в ТфОП используется сигнализация по выделенным сигнальным каналам (ВСК), то сигналы сначала поступают вместе с пользовательской информацией в транспортный шлюз, а затем передаются в контроллер шлюзов без посредничества шлюза сигнализации.

Отметим, что протокол MGCP является внутренним протоколом для обмена информацией между функциональными блоками распределенного шлюза, который извне представляется одним шлюзом. Протокол MGCP является master/slave протоколом. Это означает, что контроллер шлюзов является ведущим, а сам шлюз - ведомым устройством, которое должно выполнять все команды, поступающие от контроллера Call Agent.

Вышеописанное решение обеспечивает масштабируемость сети и простоту управления сетью через контроллер шлюзов. Шлюзы не должны быть интеллектуальными устройствами, требуют меньшей производительности процессоров и, следовательно, становятся менее дорогими. Кроме того, очень быстро вводятся новые протоколы сигнализации или дополнительные услуги, так как эти изменения затрагивают только контроллер шлюзов, а не сами шлюзы.

9.2. Алгоритмы установления и разрушения соединения с использованием протокола MGCP.

Рассмотрим алгоритмы установления и разрушения соединения с использованием протокола MGCP. Первый пример охватывает взаимодействие протокола MGCP с протоколом ОКС7 (рис.9.2). Второй пример иллюстрирует взаимодействие протокола MGCP с протоколами ОКС7 и Н.323 (рис.9.3).

9.2.1. Взаимодействие MGCP с ОКС7.

Рис. 9.2. Пример 1. Установление и разрушение соединения с использованием протокола MGCP

1. От телефонной станции АТС-А к шлюзу сигнализации SG1 по общему каналу сигнализации поступает запрос соединения в виде сообщения IAM протокола ISUP [6]. На рис.9.2 шлюз сигнализации SG1 и SG2 совмещены с транспортными шлюзами TGW1 и TGW2 соответственно. Шлюз SG1 передает сообщение IAM к контроллеру шлюзов, который обрабатывает запрос и определяет, что вызов должен быть направлен к АТС-Б посредством шлюза TGW2.

2. Контроллер резервирует порт шлюза TGW1 (разговорный канал). С этой целью он передает к шлюзу команду CreateConnection. Отметим, что порт шлюза TGW1 может только принимать информацию (режим «recvonly»), так как он еще не осведомлен о том, по какому адресу и каким образом ему следует передавать информацию.

3. В ответе на эту команду шлюз TGW1 возвращает описание параметров сеанса связи.

4. Приняв ответ шлюза TGW1, контроллер передает команду CRCX второму шлюзу TGW2 с целью зарезервировать порт в этом шлюзе.

5. Шлюз TGW2 выбирает порт, который будет участвовать в соединении, и подтверждает прием команды CRCX. При помощи двух команд CRCX создается однонаправленный разговорный канал для передачи вызывающему абоненту акустических сигналов или речевых подсказок и извещений. В то же время, порт шлюза TGW2 уже может не только принимать, но и передавать информацию, так как он получил описание параметров связи от встречного шлюза.

6. Далее контроллер шлюзов передает сообщение IAM к АТС-Б.

7. На сообщение IAM станция АТС-Б отвечает подтверждением АСМ, которое немедленно пересылается к станции АТС-А.

8. После того как вызываемый абонент примет вызов, АТС-Б передает к контроллеру шлюзов сообщение ANM.

9. Далее контроллер заменяет в шлюзе TGW1 режим «recvonly» на полнодуплексный режим при помощи команды MDCX.

10. Шлюз TGW1 выполняет и подтверждает изменение режима.

11. Контроллер передает сообщение ANM к АТС-А, после чего начинается разговорная фаза соединения.

12. Завершение разговорной фазы происходит следующим образом. В нашем случае вызвавший абонент Б дает отбой первым. АТС-Б передает через шлюз сигнализации сообщение REL к контроллеру шлюзов.

13. Приняв сообщение REL, контроллер шлюзов завершает соединение с вызванным абонентом.

14. Шлюз подтверждает завершение соединения и передает к контроллеру собранные за время соединения статистические данные.

15. Контроллер шлюзов передает сообщение RLC к АТС-Б с целью подтвердить разъединение.

16. Параллельно контроллер завершает соединение с вызвавшей стороной.

17. ШлюзТGW1 подтверждает завершение соединения и передает к контроллеру собранные за время соединения статистические данные.

18. АТС-А подтверждает завершение соединения передачей сообщения RLC, после чего соединение считается разрушенным.

9.2.2. Взаимодействие протокола MGCP с протоколами ОКС7 и Н.323.

1. С телефонной станции АТС-А к шлюзу сигнализации SG1 по общему каналу сигнализации поступает запрос соединения (сообщение IAM). На рис.9.3. шлюз сигнализации SG1 также совмещен с транспортным шлюзом TGW1. Шлюз SG1 передает сообщение IAM контроллеру шлюзов, который обрабатывает запрос и определяет, что вызов должен быть направлен к оконечному устройству вызываемого пользователя - терминалу Н.323.

2. Контроллер шлюзов резервирует порт шлюза TGW1 (разговорный канал). С этой целью он передает к шлюзу команду CreateConnec-tion. И в этом примере порт шлюза TGW1 может только принимать информацию (режим «recvonly»).

3. В ответе на принятую команду шлюз TGW1 возвращает описание параметров связи.

4. Приняв ответ от шлюза TGW1, контроллер передает к привратнику сети Н.323 сообщение ARQ с alias адресом вызываемого абонента.

Рис.9.3. Пример 2. Установление и разрушение соединения с использованием протоколов MGCP, Н.323, ОКС7.

5. В ответ на сообщение ARQ привратник передает сообщение ACF с указанием транспортного адреса своего сигнального канала.

6. Контроллер передает запрос соединения SETUP на транспортный адрес сигнального канала привратника, при этом используется процедура Fast Start. Привратник пересылает сообщение SETUP к вызываемому терминалу.

7. Вызываемый терминал передает запрос допуска к ресурсам сети ARQ.

8. В ответ на запрос ARQ привратник передает подтверждение запроса ACF.

9. Вызываемый терминал передает сообщение ALERTING, которое привратник маршрутизирует к контроллеру шлюзов. При этом вызываемому пользователю подается визуальный или акустический сигнал о входящем вызове, а вызывающему пользователю подается индикация того, что вызываемый пользователь не занят и получает сигнал о вызове.

10. Контроллер преобразует сообщение ALERTING в сообщение АСМ, которое немедленно пересылается к АТС-А.

11. После того как вызываемый пользователь примет входящий вызов, контроллер получит сообщение CONNECT.

12. Контроллер шлюзов меняет в шлюзе TGW1 режим «recvonly» на полнодуплексный режим.

13. Шлюз TGW1 выполняет и подтверждает изменение режима соединения.

14. Контроллер передает сообщение ANM к АТС-А, после чего начинается разговорная фаза соединения, в ходе которой оборудование вызвавшего пользователя передает речевую информацию, упакованную в пакеты RTP/UDP/IP, на транспортный адрес RTP-канала терминала вызванного абонента, а тот передает пакетированную речевую информацию на транспортный адрес RTP-канала терминала вызвавшего абонента. При помощи канала RTCP ведется контроль передачи информации по RTP каналу.

15. После окончания разговорной фазы начинается фаза разрушения соединения. Оборудование пользователя, инициирующего разрушение соединения, должно прекратить передачу речевой информации, закрыть логические каналы и передать сообщение RELEASE COMPLETE, после чего сигнальный канал закрывается.

16. Контроллер шлюзов передает сообщение RELEASE к АТС-А с целью завершения соединения.

17. Кроме того, контроллер передает к шлюзу команду DLCX.

18. Шлюз подтверждает завершение соединения и передает к контроллеру собранные за время соединения статистические данные.

19. После вышеописанных действий контроллер и оконечное оборудование извещают привратник об освобождении занимавшейся полосы пропускания. С этой целью каждый из участников соединения посылает привратнику по каналу RAS запрос выхода из соединения DRQ, на который привратник должен передать подтверждение DCF.

20. От АТС-А приходит подтверждение разъединения RLC, после чего соединение считается разрушенным.

Следует заметить, что алгоритм взаимодействия протоколов SIP и MGCP не сильно отличается от вышеописанного алгоритма.

9.3. Перспективы MGCP. Принцип декомпозиции шлюза.

Рабочая группа MEGACO комитета IETF продолжает работу по усовершенствованию протокола управления шлюзами, в рамках которой разработан более функциональный, чем MGCP, протокол MEGACO.

Международный союз электросвязи в проекте версии 4 рекомендации Н.323 ввел принцип декомпозиции шлюзов. Управление функциональными блоками распределенного шлюза будет осуществляться контроллером шлюза - Media Gateway Controller - при помощи адаптированного к Н.323 протокола MEGACO, который в рекомендации Н.248 назван Gateway Control Protocol.

Шлюз сигнализации должен принимать поступающие из ТфОП пакеты трех нижних уровней системы сигнализации ОКС7 (уровней подсистемы переноса сообщений МТР) и передавать сигнальные сообщения верхнего, пользовательского, уровня к контроллеру шлюзов. Шлюз сигнализации также должен уметь передавать по IP-сети приходящие из ТфОП сигнальные сообщения Q.931 .

Основное внимание рабочей группы SIGTRAN уделяется вопросам разработки наиболее эффективного механизма передачи сигнальной информации по IP-сетям. Следует отметить, что существует несколько причин, по которым пришлось отказаться от использования для этой цели протокола TCP. Рабочая группа SIGTRAN предлагает использовать для передачи сигнальной информации протокол Stream Control Transport Protocol (SCTP), имеющий ряд преимуществ перед протоколом ТСР, основным из которых является значительное снижение времени доставки сигнальной информации и, следовательно, времени установления соединения - одного из важнейших параметров качества обслуживания.

Если в ТфОП используется сигнализация по выделенным сигнальным каналам (ВСК), то сигналы сначала поступают вместе с пользовательской информацией в транспортный шлюз, а затем передаются в контроллер шлюзов без посредничества шлюза сигнализации.

Отметим, что протокол MGCP является внутренним протоколом для обмена информацией между функциональными блоками распределенного шлюза, который извне представляется одним шлюзом. Протокол MGCP является master/slave протоколом. Это означает, что контроллер шлюзов является ведущим, а сам шлюз - ведомым устройством, которое должно выполнять все команды, поступающие от контроллера Call Agent.

Вышеописанное решение обеспечивает масштабируемость сети и простоту управления сетью через контроллер шлюзов. Шлюзы не должны быть интеллектуальными устройствами, требуют меньшей производительности процессоров и, следовательно, становятся менее дорогими. Кроме того, очень быстро вводятся новые протоколы сигнализации или дополнительные услуги, так как эти изменения затрагивают только контроллер шлюзов, а не сами шлюзы.

Подход, предлагаемый рабочей группой MEGACO (IETF), хорошо подходит для развертывания глобальных сетей IP-телефонии, приходящих на смену традиционным телефонным сетям.

Вопросы для самопроверки.

1. Как расшифровывается аббревиатура MGCP?

2. Какой принцип является основой для MGCP?

3. Сколько шлюзов должно быть при протоколе MGCP?

4. Какой протокол обеспечивает перенос сообщений протокола MGCP?

5. Какие протоколы подходят для построения хорошо функционирующих и совместимых с ТфОП сетей IP телефонии?

6. Какой командой создаются виртуальные порты, участвующие в модели процесса обслуживания вызова Megaco/ H.248?

Основная литература

1. А.В. Росляков, М.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева. IP-телефония. ИТЦ Эко-Трендз. 2002.

2. Б.С. Гольштейн, А.В. Пинчук, А.Л. Суховицкий. IP-телефония. Москва. Радио и связь. 2003.

3. Иванова Т.И. Абонентские терминалы и компьютерная телефония. М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1999.

4. А.Б. Гольдштейн, В.В. Саморезов. Методические указания по проведению лабораторных работ и практических занятий по курсу «IP-телефония» для студентов, обучающихся специальности 2009 – Сети связи и системы коммутации. Санкт-Петербург. 2002 http://www.skri.sut.ru/

5. Материалы курса «IP-телефония» сайта Интранет ТУИТ http://www.teic.uz/dlnet

Дополнительная литература

1. Полунин А. Управление вызовами в IP-телефонии. Сети, 2001, №13.

2. Бакланов И.Г. ISDN и IP-телефония / Вестник связи, 1999, №4.

3. Варакин Л. Телекоммуникационный феномен России / Вестник связи International, 1999, №4.

4. Варламова Е. IP-телефония в России / Connect! Мир связи, 1999, №9.

5. Кузнецов А.Е., Пинчук А. В., Суховицкий А.Л. Построение сетей IP-телефонии / Компьютерная телефония, 2000, №6.

6. И.Г.Гладкова. Живой разговор о NGN. Вестник связи. №12. 2003.

7. А. Есауленко. Доказательства в пользу NGN. Сети, #24.2003.

8. Б. Краснофф. IAD приходят в малый бизнес. LAN, #05/2002. http://www.networkaccess.ru/articles/dsl/iad_small_business/

9. Н.А. Соколов. Выбор технологии коммутации для сетей следующего поколения. Мобильные системы. №7.2004

10. Аллаев А. Саморезов В. Мультисервисный доступ: от теории к практике http://ru.infocom.uz

11. А.Б. Гольдштейн. Подводная часть айсберга по имени NGN. «Технологии и средства связи», №2, 3. 2006

12. материалы с сайта IskraTel. Строим вместе сеть связи нового поколения (NGN). SI2000 VoIP.

13. И. Гасымов. Triple Play: основные положения и перспективы внедрения. CONNECT. № 1, 2006. http://www.ospo.ru

14. Ж.-К. Дессанж. Cisco – круглый стол с прессой. Развлечения без границ. http://www.Cisco.com

15. Концептуальные положения по построению мультисервисных сетей на ВСС России. 2001.

16. описание продукции с сайта http://www.huawei.com. Мультисервисный сервер доступа Quidway A8010 Expert.

17. Мюнх Б., Скворцова С. Сигнализация в сетях IP-телефонии. – Часть I, II / Сети и системы связи, 1999. – №13, 14.

18. ITU-T Recommendation H.225.0. Call signaling protocols and media stream

19. packetization for packet-based multimedia communication systems. – Geneva, 1998.

20. ITU-T Recommendation H.245. Control protocol for multimedia communication. –Geneva, 1998.

21. ITU-T Recommendation H.323. Packet based multimedia communication systems. –Geneva, 1998.

22. RFC 2543. SIP: Session Initiation Protocol. M. Handley, H. Schulzrinne, E. Schooler, J. Rosenberg. March 1999.

Приложение 1. Рекомендуемое соотношение лекций и практических занятий.

Лекция 1.	Общие принципы IP-телефонии	2ч
пз 1	Принципы пакетной передачи речи. Сеть Интернет и протокол IP.	2ч
Лекция 2.	Базовая архитектура IP-телефонии. Архитектура системы на базе стандарта H.323. Стандартизация IP-телефонии. Рекомендация Н.323. Основные компоненты Н.323. Зона Н.323	2ч
пз 2	Общая структура сети INTERNET. Стек протоколов TCP/IP	2ч
Лекция 3.	Архитектура системы на базе стандарта H.323 (продолжение). Терминал Н.323; gatekeeper; устройство управления многоточечной конференцией (MCU).	2ч
пз 3	Модель OSI и TCP-IP.	2ч
Лекция 4.	Архитектура системы на базе стандарта H.323 (продолжение). Шлюзы Н.323. Терминалы IP-сети и терминалы со стороны ТфОП. Система видеоконференций в узкополосной ISDN H.320. Голосовой модем V.70.	2ч
пз 4	Шлюзы Н.323. Классификация шлюзов IP-телефонии	2ч
Лекция 5.	Архитектура системы на базе стандарта H.323 (продолжение). Адресация. Основные сценарии установления соединений.	2ч
пз 5	Адресация в IP-сетях. Типы адресов в IP-сетях Адресация в IPv6 .	2ч
пз 6	Протокол RAS	2ч
Лекция 6.	Управление вызовами в сети IP-телефонии. Семейство протоколов Н.323. Понятие «сигнализация». Процедура управления вызовами в традиционной телефонии. Стек протоколов H.323. Этапы прохождения вызова в среде H.323	2ч
пз 7	Передача речи по IP-сетям. Кодеки G.711, G.726, G.729, G.728.	2ч
Лекция 7.	Архитектура сети SIP.	2ч
Лекция 8.	Сигнализация на базе протокола SIP. Запросы протокола SIP. Ответы протокола SIP. Алгоритмы установления соединений. Сравнительный анализ Н.323 и SIP.	2ч
пз 8	SIP. Алгоритмы установления соединений.	2ч
Лекция 9.	Сеть на базе протокола MGCP (MEGACO). Архитектура сети на базе MGCP. Алгоритмы установления и разрушения соединения с использованием протокола MGCP (MGCP - ОКС7, MGCP - ОКС7 и Н.323). Перспективы MGCP. Принцип декомпозиции шлюза.	2ч
пз 9	Архитектура системы проекта TIPHON. Профиль iNow	2ч