28. Ip-телефония и передача факсов поIp-сетям.

IP-телефопия, она же Интернет-телефония, означает голосовую телефонную связь между удаленными абонентами с использованием сетей передачи данных, рабо­тающих по протоколуIP. Эти два названия можно считать почти синонимами, поскольку в Интернете протоколIPявляется основным.

В традиционных телефонных сетях цифровой канал для абонента предостав­ляет полосу по 64 (56) Кбит/с в каждом направлении. Такая большая (по мер­кам передачи данных при удаленном доступе) полоса требуется из-за принятого в телефонии простейшего способа кодирования — ИКМ (РСМ). Применение адаптивной дельта-модуляции АДИКМ (ADPCM) позволяет сократить поток до 16 Кбит/с, но для сетей передачи данных (учитывая неопределенность задерж­ки и колебания нагрузки) и этот поток трудно выдержать в течение длительного времени. Современные алгоритмы сжатия, реализуемые на достаточно мощных процессорах, позволяют сжимать речевой сигнал до полосы 4-8 Кбит/с с при­емлемым качеством. Такой поток уже можно передавать по обычнымIP-сетям, что и реализуется вIP-телефонии.

Аудиокодек для IP-телефонии должен решать довольно сложную задачу — обеспечить значительное сжатие и формировать пакеты данных небольшого раз­мера, а алгоритм упаковки-распаковки должен быть устойчивым к потере от­дельных пакетов. Изощренные методы сжатия учитывают специфику речевого сигнала при разговоре: активная речь чередуется с паузами, не несущими ин­формации. Вполне очевидно, что вместо незначащего потока оцифрованной па­узы выгоднее передать информацию только об ее длительности. Правда, если в паузе будет полная тишина, то у слушателя может возникнуть ощущение поте­ри соединения. Поэтому пауза на приемной стороне заполняется некоторым «комфортным» шумом, спектральные параметры которого передаются в описа­теле паузы. Активная речь тоже неоднородна — в ней присутствуют и тональ­ные (вокализированные), и шумовые фрагменты, для которых эффективны раз­личные методы сжатия. Кодер должен отслеживать текущее состояние сигнала и выбирать соответствующий метод представления данного фрагмента. Деко­дер из простого ЦАП, применяемого при РСМ (и с несложными дополнения­ми дляADPCM), превращается в синтезатор, воссоздающий аудиосигнал из принятого (возможно, и неполного) потока пакетов. В результате всех этих ухищрений удается из исходного равномерного потока 64 Кбит/с получить не­равномерный поток кадров со средней скоростью 4-8 Кбит/с, который нор­мально проходит через большинство сетей. ДляIP-телефонии уже существуют стандартизованные методы кодирования и сжатия:G.723.1 определяет кодек для скоростей 5,3 и 6,3 Кбит/с,G.729A— для 8 Кбит/с. Наличие этих стандар­тов обеспечивает совместимость устройствIP-телефонии в международном масштабе, как это давно имеет место в традиционной (телефонной и телеграф­ной) связи.

Проще всего организовать IP-телефон между парой пользователей ПК, име­ющих доступ к глобальнойIP-сети (Интернету). Для этого достаточно каждый ПК снабдить обычной звуковой картой с наушниками (колонками) и микрофо­ном. Здесь все задачи могут решаться чисто программно — от звуковых карт требуются только функции обычного кодека (правда, в полнодуплексном режи­ме, что «умеют» не все карты). Анализ равномерного цифрового потока и упа­ковка его в кадры, а также обратное декодирование для современных процессо­ров (особенно с ММХ) не является особо обременительной задачей. Установле­ние соединения между двумяIP-узлами — задача тривиальная. Существует ряд программных продуктов (в их числе иNetMeetingотMicrosoft), обеспечиваю­щих связь между пользователями ПК. Внешняя оболочка связи может быть раз­личной — например, можно черезweb-браузер обращаться за устными консуль­тациями на сайт какой-нибудь фирмы. «Телефонным номером» пользователя ПК будетIP-адрес этого узла.

Однако IP-телефония не ограничивается только диалогами между пользо­вателями ПК — существуют специальные шлюзы для связи с традиционными телефонными сетями и отдельными телефонами. Задачи шлюза несколько слож­нее — кроме установления соединения и передачи собственно речи он должен отрабатывать систему сигнализации телефонной системы и преобразовывать ее сигналы в протокольные сообщенияIP-телефонии (и обратно). С традици­онной телефонией шлюз может контактировать двояко: к нему могут подклю­чаться телефонные аппараты, и он может подключаться к одной или несколь­ким линиям обычной телефонной сети (местной или городской). Интерфейс сети передачи данных может быть как портом локальной сети (Ethernet), так и портом для глобальной сети. В глобальную сеть передачи данных можно выхо­дить и через обычный модем, подключенный к коммутируемой телефонной линии. При этом пользователь через одну линию может одновременно рабо­тать в сети (просматриватьweb-сайты) и вести телефонные переговоры. На рис. 10.12 изображена сеть с парой шлюзов, установленных в разных городах (странах) и подключенных к общей сети (Интернету). Здесь абоненты с обыч­ных телефонов, связанных со шлюзами, могут общаться между собой без опла­ты междугородных переговоров. Более того, абоненты телефонных сетей, под­ключенных к шлюзам, могут связываться между собой, набирая в начале но­мер (городской!) телефона шлюза, а дальше, через номер противоположного шлюза, — номер абонента в его удаленной телефонной сети. Естественно, воз­можны и связи между «городскими» абонентами и абонентами, подключенны­ми прямо к шлюзам. ПК-пользователи также могут «звонить» через шлюз, зная егоIP-адрес.IP-телефония через шлюзы стала конкурировать с традиционной телефонией, вызывая споры на технические, экономические и правовые темы. На рисунке видно, как трафик проходит «мимо кассы» междугородной теле­фонной сети. Главный козырьIP-телефонии — низкая себестоимость разгово­ров, а потому и тарифы значительно более низкие, чем международные и меж­дугородные телефонные. Однако шлюзы являются довольно дорогими и слож­ными устройствами, которые исполняются как в виде ПК с дополнительными платами адаптеров, так и в виде специализированных устройств. На рисунке показаны и два узла, подключающихся к сети непосредственно: один на базе ПК, другой — специальныйIP-телефон.

Для ПК выпускают платы шлюзовых адаптеров, как правило, на 2 или 4 пор­та с гнездами RJ-11. Порты могут быть либо жестко специализированными (для подключения телефонных аппаратов или для подключения к АТС), либо конфи­гурируемыми программно. Каждый порт должен иметь по крайней мере кодекG.711 и устройство распознавания и генерации сигналов телефонной сигнали­зации. В многоканальных системах сжатие обычно выполняется специализиро­ванными сигнальными процессорами — мощности одного универсального (х86) центрального процессора может и не хватить. Связь с сетью передачи данных обеспечивается стандартной сетевой картой или адаптером интерфейса глобаль­ных сетей. Программное обеспечение шлюзов должно работать в среде ОС, от которой требуется «умение» работать в режиме реального времени и, конечно же, устойчивость (шлюз не должен «падать»). Шлюзы выполняют на базе ПК как настольного исполнения, так и промышленного (архитектуры микро-РС, с шинойCompact-PCIи т. п.). Специализированные устройства-шлюзы внешне выглядят как обычные сетевые концентраторы и имеют либо фиксированный набор портов, либо модульную конструкцию, комплектуемую по необходимос­ти. В принципе шлюзы с достаточным количеством портов могут выступать и в роли УАТС или малых АТС, но для этой роли они все-таки имеют слишком вы­сокую стоимость портов.IP-телефонный аппарат внешне выглядит как много­функциональный кнопочный телефон с дисплеем — микрокомпьютер с сетевым ПО много места не занимает.

Интересные решения по IP-телефонии предлагают разработчики из ЦНИИ РТК. Кроме традиционныхISA-карт для шлюзов они разработали недорогие ус­тройства размером с мини-хаб. Каждое устройство имеет два независимых портаEthernetlOBaseTи 4 или 8 программно-конфигурируемых телефонных портов (RJ-11). Телефонные порты имеют кодекиG.711, схемы поддержки аналоговой телефонной сигнализации и сигнальный процессор, обеспечивающий упаковку по стандартуG.723.1 илиG.729A. Все порты (телефонные иEthernet) являются периферией микрокомпьютера на процессоре класса 486 с ОЗУ 32 Мбайт и флэш-диском на 12 Мбайт. С флэш-диска загружается ОС семействаUNIX, под уп­равлением которой работает специализированное ПО. Между портамиEthernetможет быть организован мост или маршрутизатор (коммутатор 3-го уровня) и даже с функциями межсетевого экрана (firewall). По портамEthernetустройства могут связываться между собой шлейфом (без ограничения в 4 устройства на цепочку) либо подключаться к существующей сетиEthernet. При этом образует­ся «распределенная АТС» офиса, которая может выходить в глобальную сетьIP-телефонии, а также — в городскую телефонную сеть по одной или нескольким линиям. Применение этих устройств коренным образом меняет подход к пост­роению телефонной сети организации, даже не имеющей компьютерной сети. Вместо множества линий (от каждого абонента до УАТС) — шлейф двухпарного кабеля между устройствами, расставленными по телефонизированным помеще­ниям. Правда, возникают вопросы обеспечения живучести этой сети (при от­ключении или отказе одного узла цепочка разрывается), но они могут решаться созданием избыточных связей (например, путем соединения устройств в коль­цо) или использования радиальной топологии с хабом в центре.