Глава 18. Ip-телефония
IP-телефония или передача голосовых данных по сетям IP (Voice over IP - VoIP) — это технология, использующая Интернет (IP-сеть) в качестве основного средства передачи данных. В отличие от сети с коммутацией каналов ТфОП/ISDN сеть Интернет, на базе которой строится VoIP, основана на коммутации пакетов. В сети VoIP, также как и в сети ТфОП/ISDN принята выделенная от транспортного потока сеть сигнализации (отличающаяся от ОКС№7). Из нескольких созданных систем сигнализации для VoIP по выполнению функций установления, управления и разъединения соединения наиболее широко используются два протокола: разработанный ITU-T протокол H.323 и протокол инициирования сеанса связи SIP (Session Initiation Protocol), разработанный инженерной группой Интернет IETF. SIP наиболее популярен у разработчиков сетей связи нового поколения NGN (Next Generaton Network) протокол [52].
Для транспортировки мультимедийных данных (аудио, видео, текст, факс) в реальном масштабе времени между участвующими в сеансе связи пользователями VoIP используется транспортный протокол реального масштаба времени RTP (Real-Time Transport Protocol) [53].
При этом следует учесть, что качество телефонной связи оператором не гарантируется. Это объясняется тем, что полоса пропускания зависит от загруженности публичной сети Интернет (данными, речью, видео и др.). Это значит, что задержки при прохождении речевых IP-пакетов определенных соединений могут быть большими. Технология VoIP рассматривается как серьезный конкурент ТфОП/ISDN, сегодня отобрала у нее примерно 20% трафика [52]. Сети IP предоставляют возможность установление следующих видов соединений.
От телефонного аппарата к телефонному аппарату, которые подключены к ТфОП.
От компьютера к телефонному аппарату. Мультимедийный компьютер, имеющий программное обеспечение IP-телефонии, звуковую плату (адаптер), микрофон и акустические системы, подключается к Интернету. Телефонный аппарат подключен к ТфОП.
3. От компьютера к компьютеру. Оба компьютера оборудованы теми же средствами, что и в соединении от компьютера к телефонному аппарату.
18.1. Протокол sip
18.1.1.Упрощенный пример сети на базе протокола sip
На примере абстрактной топологи сети (рис. 18.1) покажем, как два SIP телефонных аппаратов устанавливают голосовую связь между собой. Такую упрощенную конфигурацию называют часто «SIP трапецией» [54]. Протокол SIP позволяет устанавливать не только обычные двусторонние телефонные соединения, но и (многосторонние (каждый участник может как слушать, так и говорить с собеседником), а также широковещательные (один участник говорит, а остальные могут только слушать). Во время сеанса связи могут передаваться аудио, видео или другие данные.
Рис. 18.1. Конфигурация сети «SIP трапеция»
Внизу рисунка показаны два SIP-телефона, которые пользователи JON и FOO используют для разговора друг с другом. Каждый телефон имеет SIP-адрес, подобный e-mail адресу, который соответствует определенному IP-адресу (на рисунке это jon@ doe.com и foo&bar.com). Первый из них соответствует IP-адресу 192.168.0.1, а второй — 192.168.0.16. Здесь jon и foo- имена пользователей, а doe.com и bar.com – имена домена. Прежде, чем начать обмениваться сообщениями, вызывающий абонент должен найти вызываемого абонента. Это задача протокола сигнализации SIP. Путь сообщений сигнализации проходит через узлы «SIP трапеции» (рис. 18.1). Каждый SIP- телефон соединяется с SIP сервером его домена, а сервера соединяются друг с другом. Левый на рисунке SIP телефон соединен с сервером, доменное имя которого doe.com, а правый – с сервером, доменное имя которого bar.com.
В сети SIP так же, как и в сети ISDN путь пакетов системы сигнализации отличается о пути медиа-потока, причем, последний короче. SIP только создает и завершает соединение (сессию), а транспорт потока данных осуществляется по алгоритму другого протокола – протокола RTP.
На примере конфигурации «SIP трапецией» приведем упрощенный цикл телефонного вызова для установления соединения. В последующих разделах приводится детализация этого процесса. SIP является протоколом сигнализации, т.е. также, как ОКС№7 в ТфОП/ISDN выполняет функцию установления, управления и разъединения соединения. На рисунке 18.2 показан упрощенный цикл телефонного вызова абонентом. Предварительно оба абонента заявляют о себе своим серверам, т.е. регистрируются. Это осуществляется отправлением запроса REGISTER (#1a и #1b на рисунке). SIP сервера отправляют положительные подтверждения на запроcы, используя ответы «200 ОК». В результате регистрируется местоположение этих SIP телефонов. Затем, когда в сообщении #3 пользователь с адресом john&doe.com набирает адрес foo&bar.com, в его сервер домена отправляется запрос на установление соединения. В терминах SIP этот запрос называется ”INVITE”. Он включает информацию кто и кого вызывает, характеристики телефонных аппаратов и другую полезную информацию. Сообщение через сервера передается вызываемому абоненту. Сервер doe.com определяет, что адрес назначения находится в другом домене (bar.com) и направляет туда запрос INVITE (сообщение #4). Сервер с доменным именем bar.com, используя информацию регистрации, направляет этот запрос (сообщение #4) на SIP телефон назначения (с адресом foo&bar.com). Каждый транзит (хоп) подтверждает прием запроса INVITE, отправляя сообщение ”100 trying” (#5, #7 и #8). В том случае, если подтверждение не получено, отправитель будет повторять передачу запроса INVITE. Установка вызова завершается в приведенном примере, когда вызываемый участник отвечает на вызов звуковым сигналом (“180 ringing”) извещения о поступлении к нему вызова (#9, #10 и #11). Затем вызываемый телефон выбирает кодеки для сжатия речи и отправляет окончательный положительный ответ “200 OK” вызывающему абоненту (#12). Эти сообщения далее проходят по тому же пути (#13, #14) и для надежности подтвеждаются (#15, #16, #17). Теперь соединение (сеанс) установлено и оба телефона начинают обмениваться пакетизированной речью, используя протокол RTP. Когда любой из участников сессии решает повесить трубку, он отправляет запрос BYE. Запрос BYE следует по тому же пути, что и при вызове (#18, #19, #20). На этом сеанс завершается. Окончание сеанса здесь инициируется с телефона foo&bar.com. Рассмотренная конфигурация сети на базе протокола является упрощенной только для общего описания принципов сети SIP и не позволяет описать все основные функции этой сети. К ним, в частности, относятся протоколы маршрутизации, учитывающие более сложные конфигурации сети, мобильность пользователя (т.е. способность получать доступ в любом месте), обеспечение информационной безопасности в сети и др.
Рис. 18.2. Цикл телефонного вызова абонентом при конфигурации сети рис. 18.1