Cети и коммуникации: 

Содержание:

D-Link DVG-1402S в IP-телефонии

23.01.2006 00:05 
0

Уже многим знаком термин IP-телефония, его часто связывают с карточками для международных звонков и различными программами для общения голосом через Интернет типа Skype. Но, тем не менее, IP-телефония  - это именно технология, которая лежит в основе всех этих сервисов – и карточек для международных звонков, и Skype. А используется она там потому, что позволяет передавать голос через протокол IP, который используется в Интернет. Причины популярности IP-телефонии просты – себестоимость звонков через Интернет намного ниже, чем через обычную телефонную линию, а возможность интеграции с компьютерной сетью сильно расширяет возможности коммуникаций.

В этом обзоре речь пойдёт об устройстве, которое позволяет использовать обычные телефонные аппараты для звонков через сети, поддерживающие протокол IP, в частности, локальные, WAN и Интернет.

D-Link DVG-1402S позволяет подключить один или два "обычных" телефонных аппарата и содержит преобразователь аналоговой телефонии в IP-телефонию с поддержкой протокола SIP. Протокол SIP в последнее время стремительно набирает популярность ввиду своей простоты и стандартизованности. Современное поколение продуктов для IP-телефонии как раз и отличает использование стандартизованных протоколов, а значит - широкие возможности для выбора оборудования.

Введение в IP-телефонию

IP-телефония (она же VoIP (Voice over IP – Голос через IP) - это совокупность протоколов и технологий, которые позволяют передавать голос через сети, поддерживающие протокол IP.

Суть преобразования голоса для передачи по сети заключается в том, что с помощью микрофона и аналого-цифрового преобразователя голос сначала преобразуется в цифровой формат, затем полученный бинарный поток разбивается на части (по временным интервалам), компрессируется специальными алгоритмами (кодеками), вкладывается в пакет под-протокола IP (обычно это UDP) и передаётся по сети получателю. У получателя процесс происходит в обратном направлении: извлечение данных из пакета UDP, декомпрессия, склеивание частей, преобразование из цифрового формата в аналоговый и воспроизведение через колонки или наушники. Так как одновременно работают два процесса – каждый передаёт и воспроизводит то, что говорит собеседник, то реализуется постоянная голосовая связь в режиме полного дуплекса.

Первые попытки стандартизировать протоколы, используемые в VoIP, закончились в 1996 году принятием протокола H.323, который стандартизировал правила взаимодействия оборудования для IP-телефонии. Однако протокол H.323 был слишком сложен в реализации и настройке, что и привело к тому, что его применение практически ограничилось использованием в сетях сервис-провайдеров и крупных предприятий.

В 2000 году был стандартизирован протокол SIP, который изначально разрабатывался с расчетом на использование средними и мелкими фирмами и самими пользователями.

На данный момент протокол SIP – безусловный лидер по поддержке со стороны оборудования и программ для конечных пользователей. В продаже присутствуют следующие типы терминалов с его поддержкой:

  1. Программные телефоны (Softphones). Это программы, которые, будучи установлены на компьютере, могут использовать микрофон и наушники вместо телефонной трубки, интерфейс компьютера в качестве номеронабирателя и сетевую плату в качестве средства передачи голосовых данных. На данный момент это, пожалуй, самый популярный и доступный тип SIP-терминала;
  2. Адаптеры для работы аналоговых телефонов в сетях VoIP. Это специальные устройств, которые эмулируют телефонную линию (FXS) и позволяют подключать к ним обычные телефоны. С другой стороны к такому устройству подключается обычно кабель Ethernet;
  3. Шлюзы. Устройства, которые предназначены для интеграции VoIP в существующие сети аналоговой телефонии. Как правило, содержат аналоговые голосовые порты, которые эмулируют работу телефона (FXO) или телефонной линии (FXS). Отличаются от адаптеров тем, что изначально предназначены для интеграции сетей, а не адаптации работы одного аналогового устройства к сети VoIP.
  4. Аппаратные телефоны с непосредственной поддержкой VoIP. Выполняются в виде обычного телефона, но являются полностью цифровыми устройствами и подключаются непосредственно к сети Ethernet. Часто содержат второе гнездо для подключения компьютера, что позволяет вообще исключить телефонную проводку, поскольку, и для работы телефона и для работы компьютера используется одна розетка Ethernet. Этот тип устройств является, на данный момент, самым перспективным, а в дальнейшем практически полностью вытеснит аналоговые телефоны;
  5. Гибридные сетевые устройства. Как правило, являются маршрутизаторами, которые содержат как порты для передачи данных (Ethernet), так и голосовые порты (FXS или FXO). Фактически являются гибридом маршрутизатора и адаптера или шлюза.

Помимо терминалов,  которые, собственно и используют пользователи или которые подключаются к сетям аналоговой телефонии, существуют так же и сервисы управления. К сервисам управления относятся:

  1. SIP-сервер (он же SIP-прокси). Ведёт список подключенных к нему и зарегистрированных клиентов с тем, чтобы участвовать в поиске абонента для соединения и управления сеансом соединения.
  2. Прокси для исходящих соединений (outbound proxy). Используется для обхода клиентом ограничений накладываемых использованием в его сети трансляции адресов (NAT);
  3. STUN-сервер. Специальный сервис, который позволяет клиенту определить используемый тип трансляции адресов с тем, чтобы попытаться обойти его ограничения без использования прокси для исходящих соединений. В определённых случаях позволяет использовать VoIP даже из-за NAT.
  4. DNS (Domain Name Service). Известный всем протокол, который в SIP используется для нахождения SIP-сервера для заданного домена путём публикации специальных DNS-записей в зоне этого домена.

Отдельным типом сервиса является SIP-агент. Это программа, которая непосредственно занимается приёмом и совершением звонков. Она содержит в себе кодеки и взаимодействует с конечным пользователем. SIP-агент встроен в каждый SIP-терминал – будь то программный телефон, шлюз или аппаратный VoIP-телефон. SIP-агенты взаимодействуют между собой напрямую (в случае использования технологии SIP Peer to Peer), либо через SIP-серверы и прокси для исходящих соединений.

Здесь уместно внести ясность, что, собственно, сам протокол SIP голос не передаёт. Он используется только для установки сеанса связи и управления им. Сами голосовые данные передаёт протокол RTP (RealTime Protocol – протокол работы в режиме реального времени). То есть, для сеанса связи VoIP с использованием протокола SIP, используется не только сам SIP, но и RTP. Причём, работают они параллельно, но по разным портам – SIP координирует сессию, а RTP передаёт голос.

Без использования RTP, SIP не может передавать голос, а без SIP, RTP не сможет установить сеанс связи.

Помимо этого, для передачи по RTP существует множество кодеков, т.е. математических алгоритмов компрессии-декомпрессии голоса, которые между собой несовместимы. Важно понимать, что не все SIP-совместимые устройства совместимы между собой. Помимо поддержки протокола SIP они ещё должны поддерживать и общие кодеки – тогда и только тогда, эти устройства смогут не только связаться между собой, но и передавать голос так, чтобы его услышал пользователь.

Многообразие кодеков возникло из-за того, что в разное время были разработаны алгоритмы компрессии под различные применения. Количественно кодеки различаются по требованиям к полосе пропускания, качественно – по качеству передачи голоса. В данном случае уместна некоторая аналогия с форматом MP3 – можно сжать песню с битрейтом 32 кбит в сек., она станёт занимать в 4 раза меньше места, чем песня с битрейтом 128 кбит в сек, но и качество её ощутимо снизится.

Говоря о качестве работы кодеков нужно уточнить, что оно зависит как от частоты дискретизации (т.е. точности преобразования голоса в цифровой поток), так и от алгоритма работы самого кодека. Дело в том, что при передаче через IP-сети часть кадров, как правило, теряется, что требует от кодека способности максимально сгладить такие "провалы". Т.е. кодек для передачи голоса по IP должен не только максимально хорошо и близко к оригиналу сжимать битовый поток, но и сглаживать провалы, вызванные потерями пакетов.

В приведённой таблице перечислены самые распространённые кодеки и их важнейшие параметры:

Кодек

Поток, генерируемый кодеком *(килобит в сек.)

Частота дискретизации голоса
(замеров в сек.)

Временной интервал между пакетами(в миллисекундах)

Частота пакетов кодека(пакетов в сек.)

Реально требуемая полоса пропускания по IP-пакетам **(килобит в сек.)

Реально требуемая полоса пропускания по ADSL и g.shdsl при использовании IP ***(килобит в сек.)

G.711a/m

64.0

8000

20

50

80.0

82.0

G.723.1

5.3 или 6.4

8000

30

34

16.1 или 17.2

17.5 или 18.6

G.729(a)

8.0

8000

20

50

24.0

26.0

G.726

от 16.0 до 40.0

8000

20

50

от 32.0 до 56.0

от 34.0 до 58.0

iLBC

13.3 или 15.2

8000

30 или 20

34 или 50

21.1 или 31.2

22.5 или 33.2

Speex (SPX)

от 2.0 до 44.0

8000, 16000, 32000

30 или 34

34 или 30

12.8 или 53.6

от 14.2 до 54.8

GSM

от 4.75 до 12.2

8000

20

50

от 20.8 до 28.2

от 22.8 до 30.2

* Полоса потока без учёта размера заголовков сетевых пакетов.

*** Реально требуемая полоса рассчитывается по общей формуле:

Bt=Fp*Otr+Fp*Ortp+Bc

где Fp – частота пакетов кодека, Bc – поток генерируемый кодеком, Otr – суммарный размер заголовков пакетов уровней ниже IP (по OSI), а Ortp – размер заголовков протокола RTP (320 бит). Например, для кодека G.711 при использовании ADSL: Bt=50*40+50*320+64000=82000 бит в сек. 

** Здесь следует заметить, что параметр Fp*Otr следует учитывать только в том случае, если есть ограничение скорости на уровне транспортного протокола ниже IP. Например, если провайдер предоставляет вам канал передачи данных шириной 128 килобит в сек. и ограничивает его скорость на уровне протокола IP (обычно т.н. шейпером), то параметр Fp*Otr учитывать не нужно, поскольку шейпер не учитывает размер Otr.

Но если ограничение в 128 килобит в сек. устанавливается при соединении модемов, то учитывать Otr нужно, поскольку при таком ограничении размер Otr важен. В этой связи, лучше договорится с провайдером, чтобы он ограничивал ширину канала IP-шейпером, а т.н. скорость "сцепки" модемов (фактическую битовую скорость  соединения модемов) устанавливал в два раза выше ограничения на шейпере.

Немаловажным фактором при использовании VoIP является обеспечением качестве обслуживания IP-пакетов (QoS). Прежде всего, это важно на каналах, которые бывают перегружены – в этом случае перед внедрением VoIP нужно обеспечить для SIP- и RTP-трафика приемлемые условия. В противном случае могут происходить постоянные "выпадения" слов из разговора или вовсе его прерывание. Эффект этот очень похож на некачественную сотовую связь. Кстати, GSM в этом смысле родственен VoIP, поскольку тоже использует пакетную передачу данных полученных с кодеков, а кодеки GSM используются в VoIP и поддерживаются многим оборудованием.

Раздел QoS очень большой и выходит за рамки этого введения, но если вы столкнётесь с описанными проблемами – следует его изучить и принять меры.

Меню раздела

Рекомендуем