Лекция IP-телефония Сценарии организации протоколы алгоритмы обработки и

Лекция IP-телефония Сценарии организации, протоколы, алгоритмы обработки и передачи речи, Qo. S

Основные понятия и термины IP-телефония или Vo. IP (Voice over IP) – это технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую IP-сеть в качестве средства организации и ведения телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени. Используя Интернет, можно обмениваться цифровой информацией. Следовательно, технически возможно оцифровать звук или факсимильное сообщение и переслать его аналогично тому, как пересылаются цифровые данные. В этом смысле IP-телефония использует Интернет (или любую другую IP-сеть) для пересылки голосовых или факсимильных сообщений между двумя пользователями компьютера в режиме реального времени. Аналоговый сигнал Оцифровка Сжатие 010100101100 DSP Упаковка в IP-пакет IP 10110101

Принцип действия телефонных серверов • С одной стороны сервер связан с телефонными линиями и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны сервер связан с Интернет и может связаться с любым компьютером в мире. Сервер принимает стандартный телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой), сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через Интернет по назначению с использованием протокола Интернет (TCP/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 (т. е. , двунаправленный) разговор.

Для чего нужна IP-телефония ? • • Экономия средств Меньшая стоимость междугородних и международных звонков Меньшие затраты на инвестиции в оборудование Интеграция голосовых сетей с сетями передачи данных • • Универсальность Речь может быть преобразована в IP-пакеты в любой точке сетевой инфраструктуры: на магистрали сети оператора, в корпоративной сети или непосредственно в терминале пользователя • • • Открытая архитектура Общие стандарты: H. 323, MGCP, SIP В виду острой конкуренции цены на услуги постоянно снижаются • • Эффективное использование полосы пропускания от 5. 3 до 8 Кбит/с по сравнению с 64 Кбит/с для традиционной телефонии - экономия полосы пропускания

Vo. IP-принцип работы Поиск Телефонный номер 0010110101 IP адрес 886 -3 -577 -9966 Оцифровка 172. 16. 1. 134 Сжатие Голос 64 Кбит/с G. 711 64 Кбит/с G. 723 6. 4/5. 3 Кбит/с G. 729 8 Кбит/с Соединение Шлюз Vo. IP

Сценарии организации IP-телефонии: IP-сеть терминал шлюз Компьютер-компьютер Тф. ОП/моб. Компьютер-телефон IP-сеть шлюз Тф. ОП/моб. Телефон-телефон

Особенности передачи голоса по IP Задержки • • • • ITU-T в рекомендации G. 114 определил требования к качеству передачи речи. Хорошее качество – сквозная задержка не превышает 150 мс - Влияние сети Чем больше сетевого оборудования в маршруте тем больше время запаздывания пакета и тем больше вариация этого времени (джиттер) - Влияние операционной системы Soft-phones – Windows, Unix - Влияние джиттер-буфера – • • Используется для компенсации джиттера - Влияние кодека и размера пакета Время на формирование пакета

Особенности передачи голоса по IP Эхо • Вызывает затруднения при разговоре. Говорящий слышит с определенной задержкой свой собственный голос. • Электрическое эхо – сигналы прямого и обратного сигнала, передаваемого по двухпроводной линии полностью не разделяются и возникает частичное отражение сигналов в системе разделения сигналов разных направлений. • Акустическое эхо – при использовании громкоговорящей связи • Эхозаградители – отключение канала передачи при наличии активности в канале приема • Эхокомпенсаторы – более сложное устройство, вычитающее передваемый эхосигнал из входного сигнала

Принципы кодирования речи • • Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровую форму называется анализом или цифровым кодированием речи, обратный процесс – синтез или декодирование речи. Цель – получить такую цифровую последовательность, которая требует минимальной скорости передачи и из которой декодер может восстановить исходный речевой сигнал с минимальными искажениями. • При преобразовании используется 2 метода: • • Дискретизация - дискретные во времени отсчеты амплитуды Диапазон речевого сигнала ограничен 0. 3 -3. 4 к. Гц Частота дискретизации 8 к. Гц Квантование - дискретизация полученных отсчетов – 8 бит • Пропускная способность для одного голосового канала 8000 отсчетов/c * 8 бит = 64 Кбит/c •

Алгоритмы сжатия голоса Кодек Требуемая пропускная способность (Кбит/с) Нагрузка на DSP Суммарная задержка кодека (мс) Оценка MOS G. 711 64 (сжатие отсутствует) Отсутствует 0, 25 4, 1 G. 723. 1 5, 3/6, 4 16/21 37, 5 3, 7/3, 9 G. 728 16 32 2, 5 4. 3 G. 729 8 25 15 3, 92 G. 729 A 8 13 15 3, 85 Примечания. Качество голоса дано по пятибалльной шкале экспертных оценок MOS (Mean Opinion Score, рекомендация ITU-T P. 800).

Физические интерфейсы FXS и FXO – это названия портов, к которым подключаются аналоговые телефонные линии ТФОП FXS (Foreign e. Xchange Station) Двухпроводная абонентская линия с интерфейсным разъемом RJ-11. Используется для подключения конечного пользователя с телефонным аппаратом. Подает на телефонный аппарат необходимое напряжение, генерирует звонки и тональные сигналы, воспринимает положение трубки (снята/положена) и набор номера от телефонного аппарата. FXO (Foreign e. Xchange Office) Интерфейс, используемый для эмуляции телефонного аппарата, подключенного к АТС. В качестве интерфейсного разъёма используется розетка RJ-11. Использует подаваемое АТС напряжение, воспринимает звонки и тональные сигналы. Эмулирует положение телефонной трубки (снята/положена) и генерирует набор номера для АТС. Схема подключения • аналоговый телефон (FXO) <--> (FXS) мини-АТС (FXO) <--> (FXS) провайдер услуг связи • Разъемы FXO и FXS всегда парные, то есть имеют «вилку» и «гнездо» .

Физические интерфейсы Интерфейс FXS – это порт, который дает возможность подключения абонента к аналоговой телефонной линии. Другими словами «розетка в стене» выдает сигнал станции, обеспечивает батарейное питание линии и напряжение, необходимое для звонка. Интерфейс FXO – это разъем, в который включается аналоговая телефонная линия. Это разъем на телефонном или факсимильном аппарате или разъем / разъемы на аналоговой мини АТС. Такой порт имеет индикацию состояния трубка снята / трубка на телефоне (замыкание цепи). Так как порты (разъемы) являются частью устройства, например, телефона или факса, такое устройство часто называют «устройством FXO» или «аналоговым устройством» .

Физические интерфейсы При наличии мини-АТС, телефонные линии, ведущие от телефонной компании, подключаются к мини-АТС, к которой также подключаются абонентские телефоны. Поэтому мини. АТС должна быть оборудована портами обоих типов – для подключения портов FXS от телефонной компании и портов FXO для подключения телефонов или факсов. Схема подключения: аналоговый телефон (FXO) <--> (FXS) мини-АТС (FXO) <--> (FXS) провайдер услуг связи

Шлюз FXO • Для подключения аналоговых телефонных линий к IP мини-АТС необходим шлюз FXO.

Шлюз FXS • Шлюз FXS необходим для соединения портов ТА (которые обычно соединяются с телефонной компанией) с Интернетом или VOIP мини-АТС. Шлюз FXS используется для подключения одной или более традиционных аналоговых мини-АТС к VOIP мини. АТС или провайдеру.

Адаптер FXS или адаптер ATA • Адаптер FXS используется для соединения аналогового телефона или факса с VOIP мини-АТС или провайдером VOIP услуг. Это необходимо для подключения порта FXO на телефонном/факсаппарате к адаптеру.

Уровни архитектуры IP-телефонии Архитектура Vo. IP может быть условно разделена на два уровня: Нижний – это базовая сеть с маршрутизацией пакетов, представляет собой комбинацию протоколов – RTP/UDP/IP. Верхний – это управление обслуживанием вызова.

Протоколы передачи данных RTP (Real Time Protocol) – базовый протокол для всех приложений, связанных с интерактивной передачей мультимедийных данных по IP-сети. Главная функция RTP – вычисление средней задержки набора принятых пакетов и их выдача пользовательскому приложению с постоянной задержкой, равной среднему значению. Речь и видеоинформация чувствительны к задержкам, но менее чувствительны к потерям отдельных пакетов. Поэтому, в качестве транспортного протокола используется UDP, т. к. механизмы контроля доставки и повторной передачи пакетов, обеспечиваемые TCP, не подходят для передачи голосовых данных и видеоинформации.

Протоколы управления обслуживанием вызовов • Для IP телефонии разработан целый ряд протоколов, которые содержат положения, относящиеся к передачи речи по IP сетям и к сигнализации для IP телефонии. Наиболее распространенные на сегодня протоколы, это H. 323, SIP, MGSP. • H. 323 – Рекомендация H. 323 ITU-T – стандарт для передачи голоса, видео и данных, описывает взаимодействие мультемедийных приложений в сетях с негарантированным качеством обслуживания • MGCP (Media Gateway Control Protocol) – Протокол управления телефонными шлюзами внешними устройствами управления - media gateway controllers или call agents • SIP (Session Initiation Protocol) – Протокол инициирования сеансов – протокол прикладного уровня, предназначенный для организации, модификации и завершения мультемедийных сеансов связи

Сравнение протоколов SIP H. 323 MGCP Архитектура клиентсервер точка-точка клиентсервер Сложность Низкая Высокая Возможности Простые Полные частичные Масштабируемость Хорошая Плохая Средняя Интернет Да Нет SS 7 Совместимость Плохая Хорошая Стоимость Низкая Высокая Средняя

Организация сети IP-телефонии • На базе рекомендации H. 323 Организация корпоративной сети связи. Включает в себя дополнительные средства управления потоками. Определяет стандарты на оборудование. Решение МСЭ • На основе протокола SIP Организация корпоративной сети связи. Подходит для небольших региональных сетей. Решение IETF

Протокол H. 323

Рекомендация H. 323 включает набор протоколов, задача которых – обеспечить работу мультимедийных приложений в сетях с негарантированным качеством обслуживания. Информационные приложения Управление средой передачи Аудио G. 711 T. 38 H. 263 G. 729 T. 120 H. 261 G. 723. 1 V. 150 Видео H. 264 . . H. 225. 0 RTCP Call H. 245 Signaling RTP UDP TCP/UDP Стек протоколов Н. 323 TCP/UDP TCP

Стек рекомендаций Н. 323 Управление Данные Аудио Видео Управление аудио/видео Управление G. 7 xx H. 26 x Q. 931 H. 245 T. 120 Н. 225 RTCP RTP TCP UDP IP RAS

Компоненты стандарта Н. 323 Рекомендация Описание H. 225 Протокол управления соединением H. 225. 0 RAS Протокол взаимодействия оконечного оборудования с привратником RAS – Registration, Admission, Status Регистрация в системе, контроль доступа к ресурсам, изменение полосы пропускания в процессе связи, опрос и индикация текущего состояния H. 245 Управляющий канал Определяет сообщения для открытия и закрытия каналов для передачи потоков мультимедийных данных, а также другие команды и запросы H. 225. 0 (Q. 931) Сигнальный канал Определяет сигнальные сообщения

Архитектура сети Н. 323 Сети на базе H. 323 ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и хорошо подходят операторам местных телефонных сетей для предоставления междугородней и международной связи по IP-сети.

Сеть, построенная на базе Н. 323

Основные компоненты сети IPтелефонии на основе Н. 323. Терминал Н. 323 • Терминал H. 323 – устройство пользователя сети IP телефонии. Обеспечивает двустороннюю связь с другим терминалом H. 323, шлюзом или устройством управления конференциями. • Типичный пример терминала персональные компьютеры с ПО аудио или видеоконференций типа Net. Meeting, IP телефоны, Видео телефоны. • Все терминалы должны поддерживать стандарты G. 711 для сжатия голоса, H. 245 для согласования параметров соединения, Q. 931 для установления и контроля соединения, канал RAS для взаимодействия с привратником, а также протоколы RTP/RTCP для оптимизации доставки аудио (видео ) потоков. Кроме этого, терминалы могут поддерживать и другие аудио и видеокодеки.

Структурная схема терминала H. 323

Шлюз IP-телефонии (Gateway) • Шлюз IP-телефонии (Gateway) – передает речевой трафик по IP сетям в соответствии с протоколом H. 323. Основная задача – преобразование речевой информации, поступающей со стороны Тф. ОП, в вид, пригодный для передачи по IP сетям. • Кроме того, шлюз преобразует сообщения системы сигнализации DSS 1 и ОКС 7 в сигнальные сообщения H. 323 и производит обратное преобразование (H. 246) • При отсутствии в сети привратника должна быть реализована еще одна функция шлюза – преобразование номера Тф. ОП в IP адрес. • Если терминал H. 323 связывается с другим терминалом H. 323, расположенным в той же IP сети, шлюз в этом соединении не участвует. • Шлюз не входит в число обязательных компонентов сети H. 323. Он необходим только в том случае, когда требуется установить соединение с терминалом другого стандарта. Эта связь обеспечивается трансляцией протоколов установки и разрыва

Привратник (Gate. Keeper) – устройство, в котором сосредоточен весь интеллект сети IP телефонии. Сеть H. 323 имеет зонную архитектуру. Привратник как раз и выполняет функции управления одной зоной IP сети.

Функции привратника • Регистрация оконечных и других устройств • Контроль доступа пользователей к услугам сети IP-телефонии при помощи сигнализации RAS • Преобразование alias-адреса (напр. , телефонный номер или имя абонента) вызываемого пользователя в транспортный адрес IP-сети • Контроль, управление и резервирование пропускной способности сети • Ретрансляция сигнальных сообщений H. 323 между терминалами Кроме основных функций, привратник может отвечать за аутентификацию пользователей и начисление платы (биллинг) за телефонные соединения. • В одной сети IP-телефонии, основанной на H. 323, может быть несколько привратников, взаимодействующих между собой по протоколу RAS.

Устройство управления конференциями • Устройство управления конференциями (MCU) – обеспечивает возможность организации связи между тремя и более участниками. Состоит из обязательного элемента – контроллера конференций (MC) и может включать в себя один или несколько процессоров(MP) для обработки пользовательской информации. Может быть совмещен с привратником, шлюзом. • Н. 323 определяет 3 вида конференции: • - Централизованная (управляемая MCU, участники соединяются в режиме точка-точка) более простое терминальное оборудование, более сложное устройство управления конференциями • - Децентрализованная (участник соединяется с остальными в режиме точка-много точек) более сложное терминальное оборудование, желательно наличие IP Multicasting • - Смешанная

• MCU (Multipoint Control Unit) или устройство управления многоточечными конференциями - устройство для реализации многоточечной аудиоконференции. Все терминалы, участвующие в конференции, устанавливают соединение с MCU. Сервер управляет ресурсами конференции, согласовывает возможности терминалов по обработке звука, определяет аудиопотоки, которые необходимо направлять по многим адресам. Общим принципом работы этих устройств является такой способ организации многоточечной связи, при котором аудиопотоки смешиваются, что позволяет участникам слышать друга. MCU возможно реализовать программно или аппаратно. MCU включает в себя сетевой интерфейс, обработчик аудиосигнала, содержащий кодек и микшер, специальный переключатель потоков информации между участниками видеоконференции, обработчик данных, контроллер конференции и средства управления трафиком и режимами конференций, а также сохранения протокола конференции.

Алгоритмы установления, поддержания и закрытия соединения В общем случае включают фазы: 1. Установление соединения 2. Определение ведущего/ведомого и обмен данными о функциональных возможностях 3. Установление аудио-видео связи между оборудованием 4. Изменение полосы пропускания, запрос текущего состояния, создание конференций, обращение к дополнительным услугам 5. Завершение соединения

Протокол H. 225. 0 RAS Основные процедуры: 1. Обнаружения привратника 2. Регистрация оконечного оборудования у привратника 3. Контроль доступа оконечного оборудования к сетевым ресурсам 4. Определение местоположения оконечного оборудования в сети 5. Изменения полосы пропускания в процессе обслуживания вызова 6. Опрос и индикация текущего состояния оконечного оборудования 7. Оповещение привратника об освобождении полосы пропускания В сети без привратника не используется

Протокол H. 225. 0 RAS Основные типы сообщений: - Request (x. RQ) – просьба, требование - Reject (x. RJ) - отвержение - Confirm (x. CF) - подтверждение Исключения: - Information Request / Response / Ack - “non. Standard. Message” - The “unknown. Message” response - Request in Progress (RIP) - Resource Available Indicate / Confirm (RAI/RAC) - Service Control Indication / Response

Обнаружение привратника Два способа : – Ручной • регистрация у привратника по заранее заданному адресу, UDP порт 1719 – Автоматический • Запрос Gatekeeper Request (GRQ) в режиме multicasting(224. 0. 1. 41) – Gatekeeper UDP discovery Multicast Address и UDP порт 1718 – Gate. Keeper UDP discovery port. Ответ – на адрес переданный в поле ras. Adress запроса GRQ, сообщение Gatekeeper Confirmation (GCF) c предложением услуг и указанием транспортного адреса канала RAS. Отказ в регистрации – Gatekeeper Reject (GRJ) GRQ Терминал Н. 323 GCF GRJ Привратник

Регистрация После обнаружения привратника оконечное оборудование должно зарегистрироваться – передать привратнику: - Список alias-адресов - Список транспортных адресов RRQ Регистрация UDP 1719 RCF RRJ URQ Терминал Н. 323 UCF URJ URQ URC Привратник Отмена регистрации терминалом Отмена регистрации привратником

Доступ к сетевым ресурсам ARQ включает в себя идентификатор оборудования, пославшего ARQ и контактную информацию (Alias. Adress) того оборудования, с которым пытаются связаться. В ACF передается транспортный адрес удаленного терминала если передача будет идти напрямую, или адрес привратника, если он будет маршрутизировать сигнальные сообщения. После ACF на указанный в нем адрес передается Setup. ARQ Терминал Н. 323 ACF ARJ Привратник

Определение местоположения LRQ – определение адреса сигнального канала и канала RAS по Alias. Adress. Привратник у которого зарегистрировано указанное оборудование должен ответить LCF с требуемой информацией. LRQ Терминал Н. 323 LCF LRJ Привратник

Сигнальный канал H. 225. 0 (Q. 931) Описывает процедуры управления соединениями (TCP): • Setup – Запрос соединения (TCP порт 1720) • Call proceeding – передается вызывающему оборудованию для оповещения что соединение устанавливается • Alerting - передается вызывающему оборудованию и информирует о том что вызываемое оборудование не занято и пользователю передается сигнал о вызове – аналог • Connect - передается вызывающему оборудованию и информирует о том что пользователь принял входящий вызов • Release Complete - передается вызывающим или вызываемым оборудованием с целью завершить соединение (только когда открыт сигнальный канал) • Q. 932 Facility – дополнительные услуги H. 450. x

Упрощенный сценарий установления соединения в сети Н. 323 Привратник Терминал А Терминал В 1. ARQ 2. ACF 3. SETUP 4. Call Proceeding 5. ARQ 6. ACF 7. Alerting 8. Connect H. 245 Messages RTP Media Path 9. Release Complete Сообщения RAS Сообщения H. 225. 0 (Q. 931)

Управляющий канал H. 245 Описывает ряд независимых процедур, которые должны выполняться для управления информационными каналами (TCP): • Определение ведущего и ведомого(Master/Slave determination) • Обмен данными о функциональных возможностях(Capability • • • Exchange) Открытие и закрытие однонаправленных логических каналов(Logical Channel Signaling) Открытие и закрытие двунаправленных логических каналов(Bidirectional Logical Channel Signaling) Закрытие логических каналов(Close Logical Channel Signaling) Определение задержки(Round Trip Delay Determination) Выбор режима обработки информации (Mode Request) Сигнализация по петле (Maintenance Loop Signalig)

Модели сигнализации • Определяют, какие протокольные сообщения передаются через gatekeeper, а какие - непосредственно между двумя конечными точками • Чем больше сообщений передается через gatekeeper, тем больше его нагрузка и ответственность (управляемость соединениями) • Только gatekeeper решает - какую модель сигнализации выбрать • Потоки данных никогда не передаются через gatekeeper

Direct Endpoint Call Signalling

Gatekeeper Routed Call Signalling (Q. 931)

Gatekeeper Routed Call Signalling (Q. 931/H. 245)

Протоколы, используемые при передаче речи по IP-сети • RTP (Real Time Protocol) – обеспечивает в IP-сетях доставку адресатам аудиопотоков в масштабе реального времени. RTP идентифицирует тип и номер пакета, устанавливает в него метку синхронизации. На основе этой информации приемный терминал синхронизирует звук, осуществляет его последовательное и непрерывное воспроизведение. • RTCP (Real Time Transport Control Protocol) – базируется на периодической передаче управляющих пакетов всем участникам сессии. Этот протокол не имеет самостоятельного значения и используется лишь совместно с RTP. • RAS (Registration, Admission, Status) – протокол регистрации, подтверждения и контроля за состоянием соединения. Без контроллера зоны не используется.

Протокол RTP

Протокол RTP Терминология: кадр Ethernet, пакет IP, дейтаграмма UDP, сегмент TCP , пакет RTP

Поля RTP-протокола

Протокол SIP

Принципы протокола SIP Протокол инициирования сеансов связи – SIP • Протокол Session Initiation Protocol (SIP) – это протокол сигнализации, используемый для установления, изменения и прерывания сессий (или звонков) между одним или несколькими пользователями IP сетей. • Разработан IETF MMUSIC WG (Multiparty Multimedia Session Control Working Group) • Предложен в стандарте RFC 2543 в марте 1999, получил реализацию и формализован в RFC 3261

Принципы протокола SIP • SIP не зависит от модели и масштабов связи или конференц связи и от пакетного уровня, требуя лишь услуг доставки датаграмм без подтверждения, так как надежность их доставки обеспечивается его собственным механизмом. • SIP – протокол прикладного уровня, в типовом варианте применяется поверх UDP или TCP. • Ориентирован на модель установления соединения IP из конца в конец. • Предназначенный для инициации сеансов протокол SIP обеспечивает определение адреса пользователя и установление соединения с ним. Кроме этого, он служит основой для применения других протоколов, реализующих функции защиты, аутентификации, описания канала мультимедийной связи и т. д. Для биллинга, например, может использоваться протокол Radius.

Преимущества SIP • Инновации – SIP предоставляет новые сервисы и приложения, недоступные в H. 323 (или других протоколах IP телефонии) – Например, SIP использует простую инкапсуляцию на основе текста (основанную на Интернет стандарте MIME) , позволяющую передавать данные или запускать приложения одновременно с голосовым соединением, облегчая отправку фото, визиток, MP 3 при звонке абоненту. • Масштабируемость – SIP использует Интернет модель – быстрота и простота ядра и перефирии. – В рамках протоколов точка, SIP более эффективный и менее составной ( В то время, как H. 323 требуется обмен 13 сообщениями, SIP использует только 7.

Преимущества SIP • Простота разворачивания сетей – Развертывание и поддержка SIP схожа с HTTP. Он использует стандартные протоколы и функции, уже существующие в IP сетях и легок для понимания сетевых администраторов и технического персонала. – Стандартная адресация, принятая в Интернет: SIP использует обычный формат IP адреса для имени и для адреса, например sip: username@abcorp. com или sip: 1. 781. 938. 5306@abcorp. com – SIP использует только текст для протокольной инкапсуляции, в отличие от H. 323, использующего бинарное кодирование, что делает SIP проще в диагностике и устранении проблем. – Простые сообщения об ошибках: SIP использует привычные сообщения об ошибках с префиксами, как 10 x, 20 x, etc. Примечание: HTTP (сокр. от англ. Hyper. Text Transfer Prоtocоl — «протокол передачи гипертекста» ) — протокол прикладного уровня передачи данных (изначально — в виде гипертекстовых документов).

Архитектура SIP

Устройства сети SIP • SIP Клиент – User agent client (UAC) Клиентское приложение, которое инициирует SIP запросы. – User agent server (UAS) Серверное приложение, которое отвечает на запросы пользователя при получении SIP запроса от клиента. • Обычно, большинство программ работают и как UAC и как UAS. • SIP Клиент может быть программой для PC, IP телефоном или SIP шлюзом

Устройства сети SIP • SIP серверы – Location server - сервер определения расположения используется для получения сведений о местоположении вызываемых абонентов. – Proxy server - это устройство-посредник, которое принимает SIP запросы от клиентов и затем перенаправляет их на следующий SIP сервер в сети. Прокси-сервер может выполнять дополнительные функции, такие как аутентификация, авторизация, маршрутизация, безопасность, контроль доступа и передача достоверных запросов.

Устройства сети SIP • SIP сервер – Redirect server Предоставляет клиенту информацию о следующем шаге пересылки сообщения и запрашивает сервер на следующем шаге или непосредственно UAS о подключении клиента. – Registrar server Сервер регистрации, обслуживает запросы от UAC для регистрации их расположения. Часто совмещен с прокси сервером или сервером перенаправления.

Пример сети SIP

Сеть, построенная на базе протокола SIP Может быть реализовано в одном физическом устройстве

Адресация в SIP • В Интернет для нахождения хоста используется URL (для SIP он обозначается как SIP URL). • В SIP существуют 4 формы адресов: – – имя@домен, имя@хост, имя@IP адрес, №телефона @шлюз. Например: sip: user 1@sales. npc. spb. ru sip: user 1@195. 101. 38. 105 sip: 434 66 56@gateway. ru Примечание: Единый указатель ресурсов (англ. URL — Uniform Resource Locator) — единообразный локатор (определитель местонахождения) ресурса. По-английски «URL» целиком произносится как [у-эр-э л], [ю-ар-эл] или [урл] (сленг). Ранее назывался Universal Resource Locator — универсальный локатор ресурса. URL — это стандартизированный способ записи адреса ресурса в сети Интернет.

Адресация SIP • SIP использует традиционную для Интернет схему адресов, состоящих из имени пользователя и имени домена. Это очень важно, поскольку означает, что существующие Интернет сервисы имен, адресации и маршрутизации могут обслуживать SIP адресацию без модификации. – Примеры SIP адресов : • SIP: user 01@bigcorp. com • SIP: user@61. 16. 10. 8 • SIP: 1 212 555 1212@business. com • Наиболее важные положения данной схемы адресации: – Не создается новой структуры справочников (directory) что позволяет обслуживание существующими IP серверами. – Используются привычные e mail или URL адреса для телефонных звонков, и необходимо помнить меньше.

Сигнальные сообщения SIP • В протоколе SIP определены два вида сигнальных сообщений запрос и ответ. Они имеют текстовый формат и базируются на протоколе HTTP. • В запросе указываются процедуры, вызываемые для выполнения требуемых операций, а в ответе результаты их выполнения. • Определены шесть видов запросов: INVITE , BYE, OPTIONS , АСК, CANCEL , REGISTER , который SIP может транслировать на сервер адресов ( Location Server ).

Процедура обмена сообщениями в SIP-сети SIP-серверы Тф. ОП SIP SIP RTP шлюз 1: сигнализация 2: АТС телефонный канал

Сообщения и запросы SIP • Запросы SIP : INVITE - Приглашает пользователя принять участие в сеансе связи. Содержит SDP-описание сеанса ACK - Подтверждает прием окончательного ответа на запрос INVITE BYE - Завершение соединения. Может быть передан любой из сторон соединения. CANCEL - Отменяет обработку ранее переданных запросов REGISTER - Регистрация на сервере OPTIONS - Запрашивает информацию о функциональных возможностях INFO –для дополнительной информации(DTMF, сигнальные сообщения, биллинговая информация)

Сообщения и запросы SIP • Сообщения SIP : 1 xx - Информационные сообщения Пример: 180 - Ringing(КПВ) 2 xx - Запрос успешно обработан Пример: 200 - ОК 3 xx - Перенаправление Пример: 302 – Moved Temporarily (временно) 4 xx - В запросе обнаружена ошибка Пример: 401 – Unauthorized (запрещенный) 5 xx - Запрос не может быть обработан из-за отказа сервера Пример: 500 - Server Internal Error (внутренняя ошибка) 6 xx – Соединение не может быть установлено Пример: 604 –Does Not Exist Anywhere

Схема сигнализации по протоколу SIP

Алгоритм установления соединения с помощью протокола SIP при участии прокси - сервера Прокси сервер принимает запрос соединения INVITE от оборудования вызывающего пользователя. Прокси сервер устанавливает местонахождение клиента с помощью сервера определения местоположения ( location server ). Прокси сервер передает запрос INVITE вызываемому пользователю. Оборудование вызываемого пользователя уведомляет последнего о входящем вызове и возвращает прокси серверу сообщение о том, что запрос INVITE обрабатывается (код 100). Прокси сервер, в свою очередь, направляет эту информацию оборудованию вызывающего пользователя. Когда вызываемый абонент принимает вызов, его оборудование извещает об этом прокси сервер (код 200), который переправляет информацию о том, что вызов принят, к оборудованию вызывающего пользователя. Вызывающая сторона подтверждает установление соединения передачей запроса АСК, которое прокси сервер переправляет вы зываемой стороне Установление соединения закончено, абоненты могут обмениваться речевой информацией.

Сценарий установления соединения в сети SIP Location/Redirect Server Proxy Server User Agent INVITE 302 (Moved Temporarily) ACK INVITE Call Setup INVITE 302 (Moved Temporarily) ACK 180 (Ringing) 200 (OK) ACK RTP Media Path Call Teardown 180 (Ringing) 200 (OK) ACK INVITE 180 (Ringing) 200 (OK) ACK BYE 200 (OK)

Временные диаграммы обмена SIP-сообщениями (базовый вызов) Б A invite Установление соединения 100 invite 100 180 200 ack Фаза разговора bay Разрыв соединения 200 bay 200 *Примечание: Разрыв соединения может инициироваться любой стороной

SIP-сессия. Основные сообщения: • INVITE – сообщение клиенту об открытии новой сессии • ACK - подтверждение о переходе в режим ожидания • CANCEL - отмена состояния INVITE • BYE - закрытие сессии Коды ответов, генерируемых для HTTP. • 100 – Ожидание ответа • 200 - OK • 404 – Не найдено Основные коды спецификации SIP: • 180 – Посылка вызова • 486 - Занято

Компоненты сети, реализованной на базе протокола SIP Рекомендации RFC 2543 - построение сетей IP-телефонии на базе SIP. Протокол SIP утвержден IETF и поддержан основными производителями оборудования IP-телефонии в качестве общего стандарта. Сеть SIP содержит основные компоненты трех видов: Агенты - являются приложениями терминального оборудования и включают в себя две составляющие: агент пользователя - клиент (User Agent Сlient - UAC) и агент пользователя - сервер (User Agent Server - UAS), иначе называемые клиент и сервер соответственно. Примечание: IETF (англ. Internet Engineering Task Force) — відкрите міжнародне співтовариство проектувальників, учених, мережевих операторів і провайдерів, яке займається розвитком протоколів і архітектури Інтернету.

• Proxy-серверы - действуют "от имени других клиентов" и содержит функции клиента (UAC) и сервера (UAS). Этот сервер интерпретирует и может перезаписывать заголовки запросов перед отправкой их к другим серверам. Ответные сообщения следуют по тому же пути обратно к proxy-серверу, а не к клиенту. • Серверы определения местоположения - определяют текущее местоположение вызываемого абонента и дает команду оборудованию вызывающего абонента устанавливать соединение с вызываемым абонентом по новому адресу. Для определения текущего местоположения вызываемого абонента сервер переадресации обращается к серверу определения местоположения. Позволяют расширить возможности мобильности абонента.

Сравнительный анализ Н. 323 и SIP Параметр Н. 323 SIP Разработчик ITU-T IETF Совместимость с Тф. ОП Полная Частичная Совместимость с TCP/IP Частичная Полная Архитектура Монолитная Модульная Сигнализация Q. 931 over TCP SIP over TCP Согласование параметров Оба участника соединения Формат сообщений Двоичный ASCII Адресация Номер, IP-адрес URL, номер, IP-адрес Разрыв связи Явный или разрыв ТСР-соединения

Протокол MGCP

Принципы протокола MGCP (Media Gateway Control Protocol) Третий подход к построению сетей IP телефонии, основанный на использовании протокола MGCP , также предложен комитетом IETF , рабочей группой MEGACO. Протокол управления телефонными шлюзами внешними устройствами управления - media gateway controllers или call agents

Принцип декомпозиции шлюза Использован принцип декомпозиции шлюза: - Транспортный шлюз (Media Gateway) – функции преобразования речевой информации в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP: кодирование и упаковка в RTP/UDP/IP - Устройство управления (Call Agent) – выполняет функции управления шлюзом - Шлюз сигнализации (Signaling Gateway) – обеспечивает доставку сигнальной информации, поступающей со стороны PSTN к устройству управления шлюзом и обратно

Архитектура сети MGCP Весь «интеллект» функционально распределенного шлюза размещается в устройстве управления, функции которого, в свою очередь могут быть распределены между несколькими платформами

Архитектура сети MGCP В сети может присутствовать несколько устройств управления, синхронизированных между собой.

Архитектура сети MGCP • Одно устройство управления обслуживает одновременно несколько шлюзов. В сети может присутствовать несколько устройств управления, синхронизированных между собой. • Протокол MGCP использует принцип master/slave причем устройство управления является Master, а транспортный шлюз – Slave, выполняющий команды от устройства управления. • Сообщения протокола MGCP переносятся протоколом без гарантированной доставки сообщений UDP.

Упрощенный сценарий установления соединения в сети MGCP 1. Когда на телефоне А снимается трубка, шлюз А посылает сигнал устройству управления 2. Шлюз А генерирует сигнал и отслеживает набор номера 3. Номер транслируется устройству управления 4. Устройство управления определяет куда направить звонок 5. Устройство управления посылает команды Шлюзу В 6. Шлюз В посылает сигнал вызова телефону В 7. Устройство управления посылает команды обоим шлюзам начать RTP/RTCP сессию

Inter-Asterisk e. Xchange protocol • IAX 2 — Inter-Asterisk e. Xchange protocol — протокол обмена Vo. IP данными между IP-PBX Asterisk. Наиболее приспособлен к трансляции сетевых адресов NAT, в отличие от SIP и H. 323 использует только один порт 4569 протокола UDP для сигнализации и медиапотока, тогда как последние используют для этих целей разные порты. • Данный протокол позволяет существенно экономить сетевой трафик по сравнению с протоколом SIP, что объясняется передачей сигнальной информации в битовых полях, а не текстом. Так же протокол позволяет совмещать множество голосовых потоков и передавать их внутри единого транка, уменьшая накладные расходы, связанные с передачей заголовков IP пакетов.

История IAX 2 • IAX 2 — (Inter-Asterisk e. Xchange protocol – вторая версия) протокол разработанный компанией Digium, специально для Asterisk, как альтернативный протокол. Группа разработчиков в составе: Марк Спенсер, Фрэнк Миллер, Кенни Шумард, Эд Гай и Брайан Капоч подала заявку в IETF и 20 -го февраля 2009 года протокол был утверждён под RFC 5456. • Предпосылкой было желание обеспечить передачу голоса высокого качества в «слабых» сетях. Так как при использовании протоколами SIP и H. 323 двух портов для передачи голоса и сигнализации, иногда возникали проблемы, когда во время длительного разговора одного абонента и молчания другого, Firewall, в целях безопасности, закрывал порт сигнализации, так как по нему не шли пакеты. В результате этого после того, как молчавший абонент начинал говорить, сигнализация об этом не проходила через порт, и респондент его не слышал. Для того что бы исключить данную проблему, IAX 2 разработан так, что бы использовать один порт для передачи голоса и сигнализации. Так же. В связи с тем, что IAX 2 передает сигнальную информацию в битовых полях, а не текстом, совмещение множества голосовых потоков и передача их внутри единого транка, позволяет существенно снижать сетевой трафик.

Технические особенности IAX 2 • • полностью бинарный протокол (в отличие от SIP) - экономия трафика используется один единственый UDP-порт 4569, что упрощает конфигурацию Firewall и улучшает работу через NAT поддерживается транкинг, при этом в каждом пакете передаются данные сразу нескольких параллельных каналов - экономия трафика экономнее чем SIP в требованиях к полосе пропускания проще конфигурация NAT и Firewall меньше неочивидных проблем (при наличии Firewall невозможна ситуация, когда соединение устанавливается, а голосовые данные пройти не могут, в отличие от SIP) IAX 2 эффективнее RTP (SIP) для любого количества одновременных соединений, и при использовании любого кодека. Экономия начиная от 2. 4 k для единственного вызова, до приблизительно утроения количества одновременных соединений через мегабитовый поток для G. 729 при использовании trunk mode. NAT (от англ. Network Address Translation — «преобразование сетевых адресов» ) — это механизм в сетях TCP/IP, позволяющий преобразовывать IP-адреса транзитных пакетов.

Протоколы Vo. IP • SIP — обеспечивает передачу голоса, видео, сообщений систем мгновенного обмена сообщений и произвольной нагрузки, для сигнализации обычно использует порт 5060 UDP. Поддерживает контроль присутствия. • H. 323 — протокол, более привязанный к системам традиционной телефонии, чем SIP, сигнализация по порту 1720 TCP, и 1719 TCP для регистрации терминалов на гейткипере. • IAX 2 — через 4569 UDP порт и сигнализация, и медиа трафик. • MGCP (Media Gateway Control Protocol) — протокол управления медиашлюзами. • Megaco/H. 248 — протокол управления медиашлюзами, развитие MGCP. • SIGTRAN — протокол тунеллирования PSTN сигнализации SS 7/ОКС 7 через IP на программный коммутатор (Soft. Switch). • SCTP (Stream Control Transmission Protocol) — протокол для организации гарантированной доставки пакетов в IP сетях.

Передачи речи по IP-сети

Организация передачи речи по IP-сети Cинтезированный речевой сигнал Речевой сигнал алгоритм обнаружения пауз алгоритм нивелирования потерь кодер пакетизация анализатор декодер IP-сеть джиттер-буфер синтезатор

Механизмы эффективного кодирования речи: • ИКМ – импульсно-кодовая модуляция. Скорость 64 кбит/с. • АДИКМ – адаптивная импульсно-кодовая модуляция. Используется в кодеке G. 711. Скорость 64 кбит/с. Используется по умолчанию во всех решениях Vo. IP. • LPC – на основе линейного предсказания. Используется в кодеках G. 723. 1 и G. 729. Скорости 5, 3 и 6, 3 кбит/с (G. 723. 1); 8 кбит/с (G. 729). Решение ITU-T. • i. LBC – кодек с открытым кодом, скорость 13. 3 кбит/с. Его прототипом послужил GSM-кодек. Характеризуется высокой помехоустойчивостью.

Формирование речевого сигнала в кодеке G. 711 (напоминание!)

Архитектура кодека на основе линейного предсказания (G. 72*) X(n) Коэффициент усиления Выделитель основного тона Определитель Признака тон/шум КОДЕР Блок преобразования LSF A(z) анализатор Линия тон/шум Линия ДЕКОДЕР b 0, LSF Основной тон Тон/шум синтезатор Блок преобразования LSF Генератор сигнала возбуждения b 0 (1+A(z)) S(n) речевой сигнал

Формирование речевого сигнала в кодеках LCP fд = 8 к. Гц, На начальном этапе может использоваться механизм выделения пауз VAD (Voice Activity Detecting) для экономии полосы пропускания. Ухудшает качество речи в среднем на 30% На каждом кадре рассчитывается спектр сигнала, который представляется фильтром-предсказателем вида:

Пакет формируется на основе 10 -ти LSF, признака тон/шум, коэффициента усиления, значения частоты основного тона.

Структура IP-пакета, формируемого на выходе кодека IP UDP 20 8 В некоторых реализациях может использоваться ТСР RTP или другой специализированный протокол 12 или меньше в зависимости от используемого протокола данные G 723. 1 a (кадр 30 мс) - 20 байт для 5. 3 Кбит/с - 24 байт для 6. 3 Кбит/с - 4 байт для идентифи кации тишины - 0 тишина G 729 (кадр 10 мс) - 10 байт для 8. 0 Кбит/с - 2 байта для идентифи кации тишины - 0 тишина

Типы кодеков, используемых в IP-телефонии Кодек: G. 711 G. 723. 1 m G. 723. 1 a G. 729 Скорость передачи, кбит/с 64 6, 3 5, 3 8 Длительность кадра, мс 5 30 30 10 Задержка пакетизации, мс 1 67, 5 25 174, 4 43, 73 41, 6 62, 4 Задержка джиттер-буфера, мс 2 4 60 60 20 Значение R-фактора 93, 2 78, 2 74, 2 82, 2 Полоса пропускания для двунаправленного соединения, к. Гц Теоретическая 4, 4 3, 87 3, 69 4, 07 максимальная оценка MOS Примечание. Максимальная задержка джиттер-буфера для всех типов кодеков – удвоенная длительность кадра.

ОЦЕНКА качества передачи речи • Существуют два главных метода измерения качества речи. 1. Субъективное тестирование. Привлекаются слушатели, оценивающие способность разных кодирующих систем воспроизводить трудные фразы. В качестве примера можно привести методы ACR (Absolute Category Rating — показатель абсолютной категории) или MOS (Mean Opinion Score — средняя экспертная оценка). 2. Машинное тестирование. Электронная система пропускает цифровой речевой файл через устройство кодирования/сжатия, после чего проводится математическое сравнение выходного сигнала с входным. В качестве примеров можно привести рекомендуемые ITU методы P. 861: PSQM (Perceptual Speech Quality Measurement — измерение воспринимаемого качества передачи речи) и G. 107 E Model, или R Factor (коэффициент R, объективная мера качества передачи в телефонных сетях на основе электронной модели).

Оценка качества услуг для трафика IP-телефонии • Субъективные методики оценки качества услуг: MOS - Mean Opinion Score – восприятие качества услуги пользователем по 5 -бальной шкале. Не учитывает ряд явлений, типичных для сетей передачи данных и влияющих на качество речи в системах Vo. IP. Отсутствует возможность количественно учесть влияющие на качество речи факторы, такие как: – сквозная задержка между говорящим по телефону и слушающим; – влияние вариации задержки (джиттера); – влияние потерь пакетов.

Средняя экспертная оценка - MOS • Наиболее распространенным методом измерения качества речи является MOS — тест с привлечением слушателей для определения качества кодирования голоса различными системами и выставление оценок по пятибалльной шкале. Например, оценка « 5» является самой высокой, и ИКМ-модуляция со скоростью 64 Кбит/с получила 4, 4 балла. Рекомендуемая минимальная оценка для бизнес-телефонии — 4, 0 балла, причем 3, 5 балла — минимально допустимая величина. Типичное значение для алгоритма сжатия звука G. 729 A — 4, 0 балла, а минимально допустимая для него граница диапазона оценок достигается при потере 1% пакетов. Оценки рассчитываются в условиях прогнозирования качества только при слушании (listening quality, LQ) и при разговоре (conversational quality, CQ). При оценке качества LQ для 16 -ти или более слушателей воспроизводится набор фонетически сбалансированных фраз, например т. н. гарвардских предложений Для измерения качества разговора CQ пары пользователей выполняют определенное задание, общаясь по телефону. Процесс определения этой оценки сложнее, т. к. необходимо установить качество слушания, эхо и задержку. Влияние задержки изменяется в зависимости от характера задачи (сравните, например, бизнес-переговоры и неформальное общение).

Модель Е • Модель Е была разработана институтом ETSI (European Telecommunications Standards Institute — Европейский институт стандартизации электросвязи) для измерения качества на основе эталонного образца. Эта оценка требует меньшей обработки, чем метод PESQ. Модель Е также учитывает параметры разговора. Поначалу она рассматривалась как перспективное средство для систем передачи данных, но в настоящее время широко используется для оценки качества сетей Vo. IP. Она была принята союзом ITU в 1998 г. под названием G. 107, и с тех пор ежегодно корректируется и дополняется. Модель Е определяет оценку качества передачи, или коэффициент R, в диапазоне значений 0. . . 120 (100). Этот показатель в случае ИКМ-модуляции равен 93, а значения выше 80 считаются приемлемыми для передачи речи в бизнеспереговорах. Использование модели Е основано на предположении, что искажения носят аддитивный характер.

Оценки качества услуг для трафика IP-телефонии • Объективные методики оценки качества услуг: Е-модель – многокритериальная оценка качества (R-фактор) в диапазоне от 1 до 120 баллов: – однонаправленная задержка, – коэффициент потери пакетов, – потери данных из-за переполнения буфера джиттера, – искажения, вносимые при преобразовании аналогового сигнала в цифровой и последующем сжатии (обработка сигнала в кодеках), – влияние эхо и др. • R-фактор (называемый фактором достоверности (англ. reliability))

Расчет R-фактора • Значение R-фактора определяется по следующей формуле: R = Rо — Is — Id — Ie + A, • где: Ro = 93, 2 — исходное значение R-фактора; • Is — искажения, вносимые кодеками и шумами в канале; • Id — искажения за счет суммарной сквозной задержки ("из конца в конец") в сети; • Iе — искажения, вносимые оборудованием, включая и потери пакетов; • А — так называемый фактор преимущества. • Например, мобильные пользователи могут соглашаться с низким уровнем качества, • получая дополнительные удобства. В большинстве случаев расчета R-фактора параметр А принимается равным нулю.

Зависимость между оценками MOS и Rфактором

R-фактор для некоторых типов кодеков

Типичные значения уровней качества передачи сигнала

Соотношение R-фактора и MOS Значение R-фактора Категория качества и оценка пользователя Значение оценки MOS 90<R<100 Самая высокая 4, 34 – 4, 50 80<R<90 Высокая 4, 03 – 4, 34 70<R<80 Средняя (часть пользователей оценивает качество как неудовлетворительное) 3, 60 – 4, 03 60<R<70 Низкая (большинство пользователей оценивает качество как неудовлетворительное) 3, 10 – 3, 60 50<R<60 Плохая (не рекомендуется) 2, 58 – 3, 10

Показатели Qo. S для трафика IP-телефонии Требования к речевому трафику (TIPHON): • Потери пакетов – потери речевых пакетов в сквозном соединении не должны превышать 2% • < 0. 5% (класс 1 – gold) • 0. 5 - 1% (класс 2 – silver) • 1 - 2% (класс 3 – bronze) • Влияние потерь на качество речи Потери пакетов, % 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Параметр G 711 le (*) G. 729 0 8 12 18 22 26 28 30 32 34 10 15 20 25 30 34 38 40 42 44

• Задержка – Задержка в сквозном соединении не должна превышать 250 мс для приемлемого качества – Цель: < 150 мс (человек замечает задержку более 200 мс) – 400 мс неприемлема • Вариация задержки (джиттер задержки) – Джиттер в сквозном соединении не должен превышать 40 мс – Джиттер задержки в зависимости от класса обслуживания: • <10 мс (класс 1 - gold) • 10 - 20 мс (класс 2 – silver) • 20 - 40 мс (класс 3 – bronze)

Механизмы, позволяющие снизить влияние кодека на качество речи • методы эффективного кодирования речи (рекомендации ITU-T серии G. 7 xx); • механизмы эхоподавления (G. 164) и эхокомпенсации (G. 165, G. 168); • механизмы нивелирования ошибок (packet loss concealment), обеспечивающие компенсацию пробелов в речевом потоке, вызванных потерей отдельных пакетов.

Методы нивелирования потерь (PLC - Packet Loss Concealment) в кодеках IP-телефонии Замена потерянного фрагмента: -предыдущим пакетом -комфортным шумом

Методы обеспечения качества обслуживания Vo. IP, используемые на сети • Методы предотвращения перегрузок: алгоритмы «дырявого ведра» , RED • Методы обслуживания очередей: алгоритм WFQ • Организация джиттер-буфера на приеме • Использование протоколов передачи и контроля передачи речи по IP-сетям RTP/RTCP • Использование резервирования ресурсов (приоритезация, RSVP, Diff. Serv, MPLS)

Приложения IP-телефонии

Провайдер IP-телефонии Internet telephony service provider CPE GW ITSP IP/PSTN Gateways PSTN Home Billing System and Master Network Database CPE GW Broadband access: Home IP Network CPE GW Home Call Manager CPE GW CPE Customer Premises Equipment, оборудование в помещении клиента

Связь с филиалами Офис N (3 xxx) (1 xxx) PBX FXO Gateway extension # 2222 3333 Router IP Network PSTN Центральный офис Router LAN HQ extension # FXO PBX 6417 … Gatekeeper FXO Gateway 64 xx

Связь Телефон-Телефон

Связь телефон-АТС 201 off hook -> 9 -> 3101 off hook -> 0 -> 202 0 9

Связь АТС-АТС (FXS) 5201 off hook -> 0 -> 9 -> 3101 off hook -> 0 -> 8 -> 5201 8 9

Связь АТС-АТC (FXO) 5201 off hook -> 5103 -> 3101 off hook -> 3103 -> 5201

• • • ASTERISK - это полноценная программная АТС. Функционирование Asterisk основано на протоколах, которые обеспечивают передачу голоса через сети основанных на IP протоколе (VOIP) и, благодаря этому, данная АТС может работать практически с любым оборудованием для IP-телефонии, которые используют стандартные протоколы. При этом используя относительно недорогое аппаратное обеспечение. ASTERISK является Open Source программой, с открытым исходным кодом. Засчет открытости и бесплатности, существует множество модулей, позволяющих расширить функционал. Есть возможность интеграции с внешними информационными системами. Наличие модульной архитектуры позволяет работать с Asterisk динамически. То есть выгружать и загружать модули, изменять конфигурацию в процессе работы, без потери работоспособности и, не прекращая текущие соединения. Asterisk позволяет связать два и более офисов, подключив неограниченное количество абонентов вашей компании в общую телефонную сеть. Звонки внутри такой сети абсолютно бесплатны. Каждый абонент имеет короткий внутренний номер, по которому ему можно дозвониться из любого офиса. Звонки, приходящие в один офис, могут обрабатываться в другом офисе. Имя проекта произошло от названия символа «*» (англ. asterisk — «звездочка» )

Asterisk • Это проект с открытым исходным кодом компании Digium, первоначально начатый Марком Спенсером. Asterisk обладает всеми возможностями классической АТС, поддерживает множество Vo. IP протоколов и предоставляет функции голосовой почты, конференций, интерактивного голосового меню (IVR), центра обработки вызовов (постановка звонков в очередь и распределение их по агентам используя различные алгоритмы), запись CDR и прочие функции. • Для создания собственной функциональности можно воспользоваться собственным языком Asterisk для написания диалплана, написав модуль на языке C, либо воспользовавшись AGI, который является гибким и универсальным интерфейсом для интеграции с внешними системами обработки данных. Выполняемое через AGI может быть написано на любом языке программирования. • Asterisk распространяется по условиям двойной лицензии, благодаря которой одновременно с основным кодом, распространяемым по открытой лицензии GNU General Public License, возможно создание закрытых модулей, содержащих лицензируемый код. Например модуль для поддержки кодека G. 729.

Asterisk • Asterisk - это самая популярная программная АТС во всем мире. Более чем 100 -летний опыт телефонной связи позволил создать надежный пакет тесно интегрированных телекоммуникационных приложений. Мощь Asterisk – в ее настраиваемой природе в сочетании с не имеющим аналогов соответствием стандартам. Используя в качестве офисной АТС компьютер с установленной программой Asterisk, Вы можете использовать абсолютно все функции стандартной "железной" АТС и ряд функций, попросту, недоступных для обычных станций. При этом самая простая классическая АТС в базовой комплектации будет стоить в несколько раз дороже программной. • Ни одна другая офисная АТС не предоставляет такие широкие возможности по вариантам ее развертывания. Использование этого программного решения позволяет быстро развернуть телефонную связь, как в небольшом офисе с уже существующей структурированной кабельной сетью, так и в случаях когда абоненты удалены от офиса.

Asterisk • Как абонентский терминал могут использоваться: - Vo. IP телефоны; - программные телефоны (softphones); - обычные аналоговые телефоны (для подключения необходимы Vo. IP шлюзы) • Asterisk может работать как с аналоговыми линиями (FXO/FXS модули), так и цифровыми (ISDN BRI и PRI — потоки Т 1/E 1). С помощью компьютерных плат (наиболее известными производителями которых являются Digium, Yeastar, Sangoma, Open. Vox, Rhino, Audio. Codes) Asterisk можно подключить к высокопропускным линиям Т 1/E 1, которые позволяют работать с десятками и сотнями телефонных линий.

Asterisk • Функции: • • • подключение многоканальных городских номеров через Интернет; переадресация и исходящая связь по тарифам IP-телефонии; бесплатные переговоры между филиалами и объединение в единый номерной план; голосовое меню и удержание клиентов в очереди звонков; запись переговоров, учет принятых и пропущенных вызовов; голосовые конференции, голосовая почта и автоответчик; возможность подключения удаленных абонентов из любой точки мира; возможность абонентам Skype производить вызовы на офисные телефоны; услуга - звонок с сайта; доступ к информации в интернете или базах данных через голосовое меню

Asterisk • Аппаратная часть Asterisk не требует никакого специального оборудования для Voice over IP. Почти все устройства различных производителей Vo. IP оборудования можно подключить без особых проблем. Для использования цифрового и аналогового телефонного оборудования Asterisk поддерживает широкий спектр оборудования, в котором особое место занимают PCI платы Digium, содателя Asterisk. • Операционные системы Приложение работает на операционных системах GNU/Linux, Free. BSD и Solaris и предназначено для создания решений компьютерной телефонии. Имя проекта произошло от названия символа *, который в Unix и DOS операционных системах обозначает любую последовательности символов в именах файлов.

Asterisk CLI интерфейс командной строки AMI - Asterisk Managment Interface AMI — мощный и удобный программный интерфейс Asterisk для управления системой из внешних программ. В дополнение к AMI, часто используется AGI — это интерфейс для запуска внешних приложений, управляющих каналом Астериска в рамках конкретного вызова. Call Detail Record (сокр. англ. CDR — Подробная Запись о Вызове) в телекоммуникационной сфере — сервис, обеспечивающий логирование работы телекоммуникационного оборудования.

Asterisk • • Протоколы Asterisk обеспечивает достаточное количество протоколов для поддержки соединений между традиционными системами телефонии и ИП сетями включая H. 323, Session Initiation Protocol (SIP), Media Gateway Control Protocol (MGCP), and Skinny Client Control Protocol (SCCP). Разработан также специальный Inter-Asterisk e. Xchange (IAX) Vo. IP протокол для связи между серверами Asterisk, который обеспечивает передачу голоса и данных прозрачно через различные гетерогенные сети. Использование ИП-протокола позволяет Asterisk посылать различные данные, такие как URL или картинки и фото в процессе разговора, интегрируя различные виды информации. Структура Asterisk полностью модулярна, интерфейс командной строки позволяет перегружать отдельные модули и их конфигурации не нарушая работы в целом и не разрывая установленные соединения, а также выгружать и загружать интерфейсы, файлы и кодеки. Делает прозрачным соединение между всеми поддерживаемыми интерфейсами, объединяя различные телефонные системы в единую сетевую среду.

Asterisk • • • Протоколы: SIP; IAX 2; H. 323; MGCP; Skinny/SCCP; Google Talk; Skype; Jabber(XMPP); передача факсов T. 38. Видео кодеки: H. 261; H. 263 p; H. 264.

Схема организации связи на базе офисной IP АТС Asterisk.

Сеть с IP АТС

Корпоративная сеть с IP АТС Asterisk

ИНТЕРНЕТ-ТЕЛЕФОНИЯ и прочие… • Идея: создание приложения, позволяющего пользователям получать как можно более полный комплект услуг, используя одну службу. • В набор услуг в настоящее время входят пейджинг, телефония, пересылка файлов, видеоконференцвязь. . . • Бонусы: записная книжка на сервере службы; доступ, не зависимый от типа подключения к Интернету и географического положения; поиск контактов по заданным параметрам; удобные пользователю формы оплаты (иногда) и прочее в зависимости от фантазии менеджмента службы.

Особенности реализации телефонии в решениях общедоступных служб • Использование идеи peer-to-peer (p 2 p, пиринговые сети). • Peer-to-peer - p 2 p - Одноранговая сеть - принцип построения компьютерных сетей, в которых обмен информацией происходит непосредственно между участвующими в сети компьютерами. В пиринговых сетях затраты по хранению и передаче данных несут сами участники сети, а не центральный сервер. Они не имеют единого центра и не обладают огромными информационными мощностями. • Для них характерны: – – Большая размерность. Число узлов может достигать нескольких миллионов и более. Высокая степень распределенности. Узлы географически распределены на большой территории, включая глобальное распределение по всему миру. Эффективная масштабируемость. Устойчивость к сбоям, атакам и эволюции системы (самоорганизация).

Особенности реализации телефонии в решениях общедоступных служб. 2 • • • Для обеспечения безопасности используется шифрование HTTPS/SSL. В связи с этим протокол транспортного уровня – ТСР. Для обеспечения минимизации задержки используются виртуальные каналы Р 2 Р, т. е. непосредственно точка-точка с заранее оговоренными условиями обеспечения Qo. S. Для идентификации абонента при установлении соединения участвует сервер службы. Сигнализация отделена от пользовательской информации. Результат: при значительном (заметном пользователю) времени установления соединения допустимые задержки для телефонного разговора.

Установление канала связи: Установление соединения A Р 2 Р Б

Пример: Структура децентрализованной самоорганизующейся пиринговой Skype-сети

Принцип работы Skype 1 Суперузлом становится любой узел, имеющий публичный IPадрес и обладающий достаточными вычислительными ресурсами и высокоскоростным доступом в интернет. Skype-login-сервер, отвечает за процедуру авторизации Skypeклиентов и гарантирует уникальность позывных для всей распределенной сети. 1 Salman A. Baset and Henning G. Schulzrinne. An Analysis of the Skype Peer-to-Peer Internet Telephony Protocol. . 25 th IEEE International Conference on Computer Communications. Proceedings in INFOCOM 2006, pp. 1 11.

Карта мировых супер-узлов Skype

Особенности Skype • Skype может маршрутизировать звонки через компьютеры других пользователей (обход NAT и Firewalls) • В Skype используется мощное шифрование. • Для передачи голоса требуется ~32 кбит/с. (видео ~200 кбит/с). При этом сохраняется очень высокое качество звука. • Единственным центральным элементом для Skype является сервер идентификации, на котором хранятся учётные записи пользователей и резервные копии их списков контактов • После того, как связь установлена, компьютеры пересылают голосовые данные напрямую другу (если между ними есть прямая связь), или через Skype-посредник (суперузел — компьютер, у которого есть внешний IP-адрес и открыт TCP-порт для Skype)

Пример: Структура Skype-сети, в которой присутствуют Skype-клиенты за NAT и брандмауэрами

Пример: Работа Skype через proxy-сервер

Проблемы безопасности – р2 р-телефония • Проблема: трафик р2 р-телефонии надежно зашифрован и не может быть проанализирован антивирусами, заблокирован брандмауэрами или распознан системами обнаружения вторжения. • Использование для распространения вирусов: возможность рассылки через контакт-лист и проч. • Организация распределенных атак путем перехвата управления узлом.

ПРОБЛЕМЫ ДЛЯ ОПЕРАТОРОВ • Непредсказуемые нагрузки на оборудование (каждый клиент потенциальный маршрутизатор). • Сложности в предоставлении Qo. S: сильная загрузка пропускной способности канала доступа. • Высокая вероятность появления паразитного трафика -> низкая окупаемость безлимитных тарифов. • Отсутствие контроля СОРМ. • Возможность работы компаний, не лицензированных на территории данного государства.