У меня зазвонил… IP-телефон

Александр Нежуренко, "Комиздат"

Рассказ об IP-телефонии хотелось бы начать с небольшого экскурса в историю прошлого века - в дальнейшем это поможет нам при рассмотрении новейших технологий века нынешнего. Да простит уважаемый читатель, что я, как Моисей, буду сначала водить его кругами по просторам человеческих изобретений.

Конец XIX века ознаменовался рядом революционных технических открытий и изобретений. Одним из них было изобретение в 1876 году Беллом телефонного аппарата и телефонной связи. Предприимчивые американцы незамедлительно, уже в 1878 году стали строить в городе Нью-Хевене первую в мире ручную телефонную станцию.

Естественно, для увеличения надежности телефонной связи, а также с целью ее удешевления, тут же начали производиться попытки автоматизации процесса установления и обслуживания соединений. Предлагалось множество различных проектов построения автоматических телефонных станций (АТС) - однако не много из них оказалось достаточно надежными, чтобы получить техническое признание.

В 1889 году господину Строуджеру (США) пришла идея создания декадно-шагового искателя (ДШИ). Изобретение Строуджера настолько понравилось, что до сегодняшнего дня около 25% парка ГТС - это АТС декадно-шагового типа (АТС ДШ). Типичный декадно-шаговый искатель - это довольно сложное электромеханическое устройство.

ДШИ имеет постоянно движущиеся механические контакты - их износ и окисление приводит к тому, что со временем сопротивление в месте контакта повышается. Все бы ничего, но мощные электромагниты ДШИ вызывают вибрацию стоек, в которые они установлены, что в свою очередь приводит к тому, что эти контакты имеют к тому же и переменное сопротивление. Как следствие - в процессе разговора возникают посторонние трески и шумы, являющиеся смертью для современных систем передачи дискретной информации (например, модемов).

В 1914 году Бетлаундер (на этот раз Швеция) изобрел многократный координатный соединитель (МКС). Так появились АТС координатного типа (АТСК). Станции этих типов эксплуатируются по сегодняшний день еще шире, чем АТС ДШ,- их около 40%. Одним из достоинств МКС является то, что в процессе установления соединения контакты МКС не трутся друг о друга при замыкании, а замыкаются как в стандартном электромеханическом реле (контакты давления).

Поскольку трение скольжения всегда больше трения качения, то изобретение МКС в каком-то смысле аналогично изобретению колеса. Контакты значительно меньше изнашиваются, механических вибраций меньше, качество связи выше. В 1939 году в США была введена в эксплуатацию первая АТСК. То есть с момента изобретения МКС до его внедрения прошло целых 25 лет. Это связано с тем, что в АТСК производится довольно сложная обработка управляющей информации. В первых станциях это делалось исключительно на реле.

В стройном ряду аналоговых станций стоят еще и так называемые квазиэлектронные и электронные станции. Коммутация в них осуществляется с помощью герметизированного контакта (геркон) или электронного ключа, а управлением ведает микропроцессор. Так впервые компьютер протянул "свои щупальца" к телефонии.

Революционное внедрение микропроцессоров сильно повысило эффективность АТС, позволило оснастить их рядом дополнительных функций (дополнительные виды обслуживания или ДВО). Современная связь и, в частности, АТС вообще немыслимы без микропроцессорной техники.

Однако, начиная со времен Белла и заканчивая эпохой электронных АТС, сам принцип коммутации сигнала не менялся - это всегда был аналоговый сигнал, а значит, качество канала с увеличением точек коммутации падало, а каждая точка коммутации требовала соответствующего физического элемента, и, соответственно, вся станция имела гигантские размеры. Ситуация кардинально изменилась с появлением цифровых АТС.

Назад в будущее

В 1933 году В.А. Котельников сформулировал теорему, носящую теперь его имя. Теорема Котельникова является краеугольным камнем цифровой обработки сигналов и, следовательно, математической базой для работы цифровых АТС при передаче, в первую очередь, речи. А в 1938 году А.Х. Риверс запатентовал метод преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму и их коммутации. Интересно отметить, что эти работы стали базисом для развития в дальнейшем также и IP-телефонии, но об этом позже.

Первая в мире цифровая АТС (типа Е10) была введена в эксплуатацию во Франции в 1975 году. В цифровой АТС сигнал коммутируется и передается в цифровом виде, стандартным объектом коммутации является цифровой канал со скоростью 64 Кбит/с. В аналоговую форму он превращается только на абонентском участке (заметим, что именно это ключевое свойство и позволило создателям модемного протокола V.90 для абонентов цифровых станций повысить скорость соединения до 56 Кбит/с).

Важным достоинством цифровых АТС явилось то, что с их помощью очень легко можно передавать любые виды информации в цифровой форме - это очень сложно было сделать в аналоговых АТС, что повлекло за собой создание ISDN-сетей (Integrated Services Digital Network - цифровая сеть с интегрированными услугами). ISDN - это сеть связи, обеспечивающая полностью цифровые соединения между абонентскими устройствами для поддержания возможности передачи как речевых, так и неречевых данных с помощью стандартизированных интерфейсов - так называемого базового доступа (34BRI, 2B+D) и основного (PRI, 30B+D).

При базовом доступе, который используется, в основном, для подключения абонентских устройств, предоставляется два канала по 64 Кбит/с (B) и один канал передачи сигнализации (D) 16 Кбит/с (например, номера вызываемого абонента). Это позволяет по одной абонентской линии вести одновременно до двух телефонных разговоров, либо работать в интернете (на скорости в 64 Кбит/с) и одновременно вести телефонные переговоры, или предоставить абоненту сразу два телефонных номера.

Как видим, с развитием сети Интернет протокол IP постепенно начал проникать в телефонные сети. В один прекрасный день одного гения озарила простая идея: а нельзя ли передавать по интернету сигналы телефонии - конечно же, в цифровом виде. Это и было началом экспансии протокола IP в мир телефонии.

Этим гением оказался Чарли Кляйн из университета штата Иллинойс (США). В 1993 году он выпустил в свет первую программу для передачи голоса в IP-сети с помощью персонального компьютера Maven. Одновременно одним из самых популярных мультимедийных приложений в IP-сетях стала программа видеоконференций CU-SeeMe для компьютеров Macintosh, разработанная в Корнельском университете. В апреле 1994 года NASA осуществляло во время полета космического "челнока" Endeavor передачу видеоизображения с борта корабля на Землю с помощью программы CU-SeeMe.

В феврале же 1995 г. израильская компания VocalTec предложила первую версию программы Internet Phone, разработанную для владельцев мультимедийных PC, работающих под ОС Windows. Это стало важной вехой в развитии IP-телефонии. Другие компании очень быстро оценили перспективы, которые открывала возможность разговаривать, находясь в разных полушариях и не платя при этом за международные звонки.

IP-телефония - какая она?

Основное преимущество IP-телефонии - значительная экономия средств при ведении междугородних или международных переговоров. Эта экономия достигается благодаря тому, что большую часть расстояния между абонентами голосовой сигнал проходит не по телефонной сети, а по сети Интернет.

Голос поступает в Сеть и выходит из нее в обычную городскую ТфОП - через специальные IP-телефонные шлюзы. Так, например, если вы ведете разговор из Киева с Нью-Йорком, речь поступает на шлюз оператора в Киеве, затем передается по интернету до Нью-Йорка, где через шлюз американского оператора поступает в городскую телефонную сеть этого города.

Таким образом, к себестоимости передачи речи по интернету добавляются только тарифы на местную городскую связь в Киеве и Нью-Йорке; вдобавок в IP-телефонном шлюзе происходит сжатие речи - один телефонный канал занимает, вместо привычных 64 Кбит/с, около 11 Кбит/с или даже меньше. Исходя из этого себестоимость IP-телефонии значительно ниже обычной телефонии.

Ниже мы кратко рассмотрим основные типы решений IP-телефонии, поскольку в качестве IP-телефонного шлюза может использоваться даже обычный ПК на вашем столе. Для каждого из них приведены основные преимущества и недоставки. На каком же остановиться - решать Вам.

Режим "компьютер-компьютер" - позволяет осуществлять звонки с одного персонального компьютера на другой через сеть Интернет. Это наиболее экономный тип связи - при этой схеме оплачивается лишь время, проведенное в интернете. Однако для проведения разговора оба собеседника должны одновременно находиться в Сети, использовать одно и то же программное обеспечение (интернет-телефон) и быть зарегистрированными пользователями одной и той же службы интернет-телефонии, что, согласитесь, не очень-то удобно. Но если вы хотите иногда часок-другой поговорить с родственником или другом, проживающим в другом городе или стране и имеющим мультимедийный компьютер с доступом в интернет, этот метод будет наилучшим решением.

Операторы, предоставляющие данную услугу,- Net2Phone, Pc2Call.

Вариант "компьютер-телефон/факс" позволяет осуществлять звонки / отправлять факсы с ПК на любой телефонный номер в мире с помощью специальной программы - интернет-телефона. Для данного типа связи необходим персональный компьютер, оснащенный звуковой картой и подключенный к сети Интернет. Как правило, такой тип связи стоит достаточно дешево по сравнению с традиционной международной связью и работой по схеме "телефон-телефон".

Для этого режима необходима качественная звуковая карта (например, Creative SB Live!) и доступ к интернету через провайдера первого уровня, имеющего прямые не перегруженные каналы на США, на скорости не ниже 24000 бит/с. Если все же возникают проблемы с качеством связи, попробуйте сменить звуковую карту и/или провайдера.

Кроме того, желательно (хоть и не обязательно) иметь платежную карту VISA или Mastercard. Наиболее известные операторы, предоставляющие данную услугу: Net2Phone, Pc2Call - хотя этот список можно продолжать.

Net2Phone - один из старейших и крупнейших операторов интернет-телефонии. Качество предоставляемой связи заслуживает наивысших похвал. Для работы через этого оператора нужно получить с его сайта интернет-телефон, поставляемый в виде отдельной программы.

Оплачивать услуги можно как с помощью платежных карт Visa, Mastercard непосредственно на сайте оператора, что является наиболее удобным вариантом, так и путем прямого денежного перевода.

Информация о тарифах на звонки в различные страны представлена в разделе "Rates" на сайте оператора. Особенностью тарифной политики Net2Phone является то, что тарифы при звонках из США ниже, чем при звонках из других стран.

Если вы имеете качественный доступ к сети Интернет, нормальную звуковую карту и не боитесь трудностей при инсталляции ПО, регистрации на сайте оператора и т.д. - смело выбирайте этот тип связи, поскольку он позволит вам неплохо сэкономить. Если же этот вариант по каким-то причинам не устраивает вас, можно воспользоваться более простым (но и более дорогим) вариантом - "телефон-телефон".

Режим "телефон-телефон" наиболее прост в использовании, он позволяет осуществлять звонки с обычного стационарного или мобильного телефона с тоновым набором на любой стационарный или мобильный телефон в мире.

Для этого необходимо приобрести специальную карточку одного из местных операторов IP-телефонии. При наборе номера доступа оператора вы попадаете в интерактивное голосовое меню, навигация по которому осуществляется с помощью тонового набора.

Следует отметить, что расценки на данный вид услуг в среднем в несколько ниже таковых для обычной международной связи. В Украине данные услуги предоставляют, в частности, СП "Инфоком", Golden Telecom, Unitel и другие операторы.

IP-голос на предприятии

В завершение хотелось отметить, что все перечисленные способы IP-телефонии не очень-то удобны - особенно в большом офисе. В случае если у вас уже имеется скоростная выделенная линия для доступа в интернет и УАТС, можно установить IP-телефонный шлюз на базе профессионального решения (например, от Cisco) и подключить к нему УАТС. Следует отметить также, что многие современные УАТС могут быть доукомплектованы платами IP-телефонии.

В этом случае все международные/междугородние вызовы или определенные их категории будут автоматически направляться на IP-шлюз - при этом их себестоимость можно значительно снизить.

Следует отметить, что ряд компаний выпускает сегодня так называемые IP-телефоны, напрямую подключаемые к Ethernet ЛВС,- собственно, в таком устройстве совмещен сам телефонный аппарат и голосовой шлюз (рис. 4). Смысл такого решения в том, чтобы в принципе отказаться в корпоративной сети от привычных УАТС.

Кроме аппаратных IP-телефонов, существуют и более дешевые программные решения, устанавливаемые на обычный ПК, подключенный к ЛВС и оснащенный звуковой платой.

Принцип работы IP-шлюза достаточно прост - он преобразует аналоговые сигналы в цифровую форму, а затем по определенному закону сжимает цифровой сигнал с целью снижения скорости передачи данных. Затем речевые данные помещаются уже в IP-пакеты. На сегодня большинство голосовых шлюзов поддерживает для взаимодействия друг с другом стандартный международный протокол H.323 (см. врезку).

Заметим, если у вас уже есть собственная распределенная сеть передачи данных (с каналами с пропускной способностью хотя бы в 64 Кбит/с), что характерно для крупных банков, торговых предприятий и т.д., имеющих филиалы в областных и районных центрах, то необязательно еще тратить немалые деньги на построение телефонной инфрастуктуры. Вместо этого можно установить IP-телефонный шлюз в центральном офисе и подключить к нему по сети передачи данных IP-телефоны филиалов.

Однако данное решение требует определенных инвестиций в оборудование, и без помощи стороннего системного интегратора такой проект вряд ли удастся реализовать. Впрочем, для крупной организации все расходы с лихвой окупятся в кратчайшие сроки.

"Голосистый" Cisco

Компания Cisco Systems, в отличие от ряда других, является непосредственным производителем оборудования и программного обеспечения. Большим достоинством изделий Cisco является их изначально узкая специализация только для решения определенных сетевых задач. Отсутствие механических носителей информации и использование вместо них модулей памяти Flash существенно повышает надежность и производительность оборудования этой компании, а также увеличивает срок его службы. Графический интерфейс для конфигурирования основных параметров оборудования хоть и существует, но вторичен; основной режим конфигурирования и взаимодействия с операционной системой - текстовый командной строки.

Основная идея Cisco при разработке оборудования IP-телефонии - создание специализированных голосовых модулей для уже существующих моделей и развитие возможностей операционных систем. В семействе VoIP-оборудования, производимого Cisco, представлены как недорогие устройства средней емкости, так и шлюзы на тысячи портов операторского класса.

Для каждого семейства существует несколько разновидностей операционной системы, выбор которых зависит от конкретной задачи. При неудачно подобранной конфигурации определенные интерфейсные карты и модули расширения могут либо не функционировать, либо конфликтовать с выбранным типом IOS. На это нужно обратить особое внимание. Поэтому до приобретения того или иного устройства лучше проверить правильность конфигурации с помощью виртуального конфигуратора оборудования на сайте Cisco.

"Отечественные" решения

Один из представителей российских разработчиков IP-телефонных устройств на местном рынке - московская компания Network Systems Group.

Касаясь аппаратной базы продукции NSG, стоить отметить, что в ней используются достаточно современные электронные компоненты. Так, новое семейство продуктов NSG-800 основано на процессоре Motorola MPC 860/855T и оснащается 16 Мб ОЗУ и 2 Мб Flash-памяти; наиболее популярная на сегодня серия NSG-300 имеет процессор Motorola MC68EN360 и 8 Мб ОЗУ, объем ПЗУ - 512 Кб; линейки NSG-500 и NPS-7е построены на Motorola MC68EN302.

Устройства всех этих серий представляют собой многофункциональные шасси, снабженные универсальными портами для установки сменных интерфейсных модулей. Среди особенностей данных устройств было названо наличие модулей для физических линий и цифровых трактов.

Маршрутизаторы новой серии NSG-800 могут использоваться как IP-телефонные шлюзы, для чего они могут, в зависимости от модификации, оборудоваться двумя-четырьмя портами FXS или тем же количеством портов FXO. Каждый порт FXS предназначен для подключения аналогового телефона, факса или офисной АТС. Порт FXO эмулирует телефонный аппарат и подключается либо к внутренней линии офисной АТС, либо к линии ТфОП.

Устройства компании NSG могут быть использованы в следующих приложениях:

• расширение емкости офисной АТС;
• создание единой IP-сети для передачи голоса и данных между удаленными офисами;
• построение экономичной сети для организации междугородной и международной телефонной связи.

На рис. А представлен пример прозрачного подключения телефонов филиала через Intranet-сеть к сети центрального офиса с помощью маршрутизаторов NSG-800.

Говоря о российских производителях, стоит упомянуть также компанию "Агат РТ". Однако, в отличие от Cisco и NSG, она выпускает IP-телефонные шлюзы не на базе маршрутзаторов, а в виде специализированных DSP ISA и PCI-карт, устанавливаемых в обычный сервер.

Стек протоколов H.323

Рекомендацией H.323 определяется целый стек протоколов, как показано в таблице:

Управление соединением		Данные	Аудио	Видео	Управление передачей
H.225; Q.931	H.245	T.120	G.7**	H.26*	RTCP	RAS
			RTP
TCP			UDP
IP

Где RTP (Real-time Transfer Protocol) - это протокол передачи данных реального времени (аудио- и видеоданные), который базируется на UDP. В числе функций этого протокола - разбивка потока данных на пакеты, сборка пакетов в правильной последовательности, определение потерь пакетов, обеспечение синхронизации и непрерывности поступления данных.

Протокол RTCP (Real-time Control Protocol) призван контролировать текущее качество соединения. Участники связи обмениваются RTCP-сообщениями о количестве пришедших и потерянных пакетов, о вариациях временного интервала между приходом пакетов.

RAS (Registraition/Admission Status) - протокол, по которому осуществляется обмен информацией с гейткипером H.323-сети. Управление всеми устройствами в IP-телефонной сети, включая шлюзы, производит так называемый гейткипер. Он преобразует имена терминалов в IP-адреса, контролирует права пользователей, а также следит за наличием сетевых ресурсов для установки соединений и пр.

Как видно из представленного рисунка, сама передача голоса ведется UDP-дейтаграмами, так как использование протокола TCP в этом случае не имеет смысла. По TCP осуществляется только запрос на установку сеанса связи (Q.931 - формирует и принимает запросы), а также управление сеансом (H.245 - контролирует загрузку и возможности канала, выбирает способ кодировки сигнала).