---Как работает IP-телефония

Как работает IP-телефония

Из этой статьи вы узнаете: зачем нужна IP-телефония, в чем состоит принцип работы, каковы её особенности и преимущества.

Принцип VOIP(IP)-телефонии заключается в передаче звукового сигнала в сжатой цифровой форме в сети Интернет.

Разветвлённая телефонная сеть общего пользования на основе VOIP

Центральным элементом VOIP-телефонии является АТС, принимающая и коммутирующая звонки от абонентов. Сервер принимает звонки и передаёт их на другое подобное оборудование, где происходит передача сигнала второму абоненту. При этом организуется полнодуплексная связь, как и при традиционной телефонии.

Универсальность цифровой связи обеспечивает международный стандарт H.323, которому должны соответствовать все устройства цифровой голосовой связи.

По этому стандарту задействуются устройства трёх типов: шлюз, диспетчер и монитор. Рассмотрим их подробнее:

шлюз (или SIP-телефон) начинает соединение, вызывает абонента, подвергает сигнал сжатию и кодированию, разбивает сигнал на стандартные TCP/IP пакеты и передает их диспетчеру;
диспетчер (АТС) производит аутентификацию абонента, производит распределение цифровых пакетов между шлюзами, ведёт биллинг (подсчёт времени разговора и направление вызова для каждого абонента);
монитор представляет собой интерфейс для удобства настройки шлюза и диспетчеров.

ЗАЧЕМ НУЖНА IP-ТЕЛЕФОНИЯ

Применение систем IP-телефонии позволило значительно снизить стоимость звонков по сравнению с аналоговой связью (PSTN).

Виды ip-телефонии:

общего пользования. Наиболее распространена в открытой сети Интернет;
корпоративные сети — закрытые для внутреннего использования. По ним звонит ограниченный круг лиц, которые подключаются к закрытому диспетчеру (АТС), который может иметь выход в сеть общего пользования.

Корпоративная VOIP телефонная сеть

КОДЕКИ И СЖАТИЕ РЕЧИ

Все шлюзы оборудованы специальными вокодерами (кодировщиками речи), которые производят компрессию и декомпрессию речевого сигнала с помощью специальных кодеков. Наиболее распространенный кодек G.711 обеспечивает сжатый цифровой поток 64 Кбит/с, а более современный кодек G.729 — 8 кбит/c при несколько худшем качестве речевого сигнала. Для сжатия звукового сигнала используется импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Кодирование вносит дополнительную задержку при передаче сигнала до 50 мс по двум причинам:

использование буфера для сжатия сигнала (алгоритмическая задержка);
математическая обработка сигнала, требующая процессорного времени (алгоритмическая задержка).

Основными причинами ухудшения качества передаваемого сигнала являются:

потери пакетов при передаче;
значительное время доставки отдельного пакета.

Проблемы решаются оптимизацией выбора речевого кодека, использованием механизмов уменьшения задержек передачи голосовых пакетов.

ОПТИМИЗАЦИЯ ЗАДЕРЖЕК ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА

Преимущество цифровой передачи звукового сигнала — невысокие требования к скорости передачи сигнала. Это достигается за счёт:

отсутствия передачи пауз в цифровом виде;
высокой избыточности звукового сигнала (для его восстановления при потерях).

Для качественной передачи звукового сигнала принимаются определённые меры для снижения задержек (которые не могут принимать значение более 250 мсек):

используются специальные алгоритмы восстановления утраченных данных (усреднение по соседним данным);
приоритет голосового трафика в роутерах (QOS);
использование специального джиттер-буфера (накапливающего последовательные пакеты и отдающего их в правильной последовательности);
отключение излишних прокси-серверов на пути следования голосового сигнала;
исключение кодеков с высокой алгоритмической задержкой (в случае «слабого» процессора, не обеспечивающего быстроту сжатия сигнала).

БЕЗОПАСНОСТЬ VOIP-ЗВОНКОВ

Цифровая телефонная связь подвержена несанкционированному доступу к передаваемым голосовым данным. Наилучший вариант — использование криптографической защиты, которая распространена в корпоративных сетях, но не применяется в сетях общего пользования. Если абоненты используют защищённый шлюз для своей сети, это позволит избежать многих неприятностей с несанкционированным доступом к телефонным звонкам.

Использование криптографических алгоритмов SRTP, ZRTP в современных моделях VOIP-телефонов может служить неплохой альтернативой защищённым шлюзам.

Разумной альтернативой является защита с помощью Voice VPN (объединяющая VPN и сеть VOIP с помощью использования алгоритмов IPSec).

Схема выбора диспетчера (VOIP-АТС) для офиса

ТЕХНОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ЗВОНКОВ

Операторы цифровой телефонии предоставляют различные механизмы анализа и подсчёта используемого трафика. Использование дополнительных статистических параметров позволяет выбирать в автоматическом режиме наиболее качественное (или недорогое) соединение в нужном направлении:

ASR/ABR — означает процентное отношение числа совершенных звонков к числу всех попыток позвонить;
ACD — средняя длительность разговора через определённый узел в выбранном направлении, отмечаемая в процентах. Позволяет определить наиболее устойчивое направление связи.
PDD — время задержки от набора номера до начала разговора;
CPS — число совершённых звонков в секунду.

Подробная информация о звонках диспетчером (АТС) записывается в специальной CDR-записи. В каждой записи содержатся:

номер звонящего абонента (А-номер);
номер вызываемого абонента (Б-номер);
IP-адрес каждого абонента;
время и продолжительность вызова (либо отказ в установлении соединения);
причина окончания вызова (добровольная или вынужденная по техническим причинам).

Записи CDR выгружаются в биллинговую систему для анализа и составления отчетов.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ IP-ТЕЛЕФОНИИ

Оконечным устройством для работы в сети VOIP можно выбрать стационарный телефон с подсоединением по витой паре. Такие телефоны удобны для офисной работы на рабочем месте.

Телефон IP Avaya IP PHONE 9608G GRY GLOBAL 4 PK

Для работы дома, а также для мобильности, более удобны носимые IP DECT-радиотелефоны:

Gigaset [S30852-H2721-S301] IP/Dect телефон SL450A GO RUS SILVER

Для создания корпоративной защищенной VOIP-сети применяется автономная IP-АТС:

Panasonic IP-АТС Panasonic KX-NS1000RU

Возможна интеграция корпоративной сети с сотовой сетью. Для этого используют шлюзы GSM, позволяющие подсоединять аналоговые телефоны к VOIP и GSM-сетям:

Yeastar NeoGate TG800 VoIP-GSM шлюз на 8 GSM-каналов

ПРЕИМУЩЕСТВА IP-ТЕЛЕФОНИИ ПЕРЕД ТРАДИЦИОННОЙ ТЕЛЕФОНИЕЙ

цена за междугородные и международные звонки может становиться ниже в несколько раз;
гибкость и разнообразие настроек;
возможность выбора конечных терминалов;
высокое качество передачи речи;
отсутствие привязки к определенному месту;
использование нескольких телефонных линий без роста цены;
допускается передача текста для ip телефонии с помощью SMS.

Протоколы IP-телефонии

Сигнальные протоколы

SIP (Session Initiation Protocol) — протокол установления сеанса цифровой связи. Протокол похож на HTTP, использует текстовые теги;
H.323 — первый протокол цифровой телефонии, в настоящее время используется редко, в устаревших системах связи;
SCCP (Skinny) — протокол цифровой связи компании Cisco;
IAX2 (Inter-Asterisk eXchange protocol) — протокол, разработанный для программной АТС Asterisk;
H.248(MEGACO) — протоколы передачи служебных данных между шлюзами и контроллерами шлюзов.

Протоколы передачи данных

RTP (Real-time Transport Protocol) — протокол передачи аудиопотоков, видеопотоков через интернет;
SRTP (Secure Real-time Transport Protocol) — расширение протокола RTP с функцией шифрования, проверки целостности данных и с защитой от повторной передачи пакетов.