Technologia VoIP – Podstawy i standardy

Technologia VoIP –
Podstawy i standardy
Paweł Brzeziński
IV rok ASiSK, nr indeksu 5686
PWSZ Elbląg
Elbląg 2008 r.
Przeglądając źródła na temat Voice over IP, natknąłem się na dwie daty, kaŜda z nich
wiąŜe się z początkiem VoIP. Pierwsza to 1995 rok, kiedy to firma VocalTec wypuściła na
rynek swój pierwszy projekt VoIP. Drugą datą jest rok 1996, kiedy to na rynku pojawiła się
pierwsza brama VoIP i najczęściej to ta data jest uznawana za początek telefonii internetowej.
„VoIP (ang. Voice over Internet Protocol) - technologia umoŜliwiająca przesyłanie
dźwięków mowy za pomocą łączy internetowych lub dedykowanych sieci wykorzystujących
protokół IP, popularnie nazywana telefonią internetową.” 1. Tak najprościej moŜna opisać
technologię VoIP, która obecnie z dnia na dzień rozwija się w błyskawicznym tempie, dzięki
ogólnemu wzrostowi informatyzacji Ŝycia codziennego.
Na poniŜszym rysunku przedstawiony jest schemat, w jaki sposób dane są
przenoszone za pośrednictwem protokołu IP w telefonii internetowej.
źródło: http://astrocom.pl/technologie.html
PowyŜszy schemat opisuje to, w jaki sposób działa VoIP. Telefonia internetowa
polega na przetworzeniu sygnału analogowego na ciąg 0 i 1, skompresowaniu go do
odpowiedniej wielkości, a następnie podziale na pakiety po 20 bajtów. Tak wygląda
procedura po stronie nadawcy, natomiast po stronie odbiorcy proces jest odwrotny.
Połączenia VoIP pozwalają na realizację połączeń głosowych z pominięciem tradycyjnych
dostawców telefonicznych oraz znacznym zredukowaniu kosztów w zaleŜności od odległości
pomiędzy dwoma rozmówcami.
Jednak, jeŜeli mówimy o VoIP, naleŜy teŜ wspomnieć o problemach występujących w
tej technologii. Mimo rozwoju Internetu nadal największym problemem, z jakim przychodzi
nam się zmierzyć, jest jakość połączenia. Obecnie struktura Internetu często nie zapewnia
nam minimalnego stałego przesyłu danych, czyli QoS (ang. Quality of Service), który jest
nam potrzebny do przeprowadzenia rozmowy w idealnej jakości. W przypadku, kiedy
1
http://pl.wikipedia.org/wiki/VoIP/
2
połączenie jest zbyt wolne, występują zniekształcenia dźwięku, mechaniczne brzmienie oraz
urywanie wyrazów. Najczęstsze metody, jakie się stosuje w celu rozwiązania tych problemów
to zaawansowane metody kompresji mowy.
Mówiąc o VoIP myślimy ogólnie o technologii, która pozwala nam rozmawiać za
pomocą sieci lokalnej czy teŜ Internetu. Jednak cała technologia działa dzięki zastosowaniu
odpowiednich standardów.
W pracy tej chciałbym przybliŜyć dwa podstawowe standardy VoIP, które w obecnej
chwili są wiodącymi na rynku telefonii internetowej:
- H.323
- SIP
Pierwszy z nich to szeroko stosowany juŜ od roku 1996 – H.323 – standard ten słuŜy
do przesyłania dźwięku, obrazu i wiadomości tekstowych. Stworzony z myślą o prowadzeniu
wideokonferencji. Do głównych składowych tego protokołu wchodzą:
•
terminale
•
bramy
•
jednostki kontrolne MCU (ang. Multipoint Control Unit)
•
straŜnicy
Terminal - to nic innego jak stacja końcowa (np. telefon IP, komputer PC wyposaŜony w
odpowiednie oprogramowanie) posiadająca odpowiednie kodeki audio, pozwalające na
przeprowadzenie rozmowy za pomocą protokołu IP. Opcjonalnie moŜe być wyposaŜona
równieŜ w kodeki video, które umoŜliwiają przeprowadzenie wideokonferencji.
Brama- słuŜy do łączenia dwóch zupełnie niezaleŜnych typów sieci, np. połączenia sieci IP
wykorzystującej standard H.323 z siecią PSTN (ang. Public Switched Telephone Network)
lub SIP. Brama odpowiedzialna jest równieŜ za nawiązanie oraz rozłączenie połączeń w
obydwu łączonych ze sobą sieciach.
3
MCU – czyli jednostki sterujące stosowane są opcjonalnie w sieciach wykorzystujących
standard H.323. Ich głównym zadaniem jest prowadzenie obsługi połączeń konferencyjnych,
w których udział biorą przynajmniej 3 punkty końcowe.
StraŜnicy – są to hosty w sieci, które są bezpośrednio odpowiedzialne za monitorowanie
zgłoszeń wewnątrz strefy. Zakres działania straŜnika nazywa się strefą (ang. zone). W skład
takiej strefy wchodzą terminale, bramki i MCU (ang. Multipoint Control Unit). Standard
H.323, dzieli właśnie konkretną sieć na takie strefy. JeŜeli straŜnik jest obecny w strefie, to
nadzoruje przebieg wszystkich prowadzonych w niej rozmów. „W jednej strefie moŜe działać
tylko jeden straŜnik i na kaŜdego straŜnika moŜe przypadać tylko jedna strefa.” 2. Do
podstawowych zadań straŜnika naleŜy: kontrola dostępowego pasma, rutowanie zgłoszeń,
przyjmowanie, odrzucanie zgłoszeń od terminali w strefie i autoryzacja uŜytkowników.
Drugim standardem, który opisze poniŜej jest – SIP (ang. Session Initiation Protocol)
– czyli protokół inicjowania połączenia pomiędzy jednym lub wieloma klientami w sieci.
Obecnie protokół ten wypiera z rynku wyŜej opisany H.323.
W skład standardu SIP wchodzą takie elementy jak:
- terminale (user agent servers)
- serwery proxy (proxy servers)
- serwery przekierowań (redirect servers).
Terminale – oprogramowanie końcowe systemu uŜytkownika. W skład terminalu moŜe wejść
klient agenta uŜytkownika, który odpowiedzialny jest za wywoływanie Ŝądań standardu SIP
np. zainicjonowanie połączenia. Drugim elementem terminala moŜe być serwer agenta
uŜytkownika, który pośredniczy w kontakcie pomiędzy innymi serwerami, jest
„przedstawicielem” klienta uŜytkownika w sieci. Natomiast „(…)agent uŜytkownika rezyduje
w wybranym urządzeniu uczestnika sesji, moŜe to być oprogramowanie komputera PC, system
operacyjny osadzony w telefonie komórkowym, system operacyjny palmtopa lub
oprogramowanie firmware telefonu IP.”3
2
3
Theodore Wallingford „Switching to VoIP” O`Reilly, 2005 r., ISBN: 9780596008680 str. 137.
http://www.networld.pl/artykuly/28243.html
4
Serwer proxy – pośredniczy w komunikacji pomiędzy terminalami w sieci. Przez serwer
przechodzi zapytanie o miejsce pobytu terminala w sieci. Serwer taki nawiązuje połączenie z
kolejnym serwerem, pośredniczy w wymianie danych.
Serwer przekierowań – nie pośredniczy w komunikacji pomiędzy terminalami. Po zapytaniu
klienta zwraca mu adres kolejnego serwera i nie pośredniczy w przekazywaniu danych.
W standardzie SIP wyróŜniamy kilka rodzajów metod wywołania i odpowiedzi na te metody.
PoniŜej przedstawiłem 6 podstawowych metod, które stosuje się w SIP:
- INVITE – metoda słuŜąca do rozpoczęcia sesji
- ACK – metoda stosowana w celach informacyjnych. Informuje dzwoniącego, Ŝe metoda
Invite zakończyło się powodzeniem
- BYE - metoda pojawia się w chwili, kiedy jeden z uŜytkowników zakończył połączenie
- CANCEL – stosowane w chwili, kiedy jedna próba próbuje wyprzedzić poprzednie prośby
- OPTIONS – metoda stosowana w chwili, kiedy chcemy uzyskać informację o
moŜliwościach uŜytkownika SIP (np. rodzaje stosowanych kodeków)
- REGISTER – metoda informacyjna, przekazuje informację, na których zakończeniach
osiągalny jest uŜytkownik.
Podsumowując, telefonia internetowa nie jest jeszcze liderem na rynku komunikacyjnym,
jednak przy obecnej prędkości rozwoju rozwiązań technologicznych oraz znaczącym
obniŜeniu cen sprzętu związanego z VoIP moŜemy być pewni, Ŝe tak się stanie.
5