h323, nauka


Protokół H.323

0x08 graphic
1:Protokół H.323

Opracowany i zaakceptowany przez ITU w 1996 r. protokół H.323 zrewolucjonizował sposób prowadzenia telekonferencji i przesyłania głosu przez sieci IP. H.323 nadzoruje proces przesyłania danych multimedialnych w sieciach pakietowych, wykonując to zadanie w czasie rzeczywistym. W skład protokołu H.323 wchodzą zresztą kolejne standardy odpowiadające
z kolei za poszczególne etapy komunikacji - H.255.0 (synchronizacja), H.245 (kontrola połączeń), H.261 i H.263 (kodeki wideo), G.711, G.722, G.723, G.728, G.729 (kodeki audio), H.450 (dodatkowe usługi) oraz T.12x (protokoły multimedialne). Już na początku lat 90. poszczególne firmy zainteresowały się przesyłaniem głosu przez sieci IP. Po jakimś czasie na rynku pojawiły się pierwsze aplikacje realizujące takie zadanie. I tu powstał problem. Wszystkie aplikacje pracowały najczęściej w oparciu o firmowe rozwiązania, tak iż użytkownicy nie mogli stosować w jednym środowisku urządzeń produkowanych przez różne firmy, gdyż nie były one ze sobą zgodne. Od razu zrodził się pomysł, aby opracować jeden standard, który obowiązywałby wszystkie firmy.I tak właśnie powstał protokół H.323. Trzeba tu od razu powiedzieć, że pierwsza wersja standardu H.323 koncentrowała się na przesyłaniu głosu przez sieci LAN. Po jakimś czasie projektanci tego rodzaju aplikacji postanowili wprowadzić tę technologię do Internetu. Okazało się wtedy, że protokół H.323 V.1 nie wystarcza. Dlatego zaczęto od razu myśleć o kolejnej wersji tego protokołu, spełniającej oczekiwania użytkowników pracujących w Internecie. Prace nad protokołem H.323 V.2 zakończono pod koniec 1997 r. i w styczniu 1998 protokół H323 V.2 został oficjalnie zaakceptowany przez ITU.

Architektura protokołu (rys 2)

Rysunek nr 2

Seria standardów H.32x opisuje różne typy protokołów dla różnych typów sieci i tak:

Wszystkie powyższe protokoły wspierają zestaw kodeków audio i video, zależnie od szerokości pasma udostępnianego w sieci i daty akceptacji standardu.

Standard H.323 bazuje zarówno na transmisji zapewniającej, że każdy pakiet dotrze do klienta, jak i na transmisji nie zapewniającej dostarczenia wszystkich pakietów, dlatego obydwa te protokoły muszą być obecne w sieci. Pierwszy protokół to oczywiście TCP, który jest używany do sygnalizacji i przesyłania danych kontrolnych. Drugi protokół transportowy to UDP, używany do transmisji audio, video oraz RAS. Standard H.323 jest niezależny od topologii sieci. Na H.323 składa się z kilka standardów ITU co pokazano na Rys.2. Definiuje on system, procedury kontrolne, opis medium, i sygnalizację zgłoszeń.

Architektura sieci



Rysunek nr 1

Rysunek nr 1 ilustruje architekturę sieci telefonicznej IP opartej na standardzie H.323. Składa się ona z czterech podstawowych elementów: terminali, strażników (gatekeepers), bramek (gateways) oraz MCU (Multipoint Control Units).

Podstawowa konfiguracja to przynajmniej dwa terminale przyłączone do sieci lokalnej.
W aplikacjach praktycznych niezbędne jest jednak dodanie kilku innych elementów pozwalających na stworzenie wydajnego systemu komunikacyjnego z możliwością połączenia "ze światem zewnętrznym". Poniżej opisano przeznaczenie i funkcjonalność poszczególnych elementów sieci:

Terminale, to klienci, którzy mają możliwość inicjacji i odbierania zgłoszeń. Służą one również do wysyłania i odbierania dwukierunkowego strumienia danych. Terminal może być zarówno oprogramowaniem pracującym na komputerze PC jak i specjalnym dedykowanym do tego celu urządzeniem. Wszystkie terminale powinny umożliwiać przeprowadzenie rozmowy telefonicznej, podczas gdy usługa danych czy wideo jest opcjonalna.

Gatekeeper zarządzają tzw. strefą (ang. zone) która jest zbiorem terminali, bramek
i MCU. Standard H.323 dzieli sieć na takie właśnie strefy. Zgłoszenia wewnątrz strefy są zarządzane przez gatekeeper'a. Zgłoszenia międzystrefowe mogą angażować kilku "strażników".Gatekeeper, jeśli jest obecny w sieci nadzoruje przebieg wszystkich rozmów przeprowadzanych w strefie. Terminale mają obowiązek z niego korzystać. Jego podstawowymi zadaniami są: kontrola dostępnego pasma, rutowanie zgłoszeń, przyjmowanie, odrzucanie zgłoszeń w strefie i autoryzacja użytkowników. Gatekeeper stanowi także interfejs do innych sieci H.323. "Strażnik" to opcjonalny element sieci ale jeśli jest obecny w danej podsieci to terminale są zobowiązane go używać.

Bramka (gateway) jest odpowiedzialna za połączenie telefonicznej sieci IP do innych typów sieci. Przykładowo bramka może łączyć sieć H.323 z siecią SIP, PSTN (Public Switched Telephone Network) czy ISDN. Bramka musi zapewnić interfejs czasu rzeczywistego pomiędzy różnymi formatami transmisji i procedur komunikacyjnych. Dodatkowo jest odpowiedzialna za ustanawianie i rozłączanie połączeń w obydwu łączonych sieciach.

MCU (Multipoint Control Unit)

Jest niezbędny jedynie jeśli w sieci używa się scentralizowanych lub hybrydowych telekonferencji. Służy on do rozdzielania strumieni i przekazywania ich do odpowiednich terminali. MCU składa się z dwóch podstawowych elementów: Multipoint Controller (MC)
i opcjonalnie kilku Multipoint Processors (MP). MC odpowiada za wymianę informacji, natomiast MP zajmują się obsługą strumieni danych. Terminale w sieci wysyłają swoje strumienie z zakodowanym głosem do MCU, który przeprowadza mieszanie ich
i rozprowadza z powrotem do pozostałych uczestników telekonferencji. Często możliwa jest integracja różnych elementów sieci w jednym fizycznym urządzeniu. Przykładowo funkcjonalność gatekeeper'a może być połączona z funkcjonalnością bramki i MCU lub MCU może być wbudowane w terminal aby umożliwić połączenia konferencyjne, bez dodatkowych urządzeń.

H.323 - wersja 2

Wersja 2 specyfikacji H.323 zawiera zarówno nowe rozwiązania, jak i wiele usprawnień, które poszerzają możliwości protokołów H.225, H.245 i Q.931 oraz powodują, że protokoły T.120/H.323 oferują szereg dodatkowych funkcji. Dzięki nowym mechanizmom wprowadzonym do wersji 2 głos można przesyłać nie tylko przez sieci LAN i wydzielone sieci IP, ale też przez Internet. Użytkownik ma do dyspozycji szereg rozwiązań zwiększających bezpieczeństwo pracy i może elastycznie zarządzać aplikacjami przesyłającymi dane audio przez sieci pakietowe. Trwają już prace zmierzające do tego, aby usprawnić i wyposażyć protokół H.323 w następne mechanizmy i możliwości. I tak kolejna wersja tego protokołu będzie świadczyć szereg nowych usług, których nie świadczyły wersje 1 i 2. Wszystko wskazuje na to, że jeszcze w 2000 r. prace nad wersją 3 dobiegną końca
i producenci rozwiązań (urządzeń i oprogramowania) przesyłających dane audio i wideo przez sieci IP dostaną do ręki nową specyfikację - H.323 V.3.

2:Jakość obsługi (Quality of Service)

Zagadnienie jakości w telefonii IP, jak również wszędzie tam gdzie wymaga się działania w czasie rzeczywistym jest bardzo skomplikowane i stanowi nie lada wyzwanie. Termin Quality of Service można określić jako zespół czynników wpływających na jakość usługi ocenianych na podstawie stopnia zadowolenia użytkownika z tej usługi. ETSI specyfikuje kilka różnych parametrów QoS, które uwzględniają potrzeby i różne punkty widzenia grup uczestniczących w procesie komunikacji:

W telefonii IP QoS postrzegane przez użytkownika, jest zależne od dwóch rzeczy: jakości odbieranego głosu i opóźnienia w dwustronnej konwersacji. Te dwa parametry są blisko ze sobą powiązane, gdyż lepsza jakość głosu wymaga większego strumienia bitów,
a większy strumień bitów wprowadza większe opóźnienie.

Prace prowadzone w tej dziedzinie można podzielić na dwa obszary:

Dzisiejsze sieci IP oferują bardzo ograniczone możliwości zapewnienia odpowiedniego QoS, a w szczególności odnosi się to do sieci Internet. Istnieją jednak techniki umożliwiające pokonanie tych trudności. Pierwszą z nich jest sieć, która na niższych warstwach umożliwia zarządzanie QoS. Przykładem może tu być ATM. Drugi sposób to zaawansowane protokoły routingu mające możliwość rezerwowania zasobów lub priorytetowania ruchu. Te usprawnienia mogą polepszyć QoS głównie w sieciach prywatnych, gdzie jest możliwy nadzór nad całością sieci lub chociaż całością połączenia VoIP. Przewiduje się jednak, że w późniejszym okresie również Internet będzie oferował lepsze QoS, zależnie od tego jak szybko nowe techniki, takie jak Resource Reservation Protocol (RSVP), Multiprotocol over ATM (MPOA) i IPv6 będą dostępne w sieci. Jak widać istnieje kilka możliwości zapewnienia odpowiedniego QoS. Należy jednak pamiętać, że im lepsze QoS tym większe są związane z nim koszty. Użytkownicy zwykle są w stanie pogodzić się z niezbyt dobrą jakością połączenia na rzecz mniejszych opłat. Poniżej przedstawione zostały przykładowo zdefiniowane przez ETSI poziomy jakości obsługi dla VoIP mogące być wykorzystane do określania opłat za telefonię IP:

3:Standard SIP (Session Initiation Protocol)

Architektura sieci

SIP składa się z trzech podstawowych elementów sieci: terminali (user agent servers), serwerów proxy (proxy servers) i serwerów przekierowań (redirect servers). Funkcjonalność terminala SIP jest podobna do terminala H.323 a minimalna konfiguracja wymagana do komunikacji protokołem SIP to dwa takie terminale. Serwer SIP posiada część funkcjonalności "strażnika" (gatekeeper) z H.323 jednak nie odgrywa aż tak istotnej roli
w systemie. Zgłoszenie nie musi przechodzić przez serwer i nie istnieje w tej architekturze koncepcja strefy.

Serwery są używane głównie do routowania i przekierowywania zgłoszeń. Mogą także wykonywać proste funkcje uwierzytelniające ale najlepiej jest takie funkcje implementować w terminalach albo firewall'ach. Serwer SIP może działać w trybie proxy lub przekierowania (redirect). Serwer typu redirect informuje klienta aby skontaktował się bezpośrednio z innym serwerem natomiast serwer proxy przekazuje zgłoszenie do następnego serwera. Serwer proxy musi monitorować stan zgłoszenia, podczas gdy serwer redirect może zapomnieć o nim zaraz po jego przetworzeniu. Terminal nie musi wiedzieć czy komunikuje się z serwerem czy innym terminalem. Jest zalecane aby serwery mogły pracować w obydwu trybach (proxy
i redirect). SIP nie wprowadza dodatkowych elementów sieci takich jak bramki H.323. Funkcjonalność bramki H.323 jest wbudowana w terminal, odbierający i nawiązujący połączenia oraz dekodujący strumienie i informacje kontrolne.

Architektura protokołu

Architektura SIP została przedstawiona na rys. 4. SIP jest niezależny od topologii sieci i może współdziałać z kilkoma protokołami transportowymi. Każdy protokół pakietowy lub strumieniowy mogący dostarczyć żądanie lub odpowiedź SIP może zostać wykorzystany. Przykładowo można użyć UDP, TCP, X.25, ATM AAL5, CLNP, TP4, IPX, lub PPP. SIP nie wymaga niezawodnego protokołu transportowego, można więc tworzyć prostych klientów
w oparciu o protokół UDP. Serwery powinny jednak wspierać zarówno TCP jak i UDP. Połączenie TCP zostaje otwarte wtedy, gdy połączenie UDP nie może być zrealizowane. IP używa protokołu SDP (Session Description Protocol) do opisu możliwości i typu przesyłanych medii zaimplementowanych w terminalu. SDP jest tworzony przez organizację IETF a wiadomości przesyłane przy jego pomocy są wiadomościami tekstowymi tak jak
w SIP. Wiadomości SDP specyfikują jakie możliwości muszą posiadać zakończenia sieciowe.

Za pomocą Session Announcement Protocol można poinformować większą liczbę użytkowników o otwieranej sesji. SAP jest głównie używane do informowania o dużych publicznych konferencjach lub usługach rozsiewczych jak internetowa telewizja czy radio. Można również tego dokonać za pomocą samego protokołu SIP, który posiada opcję sygnalizacji multicast. Do transmisji w czasie rzeczywistym protokół ten używa podobnie jak H.323 standardu RTP.



Rysunek nr 3

Architektura SIP zawiera także Realtime Streaming Protocol (RTSP), który kontroluje inicjację i przesyłanie strumienia multimedialnego z serwerów multimedialnych, działa on trochę na zasadzie internetowego magnetowidu. RTSP sam nie dostarcza usługi (np. danych video) ale używa do tego celu RTP.



Rysunek nr 4


4:Bezpieczeństwo

Internet jest siecią otwartą, w której każdy może relatywnie łatwo transmitować i odbierać pakiety. Podsłuchiwanie zgłoszeń w sieci IP jest prawdopodobnie nawet łatwiejsze niż w sieci PSTN. W związku z tym niezbędne jest stosowanie mechanizmów zabezpieczających przed niepowołanym przechwyceniem transmisji. Oprócz samej transmisji zabezpieczenia wymaga również sygnalizacja (ustanawianie połączenia, zarządzanie połączeniem, billing) aby uchronić się przed sytuacjami prowadzenia rozmów na czyjeś konto, blokowania systemu, przeszkadzania, czy wysyłania niechcianych informacji.

H.323

Wersja 2 tego standardu posiada mechanizmy do zapewnienia autoryzacji, integralności, prywatności i rejestracji przeprowadzanych rozmów. Dodatkowo strumienie danych użytkownika, sygnalizacji, zarządzania i RAS są szyfrowane. Cztery podstawowe aspekty bezpieczeństwa odnoszą się do telefonii IP:

Są dwa sposoby zabezpieczenia prywatności zgłoszeń w telefonii IP:

Ochrona prywatności odnosi się do wszystkich typów strumieni związanych z telefonią IP. Typowo używa się kodowania transmitowanych strumieni, ochrony przed manipulacjami pakietami i uwierzytelniania użytkowników na zakończeniach sieciowych.

SIP

Ze względu na podobieństwo tego protokołu do HTTP, posiada on zabezpieczenia zbliżone do tego protokołu. Uwierzytelnianie użytkownika wywołującego i wywoływanego jest realizowane przez mechanizmy HTTP, włączając w to podstawową (hasło tekstowe)
i skróconą (wywołanie-odpowiedź) autoryzację. Klucze do kodowania i dekodowania medii (np. audio/video) są wymieniane przy pomocy Session Description Protocol (SDP).Podstawowy szkic protokołu SIP nie zawiera żadnych rozważań o bezpieczeństwie,
a kwestie zabezpieczeń opiera na niższych warstwach np. Secure Socket Layer (SSL). Możliwe jest także użycie TLS (Transport Layer Security), jednak nie ma ono zastosowania w przypadku używania UDP. Modularność SIP pozwala na użycie jakiejkolwiek warstwy transportowej czy mechanizmów bezpieczeństwa HTTP (Secure Shell -SSH czy Secure-HTTP).Wersja SIP 2.1 wprowadza lepsze mechanizmy bezpieczeństwa. Definiuje autoryzację end-to-end za pomocą PGP (obowiązkowo) lub S/MIME (opcjonalnie). Metody te używane są do kodowania i podpisywania wiadomości.

Współpraca z firewallem

W obecnych czasach większość intranetów, jest chroniona za pomocą firewall'i. Aby umożliwić poprawność działania telefonii IP standard H.323 i firewall'e muszą ze sobą współpracować. Zarówno H.323 jak i firewall'e wymagają wprowadzenia zmian.

Proxy H.323 działa podobnie jak większość innych proxy. Monitoruje zgłoszenia
i decyduje, które mają prawo przejść przez firewall. Proxy można traktować jako specjalną bramkę wymuszającą kontrolę dostępu oraz przydzielającą pasmo.Dla protokołu SIP firewall'e nie stanowią aż tak dużego problemu. Jedynie połączenia TCP i UDP są wymagane do jego poprawnego działania co łatwo jest skonfigurować na firewall'u. Podobieństwo do HTTP automatycznie pozwala użyć identycznych serwerów proxy i mechanizmów bezpieczeństwa.

5:Opis technologii VoIP

Voice over IP to technologia służąca do przesyłania głosu poprzez sieć pakietową. Jej głównym założeniem jest integracja ruchu telefonicznego z transmisją danych i stworzenie jednej uniwersalnej sieci mogącej przenosić każdy rodzaj ruchu. Technologią VoIP zajmuje się wiele firm produkujących sprzęt i oprogramowanie dla telekomunikacji, a także większość operatorów telekomunikacyjnych. Powstało już wiele produktów wspierających technologię VoIP i wydaje się, że ma ona przed sobą dużą przyszłość. Obecnie technologia VoIP ma dwa podstawowe zastosowania. Pierwszy z nich to wykorzystanie jej do prowadzenia międzynarodowych lub międzymiastowych rozmów telefonicznych. Za stałą miesięczną opłatę dla providera Internetu można korzystać z połączeń telefonicznych z każdą osoba posiadającą dostęp do sieci Internet. Istnieje także wiele firm, które za dodatkowy abonament udostępniają swoje bramki, będące interfejsem pomiędzy siecią pakietową a siecią POTS (ang. Plain Old Telephone Service) czyli zwykłą siecią telefoniczną z komutacją łączy. Drugim popularnym zastosowaniem, jest integracja sieci korporacyjnych. Połączenie sieci transmisji danych i głosu, powoduje obniżenie kosztów wdrożenia i konserwacji takiej sieci. Wprowadzenie usługi VoIP w sieci korporacyjnej jest także dużo łatwiejsze niż w sieci Internet ze względu na możliwość sterowania priorytetami strumieni danych w sieci.
W ogólnoświatowej sieci jest to prawie niemożliwe.

Opis technologii

Usługa VoIP polega na stworzeniu cyfrowej reprezentacji sygnału mowy, poddaniu go odpowiedniej kompresji i podzieleniu na pakiety. Taki strumień pakietów jest następnie przesyłany za pomocą sieci pakietowej wraz z innymi danymi pochodzącymi na przykład od komputerów. W węźle odbiorczym cały proces jest odtwarzany w odwrotnym kierunku dzięki czemu otrzymujemy normalny sygnał głosu. Sieć IP może być dowolną siecią z komutacją pakietów włączając w to ATM, frame relay, Internet, Intranet, sieć opartą na łączach T1 (E1) czy 56 kbps. Możliwość wykorzystania sieci IP do przenoszenia ruchu telefonicznego stała się ostatnio punktem zainteresowania wielu firm i organizacji zajmujących się telekomunikacją. Początkowo prace nad VoIP skupiały się nad produktami pozwalającymi obniżyć koszty rozmów międzymiastowych i międzynarodowych, które w publicznych sieciach telefonicznych są wysokie i zależne od odległości miejsca z którym chcemy się połączyć. Obecnie VoIP zaczyna być również postrzegany jako alternatywa dla zwykłych sieci telefonicznych. W sieci pakietowej dużo prościej jest zaimplementować takie usługi jak telekonferencje, które w zwykłych sieciach telefonicznych z komutacją łączy sprawiają sporo problemów. Technologia VoIP może także w wielu przypadkach obniżyć koszty administracji i utrzymania systemu co sprawia, że wiele firm próbuje szukać rozwiązań w technologii VoIP dla wewnętrznej sieci telefonicznej. Wadą systemów VoIP jest brak całościowej standaryzacji. Istnieje kilka różnych standardów implementowanych przez producentów co powoduje, że systemy VoIP nie są ze sobą kompatybilne i udostępniają zwykle tylko najprostszą usługę punkt-punkt.

Aby systemy VoIP mogły być zastosowane do profesjonalnych usług telefonicznych
i adaptacji w istniejącej infrastrukturze niezbędne jest spełnienie następujących warunków:

Większość dostępnych obecnie produktów nie posiada powyższych cech, przez co są one jedynie dodatkami do istniejących aplikacji i nie stanowią one kompletnego rozwiązania VoIP.

Techniczne aspekty telefonii IP


Telefonia IP wymaga wykorzystania nowych technologii sieciowych, w tym elementów logicznych sieci i protokołów. Nowe elementy logiczne sieci są niezbędne do zarządzania zgłoszeniami, routowania pakietów, przechowywania informacji o zgłoszeniu itp. Protokoły sygnalizacyjne są używane do ustanawiania połączeń lub sesji multimedialnych takich jak telekonferencje, rozmowy telefoniczne czy nauka na odległość. Za pomocą tychże protokołów tworzy się połączenia pomiędzy klientami w sieciach intranetowych lub przez Internet. Główną funkcją protokołów sygnalizacyjnych jest ustalenie położenia użytkownika, translacja adresów, ustanowienie połączenia, negocjacja parametrów dla zgłoszenia, rozłączenie i zarządzanie zgłoszeniami pochodzącymi od innych użytkowników
np. w momencie tworzenia połączenia telekonferencyjnego. Dodatkowo, protokoły sygnalizacyjne są odpowiedzialne, za billing i bezpieczeństwo. Podstawowym
i najważniejszym warunkiem do szerokiego korzystania z technologii VoIP jest stworzenie międzynarodowych standardów zapewniających bezproblemową współpracę pomiędzy produktami różnych dostawców. Obecnie kilka organizacji pracuje nad stworzeniem standardu VoIP. Jednymi z ważniejszych są ITUT, IETF, ETSI, iNOW!, IMTC VoIP Forum
i MIT's Telephony Consortium.Istnieją dwa liczące się standardy protokołów sygnalizacyjnych dla telefonii IP:

Protokół H.323 posiada całkiem dobrą pozycję na rynku w porównaniu z protokołem SIP, który jest nowym rozwiązaniem dopiero szukającym swojego miejsca na obecnym rynku. Standaryzację H.323 zapoczątkowano około 10 lat temu, natomiast pierwszą jego wersję przyjęto w 1996 roku. H.323 należy do serii standardów komunikacyjnych nazywanych H.32x, opisujących połączenia multimedialne w różnych typach sieci włączając w to ISDN i PSTN. W styczniu 1998 roku zatwierdzono drugą wersję tego standardu opisującą dodatkowo sposób tworzenia połączeń multimedialnych w sieciach WAN (Wide Area Network).SIP to standard stworzony przez

Multiparty Multimedia Session Control (MMUSIC) pracujący pod egidą IETF. Protokół SIP jest jeszcze ciągle w fazie tworzenia i w związku z tym nie jest tak dobrze znany jak H.323. SIP został zbudowany w oparciu o HTML i oryginalnie zaprojektowano go do obsługi internetowych konferencji multimedialnych. Architekturę protokołu SIP tworzą dodatkowo jeszcze dwa inne protokoły sygnalizacyjne: Session Description Protocol (SDP) i Session Announcement Protocol (SAP).

Dlaczego VOIP?

Tradycyjne systemy telefoniczne, funkcjonujące w oparciu o technologię komutacji łączy, przez dziesięciolecia udowodniły, że gwarantują wysoką jakość usług QoS dla abonentów końcowych oraz stałe i duże zyski dla operatorów. Nic w tym dziwnego, gdyż te systemy budowane były wyłącznie dla świadczenia usługi telefonicznej, dedykowane
w przypadku cyfrowej części transmisyjnej do transmisji sygnałów 64 kbit/s, zapewniających 8-bitową jakość sygnału źródłowego ograniczonego w paśmie do 300¸3400 Hz. Pomimo opracowania lepszych metod kodowania sygnału mowy, z uwagi na konieczność zapewnienia zgodności i współpracy z milionami urządzeń zainstalowanych w sieciach telefonicznych, tradycyjna telefonia musi być wierna standardowi. Obecnie pracujące centrale telefoniczne były projektowane i instalowane z myślą o świadczeniu abonentom wyłącznie usługi telefonii i tak naprawdę, w dobie budowania sieci dostępowych umożliwiających zaoferowanie wielu usług na bazie jednej platformy transmisyjnej, są rozwiązaniem nieefektywnym zarówno
z punktu widzenia ekonomicznego, jak i technicznego. Pomysł wykorzystania sieci
z komutacją pakietów wykorzystujących protokół IP jest o tyle atrakcyjny, że umożliwia: obniżenie kosztów urządzeń oraz redukcję czasu instalacji systemu i dostępności usługi, integrację usługi transmisji danych i telefonii, bardziej efektywne wykorzystanie pasma transmisyjnego czy wreszcie szybsze wprowadzanie nowoczesnych usług dodatkowych takich jak: web-enabled call centers, one number follow me, voice dialing i im podobnych. Co ważniejsze, system VoIP można implementować w sposób nakładkowy na dotychczasową sieć PSTN dzięki oferowanej możliwości integracji i współpracy starej i nowej technologii. Ponadto, w Polsce, technologia VoIP jest bardzo atrakcyjnym rozwiązaniem umożliwiającym rozpoczęcie działalności operatorskiej i świadczenie usługi VoIP, z uwagi na rozpoczęty proces deregulacji rynku telekomunikacyjnego oraz obowiązek dostosowania prawa polskiego do prawa UE wynikający z planów akcesji Polski do UE. Od jesieni do końca 2000 roku usługa VoIP w świetle obowiązującego prawa polskiego nie była usługą telefoniczną, gdyż nie realizowano jej w oparciu o komutację łączy. Jakkolwiek pojawienie się
z początkiem 2001 roku nowego Prawa Telekomunikacyjnego uogólniło definicję usługi telefonicznej, nadal pozostał zapis o wykorzystywaniu technik komutacji w czasie rzeczywistym o tym samym poziomie niezawodności i jakości mowy jak w publicznych komutowanych sieciach telefonicznych PSTN. To właśnie z uwagi na te dwa czynniki usługa VoIP nie jest uznawana za usługę telefoniczną w UE, co powinno znaleźć wkrótce uregulowanie także i w polskim prawie.

Jakość usług i techniki VOIP

Jakość usług QoS (Quality of Service) jest podstawowym wyzwaniem postawionym przed technologią VoIP. Jakkolwiek znane są przypadki bezpłatnego oferowania odmiany usługi VoIP bez gwarantowanej jakości usług poprzez sieć Internet - VoI (Voice over Internet), zasadniczym rynkiem dla usługi VoIP jest konkurencja z usługą telefoniczną oferowaną
w sieci PSTN. Perspektywa ta jest tym bardziej kusząca, że jak wcześniej wspomniano technologia VoIP oferuje szereg korzyści w stosunku do telefonii PSTN, oczywiście pod warunkiem porównywalnego QoS, który jest wieloczynnikową miarą jakości usługi postrzeganej przez abonenta końcowego. Z punktu widzenia technicznego usługa może być scharakteryzowana przez kilka kryteriów jakościowych jak dostępność, przepustowość, czas realizacji połączenia, procent straconych pakietów, szerokość pasma, opóźnienie dostarczania pakietów oraz jego fluktuacje czy wreszcie jakość sygnału mowy związaną z zastosowanym algorytmem kompresji. Jako, że protokół IP jest protokołem typu „best-effort” i nie gwarantuje QoS (przynajmniej w jego obecnej wersji 4), dla usług typu czasu nierzeczywistego powstał więc protokół TCP (Transport Control Protocol) w celu zapewnienia bezbłędnej i bezstratnej transmisji pakietów. Z uwagi na wprowadzane opóźnienia i ich fluktuacje w przypadku usług czasu rzeczywistego, protokół TCP musi być zamieniony przez pozbawiony tej przypadłości protokół UDP (User Datagram Protocol), niestety kosztem obniżenia niezawodności transportu pakietów odczuwalnej w przypadku problemów ruchowych w sieci IP. Dlatego też rozwinięto szereg rozwiązań takich jak RTP (Real-Time Transport Protocol), RTCP (RTP Control Protocol), RSVP (Resource-Reservation Protocol), DiffServe (Differentaited Service) czy MPLS (Multi-Protocol Label Switching) umożliwiających gwarantowanie jakości usług QoS w sieci IP. Zastosowany algorytm kompresji sygnału cyfrowego w procesie jego pakietyzacji wiąże się z jednej strony z systemowym wymaganiem pasma transmisyjnego koniecznego dla zrealizowania danej sesji VoIP, z drugiej jednak strony zasadniczo wpływa na odczuwalną przez abonenta końcowego jakość sygnału mowy. Degradacja sygnału mowy związana z aproksymacją sygnału źródłowego na bazie stratnej skompresowanej próbki mierzona jest z wykorzystaniem skali uśrednionej oceny subiektywnej MOS (Mean Opinion Score), gdzie 0 odpowiada najgorszej jakości, a 5 najlepszej jakości. W tabeli 1 zestawiono typowe algorytmy kompresji stosowane w systemach VoIP, scharakteryzowane parametrem MOS oraz szybkością bitową. Jak widać, im bardziej ogranicza się pasmo transmisyjne wymagane dla przesłania danego typu sygnału, tym większe wprowadza się opóźnienie związane z algorytmem kompresji i tym gorsza jest jakość otrzymywana przez abonenta końcowego.

Tabela 1. Charakterystyka typowych algorytmów kompresji.

Algorytm kompresji

Szybkość bitowa [kbit/s]

MOS

G.711

64

4,4

G.723

6,3

3,6

G.723.1

5,4

3,4

G.729a

8

4,0

W początkowej fazie rozwoju technologii VoIP pierwsze systemy wykorzystywały firmowe protokoły uniemożliwiające współpracę rozwiązań różnych producentów.
W odpowiedzi na potrzebę standardu dla systemów VoIP obecnych na rynku, Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna ITU (International Telecommunication Union) opracowała w 1996 roku protokół H.323 v1, który definiował sygnalizację dla sesji VoIP
w sieciach LAN (Local Area Network) oraz w 1998 roku protokół H.323 v2 rozszerzając zasięg także na sieci WAN (Wide Area Network). Protokół H.323 v2 jest obecnie najbardziej rozpowszechniony, niemniej jest też wypierany przez bardziej elastyczny, prostszy
i jednocześnie oferujący większe możliwości protokół SIP (Session Initiation Protocol) opracowany przez IETF (Internet Engineering Task Force) i popierany przez ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Według wiodących firm z branży VoIP protokół sygnalizacyjny SIP jest protokołem systemów VoIP nowej generacji realizowanych
w architekturze softswitcha, gdzie dodatkowo do zarządzania bramami medialnymi MG
(ang. media gateways) stosuje się protokół MGCP (Media Gateway Control Protocol) opracowany przez IETF lub jego następcę MEGACO/H.248 opracowywanego wspólnie przez ITU i IETF. Mnogość protokołów sygnalizacyjnych oraz zarządzających bramami medialnymi MG prowadzi do możliwości implementacji systemu VoIP w oparciu o takie architektury jak H.323, SIP, MGCP czy architekturę softswitch.

Aplikacje systemów VOIP

Systemy VoIP znajdują swoje zastosowanie zarówno w szkieletowych, jak i dostępowych sieciach teleinformatycznych. Przykładem aplikacji w sieci szkieletowej jest międzyoperatorski system transmisyjny przedstawiony na rysunku 1, umożliwiający realizację międzynarodowych lub międzystrefowych usług VoIP.

0x01 graphic

Rysunek 1: System szkieletowy VoIP jako rozwiązanie międzyoperatorskie.

Przykładem aplikacji systemu VoIP po stronie sieci dostępowej jest wykorzystanie sieci hybrydowej światłowodowo-koncentrycznej HFC (Hybrid Fiber-Coax) z zaimplementowaną platformą transmisyjną IP w oparciu o standard DOCSIS/EURODOSCIS dla realizacji usługi VoIP zgodnie ze specyfikacjami PacketCable (rysunek 2). PacketCable jest inicjatywą organizacji standaryzacyjnej CableLabs, opracowującą architekturę systemu VoIP dla sieci HFC. Propozycja PacketCable oparta jest na architekturze softswitch i w chwili obecnej jej proces standaryzacyjny jest na tyle zaawansowany, iż na świecie - głównie w Stanach Zjednoczonych oraz Europie Zachodniej - w sieciach HFC przeprowadzono już szereg udanych instalacji systemu VoIP zgodnego ze specyfikacjami PacketCable.

0x01 graphic

Rysunek 2: System dostępowy VoIP zgodny ze standardami PacketCable jako rozwiązanie
w sieci HFC.

Rola integratora

Rozważania poruszane w niniejszym artykule wskazują, iż technologia VoIP jest fundamentem zintegrowanych usługowo sieci teleinformatycznych nowej generacji. Jednakże jest to stosunkowo nowa technologia, charakteryzująca się dynamicznym procesem rozwoju przejawiającym się chociażby w mnogości protokołów i standardów. W związku z tym, iż nie ma na świecie producenta kompletnego systemu dla aplikacji w sieci szkieletowej
i dostępowej, zgodnego z najnowszymi trendami rozwojowymi, pojawia się konieczność integrowania rozwiązania optymalnie dopasowanego do potrzeb klienta na bazie urządzeń wielu dostawców. Wyzwanie takie podejmuje firma VECTOR, która podczas swojej
14-letniej historii zdobyła uznanie i zbudowała markę integratora rozwiązań telekomunikacyjnych i teleinformatycznych w Polsce oraz za granicą.

Kodeki

Kodek odpowiedzialny za:

Grzegorz Wojciechowski kl.II Zb


Wyszukiwarka