IP-телефония

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

IP-телефони́я (произносится «айпи́-телефони́я») — телефонная связь по протоколу IP. Под IP-телефонией подразумевается набор коммуникационных протоколов, технологий и методов, обеспечивающих традиционные для телефонии набор номера, дозвон и двустороннее голосовое общение, а также видеообщение по сети Интернет или любым другим IP-сетям. Сигнал по каналу связи передаётся в цифровом виде и, как правило, перед передачей преобразовывается (сжимается) с тем, чтобы удалить избыток информации и снизить нагрузку на сеть передачи данных.

IP-телефония или VoIP?[править | править исходный текст]

IP-телефония является приложением более общей технологии VoIP (англ. Voice over IP) для организации двустороннего общения. Технология VoIP в общем случае подразумевает все варианты передачи голоса через IP, в том числе не имеющие никакого отношения к телефонии и общению людей. Например, технология VoIP применяется для передачи звука в системах IP видеонаблюдения, в системах оповещения, при трансляции вебинаров, при просмотре фильмов в режиме он-лайн и т. п.

Применение IP-телефонии[править | править исходный текст]

Голосовая и видеосвязь посредством компьютерных сетей стала популярной во всём мире с начала XXI века и в настоящее время широко используется как частными пользователями, так и в корпоративном секторе. Применение систем IP-телефонии позволяет компаниям-операторам связи значительно снизить стоимость звонков (особенно международных) и интегрировать телефонию с сервисами Интернета, предоставлять интеллектуальные услуги.

Функциональность[править | править исходный текст]

IP-телефония реализует задачи и решения, которые с помощью технологии телефонной сети общего пользования реализовать будет труднее, либо дороже.

Примеры:

  • Возможность передавать более одного телефонного звонка в рамках высокоскоростного телефонного подключения. Поэтому IP-телефония используется в качестве простого способа для добавления дополнительной телефонной линии дома или в офисе.
  • Свойства, такие как
  • конференция,
  • переадресация звонка,
  • автоматическое повторение номера,
  • определение номера звонящего,

предоставляются бесплатно, тогда как в традиционных телекоммуникационных компаниях обычно выставляются в счёт.

  • Безопасные звонки, со стандартизованным протоколом (такие как SRTP). Большинство трудностей для включения безопасных телефонных соединений по традиционным телефонным линиям, такие как оцифровка сигнала, передача цифрового сигнала, уже решены в рамках IP-телефонии. Необходимо лишь произвести шифрование сигнала и его идентификацию для существующего потока данных.
  • Независимость от месторасположения. Нужно только интернет-соединение для подключения к провайдеру IP-телефонии. Например, операторы центра звонков с помощью IP-телефонов могут работать из любого офиса, где есть в наличии эффективное быстрое и стабильное интернет-подключение.
  • Доступна интеграция с другими сервисами через интернет, включая видеозвонок, обмен сообщениями и данными во время разговора, аудиоконференции, управление адресной книгой и получение информации о том, доступны ли для звонка другие абоненты.
  • Дополнительные телефонные свойства — такие как маршрутизация звонка, всплывающие окна, альтернативный GSM-роуминг и внедрение IVR — легче и дешевле внедрить и интегрировать. Тот факт, что телефонный звонок находится в той же самой сети передачи данных, что и персональный компьютер пользователя, открывает путь ко многим новым возможностям.

Дополнительно: возможность подключения прямых номеров в любой стране мира (DID).

Мобильные номера[править | править исходный текст]

Переносимость телефонных номеров (англ. Mobile number portability, MNP или англ. Local Number Portability, LNP) — это сервис, который позволяет его пользователям сохранить существующий телефонный номер при переходе от одного мобильного оператора к другому. Возможность переноса телефонных номеров зависит от законодательства конкретной страны. Сервис MNP/LNP оказывает своё влияние на коммерческое применение IP-телефонии у транзитных операторов. Голосовой звонок, который пришёл по каналу IP-телефонии, маршрутизируется на мобильный телефон традиционного мобильного оператора.

Минимальная стоимость звонка[править | править исходный текст]

Стоимость вызова в IP-телефонии определяется по так называемой «системе с минимальной стоимостью маршрутизации звонка» (LCR, Least Cost Routing System), которая основана на том, что осуществляется проверка пункта назначения каждого телефонного звонка, как только он сделан внутри сети, что даёт потребителю самую низкую цену.

При условии совместимости с GSM-номерами, которая сейчас широко распространена, провайдеры систем с минимальной стоимостью маршрутизации звонка LCR больше не могут полагаться на использование префикса номера, для того, чтобы определить, как перенаправить (маршрутизировать) звонок. Вместо этого им нужно знать фактическое название сети мобильного оператора для каждого звонка, чтобы осуществить его маршрутизацию.

Следовательно, IP-телефония также необходима для того, чтобы управлять совместимостью мобильных номеров MNP при маршрутизации голосового звонка. В странах без центральной базы данных, таких как Великобритания, иногда бывает нужно направлять запрос в GSM-сеть о том, к какой сети (какому оператору) принадлежит данный мобильный телефон. Поскольку IP-телефония начинает набирать обороты на рынке компаний благодаря применению функций системы минимальной стоимости маршрутизации звонка, необходимо предоставить определённый уровень надёжности при управлении звонками.

Проверки совместимости мобильных номеров MNP нужны для того, чтобы гарантировать, что качество услуги будет соответствовать требуемому; при проведении проверки совместимости мобильных номеров перед тем, как осуществится маршрутизация звонка, и тем самым гарантировать, что голосовой звонок действительно попадёт по назначению, VoIP-компании дают своим компаниям-клиентам (потребителям) гарантию, что они найдут провайдера услуг IP-телефонии. Компания-оператор, предоставляющая услугу интернет-пейджера, Tyntec, зарегистрированная в Великобритании, предоставляет услугу Voice Network Query, (система передачи голосовых сообщений), эта услуга даёт возможность как традиционным операторам голосовой связи, так и VoIP-операторам отправлять запрос в GSM-сеть, запрос, направленный на то, чтобы найти домашнюю сеть для перенесённого номера.

Номера экстренных вызовов[править | править исходный текст]

Из-за свойств, присущих самой технологии IP, трудно определить местонахождение пользователя. Звонки по номерам экстренных вызовов нельзя легко маршрутизировать (перенаправить) на близлежащий центр приема звонков (что важно для оперативных служб). Иногда такие системы могут маршрутизировать экстренные внутрисетевые вызовы на неэкстренные телефонные линии в нужном подразделении.

Протоколы[править | править исходный текст]

Протоколы обеспечивают регистрацию клиентского устройства (шлюз, терминал или IP-телефон) на сервере или гейткипере провайдера, вызов и/или переадресацию вызова, установление голосового или видеосоединения, передачу имени и/или номера абонента. В настоящее время широкое распространение получили следующие протоколы:

  • SIP — протокол сеансового установления связи, обеспечивающий 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.
  • MGCP — протокол управления медиашлюзами (заменил SGCP).
  • H.248 (MEGACO) — протокол управления медиашлюзами, развитие MGCP.
  • SIGTRAN — набор протоколов тунеллирования PSTN-сигнализации ОКС-7 через IP на программный коммутатор (Softswitch).
  • SCTP — протокол для организации гарантированной доставки пакетов в IP-сетях.
  • SCCP — закрытый протокол управления терминалами (IP-телефонами и медиашлюзами) в продуктах компании Cisco.
  • Jingle (дополнение к XMPP / Jabber)
  • IAX2 — протокол для обмена данными между IP-PBX Asterisk. Через 4569 UDP-порт и сигнализация, и медиатрафик.
  • Unistim — закрытый протокол передачи сигнального трафика в продуктах компании Nortel.

Кодирование речи[править | править исходный текст]

Для передачи голоса по IP-сети, человеческий голос оцифровывается при помощи импульсно-кодовой модуляции, сжимается (кодируется) и разбивается на пакеты. На принимающей стороне, происходит обратная процедура — данные извлекаются из пакетов, декодируются и преобразуются обратно в аналоговый сигнал.

Кодирование вносит дополнительную задержку порядка 15—45 мс, возникающую по следующим причинам:

  • использование буфера для накопления сигнала и учёта статистики последующих отсчётов (алгоритмическая задержка);
  • математические преобразования, выполняемые над речевым сигналом, требуют процессорного времени (вычислительная задержка).

Подобная задержка появляется и при декодировании речи на другой стороне.

Задержку кодека необходимо учитывать при расчёте сквозных задержек (см. выше). Кроме того, сложные алгоритмы кодирования/декодирования требуют более серьёзных затрат вычислительных ресурсов системы.

Проведённый в различных исследовательских группах анализ качества передачи речевых данных через Интернет показывает, что основным источником возникновения искажений, снижения качества и разборчивости синтезированной речи является прерывание потока речевых данных, вызванное:

  • потерями пакетов при передаче по сети связи;
  • превышением допустимого времени доставки пакета с речевыми данными.

Это требует решения задачи оптимизации задержек в сети и создание алгоритмов компрессии речи, устойчивых к потерям пакетов (восстановления потерянных пакетов).

Кодеки[править | править исходный текст]

Применяемые алгоритмы сжатия голоса при передаче по IP-сети довольно разнообразны. Некоторые практически не сжимают голос, оставляя его на уровне импульсно-кодовой модуляции (то есть 64 килобит/с), другие кодеки позволяют сжимать цифровой голосовой поток в 8 и более раз за счёт эффективных алгоритмов кодирования. Существует немало хороших свободных кодеков, использование которых не требует лицензирования. Для других же требуется достижения соответствующей лицензионной сертификации между производителем оборудования (программного обеспечения) и авторами метода сжатия.

Открытые:

Проприетарные:

Сравнительные характеристики VoIP-кодеков:[1]

Кодек Полезная нагрузка
пакета, байт
Скорость передачи,
кбит/с
Алгоритмическая
задержка, миллисекунд
Занимаемый поток, кбит/с
IP-пакеты Ethernet-фреймы
G.711 160 64 20 78 80
G.723.1 (6.3) 24 6,3 37,5 6,9 17,1
G.723.1 (5.3) 20 5,3 37,5 5,9 16
G.726-32 160 32 20 32,8 42,7
G.726-24 160 24 20 24,8 34,7
G.726-16 160 16 20 16,8 26,7
G.729 (8) 20 8 25 8,8 18,7
G.729 (6.4) 16 6,4 25 7,2 17,1

Оптимизация задержек в сети[править | править исходный текст]

Основными преимуществами IP-телефонии является снижение требований к полосе пропускания, что обеспечивается учётом статистических характеристик речевого трафика:

  • блокировкой передачи пауз (диалоговых, слоговых, смысловых и др.), которые могут составлять до 40-50 % времени занятия канала передачи (VAD);
  • высокой избыточностью речевого сигнала и его сжатием (без потери качества при восстановлении) до уровня 20-40 % исходного сигнала (см.: аудиокодек).

В то же время для IP-телефонии критичны задержки пакетов в сети, хотя технология обладает некоей толерантностью (устойчивостью) к потерям отдельных пакетов. Так, потеря до 5 % пакетов не приводит к ухудшению разборчивости речи.

При передаче телефонного трафика по технологии IP должны учитываться жёсткие требования стандарта TL9000 к качеству услуг, характеризующие:

  1. качество установления соединения, определяемое в основном быстротой установления соединения,
  2. качество соединения, показателем которого являются сквозные (воспринимаемые пользователем) задержки и качество воспринимаемой речи.

Общая приемлемая задержка по стандарту — не более 250 мс.[2] Причины задержек в передаче голосовых данных по сети IP в большой степени связаны с особенностями транспорта пакетов. Протокол TCP обеспечивает контроль доставки пакетов, однако достаточно медленный и потому не используется для передачи голоса. UDP быстро отправляет пакеты, однако восстановление потерянных данных не гарантируется, что приводит к потерянным частям разговора при восстановлении (обратном преобразовании) звука. Немалые проблемы приносит джиттер (отклонения в периоде поступления-приёмки пакетов), появляющийся при передаче через большое число узлов в нагруженной IP-сети. Недостаточно высокая пропускная способность сети (например при одновременной нагрузке несколькими пользователями), серьёзно влияет не только на задержки (то есть рост джиттера), но и приводит к большим потерям пакетов

Для решения подобных проблем предлагается комплекс мер[2]:

  • использование алгоритмического восстановления потерянных частей голоса (усреднение по соседним данным)
  • приоритизация трафика во время транспорта в одной сети при помощи пометки IP-пакетов в поле Type of Service
  • использование изменяемого джиттер-буфера необходимой длины, который позволяет накапливать пакеты и выдавать их снова с нормальной периодичностью
  • отключение проксирования медиа-данных на узком месте сети, то есть достижение прямого обмена речью между узлом звонящего и вызываемого абонента при посредничестве промежуточных серверов только на этапе установления и завершения вызова
  • применение кодеков с меньшей алгоритмической задержкой (для уменьшения нагрузки на процессор, осуществляющий АЦП и ЦАП)

Безопасность соединения[править | править исходный текст]

Многие потребительские реализации IP-телефонии не поддерживают криптографическое шифрование, несмотря на то, что наличие безопасного телефонного соединения намного проще внедрить в рамках IP-технологии, чем в традиционных телефонных линиях. В результате, при помощи анализатора трафика относительно несложно установить прослушивание IP-звонков, а при некоторых ухищрениях даже изменить их содержание.[3][4]

Тот, кто вторгается с использованием анализатора сетевых пакетов, имеет возможность перехватить IP-звонки, если пользователь не находится в рамках защищённой виртуальной сети VPN.[5] Эта уязвимость в безопасности может привести к атакам со сбоями (отказами в обслуживании) у пользователя или у кого-то, чей номер принадлежит той же сети. Эти отказы в обслуживании могут полностью уничтожить телефонную сеть, нагрузив её мусорным трафиком и создав постоянный сигнал «занято» и увеличив количество разъединений абонентов.[6]

Однако данная проблема касается и традиционной телефонии, так как абсолютно защищённых способов связи не существует.[7][3][6]

Потребители могут обезопасить свою сеть, ограничив доступ в виртуальную локальную сеть данных, спрятав свою сеть с голосовыми данными от пользователей. Если потребитель поддерживает безопасный и правильно конфигурируемый межсетевой интерфейс-шлюз с контролируемым доступом, это позволит обезопасить себя от большинства хакерских атак. Существует свободное ПО, такое как Wireshark, облегчающее анализ трафика IP-разговоров.[8]

Некоторые вендоры используют сжатие, чтобы перехват информации было труднее выполнить. Есть мнение, что настоящая безопасность сети требует проведения полного криптографического шифрования и криптографической аутентификации. Однако, по некоторым параметрам IP-телефония выигрывает у традиционной в плане безопасности.[6]

Существующий сейчас стандарт безопасности SRTP и новый ZRTP протокол доступен на некоторых моделях IP-телефонов (Cisco, Yealink SNOM и др.), аналоговых телефонных адаптерах (Analog Telephone Adapters, ATAs), шлюзах, а также на различных софтфонах. Можно использовать IPsec, чтобы обеспечить безопасность P2P VoIP с помощью применения альтернативного шифрования (opportunistic encryption). Программа Skype не использует SRTP, но там используется система шифрования, которая прозрачна для Skype-провайдера.[3]

Решение Voice VPN (которое представляет собой сочетание технологии VoIP и VPN) предоставляет возможность создания безопасного голосового соединения для VoIP-сетей внутри компании, путем применения IPSec-шифрования к оцифрованному потоку голосовых данных.

Так же возможно произвести многоуровневое шифрование и анонимизацию всего VoIP-трафика (голоса, видео, служебной информации и т. д.) с помощью сети I2P.

Идентификация вызывающего абонента[править | править исходный текст]

Поддержка услуги определения номера вызывающего абонента (Caller ID) у разных провайдеров может отличаться, хотя большинство[источник не указан 1602 дня] VoIP-провайдеров сейчас предлагают услугу «определение идентификатора вызывающего абонента (caller ID)» с именем на исходящие вызовы. Когда вызов идёт на номер местной сети от какого-то VoIP-провайдера, услуга определения caller ID не поддерживается[источник не указан 1602 дня].

В некоторых случаях VoIP-провайдеры могут позволить вызывающему абоненту имитировать какой-то не принадлежащий ему caller ID, потенциально давая возможность демонстрировать такой ID, который фактически не является номером вызывающего абонента. Коммерческое VoIP-оборудование и программное обеспечение обычно легко даёт возможность изменять информацию caller ID. Несмотря на то, что эта услуга может обеспечить огромную свободу действий, она также даёт возможность для злоупотреблений.

Случаи злонамеренной замены caller ID провайдером регламентируются законом.

Статистика трафика[править | править исходный текст]

Любое VoIP соединение имеет целый ряд параметров, общепринятых как точные показатели оценки качества соединения. Кроме того большинство существующих операторов IP-телефонии при оказании услуг позволяют даже выбирать узел, через который пройдет звонок, не только руководствуясь ценой, но и дополнительными статистическими параметрами, характеризующими качество связи:

  • ASR/ABR — отношение количества обслуженных звонков к числу попыток позвонить в процентах. Характеризует наилучший дозвон.
  • ACD — средняя продолжительность звонков через узел на данное направление; процент состоявшихся звонков с длительностью меньше 30 секунд. Характеризует наиболее устойчивую связь во время разговора.

Иногда операторами связи для оценки направления применяются и другие статистические параметры: нагрузка в эрлангах, посленаборная задержка (PDD), процент потери пакетов (QoS), максимальное нарастание вызовов в секунду (Calls per seconds, CPS).

Подробную информацию о каждом конкретном вызове станция/сервер IP-телефонии записывает в виде CDR-записей (подробных записей о вызове). Каждая запись содержит номер звонящего (А-номер) и вызываемого (Б-номер), абонентов, IP-адреса (или доменные имена), время и продолжительность вызова, а также инициатора и причину завершения. Подробные записи о вызовах (Call Detail Record), зачастую выгружаются на биллинговую систему для анализа и последующей блокировки учётной записи звонящего, при необходимости авторизации вызовов (RADIUS). Такой метод проверки обычно характерен для postpaid-систем оплаты.

Также применяется онлайн-учёт в биллинге посредством процедуры Accounting в протоколе RADIUS, что удобно в системах prepaid-оплаты.

См. также[править | править исходный текст]

Аналоговые порты
Цифровые порты
Прочее

Примечания[править | править исходный текст]

  1. См.: Глава 2. Голосовые приложения мультисервисных сетей // Александр Филимонов. Построение мультисервисных сетей Ethernet. БХВ-Петербург, 2007. ISBN 978-5-9775-0007-4
  2. 1 2 Скуснов Александр. «Хронические болезни» VoIP (Adobe Flash). Дни Решений. Архивировано из первоисточника 1 февраля 2013. (презентация, 16 мин)
  3. 1 2 3 Берндт Бютнер. Безопасность VoIP: новые проблемы (17 ноября 2005). Проверено 27 января 2013. Архивировано из первоисточника 1 февраля 2013.
  4. Атака на VoIP: Подслушивание. Архивировано из первоисточника 1 февраля 2013.
  5. Атака на VoIP: Перехват
  6. 1 2 3 VoIP безопаснее обычной телефонии. ООО «НАГ» (1 апреля 2006). Архивировано из первоисточника 1 февраля 2013.
  7. . МФИ Софт. Архивировано из первоисточника 1 февраля 2013. — Гарда — система контроля корпоративного трафика
  8. VoIP monitoring (англ.). InfoWorld. The IDG Network (31 July 2008). Проверено 27 января 2013.

Ссылки[править | править исходный текст]