История развития ip-телефонии
По мнению некоторых, концепция передачи голоса по сети с помощью профессионального компьютера зародилась в Университете штата Иллинойс (США). В 1993 году Чарли Клейн выпустил в свет Maven, первую программу для перестройки голоса с помощью РС. Одновременно одним из самых популярных мультимедийных приложений в сети стала CU-SeeMe, программа видеоконференций для Macintosh (Mac), разработанная в Корнельском Университете.
Апрель 1994 года. Во время полёта челнока Endeavor NASA передало на Землю его изображение с помощью программы CU-SeeMe. Одновременно попробовали передать и звук. Полученный сигнал из Льюисовского исследовательского центра поступал на Мас, соединённый с Интернет, и любой желающий мог услышать голоса астронавтов. Потом одну программу встроили в другую, и появился вариант CU-SeeMe с полными функциями аудио и видео, как для Мас, так и для РС.
Февраль 1995 года. Израильская компания Vocal Tec предложила первую версию программы Internet Phone, разработанную для владельцев мультимедийных компьютеров, работающих под Windows. Это стало важной вехой в развитии Интернет-телефонии! Vocal Tec надеялась использовать очень популярные каналы Internet Relay Chat (IRC) в качестве двустороннего средства общения между людьми, имеющими сходные интересы. Но компании не удалось связаться с Eras Free Network (Feet), курирующей IRC, и проинформировали о потенциально возможном увеличении графика, поэтому доступ к общественным каналам для Internet Phone был закрыт. Через несколько недель компания Vocal Tec уладила свои разногласия с EFNet. За это время была создана частная сеть серверов Internet Phone, и уже тысячи людей загрузили программу с домашней страницы Vocal Tec и начали общаться. Собственно, этим они занимаются до настоящего времени.
В том же 1995 г. другие компании очень быстро оценили перспективы, которые открывали возможность разговаривать, находясь в разных полушарьях и не платя при этом за международные звонки!!! На рынок обрушилась гора продукции, предназначенной для телефонии через Сеть.
В сентябре того же года в розничной продаже появилась первая из таких программ DigiPhone, разработанная небольшой компанией в Далласе (штате Техас), которая предложила «дуплексные» возможности, позволяя говорить и слушать одновременно. Вот в этот момент и родилась привлекательная для абонентов настоящая интерактивная связь. А нам, абонентам, какая собственно разница, каким именно способом передается речь.
Вскоре нашлись энтузиасты, которые с помощью программ подобного типа стали организовывать марафоны. Целью было научить работать через Интернет обычный телефонный аппарат типа «сеанс разговора», во время которых люди всей страны могли подключаться и говорить часами.
В марте 1996 г. произошло еще одно памятное событие. Тогда было объявлено о совместном проекте под названием «Internet Telephone Gate» двух компаний: уже известно нам Vocal Tec и крупнейшего производителя для компьютерной телефонный Dialogic, для чего между Сетью и телефоном устанавливается специализированный шлюз. Последний получил название (Vocal Tec Telephone Gateway) и представлял собой специализированную программу, которая использовала голосовые платы Dialogic. Многоканальные голосовые платы позволяют, во-первых, одной системе VTG поддерживать до восьми независимых телефонных разговоров через сеть, а во-вторых, убрали проблему адреса, взяв на себя преобразование обычных телефонных номеров в IP-адрес и обратно. Для разговора одного пользователя в том продукте достаточно будет ширины полосы канала порядка 11 кбит/с. Вот так возможность высокого уплотнения канала и малая стоимость связи создали предпосылки для коренных изменений телекоммуникационного мира. Сегодня многое ясно, что Интернет-телефония – лишь шаг на пути к глобальной мультимедиа-связи.
Ёще через год стали вполне обычными соединения через Интернет двух обычных телефонных абонентов, находившихся в совершенно разных местах планеты. Вот так в течение всего каких-то двух лет стал на ноги альтернативный способ телефонной связи.
IP-телефония в россии
Появления IP-телефонии ждали во всем мире. Не была исключением и Россия, где интерес к новой технологии имел особый практический смысл. Дело в том, что в нашей стране услуги международной телефонной связи традиционно дороже, чем на Западе. А использование IP-технологии подразумевает возможность ведения телефонных разговоров по единому, не зависящему от дальности связи тарифу, что позволяет сэкономить значительные средства уделенным на большие расстояния абонентам.
Начиная с 1997 г. в России стали реально строиться сети IP-телефонии. Спрос был большим. Правда, из-за неопределенности с лицензированием эта услуга предоставлялась с пометкой «в тестовом режиме». Тем не менее, технология широко рекламировалась в прессе и демонстрировалась на выставках. На стендах CompTek постоянно предоставлялась бесплатная возможность сделать городские, междугородные и международные звонки через систему IP-телефонии. Желающие позвонить выстраивались в огромные очереди. Представители компании VocalTec, в то время единственной фирмы, поставлявшей оборудование для IP-сетей, участвуя в различных семинарах и конференциях, неоднократно заявляли, что Россия обогнала многие страны на пути предоставления коммерческих услуг по междугородной и международной IP-связи.
Технический аспект состоял в несовершенстве существовавшего оборудования. Первые шлюзы поддерживали не более одного потока Е1 (до 30 одновременных звонков), а качество связи было низким, что приводило к значительному искажению голосовых сообщений.
Со временем эти проблемы были решены. 1998 г. ознаменовался радикальным скачком в развитии технологии. Так, для сжатия речи и формирования IP-пакетов стали использоваться DSP-процессоры. Это существенно повысило качество передачи голоса (практически до уровня обычного телефонного разговора). Кроме того, исчезло ограничение по пропускной способности шлюза. Благодаря использованию оборудования, разработанного фирмой Cisco, стало возможным поддержание до 84 потоков Е1 или до 2520 одновременных разговоров. Производители плат компьютерной телефонии также предложили новые решения. Например, фирма Dialogic выпустила линейку DSP-плат DM3 IPLink, аппаратно реализующих функции IP-телефонии. К ним были приложены расширенные Си-библиотеки. Таким образом, пользователь получил возможность самостоятельно запрограммировать систему IP-телефонии в соответствии с собственными требованиями. Все это значительно расширило технические и функциональные возможности IP-технологии.
Технические параметры ip-телефонии
Протокол IP Протокол Интернет (Internet-Protocol) свод правил, обеспечивающих передачу данных между компьютерами, работающими на разнообразных сетях с различной аппаратной конфигурацией и операционными системами и выполняющими различные протоколо-независимые процессы пользователя.
В сетях на основе IP все данные голос, текст, видео, компьютерные программы или информация в любой другой форме - передаются в виде пакетов. Любой компьютер и терминал такой сети имеет свой уникальный IP-адрес, и передаваемые пакеты маршрутизируются к получателю в соответствии с этим адресом, указываемом в заголовке. Данные могут передаваться одновременно между многими пользователями и процессами по одной и той же линии. При возникновении проблем IP-сети могут изменять маршрут для обхода неисправных участков. При этом протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации.
В телефонной сети терминал пользователя должен быть постоянно подключен физической линией к оборудованию оператора, независимо от того, используется он в данный момент или нет. А для связи должно быть установлено непосредственное гарантированное соединение между абонентами на все время связи, независимо от реального объема передаваемой информации.
Сеть Интернет – общее название всемирного объединения компьютерных сетей с использованием протокола IP.
Передача и прием голосовой информации с использованием протокола IP.
Технология передачи информации с использованием протокола IP имеет за рубежом устоявшееся название Voice Over IP (VOIP). Одним из приложений этой технологии является Интернет-телефония (Internet Telephony). Под Интернет-телефонией понимается обмен голосовой информацией в режиме реального времени через Интернет или любую другую сеть на основе протокола IP. Поэтому Интернет-телефонию иногда называют IP-телефонией (IP telephony).
В общем, процесс передачи голоса по Интернет состоит из нескольких этапов.
Первый этап это оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование.
На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация – адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для образования пакета до его непосредственной отправки.
Извлечение переданной голосовой информации из полученных пакетов также происходит в несколько этапов.
Когда голосовые пакеты приходят на терминал получателя, то сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, более того, интервал времени получения также может колебаться (т.н. джиттер). Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс. В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу ошибочных либо потерянных данных. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом.
Полученная таким образом (не восстановленная) последовательность данных декомпрессируется и преобразуется непосредственно в аудио-сигнал, несущий голосовую информацию получателю.
Таким образом, с большой степенью вероятности, полученная информация не соответствует исходной (искажена) и задержана (обработка на передающей и приемной стороне требует промежуточного накопления). Однако в некоторых пределах избыточность голосовой информации позволяет мириться с такими потерями.
С точки зрения пользователя можно выделить три различные категории голосовых соединений через Интернет.
Услуги по двусторонней передаче голосовой информации от компьютера к компьютеру – информация передается через Интернет между персональными компьютерами двух пользователей. При этом оба пользователя используют подключение к Интернету через модем, либо по выделенной линии, совместимое программное обеспечение, громкоговорители и микрофоны для общения друг с другом.
Услуги по двусторонней передаче голосовой информации между компьютером и телефоном – информация передается через Интернет между персональным компьютером одного из пользователей и телефонным аппаратом другого пользователя. При этом для выхода в ТФОП используется программно-аппаратный шлюз оператора услуг Интернет-телефонии, а один из участников соединения использует подключение к Интернету через модем, либо по выделенной линии, совместимое со шлюзом оператора программное обеспечение, громкоговоритель и микрофон для общения. Соединение может инициироваться как с телефона, так и с компьютера. В первом случае терминал вызываемого абонента идентифицируется IP адресом, во втором – телефонным номером.
Услуги по двусторонней передаче голосовой информации между телефонами пользователей (ПРИЛОЖЕНИЕ № 1). В этом случае большую часть пути между участниками соединения голосовая информация преодолевает посредством пакетных средств коммуникаций с использованием Интернет-протокола. Такое соединение возможно при наличии двух совместимых шлюзов одного или нескольких операторов Интернет-телефонии.
Как следует из вышеприведенного, оператор службы Интернет-телефонии присутствует только в двух последних случаях. При этом каждый отдельно взятый оператор не всегда может достоверно контролировать, откуда пришли голосовые пакеты с компьютерного терминала, либо от шлюза другого оператора – и те и другие являются для него равноценными пользователями.
Рекомендация МСЭ (Международный Совет по Электросвязи, International Telecommunications Unit) H.323 редакции 1996 года описывает терминалы и другие элементы обеспечения мультимедийной связи негарантированного качества через сети пакетной передачи данных. (Группа рекомендаций H описывает линейную передачу не телефонных сигналов).
Этот стандарт является расширением рекомендаций H.320, которые описывают видеоконференцсвязь через ISDN и другие коммутируемые сети. Однако с момента ратификации этих рекомендаций в 1990 году в технологиях корпоративных и публичных сетей произошли большие перемены. Широкое распространение получил Интернет, а локальные сети стали уже привычным дополнением к связной инфраструктуре любого предприятия. H.323 это логичное и необходимое дополнение по организации мультимедийной связи посредством корпоративных интрасетей и сетей с пакетной передачей данных, включая Интернет.
В совокупности с другими стандартами МСЭ на мультимедийную связь и телеконференции рекомендации H.323 применимы для любых видов соединений – от многоточечных до соединений точка-точка. Основные компоненты этого стандарта приведены в таблице 1.
Принцип действия ip-телефонии
Начнем с того, что попробуем рассеять некоторые распространенные заблуждения относительно самой технологии.
Во-первых, Интернет-телефония – это не компьютерная телефония. Понятие компьютерной телефонии предполагает возможность передачи голоса по компьютерным сетям передачи данных с помощью дополнительных аппаратных и программных средств, Под это определение попадают тысячи разнообразных приложений. В этом смысле оно значительно шире, чем просто передача голоса по Интернету, и охватывает различные офисные системы, центры телефонного обслуживания, системы регистрации переговоров, а также массу других приложений. Интернет-телефония – лишь одно из них, характеризующееся тем, что голосовой трафик передается по пакетным сетям передачи данных на основе протокола IP. Правильнее называть эту область IP-телефонией или службой пакетных голосовых соединений, что звучит менее броско, зато наиболее точно отражает суть дела. Важно понимать, что IP-сеть является при этом носителем телефонного трафика, в то время как разговор происходит между абонентами городских или офисных АТС. Таким образом, этот процесс, безусловно, относящийся к области телефонии, в корне отличается оттого, что сейчас в сетях передачи данных называется передачей голоса поверх IP-протокола.
Далее, существует целый ряд разновидностей Интернет-телефонии (ПРИЛОЖЕНИЕ № 2),. Исторически пальма первенства принадлежит всевозможным Интернет-телефонам благодаря которым можно было устраивать голосовые переговоры между двумя мультимедийными компьютерами. Оцифрованный голос просто упаковывался в IP-пакеты и пересылался через сеть Интернет без всякой гарантии. Качество было ужасающим, область применения – неясной.
Наконец, далеко не все из того, что относят к Интернет-телефонии, строго говоря, ею является. Термин «Интернет-телефония» часто применяют для обозначения технологий передачи голоса через все сети IP – как публичные, так и частные. Между тем слово «Интернет» относится именно к публичным сетям, Тем не менее, можно сказать, что IP-телефония и Интернет-телефония стали почти синонимами, и именно так мы их и будем использовать, хотя это и не вполне корректно.
Общий принцип действия телефонных серверов IP-телефонии таков: с одной стороны, сервер связан с телефонными линиями и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны, сервер связан с Интернетом и может связаться с любым компьютером в мире. Сервер принимает стандартный телефонный сигнал, оцифровывает его, значительно сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через Интернет по назначению с использованием протокола Интернет (ТСР/Р). Для пакетов, приходящих из сети на телефонный сервер и уходящих в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке. Обе составляющие операции происходят практически одновременно, что позволяет обеспечить полнодуплекационный разговор. На основе этих базовых операций можно построить много различных конфигураций. Допустим, звонок телефон-компьютер или компьютер-телефон может обеспечивать один телефонный сервер (рис.1). Для организации связи телефон (факс)- телефон (факс) нужно два сервера (рис.2).
Качество связи ip -телефонии
Задержки являются главной проблемой Интернет-телефонии. Причин их возникновения несколько. Одни связаны с принципом построения сетей TCP/IP и особенностями коммутации пакетов, другие зависят от общей загрузки сети, качества линии связи и скорости модема, Если задержка превышает 250 мс, она становится заметной. Поскольку программа в суть разговора не вникает, паузы вклиниваются в беседу случайным образом – чаще на полуслове. Окончание слова возникает в наушниках или колонках после секундного затишья. Впрочем, к такому диалогу можно быстро привыкнуть.
Задержки уменьшают благодаря следующим трем факторам:
Во-первых, совершенствуются телефонные серверы (их разработчики борются с задержками, улучшая алгоритмы работы).
Во-вторых, развиваются частные сети (их владельцы могут контролировать ширину полосы пропускания и, следовательно, величины задержки).
В третьих, развивается сама сеть Интернет – современный Интернет не был рассчитан на коммуникации в режиме реального времени. Хотя на обновление роутеров по всему миру и на организационные мероприятия (например, решить вопрос, как в денежном выражении оценить сервис более высокого качества) потребуется некоторое время, мир Интернета, вне зависимости от вышесказанного, двигается очень быстро и в правильном направлении.
Однако проблемы с качеством делают перспективы использования Интернет-телефонии вне сферы бытового и внутрикорпоративного общения достаточно туманными. Можно сэкономить несколько долларов, позвонив через оператора Интернет-телефонии бывшему сокурснику в Сан-Франциско, тетушке во Владивосток или коллеге в Санкт-Петербург, но при переговорах с деловыми партнерами ухудшение качества связи недопустимо. Вряд ли ваш клиент или заказчик одобрит подобное стремление к экономии, если в разговоре с ним «двадцать пять тысяч долларов» вдруг превратятся в «...цать пять» или «...пять».
На дальнейшее существенное повышение качества IP-телефонии только за счет совершенствования алгоритмов кодирования речи рассчитывать не приходится. Необходимо преодолевать фундаментальный недостаток сети Интернет – большие и непредсказуемые задержки при передаче пакетов через длинные цепочки маршрутизаторов. Здесь существует несколько возможных решений.
Первое из них основано на внедрении протоколов резервирования ресурсов (типа RSVP), Однако существуют сомнения в масштабируемости этого решения. В любом случае оно влечет дополнительные затраты, которые придется перенести на тарифы Интернет-телефонии.
Второе решение заключается в замене традиционно используемых программных маршрутизаторов на аппаратные маршрутизирующие коммутаторы. Сегодня технология аппаратных маршрутизирующих коммутаторов бурно развивается, но она все еще недостаточно опробована. Кроме того, это решение требует огромных инвестиций.
Третье решение состоит в дифференциации пакетов сети Интернет по требуемой срочности их доставки. Вскоре на смену привычному IP-протоколу должен прийти новый протокол IPv6. Он ликвидирует «равноправие» пакетов и позволит мультимедиа-данным (к которым относится и звук) добираться по назначению значительно быстрее. Голосовые пакеты получат высший приоритет, и все будут уступать им дорогу. Предполагается, что IPv6 полностью снимет многие проблемы Интернет-телефонии.
Существует и четвертое, самое радикальное решение. Оно состоит в отказе от плохо контролируемой сети Интернет как от среды передачи телефонных потоков. Дело в том, что шлюзы IP-телефонии могут связываться не только через Интернет, но и через выделенную высокоскоростную сеть с коммутацией ячеек или кадров (АТМ, Frame Relay), обеспечивающую гарантированное качество обслуживания. Использование сети с низкими и предсказуемыми задержками обеспечит более качественную передачу речи, но такое решение дороже обычной Интернет-телефонии. На создание глобальной высокоскоростной сети, параллельной Интернету, потребуются годы и десятки, если не сотни, миллиардов долларов. Тем не менее, этот процесс уже, что называется, пошел.
В настоящее время прослеживаются три области приложения Интернет-телефонии:
Безопасность
С растущей привлекательностью телефонии на базе Internet возникают схожие проблемы, связанные с безопасностью, как и в других областях коммуникаций по IP: речь идет о спаме, хакерских атаках и попытках прослушивания. По аналогии с «сорной» почтой наблюдается настоящая волна «сорных» звонков: снам по Internet-телефонии (Spam via Internet-Telephony, SPIT). Поисковая машина Google выдает уже более 130 тыс. совпадений, но теме «снам и SPAM». Принцип прост: когда телефонные звонки бесплатны, «спитеры» могут запустить из какой-либо части Internet миллионы звонков, и те, кто их принимает, слышат, что выиграли, например, путешествие на юг Тихого океана. Целевые адреса получить достаточно просто, испробовав все номера, предоставляемые провайдером его клиентам.
Меры противодействия известны по борьбе с традиционным спамом. Во-первых, операторы начинают вести так называемые «белые списки». Как правило, они охватывают адресный потенциал партнеров-операторов. В случае звонка из Internet от третьей стороны он отклоняется. Во-вторых, составляются и «черные списки», содержащие данные о клиентах, рассылающих SPAM, что может происходить и автоматически, когда клиент инициирует больше звонков, чем в состоянии это сделать.
По всей видимости, дело дошло до первых вирусных звонков, содержащих манипулируемый пакет данных: хотя он и не приводит к отказу всей системы, но посредством соответствующего программного кода преобразуется в послушного робота, который по команде превращается, к примеру, в подслушивающий жучок. В таких случаях рекомендуется проинформировать как производителя оконечного устройства, так и провайдера. Для предотвращения подобных атак в будущем существует достаточное количество технических возможностей.
Наряду с так называемыми атаками DoS (к ним относится и SPAM) важную роль играет защита частной сферы, для чего используются методы, аналогичные тем, что специфицированы в HTTP. Аналоговым HTTPS является SIPS, «защищенный» стандарт SIP. Как и в случае HTTPS, для идентификации участников служат сертификаты, они представляют базис для согласования необходимого ключа. Соответствующим образом SRTP является дополнением протокола передачи данных в реальном времени (Real Time Transport Protocol, RTP), причем используется шифрование AES с длиной ключа 128 бит. Обмен ключами происходит посредством SIPS. На данный момент дискуссия о корректной формулировке стандарта еще не окончена, однако все вопросы должны быть разрешены в ближайшие месяцы, и при помощи SIPS и SRTP будет возможным полноценное шифрование переговоров.
Заметим, что упомянутые пограничные контроллеры сеансов в случае SIPS и SRTP могут расшифровывать переговоры. С точки зрения провайдеров, это очень удобно, поскольку по решению судов иногда они вынуждены прослушивать некоторые соединения, а вот конечному пользователю это вряд ли понравится. Поэтому по аналогии с электронной почтой в области SIP были определены S/MIME для сквозного шифрования, в результате чего оператор не сможет прослушивать разговоры. Правда, возникает вопрос, согласятся ли законодательные органы терпеть сквозное шифрование перед лицом террористических угроз, ведь владельца proxy-сервера (да еще и расположенного за границей) прослушать практически невозможно.
Комментарии