VoIP_dokumentacja

Document Sample
VoIP_dokumentacja Powered By Docstoc
					   Maciej Głowacki
    Tomasz Kuchta
Maciej Piwowarczyk


   Informatyka III rok
         gr.31i WIEiK
Opis technologii


       VoIP – Voice over Internet Protocol – jest to technologia komunikacyjna, która
pozwala na przesyłanie głosu, faksów oraz innych danych za pomocą sieci opartych o
protokół IP. Głównymi zaletami tej technologii jest duża skalowalność, niski koszt, wielość
dostępnych usług, unifikacja systemu komunikatów oraz połączenie przesyłu zwykłych
danych oraz głosu. Technologia VoIP boryka się z problemami związanymi z jakością
połączenia, brakuje również możliwości dzwonienia pod numery alarmowe. Wadą technologii
jest stopień skomplikowania w stosunku do sieci PSTN. Trudność ta jest jednak zauważalna
przy tworzeniu standardów i samym opracowywaniu technologii (musi ona odpowiadać
jakości, niezawodności i bezpieczeństwu połączeń realizowanych za pomocą sieci PSTN), nie
zaś przy wcielaniu konkretnych, praktycznie używanych rozwiązań.


Przetwarzanie dźwięku do postaci cyfrowej.
       Na samym początku procesu komunikacji za pomocą głosu istnieje problem
przetworzenia dźwięku na postać cyfrową. W sieciach PSTN najczęściej używaną techniką
jest PCM, natomiast w wypadku technologii VoIP dwoma podstawowymi standardami
koderów są G.723.1 oraz G.729A (są to standardy ITU-T International Telecommunication
Union - Telecommunication Standardization Sector). Działają one w oparciu o liniowe
metody przewidywania i analizę poprzez syntezę; różnią się wielkością generowanych ramek,
wielkością strumienia bitów oraz generowanymi opóźnieniami. Z tych powodów preferowany
jest koder G.729A. Jednym z ciekawszych koderów jest G.729B, gdzie stosowana jest
detekcja ciszy i jej kodowanie za pomocą specjalnej ramki.


Przesyłanie informacji w sieciach VoIP.
       Ramki powstałe w procesie kodowania dźwięku do postaci cyfrowej przesyłane są z
wykorzystaniem stosu protokołów, w którego wewnętrznej strukturze w większości
wypadków zauważymy trzy protokoły: IP/UDP/RTP. Kluczową rolę odgrywa protokół RTP –
Real-time Transport Protocol. RTP, którego nagłówek wraz ze znaczeniem poszczególnych
pól jest dokładnie omówiony w prezentacji, umożliwia sprawne przesyłanie danych w czasie
rzeczywistym – ich synchronizację, odrzucanie pakietów, które po upływie czasu stają się
zbędne i inne zadania charakterystyczne dla tego typu danych. Zapewnia on transmisję typu
end-to-end i został zaprojektowany w sposób niezależny od pozostałych warstw sieciowych.



                                             1
Protokół ten nie zapewnia dostarczenia danych ani nie gwarantuje jakości świadczonych
usług. Zazwyczaj występuje w parze z protokołem kontrolnym RTCP.
       Przy ustanawianiu sesji w sieciach VoIP mamy do czynienia z rywalizacją dwóch
rodzin protokołów – SIP oraz H.323. H.323 będący standardem ITU-T był częściej spotykany
we wcześniejszych rozwiązaniach, obecnie przewagę zdobyły protokoły z rodziny SIP ujęte
w standard przez IETF.
       Do rodziny protokołów SIP zaliczamy Session Initiation Protocol, Session Announce
Protocol oraz Session Definition Protocol. Architektura SIP jest nastawiona na przesunięcie
całej logiki połączenia do urządzeń końcowych (brzegowych). To one przyjmują określone
stany w czasie trwania sesji, natomiast pośredniczące serwery proxy są w większości
wypadków bezstanowe. Architektura taka pozwala na dużą skalowalność systemu i jest
nastawiona na tzw. usługi VoIP oparte o serwery (sieć składa się z serwerów i routerów IP).
Podstawowymi elementami sieci SIP są terminale, serwery proxy oraz tzw. registrar, wiążący
informację o położeniu terminala z jego adresem. System komunikatów jest bardzo podobny
do komunikatów protokołu HTTP – nawet z dokładnością do słynnego komunikatu o błędzie
404. Komunikaty są przesyłane za pomocą zwykłego tekstu (plain text).
       Do rodziny protokołów H.323 należą oprócz protokołu, któremu rodzina zawdzięcza
swoją nazwę, także H.225 oraz H.245. Sieci oparte o protokoły H.323 miały początkowo
umożliwiać komunikację między terminalami połączonymi siecią lokalną. Są one nastawione
na tzw. architekturę przełączanych usług sieci VoIP, gdzie oczekiwana jest komunikacja
między istniejącymi przełącznikami sieci PSTN, sieciami i terminalami. Podstawowymi
elementami sieci H.323 są bramy między IP a PSTN, kontrolery połączenia, GateKeeper’y,
terminale oraz MCU – Multipoint Control Units. Przy ustanawianiu sesji zostaje wymieniona
większa liczba komunikatów niż przy protokołach SIP. Część logiki połączenia przy
protokołach H.323 leży po stronie sieci, co zmniejsza jej skalowalność. Możliwe jest jednak
zwiększenie skalowalności dzięki użyciu w samym centrum sieci GateKeeper’ów opartych
jedynie o RAS oraz pełnego rutowania GateKeeper’ów brzegowych. Kolejne wersje
protokołów H.323 zmierzają koncepcyjnie w kierunku wytyczonym przez SIP.
       Przy protokołach obsługujących sieci VoIP nie można nie wspomnieć o MGCP –
Media Gateway Control Protocol i pokrewnych. Dostarcza on mechanizm pozwalający na
dekompozycję bramy telefonicznej na element kontrolujący połączenia oraz sterowany
kontroler mediów, skupiając się na scentralizowanej kontroli rozproszonego systemu bram
telefonicznych. MGCP powstał z połączenia protokołów SGCP firm Cisco i Telcordia oraz z
fragmentu protokołu IPDC dotyczącego kontroli mediów. Protokół ten jest używany przede


                                            2
wszystkim przy połączeniach typu PSTN do PSTN, gdzie sieć IP pośredniczy jedynie w
połączeniu i nie należy do niej żadna z komunikujących się stron. MGCP ukrywa wiele
elementów sieci VoIP – z jego poziomu sieć jest widziana jako rozproszony system bram
telefonicznych. Następcą tego protokołu ma być opracowywany wspólnie przez ITU-T i IETF
protokół H.248/MEGACO.


Oprogramowanie dla VoIP


       Twórcy oprogramowania szeroko zainteresowali się technologią VoIP pisząc aplikacje
zarówno darmowe jak i komercyjne. Powstały projekty różnego typu: gatekeeper'y, programy
do autoryzacji, autentykacji, zabezpieczeń, billingu, IVR, kolejkujące, softswitch'e, do poczty
głosowej, monitorujące, CTI, programowe telefony, serwery proxy SIP i RTP, serwery fax,
oprogramowanie dokonujące konwersji głos-tekst/tekst-głos.
       Do głównych zadań gatekeeperów (np. GNU GateKeeper) spełniających w telefonii
VoIP rolę administracyjną należą: translacja pomiędzy aliasami a adresami IP, ograniczanie
używanego pasma, wybieranie bramek odpowiednich do danych połączeń i kontrola dostępu
do sieci VoIP. Zagadnienia autoryzacji (kontroli dostępu), autentykacji (uwierzytelniania),
obsługi kont użytkowników (AAA – Authentication, Authorization, Accounting) obsługuje
się w aplikacjach używając protokołu RADIUS (np. MS Internet Authentication Service).
Może on również być użyty do zbierania informacji związanych z billingiem. Aplikacje
zapewniające tą usługę stanowią kolejny segment rynku oprogramowania VoIP. Systemy IVR
(Interactive Voice Response) – np. VoiceWorks firmy Voxeo – służą do zautomatyzowania
procesu obsługi klientów w rozmaitych instytucjach. Ważną grupą są aplikacje kolejkujące
(np. OrderlyQ) zajmujące się obsługą rozmów oczekujących. Oferowane są także softswitche,
czyli programowe odpowiedniki sprzętu używanego do przełączania rozmów pomiędzy
liniami telefonicznymi. Świat oprogramowania VoIP nie pozostaje w tyle za telefonią
konwencjonalną i komórkową oferując również usługi poczty głosowej w postaci serwerów,
lub zawierając je w większych projektach. Telefonia oparta o VoIP dysponuje narzędziami do
monitoringu i tworzenia statystyk, których przykładem może być QueueMetrics. Technologia
CTI (Computer Telephony Integration), obsługiwana m.in. przez produkty Voxeo ma za
zadanie zintegrować telefony i komputery, tak, aby poprzez komputer można sterować
telefonem i otrzymywać na monitorze informacje na temat połączeń. Najbardziej
reprezentatywną grupą aplikacji zdają się być programowe telefony (Skype, PhoneGaim)



                                              3
umożliwiające – poza internetowymi – połączenia do telefonów stacjonarnych i
komórkowych. Powstały też serwery proxy protokołów SIP i RTP, serwery fax (np.
HylaFAX) i oprogramowanie do syntezy i rozpoznawania głosu. Nie należy zapominać o
platformach (np. Firmy Voxeo) i narzędziach do tworzenia aplikacji dla VoIP.


        Można dokonać pewnego podziału aplikacji dostarczających usługę komunikacji
głosowej w oparciu o technologię VoIP na oprogramowanie dedykowane i komunikatory
internetowe, w których dodano funkcję rozmów głosowych. W pierwszej grupie można
wyróżnić takie aplikacje jak Skype, Tlenofon, eFON (sieć T2), NewFon (sieć Dialog), IPfon,
VoipBuster, Net2Phone, Babble. Wśród aplikacji drugiej grupy można wymienić: popularne
Gadu-Gadu, ICQ, Google Talk, czy NetMeeting. Osobną grupę stanowią serwery służące do
obsługi połączeń VoIP i centralek PBX (Asterisk, OpenPBX, PBX4Linux, Vovida Networks
Vocal i inne). Należy również pamiętać, że największą efektywność uzyskują i tak urządzenia
działające niezależnie od komputera (bramki i telefony VoIP). Pokrótce zostanie
przedstawionych kilka popularnych aplikacji VoIP-owych.


Skype
        Jest oprogramowaniem opartym na technologii p2p, napisanym przez Niklasa
Zennström’a i Janusa Friis’a (założycieli KaZaA). Obecnie są dostępne aplikacje dla systemu
Windows, Mac OS X, Linux i dla Pocket PC. Od września 2005 Skype należy do
amerykańskiego eBay’a (został przejęty za 2,6 mld USD). Umożliwia darmowe rozmowy
głosowe i video-konferencje między użytkownikami, płatne rozmowy z użytkownikami
telefonów stacjonarnych i komórkowych (jednak po znacznie niższej cenie), wymianę
informacji tekstowych oraz przesyłanie plików.
        Aplikacja wykorzystuje zestaw modułów firmy GIPS (Global IP Sound), posiadając
możliwość automatycznego wyboru aktualnie najlepszego kodeka. Używa między innymi
kodeka GIPS iSAC, dostosowującego szybkość transferu danych do aktualnej przepustowości
łącza, a także kodeka iLBC, przeznaczonego do połączeń o małej przepustowości. Po stronie
nadawcy stosowana jest procedura GIPS AGC (Adaptive Gain Control) – polega ona na
ustawieniu optymalnego poziomu sygnału i redukcji szumów; po stronie odbiorcy występuje
procedura GIPS NetEQ APC (Adaptive Playout Controller), buforująca próbki testowe
przesyłanego dźwięku w celu minimalizacji efektu różnicy opóźnień przesyłania pakietów. W
porównaniu z tradycyjną telefonią Skype dostarcza większą szerokość pasma akustycznego i



                                             4
nie potrzebuje 70-100ms próbki testowej na resynchronizację w przypadku utraty ciągłości
połączenia.
       Do zalet Skype’a należy niezależność od większości systemów ograniczania dostępu
(jak firewall’e czy gateway’e, których nie trzeba specjalnie konfigurować), a także brak
nowych zagrożeń dla systemu. Twórcy aplikacji stworzyli własny protokół VoIP, ponieważ
jak sami uważają, żaden z istniejących nie spełniał ich wszystkich wymagań. Od strony
transportu w sieci, stosowane jest inteligentne trasowanie optymalnie wybranymi ścieżkami, a
w stanie gotowości utrzymywane jest więcej niż jedno połączenia (w danym momencie
dokonywany jest dynamiczny wybór najwłaściwszej drogi). Stosowane jest także trasowanie
przez komputery innych użytkowników. Skype wykorzystuje w czasie rozmowy przeciętnie
3-16 kB/s przepustowości pasma (zależnie od szerokości dostępnego pasma, warunków
sieciowych między rozmówcami, wydajności procesorów), natomiast w stanie spoczynku
przeciętnie 0-0,5 kB/s.
       Twórcy położyli również nacisk na zapewnienie bezpieczeństwa użytkownikom, stąd
wszystkie przesyłane dane są szyfrowane. Szyfrowanie oparte jest na AES (Advanced
Encryption Standard), występującym również pod nazwą Rijndael. Wykorzystuje on 256-
bitowy szyfr (klucz do zakodowania każdej rozmowy i wiadomości tekstowej), a do
uzgadniania kluczy AES stosowany jest 2048-bitowy RSA. Klucze kryptograficzne są
zatwierdzane przez Skype w czasie przeprowadzania operacji logowania. Wszystkie dane
profilu użytkownika zawarte w ogólnie dostępnej książce adresowej (w sieci p2p) są
podpisane cyfrowo.


Tlenofon
       Aplikacja oferowana przez portal o2.pl (jako dodatkowa usługa w komunikatorze
Tlen). Umożliwia rozmowy z komputera na telefon, z komputera na komputer, jak również
odbieranie połączeń z sieci telefonicznej i faksów (można wykupić numer telefoniczny).
Obsługa faksów realizowana jest poprzez zamianę na email z załącznikiem w pdf’ie i
przesłanie na konto.
       Oparty jest na protokole IAX2 (obecnie trwają testy nad obsługą protokołu SIP).
Aplikacja jest kompatybilna z innymi aplikacjami opartymi na IAX2 (np. Kiax) a także z
bramkami i telefonami VoIP obsługującymi IAX2. Na transmisję do serwerów wymagane jest
pasmo minimum 56kb/s (choć twórcy zalecają 115 kb/s w obie strony). Aplikacja działa
poprawnie w sieciach z translacją adresów NAT (w przeciwieństwie do darmowych rozmów
głosowych w Tlenie) i nie wymaga zewnętrznego IP. W przypadku posiadania firewall’a


                                             5
konieczne jest odblokowanie portów 80 i 443 TCP oraz 4569 UDP (a w przypadku protokołu
SIP – portu 5060 TCP oraz portów 8000 – 35000 UDP).


Asterisk
       Serwer ten jest programową implementacją kompletnego urządzenia telefonicznego
potrafiącego obsługiwać zarówno VoIP jak i ISDN. Został opracowany przez Marka
Spencer’a (Digium) jako otwarte i wolne oprogramowanie (stworzone dla Linuxa). I to
właśnie dzięki temu projekt stał się popularny i ciągle się rozwija. Obecnie jest dostępny dla
systemów Linux, BSD, Windows oraz Mac OS X.
       Zapewnia klasyczne funkcje centralki wewnętrznej PBX – nawiązywanie połączeń z
telefonami analogowymi PSTN i komórkowymi. Może działać zarówno jako tradycyjny PBX
jak i iPBX. Spośród usług, które oferuje, można wymienić usługę poczty głosowej,
telekonferencji, obsługę połączeń oczekujących, obsługę systemu interaktywnej zapowiedzi
głosowej IVR (Interactive Voice Response), czy obsługę DID (Direct inbound dialing).
Serwer ma możliwość zdefiniowania dowolnej liczby operatorów voip’owych, z których
usług będziemy korzystali dla obsługi połączeń przychodzących i wychodzących.
       Do niewątpliwych zalet Asteriska należy dobra skalowalność. Serwer może
obsługiwać zarówno małe, domowe systemy, jak również duże systemy teleinformatyczne.
       Serwer obsługuje wiele istniejących protokołów VoIP: H.323 (jako klient i gateway),
SIP, MGCP, Skinny/SCCP (protokół dla telefonów CISCO). Dla potrzeb Asteriska został
opracowany również osobny protokół IAX2 (Inter-Asterix eXchange). Protokół ten nie ma
problemów związanych z NATem i Firewallami, które mogą występować w niektórych
protokołach.


OpenPBX
       Istnieją dwa osobne projekty pod tą nazwą: OpenPBX by Voicetronix i OpenPBX.org.
Pierwszy z nich jest oprogramowaniem typu open source w całości napisanym w Perlu jako
aplikacja dla Linuxa. Obecnie trwają prace nad modułem obsługi protokołu SIP, a w
przyszłości planowana jest obsługa protokołów IAX i H.323. Spośród funkcji dostępnych w
tej aplikacji można wyróżnić: automatyczne kolejkowanie i dystrybucję rozmów
telefonicznych   ACD    (Automatic    Call     Distribution),   LCR   (Least   Cost   Routing),
nieograniczoną pocztę głosową, usługę Call Display Records, 3 way call conferencing,
Hierarchical Auto-Attendant i music on hold.



                                                6
       Drugi projekt również jest open source-owym PBX-em dla Linuxa (na licencji GNU
lub GPL). Powstał na bazie Asteriska i obecnie jest rozwijany m.in. przez byłych głównych
developerów Asteriska i Aefirion. Obsługuje protokół H.323, do kompresji dźwięku
wykorzystuje kodek G729 (zoptymalizowany dla mowy – niska lub średnia szerokość
strumienia danych). W celu zapewnienia bezpieczeństwa wykorzystuje SS7 i OpenSSL.


Sprzęt VoIP


       Wraz z rozwojem technologii opartych o protokoły VoIP rozwinął się rynek sprzętu
związanego z telefonią internetową. Powstały urządzenia dedykowane takie jak: telefony IP,
adaptery ATA i do telefonów cyfrowych, bramki, konwertery, centrale PBX.
       Istnieje cała gama telefonów IP – różnią się on głównie sposobem podłączenia do sieci
komputerowej. Telefony te mogą posiadać bowiem wejścia ethernetowe, modemowe, jak
również obsługiwać sieci bezprzewodowe WiFi czy nawet połączenia z sieciami GSM. Są
wśród nich aparaty stacjonarne, przenośne (wyglądające podobnie do telefonów
komórkowych) czy też aparaty do budek telefonicznych.
       Adaptery ATA (analog telephone adapters) i do telefonów cyfrowych są
urządzeniami, za pomocą których można podłączyć tradycyjny telefon analogowy lub
cyfrowy do sieci z obsługą protokołów VoIP. Podłączenie w adapterach ATA może odbywać
się przez
–   bramki FXS-do-Ethernet i adaptery FXS-do-Dialup, gdzie aparat jest łączony
    bezpośrednio z serwerem VoIP (interfejs Ethernet lub modem) i nie wymaga do działania
    w sieci innych urządzeń,
–   adaptery   FXS-do-USB,     gdzie   podłączamy    aparat   do   komputera   programowo
    obsługującego nasze połączenia z serwerem
–   adaptery FXO-do-USB – umożliwiają podpięcie do komputera linii telefonicznej PSTN i
    połączenie jej programowo z linią IP
FXO (Foreign Exchange Office) jest interfejsem telefonów w sieciach PSTN, za pomocą
którego aparat podłączany jest do sieci, natomiast FXS (Foreign Exchange Station) –
interfejsem central telefonicznych. Zawsze występują połączenia FXS↔FXO, nigdy
FXS↔FXS, czy FXO↔FXO. Konwertery sygnału z telefonów z sygnałem impulsowym
(telefony „z tarczą”) do sygnałów DTMF, mogą przy użyciu adaptera FXS-do-VoIP zostać




                                             7
podpięte do sieci telefonii IP (chociaż jeszcze nie zostało to przetestowane), natomiast
popularne konwertery FXS-do-FXO dają możliwość stworzenia taniej bramki PSTN-VoIP.
       Bramki (Media Gateways) łączą sieci PSTN (analogowe i ISDN) lub komórkowe z
sieciami VoIP. Na rynku pojawiły się także centrale telefoniczne PBX (Private Branch
Exchange) dające możliwość tworzenia sieci telefonicznej wewnątrz danej instytucji i
wykonywania połączeń poza nią. Innym przykładem centrali telefonicznej VoIP będącej
jednocześnie miejscem połączenia sieci PSTN i IP może być centrala zbudowana z komputera
PC z zainstalowanym programowym PBX Asterisk i specjalną kartą Sangoma AFT A102
(posiada wejścia E1 i T1), której schemat zamieszczony jest w prezentacji.


Przyszłość VoIP


       Voice over IP jest technologią bardzo obiecującą. Posiada liczne zalety przemawiające
za zastosowaniem jej zamiast tradycyjnej sieci PSTN, takie jak możliwość szybkiego
powracania do normalnej pracy po awarii i omijania uszkodzonych punktów sieci, co nie
hamuje ruchu pakietów, a także łatwiejsza administracja siecią poprzez zmniejszenie liczby
przewodów i zintegrowanie linii telefonicznych z liniami danych. Warto jednak zwrócić
uwagę na to, iż sprawa kosztu instalacji infrastruktury VoIP w dużym stopniu zależy od
istniejącej sieci komputerowej w danej firmie. Liczne korporacje już zaufały VoIP –
Microsoft, Motorola, banki – to przykłady niektórych. Z powodu powszechnej popularyzacji
sieci PSTN zastępowanie ich poprzez telefonię IP jest raczej procesem stopniowym niż
rewolucyjnym, zarysowują się jednak trendy sieci hybrydowych, łączących ciągłą dostępność
PSTN i zalety VoIP.
       VoIP ma przed sobą jeszcze wielkie wyzwania w postaci zapewnienia odpowiedniego
bezpieczeństwa w sieciach (co jednak nie różni się od ochrony „zwykłej” sieci
komputerowej) i rozwoju Wireless VoIP, który zdaje się być kolejnym etapem osiąganym
przez tą technologię. Wireless VoIP i sprzęt z nim związany będzie bowiem umożliwiał
korzystanie z sieci VoIP poprzez WiFi w budynkach i automatyczne przełączanie abonenta do
sieci GSM poza nimi, redukując tym samym liczbę aparatów telefonicznych i upraszczając
komunikację.




                                              8

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Stats:
views:32
posted:6/12/2011
language:Polish
pages:9