Введение

Телефонная связь  и голосовое общение в современном  мире – это один из самых быстрых  способов выразить свои мысли и объяснить что-то. Возможность непрерывного диалога, в отличие от писем, ускоряет коммуникацию, да и к тому же, речевое общение – это наиболее удобный для человека способ взаимодействия с себе подобными. В этом случае не имеет значения скорость набора на клавиатуре, которая часто становится камнем преткновения при различном текстовом общении (например, в веб-чатах или программах-мессенджерах).

До недавнего  времени единственным способом такой  голосовой коммуникации была обычная  аналоговая телефония. Однако развитие интернета и ограниченные возможности традиционной телефонии не так давно привели к появлению цифровой телефонии.

IP-телефония  (произносится «АйПи») известная  еще как Интернет-телефония - это  современный вид связи, основанный на технологии VoIP (Voice over Internet Protocol), – технологии передачи голосовой информации или факсов через Интернет или любые другие цифровые каналы связи, использующие протокол IP (Internet Protocol). С точки зрения пользователя, IP-телефония обеспечивает те же функции, что и традиционная телефонная связь – разговор или передача факса между абонентами городских или офисных АТС в реальном времени. Однако использование цифровых технологий и каналов позволяет значительно снизить стоимость междугородных и международных звонков.

В отличие от традиционных телефонных сетей общего пользования (ТфОП), где голос передается непрерывно в «естественном», аналоговом виде, в IP-сетях вся информация транслируется  исключительно в цифровом виде. Голос  кодируется в цифровую последовательность, пересылается в пункт назначения, где снова декодируется в исходную человеческую речь. Перед отправкой оцифрованная голосовая информация сжимается и дробится на мелкие «куски» – пакеты данных, отсюда еще одно название IP-телефонии – «пакетная телефония». Пакеты, добравшись, зачастую разными маршрутами, до места назначения, снова собираются в единое целое, выстроившись в исходном порядке.

Для чего это  делается? Для наиболее рационального  использования каналов связи. Ведь очевидно, что через одну и ту же трубу достаточного диаметра кубометр теннисных шариков пройдет быстрее и легче, чем кубометр футбольных мячей. К тому же, плотность потока в первом случае будет выше, а неиспользуемых пустот будет меньше. В сети Интернет, в отличие от трубы, пакеты, в зависимости от загрузки каналов, пересылаются различными маршрутами (маршрутизация), т.е. потоков не один, а много; благодаря чему скорость передачи информации выше.

Целью данной работы является детальное рассмотрение сферы VoIP технологий. Обзор преимуществ и недостатков по сравнению с аналоговыми телефонными линиями, Виды соединении и применяемые технологии. Особое внимание указывается проблемам VoIP и методам их решений. В практической части рассматривается использование тандемного кодирования, различные транспортные протоколы и проектирование системы номеров для предприятия.

Глава 1. Изучение принципов работы VoIP

1.1 История создания и развития VoIP

Создание и  развитие технологии VoIP началось, по историческим меркам, сравнительно недавно. Бытует мнение, что концепция передачи голоса с помощью персонального компьютера через сеть с пакетной коммутацией зародилась в Университете штата Иллинойс (США). В 1993 году Чарли Кляйн (Charley Kline) реализовал эту идею, создав Maven - первую программу для PC, обеспечивающую передачу голоса по сети. Тогда же одним из самых популярных сетевых мультимедийных приложений стала разработанная в Корнельском университете программа для организации видеоконференций на платформе Macintosh - CU-SeeMe.

В апреле 1994 года обе программы были опробованы для трансляции в Интернете полета космического челнока Endeavor. NASA передавало на Землю изображение с помощью программы CU-SeeMe, а звук -  с помощью Maven. Полученные сигналы из Льюисовского исследовательского центра поступали на Macintosh, подключенный к Интернет, и любой желающий мог следить за происходящим и слышать голоса астронавтов. Позже программы объединили и появился вариант CU-SeeMe с полноценной поддержкой аудио и видео функций для обеих компьютерных платформ - Macintosh и PC.

В феврале 1995 года появился первый пакет программного обеспечения для Интернет-телефонии - Internet Phone, предложенный израильской  компанией VocalTec и позволявший пользователям  мультимедийных PC, работающих под ОС Windows и оборудованных микрофоном и наушниками или колонками, разговаривать с другими такими же пользователями. В качестве среды для голосового общения VocalTec планировала использовать очень популярные каналы Internet Relay Chat (IRC), но компания не уведомила Eris Free Network (EFNet), курирующую IRC о потенциально возможном увеличении графика, и поэтому доступ к этим каналам для Internet Phone был закрыт. Разногласия были улажены лишь через несколько недель.

Тем временем уже  была создана частная сеть серверов Internet Phone, а с сайта VocalTec были скачаны тысячи копий программы. Другие компании, оценив привлекательность практически дармовых международных разговоров, буквально наводнили рынок продуктами для IP-телефонии. В сентябре небольшая компания из Далласа выпустила в продажу свою разработку – DigiPhone, которая обеспечивала уже дуплексную связь, позволяя говорить и слушать одновременно.

В марте 1996 года VocalTec объявила о своем совместном с крупнейшим производителем ПО для  компьютерной телефонии Dialogic проекте – «Internet Telephone Gateway». Целью проекта было создание первого специализированного телефонного шлюза для IP-телефонии, получившего название VocalTec Telephonе Gateway (VTG), объединяющего сеть Интернет и ТфОП. Связав традиционные телефонные каналы с Интернетом, VTG обеспечивали возможность абонентам обычных телефонных станций, не имевшим ни малейшего представления ни о компьютерах, ни тем более об IP-сетях, воспользоваться всеми преимуществами IP-телефонии.

В августе 1997 года компания VocalTec объявила о своей программе телефонии следующего поколения NextGen Telephony Program и совместном соглашении по маркетингу IP-телефонии во всем мире с несколькими ITSP, среди которых Delta Three, Biztrans Technology, PacificNet, NetTel, Halidon и Access Power. Благодаря этой программе пользователи последней версии Internet Phone  могут использовать шлюз одного из указанных ITSP для связи с обычным телефоном. Тогда же начали использоваться глобальные выделенные сети для передачи голоса по IP, предназначенные только для этого, а не общедоступная сеть Internet и качество голосовой связи стало выше.

1.2 Преимущества

Еще совсем недавно  телефонные сети и IP-сети существовали независимо друг от друга и выполняли  свои специализированные функции: сети с коммутацией каналов обеспечивали телефонную и факсимильную связь, а сети с коммутацией пакетов – передачу цифровых данных. Технология VoIP позволила объединить оба типа сетей, а IP-телефония, построенная на этой технологии, вобрала в себя их преимущества.

Низкая стоимость  связи (особенно для междугородных и международных телефонных звонков). Обычная телефония базируется на разветвленной сети кабелей и станций, монтаж и эксплуатация которых весьма затратны, отсюда и высокие тарифы, и их зависимость от расстояния. Кроме того, долгое время оставаясь монополистами на рынке услуг связи, телефонные операторы традиционно завышают цены. IP-телефония, используя сжатие данных и многопотоковость, максимально эффективно использует каналы связи, идущие «в обход» междугородных и международных телефонных операторов, что снижает стоимость звонков через Интернет в разы.

Простота пользования. Воспользоваться IP-телефонией так же просто, как и традиционной телефонной связью. От абонента не требуется никаких  специальных знаний, это может  сделать даже человек, никогда не слышавший об Интернет и компьютерах.

Качество и  надежность связи, в сравнении с  ранними решениями IP-телефонии, неуклонно  растет. Улучшенные алгоритмы кодирования  голоса и восстановления потерянных пакетов позволили выйти на такой уровень, когда собеседники воспринимают речь практически так же, как при обычной телефонной связи. Незначительные, в пределах 150-250 мс, задержки могут оказывать влияние на темп беседы, но не снижают качество речи.

Расширение возможностей корпоративных сетей – объединение региональных филиалов в единую информационную структуру с общекорпоративной телефонной и компьютерной сетью. IP-телефония идеально подходит для создания виртуальной частной сети (VPN) компании. Такая интрасеть обеспечивает наиболее оперативное управление филиалами и обмен данными при решении деловых задач, а совмещение телефонного трафика, передачи данных и доступа в Интернет позволяет сократить количество арендуемых  каналов связи.

Глобальный роуминг  услуг связи, построенный на технологии VoIP, отличается гораздо большей гибкостью по сравнению с традиционными решениями и на порядок меньшими затратами, что весьма привлекательно для операторов мобильной связи.

1.3 Недостатки

Технология Voice over IP (VoIP), успешно развиваясь и обладая  целым рядом неоспоримых преимуществ, все же не лишена и недостатков, о которых следует помнить, выбирая оптимальную конфигурацию для телефонной и факсимильной связи.

Несмотря на расхожее утверждение маркетологов, IP-телефония не всегда самый дешевый  вид связи и не единственный способ снижения стоимости междугородных и международных звонков. Например, относительно дешевый «межгород» можно получить, воспользовавшись внутрисетевым роумингом сотовых операторов. В то же время у VoIP-оператора может не оказаться выхода на ТфОП нужного населенного пункта, и расстояние до него от ближайшего шлюза будет покрыто с помощью традиционной телефонной сети, что увеличит стоимость звонка.

Качество Интернет-телефонии  неуклонно повышается, но иногда оно  все же уступает качеству обычной телефонии. Один из основных недостатков VoIP – это задержки прохождения пакетов с речевой информацией по каналам IP сети, зависящие от множества факторов. Причем повлиять на эти факторы за пределами своей локальной сети, особенно при использовании публичных каналов Интернет, практически невозможно.

При организации  корпоративной телефонии на основе существующей сети передачи данных необходимо учитывать, что подобные сети могли  быть созданы относительно давно  и поэтому не всегда пригодны для VoIP. В такой ситуации потребуются дополнительные инвестиции на модернизацию сетевой инфраструктуры, что может существенно снизить экономическую привлекательность перехода на IP-телефонию.

В плане надежности связи неоспоримым преимуществом  стандартной телефонной сети является возможность звонить даже при отключении электроэнергии – питание на телефон поступает с АТС по телефонной линии. Исключение - радиотелефоны, база которых питается от локальной электросети. VoIP оборудование, независимо от типа, в случае отключения электроэнергии становится абсолютно бесполезным. Кроме того, ему требуется не только электропитание, но и широкополосный доступ в Интернет.

Есть проблемы и со звонками в службы неотложной помощи – не везде VoIP-операторы предоставляют  возможность экстренного вызова, скажем по номеру 911. Связано это с тем, что абоненты IP телефонии не имеют жесткой географической привязки и сложно определить откуда поступил звонок, чтобы перенаправить его в ближайшую службу спасения.

Уделяя максимум внимания повышению качества передачи речи (QoS), VoIP-операторы порой пренебрегают безопасностью. А ведь при использовании общедоступных IP-сетей инфраструктурам VoIP угрожают традиционные для сетей передачи данных опасности, в том числе различные вирусы. Наиболее опасны DoS атаки, способные с помощью одного-единственного соответствующим образом подготовленного SIP-пакета вывести из строя целую корпоративную сеть на десятки часов. Конфиденциальность телефонного разговора по VoIP без использования соответствующих механизмов защиты не обеспечивается. Появилась и своя разновидность спама - спит (SPIT - Spam over Internet Telephony), неоправдывающая себя в обычной, относительно дорогой телефонии.

1.4 Виды соединений

1.4.1 Компьютер – компьютер

Самое простое  и исторически первое решение Интернет-телефонии. Все, требуемое для его реализации оборудование, – пара подключенных к Интернет компьютеров со звуковыми картами, наушниками и микрофоном. Преобразования речи и пересылка пакетов выполняется специальным программным обеспечением. Поскольку услуги каких-либо операторов связи, кроме Интернет-провайдера, не используются, стоимость связи равна стоимости фактически израсходованного трафика.

1.4.2 Компьютер – телефон

При такой схеме  реализации IP-телефонии один из абонентов  вместо мультимедийного компьютера использует обычный телефон. Связь осуществляется через шлюз, который, с одной стороны, подключен к телефонной сети (ТфОП) и может соединиться с любым телефоном, а с другой – к сети Интернет, и может соединиться с любым компьютером. Шлюз оцифровывает, сжимает и пакетирует поступающий из телефонной сети сигнал и передает его по IP-сети на компьютер. Сигнал, поступающий от компьютера, проходит обратную обработку и передается в телефонную сеть. Прохождение сигналов в обе стороны происходит практически одновременно, что обеспечивает привычную дуплексную связь, позволяющую говорить и слушать одновременно.

1.4.3 Телефон – телефон

При таком соединении абонентам не нужны никакие знания о компьютерах или Интернет и  никакое специальное оборудование - только обычный телефон. В общем случае вызывающий абонент звонит на специальный номер доступа, указанный провайдером IP-телефонии, и, переключив свой аппарат в тоновый режим, вводит свой PIN код и номер вызываемого абонента. Все коммутации и преобразования голосовых сигналов производятся оборудованием провайдера.