Модернизация ЛВС администрации г. Краснодар: подсистема поддержки цифровой телефонии на основе VoIP

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Основной целью дипломной работы является разработка проекта модернизации ЛВС администрации муниципального образования г. Краснодар. Рабочий проект должен включать в себя технологические решения по построению ЛВС Администрации муниципального образования г. Краснодар с учетом действующих на данный момент нормативных документов.

Основными задачами проекта также будут являться задачи нахождения наиболее технологичных методов реализации поставленной задачи, а именно, обеспечение администрации муниципального образования г. Краснодар передачей голосового трафика по средствам VoIP. В частности на базе ЛВС должен быть развернут сервис QoS,а так же использоваться технология PoE.



1. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СЕТИ

1.1 Характеристика организации и его структура

Администрация города Краснодара (далее администрация города) в соответствии с Уставом города наделена правом юридического лица. Администрация города осуществляет свою деятельность по решению вопросов местного значения в пределах полномочий, отнесенных к ее компетенции федеральными законами, законами Российской Федерации настоящим Уставом, решениями городской Думы. Структуру администрации города утверждает городская Дума по представлению главы города. В структуру администрации города могут входить территориальные, отраслевые (функциональные) органы администрации города.

Структура администрации города должна обеспечить решение вопросов местного значения в объеме, принятом Уставом города, исполнение принятых муниципальных бюджетных обязательств и переданных отдельных государственных полномочий. Органы администрации города могут создаваться департаментами, управлениями, комитетами, отделами, секторами. Органы администрации города могут наделяться правами юридического лица. Структуру органа администрации города, порядок его создания и деятельности, полномочия органа администрации города определяют положения, утверждаемые главой города.

Структура администрации города утверждена решением городской Думы от 24.01.2006 № 194 «Об утверждении структуры администрации города Краснодара».

В целях решения вопросов местного значения администрация города обладает полномочиями:

1. Обеспечивает исполнение местного бюджета, программ комплексного социально-экономического развития муниципального образования, а также организует сбор статистических показателей, характеризующих состояние экономики и социальной сферы муниципального образования, и предоставляет указанные данные органам государственной власти в порядке, установленном Правительством Российской Федерации;

2. Разрабатывает и представляет главе города проект местного бюджета и отчет о его исполнении, проекты программ комплексного социально-экономического развития муниципального образования и отчеты об их исполнении, проекты нормативно-правовых актов по вопросам местного самоуправления;

Рисунок 1.1 Структура администрации г. Краснодар

3. Создает муниципальные предприятия и учреждения, финансирует муниципальные учреждения, формирует и размещает муниципальный заказ;

4. Осуществляет управление имуществом, находящимся в муниципальной собственности, в том числе муниципальными предприятиями и учреждениями;

5. Устанавливает тарифы на услуги, предоставляемые муниципальными предприятиями и учреждениями, если иное не предусмотрено федеральными законами;

6. Осуществляет международные и внешнеэкономические связи в соответствии с федеральными законами

1.2 Анализ программно-технического обеспечения организации

В администрации города Краснодара насчитывается около 500 рабочих мест, оснащенных ПЭВМ и телефонными аппаратами. Все отделы оснащены станциями с различной производительностью, в зависимости от вида выполняемой сотрудником работы. Рабочие места руководителей отделов, заместителей главы, а так же их приемные оснащены ноутбуками или высокопроизводительными моноблоками.

Так же в зависимости от производительности ПЭВМ установленных на рабочих местах, на них установлены различные версии операционных систем: MSWindows 7 Corporateedition или MSWindowsXPProfessional.

На данный момент рабочие места оснащены обычными аналоговыми телефонными аппаратами или не имеют телефонной связи.

В качестве АТС в здании администрации в данный момент используется стек аналогово-цифровых станций NEC UNIVERGE SV8100. Количество оснащенных телефонами рабочих мест составляет примерно половину от их общего количества.

В связи с большим числом отделов и их разносторонней занятостью в сети используется большое количество специализированного программного обеспечения, часть которого требует постоянного соединения рабочих станций с серверами. В качестве базы данных нормативной документации используется программное обеспечение «Консультант Плюс», «Гарант».

Рабочие места подключаются к локальной сети посредством неуправляемых коммутаторов. Кабельная система не структурирована.

Доступ в Интернет осуществляется с помощью межсетевого экрана. Скорость внешнего канала составляет всего 5Мбит/с.

1.3 Анализ текущей структуры локальной вычислительной сети

В настоящий момент ЛВС организована по смешанной топологии. Часть коммутаторов соединены последовательно, часть образует иерархическую древовидную структуру (рисунок 1.2). Телефонная сеть сейчас никак не пресекается с ЛВС и представляет собой стек аналогово-цифровых станций и кросса в серверном помещении, а так же 5 этажных кроссов, от которых произведена разводка до конечных абонентов (рисунок 1.3).

Рисунок 1.2 - Схема текущей ЛВС

Рисунок 1.3 - Схема текущей сети телефонии



2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕТИ

Для организации таких масштабов наиболее рациональным решением является создание СКС (структурированной кабельной системы) или локальной вычислительной сети максимально приближенной по характеристикам к СКС. Так же логичным решение является замена аналоговой телефонии ip-телефонией и совмещение её с модернизируемой ЛВС.

Основными недостатками с действующей сети являются:

1) Разделение телефонной сети и ЛВС приводит к необходимости содержание персонала для обслуживания обеих сетей;

2) аналоговая телефония не позволяет экономить на связи и усложняет взаиморасчеты с компанией предоставляющей услуги связи из-за необходимости оплачивать каждый номер отдельно;

3) сложность администрирования существующих сетей, обусловленная тем, кабельная система не структурирована, неизвестны маршруты прохождения многих частей кабельной системы, а так же тем, что телефонная сеть и ЛВС проложены разными маршрутами;

4) подключение новых рабочих мест занимает большое количество рабочего времени и требует выполнения монтажных работ с привлечением специалистов по монтажу кабельных систем, закупки материалов, пассивного сетевого оборудования;

5) из-за построения сети по смешанной топологии, при отказе активного сетевого оборудования появляются проблемы в нахождении проблемного участка, и может повлечь за собой значительные простои в работе отделов, потерю данных и отказы в работе целых сегментов сети;

6) подобная топология имеет «узкие места» в которых пропускная способность между целыми сегментами не превышает пропускную способность, используемую одним конечным абонентом.

С принципами построения модернизируемой сети можно ознакомиться на общей схеме (рисунок 2.1), содержащей вышеуказанное оборудование.

Рисунок 2.1- Схема модернизируемой сети



3. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТАНДАРТОВ IP-ТЕЛЕФОНИИ

3.1 Общие сведения

Пионером в стандартизации протоколов, описывающих взаимодействие узлов при использовании IP-телефонии, стал комитет International Telecommunication Standardization Sector (ITU-T), который в 1996 г. разработал стандарт Н.323, регламентирующий такое взаимодействие. Хотя рекомендации, касающиеся передачи голосового и видеотрафика, разрабатывались еще с начала 1990-х годов, они не имели в виду использование IP-сетей в качестве транспорта для этого трафика, а касались в основном ISDN. Стремление использовать сложившуюся структуру IP-сетей привело к появлению в 1996 г. стандарта Н.323 (Visuall Telephone System sand Terminal Equipment for Local Area Networks whicy Provide a Non-Guaranteed Quality of Service - видеотелефоны и терминальное оборудование для локальных сетей с негарантированным качеством обслуживания). В 1998 г. была одобрена вторая версия этого стандарта - Н.323 v.2 (Packet-based multimedia communication systems - мультимедийные системы связи для сетей с коммуникацией пакетов). В сентябре 1999 г. была одобрена третья версия рекомендаций, 17 ноября 2001 г. была одобрена четвертая версия стандарта Н.323. Сейчас Н.323 - один из важнейших стандартов из этой серии. Стандарт Н.323 - это рекомендации ITU-T для мультимедийных приложений в вычислительных сетях, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (QoS). Такие сети включают в себя сети пакетной коммутации IP и IPX на базе Ethernet, FastEthernet и TokenRing.

Одновременно с рекомендациями ITU-T Европейский институт стандартизации телекоммуникаций ETSI (Europe Telecommunications Standartization Institute) начал работу над проектом TIPHON (Telecommunication sand IP Harmonizations over Network).

Главными приоритетами этого проекта является решение проблем взаимодействия между сетями с маршрутизацией пакетов и сетями с коммутацией каналов.

Комитет IETF (Enternet Engineering Task Force) занимается разработкой протоколов и стандартов, направленных на развитие мультимедийных возможностей Интернет. Разработанные им решения находят широкое применение в IP-телефонии. Так комитетом был представлен протокол резервирования ресурсов RSVP (Resource Setup Rezervation Protocol), опубликованный в документе RFC-2005. Протокол RSVP позволяет конечным системам резервировать сетевые ресурсы для получения необходимого качества услуг. Отправители предоставляют маршрутизаторам общие характеристики трафика (например, темп передачи данных, вариабельность), получатели определяют требуемый уровень качества услуг. Маршрутизаторы сводят затем воедино запросы на выделение ресурсов на общих участках маршрутов движения полезной нагрузки.

Далее, для обеспечения передачи данных в режиме реального времени был разработан протокол RTP (Real-time Transport Protocol), опубликованный в документе RFC-1889. При использовании RTP каждый пересылаемый пакет данных снабжается информацией о времени его посылки, что позволяет принимающей стороне выстраивать полученные пакеты в определенном временном порядке. В качестве дополнительного средства адаптации приложений к изменяющимся нагрузкам на сеть совместно с RTP может применяться протокол RTCP (Real-time Transport Control Protocol). Используя этот протокол, приложение может, например, отслеживать пропускную способность сети и переключаться в режим кодирования/декодирования аудиосигнала более низкого качества при существенном возрастания нагрузки на сеть передачи данных.

Несколько специальных рабочих групп IE/TF занимаются разработкой протоколов, направленных на узкоспециализированные области применения. Специализированная рабочая группа MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) разработала собственный протокол прикладного уровня SIP (Session Initiation Protocol), опубликованный в RFC-2543 и принятый в качестве стандарта в марте 1990 г.

Несколько рабочих групп IETF в данный момент работают над проектами, использующими понятие качества обслуживания QoS. К таким проектам относится механизм мультипротокольной коммутации MPLS (Multiprotocol Label Switching) и спецификация дифференцированного обслуживания (Differential Services, Diff-Serv). При использовании MPLS к IP-пакетам добавляется специальная метка, указывающая, что пакет должен проходить через глобальную сеть по заранее определённым маршрутам, что позволяет существенно уменьшить время поиска адресов, по которым должны передаваться пакеты. Технология Diff-Serv предназначена для присвоения различным приложениям различных значений параметров QoS. Фактически это означает, что для каждого из приложений в передаваемых этими приложениями IP-пакетах будут устанавливаться биты ToS, указывающие класс QoSдля различных видов трафика.

Кроме того, в IETF существует рабочая группа MEGACO, разработавшая в недавнем прошлом протокол управления шлюзами MGCP (Media Gateway Control Protocol). В последствии специально для организации эффективного взаимодействия между шлюзами рабочая группа IETFSIGTRAN разработала протокол SCTP (Stream Control Transport Protocol), который должен прийти на смену протоколам TCP/UDP в сетях, построенных на основе MGCP.

Продолжая работу над усовершенствованием протокола MGCP, рабочая группа MEGACOIETF и исследовательская группа SG 16 ITU-T предложили протокол MEGACO/H.248, разработанный на основе протокола MGCP и представляющего собой более функциональную и усовершенствованную версию последнего.



3.2 Рекомендация Н.323

Один из первых рекомендаций, регламентирующих взаимодействие устройств при передаче аудио- и видеоинформации, является стандарт Н.323. Этот стандарт описывает процессы передачи чувствительных к времени доставки данных по сетям с негарантированным качеством обслуживания (QoS) и предусматривает:

- процедуры управления полосой пропускания;

- механизмы взаимодействия сетей;

- платформенную независимость;

- поддержку многоточечных конференций;

- поддержку многоадресной передачи.

Основными устройствами в сети передачи данных согласно Н.323 являются следующие.

Пользовательский терминал -- устройство с помощью которого клиент осуществляет работу с сетью IP-телефонии (непосредственно проводит вызов абонента).

Шлюз (gateway) - рекомендуемое устройство для поддержки взаимодействия между различными сетями (например, трансляция протоколов Н.255.0 и Н.221 при взаимодействии с абонентами ISDN-устройств).

Контроллер зоны (gatekeeper, softswitch) - рекомендуемое устройство, играющее роль виртуальной телефонной станции, с реализованными функциями управления и адресации вызовов, обеспечения дополнительных телефонных сервисов (например, передача или перенаправление вызовов), управления качеством полосы пропускания для получения необходимого QoS, управления общим использованием сетевых ресурсов, а также сетевого администрирования и безопасности.

Устройство организации многоточечных конференций (Multi Point Control Unit) - устройство для поддержки многоточечных конференций по централизованной, децентрализованной или гибридной схеме. В централизованной схеме каждый контроллер обменивается информационными потоками с центральным устройством, перенаправляющим или распределяющим вызовы с использованием Н.245. В децентрализованной схеме для доставки информации используется технология групповой адресации, а передача управляющей или контрольной информации также осуществляется между терминалами и MCU. Гибридная схема объединяет эти два подхода. Не менее важное значение имеют служебные протоколы передачи управляющей информации, например, протокол Н.245, который используется для передачи различного рода служебной информации во время сеансов Н.323. К таким служебным параметрам относятся: согласование параметров при установке сеанса с терминалами, команды на инициализацию и закрытие логических каналов передачи сообщений, управление потоками и т.д.

Для установки и закрытия соединения между двумя устройствами Н.323 служит протокол сигнализации вызова Q.931, а для контроля за пропускной способностью и состоянием устройств используется протокол RAS.

Непосредственная передача данных в сеть осуществляется посредством протокола RTP, который представляет собой сетевой транспорт для приложений, передающих чувствительные к задержкам мультимедийные данные. Протокол RTP не содержит встроенных механизмов резервирования полосы пропускания и не обеспечивает гарантируемое качество обслуживания QoS для приложений реального времени. Для усиления эффективности контроля передачи данных используют протокол RTCP. Оба эти протокола являются независимыми от протоколов сетевого и транспортного уровней.

Рассмотрим процедуру установления соединения при использовании Н.323:

1 Оконечное оборудование с помощью широковещательного запроса осуществляет поиск softswitchf (привратника) посылкой сообщения GRO (Gatekeeper Reguest).

2 Получив от конечного оборудования сообщение GRO, softswitch отвечает сообщением GCF (Gatekeeper Confirm), если он готов обслуживать оконечное оборудование, и сообщение GRJ в противном случае. При отказе в теле сообщения дается причина отказа и дополнительная информация (например, адрес альтернативного softswitch).

3 Оконечное оборудование сообщением RRO (Registration Reguest) отправляет softswitch.

4 В ответ softswitch посылает сообщение RCF при успешной регистрации и сообщение RRJ (Registration Reject) в противном случае.

5 После регистрации оконечное оборудование может осуществить вызов определенного абонента передачей сообщения ARQ (AdmissionReguest), в котором указывается скорость передачи (кратная 100 бит/с) и число каналов, необходимых для передачи речевой информации.

6 Softswitch отвечает сообщением ACF (AdmissionConfirm), если есть может обеспечить запрашиваемые параметры, и сообщение ARJ (Admission Reject) в противном случае.

7 После этого между вызывающим и вызываемым оборудованием устанавливается логический канал в соответствии с сигнализацией Q.931, причем запросы и ответы могут передаваться через softswitch, так и непосредственно.

8 После передачи сообщений Q.931 Setup и Connect между вызывающим и вызываемым оборудованием устанавливается канал управления в соответствии с протоколом Н.245.

9 Вызываемое и вызывающее оборудование обмениваются информацией об адресах и номерах сеансов для протоколов RTP/RTCP, после чего между ними создается определенно число каналов транспортировки RTP и каналов управления RTCP.

На этом процедура установки соединения заканчивается.

3.3 Протокол SIP

В качестве альтернативы Н.323 может использоваться протокол SIP (Session Initiation Protocol), представляющий собой текст-ориентированный протокол, являющийся частью архитектуры, предложенной IETF. Архитектура сама по себе включает протоколы резервирования ресурсов (RSVP), транспортный протокол реального времени (RTP), протокол передачи потоков реального времени (RTCP), протокол описания параметров связи (SDP) и протокол уведомления о связи (SAP). Протокол SIP имеет общие черты с протоколом НТТР, такие как синтаксис и архитектура «клиент-сервер». В силу этого все взаимодействия в сети SIP построены через отправку запросов клиентом, а также прием, обработку и формирования ответов со стороны сервера. Сеть построена на основе протокола SIP, включает в себя следующие узлы:

- агенты пользователя, являющиеся приложениями терминалов и состоящие из клиентской и серверной частей (клиентская часть инициирует SIP-запросы, серверная принимает запросы и возвращает ответы);

- прокси-сервер интерпретирует (и может перезаписывать) заголовки поступивших от клиентов запросов перед отправкой их другим серверам. Ответы клиенту SIP также поступают не напрямую, а через обслуживающий его прокси-сервер;

- сервер переадресации определяет текущее местоположение вызываемого абонента и сообщает его вызывающему пользователю.

Стек протоколов, используемый при осуществлении взаимодействия по протоколу SIP, включает в себя следующие протоколы:

Протокол инициирования сеанса связи

(Session Initiating Protocol)……………..Прикладной уровень

Протоколы IРv4 и IРv6…………………Транспортный уровень

Протоколы IРv4 и IРv6 …………………Сетевой уровень

Диаграммы Ethernet, ATM ……………..Канальный уровень

Среда передачи UTP5, fiber-optic ………Физический уровень

Сообщения-ответы протокола SIP бывают шести видов:

- запрос в процессе выполнения (код возврата 1хх);

- успешный вопрос (2хх);

- переадресация (Зхх);

- неправильный запрос (4хх);

- отказ сервера (5хх);

- глобальный отказ (бхх).

Общая схема сети, построенная для использования в ней протокола SIP, представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Общая схема сети, построенной для использования в ней протокола SIP

Рассмотрим процедуру установки соединения при взаимодействии узлов по протоколу SIP.

1 Клиент агента пользователя отправителя SIP посылает прокси-серверу SIP сообщение INVITE, служащее для установки нового соединения.

2 Прокси-сервер осуществляет поиск вызываемого абонента, для чего обращается к серверу адресов.

3 Сервер адресов возвращает запросам ответ, содержащий адрес вызываемого абонента.

4 Прокси-сервер пересылает запрос INVITE серверу агента пользователя-адресата.

5 Сервер агента пользователя-адресата возвращает прокси-серверу ответ.

6 Прокси-сервер пересылает ответ клиенту агента пользователя-отправителя.

7 Клиент агента пользователя-отправителя отправляет прокси-серверу сообщение АСК, свидетельствующее об успешной установке соединения.

8 Прокси-сервер перенаправляет сообщение АСК серверу агента пользователя-адресата.

9 Клиенты отправителя и адресата начинают обмениваться мультимедийными данными между собой.

Кроме того, на приведенной схеме отсутствует еще один элемент, предусмотренный стандартом SIP, - сервер определения местоположения. Наличие этого сервера связано с необходимостью обеспечения мобильности пользователей в пределах сети IP-телефонии. При перемещении пользователя в пределах сети он с помощью сообщения REGISTER информирует все остальные элементы сети. За хранение актуального на текущий момент адреса пользователя отвечает как раз сервер определения местоположения. Кроме постоянного адреса пользователя в его базе может храниться еще несколько адресов. В регламентирующем документе RFC-2543 сервер определения местоположения представлен как отдельный элемент, а конкретные технологии, обеспечивающие его работу, не указаны. В реальных сетях для этого обычно используются протоколы LDAP, rwhois и др. Также стоит обратить внимание на то, что любой пользователь никогда не обращается к серверу определения местоположения напрямую, а взаимодействует с ним только через прокси-сервер SIP.

3.4 Протокол MGCP

Более современный подход к построению сетей IP-телефонии заключается в использовании протокола MGCP. Преимущества этого протокола в том, что при построении сети IP-телефонии он предусматривает совместное использование как имеющихся устройств Н.323, так и устройств SIP. В сущности, MGCP не предлагает модели построения системы IP-телефонии «сверху донизу», а лишь определяет средства управления шлюзами. Эта модель оперирует компонентами других видов - портами и подключениями. В качестве портов могут выступать физические порты - аналоговые или цифровые интерфейсы, поддерживающие однотелефонное соединение, или виртуальные порты - программное обеспечение, являющиеся источником речевой информации на сервере. Под соединением понимают наличие подключения порта к одному из концов канала, которое создается между ним и другим портом. При подключении порта с другой стороны канала будет создано еще одно соединение.

Для описания процесса обслуживания вызова используется специально разработанная модель организации соединения (Connection Model).

В протоколе MGCP определяются следующие типы устройств (рисунок 3.2):

- транспортный шлюз -- Media Gateway (MG) - выполняет прием речевой информации, поступающей от классической телефонной сети (POST), и преобразует ее вид, пригодный для транспортировки по IP-сетям;

- контроллер шлюзов - Call Agent - выполняет функции управления несколькими шлюзами; в сети может находиться несколько контроллеров, синхронизированных между собой;

Рисунок 3.2 - Схема сети с использованием протокола MGCP

- шлюз сигнализации- Signaling Gateway (SG) - обеспечивает перемещение сигнальной информации между телефонной сетью и контроллером шлюзов, выполняет роль транзитного узла по отношению к сети сигнализации ОКС7 (т.е. к POTS).

Шлюз сигнализации должен принимать сигнальные сообщения верхнего уровня, поступающие из телефонной сети общего пользования, и передавать их к контроллеру шлюзов, а также передавать по IP-сети сигнальные сообщения формата Q.931.

Протокол MGСР, используемый контроллерами шлюзов, является внутренним протоколом для обмена информацией между распределенными блоками распределенного шлюза и подразумевает явное одностороннее управление, при котором контроллер шлюзов является ведущим устройством, а шлюз - ведомым, выполняющим все команды контроллера шлюзов.

К наиболее значимым преимуществам протокола MGCP относятся поддержка сигнализации ОКС7 и других видов телефонной сигнализации, возможность прозрачной трансляции сигнальной информации по сети IP-телефонии без необходимости кодирования.

3.5 Протокол MEGACO/H.248

Развитием протоколов управления шлюзами стал протокол MEGACO/H.248, более функциональный, чем протокол MGCP. Для переноса транспортных сообщений этот протокол может использовать как классические протоколы TCP/UDP, так и новый разработанный SIGTRAN протокол SCTP или транспортную технологию ATM. Его сообщения могут кодироваться либо текстовым способом - тогда для кодирования сигнальной информации используется обычный текст, а для описания сеанса связи используется протокол SDP (Session Description Protocol), либо бинарным способом - тогда для кодирования сигнальной информации используется нотация ASN. 1, а для описания сеанса связи - схема TLV (Tag-Length Value).

Внутри транспортного шлюза протокол оперирует двумя понятиями -портами и контекстами. Понятие физических портов не отличается от принятого в протоколе MGCP. Виртуальные порты существуют только в пределах разговорной сессии и являются портами RTP, через которые ведется прием и передача информации. Каждый порт имеет свой уникальный номер и набор приписываемых ему свойств, каждое из которых, в свою очередь, характеризуется уникальным идентификатором.

Контекст - это отображение между несколькими портами. Особым случаем является нулевой контекст, означающий, что порт свободен. В случае организации видеоконференции контекст определяет возможные потоки данных, циркулирующих между портами.

Соответственно, множество команд протокола MEGACO/H.248 содержит в себе команды добавления порта к контексту, удаления порта из контекста и т.д.



3.6 Протокол SCCP

SCCP -- Skinny Client Control Protocol, корпоративный (проприетарный) протокол, разработан Selsius Corporation, в настоящее время принадлежит Cisco Systems Inc., которая приобрела на него права с покупкой Selsius Corporation в 1998 году. В качестве напоминания о Selsius во всех современных Cisco IP-телефонах дефолтное название устройства для регистрации в CallManager начинается с SEP--это Selsius Ethernet Phone--после которых следует MAC-адрес.

SCCP определяет набор сообщений между Skinny-клиентом для взаимодействия проводных и беспроводных IP-телефонов Cisco 7900 серии, таких как Cisco 7960, 7940, 7920, с сервером голосовой почты Cisco Unity и Cisco Call Manager. Последний обеспечивает сигнализацию не только SCCP но и большинству VoIP протоколов -- H.323, SIP, и MGCP.

Кроме стандартных сигнальных функций управлением вызовов, обеспечиваемых Skinny, потребовались дополнительные расширенные опции, такие как: перевод звонка (трансфер), перехват звонка (пикап), конференции, и сообщения голосовой почты. Все эти опции были невозможны при использовании чистого Skinny протокола, что и послужило причиной создания SCCP, поэтому его называют иногда расширенным Skinny.

Skinny использует TCP/IP как транспортный протокол для сигнализации вызовов и контроля соединения, и RTP/UDP/IP в качестве медиа -- real time audio.



4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ СЕТИ

От надежности и качества связи часто зависит весь бизнес компании. Коммуникации являются основной средой передачи информации в современном деловом мире.

У большинства крупных компаний существует развитая сеть географически разнесенных филиалов и для организации постоянного взаимодействия они используют коммутируемые сети телекоммуникаций общего пользования. При этом они оплачивают услуги междугородних каналов связи, стоимость которых зависит от длительности разговора и расстояния между офисами, что существенно сказывается на бюджете компании.

Это тесно связано с созданием информационной инфраструктуры и транспортной среды, позволяющей оперативно получать, обрабатывать и анализировать интересующую информацию.

Для различных компаний эффективность и надежность работы в своей сфере деятельности во многом зависит от правильного определения, выбора и применения той или иной технологии передачи информации, конкретного оборудования и его конфигурации.

Один из наиболее сложных вопросов, который возникает -- это какая нужна информационная система, которая удовлетворит потребности компании, а также каждого сотрудника в соответствии с его должностными обязанностями. Как построить информационную систему, какое необходимо оборудование, какое программное обеспечение и какими средствами осуществить внедрение системы?

Основным фактором в современной коммерции является оперативность получения, обработки, анализа и передачи информации о рынках сбыта, потребностей и спрос населения на реализуемую продукцию, о наличии в данной сфере конкурентов, что в целом позволяет на основе анализа своевременно захватить лидерство и стать основным поставщиком продукции.

Наряду с этим одним из основных критериев является экономическая эффективность предлагаемого решения и её дальнейшая модернизация, с использованием действующего оборудования.

С развитием электронной торговли для коммерческих компаний большую роль будет играть наличие распространенной сети потребителей, а также развитость информационно-телекоммуникационной системы, включающая в себя локальные вычислительные сети, базы данных, высокоскоростную транспортную среду для передачи информации между удаленными офисами и потребителями, современные технические средства.

Немаловажную роль играет защита информационно-телекоммуникационной системы от возможных попыток несанкционированного доступа к информации со стороны конкурентов и отдельных лиц, заинтересованных в получении коммерческих сведений в своих корыстных целях.

В настоящее время IP-телефония занимает достаточно прочное положение на рынке технологических средств реализации телефонной связи. Технология IP-телефонии позволит при сохранении первоначальных инвестиций в инфраструктуру сетей связи и технологий работы сотрудников, добиться существенного снижения затрат на услуги связи с переходом на единую стоимость минуты разговора корпоративных абонентов, увеличить доступность сервисов абонентам за счет множественных альтернативных маршрутов.

IP-сети различных типов представляют собой в настоящее время ядро слияния (конвергенции) различных телекоммуникационных и информационных технологий.

Стремительное развитие сетевых сервисов, основанных на доставке пакетов средствами протокола IP, существенно повлияло на разработку стандартов и протоколов, позволяющих передавать голосовой трафик через общедоступные сети передачи данных.

Идея использования существующей инфраструктуры IP-сетей для передачи телефонного трафика появилась достаточно давно. Однако сам характер глобальных сетей принципиально не гарантировал приемлемой скорости передачи пакетов, а также имеющие место потери пакетов в сети и их задержки, являются критическими для передачи голосового трафика.

Под IP-телефонией на текущий момент понимается передача голосового трафика через общие сети передачи данных. Хотя такая передача технически вполне осуществима, в процессе ее реализации перед производителями возникли некоторые сложности, а именно:

- голосовой трафик, как и любой другой трафик, требующий доставки в режиме реального времени, крайне чувствителен к задержкам. Поскольку потери пакетов при их передаче через глобальную сеть, как правило, носят взрывной характер - теряются пачками, то обеспечение равномерности приема и передачи голосовых пакетов является достаточно серьезной проблемой;

- для гарантированной доставки пакетов в сети используются протоколы резервирования полосы пропускания (например, RSVP), однако говорить об их применении в масштабах всей сети пока нельзя (не позволяет оборудование);

- необходимость интеграции с существующей телефонной сетью предусматривает наличие шлюзов, служащих устройствами сопряжения и конвертирования сигнализаций, использующихся на телефонных станциях (например, NEC).

Для соответствующей работы устройств, занимающихся передачей аудио- и видеотрафика, применяют несколько схем работы, которые используют разные рекомендации и стеки протоколов. Наиболее распространенными являются спецификации Н.323, SIP, спецификации MGCP, спецификации Megaco/H.248 и разрабатываемые в данный момент новые рекомендации TYPHON(1,2).

Уровни архитектуры IP -- телефонии

Процесс передачи голосовых данных по современным глобальным сетям связи (прежде всего, имеется в виду сеть Интернет с существующими протоколами передачи данных сетевого и транспортного уровней) удобно рассматривать с точки зрения модели OSI.

Рассмотрим процесс передачи некоторого объема данных через глобальную сеть. Установка соединения включает в себя две основные фазы:

- фазу обслуживания вызовов, в которую входит определение доступности абонента и установление соединения;

- фазу передачи данных, в которую входит непосредственная передача инкапсулированных в IP-пакеты голосовых фрагментов, контроль потери пакетов, их ретрансляция и пр.

Первую фазу обслуживает несколько протоколов, отвечающих за архитектуру управления вызовами и за обслуживание запросов связи. Вторую фазу обычно составляют: комбинация протоколов RTP - для уровней выше транспортного, UDP - для транспортного уровня и IP - для сетевого уровня модели OSI. Подобное распределение протоколов характерно практически для любого существующего стандарта. Выбор неквитируемого протокола для транспортного уровня модели (UDP вместо TCP) обусловлен тем, что на повторное согласование передачи потерянных пакетов уходит очень много времени, что вызывает недопустимо большие задержки.

Как сетевой уровень для передачи данных в IP-телефонии фигурирует протокол IP. В качестве канального и физического уровня могут выступать любые среды передачи данных, в частности, Ethernet или ATM.

Важную роль также играют стандарты, регламентирующие сжатие речи по определенным алгоритмам, и разработка и использование кодеков для сжатия речи. В настоящий момент перед передачей в сеть поступающих с устройства ввода (например, микрофона) голосовых данных осуществляется их предварительное сжатие. Сжатие аудиопотока выполняется с использованием предусмотренных рекомендациями кодеков. Один из основных стандартов ITU-T для аудиокодеков (кодировщиков и декодировщиков голоса и музыки) G.711 является частью более общих мультимедийных стандартов, таких как Н.320 и Н.323; кроме того, он используется в компьютерной телефонии и сам по себе. Стандарт G.711 определяет аудиосигнал с шириной полосы 3,4 кГц (иными словами, обычный аналоговый голосовой сигнал) по информационным каналам в 64 Кбит/с. Стандарт G.722 описывает аудиопоток с шириной полосы 7,0 кГц по каналу в 64 Кбит/с, а стандарт G.728 - аудио поток с шириной полосы 3,4 кГц по каналу в 16 Кбит/с. Стандарт G.723 определяет передачу компьютерной аудиоинформации по узкополосным телефонным линиям. Он описывает уплотненный сигнал в 3,4 кГц для обычных телефонных линий

Сравнение протоколов IP-телефонии

Говоря о сравнении протоколов IP-телефонии, обычно имеют в виду сравнение протоколов Н.323 и SIP. Это обусловлено тем, что только эти два протокола предоставляют собой законченные решения по построению реально работающих сетей IP-телефонии. В области управления транспортными шлюзами также существует два основных управляющих протокола - MGCP и MEGACO/H.248, хотя и имеют между собой гораздо больше общих черт, чем Н.323 и SIP.

Архитектура.

Для протокола SIP представляет собой набор независимых модулей, взаимодействующих между собой. Непосредственно в стандарте предусмотрено описание только трех разделов - сигнализации базового звонка (basic call signaling), определения местоположения пользователя (user location) и регистрация (registration). Остальные функции, например, QoS или службы каталогов, описываются внешними по отношению к стандарту протоколами. Вместе с тем стандарт Н.323 предоставляет готовый набор протоколов для описания и реализации всех возможных служб (достаточно большое число протоколов).

Формат описания сообщений и кодирование сообщений.

Для протокола Н.323 предусмотрен формат описания ASN.1, причем сообщения имеют двоичный формат, в то время как SIP описывается с помощью усиленной формы Бэкуса-Науэра и его сообщения имеют текстовый формат. С точки зрения написания и отладки программ протокол SIP имеет перед Н.323 несомненное преимущество, так как двоичные сообщения крайне тяжелы для восприятия. Кроме того, объем описания стандарта SIP (виды запросов, типы полей) занимает в несколько раз меньше страниц, чем аналогичное описание Н.323. Для сравнения, описание базовой спецификации Н.323 занимает 736 страниц (и это без ASN. 1 и правил кодирования пакетов), аналогичное описание для SIP - 128 страниц; в описание Н.323 входят сотни элементов, в описание SIP- только 37 заголовков, каждый из которых содержит весьма небольшое число полей.

Транспортная среда.

Хотя в описании стандартов для обоих протоколов в настоящий момент в качестве транспорта предусмотрено использование как TCP, так и UDP, однако подавляющее большинство существующих реализаций использует транспорт TCP, как и UDP, однако подавляющее большинство существующих реализаций использует транспорт TCP (квитируемый) для Н.323 и транспорт UDP (неквитируемый) для SIP. Применение квитируемого протокола очень сильно влияет на время установления соединения -- если для SIP это время в среднем составляет 1,5 RTT, то для Н.323 - до 7 RTT (хотя с использованием механизмов Fast Start это время можно существенно уменьшить).

Система адресации.

Протокол SIP поддерживает имена в формате URL, в том числе адреса электронной почты, адреса HTTP; протокол Н.323 поддерживает адреса формата ЕЛ64.

Мобильность пользователей.

В стандарте Н.323 не обеспечивается вообще в силу отсутствия необходимых механизмов, в SIP - обеспечивается при наличии в сети сервера определения местоположения.

Число одновременно поддерживаемых сессий.

При использовании Н.323 процесс прохождения сессии происходит с обязательным участием контроллера зоны, что создает значительную нагрузку на аппаратные ресурсы. При использовании SIP сервер, передав запрос на соединение вызываемому абоненту, «забывает» о нем. Наличие такой возможности связано с тем, что передаваемые запросы и ответы содержат достаточные механизмы контроля состояния сессии. Как следствие, при одинаковых аппаратных средствах использование протокола SIP с точки зрения числа поддерживаемых сессий предпочтительнее, чем использование Н.323.

Сопряжение с ТфОП.

Для сопряжения с существующими телефонными сетями общего пользования (ТфОП) Н.323 поддерживает сигнализацию Q.931. Протокол SIP стандартными средствами с классическими телефонными сетями общего пользования не сопрягается (недавно именно в целях обеспечения сопряжения с ТфОП был разработан адаптивный протокол SIP-T, являющийся модификацией SIP и позволяющий инкапсулировать сообщения Q.931 непосредственно в тело сообщения SIP).

Аутентификация и шифрование.

Аутентификация в Н.323 поддерживается на уровне стандартного внутреннего протокола Н.235, узлы сети SIP могут использовать любые механизмы аутентификации, основанные на HTTP, в том числе собственно HTTP-аутентификацию, SSL и т.д.

Сравнивая функциональные особенности протоколов Н.323, SIP, MGCP, мы видим, что их различия обусловлены изменениями представлений о пути развития телекоммуникаций в разное время (таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Сравнение протоколов VoIP-сети

Показатель	Н.323	SIP	MGCP
Клиент	«умный»	«умный»	«тупой»
Компонент, определяющий функциональность сети и сетевые сервисы	Привратник	Прокси-сервер	Сигнальный контроллер
Используемая модель	Телефонная (Q.931)	Internet (www)	Централизованная
Протокол передачи сигнализации	ТСР или UDP	ТСР или UDP	UDP
Протокол передачи медиа-трафика	RTP	RTP	RTP
Формат сообщений	Двоичный (ASN1)	Текстовый (ASN2)	Текстовый (ASN2)
Стандартизирующая организация	ITU	IE TF	IE TF/ITU

В настоящее время большинство корпоративных приложений VoIP используют протоколы Н.323 и MGCP, а в целом клиентская база SIP меньше. Все эти протоколы: Н.323, SIP и MGCP - станут частью архитектуры сети NGN (NextGenerationNetwork).

Совместимость между версиями.

Все версии стандарта Н.323, включая последнюю - H.323v4, полностью совместимы «сверху-вниз», в то время как некоторые особенности SIPvl не поддерживаются в последующих версиях протокола.

На сегодняшний момент трудно отдать предпочтение какому-либо определенному протоколу организации сетей IP-телефонии, так как выбор протокола сильно зависит от конкретных условий, в которых развертывается сеть IP-телефонии. Протокол Н.323 изначально разрабатывался для использования в локальных сетях, и сейчас больше подходит для внедрения в сети, контролируемые единым провайдером услуг, а также при необходимости сопряжения с существующими сетями традиционной телефонии. Протокол SIP лучше проявляет себя в глобальных сетях передачи, например в Интернет. Программное обеспечение для SIP разрабатывается гораздо проще и с меньшими трудозатратами. Кроме того, важное значение приобретает поддержка протоколов маршрутизации (MGCP и др.)

Сети на базе протоколов Н.323 ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети ISDN (Integrated Service Digital Networks), наложенные на сети передачи данных. В частности, процедура установления соединения в таких сетях IP-телефонии базируется на рекомендации Q.931 и аналогична процедуре, используемой в сетях ISDN. В сети Н.323 сигнализация ОКС-7, как и любая другая сигнализация, конвертируется шлюзом в сигнальные сообщения Н.225.0 (Q. 931).

Следует отметить, что в существующих приложениях IP-телефонии, таких как предоставление услуг международной и междугородной связи, использовать протоколы MGCP, SIP нецелесообразно в связи с тем, что подавляющее количество сетей IP-телефонии сегодня построено на базе протокола Н.323. Оператор связи, имеющий оборудование стандарта Н.323, может присоединиться к существующим сетям IP-телефонии. Речевой трафик - это одно из приложений Н.323, наряду с видеоинформацией и данными.

В качестве протокола взаимодействия телефонных аппаратов с Cisco Call Manager`ом был выбран протокол SCCP, так как является наиболее современным из поддерживаемых данным ПО, а так же имеет гораздо больший функционал по сравнению с более старыми протоколами, такими как SIP или H.323.



5. ПОДКЛЮЧЕНИЕ ВНЕШНИХ КАНАЛОВ СВЯЗИ

Маршрутизатор Cisco 2951 подключается к локальной сети интерфейсами FastEthernet и к ЦАТС NEC UNIVERGE SV8100интерфейсами Е1 (рис. 5.1.). Это позволит АТС администрации перевести на IP-телефонию, а соответственно все телефонные аппараты администрации муниципального образования г. Краснодар (рис. 5.2.).

Рис. 5.1. Структура сети с технологией IP телефонии

Внедрение IP-телефонии позволило соединить телефонные станций центрального здания администрации с отдаленными департаментами и упрвлениями между собой на основе существующей локально-вычислительной сети.

Рис. 5.2. Структура сети администрации с технологией IP телефонии

Вся архитектура IP-сети является довольно сложной. Узловыми точками всей системы интернет-телефонии являются специальные шлюзы (Gateways) или так называемые IP-сервера. Именно в них происходит взаимодействие между обычной телефонной сетью и IP-сетью. В шлюзах аналоговые сигналы из телефонной сети преобразуются (зашифровываются) в электронные пакеты для IP-сети и наоборот. Шлюз производит поиск другого, наиболее подходящего, удаленного шлюза из расчета максимально близкого его расположения к вызываемому абоненту. Шлюз также производит ответ на запрос вызывающего абонента.

Диспетчер, или модуль-администратор сети (Gate Keeper) является также неотъемлемой частью сети. Он выполняет роль связующего звена между шлюзами. Диспетчер указывает нужные маршруты для направления сигналов, ищет наиболее короткий путь для прохождения сигнала между двумя шлюзами. Занимается вопросами мониторинга и администрирования всей системы и управляет системой билинга.

Система билинга выполняет функцию правильного определения персонального номера абонента и проверку его пароля, занимается ведением баз данных всех переговоров различных абонентов (учитывает продолжительность каждого разговора, остаток средств на счету, автоматически исключает из счета абонента стоимость данного разговора). Управляет системой взаиморасчетов между клиентом и провайдером IP-телефонии.

Процесс преобразования звукового сигнала

IP-телефония опирается на две основных операции: преобразование двунаправленной аналоговой речи в цифровую форму внутри кодирующего/декодирующего устройства (кодека) и упаковку в пакеты для передачи по IP-сети. В IP-телефонии используется особая система передачи пакетов со звуковой информацией, что обусловлено спецификой передачи данных по IP-сетям. В традиционных телефонных линиях между абонентами во время разговора создается электрическая цепь, и этим обеспечивается фиксированная пропускная способность для передачи сигнала.

В то время как IP-сеть представляет собой систему, реализующую принцип коммутации и маршрутизации пакетов, и не предоставляет гарантированного пути между точками связи. Вся информация, передаваемая через IP (голос, текст, изображения, и т.п.) разделяется на пакеты данных, имеющие в своем составе адреса точек назначения (приема и передачи) и порядковый номер. Узлы IP направляют эти пакеты по сети до окончания маршрута доставки. После прибытия пакетов к точке назначения, для восстановления исходного объема упорядоченных данных используются порядковые номера пакетов. Для приложений, где не важен порядок и интервал прихода пакетов, таких как e-mail, время задержек между отдельными пакетами не имеет решающего значения. IP-телефония является одной из областей передачи данных, где важна динамика передачи сигнала, которая обеспечивается современными методами кодирования и передачи информации. Для обеспечения стабильной телефонной связи по IP-сетям введены специальные протоколы передачи данных, например, протокол SIP.



6. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯVOiP СЕТИ

6.1 Принцип действия

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. Для организации связи телефон(факс) - телефон(факс) нужно два сервера.

Междугородняя (международная) связь осуществляется с помощью телефонных серверов, организация или оператор услуги должны иметь сервер в тех местах, куда и откуда планируются звонки. Стоимость такой связи на порядок меньше стоимости телефонного звонка по обычным телефонным линиям. Особенно велика эта разница для международных переговоров.

6.2 Качество связи IP-телефонии

Телефонная сеть была создана таким образом, чтобы гарантировать высокое качество услуги даже при больших нагрузках IP-телефония, напротив, не гарантирует качества, причём при больших нагрузках оно значительно падает.

Стоимость любой услуги, как правило, и её качество прямо пропорциональны. Однако понятно и то, что в ряде случаев представляется неразумным сравнительно небольшое увеличение качества оплачивать относительно большим увеличением цены. Вряд ли праздничные поздравительные открытки целесообразно отправлять фельдъегерской связью: хорошо, да дорого.

Качество связи можно оценить следующими основными характеристиками:

- уровень искажения голоса;

- частота «пропадания» голосовых пакетов;

- время задержки (между произнесением фразы первого абонента и моментом, когда она будет услышана вторым абонентом).

По первым двум характеристикам качество связи значительно улучшилось в сравнении с первыми версиями решений IP-телефонии, которые допускали искажение и прерывание речи. Улучшение кодирования голоса и восстановление потерянных пакетов позволило достичь уровня, когда речь понимается абонентами достаточно легко. Понятно, что задержки влияют на темп беседы. Известно, что для человека задержка до 250 миллисекунд практически незаметна. Существующие на сегодняшний день решения IP-телефонии превышают этот предел, так что разговор похож на связь по обычной телефонной сети через спутник, которую обычно оценивают как связь вполне удовлетворительного качества, требующую лишь некоторого привыкания, после которого задержки для пользователя становятся неощутимы. Отметим, что даже в таком виде связи решения IP-телефонии вполне подходят для многих приложений.

Задержки можно уменьшить 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.

Оценить качество при использовании различных протоколов сжатия можно различными способами. Один из подходов для таких измерений - использование субъективных методов. В субъективных методах группа людей, обычно достаточно большая, оценивает качество связи по определенной стандартной процедуре. Самый известный субъективный метод - это метод общего мнения. В этом методе, качество связи оценивается большой группой разных людей, и затем их мнение усредняется.

...