ТУ – Варна

ДТК - Добрич

Факултет “Електроника”

Тема:

“IP – ТЕЛЕФОНИЯ”

Изработил : Владимиир Атанасов Атанасов

Курс : 2 ; група : 2 ; фак.№ 047126 ;спец. Електроника

Ръководител :

/ст.ас.инж. С.Стоянов/

СЪДЪРЖАНИЕ:

СЪДЪРЖАНИЕ:......................................................................................21. Увод.....................................................................................................3

2. Глава Първа.............................................................................................2.1. Исторически данни..........................................................................42.2. Технически характеристики............................................................8

3. Глава Втора..............................................................................................3.1. Определение на VOIP...................................................................183.2. Сценарии за приложение.............................................................213.3. Протоколи за контрол на VOIP.....................................................283.4. Защита на комуникациите в IP-мрежите.....................................35

2

1. Увод

Телефонията е най-разпространеното средство за комуникация. Независимо от

многообразието от методи за комуникация, с които разполага съвременният човек, все още

телефонът е един от най-предпочитаните.

Появата, развитието и широкото разпространение на Интернет, оказа влияние и върху

развитието на телекомуникационните технологии. Една от най-горещите технологии,

свързана с Интернет е IP-телефонията – предаването на глас по вече изградената и широко

разпростряла се инфраструктура на глобалната компютърна мрежа.

Възможностите на глобалната компютърна мрежа не се ограничават само до e-mail,

chat и web. Voice over Internet Protocol (VoIP) е новаторска технология, представяща нова

форма на телефония, в която предаването на образ и глас може да бъде цифровизирано и

предавано чрез Интернет или други дигитални мрежи (digital data networks). Интернет

протоколът (IP) е много гъвкав – може да се разпространява по ATM, Етернет (Ethernet),

Frame Relay, ISDN и дори аналогови линии.

Пренасянето на телефонията в областта на Интернет е част от общия процес за създаване на

“all-in-one”-“всичко в едно” продукти и услуги, които ще имат две основни предимства за

потребителите – лесно и евтино.

3

2 Общи сведения

За създател на VoIP технологията се смята компанията Vocatel Inc. Те представят

своят Интернет-телефонен софтуер през Февруари 1995г.1 Той е имал следните минимални

хардуерни изисквания:

486/33MHz PC

звукова карта

колони

микрофон

модем

Проблемът при използването на този софтуер е бил в липсата на съвместимост между IP

мрежата и PSTN (Public Switched Transfer Network – публичната телефонна мрежа). За да се

проведе успешен разговор е било необходимо и двете страни да използват един и същи

софтуер. Този проблем бива преодолян с развитието на гейтуей (gateway) устройствата, в

които били включени преработващи гласа карти, осигуряващи необходимият интерфейс

между софтуера за IP телефония и публичната телефонна мрежа (PSTN).2

След появата на VoIP технологията използването на Интернет за

телекомуникационни услуги нараства лавинообразно. Това предизвиква и бурно развитие на

самата технология, както и на използваната за целта апаратура. Високата скорост на пренос

на данните в Интернет позволява достигането на високо качество на разговорите. Трябва да

се отбележи, че не е задължително за IP телефонията да се използва Интернет, в някои

случаи за целта се изграждат частни IP мрежи.3

В наши дни лесно могат да бъдат проведени разговори тип компютър-телефон

(computer-to-telephone) и телефон-компютър (telephone-to-computer), благодарение на

изградената вече инфраструктура. VoIP технологията представлява значителна стъпка в

интеграцията на гласовите мрежи (voice networks) и мрежите за данни (data networks).

1

2

3

4

В момента съгласно “VoIP Providers List” (http://www.voipproviderslist.com ) има 378

действащи VoIP доставчици в 67 страни.

По пътя си от аналоговата към VoIP телефонията голямо развитие претърпяват и

самите телефонни централи. В началото телефонните централи били изцяло изградени с

ръчно управлявани устройства за насочване (и пренасочване) на разговорите. Първата ръчна

телефонна централа била инсталирана в Ню Хевън, САЩ през 1878 г. Оператори приемали

обажданията и ръчно ги пренасочвали към абоната, за когото били предназначени

(операторът образува верига, връзка между двата абоната и от тук идва името на подобен

тип оборудване – верижно пренасочване: circuit switching). Когато разговорът приключвал

операторът прекъсвал (освобождавал) връзката.4

В следващите години ръчните телефонни централи биват заменени от

електромеханични пренасочващи системи. Въпреки, че поддръжката им била значително по-

сложна, по-голямата им производителност и възможността значително да бъде намален

броят на необходимите оператори, правят предимствата им безспорни. Съчетанието от

нараснал капацитет по отношение на трафикът от разговори, който можел да бъде поет и

значително намалените разходи били предпоставка за бурното развитие на

телекомуникационните мрежи. Новите системи също така правели възможно рутирането на

трафика през съществуващата мрежа по-ефективно, като намалявали и необходимостта от

непрекъснато разширяване на мрежата при увеличаването му. Алмон Б. Строугър е считан

за “бащата” на автоматичните централи (превключватели, комутатори). През 1889 г. той

подава документи за патент за автоматична телефонна централа (телефонен комутатор).

Името му се свързва и със “стъпка-по-стъпка” селектора (контролиран директно при

набирането на номера), който бил част от идеята му.

Последващото развитие било в посока на системи контролирани от регистри, в които

информацията за набраният номер не управлявала директно работата на селектора (както

при “стъпка-по-стъпка” селектора), а първо се приемала и анализирала чрез регистър. Една

от функциите на регистрите била да определи различните възможности за рутиране

(насочване, пренасочване) на разговора, което спомагало за по-ефективно използване на

преносната мрежа. Пример за такива системи са5:

селекторът с 500 линии ( the 500-line selector - 1923 г.)

4

5

5

“напречни” системи ( crossbar systems – 1937 г.)

С течение на времето телефонните централи и методите на предаване се развиват

позволявайки все по-голямо намаляване на разходите. Описаната по-горе FDM система на

предаване на гласа, била икономична в сравнение с предшествениците си. Тя била открита

през 1910 г., но не влязла в действие до 1950 г., когато бил открит коаксиалният кабел

(съдържащ в себе си около 1000 канала), подсигуряващ необходимият за нея нарастващ брой

линии6.

През 1970 г. била представена системата Digital Multiplexing, която също била

ориентирана към редуциране на разходите за експлоатация на телефонните централи. Най-

голяма икономичност била достигната, когато дигиталните групови комутатори (digital

group switches), представляващи същинското оборудване в телефонните централи, били

комбинирани с дигитални системи за предаване на гласа. Това извадило от употреба

относително скъпите аналогови конвертори използвани до този момент. Това развитие на

оборудването (цифровизиране на телефонните централи), породило необходимостта от

компютъризиран контрол. Първата компютърно контролирана телефонна централа била

въведена в експлоатация през 1960 г. в САЩ, а първата такава централа в Европа – през

1968 г. в Тумба, Швеция. Интересен факт е, че в наши дни се използва принципа на верижно

пренасочване (circuit switching technology), също като при първите телефонни централи от

края на IX век7.

Нарастването на трафика на данни довежда до създаването на отделни мрежи за

данни, и съответно необходимото за тях оборудване (комутатори за данни – data switches). В

повечето случаи те напълно успяват да отговорят на все по-големите и строги изисквания на

клиентите по отношение на качеството, както и на желанието им за по-голяма скорост на

предаване (независимо дали става дума за глас или за данни), при възможно най-ниски цени.

Изграждането на мрежи поддържащи пълен набор от услуги, а именно пренос на:

глас, данни и образ, изисква наличието на частни и обществени теснолентови ISDN 8 линии.

По принцип пълният ISDN възел, може да бъде разглеждан като комбинация от днешните

телефонни централи (погледнати от техническа гледна точка) и комутаторите обслужващи

пакетни мрежи, включващи освен това изключително важна сортираща функция, по

6

7

8

6

отношение на постъпващият трафик. Част от новите технологии базирани на ISDN линиите

все още не са стандартизирани и поради тази причина няма да са обект на текущото

изложение. Следващата стъпка в развитието на телекомуникационното оборудване е

използването на оптични телефонни централи 9.

Фиг.4 Развитие на публичните телефонни централи по години

9

7

3 Технически характеристики

Съвременните технологии използвани в областта на телекомуникациите се

характеризират с повишената си степен на стандартизация. Това се осигурява от

International Telecommunications Union (ITU), организация координираща и

стандартизираща международните телекомуникации.

Съществена част от телекомуникационните мрежи са телефонните линии.

Класическата телефонна линия или се състои от една двойка жици, пренасящи звук с пълен

дуплекс (пълен дуплекс е възможността едновременно да се приема и предава) и

необходимият за експлоатацията електрически ток. Телефонът свързан с телефонната линия,

се захранва с напрежение ограничено до 48V, или при затворена слушалка то трябва да е

около 48V (волта) DC. Практически, експлоатационният волтаж на телефонните системи

може да варира между 24V и 60V, в зависимост от приложението, но 48V номинален волтаж

е най-често използван. Телефонното оборудване често изисква и използва Телефонното

оборудване често изисква и използва положително заземяване, което се осъществява в

централите, посредством заземени проводници. Заземяването се практикува от 1940 г. и все

още доста телефонни компании го използват10.

Когато слушалката на телефона е вдигната, волтажа на телефонните линии (жиците)

пада до между 3V и 9V, а протичащото електричество обикновено е от порядъка на 20 - 60

mA. В практиката стандартно преминаващият през апарата ток е в обхвата 20 – 35 mA.

Електричество над 55 – 60 mA би могло да повреди телефонният апарат. Като обобщение

може да се каже, че телефонното оборудване само по себе си няма нужда от висок волтаж, за

да работи. Необходимият волтаж пада от 48V до 3 – 9V по медните проводници (телефонни

линии) и в телефонните централи. Висок волтаж е необходим понякога в телефонните

централи, тъй като телефонните линии са доста дълги, което означава загуба на

съпротивление по проводниците и спад на волтажа. Типичното DC съпротивление на

телефона е около 180Ω(ома), и AC импеданс – около 600 Ω. Телефонните централи

осигуряват от 200 до 400 Ω последователно съпротивление с цел предпазване на

предаването на звука от смущения11.

10

11

8

Широчината на честотната лента при телефонните линии е в диапазона 180 – 3200 Hz. Този

диапазон е определен от телекомуникационните компании като достатъчен за членоразделно

предаване на говора, като в същото време им позволява да предават много разговори по

двойка коаксиални кабели. Долната граница на диапазона (180Hz) е определена така, че да

не интерферира със стандартните военни честоти и същевременно да осигури малкият

размер на телефонните трансформатори. Горната граница (3200 Hz) е съобразена с

използваните системи за предаване на гласа (в съвременните системи гласът е

дигитализиран на честота 8 kHz). Тя се явява и критична, тъй като при цифровите телефонни

мрежи (широко разпространени днес), където звукът е дигитализиран на честота 8 kHz,

всеки сигнал над 4 kHz ще бъде предаден като шум в честотната лента на гласа12.

Типичното съотношение между предаваният сигнал (звук) е средно малко под 45 dB.

То е трудно за определяне, тъй като шумът има множество различни причинители като

интерференция, свистене в следствие усилването на гласа, преплитане на два разговора и др.

Съотношението между шума и гласа може да бъде представено и чрез нелинейно кодиране

на гласа и алгоритми за компресиране. Телефонните компании използват 8 битово

нелинейно кодиране, което печели около 12 бита от динамичният диапазон13.

Телефонната линия е балансирана звукова лента (писта). Това се дължи на факта, че

двата проводника от които се състои са свързани помежду си. Тази структура позволява

сигналите да бъдат предавани на голямо разстояние без изграждането на скъпи защитни

екрани, използвайки общ метод за отхвърляне на шума, който е индуциран в двата

проводника. В балансираните двойки проводници, гласът пътува и по двата проводника

едновременно, но единият е с фаза (електрическа фаза) обратна на другият. В двата края на

връзката (телефонът на абоната и телефонната компания), сигналът се инвертира и се

прехвърля в друга балансирана двойка. Ако електрически шум от някое от устройствата

бъде пропуснат по пътя между абоната и телефонната компания, той ще се появи във фазата

и на двата проводника. Когато сигналът и от двата проводника бъде инвертиран и събран,

електрическият шум ще се премахне сам, а звуковият сигнал ще се усили. Тази система

позволява телефонният сигнал да бъде пренасян на големи разстояния, по евтини

проводници, без да се получават значителни смущения (шумове) в звука14.

12

13

14

9

Телефонната линия е среда с пълен дуплекс. Пълен дуплекс означава, че двама човека

могат да говорят едновременно. За да бъде изпратен и получен звук през чифт проводници,

трябва да се използва така нареченият “2 към 4 проводника” хибриден конвертор, който

конвертира чифтът проводници в отделни предаващи и приемащи звукови писти.

Минималните определящи характеристики на този тип конвертори са следните:

четири проводника за вход (сигнал пуснат в тази точка, ще бъде чут от

система с два проводника)

четири проводника за изход (този сигнал е комбинация от всяко

предаване на звук в система с два проводника)

два проводника “вход/изход” (това е връзката със система с два

проводника)

нулево регулиране

Фиг. 5: Схема на 2-към-4 проводника хибриден конвертор

За какво е необходимо нулевото регулиране? Както се вижда от блок схемата,

сигналът от четирите входни, четирите изходни и двупроводниковата връзка, са физически

свързани (т.е. представляват един проводник). Това означава, че потребителят от страната с

четири проводника, ще чува собственият си глас със сила на звука равна на тази, с която

приема гласът идващ от двупроводниковата страна. Това състояние се нарича ”100%

страничен шум” ("100% side-tone"). “Страничният шум” е причината за по-голямата част от

ехото, което е често срещано явление при интерконекциите. За да се намали процента на

10

“страничният шум”, гласът на говорещият (или изпращаният) трябва да бъде отделен от

получаваният сигнал. Отделянето става чрез прибавянето на полярно преобразувано копие

от предаваният глас в получаваният сигнал. Тази процедура елиминира по-голямата част от

“страничният шум” преди достигането на точката, в която при добре реализираните

системи, ехото се премахва окончателно.

Хибридният цикъл прави възможно предаването на два канала с информация,

движеща се в противоположни посоки по един чифт проводници. В началото хибридният

цикъл е използвал при работата си два трансформатора. В наши дни скъпите и големи

хибридни трансформатори обикновено са заменени от така наречените IC устройства, които

изпълняват същите функции. Независимо дали се използва хибриден трансформатор или IC,

той трябва да осигурява поне 1500 волта изолация и да успява да неутрализира включително

пренапрежение по линиите в следствие на мълнии.

Функционалността на хибридите не е перфектна. Изолацията между сигналите

движещи се в различни посоки е около 20 – 30 dB, което води до някои смущения. В общият

случай например наличието на известно ехо при телефонен разговор не представлява

сериозно смущение, но при разговори на големи разстояния, проблемът се задълбочава.

Продаваните хибридни съединители, осигуряват познатите аудио връзки за приемане и

получаване на звук с пълен дуплекс. Основната разлика между съединителите е размерът на

транс-хибридните загуби или казано по-ясно,ехото от хибридът Когато се изпраща звук на

хибрида, част от него се пропуска обратно, и се смесва с приеманият звук. Размерът на този

върнат звук (ехо) зависи от типа на хибрида и качеството му на работа при следене на

състоянието на телефонната линия 15.

В света няма твърдо установен единен телефонен стандарт. Обикновено всяка страна

има свои стандарти. Това се дължи от една страна на историческото развитие на телефона (в

съответната държава), а от друга – на желанието да се предпази вътрешният пазар от външна

конкуренция. Въпреки това, в основни линии телефонните системи работят по един и същи

начин в различните държави, което означава, че е възможно устройство закупено в една,

може да не работи в друга. Най-значителни са разликите в електропреносната мрежа,

окабеляването и конекторите, в съпротивлението на линиите, номиналното напрежение на

електропреносната мрежа, сигнализиращите тонове и правилата за безопасност при

15

11

използване на електропреносната мрежа. В много страни все пак съществуват изравнени

стандарти, което прави възможно производството на универсални устройства16. Добре би

било, ако сигнализиращите тонове също бъдат стандартизирани (например сигнал “заето”

или основният сигнал), тъй като те са различни в различните държави.

За да звънне телефонът, телефонната компания за миг пуска 90 VRMS 20 Hz AC

сигнал по линията. Дори при стотици ома съпротивление на проводниците (линиите) това

все още е електрически удар. Стандартното съпротивление използвано при модерните

телефонни линии е 600 Ω. Пълното съвпадение на съпротивлението е важно за постигането

на добро качество на свързването, особено при разговорите на големи разстояния.

Всеизвестен факт е, че при подаден сигнал, максимална мощност се постига, ако източника

и приемника са с едно и също съпротивление. Стандартната предавателна линия има така

нареченото “характеристично съпротивление”. Това е съпротивлението, което трябва да

бъде поддържано в края на такава линия, ако се приеме, че тя е безкрайно дълга. Важността

на характеристичното съпротивление се дължи на факта, че ако има прекъсване на линията

при такова съпротивление, енергията пътуваща по нея ще бъде погълната в точката на

прекъсване. Цялата енергия, която не е погълната при прекъсването на линията се отразява

обратно по проводниците и започва да интерферира с оригиналният сигнал, който се

предава по тях. Тъй като отразеният сигнал обикновено е с фаза обратна на тази на

оригиналният, настъпва заличаване на амблитудите на честотите на предаване (т.е. звукът се

губи по линията)17.

Все по-голямо приложение в практиката намират ISDN линиите. Това се дължи на

тяхната универсалност – по тях може бързо да се осъществи пренос на глас, образ и данни.

ISDN или Integrated Services Digital Network е система за дигитални телефонни

връзки и пренос на данни, съществуваща от 10 години. ISDN линиите в зависимост от

трафикът, който могат да поемат биват два вида: BRI (2В+D) и PRI (30B+D).

BRI или Basic Rate Interface разделя стандартната телефонна линия на три дигитални

канала, които могат да пренасят едновременно глас и данни. В тези три канала се включват

два “Bearer” (В) канала (канали за пренос), всеки от които със скорост на пренос 64 kbps, и

един “Data” (D) канал (канал за пренос на данни, служебен канал) със скорост на пренос 16

kbps. Трябва да се има предвид, че в случая “к” означава 1000( 103 ), а не 1024 ( 210 ) както е в

16

17

12

повечето компютърни приложения. “В” каналите се използват, за пренос на

потребителските звук, картина или данни, а “D” каналът – сигналите свързани с контролът

на връзката, както и информацията необходима за допълнителните услуги, които се

поддържат (например номерът от който е избран ISDN-а, при услугата “идентификация на

повикването”). “В” каналите могат да бъдат използвани едновременно 18. При този тип ISDN

няма разлика между европейският и американският стандарти.

PRI или Primary Rate Interface съдържа 30 “В” канала (23 “В” канала при

американският стандарт) и един “D” канал, който за разлика от този при BRI е със скорост

на пренос 64 kbps. Предназначението на каналите е същото както при BRI и отново всички В

канали могат да се използват едновременно19.

Телекомуникационните мрежи освен физическа част имат и логически елементи. Те

са софтуерно дефинирани мрежи (software defined networks; SDN) или виртуални частни

мрежи (virtual private networks; VPN). Тези SDN или VPN елементи, могат да бъдат прости,

като анализирането на номер в комутатор, за да бъде осъществен разговор. Рутиращите

системи са свързани с използването на външни системи, при осъществяването и

прекъсването на разговор. Външните физически и логически компоненти формират

основата на всяка телекомуникационна мрежа. За повече яснота относно логическите части

на мрежите, може да се каже, че пренасянето на номера в съвременните телефонни централи

се разглежда като логически елемент, тъй като отдавна рутирането (пренасочването) на

разговорите се решава по-скоро по програмен път, отколкото по технически. Физически

елемент е фактическото рутиране на разговорите. Телекомуникационните мрежи се състоят

от последователност логически елементи, допълнени от физически такива20.

Съвременните телекомуникационни мрежи, имат специфична структура, поради

разширените си възможности. Стандартизацията на оборудването (от гледна точка на

техническа съвместимост) използвано за интегриране на VoIP технологията (а и на IP

мрежите като цяло), я прави лесна за използване за потребителите на Интернет по цял свят.

Предимство е и фактът, че IP разговор изисква честотна лента от 12 kbps (kilobits per second),

а стандартният телефонен разговор – честотна лента от 64 kbps.21 Оборудването, което

повечето телекомуникационни компании използват за рутиране на разговори в класическата 18

19

20

21

13

публична телефонна мрежа (PSTN), чрез PBX системата (Public Branch Exchange),

подсигурява надеждност наречена “five nines reliability”. Това означава, че PBX мрежите са

99,999 % надеждни или че, средно при един от всеки 100 000 разговора, се появяват

проблеми при свързването. При развитите мрежи използващи VoIP (voice-over-Internet-

protocol) – прилагащи разделянето на гласа на малки пакети от нули и единици, които след

това се изпращат по IP мрежа като всички други пакети от данни – може да се очаква само

99,996 % надеждност, или два разговора на всеки 42 000 не биват свързани.22 Този факт

показва, че за по-малко от 7 години проучвания и развитие, VoIP технологията (или IP

телефонията, както я наричат още) е достигнала ниво на надеждност, на което PBX мрежите

са се установили след десетилетия на развитие. PBX средата и всичко свързано с нея отдавна

е обект на множество патенти и изисква специалист, обучен да работи с определено

оборудване, на определен производител. IP средата е базирана на “отворени” стандарти,

които са известни на всеки системен администратор. Очакванията са, че до 2006 г. 25% от

разговорите на големи разстояния (long-distance calls), ще бъдат провеждани през VoIP

мрежи.

Тъй като IP по принцип не поддържа механизъм, който да обезпечава, че пакетите ще

бъдат доставени в съответният ред, както и липсата на така наречените Quality of Service

(QoS-“качество на обслужването”– при пакетните мрежи се използва, за да окачестви

вероятността за предаване на пакетите от информация между две точки), при

експлоатирането на VoIP мрежи се срещат проблеми със закъснението на пакетите и

целостта на предаваните данни.23 Увеличаването на честотната лента, използвана при VoIP,

с цел преодоляване на тези проблеми е често практикувано, но представлява само временно

решение, и естествено рефлектира върху икономичността на мрежите.

VoIP мрежите трябва да поддържат техническа съвместимост с публичните

телефонни мрежи. За тази цел, за пакетните мрежи е дефиниран стандарт наречен Н.323.

Основните елементи на една Н.323 мрежа са показани на фиг.5, където Н.323 терминали,

като PC-базирани телефони (лявата част на фигурата), са свързани със съществуващи ISDN,

PSTN (публична телефонна мрежа) и безжични устройства (дясната част на фигурата) 24.

22

23

24

14

Фиг. 6: Типична Н.323 мрежа

Компонентите на горната схема са:

Н.323 терминали, които са крайни точки на LAN (локални мрежи)

гейтуей (gateway), които осъществяват връзката между LAN и

стандартната телефонна мрежа

гейткийпър (gatekeeper), който има адресиращи и контролни

функции

MCU (Multipoin Control Unit) – многоточкова контролна единица,

която дава възможност за конферентна връзка между две и повече крайни

точки.

Н.323 терминалите са LAN-базирани крайни точки за предаване на глас. Пример за

такъв терминал е например PC използващ Microsoft NetMeeting софтуер или Ethernet-

базирани телефони. Всички Н.232 терминали, могат поддържат двустранна връзка в реално

време помежду си. Повечето от практически реализираните VoIP мрежи могат да използват

като крайна точка и стандартен телефон, като някои специфични функции, се осигуряват

допълнително преди рутирането.

Н.323 терминалите допълват функциите по пренос на глас, а по-конкретно, включват

гласов CODEC (Компресор/Декомпресор), който изпраща и получава звукът, разделен на

“пакети”. Подобни системи Компресор/Декомпресор са ITU-T G.711 (PCM), G.723 (MP-

15

MLQ), G.729A (CA-ACELP) и GSM. Те се различават по изискванията си по отношение на

захранването и качеството на звука, който се получава.

Използването на VoIP технологията води до значително намаление на разходите, тъй

като вместо високи телефонни такси се заплаща само връзката към интернет и в повечето

случаи такса към провайдера25. Това е един от най-бързо разрастващите се бизнес отрасли

днес, тъй като съчетава две основни нужди (или желания) на съвременният човек:

желанието за неограничена комуникация

желанието да пести

Развитието на този бизнес се дължи и на феноменално нарасналата употреба на компютри и

Интернет в целият свят.

Долната таблица без да претендира за абсолютна точност на включените в нея данни,

илюстрира тенденцията към развитие на пазара на IP телефония:

Минути на IP телефонията(билиони)

1998 1999 2003

Продажби на едро 0,0 1,6 15Продажби на дребно – физически лица

0,3 1,8 40

Продажби на дребно – корпоративни клиенти

0,0 0,333

25

16

Общо 0,3 2,7 88

Очевидно е, че VoIP телефонията е намерила своя пазарна ниша, даваща широки

възможности за развитие на VoIP доставчиците.

Все по-често VoIP технологията за пренос на глас се използва и от големи

телекомуникационни компании поддържащи PSTN (public switched telephone network)

мрежи с цел редуциране на разходите, особено що се отнася до международният трафик. Все

по-често големи компании изграждат собствени IP мрежи с цел, да осъществяват свободно

връзка между офисите си, без това да натоварва значително телефонните им сметки, като

същевременно намалят разходите за разговори извън компанията, като ги пренасят по

мрежата си възможно най-близко до крайната дестинация, преди да ги включат в

публичната телефонна мрежа.26

Сериозно предизвикателство за всеки VoIP доставчик е достигането на задоволяващо

клиентите качество. При преноса на глас възникват и доста чисто технически проблеми.

VoIP доставчиците представляват заплаха за националните телефонни компании по цял

свят, поради което често са обект на атаки от тяхна страна (съдебни дела и др.)

Определение на VOIPКакво означава VOIP (Voice over Internet Protocol) т.е. пренос на глас по IP-мрежа?

Понятието се използва в IP-телефонията и обозначава целия набор от средства – хардуерни

и софтуерни, чрез които става предаването на глас. Това означава всички инструменти,

които се използват за да се трансформира гласа във вид на цифрови пакети вместо чрез

популярните досега аналогова Обществена комутируема телефонна мрежа – ОКТМ (PSTN).

26

17

Понятието VOIP е “узаконено” от VOIP Forum организация, в която членуват най-

големите производители на оборудване като Cisco Systems, Vocal Tec, 3 Com, Netspeak и др.

Стандартът за пренос на глас и видео по Интернет или затворени мрежи се нарича ITU-T

H.323

Интернет протоколът ( Internet Protocol ) е мрежов протокол, който осигурява

иапращането на цифрови пакети данни между мрежовите интерфейси, дефинирани чрез IP-

адреси. Така протоколът е напълно прозрачен за пренасяната пакетна информация. VOIP

осигурява преноса на гласови сигнали по мрежата на Интернет в реално време.В изходящия

край информацията се кодира със съответен код в цифров вид, разделя се на пакети и се

иапраща на съответните IP-адреси. В приемния край се извършва обратното преобразуване

на информацията – т.е. тя се “разопакова”, декодира и превръща в звукови сигнали.

За да се осигури качество на услугата при интерактивния гласов трафик, нужно е

закъснението на гласовия сигнал да се поддържа в минимални граници. По време на

интерактивните сесии, говорящите могат да забележат закъснения надхвърлящи 100ms,

което повишава нуждата от ехозаградители в мрежата. Интервали с продължителност над

300ms се възприемат ясно от събеседниците като закъснения и налагат да се изчакват един

друг.

Закъснението на гласовите пакети в IP-мрежите се дължи на три фактора: дължината

на временните интервали, линейното закъснение в мрежата и закъснението в рутерите.

Дължината на временните интервали следва да балансира необходимостта от кратки

закъснения с ограничения в честотната лента и натоварването на рутера. Колкото по-късно е

времето на закъснение, толкова по-широка честотна лента следва да се осигури, а рутерите

да дадат възможност за предаването на повече пакети за единица време. В повечето случаи

временният интервал може да бъде 40ms или по-малък, което е еквивалентно на предаването

на GSM-кодиран сигнал със скорост 15kbit/s. За сравнение за да се изпрати същата гласова

информация по една 14.4kbit/s модемна линия би следвало дължината на временния

интервал да надхвърли 80ms.

Линейното закъснение в мрежата зависи главно от ширината на пропусканата от

автоматичната линия лента. Времето за предаване на гласовите пакети често е под 10ms.

Когато тези пакети са “размесени” с дълги пакети, гласовите пакети могат да бъдат

значитално забавени. Този проблем може да се избегне ако на гласовите пакети се присъди

18

приоритет по линията. За бавните линии сегментационния механизъм би могъл да се окаже

необходим тъй като би позволил на гласовите пакети да прекъсват и се вместват между

другите по-дълги пакети.

При закъснение в рутера, всеки рутер през който минава даден пакет се нуждае от

време за препращане на получения пакет. Забавянето на даден пакет е функция от

натоварването на рутера. Общото закъснение може да бъде различно: от незначително за

слабо натоварените мрежи или мрежите използващи т.нар. ресурсно осигуряване, до

значително в случаите на съвместно използване на мрежата с Интернет. Закъснението при

рутера по принцип може да бъде една от най-непредсказуемите величини при гласовото

използване на Интернет-мрежата. За целта се осъществява управление с помощта на шлюз

за гласова комуникация. Управлението се използва чрез два типа техника: при първия тип

техника глас през IP е възможно гласовата информация да се предава между интерфейси,

всеки от които е идентефициран с IP-адреси. При втория способ телефонията и другите

интерактивни приложения си разпределят линията помежду си. Базовата функция при

управление с шлюз включва географското идентифициране на абоната като номер или име

на потребителя, IP-адреса чрез който може да се достигне, както и характеристиките на този

интерфейс.

Географското идентифициране между потребителите и IP-адресите не винаги е

статично. Адресите на избираните по автоматичен път IP-абонати обикновено са динамично

определени докато тези на Интернет-доставчиците са фиксирани постоянно. По този начин в

район с фиксирани IP-адреси, абонатите могат да сменят компютрите които ползват. Явна е

необходимостта шлюзът да съдържа механизъм за управление на динамичната

информация,който да регистрира характеристиките на отделните абонати. При гласовия

междумрежов интерфейс трабва потребителите с персонален компютър ( PC ) да могат да

викат абонатите с телефонни постове, както и обратно – телефонните абонати да могат да се

свързват с притежателите на PC. Ролята на гласовия междумрежов интерфейс е да свърже

АТЦ или ISDN-мрежата с IP-мрежата и да управлява връзката между тях. Когато пристига

дадено телефонно повикване гласовия интерфейс преобразува пристигащия звуков сигнал от

телефонната линия (аналогова или цифрова) в звуков пакет и го изпраща по IP-мрежата.

19

5.Приложение

Известни са четири специфични сценария за приложение на IP-техниката за нуждите

на телефонията. Реалните приложения комбинират възможностите на посочените по-горе

техники.

Сценарий “Интернет-телефония”

20

Най-дискутирания феномен засягащ съвместната работа на Интернет и телефонните

мрежи е възможността Интернет-мрежата да се ползва за преносна среда за глас на дълги

разстояния. Въведена първоначално за връзка между Интернет-потребителите, днес са

известни множество приложения, при които Интернет-телефонията, осигурява повиквания

на Интернет-абонатите от телефонните абонати, както и между телефонните абонати през

Интернет-мрежата. При този сценарий са необходими един или два междумрежови гласови

интерфейси обикновено разположени относително близко да телефонните абонати.

Използването на IP-мрежата за трафик на дълги разстояния означава, че само местните

разговори се плащат по тарифите на талафонната мрежа.

Интересът към Интернет-телефонията е свързан с възможността да се прилагат

различни тарифи за IP-трафика и за телефонния трафик. Макар че за телефонния трафик по

Интернет се изисква значително по-тясна честотна лента, не съществува твърда убеденост,

че производствената стойност за пренасяне на телефонния трафик е толкова ниска. Не

трябва да се забравя и факта, че засега качеството на телефоннните услуги по Интернет е

относително по-ниско от това по телефонната линия. При добре конфигурираните IP-мрежи

проблемът със закъсненията, а оттам и с качеството на сигнала може да бъде отстранено с

контрол на натоварването и броя на рутерните ретранслации.

Сценарий “Интранет с телефония”

Компаниите с добре развита Интранет-мрежа, при която голяма част от компютрите

на специалистите са свързани към нея гледат на тази мрежа като на помощна. Интранет-

мрежата може да бъде развита между множество географски отдалечени райони и селища по

наети линии или други средства осигуряващи адекватно качесво.

Съгласно този сценарий вътре в компанията липсва традиционната телефония.

Компютрите от Интранет се ползват и за предаване на данни и за телефония.

Самостоятелно, IP-телефонните съоръжения и за нуждите на безжичната телефония. Всички

видове трафик преминават през IP-мрежата. Качеството на мрежовите услуги може да се

предвиди и поддържа на определено ниво – достатъчно добро за телефонния трафик, даже и

при съобщения между отделни селища. За интерактивни нужди имената на абонатите

очевидно следва да имат адреси. Потребителите следва да имат телефонен номер, по който

да бъдат открити, даже и извън предприятието, което предполага наличието на връзка с

21

телефонната мрежа поне в една интерфейсна точка. Интерфейсната връзка може да се

осъществи или чрез първичен ISDN-вход или чрез вход към УАТЦ. Интерфейс за връзка се

ползва и между базовата IP-мрежа и радиотелефоннатамрежа.

Телефонен достъп по IP

Третия сценарий се отнася до потребителите Интернет, желаещи да поддържат

двупосочни връзки с телефонни абонати, т.е. да търсят и да бъдат търсени от тях. Този

сценарий е твърде интересен за потребители, ползващи за по-продължителен срок

автоматичната си телефонна линия към доставчиците на Интернет. Техниката на Фон-

дубльора (ФД) може да осигури втора виртуална линия, по която да се провежда двупосочен

телефонен трафик, без той да влияе на провждащата се Интернет-връзка. Фон-дубльора

създава тази възможност, без да въвежда втори номер или някаква специална процедура на

търсене.

При този сценарий се оказва, че качеството на комуникациите и възможността за

създаване на връзка са по-важни от стойността на услугата. Най-добре е гласовият

междумрежов интерфейс да бъде разположен близо до потребителя, откъдето по най-лесен

начин звуковата информация да досригне до телефонната линия. Връзката към Интернет-

мрежата се ползва за мултиплексиране на телефонния трафик и трафика за предаване на

данни.

Сценарий “Мултимедийна телефония”

Мултимедийната телефония осигурява гласова връзка като допълнение към

интерактивните мултимедийни сеанси. Сценарият включва поредица от приложения като:

- повиквателен център(Call Center) – приложения, при които абонатите се

пренасочват към определена информация, примерно към страница на дадена туристическа

агенция. Когато потребителя желае да се свърже с точно определен служител от агенцията,

той просто щраква върху дадена икона от екрана и телефонната или Интернет-връзката е

осъществена по общата телефонна линия към въпросния служител.

- разпределено приложение, което позволява на потребителя, интерактивно

разпределение и обработка на документи и образи, успоредно и едновременно с

провеждането на телефонен разговор.

22

- мултимедийна конференция, при която абонатите с компютри и телефонни апарати могат

да си общуват в рамките на възможностите на техните терминали.

Главното достойнство на този сценарий е възможността Интернет-техниката да въвлече

нови и различни медии в работата на абонатната станция, осигурявайки едновременно и

нови пътища за връзка. Съществено е, че при този сценарий може да се осигури качествена

гласова връзка. Счита се че в бъдеще, интегрирането на приложенията т.е. мултимедийната

връзка ще стане една от най-важните движещи сили в развитието на Интернет-техниката.

Фон-Дубльор

Днес един от най-обичайните начини за достъп до Интернет-мрежата е чрез модем за

комутируема връзка, включен към обществената автоматична телефонна мрежа (PSTN). За

съжаление ползването на телефонна връзка и Интернет едновременно е невъзможно. В

миналото този въпрос се решаваше, чрез заявка за втора виртуална линия към АТЦ. Днес

Фон-дубльорът (ФД) предлага алтернатива. Осигурявайки втора виртуална линия, абонатът

на АТЦ поддържа връзката си с централата, като в същото време е във връзка и с Интернет-

мрежата и обратно – по време на работа в Интернет абонатът може да търси или да бъде

потърсен от всеки абонат на световната телефонна мрежа, чрез избирането на собствения му

номер. Насрещният кореспондент не се интересува от това дали търсения абонат в същото

време е включен и работи по Интернет-мрежата или е свободен.

По същество Фон-дубльорът (ФД) е управляващ софтуер за осигуряване на връзка между

телефонните абонати и потребителите свързани към Интернет. Ако абонатът пожелае да

проведе телефонен разговор по време на което работи в Интернет-мрежата, той просто

щраква върху дадена икона от екрана на компютъра и избира нъния му телефонен номер,

който се появява контролно на дадено поле. Клиентът изпраща повикването към

междумрежовия гласов интерфейс на ФД, който от своя страна транслира телефонното

повикване към PSTN (или ISDN). PSTN отправя повикването в съответното направление и

когато търсения абонат отговори, телефонния разговор може да се проведе или чрез

слушалка, или чрез говорител и микрофон вградени в компютъра.

Обратно ако по време на работа в Интернет-мрежата постъпи телефонно повикване, на

екрана се открива сигнален прозорец и се чува акустично повикване. За да се осъществи

разговора абонатът щраква върху съответния бурон и поема разговора.

23

Междумрежовия гласов интерфейс на ФД нормално е разположен в непосредствена близост

до входящия сървър с оглед осигуряване максимално качество на предаване на звука. Така

се избягва закъснението предизвикано от мрежата на рутерите. Интерфейса разменя

Интернет-пакетите с клиентския ФД, като контролира повикването и осигурява

прехвърлянето на гласовия сигнал по Интернет-мрежата. От страна на мрежата интерфейса

осигурява връзката към ISDN. Капацитетът на междумрежовия интерфейс се прави такъв, че

да отговаря на капацитета на сървъра за достъп. Осигурявайки нормален трафик за

провеждане на телефонните разговори, звуковия междумрежов интерфейс може да поеме

едновременно до 30 телефонни разговора и 200 до 300 IP-потребителя.

Фон-дубльора пренася гласовия трафик през Интернет-мрежата само между абонатния

компютър и междумрежовия гласов интерфейс. Тъй като това става чрез комутируема

връзка през PSTN качеството на VOIP-връзката пряко зависи от големината на собствения

трафик на абоната. Входът на сървъра се конфигурира предварително, така че да осигурява

по-висок приоритет на гласовите пакети по отношение на останалите. Отсъствието на голям

трафик от предаване на данни по време на телефонния разговор запазва качеството на

услугата и закъснението в допустими граници. С изключение на входа към доставчиците на

Интернет-услуги, всяка част от връзката се осъществява както при нормален телефонен

разговор. При това, качеството му не се влияе от това дали той се провежда в местната

мрежа или в междуселищната. При преносана глас през IP, звуковата информация може да

бъде пренасяна по комутируема линия с модем, съвместно с друг тип информация. Когато

обаче комутируемата линия към модема е с възможности за скорост по-ниска от 64kbit/s,

гласовата информация трябв да бъде компресирана. Стандартната GSM-компресия от

13kbit/s е достатъчна за пренос на звукова информация по модемна линия със скорост

28.8kbit/s. Могат да се използват различни алгоритми за компресия. ФД дава възможност на

потребители, достигащи до Интернет чрез ISDN да изпращат и получават трафик с пълна

128kbit/s скорост, като в същото време могат да изпращат и получават телефонни

повиквания. За изпращане на гласовата информация по Интернет-мрежата е необходима

лента от 15kbit/s. Целият оставащ спектър се предоставя за пренасяне на данни.

Следователно при входящите повиквания трафикът за пренасяне на данни не трябва да

спада до 64kbit/s.

24

Телефонната и IP-мрежи имат съвсем различни адреси в пространството. За да се изгради

връзка между телефонните повиквания и IP-пакетите всеки абонат следва да има уточнен

адрес.

Когато потребителят задейства клиент на ФД, текущия IP-адрес преминава през

интерфейсен шлюз заедно с абонатния телефонен номер и останалите идентификационни

данни. Шлюзът идентифицира потребителя и регистрира връзката между телефонния номер

и IP-адреса.

Всеки път, когато някакво повикване преминава през гласовия междумрежов интрфейс,

интерфейсния шлюз бива консултиран за тази връзка. Информацията се ползва за таксуване

на изходящите повиквания. За входящите връзки информацията се ползва за да се открие

IP-адреса, на който потребителя може да бъде открит.

За да се достигне до абонат, ползващ телефонна линия за достъп до Интернет, повикването

трябва да се пренасочи към телефонния междумрежов интерфейс. Той от своя страна

придвижва повикването до мрежовия интерфейс, като последния следва да го насочи към

неговия IP-адрес.

Могат да се ползват множество методи за пренасочване на повикванията. Предпочитаният

метод обаче е стандартният – пренасочване при заето в обществената телефонна мрежа

(PSTN). PSTN определя дали абонатната линия е заета и пренасочва повикването към

гласовия интерфейс. Той се консултира с интерфейсния шлюз, за да се определи дали

абоната в момента е включен към ФД. Ако това е така, позвъняването се насочва от

междумрежовия интерфейс към клиентския ФД. В противен случай (т.е. на отсъствие на

ФД), гласовия интерфейс изпраща сигнал заето към викащия абонат. Друг вид пренасочване

е дистанционно контролираното пренасочване, инициирано от гласовия междумрежов

интерфейс.

Най-силната страна на ФД е възможността да осигури едновременно достъп до PSTN и до

Интернет като се създава втора виртуална линия. Предимстворо е, че потребителите не се

изключват от PSTN в момент на свързване към Интернет-мрежата. Въвеждането на ФД

осигурява на потребителите по-добри и качествени услуги, а доставчиците на телефонни

услуги реализират допълнителни приходи.

Алтернативата на ФД е заявката и изграждането на втора линия. ФД помага на операторите

да избегнат инвестиции за достъп до мрежата и местните централи. Приходите се

25

увеличават като доставчиците на телефонни услуги дублират Интернет-доставчиците и

могат да предложат конкурентни услуги комбиниращи Интернет и телефония.

Компаниите разполагащи с фон-дубльор-сървъри и свързани към тях УАТЦ и местни

мрежи могат да осигурят дистанционен достъп до услугата. Това дава възможност на

работниците и служителите да избират работното си място, например служителите

работещи вкъщи имат достъп по комутируема линия и модем до селищната централа или

УАТЦ. Входящите и зходящи повиквания могат да бъдат пренасочени към номер от УАТЦ

в случай, че гласовия междумрежов интерфейс насочи повикването към ФД. Така при

наличие на автоматичен достъп служителите могат да бъдат потърсени както в техния офис,

така и на домашния им телефон.

Управляващите функции са групирани в общо фон-дубльорно управление,което на свои ред

се управлява от шлюза. Съществуват две основни функционални категории: управление на

потребителя и управление на мрежата.

Управляващата функция на основата на WWW може да бъде достъпна чрез използването на

какъвто и да е стандартен браузер. Това дава на системните администратори “позната

околна среда”, в която навигацията е бърза и лесна.

Подсистемата за управление на мрежата се използва за добавяне, изтриване, промяна и

конфигуриране на мрежовите интерфейсни модули.

Таксуването се осъществява по различни начини, в зависимост от изискванията на

потребителя. Фон-дубльорната система не е лимитирана с определена система на таксуване,

но в общи линии поддържа известните механизми на таксуване в зависимост от

разстоянието на осъществяване на връзката. Фактически данните подавани от шлюза могат

да формират съответната система за разплащане.

При системата с “вградени данни” шлюзът генерира данни за направените повиквания в

местната файлова система. Входящите и изходящи повиквания се записват. Използвайки

протокола за трансфер на файлове, тарифиращата система събира данните в реално време.

При мрежово-формирания начин местната централа осигурява таксуването. За изходящи

повиквания интерфейса изпраща съобщение на централата за проведеното повикване.

При радиусовото отчитане на таксуването разплащателните данни се преобразуват в

“радиус”-съобщения с цел по-лесно осчетоводяване. Това е най-често използвания начин на

таксуване при автоматичното телефонно избиране.

26

В заключение трябва да се каже, че ФД създава виртуална втора линия за Интернет-

потребителите към обществената мрежа. Така потребителите ползващи Интернет са

свързани едновременно към вътрешната мрежа Интранет, чрез автоматична връзка и не е

нужно да се безпокоят, че ще пропускат важен телефонен разговор. Вместо това с ФД ще

могат да изпращат и получават повиквания без абонатите да се изключват от мрежата.

- Протоколи за контрол на VOIP

Протоколите за контрол на VOIP, могат да се разделят в три широки области.

Първата е контрол на устройствата. Протоколите от тази област са приложими в ситуации,

при които функцията на интелигентност (или контрол), се откъсва от функцията на средата

(или данните) в мрежата. Ключовия атрибут на този интерфейс е естеството на

взаимодействие от типа главен/подчинен. Главна е компонентата на интелигентността – тя

има абсолютен контрол над всички дейности. Компонентата на средата е подчинена и

изпълнява командите, които получава.

Втората област е “клиент” равнопоставен-към-равнопоставен (peer-to-peer). Протоколите от

тази област се прилагат към интелигентни клиенти (потребителски агенти) изграждащи

сесии (връзки) към други клиенти. Интелигентният клиент може да е компютър, PDA-

устройство от следващо поколение, или IP-телефон. Въпреки, че интелигентните клиенти

имат възможността да изграждат сесии директно с други клиенти, в много случаи клиента

ще взаимодейства първо с мрежово базирано устройство (сървър). Аналогично услуги, като

препращане на повикването, гласова поща,или конферентни мостове, могат да се

предоставят в интелигентните клиенти, въпреки че те могат също така да се предоставят

чрез мрежово-базирани сървъри.

Най-накрая съществува и концепцията интерфейсмрежа-до-мрежа, която е основна в

услугите на ОКТМ (обществената комутируема телефонна мрежа). Без такъв специален

интерфейс, много изисквания за регулиране и взаимодействие не могат да бъдат

удовлетворени – или поне така, както сега са дефинирани. Като резултат, когато една IP-

мрежа се използва за взаимовръзка на два потребителя на ОКТМ в среда, която е

необходимо да съответства на съществуващите регулации, IP-мрежата трябва да предоставя

специфичен интерфейс мрежа-до-мрежа. В дългосрочен аспект, с директното свързване на

интелигентните клиенти към IP-мрежата, ролята на интерфейса мрежа-до-мрежа не е ясна.

27

Има четири категории VOIP контролни протоколи:

1.Call Control Protocols:

1.1. H.323 – интелигентен протокол, обхващащ процеса на комуникация от край до край,

който наследява ISDN стандартите. Счита се за “тежък”, в смисъл, че има много функции,

опции и атрибути.

1.2. SIP (Session Initiation Protocol-протокол за иницииране на сесия) – интелигентен

протокол, обхващащ процеса на комуникация от край до край, който произлиза от Data

Session Management Base. Счита се за “лек” протокол, въпреки че в своето развитие като

телефонен протокол, бързо натрупва “тежест”.

2. Media Gateway Control Protocol (MGCP – протокол за контрол и управление на шлюза за

връзка с различни среди) и MeGaCo (H.248) – два практически идентични като

предназначение и подобни по същност протоколи, които се използват от интелигентните

управляващи устройства за контрол на неинтелигентни крайни устройства, във

взаимоотношение на главен/подчинен (master/slave).

3. Real-Time Transport Protocol (RTP) – той осигурява цялостни мрежови транспортни

функции, подходящи за приложения, прехвърлящи данни в реално време – например аудио

или видео.

4. Signalling System 7 (SS7) – SS 7 е протокол използван за разделяне на носещия контрол

(полезния товар на телефонното повикване), от контрола и управлението на сигнализацията

в мрежа с AIN (Advanced Intelligent Network – интелигентна мрежа с усъвършенствана

архитектура). Мрежата на SS7, транспортира контролни и управляващи сигнали и друга

информация между SSP (Service Switching Points – точки за комутация на услугите) и SCP

(Service Control Points – точки за контрол и управление на услугите).

Протоколът за контрол и управление на шлюза за връзка с различни среди (MGCP), е

създаден от Inrernational SoftSwitch Consortium (Международен консорциум за софтуерни

комутатори). Началото на този консорциум бе поставено от компаниите “Level 3” (чрез

обединението с “Xcom”) и “Telcordia”. В средата на 1998г. “Level 3” разработи протокол,

наречен Интернет протокол за контрол и управление не устройствата – Internet Protocol

Device Control (IPDC). По същото време, “Telcordia” създадоха протокол, наречен Протокол

28

за прост контрол и управление на шлюз – Simple Gateway Control Protocol (SGCP). Тези два

протокола IPDC и SGCP, бяха обединени в MGCP от IETF (инженерна група по проблемите

в Интернет).

MGCP бе обединен с трети нов протокол – протокол за контрол и управление на

устройствата свързани със средата Media Device Control Protocol – MDCP, разработен от

“Lucent Technologies”. Този нов подобрен протокол е MeGaCo (известен също и като Н.248.

Протоколът MeGaCo е добре позициониран за доставяне на своя набор от услуги, за

домашните и бизнес потребители и включва, както основни, така и минимален брой

усъвършенствани услуги. Неговата сила е в оперативността. Той предполага, че клиентите

могат да предлагат много опростени ОКТМ операции. Не се изисква интелигентен клиент

като компютър или телефон. Протоколът MeGaCo предполага, че интелигентността на

мрежата е централизирана в селищните централи. Той може да замести модела на пазач на

шлюза (gatekeeper) на Н.323, използван в много от изпитанията на VOIP. MeGaCo поглъща

комплектността на ОКТМ в края на мрежата на доставчика на услуги, като контролира

много шлюзове в една крайна IPкрайна централа.

Например, потребителите запазват сегашните си телефони или УАТЦ и се свързват към

мрежа от следващо поколение или интегриран комутатор. Тези комутатори поддържат

преобразуване на глас в данни и осъществяват връзката към стандартно оборудване с

комутация на каналите от местоположението на ведомството. Интегрираният комутатор

преобразува повикванията базирани на конутация на каналите в IP базирани повиквания и

използва MGCP за сигнализацията или за изграждане на връзката през IP-средата.

Мотивите за създаване на стандартизиран протокол за контрол на устройствата е да се

предоставят позитивните атрибути на централизираната архитектура за контрол и

управление (такива като мащабируемост, висока степен на надеждност), като едновременно

с това да позволи съвместната работа на оборудването от повече производители.

Протоколът MeGaCo е ключът за незабавното постигане на тези цели при изграждане на

VOIP-мрежа. Някои индустриални форуми (като International Softswitch Consortium - ICP)

възприеха временно междинни версии на протокола (като например MGCP 1.5 или SGCP),

очаквайки успешното завършване на MeGaCo. Сега е ясно, че това може да е временна

мярка и че широкото приложение на протокола, ще бъде бързо възприет, защото има

няколко пред междинните протоколи. Той е проектиран за среда с изграждане на логически

29

връзки като мултиплексиране с времеделение (TDM) и АТМ, както и за среда без

изграждане на логически връзки, каквато е IP. Това прави протокола приложим в много по-

широк кръг от шлюзове на средата. MeGaCo е проектиран също така да поддържа и

шлюзове, чиито размери варират от хиляди портове, до шлюз с един порт, какъвто е един IP-

телефон.

Понастоящем това което правим днес по телефона вкъщи е всичко, което можем да

получим. Но след като гиганта AT&T започна да навлиза в кабелния бизнес, вероятно ще

видим този модел да се развива от предоставянето на прости услуги за домашни

потребители, към предоставянето на по-надеждни усъвършенствани услуги, използващи

версия на SIP или нов протокол за усъвършенствани услуги. Това ще позволи например да

съчетаем разговорите с разпознаване на речта и електронна поща за унифицирани

съобщения, задавайки селективно пропускане или препращане на повикванията, или пък

повикванията да ни следват по различните устройства, като клетъчен телефон, домашен

телефон, служебен телефон или пейджър.

За да се доставят разнообразни или усъвършенствани услуги, каквито например предоставя

една УАТЦ е необходим по-интелигентен модел на клиент. Това изисква и по-надежден

протокол. Понастоящем комуникационната индустрия се насочва към SIP протокол за

усъвършенствани услуги, който може да работи при равнопоставени условия. Също така,

производители поддържат интелигентен SIP-базиран протокол за устройства на крайни и

селищни централи, а и операторите възнамеряват да го внедрят.

SIP е в началния етап на тестване и пилотни изпитания, и е подходящ за предоставяне както

на глас, така и на нови услуги. Някои от тези ключови характеристики включват мобилност,

нови за персонален идентификационен номер (PIN), IP-базирани частни виртуални мрежи

(VPN), виртуални УАТЦ, заобикаляне на ОКТМ, частни номерационни планове, УАТЦ

услуги и потребителски контрол от край-до-край. SIP е проектиран да интегрира гласа на IP-

инфраструктурата. Той позволява разделянето на мрежовата база и на слоевете за създаване

на услуги.

Тук трябва да направим сравнение между SIP и Н.323. Н.323 е всеобхватна спецификация,

която е се отнася до група протоколи, често разглеждана просто като Н.323. Оригиналната

Н.323 спецификация е разработена с цел да позволи видеоконференции по локалните мрежи

30

(LAN). Протоколът е разработен да позволи на интелигентните клиенти да изграждат връзки

с други интелигентни клиенти. Допълнения на протокола предоставят на пазача на шлюза

(gatekeeper), възможност да следи трафика по локалната мрежа и да осъществява повиквания

само при достатъчен капацитет. Пазачът може също така за по-големите мрежи, да

предостави и функция “разделителна способност за адреси”. По-следващи версии на Н.323

включват модел на пазач на шлюз с маршрутизиране, в което пазачът на шлюза трябва

активно да участва в изграждането на връзките и в предоставянето на услуги при дадено

повикване.

И двата протокола SIP и Н.323 имат своите защитници, и двата са създадени с цел да

отговарят на VOIP. И двата протокола имат своите силни и слаби страни поне както сега са

дефинирани. Ключовото предимство на Н.323 е, че понастоящем протоколът съществува от

няколко години. Вече е налице и Версия 2, като работата по Версия 3 е в напреднала фаза.

Тъй като Н.323 е разработен от ITU, то в протокола е отделено значително място за

дефинирането на допълнителните гласови услуги. Много гласови услуги вече са

специфирани в протокола. Въпреки това съществуват и някои пропуски, което забавя

разработването на продукти с Н.323, оравейки трудно написването и тестването на кода.

Това обяснява и по-широкото използване на SIP.

SIP е разработен за изграждане на сесии между Интернет “хостове”. Както в случая с

Интернет-трафика, тези сесии са изцяло на базата на равнопоставен-до-равнопоставен.

Протоколът дефинира специализирани SIP-сървъри за услуги, но те са пожелателни.

Съществуват SIP-сървъри за регистрация, SIP-сървъри за пренасочване и SIP-сървъри за

услуги. SIP протоколът е проектиран да поддържа модел на услугите, в който те са изцяло

разпределени. Те могат да се установяват в терминалите на потребителите в SIP-сървъри и в

коя да е комбинация от двете.

SIP е различен от Н.323 в много отношения. SIP се базира до голяма степен на Интернет

протоколите като НТТР, предоставя много повече директни пътища за интеграция на

услугите за глас и данни. При него по-лесно се добавят възможности за нови услуги, без да

възникват проблеми за взаимодействието. Проблем остава липсата на интерфейс мрежа-до-

мрежа. Той се разработва като при внедряване на мрежа се използват взаимодопълващитеб

се SIP и MeGaCo, за да се отговори бързо на този проблем. Това взаимно допълване на SIP и

MeGaCo ще позволи внедряване на мрежи, които могат веднага да предоставят регулаторно

31

съответствие за ОКТМ-до-ОКТМ взаимосвързване, като в същото време осигуряват

инфраструктура, поддържаща еволюцията на разпределен модел на услуги базиран на SIP.

Интелигентни клиенти

Моделът на инелигентния клиент е много подходящ за бизнес комуникации и за

потребители от малки офиси. Този модел предполага, че в предприятието, клиента ще може

да поддържа усъвършенстваните услуги. Това ще се осъществява от телефон, който ще има

вграден SIP, или шлюз за усъвършенствани услуги (Enhanced Services Gateway – ESG),

който може да замени маршрутизатори, УАТЦ, или LAN комутатори с вграден SIP.

Връзките със селищната централа могат да са коя и да е IP базирана магистрала за данни,

поддържаща необходимите изисквания за качество на обслужването (QoS) и за класове

услуги (CoS).

За да се поддържа новата среда за услуги,може да се наложи малка или значителна промяна

в телефонната среда. На едно ниско ниво, потребителите могат да изберат дали да запазят

сегашнара си УАТЦ и да имат вграден шлюз за усъвършенствани услуги ESG, който

транслира традиционната телефонна сигнализация в SIP базирана сигнализация, по

телефоните поддържащи SIP и да работо по стандартни Етернет-тип кабели.

SIP-базираната мрежа може да изглежда като IP Centrex услуга с много примамливи

характеристики, комбиниращи потребителските компютри и телефон по общ набор

протоколи и може да се поддържа от мрежата на телефонните оператори, или пък да я

заобикаля изцяло.

Предоставянето на усъвършенствани услуги обаче е по-лесно да бъде казано, отколкото

реализирано. В повечето мрежи, създаването на нова услуга означава модифициране или

подмяна на централи,които са в експлоатация, и на устройства за достъп с нови пакетно-

базирани алтернативи, което е скъп и донякъде бавен процес. За да се превърне една услуга

в печеливша, мрежовите оператори трябва да са в състояние да внедряват нови услуги, без

дори да докосват мрежовата база. Това означава изграждане на отворена, назависима от

производителите архитектура и поддържането й с подходящите протоколи какъто е SIP.

Потребителите ще са в състояние да се възползват от предимствата на новите гласови

услуги, предоставяни от доставчиците и да навлязат в услуги предоставяни от друг

доставчик, с технологии подобни на Java аплетите.

32

За да заработи този нов модел, усъвършенстваните услуги трябва да са независими от

базисната мрежова технология. Конвергенцията на комутацията на каналите и пакетната

комутация, предоставя една нова възможност за изграждане на дружелюбни по отношение

на услугите обществени мрежи. При наличието на подходяща архитектура, производителите

на оборудване, мрежовите оператори, както и други разработчици, ще са в състояние да

създават и внедряват усъвършенствани услуги, не само бързо, но и ефективно по отношение

на разходите. В крайна сметка, стойността ще замени цената, като база за конкуренцията в

очите на потребителите.

- Защита на комуникациите в IP-мрежите

Разширеното използване на Интернет протокола (IP), създава належаща необходимост от

въвеждането на по-съвършени методи и решения за защита. Мрежите с пакетна комутация,

като Интернет и Интранет, позволяват използването на редица нови методи за пробив на

защитата. Злонамерени потребители могат лесно да атакуват и подслушват IP-трафика в

мрежата, като паралелно се включват мрежата, могат да пренасочват трафика, да въведат

фалшив трафик пакети, да променят съдържанието на пакетите, да генерират фалшиви

откази за обслужване от мрежата и да инсталират софтуер, който обърква или блокира

работата на системите.

Един от методите за ограничаването на изброените атаки, е в мрежата да се осигури и

поддържа стриктен контрол на достъпа до мрежата, като се дава достъп само на надеждни

потребители. Този тип контрол може да се осъществи чрез:

- защитни стени в интерфейсните точки между мрежите, за да се контролират потоците

пакети в тези точки на взаимодействие;

33

- защитени и строги процедури за достъп до мрежите в процеса на регистриране на

потрбителите до мрежата, т.е. чрез използване на потребителски имена и пароли.

Повечето от фирмите в момента използват тези средства за на вътрешните си корпоративни

мрежи (Интранет). Трябва да се има впредвид обаче, че е много трудно да се поддържа

добра защита само чрез ограничаване на достъпа до мрежата. Напротив, основна цел на

корпоративните мрежи е да осигурят лесен и отворен достъп до Интернет на колкото се

може повече потребители. Освен това в големите мрежи, обслужващи много потребители е

доста трудно, да се поддържа строг контрол на всеки потребител и всяка машина включена в

мрежата. Проблемите по отношение на защитата стават все по-сложни с повишаване на

мобилността на потребителите – потребителите много скоро ще могат да използват услугата

за осъществяване на IP-връзки, независимо от това, къде се намират в момента, като за всяка

връзка използват различни начини за достъп до Интернет и Интранет.

За да се осигури допълнителна защита и се достигне дадено ниво на защита, се стига до

защита на самия трафик, т.е. на данните обменяни по IP-връзките. Създават се защитни

механизми, които включват проверка на правата на достъп на потребителите, зашифроват се

и предаваните пакети данни, за да не могат да бъдат модифицирани. Защитни механизми от

този тип вече са част от продуктите на “Ericsson”. Пример за това е GSM системата, която

съдържа механизъм за проверка на потребителите, имащи право на достъп до мрежата и

системи за защита на трафика.

Механизми за защита на IP комуникациите

Зашифроване на данните

Двете основни цели на зашифроването на данните са:

- да се осигури секретност на съобщенията;

- да се гарантира интегритетът на съобщенията.

Секретността на съобщенията се осигурява чрез зашифроване, докато интегритетът на

съобщенията става чрез оторизация или електронен цифров подпис.

Зашифроването на пакетите, защитава съдържанието на IP-трафика, за да не бъде прочетено.

Процедурата на защита е следната. Преди изпращането на съобщението, изпращачът

използва ключ за да го зашифрова. Така генерираният зашифрован текст се изпраща по

обществения канал, който може да се подслушва, но вече без да се разбере, какво е

съобщението. За да се прочете, получателя използва ключ за разшифроване на

34

зашифрования текст, за да се получи първоначалния текст. Ако ключовете за шифроване са

еднакви, системата е симетрична. Ако тези ключове не са еднакви системата е асиметрична.

За да се гарантира защитата, ключът за зашифроване трябва винаги да бъде секретен, а ако

се налага да бъде за обществено ползване, трябва да бъде засекретено получаването на

ключът за разшифроване от този за зашифроване. В този случай системата се нарича

обществена система за шифроване. Като пример за добила известност, обществена система

за шифроване е тази на Риверс-Шамир-Алдеман (RSA), която шифрова съобщението,

обработвайки го като последователност от големи цели числа, които се преобразуват с

използването на алгоритмите на модулната аритметика. Други известни симетрични системи

за шифроване са Стандартната система за шифрпване на данни (DES), RC 4, RC 5.

Кодове за идентификация на съобщенията

Очевидно е, че е необходим механизъм за интегритета на пакетите. Добавянето на поле с

код за идентификация на съобщенията (МАС поле), ще позволи на получаващата страна да

установи дали пакетът е модифициран. Полето МАС съдържа поредица битове, които са

добавени към оригиналното съобщение. Дали пакетът е модифициран се установява като се

сравни полученото МАС поле, със съответната сума за проверка, извлечена от полученото

съобщение. Ако резултатът на сумата за проверка съвпадне с полученото МАС поле, тогава

се приема, че е получено оригиналното съобщение.

Протоколи за защита в Интернет

Криптографските механизми представляват основен механизъм за защита на

комуникациите. Но освен това са необходими стандартизирани начини за идентификация на

потребителите, обмен на шифрпвъчни ключове за определяне кой алгоритъм и кой формат

на съобщенията да се използват и т.н. Това са задачите, които вече трябва да изпълни

стандартен протокол. В момента се използват няколко различни протокола за защита в

Интернет като TLS (протокол за защита на транспортния слой), SSH (протокол за създаване

на защитна обвивка), Ipsec (протокол за IP-защита) и IKE (протокол за обмен на

шифровъчни ключове). Тези протоколи използват следните методи за установяване на

защитена сесия (връзка), а именно:

- Идентификация. Преди да бъде установена комуникационна сесия, напотребителите –

участници в комуникацията, трябва да бъдат проверени правата за достъп и това става, след

като те успешно се идентифицират от системата. Идентификацията на потребителите може

35

да става с обществен или секретен ключ. При обществен ключ обикновено се използва

дефинирана структура на обществени шифровъчни ключове (PKI).

- Криптографски алгоритми. Комуникационните участници се договарят, кой криптографски

алгоритъм ще бъде използван, по време на обмена на шифровъчните ключове за

последващата защита на данните.

- Обмен на ключове за шифроване. Участниците обменят ключовете за шифроване, с които

ще се работи по време на сесията. Най-често се използват обществени ключове.

- Генериране на шифровъчни ключове. Изчисляват се и се генерират симетрични ключове,

които се използват за зашифроване на всички последващи пакети и за допълване на полето

МАС към всеки път.

Различните протоколи осигуряват защита на различни слоеве от протоколния стек.

Протоколът Ipsec е технология за защита на всички IP-пакети на мрежовия слой и формира

защитен слой от един възел до друг възел от мрежата. Ipsec може да се използва за създаване

на виртуални мрежи базирани на IP протокола. Този протокол обаче не може да изпълнява

идентификация или обмен на ключове за шифроване по време на сесията. Тези задачи се

изпълняват от протокола за обмен на шифровъчни ключове (IKE).

Протоколът за създаване на защитна обвивка (SSH), е основен протокол за защита при

установяване на достъп на отдалечен терминал до Интернет. Той се използва, за да се

осигури защита на текстово базирано управление на достъпа до мрежовите възли.

Протоколът за защита на транспортния слой (TLS), се използва за защита на Web-сървърите,

особено на тези за банкови услуги. За мобилния протокол за пренос на данни WAP е

създадена специализирана версия на TLS протокола – WTLS. Важна разлика между двата

протокола е, че WTLS може да се използва и върху ненадеждна преносна среда, с помощта

на UDP (протокол за предаване на потребителски данни – дейтаграми), докато TLS се

използва само с IP/TCP мрежов протокол.

Криптографията с използването на инфраструктура за генериране на обществени ключове

(PKI), може да бъде използвана за идентификация на потребители и хардуерни устройства,

през които минава връзката. Използва се също и за защита на обмена на ключовете за

шифроване на дадена сесия.

36

В протоколите за защита, които са описани, задачите по идентификацията и обмена на

ключове за шифроване, обикновено са свързани помежду си, за да се осигури обществените

ключове да принадлежат на дадено лице или организация. Един от начините да се получи

идентификация и съответствие на идентификатора на потребителя и стойността на

обществения ключ, е тези два параметъра да се включат в сертификат за достъп.

Сертификатът представлява информационна поредица, която се състои от полета и цифров

подпис, които потвърждават верността на съдържанието на тези полета. Съществуват

няколко структури за сертификати. Най-известните формати са базирани на стандартния

Х.509 формат. Притежателят на даден сертификат трябва да го представя на другите

потребители или възлите на мрежата за идентификация или да предоставя защитен обмен

на ключове за шифроване.

Когато този сертификат се получава по време на установяване на сесията, сървърът за

достъп проверява данните в него. Полученият обществен ключ за шифроване може да се

използва, само ако подписът е коректен и истинският потребител го е подписал. Ако

подписът в сертигфиката не е коректен, или истинският притежател не го е подписал,

тогава няма да бъде изградена защитна сесия. Обикновено организацията, която издава тези

сертификати е добре известна и ги издава по защитен начин. “VeriSign” е пример на голяма

организация, оторизирана за издаване на сертификати в Интернет. Доставчиците на услуги,

трябва да си платят за услугата получаване на сертификат за защита на своите сървъри за

достъп.

Повечето от сертификатите са валидни само за известен период от време. Ако потребителят

загуби своя личен сертификат, или по някаква друга причина неговия сертификат се окаже

невалиден, тогава организацията, която е издала сертификата трябва да възстанови

действието му. Това става като се разпраща списък с възстановените сертификати.

В заключение трябва да се отбележи, че днес злоумишлени потребители могат лесно да

подслушват, отклоняват IP-трафик, да въвеждат фалшиви пакети данни, да модифицират

пакетите данни, да задръстват услуги чрез хакерски атаки, или да разпространяват

унищожителен за системите софтуер и вируси. Един от начините за предотвратяването на

тези атаки, е да се поддържа добър контрол върху достъпа до мрежата с помощта на

защитни стени и процедури за защитено регистриране, за работа в мрежата.

37

За да се постигне желаното ниво на защита, освен мерките по ограничаване на достъпа,

самия трафик трябва да бъде защитен. Криптографията осигурява базата за създаване на

решения за защита на трафика. Решенията за защита включват проверка на правата на

достъп на потребителите, шифроване на пакетите данни и защита срещу модифициране.

Най-директният механизъм за регулиране на достъпа е установяването на сигурно защитено

взаимодействие между потребителя и мрежата. Криптографията се използва за да се

засекретят съобщенията и да се гарантира тяхната автентичност и цялост. Секретността се

осигурява, чрез зашифроване, а интегритета (цялостта) на данните – чрез кодове за

проверка, или цифрови подписи и сертификати.

Макар, че криптографските алгоритми са основните методи за защита на комуникациите,

разработват се и стандартни методи за идентификация на потребителите, чрез обмяна на

ключове, които указват кои алгоритми и формати на съобщенията да се използват и т.н.

Това се осъществява по следния начин:

Първо, преди да се установи комуникационната сесия, потребителите, които ще участват в

комуникацията трябва да опознаят своите идентификации. Идентификацията се базира на

използването на обществен или частен (секретен) ключ. Ако се използват обществени

ключове, се прибягва до специализирана инфраструктура за присвояване на обществени

ключове – технология, която може да поеме нарастващите изисквания, за раздаване на голям

брой ключове в мрежата и за защита на обществените Интернет-услуги.

Второ, потребителите участващи в комуникационната връзка, се договарят, кой

криптографски алгоритъм ще се използва при обмяната на ключовете и шифроването на

данните.

Трето, определя се фазата за обмен на криптографските ключове за дадена сесия. Тази фаза,

която се отнася за обмен на обществените ключове, се използва за опознаване на

потребителите, машините и за защитена обмяна на ключовете за шифроване на данните.

Четвърто, изчисляват се и се присвояват симетрични ключове, за да се шифроват всички

последващи пакети данни и да се добави МАС поле към всеки пакет.

Разработването и широкото разпространение на механизмите за защита на мрежовия слой за

обмен на данни и глас с IP-протокол, все още обаче среща някои затруднения. Една причина

за забяване внедряването на решения за защита, са рестрикциите за износа на такива

продукти от САЩ. Тъй като значителния дял от разработките на решенията за защита, се

38

пада на фирми в САЩ, стандартизацията на механизмите за шифроване не е била

приоритет, или не е залягала в маркетинговите стратегии на големите производители на

телекомуникационно оборудване. В последно време, САЩ започнаха да вдигат

ограниченията за износ на такива продукти и нарастващите потребности от защита на

комуникациите в страните от ЕС, осигуряват на продуктите за защита значително пазарно

място, като се очаква в близките години, този пазарен дял да се разшири с големи темпове.

ТаблицаПазарът на телеком услуги в България в млн. евро

Сегмент 200120022003 г.*Телефонни услуги, вкл. И'нет и онлайн 358 376 396

Мобилни телефонни услуги 321 505 692Комутация на данни и наети линии 32 37 42

Кабелни ТВ услуги 54 60 68Общо 978 1199 1437

*прогноза

Източник: EITO, 2003 г. Списание “Computer World” бр. 21/2003г.

39