Основы IP-телефонии

Основные понятия IP-телефонии

PBX (Private Branch Exhange) — термин, обозначающий офисную телефонную станцию, которая обеспечивает установление, поддержание и разрыв соединений между аппаратами, то есть коммутацию. Основой, ядром офисной телефонии является именно PBX система — она позволяет эффективно организовать телефонную связь на предприятии. PBX позволяет разделять ограниченные ресурсы (городские линии и номера) между неограниченным числом внутренних пользователей, при помощи таких телефонных функций, как внутренний номерной план, перевод звонков, постановка на удержание, и других.

Традиционные PBX системы коммутируют каналы – линии связи, переключая электрические цепи. Современные PBX системы коммутируют пакеты в сети TCP/IP и получили название IP PBX. IP PBX функционируют на основе специальных протоколов, работающих поверх TCP/IP – протоколов IP телефонии. Для обратной совместимости IP PBX могут поддерживать и традиционные линии связи — такие IP PBX обычно называются гибридными. В принципе (и это более разумно) функцию конвертации традиционных телефонных каналов в IP пакеты можно возложить на отдельное устройство — VoIP адаптер или VoIP шлюз, который далее подключается по протоколу IP телефонии к IP PBX.

В настоящее время только два протокола IP телефонии получили широкое распространение — SIP и H.323.

Протокол, а более правильно, стек протоколов H.323, был разработан международным союзом электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) — международной организацией, определяющей рекомендации в области телекоммуникаций и радио. Целью создания протокола была необходимость проведения аудио и видеоконференций по современным телекоммуникационным сетям, включая цифровые и IP сети.

SIP (Session Initiation Protocol — протокол установления сеанса) — стандарт на способ установления и завершения пользовательского интернет-сеанса, включающего обмен мультимедийным содержимым (видео- и аудиоконференции, мгновенные сообщения, онлайн-игры, и пр.). Разработкой протокола занималась Специальная Комиссия Интернет-разработок (Internet Engineering Task Force, IETF) — открытое международное сообщество проектировщиков, учёных, сетевых операторов и провайдеров, которое занимается развитием протоколов и архитектуры Интернета.

Протокол H.323 обладает большим стандартным набором возможностей по работе с видео конференциями (его создавали телефонисты, а интернет — одна из его рабочих сред), а протокол SIP больше приспособлен к работе в сетях TCP/IP, и более универсален (его создавали «интернетчики», и голос и видео — всего лишь одни из типов медиа контента).

В настоящее время стандартом де-факто для IP телефонии считается SIP и развитие современных IP PBX систем ведется именно в русле SIP.  H.323 протокол еще остается, но используется в основном в специализированных системах многопользовательских видео конференций и для обмена голосовым трафиком по IP между операторами связи, хотя и в этих областях наблюдается тенденция перехода на SIP.

Архитектура SIP

Спецификация протокола SIP определяет клиент-серверную модель функционирования. Клиент выдает запросы, с указанием того, что он хочет получить от сервера. Сервер принимает и обрабатывает запросы, выдает ответы, содержащие уведомление об успешности выполнения запроса, уведомление об ошибке или информацию, запрошенную клиентом. Обслуживание вызова распределено между различными элементами сети SIP.

Основным функциональным элементом, реализующим функции управления соединением, является абонентский терминал. Остальные элементы сети могут отвечать за маршрутизацию вызовов, а также предоставляют дополнительные сервисы:

• Терминал. Когда клиент и сервер реализованы в оконечном оборудовании и взаимодействуют непосредственно с пользователем, они называются пользовательским агентским клиентом — User Agent Client (UAC), и пользовательским агентским сервером — User Agent Server (UAS). Если в устройстве присутствуют и UAC, и UAS, то оно называется пользовательским агентом — User Agent (UA), а по своей сути представляет собой терминальное оборудование SIP. Примеры UA — аппаратный или программный SIP телефон, SIP адаптер.
• Прокси-сервер (от англ. proxy — «представитель») представляет интересы пользователя в сети. Он принимает запросы, обрабатывает их и выполняет соответствующие действия. Прокси-сервер также состоит из клиентской и серверной частей, поэтому может принимать вызовы, инициировать запросы и возвращать ответы. Предусмотрено два типа прокси-серверов:
  • с сохранением состояний (stateful) – сервер хранит в своей памяти все полученные запросы и связанные с ним новые сформированные запросы до окончания транзакции.
  • без сохранения состояний(stateless) – сервер просто обрабатывает получаемые запросы и на его базе реализовать сложные, интеллектуальные услуги невозможно.
• Сервер переадресации — используется для определения текущего местоположения пользователя. Сервер переадресации не терминирует вызовы и не инициирует собственные запросы, а только сообщает адрес необходимого терминала или прокси-сервера. Для этих целей он взаимодействует с сервером определения местоположения. Для осуществления соединения пользователь может не использовать сервер переадресации, если он сам знает текущий адрес требуемого пользователя.
• Сервер определения местоположения пользователей. Пользователь может перемещаться в пределах сети SIP, поэтому существует механизм определения его местоположения в текущий момент времени. Сервер определения местоположения пользователей служит для хранения текущего адреса пользователя и представляет собой базу данных адресной информации.

Таким образом, спецификация протокола SIP не определяет ничего, кроме механизма установления и разрыва сессии между клиентом и сервером, а также поиска элементов сети. Поэтому SIP протокол используется одновременно с другими протоколами, реализующими пользовательские сервисы.

Одним из таких вспомогательных протоколов является SDP — Session Description Protocol, предназначенный для описания сессии передачи потоковых данных, включая телефонию, интернет-радио, приложения мультимедиа, и поточные приложения. SDP протокол описывает формат заголовков и полей, в которых SIP клиенты и серверы перечисляют свои сессионные возможности (например, поддерживаемые алгоритмы сжатия — кодеки).

Вторым необходимым протоколом является RTP (Real-time Transport Protocol), который используется для непосредственной передачи трафика реального времени. Протокол RTP переносит в своем заголовке данные, необходимые для восстановления голоса или видеоизображения в приемном узле, а также данные о типе кодирования информации (JPEG, MPEG и т. п.). В заголовке данного протокола, в частности, передаются временная метка и номер пакета. Эти параметры позволяют при минимальных задержках определить порядок и момент декодирования каждого пакета, а также интерполировать потерянные пакеты. В качестве нижележащего протокола транспортного уровня, как правило, используется протокол UDP. Установление и разрыв соединения не входит в список возможностей RTP, такие действия выполняются сигнальным протоколом SIP.

Таким образом, работа SIP PBX основывается на трех основных протоколах: SIP, SDP, RTP.

Есть еще протоколы, реализующие дополнительную функциональность, например, SIP TLS и Secure RTP, добавляющие шифрование сигнализации и медиа потоков, и другие, однако основными все же являются SIP, SDP и RTP.

Однако, если SIP протокол не определяет никаких высокоуровневых функций и сервисов, тогда что же такое IP PBX на базе протокола SIP?

Критерии SIP АТС

В настоящее время существует достаточно большое количество телекоммуникационных программных продуктов, которые отличаются друг от друга архитектурой, целевыми функциями, поддерживаемыми протоколами, популярностью, и другими параметрами. Полноценные IP PBXдолжны удовлетворять следующим критериям:

• Поддерживать функции SIP регистратора. IP PBX должна знать о местонахождении своих пользователей, поэтому должна реализовывать функции SIP регистратора.
• Поддерживать функции SIP прокси. IP PBX должна заниматься установкой соединений между своими пользователями, а также поддерживать информацию о состоянии этих соединений.
• Поддерживать механизмы контроля над установленной SIP сессией. IP PBX должна иметь возможность прервать текущую сессию по причине поступающего более важного звонка, или для освобождения занятой линии, нужной руководителю, В архитектуре SIP такие функции выполняет так называемый Back-to-back User Agent (B2BUA). При использовании B2BU связь устанавливается не непосредственно между двумя пользователями, а между каждым из пользователей и B2BUA, и один звонок как бы превращается в две полностью независимые SIP сессии.
• Поддерживать функции проксирования RTP трафика. IP PBX должна пропускать через себя медиа потоки, например, в целях записи разговоров.
• Поддерживать дополнительные, общепринятые функциональные приложения. Традиционно IP PBX системы поддерживают такие функции, как голосовая почта, конференц-связь, музыка на ожидании, статистика звонков и другие.