asyan.org
добавить свой файл
  1 2 3 ... 5 6
^

11.4 Синхронна цифрова ієрархія
(Synchronous Digital Hierarchy, SDH)



SDH розроблена компанією Bellcore (під назвою “Синхронні оптичні мережі” – Synchronous Optical NETs, SONET), а в 1988 році була стандартизована CCITT і ANSI (G.707-G.709).

Основна перевага SDH (в порівнянні з PDH) – прозорість мультиплексування і демультиплексування. Кадри SDH всіх рівнів мають таку структуру, що дозволяє легко (не розбираючи на складові весь високошвидкісний потік) виділяти (і вставляти) дані, що відносяться до необхідного базового каналу. Рівні ієрархії SDH перераховані в таблиці 11.2.

Кадр рівня STM-1 має довжину 2430 байт, час його передавання складає 125  мс (при швидкості 155,52  Мбіт/с). Кадр складається з 9 рядків по 270 байт, перші 9 байт в кожному рядку містять службові дані. Таким чином, швидкість передачі корисних даних складає 150,34 Мбіт/с.
Таблиця 11.2 – Рівні ієрархії SDH [14]


^

11.5 Передача мовлення зверх IP або VoIP (інтернет-телефонія)



Можливість передавання мовних повідомлень мережею з пакетною комутацією з'явилася у 1993 році. Ця технологія отримала назву VoIP (Voice over IP). Одним з застосувань даної технології є IP-телефонія – послуга по передаванню телефонних розмов абонентів протоколом IP ). VoIP – система зв'язку, в якої аналоговий звуковий сигнал від одного абонента дискретизуеться (кодуется у цифровий) вигляд, компресуеться і пересилаеться по цифрових каналах зв'язку до другого абонента, де відбувається зворотна операція – декомпрессія, декодування та відтворення аналогового сигналу.

Основними перевагами технології VoIP є скорочення потрібної смуги пропускання,що є можливим враховуючи статистичні характеристики мовного трафіку: блокуванням передавання пауз (діалогових, слогових, сенсових і т.ін.), які можуть складати до 40-50 % загального часу заняття канала передачі; високою надмірністю мовного сигналу та його стиском (без втрати якості відновлення) до рівня 20-40 % початкового сигнала.

З іншого боку трафік VoIP критичний до затримок пакетів у мережі, але має толерантність (стійкість) до втрат окремих пакетів. Так втрата до 5 % пакетів не приводе до погіршення розбірливості мови.

Рекомендації Н.323 «Відеотелефонні системи та обладнання локальних обчислювальних мереж, без гарантування якості обслуговування» видав ITU, і цей стандарт став основою побудови перших глобальних систем інтернет-телефонії. Архітектура систем інтернет-телефонії зображена на рисунку 11.5. В центрі знаходиться шлюз, який з'єднує Інтернет з телефонною мережею. Він підтримує про­токол Н.323 з боку Інтернету та протоколи ТМЗК (комутованої телефонної мережі загального користування) з «телефонної» сторони. Пристрої комунікації называють терміналами. В локальної мережі може бути машина-воротар (gatekeeper), яка керує кінцевими вузлами, які знаходяться у її зоні.


^ Рисунок 11.5 – Модель архітектури Н.323 для інтернет-телефонії
Призначення стандарту Н.323 - специфікація передавання мультимедійної інформації у пакетних KM. Стандарт сеансового рівня і може використовувати сервіси довільних транспортних протоколів (таких як TCP, UDP, IPX). Під час роботи він взаємодіє з RTР, RTCP, RSVP. Специфікація стандарту не передбачає елементів контролю якості передавання QoS. Цей стандарт ґрунтується на великій кількості інших стандартів.

Стандарт Н.323 використовує такі протоколи:

  • Стандарти кодування аудіо- та відеоданих (кодеки). Стандарт стиснення сигналу мовлення G.711 є обов'язковим елементом Н.323. Голос передається по пакетній KM зі швидкістю 56-64 Кбіт/с. Крім того, для стиснення сигналу мовлення можна використовувати стандарт G.723, який потребує ще менших швидкостей передавання. Стандарти Н.261 та Н.263 призначені для кодування відео: Н.261 кодує тільки окремі кадри зображення, передаючи наступні як зміни попередніх, завдяки цьому зменшуються вимоги до перепускної здатності мережі; Н.263 гарантує ліпшу якість передавання зображення завдяки оптимізації та прогнозуванню руху і працює для каналів менших швидкостей;

  • Протоколи керування сеансом. Протокол узгодження параметрів передавання, відкриття та закриття логічних каналів, застосування одного для всіх вузлів алгоритмів стискання зветься Н.245. Він дозволяє узгодити також інші параметри сеансу, наприклад бітову швидкість. RTCP потрібен для керування каналами RTP. Стандарт Q.931 потрібен для встановлення і розірвання з'єднаннь, сігналізування виклику, генерації тонів дзвінків. Терминалам потрібен протокол для ведення перемовин із процесором зв'язку-машиною-воротарем - протокол Н.225. Канал между ПК и воротарем, яким цей протокол керує, называють каналом RAS (Registration/Admission/Status). Він дозволяє терміналам, зокрема, входити в зону и залишати ії, запитувати і вивільнювати пропускну здатність, оновлювати дані про стан. Для безпосереднього передавання даних працює RTP. Зазвичай він керований RTCP. Ієрархія протоколів показана на рисунку 11.6.

Щоб зрозуміти взаємодію ціх протоколів, розглянемо випадок коли ПК, є терміналом локальної мережі (з воротарем) и має дзвонити на віддалений телефон. Спочатку комп'ютеру потрібно знайти воротаря, тому він широкомовно надсилає спеціальний UDP-пакет через порт 1718. З відповіді воротаря ПК дізнається його IP-адресу. Втім комп'ютер повинен зареєструватися у воротаря. Для цього він надсилатиме повідомлення RAS у пакеті UDP. Після реєстрації комп'ютер звертається до воротаря з проханням (повідомлення доступу RAS) про резервування пропускної здатності. Тільки за умови надання цього ресурсу можна починати встановлення сполучення. Завчасне резервування пропускної здатності дозволяє воротарю обмежити кількість з'єднань на вихідної лінії, для забеспечення необхідної якості обслуговування.


Мова

Керування

G.7xx

RTCP

H.225 (RAS)

Q.931

(Сигнали виклику)

H.245

(Керування викликами)

RTP

UDP

TCP

Протокол рівня передачі даних

Протокол фізичного рівня


^ Рисунок 11.6 – Стек протоколів H.323
Тепер ПК встановлює TCP-з'єднання з воротарем для здійснення телефонного дзвінка. При встановленні телефонного з'єднання застосовують традиційні протоколи телефонної мережі, що орієновані на з'єднання. Тому потрібен протокол TCP. З іншого боку, в телефонної системі немає ніяких RAS, які дозволяли б телефоним апаратам заявляти про свою присутність, тому розробники Н.323 могли застосовувати як UDP, так і TCP для передавання повідомлень RAS, тоді був обраний протокол з найменшими наклад­ними витратами – UDP. Тепер, коли терміналу вже надана пропускна здатність, він може надіслати по TCP-з'єднанню повідомлення SETUP (стандарт Q.931). В ньому вказаний номер викликаного абоненту (або IP-адреса і порт, якщо викликається віддалений комп'ютер). Воротарь відповідає Q.931- повідомленням CALL PROCEDING, яке підтверджує факт коректного приймання запиту. Потім воротарь відправляє повідомлення SETUP на шлюз. Шлюз, який є з одного боку комп'ютером, а з другого – телефонним комутатором, здійснює звичайний дзвінок на звичайний телефон. Телефонна станція викликаного абонента виконує свою звичайну робо­ту (у абонента лунає дзвінок), а ще вона надсилає в зворотьому напрямку Q.931- повідомлення ALERT, попереджуючи ПК про початок серії дзвінків. Коли абонент знімає слухавку, телефонна станція відправляє повідомлення CONNECT комп’ютеру про встановлення з'єднання. Посля встановлення з'єднання воротарь перестає брати участь в цьому процеі, хоча шлюз, зазвичай, продовжує працювати, задля забезпечення двухсторонього зв'язку. Пакети прямують в обхід воротаря та направляються напряму за IP-адресою шлюза. Цю ситуацію можна порівняти із звичайним каналом між двома сторонами..

Для перемовин про бажані параметри з'єднання використовують протокол Н.245. Спеціальним керуючим каналом Н.245, який завжди відкритий, кожна з сторін починає з оголошення своїх можливостей. Наприклад, може повідомлятися про підтримку відео (Н.323 може підтримати відео), конференц - зв'зку, використовуваних кодеках и т. п. Втім, після того як кожна з сторін узнає можливості іншої сторони, организують два односпрямованих канала, с якими зв'язуються зазначені кодекі. За домовленості по всіх питаннях починають передачу даних (по протоколу RTP). Керування іде за RTCP, він контролює перевантаження. Якщо передаються відеоданні, RTCP займається синхронізацією звукового та відеоряду.

На рисунку 11.7 показані різні види логічних каналів. Після того, як на одній із сторін покладуть слухавку, по каналу Q.931 передається сигнал закінчення зв'язку. Після розриву з'єднання, ПК повинен знову зв'язатися з воротарем і надіслати йому повідомлення RAS із запитом звільнення зарезервованої пропускної здатності. Втім, замість цього він може здійснити новий дзвінок. У телефонній частині системи використовується РСМ-кодування, що виключає джиттер.

^ Рисунок 11.7 – Логічні канали між абонентами, що спілкуються під час сеансу зв’язку
Протокол запуску з'єднання SIP

Стандарт Н.323 для Інтернет-спільноти виявився громіздким, складним і недостатньо гнучким. Спеціальний комітет IETF створив більш простій і гнучкий протокол передачі мови зверх IP - SIP (Session Initiation Protocol – протокол запуску з'єднання), описаний в RFC 3261. Протокол обумовлює спосіб встановлення телефонних з'єднань через Інтернет, технологію організації систем для відеоконференцій і способи створення інших мультимедійних застосувань. На відміну від Н.323, що є набором протоколів, SIP – це єдиний модуль, здатний взаємодіяти з різноманітними інтернет-застосуваннями. Наприклад, номери телефонів визначаються у вигляді URL, тобто на веб-сторінках можна розміщувати гіперпосилання, клацнувши на яких, користувач зможе встановити телефонне з'єднання.

Протокол SIP дозволяє встановлювати і двосторонні з'єднання (тобто звичайні телефонні з'єднання), і багатобічні (коли кожен з учасників може як слухати співрозмозмовника, так і говорити), і широкомовні (коли один з учасників говорить, а решта можуть тільки слухати). Під час сеансу зв'язки можуть передаватися аудіо-, відео- або інші дані. Ця можливість використовується, наприклад, при організації мережевих ігор з великою кількістю учасників в реальному часі. SIP займається тільки установкою, керуванням і розривом з'єднань. Для передачі даних використовуються протоколи RTP/RTCP. SIP – це протокол прикладного рівня, що працює поверх TCP або UDP.

Протокол SIP надає різноманітні послуги, включаючи пошук абонента (який може в даний момент бути далеко від свого домашнього комп'ютера), що викликається, визначення його можливостей, підтримку механізмів установки і розриву телефонного з'єднання. У простому випадку SIP встановлює сеанс зв'язку між комп'ютерами дзвонячих абонентів, що викликаються.

Телефонні номери в SIP представляються у вигляді URL з схемою sip. SIP URL можуть містити також адреси формату IPv4, IPv6 або реальні номери телефонів.

Протокол SIP є текстовим, він побудований по моделі HTTP. Одна із сторін посилає ASCII- повідомлення, в якому перший рядок містить ім'я методу, а нижче надходять додаткові рядки, що містять заголовки для передачі параметрів. Багато заголовків узято із стандарту MIME, що дозволяє SIP взаємодіяти з інтернет-застосуваннями. Шість методів базової специфікації, перераховано в таблиці 11.3.

^ Таблиця 11.3 – Методи SIP, які визначені базовою

специфікацією



Методи

Опис

INVITE

Запит запуску сеансу зв’язку

ACK

Підтвердження запуску сеанса

BYE

Запит закінчення сеансу

OPTIONS

Опитування можливостей хосту

CANCEL

Відміна запиту

REGISTER

Інформування сервера адресації про поточне місцезнаходження користувача

Для встановлення сеансу зв'язку той, що дзвонить, повинен або створити TCP-з'єднання з абонентом, якого викликають, і надіслати повідомлення INVITE, або відсилати це ж повідомлення в UDP-пакеті. У обох випадках заголовки, що містяться в другому і всіх подальших рядках, описують структуру тіла повідомлення, що містить інформацію про можливості того, кто дзвонить, типи мультимедіа і формати. Якщо абонент, якого викликають, приймає дзвінок, він надсилає як відповідь трирозрядний код результату типу HTTP (код 200 означає прийом виклику). Слідом за рядком з кодом результату абонент, якого викликають, може також повідомити дані про свої можливості, типи мультимедіа і формати.

З'єднання встановлюється шляхом "потрійного рукостискання", той, що дзвонить надсилає АСК як для закінчення роботи протоколу, так і для підтвердження прийому коду 200. Будь-яка із сторін може послати запит закінчення сеансу зв'язку, для цього використовується метод BYE. Сеанс вважається закінченим після отримання підтвердження від протилежної сторони. Метод OPTIONS застосовується для опиту можливостей машини. Зазвичай це робиться перед запуском сеансу зв'язку для того, щоб визначити, чи підтримується тип сеансу, на який розраховує сторона, яка викликає, (наприклад, передача голосу зверх IP). Метод REGISTER дає можливість протоколу SIP розшукувати користувача і з'єднуватися з ним, навіть якщо його немає удома. Повідомлення даного методу, відправляється на пошуковий сервер SIP, що зберігає дані про те, хто де знаходиться в даний момент. Згодом за допомогою цього сервера можна спробувати знайти абонента. Операція переадресації, використовувана при цьому, показана на рисунку 11.8.


Рисунок 11.8 – Використання проксі та серверів

переадресації в протоколі SIP
Видно, що той, що дзвонить, відправляє повідомлення INVITE на проксі-сервер. Це робить можливе переадресування непомітним. Проксі намагається розшукати абонента і посилає INVITE за знайденою адресою. SIP має також безліч інших властивостей, серед них є функції очікування виклику, відображення дзвінка, шифрування і ідентифікацію того, кто дзвонить. Крім того, є можливість дзвонити з комп'ютера на звичайний телефон, якщо є доступ до відповідного шлюзу між Інтернетом і телефонною системою.

^ Порівняльний аналіз Н.323 і SIP. Обидва стандарти підтримують як двосторонній, так і багатобічний зв'язок.

Крайовим обладнанням можуть бути як комп'ютери, так і звичайні телефони. І там, і там сторони заздалегідь домовляються про параметри, можливе шифрування даних і використовують протоколи RTP/RTCP. Порівняльна таблиця 11.4 показує всю схожість і відмінності. Не дивлячись на схожий набір властивостей і характеристик, протоколи разюче відрізняються один від одного концепцією і філософією.

^ Таблиця 11.4 – Порівняння Н.323 та SIP


Аспект

Н.323

SIP

Розробник

ITU

IETF

Сумісність з телефонною системою

Повна

В більшій мірі

Сумісність з Інтернетом

Відсутня

Присутня

Архітектура

Монолітна

Модульна

Завершеність

Повний стек протоколів

SIP забезпечує лише встановлення з’єднання

Переговори відносно параметрів

Ведуться обома сторонами

Ведуться обома сторонами

Сигнали при виклику

Q.931 зверху TCP

SIP зверху TCP або UDP

Формат повідомлення

Двійковий

ASCII

Передача мультимедійних даних

RTP/RTCP

RTP/RTCP

Багатобічний зв'язок

Присутній

Присутній

Мультимедійні конференції

Можливі

Неможливі

Адресація

Номер телефону або хосту

URL

Розрив зв’язку

Наявний або розрив TCP-з’єднання

Наявний або за тайм-аутом

Постійний обмін повідомленнями

Відсутній

Присутній

Шифрування даних

Присутнє

Присутнє

Реалізація

Громіздка та складна

Помірна за обсягом

Статус

Широко розповсюджений

Перспективний


Н.323 – це типовий телефонний стандарт. Він описує цілий стек протоколів і дуже точно указує, що дозволене, а що заборонене. Такий підхід приводить до певних протоколів на кожному рівні, чим спрощується завдання взаємодії мереж. Проте платою за це виявляється великий, складний і жорсткий стандарт, що важко адаптується до додатків, які з'являться в майбутньому.

SIP, навпаки, є типовим інтернет-протоколом, робота якого заснована на обміні короткими текстовими рядками. Оскільки модель системи передачі даних поверх IP, запропонована IETF, використовує модульний принцип, вона виявляється достатньо гнучкою і може легко адаптуватися до нових застосувань. Недолік цього протоколу пов'язаний з можливими проблемами міжмережної взаємодії.

^ Сучасні вимоги до VOIP. Технологія Voice-over-IP (VоIP) розвивається швидкими темпами. Але, як і до будь-якої перспективної технології, до неї висувається ряд вимог:

  • суміщення передавання голосу і даних однією мережею;

  • забезпечення безпеки для системи VоIP в додаток до безпеки трафіку даних;

  • окреме керування голосовим трафіком і трафіком даних (UDP) з точки зору QоS та надання смуги пропускання, в тому числі й у внутрішньої мережі;

  • гарантування й перевизначення ширини смуги для голосових й відеопотоків в умовах пікових всплесків трафіку даних;

  • можливість дзвонити з будь-якого місця в будь-яке місце на землі;

  • можливість обробляти зашифрований трафік VoIP;

  • можливість підтримувати і працювати з будь-яким типом мережі, будь-якою її конфігурацією, топологією і різним мережевим обладнанням;

  • можливість передачі медиатрафіку безпосередньо між абонентами для зменшення затримок і спотворень;

  • сумісність з великою кількістю різноманітних протоколів передачі сигналу і їх версіями;

  • підтримка обліку дзвінків;

  • дублювання доступу до мережі PSTN.

Наявні рішення. Сьогодні пропонується три типи рішень по VoIP: прикордонні контроллери сесій (SBC), звичайні міжмережеві екрани і міжмережеві екрани SIP-застосувань (або міжмережеві екрани SIP). У кожного з цих рішень є переваги і недоліки, але жодне з них не дозволяє вирішити всі проблеми, перераховані вище.




<< предыдущая страница   следующая страница >>