IP telefony

Co je to IP telefonie

IP telefony jsou vlastně jednoúčelové počítače se vzhledem telefonu. Hovor uskutečněný pomocí IP telefonie je naprosto shodný s telefonováním v bězné telefonní síti. Volající zvedne sluchátko, zvolí čís 12312u2024m lo volaného a pak uz můze hovořit beze změny kvality hlasu. V praxi to znamená, ze má klient své veřejné telefonní číslo (stejně jako u pevné linky), z něhoz se dovolá na kterékoliv místo na světě, a to jak na pevné linky, tak i samozřejmě do mobilních sítí. A stejně tak se na toto veřejné telefonní číslo dovolá kdokoli, prostřednictvím jakéhokoli operátora v jakékoli zemi. Klient tedy nepozná rozdíl oproti stávající telefonní lince dominantního operátora.

Vlastní hlasová informace je pak přenásena prostřednictvím komunikačních sítí zalozených na protokolu IP. Hlas je přenásen v jedné síti společně s dalsími datovými informacemi jako jsou například e-maily. Pro koncového uzivatele je hovor uskutečněný pomocí IP telefonie naprosto stejný s hovorem ve stávající telekomunikační síti. Volající vytočí bězné telefonní číslo a hovor se spojí. Pokud se takový hovor uskuteční v rámci podniku - jeho IT infrastruktury - je vyuzita výhradně jeho existující datová síť. Technologii VoIP (Voice over IP) je tedy mozné nasadit i mimo Internet, obecně vsude tam kde lze provozovat protokol IP. Tedy například i v sítích privátních či poloprivátních. Pak se jedná o tzv. IP telefonii , která by měla být obecnějsím pojmem nez telefonie internetová (protoze internetová telefonie je zvlástním případem IP telefonie, ale nikoli naopak).

Obrázek č.1 - Interbell IP telefon IB-402

Princip přenosu hlasu přes IP

Analogový záznam hlasu je vsak pro přenos po IP síti nepouzitelný. Jak ale přenáset analogový signál, např. tedy lidský hlas, po digitálních přenosových cestách? Zařízení, které převádí analogový signál do číslicového tvaru, se označuje jako codec, coz je zkratka do COder/DECoder. Jde v podstatě o opak modemu, který na základě posloupnosti číslicových dat generuje spojitý analogový signál. Codec na základě analogového signálu generuje posloupnost číslicových dat. Codec tedy generuje celkem 8000 x 8 bitu, tj. 64 kbitu za sekundu. Lidské ucho je vsak nedokonalé a 64 kbit/s je poměrně dost. Lze proto tedy pouzívat kompresní algoritmy, jimiz je při solidní kvalitě přenáseného hlasu dosahována kapacita mensí nez 10 kbit/s.

Z telefonu na telefon

Volající se napojí na vhodnou bránu převádějící "telefonní" podobu hovoru do podoby datové způsobem který je pro něj dostupný, například přes veřejnou telefonní síť. Podstatné je, ze dále pokračuje hovor jiz v datové podobě po datové síti az co nejblíze k místu svého určení, kde zase musí být analogická brána zajisťující zpětný převod hovoru do jeho "telefonní" podoby. Podstata ekonomické výhodnosti je opět v tom, ze hovor je na co mozná největsí vzdálenost veden po datové síti, jejíz provoz je levnějsí.

Z počítače na telefon

Tato varianta umozňuje vzájemné telefonování jednomu uzivateli počítače a jednomu uzivateli bězného telefonu (pevného či mobilního). Hovor vzdy iniciuje uzivatel počítače, přičemz počítač který vyuzívá musí být vybaven plně duplexní zvukovou kartou, mikrofonem a sluchátky, a musí být připojen k Internetu. Kromě toho musí být počítač volajícího vybaven vhodným softwarem, schopným navázat spojení s telefonní bránou poskytovatele internetové telefonní sluzby, a přenáset k této bráně telefonní hovor v jeho "datové" podobě. Zmíněná brána pak hovor převádí do klasické "telefonní podoby", a hovor pak pokračuje veřejnou telefonní sítí az na místo svého určení, k uzivateli který je vybaven bězným telefonem.

Obrázek č.2 - VoIP telefon Sipura SPA 941

Z počítače na počítač

Historicky nejstarsí, údajně i výhledově nejperspektivnějsí variantou internetové telefonie je volání "z počítače na počítač", neboli telefonování mezi dvěma uzivateli počítačů. Nejstarsí je proto, ze první pokusy o přenos zivého hlasu po datových sítích byly zcela zákonitě prováděny mezi počítači, a teprve později se začalo pracovat na vývoji bran, které by umoznily přestup "datového" hovoru do bězné telefonní sítě a naopak. Nejperspektivnějsí je pak proto, ze telefonování prostřednictvím počítače či zařízení jemu naroveň postavenému skýtá asi nejvíce mozností jak prosté telefonování obohatit o nejrůznějsí dalsí funkce. Jestě větsí motivací pak můze být snaha sjednotit prostředky, pomocí nichz lidé komunikují - elektronickou postu, klasické telefonování a dalsí formy elektronické komunikace. Také tato varianta internetové telefonie samozřejmě můze být i IP telefonií - místo veřejného Internetu můze být k přenosu hovoru pouzita v zásadě jakákoli datová síť na bázi protokolu IP, tedy třeba i privátní.

Obrázek č.3 - VoIP telefon WELL 3130 IF

Základy IP telefonie

TCP/IP není jediným transportním protokolem, který lze vyuzít pro multimediální přenosy. Podobnou sluzbu poskytne Frame Relay nebo ATM. Na rozdíl od TCP/IP ale pracují na druhé (linkové vrstvě) OSI modelu, takze přenos multimédií vyzaduje jednotnou síť zalozenou pouze na Frame Relay nebo ATM. Bězné datové sítě jsou ale heterogenní, zalozené na různých linkových technologiích tak, aby byl optimalizován jejich výkon a pořizovací a provozní náklady. Proto se např. nikdy nerozsířily technologie přímého připojení stanic na ATM a pouzívají se levnějsí technologie Ethernet. IP pracuje na třetí (síťové vrstvě), je proto nezávislý na linkovém protokolu a nabízí pro multimédia větsí pruznost. Největsí překázkou pro jeho multimediální vyuzití byla kvalita sluzeb IP sítí, obecně podpora přenosů v reálném čase.

Standardizace přenosu hlasu přes IP dospěla v současné době do stavu, kdy je k dispozici transportní protokol (RTP), řada kompresních algoritmů (např. G.729, G.723) a několik signalizačních protokolů (H.323, SIP, MGCP). SIPu je přisuzována asi největsí budoucnost, protoze má řadu vlastností, které H.323 chybí. Cílem H.323 je podobně jako v telefonním světě navázání spojení mezi dvěma telefonními čísly bez ohledu na to, kdo u daných stanic zrovna je. SIP se snazí o navázání komunikace mezi dvěma účastníky bez ohledu na to, u kterého telefonního terminálu zrovna jsou. U H.323 je tedy hlavním identifikátorem číslo, u SIP ekvivalent e-mailové adresy (ve které ale můze být číslo zakomponováno). MGCP (nebo nově vyvíjený Megaco) se od obou předchozích lisí v tom, ze je ideální pro centrální řízení jednoduchých koncových přístrojů, kdy řídící servery mezi sebou dále komunikují prostřednictvím H.323 nebo SIP. Pro doplňování řídících serverů o nové funkce sité na míru zákazníka jsou nutná otevřená aplikační rozhraní jako je JTAPI nebo TAPI.

Aby byl tedy obrázek IP telefonie úplný je třeba na něm vidět jednak samotnou síťovou infrastrukturu s podporou kvality sluzeb, telefonní terminály a řídící servery s maximální podporou otevřených standardů a rozsiřující aplikace, které jsou díky integraci datové a hlasové sítě schopny přinést větsí funkčnost při vynalození mensího úsilí a investičních nebo provozních nákladů.

Obrázek č.4 - SMC Skype WiFi telefon 802.11b/g

Pozadavky na síť

Tradiční telefonní sítě vyuzívají pro sdílení pásma časového multiplexu (TDM - time division multiplex) - kazdému přenosu je tak přidělena pevná sířka pásma a zálezí na aplikaci, jak ji dokáze vyuzít. Pásmo je garantováno pouze pro daný přenos, více lze získat pouze novou alokací pásma (tj. vytvořením dalsího přenosového kanálu). Pokud ale aplikace pásmo nevyuzije, nemůze ho dočasně "půjčit" jiné aplikaci. Tento způsob práce s pásmem se hodí pro aplikace s konstantními nároky na pásmo a garanci zpozdění přenosu. Takovou aplikací je částečně hlas - pozaduje nulové nebo alespoň maximální garantované zpozdění (pro běznou telefonii se doporučuje maximálně 150 ms) a lze u něj určit maximální pozadovanou sířku pásma, která je dána způsobem jeho digitalizace (např. bězně pouzívaná PCM má vzorkování na 8 bitů frekvencí 8 kHz, takze celkové pásmo pro jeden hovor je 64 kb/s). Naproti tomu datové aplikace mají velice proměnlivé nároky na pásmo - např. www prohlízeč se po kliknutí na odkaz snazí co nejrychleji natáhnout stránku a pak nevyvíjí zádnou aktivitu, dokud si uzivatel stránku nepřečte a neklikne na dalsí odkaz. Datům proto lépe vyhovuje pruzné sdílení pásma, jaké nabízí paketový přenos. Ten pracuje na principu statistického multiplexu - přenosovou jednotkou je paket s proměnnou nebo pevnou délkou a pakety jednotlivých přenosů jsou za sebou posílány přes společnou linku. Efektivnějsí je vyuzití proměnné délky paketů, protoze u paketů s pevnou délkou (jaké vyuzívá ATM) se plýtvá pásmem na doplňování na odpovídající délku v případě, ze je přenásený datový blok mensí (bězně se tak ztrácí az 30% pásma). U paketů s pevnou délkou lze ale lépe garantovat zpozdění, protoze nehrozí, ze delsí paket zpozdí průchod krátkého paketu s vysokou prioritou. Zajistění kvality sluzby proto spočívá v dosazení kompromisu mezi efektivitou přenosu (tj. pruzné vyuzití pásma s minimální plýtváním na doplňující informace) a garancí pozadovaných parametrů (minimální sířka pásma, minimální a maximální zpozdění, ztráty paketů).

Datové sítě byly původně navrzeny pro tzv. "best effort" sluzbu - mají nejlepsí snahu přenést data nejkratsí cestou od zdroje k cíli v nejkratsí době a vyuzít pro přenos maximum dostupného pásma. Protoze ale nelze předvídat nároky ostatních aplikací, můze docházet dlouhodobě i krátkodobě k přetízení sdílených linek. Na síťových prvcích typu směrovač je k dispozici klasifikace paketů a jejich prioritizace ve výstupních frontách. V případě TCP/IP lze pakety rozlisovat podle protokolu, zdrojové a cílové adresy, zdrojového a cílového portu a DSCP (dříve IP precedence). Lze tak dosáhnout velice podrobného rozlisení. Pro zpracování výstupních front byly vyvinuty technologie jako CBWFQ (Class-based Weighted Fair Queuing) nebo LLQ (Low Latency Queuing), které dávají moznost garantovat dané třídě provozu minimální pásmo nebo zpozdění při průchodu směrovačem. Pro snízení proměnného zpozdění vlivem různé délky paketů je k dispozici fragmentace a zpětné slození paketů na úrovni linkové vrstvy - na Frame Relay podle specifikace FRF.12, na sériových linkách MLPPP (Multilink PPP). Obě přinásejí podobný efekt jako ATM, protoze zkracují maximální délku přenosové jednotky (rámce), takze dlouhé pakety nebrzdí krátké s vyssí prioritou (jsou rozděleny na mensí díly a pakety s vyssí prioritou jsou prokládány mezi ně), ale na rozdíl od ATM mají minimální rezii, protoze rámce mohou mít proměnnou délku, takze odpadá doplňování na konstantní délku.

Pro LAN přepínače byly vyvinuty technologie pro označování a prioritizaci rámců, 802.1p. Celkově lze tedy dnes zajistit i na heterogenních sítích s kombinací různých rychlostí i linkových protokolů jak minimální sířku pásma, tak maximální zpozdění. Stále je přitom zachována větsí efektivita a výkon paketových sítí. Moderní síťové prvky tedy poskytují podstatný základ pro realizaci multimediálních sítí.^[1]

Obrázek č.5 - WELL LP-302 VoIP telefon

Obrázek č.6 - Perfectone IP-300, VoIP telefon

Parametry

DHCP: ano

FTP: ano

Http: ano

Kodek: G.7xx

LAN: 2 porty

Napájení: 9V/0,5A

Norma IEEE: 802.3/802.3u

PPPoE: ano

Protocol SIP:   ano

Příkon:   5W

telnet: ano

Obrázek č.7 - Siemens bezdrátový IP telefon GIGASET SL75

Parametry

podpora WiFi

pracuje na protokolu SIP, podpora WEP, WPA

kodeky: G711, G729, G723

kompatibilní se standardními WiFi body

rozlisení displeje 128x128 bodů, 4000 barev

polyfonní vyzvánění

integrovaný fotoaparát/kamera