ПАКЕТНА ТЕЛЕФОНИЯ: "ЗА" І "ПРОТИ"

Наша сеть партнеров Banwar

Наука і життя // Ілюстрації

Барельєфи біля входу на Центральну телефонну станцію Москви (1904 рік).

Схеми обміну даними в мережах: а - по методу комутації каналів (застосовується у звичайній телефонії), б - за методом комутації пакетів (використовується в IP-телефонії).

Схема реалізації IP-телефонії при дзвінку зі звичайного телефону на звичайний телефон.

Послугами IP-телефонії можна скористатися за допомогою пластикових телефонних карток, що випускаються багатьма операторами зв'язку. Деякі карти дозволяють також виходити в Інтернет.

Динаміка зростання міжнародного трафіку IP-телефонії і його частки в загальному обсязі міжнародних телефонних переговорів (за даними журналу "Технології та засоби зв'язку '№ 1, 2001 г.).

Діаграма, що показує можливість застосування різних технологій передачі голосу (традиційної та IP-телефонії) в залежності від співвідношення в одному потоці голосових і звичайних даних.

За сотню років свого розвитку телефони сильно змінилися.

<

>

Сьогодні багато говорять про розвиток нових технологій передачі голосу. Можна почути такі терміни, як комп'ютерна телефонія, пакетна телефонія, IP-телефонія, VoIP (від англ. Voice-over-IP - "голос поверх IP") та інші. Хоча назви ці мають кілька різний зміст, проте мова, як правило, йде приблизно про одне й те ж - про передачу голосу в режимі реального часу мережами пакетної комутації на основі протоколу IP (Internet Protocol).

Дослідження в області IP-телефонії велися більше десятка років тому, проте лише останнім часом цей вид зв'язку став перетворюватися з екзотики в звичайну послугу. Зараз існує досить багато комерційних фірм-операторів IP-телефонного зв'язку, що пропонують свої послуги з найрізноманітніших тарифами. Щоб "подзвонити по IP", не обов'язково мати комп'ютер і вихід в Інтернет - достатньо звичайного міського телефону з тональним набором (або навіть без нього). Як правило, процедура дозвону виглядає наступним чином: ви телефонуєте на спеціальний номер оператора зв'язку, перемикаєтеся в тональний режим, набираєте код міста та номер телефону абонента, що викликається - і отримуєте з'єднання. Далі все відбувається, як при звичайній телефонній розмові. Таким чином, скористатися IP-телефонією не набагато складніше, ніж просто зателефонувати "на міжмісто". Для абонента відмінність між традиційною і IP-телефонією - лише в ціні і якості (про це нижче). Насправді ж це дві принципово різні технології передачі голосового сигналу.

Канальний і ПАКЕТНА КОМУТАЦІЯ

Для передачі голосу в звичайній телефонії застосовується метод комутації каналів. Це означає, що між двома абонентами організовується комунікаційний канал шляхом жорсткого з'єднання йдуть до них ліній зв'язку на комутаторах телефонних станцій. Канал зберігається на весь час розмови і не може бути використаний ніким іншим, навіть якщо абоненти мовчать.

В IP-телефонії застосовується метод комутації пакетів. В цьому випадку голосове повідомлення оцифровується і розбивається згідно з протоколом IP на невеликі фрагменти - пакети. Причому кожен з них забезпечується заголовком, що вказує, куди і від кого він йде, якою частиною якого повідомлення є. Потім все пакети по черзі відсилаються адресату. Вони рухаються по мережі окремо один від одного, іноді навіть різними шляхами в залежності від завантаженості тих чи інших ліній зв'язку. Маршрут прямування кожного пакета визначають спеціальні комп'ютери - IP-маршрутизатори. На стороні приймача пакети збирають, сортують в правильному порядку і реконструюють з них вихідне повідомлення. Якщо який-небудь пакет був втрачений - відправляється запит на повторну посилку. (Повна процедура, що включає розбиття повідомлення на пакети, їх відсилання по мережі і подальшу реконструкцію вихідного повідомлення, управляється протоколом TCP / IP - Transmission Control Protocol / Internet Protocol. Далі для простоти ми будемо називати його просто IP-протоколом.) Таким чином у разі пакетної комутації немає необхідності резервувати лінію зв'язку для кожного окремого розмови, голосові дані багатьох абонентів змішуються в єдиному потоці.

На практиці пакетна телефонія зазвичай реалізується наступним чином. Якщо ви телефонуєте з звичайного телефону на звичайний телефон, то спочатку ваш голос йде по мережах канальної комутації - до телефонного шлюзу оператора. Шлюз - це комп'ютер, підключений до телефонної мережі і до мережі передачі даних (наприклад, до Інтернету, локальної або корпоративної комп'ютерної мережі та ін.). Тут голосові дані перетворюються в формат IP і відсилаються на інший комп'ютер в мережі. На приймаючому шлюзі повідомлення знову переводиться в початковий вигляд і відправляється вашому адресату по телефонній лінії.

Існують і інші схеми IP-телефонії. Так, можна зателефонувати безпосередньо з комп'ютера на телефон, з телефону на комп'ютер або навіть з комп'ютера на комп'ютер. У цих випадках необхідно, щоб комп'ютер, з якого (або на який) ви телефонуєте, мав швидкий доступ в Інтернет, був оснащений звуковою картою, навушниками, мікрофоном, а також спеціальної "телефонної" програмою. Дзвінок з комп'ютера - найекономічніший вид міжнародного зв'язку: як би далеко ви не дзвонили, оплачується тільки час, проведений в Інтернеті.

Сам по собі метод пакетної комутації не новий. Він був розроблений ще в кінці 60-х років ХХ століття Агентством перспективних оборонних дослідницьких проектів (DARPA) при американському уряді. Саме пакетна комутація лягла в основу мережі ARPAnet, прототипу майбутньої глобальної мережі Інтернет. З тих пір цей метод довів свою надійність і ефективність при пересиланні звичайних даних в комп'ютерних мережах. Але так чи так він хороший в разі передачі голосу в режимі реального часу?

МІФИ І РЕАЛІЇ IP-телефонії

Сьогодні можливості і перспективи IP-телефонії викликають чимало суперечок: спектр думок простягається від непомірного оптимізму до підозр в шахрайстві. Багато в чому це пов'язано з тим величезним увагою, яке привертала до себе IP-технологія в останні роки. Численні гучні заяви розробників і виробників, аналітиків і експертів, фінансистів і журналістів, пропагандистів і пройдисвітів неминуче призвели до спотворення розуміння реального стану справ.

Зазвичай в числі переваг IP-телефонії в порівнянні з традиційною називають низьку вартість міжнародних і міжміських дзвінків і більш ефективне використання ліній зв'язку. До недоліків же зараховують низька якість передачі сигналу. Розберемося у всьому по порядку.

ДЕШЕВИЗНА

Почнемо з вартості дзвінка. Послуги IP-телефонії сьогодні дійсно дешевше звичайної міжміського та міжнародного телефонного зв'язку. Так, дзвінок "по IP" за кордон в залежності від обраного напрямку і оператора зв'язку варто в два-три рази менше, ніж звичайний міжнародний дзвінок. Звідки береться виграш в ціні?

У порівнянні з традиційною телефонією обладнання для IP-телефонії простіше, його установка дешевше, помітно нижче експлуатаційні витрати. Але сьогодні це обумовлено не якимись принципово новими технологічними досягненнями, а відносно невеликими масштабами IP-телефонних мереж. Якщо голосові IP-мережі будуть розвиватися і далі, їх вартість зрівняється зі звичайними. На думку багатьох фахівців, основна причина низьких цін на IP-телефонію - межоператорские угоди. Просто оператори домовилися про дотримання відносно низьких цін на обробку IP-телефонного трафіку (від англ. Traffic - потік даних, інформаційне навантаження мережі). Така стратегія виграшу в конкурентній боротьбі з традиційною телефонією. Отже, ми бачимо, що дешевизна нового виду зв'язку обумовлена ​​головним чином нинішньою ситуацією на ринку. Зрозуміло, що вона може в будь-який момент змінитися: при зростанні бізнесу виростуть витрати, домовленості між операторами можуть бути переглянуті, можуть впасти ціни на традиційну телефонію і т. Д.

ОПТИМІЗАЦІЯ УМОВАХ ПРОПУСКАННЯ

Один з найбільш поширених міфів про IP-телефонії полягає в тому, що пакетна комутація дає грандіозний виграш у використанні ємності каналу зв'язку. Зокрема, стверджується, що передача голосу вимагає не 64 Кбіт / с, як при канальної комутації в цифрових мережах, а значно вужчу смугу аж до 6-8 Кбіт / с. Часто цим ефектом намагаються навіть пояснювати відносну дешевизну IP-телефонії.

На перший погляд пакетна комутація дійсно виглядає більш оптимально. Адже при комутації каналів лінія виявляється повністю зайнята одним з'єднанням незалежно від того, передаються по ній дані чи ні. Якщо ж поділити ресурси каналу між декількома нерегулярними в часі процесами (що і відбувається в разі комутації пакетів), можна домогтися більш повного використання потужностей мережі та в результаті отримати економічну вигоду. Насправді це не зовсім так. Факторів, що впливають дуже багато, тому підсумок виглядає по-іншому. Помилка тим сумніше, що кількість біт в секунду, необхідне для передачі голосового сигналу, взагалі не залежить від того, яким чином він транслюється - через IP або через телефонну мережу. Все визначається способом оцифровки сигналу і ступенем його компресії (стиснення). При цьому чим більше стиснення, тим нижче якість сигналу. У традиційної телефонії голос теж компресують: сьогодні цілком зазвичай стиснення сигналу на магістральній ділянці до 32 і 16 Кбіт / с - тобто в два і чотири рази відповідно (правда, цим намагаються не зловживати - особливо в комерційних мережах). Експериментально показано, що за умови забезпечення рівного якості голос в IP-мережі вимагає смугу майже в півтора рази більшу, ніж в комутаційних мережах (з урахуванням заголовків IP-пакетів і надмірності перешкодостійкого коду).

ОБСЛУГОВУВАННЯ ПОТОКА ДАНИХ

Обслуговування IP-потоку - дуже трудомістке заняття, що вимагає потужних комп'ютерів і відповідного програмного забезпечення.

Один з основних параметрів звичайного телефонного комутатора - максимально можлива кількість з'єднань в одиницю часу. Для встановлення з'єднання треба зробити багато чого: співвіднести викликається номер з географічним напрямком, вибрати лінію, зв'язатися з комутатором на стороні приймача, визначити параметри майбутньої сесії і т. Д. Процедура тривала і дуже завантажують процессорную ємність комутатора. Зате після встановлення з'єднання його потрібно тільки підтримувати, пересилаючи біти в потрібному напрямку.

В IP-телефонії маршрутизатор повинен обробити кожен пакет окремо - прочитати його заголовок і визначити, куди і яким маршрутом пакет відправити. Звичайно, ця процедура простіше, ніж встановлення з'єднання телефонним комутатором, але виконувати її треба кожен раз заново і повністю для кожного наступного пакета, тобто незрівнянно частіше. Тому в разі обробки голосу IP-маршрутизатор вимагає більшої процесорної потужності, ніж телефонний комутатор порівнянної продуктивності. Сьогодні вже існують потужні гігабітні маршрутизатори, зіставні з комутаторами, але вони поки що занадто дорогі та й мало хто вміє їх робити.

НАДІЙНІСТЬ

При наданні комерційних голосових послуг дуже важлива надійність. Якщо вийде з ладу маршрутизатор - це неприємність, але зупинка телефонного комутатора - катастрофа. У традиційної телефонії історично склалися більш жорсткі вимоги до дотримання надійності і якості зв'язку. Ось тільки один приклад. Іноді виникає необхідність змінити якісь параметри роботи комутатора, скорегувати роботу процесора, завантажити фрагмент програмного забезпечення і т. Д. Для цього виконується процедура, яка називається рестартом. Розрізняють так звані малі і великі рестарту. При малому рестарт зберігаються існуючі телефонні з'єднання і всього лише на незначний час блокується можливість встановлення нових. При великому рестарт, який триває кілька секунд, наявні з'єднання розриваються. Це вже привід для тривалих і наполегливих вибачень перед клієнтами. Ще гірше, якщо потрібно перезавантажити процесор. В цьому випадку система не працює протягом декількох хвилин, завдаючи шкоди репутації оператора. А якщо раптом трапиться зупинка на кілька годин, тоді не уникнути судових позовів і вкрай отруйного злостивості конкурентів. Жорсткі вимоги до надійності знайшли відображення як у конструктивних рішеннях для традиційної телефонії (всі вузли комутаторів дубльовані), так і в особливостях використовуваного програмного забезпечення.

У пакетних мережах принципи дотримання надійності слабкіше. Причина тому знову ж історична. Ринок комп'ютерних технологій розвивався за іншими законами, ніж ринок телекомунікацій, і пакетне обладнання зараз таке, яке було затребувано: воно ідеально підходить для передачі даних, але недостатньо надійно в разі передачі голосу. Необхідність в високопродуктивних і високонадійних маршрутизаторах з'явилася зовсім недавно, а кожен продукт повинен мати історію розвитку, певний досвід успіхів і помилок. Але треба визнати, що за великим рахунком досягнення обладнанням для IP-телефонії необхідного рівня надійності - це лише питання часу.

ЯКІСТЬ ЗВ'ЯЗКУ

Однак існують і принципові труднощі на шляху розвитку нового виду зв'язку. Вони криються в особливостях самої технології пакетної комутації.

Як вже говорилося, спочатку мережі пакетної комутації призначалися тільки для передачі даних. Оскільки ARPAnet розроблялася в стратегічних цілях, на перший план висувалася вимога: дані повинні бути у що б то не стало доставлені будь-яким маршрутом, навіть якщо більша частина мережі вийде з ладу. (Наприклад, необхідно передати код на запуск ракети за умови, що частина ліній зв'язку зруйнована, а решту коштів працюють вкрай погано.) Пакетна комутація на основі IP-протоколу ідеально задовольняє цим вимогам: якщо один або кілька маршрутизаторів відмовлять, пакети не застрягнуть, а просто підуть "обхідним" шляхом через інші маршрутизатори. Звичайно, час доставки зросте - зате інформація рано чи пізно все ж досягне адресата.

Для передачі голосу в режимі реального часу така схема не дуже підходить: на відміну від звичайних даних голос вкрай чутливий до тимчасових затримок. Електронний лист без шкоди полежить деякий час в буфері, чекаючи своєї черги, користувач Інтернету почекає, поки завантажиться сторінка і т. Д. Але при телефонній розмові затримка в передачі голосу більш ніж на 300 мілісекунд (приблизно третина секунди) вже дискомфортна для людського слуху: здається, що абонент сильно заїкається. На жаль, на сучасному рівні розвитку IP-технологій гарантувати час доставки все ще складно.

Як виникає затримка? Спрощено це можна представити таким чином: прийшовши на вхід маршрутизатора, IP-пакет спочатку чекає, поки звільниться процесор, потім процесор читає і аналізує IP-заголовок, відповідно до довгої таблицею маршрутизації приймає рішення, куди відправити пакет, і потім вже кладе його в буфер на відправку. Кожна дія вимагає часу.

Спроби усунути затримки і підвищити якість зв'язку в IP-телефонії - численні й винахідливі. Але в цілому всі вони зводяться до управління чергами та резервування процесорних і мережевих ресурсів. Наприклад, залишається вільною (резервується) деяка смуга пропускання в каналі, і процесор чекає, коли з виділеного напрямку прийде пакет, щоб відразу, без затримки, обробити і відправити його. При цьому ресурси мережі використовуються не найоптимальнішим чином, що, власне, наділяє пакетні мережі недоліками принципу комутації каналів. Інший спосіб зменшення затримок - пропускати IP-пакети з голосовими даними без черги, для чого в заголовок пакета записують відповідну службову інформацію. Однак при цьому додатково навантажується процесор. В обох випадках необхідно, щоб всі маршрутизатори, що лежать на траєкторії проходження пакета, вміли підтримувати відповідну функцію - а це поки рідкість. Робота йде, робиться багато, але якогось ідеального рішення поки немає.

У підсумку на сьогоднішній день можна Сказати Наступний. Если в мережі присутній только голос, то немає Нічого Краще, чем традиційна комутація каналів, вікорістовувана в звічайній телефонії. Але такі мережі вкрай негнучкий: по суті, нічого, крім голосу, вони передавати не можуть, і навіть невелика частка даних змушує шукати нові рішення. Якщо ж мережа навантажена тільки даними, то найоптимальніше - знову ж традиційні пакетні технології. При збільшенні частки додатків реального часу, наприклад голосу, IP-мережі справляються, але недовго. За допомогою різноманітних хитрощів вдається просунутися досить далеко в область змішаного потоку. Однак якщо обсяги голосу і даних, що передаються по одному каналу, рівні або голос переважає, то технології, засновані на IP, в якихось помітних масштабах не застосовні. Тобто технічно подібну мережу побудувати можна, але очікувані складнощі настільки великі, що робити це просто недоцільно з економічної точки зору.

ПРОБЛЕМИ ЗРОСТАННЯ

Можна навести й інші (не технічні) приклади, які доводять юність пакетних технологій.

Наприклад, на відміну від традиційних телекомунікацій, теоретичні основи пакетного трафіку виглядають блідо. На даний момент ще не створено задовільний математичний апарат для опису IP-трафіку - часового розподілу щільності пакетів в мережі, ймовірності виникнення і характеру перевантажень і т. Д. Звичайно, існують численні емпіричні дані і результати різних тестів мережевого обладнання. Вони дуже корисні при конструюванні устаткування, але малоефективні при плануванні великих мереж. Відповідь, наприклад, на питання, що трапиться з цією мережею при такому-то зміні активності користувачів, можна отримати в основному тільки досвідченим шляхом.

Є ще проблема стандартизації. Незважаючи на роботу численних і шанованих міжнародних організацій, розробки для IP-телефонії різних виробників несумісні між собою. Навіть там, де вже діють регламентуючі документи, на практиці можливі різночитання, що роблять спільну роботу неможливою. Вироблення єдиного стандарту в тій чи іншій області - непростий процес, який потребує часу. Як показує практика, тільки лише юридичного оформлення вимог недостатньо. Необхідно, щоб стандарт став таким фактично, тобто у розробників має сформуватися загальноприйняту думку про те, що вважати еталоном.

Таким чином, в комерційній сфері діяльності IP-телефонії ще дуже важко конкурувати з традиційним телефонним обладнанням. Голосові мережі з комутацією каналів (телефоніческіе мережі) розвиваються більш ста років і тому добре вивчені з усіх точок зору. В результаті тривалої конкурентної боротьби сформульовані вимоги до продуктивності обладнання, надійності, цінами і так далі. Розроблено критерії життєздатності обладнання як інструменту комерційної діяльності. IP-телефонії все це ще тільки належить.

НА ШЛЯХУ ДО УНІВЕРСАЛЬНОЇ ІНФОРМАЦІЙНОЇ МЕРЕЖІ

Як вже говорилося, в даний момент існує цілий ряд компаній - постачальників послуг IP-телефонії. Серед них є кілька відносно великих і фінансово досить успішних. Однак сьогодні жоден дійсно великий оператор, жоден "кит телекомунікаційного світу" не покладається в будь-якій значній мірі на технологію Voice-over-IP.

І тим не менше ідеї IP-телефонії мають потужну підтримку в особі великих виробників телекомунікаційного обладнання і операторів зв'язку. Чому ж, незважаючи на істотні труднощі, продовжують інвестуватися кошти, вестися конструкторські розробки, працювати міжнародні комітети зі стандартизації, додаватися зусилля для популяризації технології? Для цього є серйозні причини.

Найскладніше в сучасному телекомунікаційному світі - це зовсім не винахід нової технології. Важливо придумати послугу, яка буде користуватися платоспроможним попитом. У цьому сенсі існуючі голосові технології, як фіксовані, так і мобільні, в основному вичерпали себе. Ймовірно, поява принципово нових видів сервісу буде пов'язано з розвитком мультимедійних технологій. Зокрема, це можуть бути різноманітні сполучення голосу з графічними додатками, перетворення голосу в текст і назад, універсальні поштові скриньки для голосових і всіх інших повідомлень з можливістю доступу до них за допомогою пристроїв різних типів, в тому числі з мобільних терміналів і т. Д. необхідність подібних послуг дійсно назріла. Як ми вже переконалися, що існують мережі погані тим, що вони вкрай негнучкий і орієнтовані на передачу якогось одного типу інформації: голосові мережі тільки для телефонії; мережі даних нічого, крім даних, за великим рахунком, передавати не можуть; кабельні мережі тільки для телебачення і т. д. Розширення спектру послуг вимагає якоїсь універсальної основи для створення додатків принципово різної якості. Потрібен універсальний транспортний протокол, за допомогою якого споживачеві може бути доставлена ​​різнорідна за природою інформація. І, ймовірно, саме IP-протокол послужить таким спільним знаменником.

Справедливості заради треба відзначити, що у IP є конкуренти. Не будемо заглиблюватися в порівняльний аналіз різних підходів. Хотілося б тільки сказати, що всі вони молодша за нього. IP-протокол - найстаріший, і це, як не дивно, перевага. Як вже говорилося, стандартизація - велика проблема, вирішення якої потребує багато часу і сил. Так ось, IP-протокол (в його класичному варіанті) - цілком усталений стандарт. Розробники обладнання і додатків мають єдине детальне розуміння, що він собою являє.

Тут можна провести аналогію з операційними системами для персональних комп'ютерів. Властивості операційної системи документовані, завжди однакові і добре відомі. З одного боку, виробники обладнання роблять комп'ютери так, щоб операційна система працювала на них правильно. Виробників багато, і вони незалежні. З іншого боку, розробники додатків пишуть програмне забезпечення, сумісне з операційною системою. Розробників ще більше, і різноманітність програм величезна. Таким чином, лідерство компанії Microsoft на ринку операційних систем дозволило в якійсь мірі уніфікувати вимоги як до виробників обладнання, так і до розробників програмного забезпечення. Саме це стало однією з найпотужніших імпульсів розвитку індустрії. Сьогодні величезна кількість компаній, великих і маленьких, мають можливість реалізовувати свої ідеї. Подивіться на нескінченне різноманіття ринку програмного забезпечення. Аналогія кілька смілива, але можна сказати, що з появою загальновизнаного універсального протоколу обміну інформацією та мереж, здатних забезпечувати такий обмін правильним чином, можна очікувати схожого буму в області розробки додатків зв'язку.

Замість Висновки

Як ми переконалися, для передачі різних видів інформації - даних, голосу, відео і т. П. - нинішні IP-мережі ще не дуже пристосовані. Однак необхідність в універсальній мультисервісної мережі вже назріла. І, можливо, саме IP-протокол відіграє помітну, а може бути, і вирішальну роль в її створенні. Але для цього доведеться вирішити безліч проблем, причому не тільки технологічного властивості.

На даний момент телекомунікаційна індустрія переживає не найкращі часи: настала криза. Бум, викликаний просуванням Інтернет-технологій, електронної комерції, онлайнової торгівлі і т. Д., Закінчився (або сильно спіткнувся), що не забарилося позначитися на всій галузі. Впали прибутку, і, відповідно, зменшилися обсяги коштів, що інвестуються в конструкторські розробки. Деякі програми заморожуються, деякі згортаються. Це погано, а може бути, і на користь: зникли порожня спекуляція і істерія гонки. Криза не змінив, але лише сповільнив хід подій, допомагаючи тим самим без поспіху приймати правильні рішення. Що стосується загального напрямку розвитку телекомунікаційних технологій, то воно, швидше за все, залишиться тим самим. Думаю, у нас ще буде можливість поспілкуватися по мобільному IP-відеофону.