Построение сетей синхронизации.

Принудительная синхронизация. Структурная схема, иллюстрирующая работу такого метода, приведена на рис.37. На рисунке абонент обозначен как SN и является ведомым; “главный эталонный генератор” является ведущим. Передача сигнала синхронизации от ведущего к ведомому осуществляется по каналу радиосвязи. Характеристики сигнала синхронизации, принятые ведомым пунктом зависят от параметров канала связи.

                      

Рис. 37 Сеть синхронизации от ведущего генератора: SN - узел коммутации

 

Иерархическая синхронизация. Структура иерархической синхронизации приведена на рис. 38. “Главный эталонный генератор” передает сигналы синхронизации нижеследующему по иерархии пункту связи. Тот – далее и т.д. В такой структуре возможны и “параллельные” связи, создаваемые для повышения надежности работы системы.

Особенностью такого метода является понижение точности синхронизации при удалении пункта от “вершины” иерархии. Каждый этап передачи сигнала синхронизации снижает точность поддержания шкалы синхронизации в силу помех в линиях на каждом звене передачи сигналов.

Канал передачи и характеристики сигналов синхронизации на каждом этапе передачи аналогичны тем, которые приведены для принудительной синхронизации. Здесь более верхний уровень является ведущим по отношению к более нижнему уровню в каждой из ветвей передачи сигналов сообщений.

Линии косвенной (одноуровневой) синхронизации могут быть введены для повышения “живучести” системы. Пропадание связи с верхним уровнем может быть заменено получением сигналов синхронизации от параллельного пункта и тем самым может обеспечить сохранность работоспособности системы.

Рис. 38 Иерархическая синхронизация: SN – узел коммутации

Взаимная синхронизация. Система с методом, использующим взаимную синхронизацию, приведена на рис.39. Предполагается, что пункты связи SN в такой структуре имеют опорные формирователи шкал синхронизации с близкими характеристиками.

Связи шкал синхронизации в такой структуре могут быть описаны в виде следующего уравнения

 

,

где  - число пунктов связи.

           

                                           

Рис. 39 Взаимная синхронизация: SN – узел коммутации

Т.е. в каждом пункте осуществляется усреднение своей шкалы синхронизации со шкалами всех прочих пунктов.

Плезиохронная синхронизация. В случае плезиохронной синхронизации предполагается, что каждый из объектов снабжен высокоточным опорным формирователем шкалы синхронизации, способным обеспечить необходимые точности в течение относительно большого времени. Однако и в таких случаях необходимо обеспечить “сведения шкал”. Такое сведение должно хоть и редко, но осуществляться. Поэтому структурная схема системы синхронизации таким методом совпадает со схемой рис.42 в предположении, что передача сигналов синхронизации от “главного эталонного генератора” осуществляется эпизодически, с интервалами, определенными стабильностью используемых шкал.

IP-телефония

Коммутация пакетов означает организацию соединения путем разбивки информации на пакеты, отправки их по сети передачи данных вместе с другими потоками информации и восстановления исходной информации на приемном конце. Основное достоинство сетей с коммутацией пакетов – эффективность использования каналов с фиксированной и ограниченной полосой пропускания. В сетях с маршрутизацией пакетов IP для передачи данных всегда предусматриваются механизмы повторной передачи пакетов в случае их потери. Передача информации в режиме реального времени значительно более чувствительна к задержкам, но менее чувствительной к потерям в линии передачи, чем данные. Рекомендации ITU-Т допускают задержки в одном направлении не превышающие 150 мс. Если приемная станция запросит повторную передачу пакета IP, то задержки при этом будут слишком велики. Поэтому для таких данных как речь и видеоинформация, используется механизм негарантированной доставки информации (UDP).

Архитектура IP-Телефонии

Архитектура технологии VoIP может быть упрощенно представлена в виде двух плоскостей. Нижняя плоскость - это базовая сеть с маршрутизацией пакетов IP, верхняя плоскость - это открытая архитектура управления обслуживанием вызовов.

Нижняя плоскость, представляет собой комбинацию известных протоколов Интернет: это - RTP (Real Time Transport Protocol), который функционирует поверх протокола UDP (User Datagram Protocol), расположенного, в свою очередь, в стеке протоколов TCP/IP над протоколом IP. Таким образом, иерархия RTP/UDP/IP представляет собой транспортный механизм для речевого трафика.

Верхняя плоскость управления обслуживанием запросов связи предусматривает принятие решений о том, куда вызов должен быть направлен, и каким образом должно быть установлено соединение между абонентами. Инструмент такого управления - системы сигнализации.

Протокол, специфицированный в рекомендации Н.323 ITU-T, стал применяться раньше других протоколов, которых, к тому же, до внедрения Н.323 вообще не существовало.

Другой протокол плоскости управления обслуживанием вызова - SIP - ориентирован на то, чтобы сделать оконечные устройства и шлюзы более интеллектуальными и поддерживать дополнительные услуги для пользователей.

4.1.1 Архитектура сети на базе рекомендации Н.323

Рекомендация H.323 была разработана Международным союзом электросвязи (ITU-Т). Сети на базе протоколов Н.323 ориентированы на интеграцию с телефонными сетями. Рекомендация Н.323 предусматривает довольно сложный набор протоколов, который предназначен не просто для передачи речевой информации по IP-сетям с коммутацией пакетов. Его цель - обеспечить работу мультимедийных приложений в сетях с негарантированным качеством обслуживания. Речевой трафик - это только одно из приложений Н.323, наряду с видеоинформацией и данными.

На рис 2.1 представлена архитектура сети на базе рекомендации Н.323. Основными устройствами сети являются:

1. Терминал (Terminal),

2. Шлюз (Gateway),

3. Привратник (Gatekeeper)

4. Устройство управления конференциями (Multipoint Control Unit- MCU).

 

 

Рис. 4.1 Архитектура сети Н.323

 

Терминал Н.323 - оконечное устройство пользователя сети IP-телефонии, которое обеспечивает двухстороннюю речевую (мультимедийную) связь с другим терминалом Н.323, шлюзом или устройством управления конференциями.

Шлюз IP-телефонии реализует передачу речевого трафика по сетям с маршрутизацией пакетов IP по протоколу Н.323. Основное назначение шлюза - преобразование речевой информации, поступающей со стороны ТфОП, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP. Кроме того, шлюз преобразует сигнальные сообщения систем сигнализации DSS1 и ОКС7 в сигнальные сообщения Н.323 и производит обратное преобразование в соответствии с рекомендацией ITU H.246.

В привратнике сосредоточен весь интеллект сети IP-телефонии. Сеть, построенная в соответствии с рекомендацией Н.323, имеет зонную архитектуру. Привратник выполняет функции управления одной зоной сети IP-телефонии, в которую входят: терминалы, шлюзы, устройства управления конференциями, зарегистрированные у данного привратника. Отдельные фрагменты зоны сети Н.323 могут быть территориально разнесены и соединяться друг с другом через маршрутизаторы.

Наиболее важными функциями привратника являются:

• регистрация оконечных и других устройств;

• контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии при помощи сигнализации RAS (Registration, Admission and Status);

• преобразование идентификатора вызываемого пользователя (объявленного имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сетей с маршрутизацией пакетов IP (IP адрес + номер порта TCP);

• контроль, управление и резервирование пропускной способности сети;

• ретрансляция сигнальных сообщений Н.323 между терминалами.

В одной сети IP-телефонии, отвечающей требованиям рекомендации ITU Н.323, может находиться несколько привратников, взаимодействующих друг с другом по протоколу RAS.

Устройство управления конференциями обеспечивает возможность организации связи между тремя или более участниками.

Кроме того в сети Н.323 может присутствовать прокси-сервер, который функционирует на прикладном уровне и может проверять пакеты с информацией, которой обмениваются два приложения.

Протоколы сигнализации, входящие в семейство Н.323:

1) Протокол RAS (Registration, Admission, Status) обеспечивает взаимодействие оконечных и других устройств с привратником. Основными функциями протокола являются: регистрация устройства в системе, контроль его доступа к сетевым ресурсам, изменение полосы пропускания в процессе связи, опрос и индикация текущего состояния устройства. В качестве транспортного протокола используется протокол с негарантированной доставкой информации UDP.

2) Протокол Н.225 (Q.931) поддерживает процедуры установления, поддержания и разрушения соединения. В качестве транспортного протокола используется протокол с установлением соединения и гарантированной доставкой информации TCP.

3) По протоколу Н.245 происходит обмен между участниками соединения информацией, которая необходима для создания логических каналов. По этим каналам передается речевая информация, упакованная в пакеты RTP/UDP/IP.

Выполнение процедур, предусмотренных протоколом RAS, является начальной фазой установления соединения с использованием сигнализации Н.323. Далее следуют фаза сигнализации Н.225 (Q.931) и обмен управляющими сообщениями Н.245. Разрушение соединения происходит в обратной последовательности.

Сеть на базе протокола SIP

Другой подход к построению сетей IP-телефонии был предложен комитетом IETF (Internet Engineering Task Force) в документе RFC 2543. Он основан на использовании протокола SIP - Session Initiation Protocol.

Подход SIP намного проще в реализации, чем Н.323, но меньше подходит для организации взаимодействия с телефонными сетями. Это связано с тем, что протокол сигнализации SIP, плохо согласуется с системами сигнализации, используемыми в ТфОП. Поэтому протокол SIP более подходит поставщикам услуг Интернет для предоставления услуги IP-телефонии, причем эта услуга будет являться всего лишь частью пакета услуг.

Протокол SIP является одноранговым, т.е. его сетевые возможности, такие как маршрутизация вызова и функции управления сеансами, распределены между всеми узлами (включая конечные точки и сетевые серверы) сети SIP. Это существенно от­личается от традиционной модели телефонной сети, где телефоны (или устройства конечного пользователя) полностью зависят от центрального коммутатора — как при установлении вызова, так и при оказании иных услуг.

Одновременно с этим протокол SIP поддерживает услуги интеллектуальной сети (IN), такие как преобразование имён, переадресация и маршрутизация. Другой важной особенностью протокола SIP является поддержка мобильности пользователя, т.е. его способности получать доступ к заказанным услугам в любом месте и с любого терминала, а также способности сети идентифицировать и аутентифицировать пользователя при его перемещении из одного места в другое. Это свойство SIP не уникально, протокол Н.323 тоже в значительной степени поддерживает такую возможность. Данный режим работы требует дистанционной регистрации пользователей на сервере идентификации и аутентификации.

Сеть SIP содержит основные элементы трех видов:

1. Агенты пользователя (User Agent или SIP client)

2. Прокси-серверы

3. Серверы переадресации

Архитектура сетей, базирующихся на протоколе SIP представлена на рис. 2.2

 

 

Рис. 4.2 Сеть на базе протокола SIP

 

Агенты пользователя являются приложениями терминального оборудования и включают в себя две составляющие: агент пользователя - клиент (User Agent Client - UAC) и агент пользователя - сервер (User Agent Server - UAS), иначе известные как клиент и сервер соответственно. Клиент UAC инициирует SIP-запросы, т.е. выступает в качестве вызывающей стороны. Сервер UAS принимает запросы и возвращает ответы, т.е. выступает в качестве вызываемой стороны.

Кроме того, существует два типа сетевых серверов SIP: прокси-серверы и серверы переадресации. Серверы SIP могут работать как в режиме с сохранением состояний текущих соединений (statefull), так и в режиме без сохранения состояний текущих соединений (stateless). Сервер SIP, функционирующий в режиме stateless, может обслужить сколь угодно большое количество пользователей, в отличие от привратника Н.323, который может одновременно работать с ограниченным количеством пользователей.

Прокси-сервер действует «от имени других клиентов» и содержит функции клиента (UAC) и сервера (UAS). Этот сервер интерпретирует и может перезаписывать заголовки запросов перед отправкой их к другим серверам. Ответные сообщения следуют по тому же пути обратно к прокси-серверу, а не к клиенту.

Сервер переадресации (Redirect server) определяет текущее местоположение вызываемого абонента и сообщает его вызывающему пользователю. Для определения текущего местоположения вызываемого абонента сервер переадресации обращается к серверу определения местоположения, принципы работы которого в документе RFC 2543 не специфицированы.

На сегодняшний день можно утверждать, что протокол SIP поддерживается практически всеми современными устройствами, равно как и H.323. Примером может быть один из ведущих производителей оборудования для сетей IP-Телефонии Cisco Systems Inc.

Сравнение протоколов IP-телефонии — H.323 и SIP — долгое время оставалось одной из наиболее обсуждаемых тем. Сейчас споры сошли на нет — за явной и убедительной победой SIP. Практически все новые системы IP-телефонии, как глобальные, так и локальные, ориентированы на поддержку этого протокола. Совместимость с H.323 ограничивается в основном лишь поддержкой на уровне программных коммутаторов и шлюзов SIP/H.323 — с тем, чтобы обеспечить взаимодействие с унаследованной H.323-телефонией.

Примером такого подхода является ведущий производитель оборудования для IP-Телефонии Cisco Systems Inc.

   4.2 Основные сценарии IP-Телефонии

Рассмотрим три наиболее часто используемых сценария IP-телефонии:

• «компьютер-компьютер»;

• «компьютер-телефон»;

• «телефон-телефон».

Под названием «компьютер» во всех сценариях мы подразумеваем терминал пользователя, включенный в IP-сеть. На сегодняшний день существует три основных типа абонентского VoIP-оборудования: программные решения на базе ПК или коммуникаторов, USB-устройства ("трубки", подключаемые к компьютеру) и IP-телефоны. Последние являются наиболее удобным решением, поскольку они автономны, и пользоваться ими можно так же, как и обычными телефонными аппаратами. При этом IP-телефоны обладают широкими функциональными возможностями и могут подключаться как к корпоративным IP-сетям, так и напрямую к Интернету.

Под названием «телефон» будем подразумевать терминал пользователя, включенный в сеть коммутации каналов любого типа: ТфОП, ISDN или GSM.