IP-телефония

IP-телефони́я (произносится «айпи́-телефони́я») — телефонная связь по протоколу IP. Под IP-телефонией подразумевается набор коммуникационных протоколов, технологий и методов, обеспечивающих традиционные для телефонии набор номера, дозвон и двустороннее голосовое общение, а также видеообщение по сети Интернет или любым другим IP-сетям. Сигнал по каналу связи передаётся в цифровом виде и, как правило, перед передачей преобразовывается (сжимается), чтобы удалить избыточность информации и снизить нагрузку на сеть передачи данных.
IP-телефония использует более общую технологию VoIP (англ. Voice over IP) для организации двустороннего общения. Технология VoIP в общем случае подразумевает все варианты передачи голоса через IP, в том числе не имеющие никакого отношения к телефонии и общению людей. Например, технология VoIP применяется для передачи звука в системах IP-видеонаблюдения, в системах оповещения, при трансляции вебинаров, при просмотре фильмов в режиме онлайн и т. п.
Голосовая и видеосвязь посредством компьютерных сетей стала популярной во всём мире с конца XX века (последней декады) и в настоящее время широко используется как частными пользователями, так и в корпоративном секторе, а также государственными органами. Применение систем IP-телефонии позволяет компаниям — операторам связи значительно снизить стоимость звонков (особенно международных) и интегрировать телефонию с сервисами Интернета, предоставлять интеллектуальные услуги.
IP-телефония реализует задачи и решения, которые с помощью технологии телефонной сети общего пользования реализовать будет либо дороже, либо значительно труднее.
Примеры:
предоставляются значительно проще (порой непосредственно на терминале пользователя) и потому нередко бесплатно, тогда как в традиционных телекоммуникационных компаниях эти возможности требуют применения дополнительного оборудования и технологий и обычно выставляются в счёт, как доп. услуга.
Дополнительно: возможность подключения прямых номеров в любой стране мира (DID).
Переносимость телефонных номеров (англ. Mobile number portability, MNP или англ. Local Number Portability, LNP) — это сервис, который позволяет его пользователям сохранить существующий телефонный номер при переходе от одного мобильного оператора к другому. Возможность переноса телефонных номеров зависит от законодательства конкретной страны. Сервис MNP/LNP оказывает своё влияние на коммерческое применение IP-телефонии у транзитных операторов. Голосовой звонок, который пришёл по каналу IP-телефонии, маршрутизируется на мобильный телефон традиционного мобильного оператора.
Стоимость вызова в IP-телефонии определяется по так называемой «системе с минимальной стоимостью маршрутизации звонка» (LCR, Least Cost Routing System), которая основана на том, что осуществляется проверка пункта назначения каждого телефонного звонка, как только он сделан внутри сети, что даёт потребителю самую низкую цену.
При условии совместимости с GSM-номерами, которая сейчас[когда?] широко распространена, провайдеры систем с минимальной стоимостью маршрутизации звонка LCR больше не могут полагаться на использование префикса номера для того, чтобы определить, как перенаправить (маршрутизировать) звонок. Вместо этого им нужно знать фактическое название сети мобильного оператора для каждого звонка, чтобы осуществить его маршрутизацию.
Следовательно, IP-телефония также необходима для того, чтобы управлять совместимостью мобильных номеров MNP при маршрутизации голосового звонка. В странах без центральной базы данных, таких как Великобритания, иногда бывает нужно направлять запрос в GSM-сеть о том, к какой сети (какому оператору) принадлежит данный мобильный телефон. Поскольку IP-телефония начинает набирать обороты на рынке компаний благодаря применению функций системы минимальной стоимости маршрутизации звонка, необходимо предоставить определённый уровень надёжности при управлении звонками.
Проверки совместимости мобильных номеров MNP нужны для того, чтобы гарантировать, что качество услуги будет соответствовать требуемому; при проведении проверки совместимости мобильных номеров перед тем, как осуществится маршрутизация звонка, и тем самым гарантировать, что голосовой звонок действительно попадёт по назначению, VoIP-компании дают своим компаниям-клиентам (потребителям) гарантию, что они найдут провайдера услуг IP-телефонии. Компания-оператор, предоставляющая услугу интернет-пейджера, Tyntec, зарегистрированная в Великобритании, предоставляет услугу Voice Network Query (система передачи голосовых сообщений), эта услуга даёт возможность как традиционным операторам голосовой связи, так и VoIP-операторам отправлять запрос в GSM-сеть, запрос, направленный на то, чтобы найти домашнюю сеть для перенесённого номера.
Из-за свойств, присущих самой технологии IP, трудно определить местонахождение пользователя. Звонки по номерам экстренных вызовов нельзя легко маршрутизировать (перенаправить) на близлежащий центр приема звонков (что важно для оперативных служб). Иногда такие системы могут маршрутизировать экстренные внутрисетевые вызовы на неэкстренные телефонные линии в нужном подразделении.
В некоторых случаях VoIP-провайдеры могут позволить вызывающему абоненту имитировать какой-то не принадлежащий ему Caller ID, потенциально давая возможность демонстрировать такой ID, который фактически не является номером вызывающего абонента. Коммерческое VoIP-оборудование и программное обеспечение обычно легко даёт возможность изменять информацию о звонящем Caller ID. Несмотря на то, что эта услуга может обеспечить огромную свободу действий (см. также DID и DOD), она также даёт возможность для злоупотреблений.
Случаи злонамеренной замены Caller ID провайдером регламентируются законом.
Оборудование для предоставления IP-телефонии позволяет реализовать дополнительные возможности, как доступные в обычных телефонных сетях, так и специфичные, возможные только благодаря применению программного обеспечения и интеграции с компьютерными сетями.
К ним относятся: замена гудков контроля посылки вызовов, голосовая почта, запись разговора и многие другие, ориентированные как на физических лиц, так и на абонентов внутренних телефонных сетей организаций, корпоративную связь.
Пакет услуг, предоставляемый операторами связи для телефонных сетей организаций, как правило, называют IP-Centrex или виртуальная АТС.
Услуга FMC позволяет пользователям одной организации предоставить возможность использования в качестве телефонных устройств с внутренними номерами телефонной сети мобильные телефоны и стационарные IP-телефоны, аналоговые телефоны (через VoIP-шлюз), а также программные телефоны.
Услуга виртуальный факс даёт возможность, с одной стороны, отправки электронного документа или изображения в виде факсимильного сообщения и, с другой стороны, получение поступившего факсимильного сообщения в виде изображения (в том числе с автоматической отправкой на электронную почту пользователя).
Для реализации функций IP-телефонии при установлении связи используется разнородное оборудование и программное обеспечение. Клиентское оборудование или программное обеспечение используется конечным пользователем для подключения к другому клиентскому устройству (программе) либо к серверу IP-телефонии, IP-АТС через какую-либо компьютерную сеть. В случае использования открытых стандартов и протоколов возможно взаимодействие приложений и устройств разных производителей.
В последнее время наблюдается тенденция использования функций VoIP в системах типа «Умный дом» — для удалённого аудио- и видеоконтроля. В результате появились IP-домофоны и различные видеокамеры для видеонаблюдения с функциями VoIP, позволяющие владельцу в автоматическом режиме получать входящий вызов на заранее определённый номер при наступлении важного события или, наоборот, предоставить возможность владельцу совершать звонок на специальный номер и управлять системой посредством тонального набора как в голосовом меню.
Для работы в сложной сети с большим числом пользователей необходим централизованный коммутатор — устройство или программа, реализующие функционал автоматической телефонной станции в IP-сети, VoIP-сервер. К серверам IP-телефонии относят:
Протоколы обеспечивают регистрацию клиентского устройства (шлюз, терминал или IP-телефон) на сервере или так называемом привратнике провайдера, вызов и/или переадресацию вызова, установление голосового или видеосоединения, передачу имени и/или номера абонента. В настоящее время широкое распространение получили следующие протоколы:
Для передачи голоса по IP-сети человеческий голос оцифровывается при помощи импульсно-кодовой модуляции, сжимается (кодируется) и разбивается на пакеты. На принимающей стороне происходит обратная процедура — данные извлекаются из пакетов, декодируются и преобразуются обратно в аналоговый сигнал.
Кодирование вносит дополнительную задержку порядка 15—45 мс, возникающую по следующим причинам:
Подобная задержка появляется и при декодировании речи на другой стороне.
Задержку кодека необходимо учитывать при расчёте сквозных задержек (см. выше). Кроме того, сложные алгоритмы кодирования/декодирования требуют более серьёзных затрат вычислительных ресурсов системы.
Проведённый в различных исследовательских группах анализ качества передачи речевых данных через Интернет показывает, что основным источником возникновения искажений, снижения качества и разборчивости синтезированной речи является прерывание потока речевых данных, вызванное:
Это требует решения задачи оптимизации задержек в сети и создание алгоритмов компрессии речи, устойчивых к потерям пакетов (восстановления потерянных пакетов).
Применяемые алгоритмы сжатия голоса при передаче по IP-сети довольно разнообразны. Некоторые практически не сжимают голос, оставляя его на уровне импульсно-кодовой модуляции (то есть 64 килобит/с), другие кодеки позволяют сжимать цифровой голосовой поток в 8 и более раз за счёт эффективных алгоритмов кодирования. Существует немало хороших свободных кодеков, использование которых не требует лицензирования. Для других же требуется достижение соответствующей лицензионной сертификации между производителем оборудования (программного обеспечения) и авторами метода сжатия.
Сравнительные характеристики VoIP-кодеков:
Основными преимуществами IP-телефонии является снижение требований к полосе пропускания, что обеспечивается учётом статистических характеристик речевого трафика:
В то же время для IP-телефонии критичны задержки пакетов в сети, хотя технология обладает некоей толерантностью (устойчивостью) к потерям отдельных пакетов. Так, потеря до 5 % пакетов не приводит к ухудшению разборчивости речи.
При передаче телефонного трафика по технологии IP должны учитываться жёсткие требования стандарта TL9000 к качеству услуг, характеризующие:
Общая приемлемая задержка по стандарту — не более 250 мс. Причины задержек в передаче голосовых данных по сети IP в большой степени связаны с особенностями транспорта пакетов. Протокол TCP обеспечивает контроль доставки пакетов, однако достаточно медленный и потому не используется для передачи голоса. UDP быстро отправляет пакеты, однако восстановление потерянных данных не гарантируется, что приводит к потерянным частям разговора при восстановлении (обратном преобразовании) звука. Немалые проблемы приносит джиттер (отклонения в периоде поступления-приёмки пакетов), появляющийся при передаче через большое число узлов в нагруженной IP-сети. Недостаточно высокая пропускная способность сети (например, при одновременной нагрузке несколькими пользователями), серьёзно влияет не только на задержки (то есть рост джиттера), но и приводит к большим потерям пакетов.
Для решения подобных проблем предлагается комплекс мер:
Многие потребительские реализации IP-телефонии не поддерживают криптографического шифрования несмотря на то, что наличие безопасного телефонного соединения намного проще внедрить в рамках IP-технологии, чем в традиционных телефонных линиях. В результате при помощи анализатора трафика относительно несложно установить прослушивание IP-звонков, а при некоторых ухищрениях — даже изменить их содержание.
Тот, кто вторгается с использованием анализатора сетевых пакетов, имеет возможность перехватить IP-звонки, если пользователь не находится в рамках защищённой виртуальной сети VPN. Эта уязвимость в безопасности может привести к атакам со сбоями (отказами в обслуживании) у пользователя или у кого-то, чей номер принадлежит той же сети. Эти отказы в обслуживании могут полностью уничтожить телефонную сеть, нагрузив её мусорным трафиком и создав постоянный сигнал «занято» и увеличив количество разъединений абонентов.
Однако данная проблема касается и традиционной телефонии, так как абсолютно защищённых способов связи не существует.
Потребители могут обезопасить свою сеть, ограничив доступ в виртуальную локальную сеть данных, спрятав свою сеть с голосовыми данными от пользователей. Если потребитель поддерживает безопасный и правильно конфигурируемый межсетевой интерфейс-шлюз с контролируемым доступом, это позволит обезопасить себя от большинства хакерских атак. Существует свободное ПО, такое как Wireshark, облегчающее анализ трафика IP-разговоров.
Некоторые вендоры используют сжатие, чтобы перехват информации было труднее выполнить. Есть мнение, что настоящая безопасность сети требует проведения полного криптографического шифрования и криптографической аутентификации. Однако, по некоторым параметрам IP-телефония выигрывает у традиционной в плане безопасности.
Существующий сейчас стандарт безопасности SRTP и новый ZRTP-протокол доступны на некоторых моделях IP-телефонов (Cisco, Yealink SNOM и др.), аналоговых телефонных адаптерах (Analog Telephone Adapters, ATAs), шлюзах, а также на различных софтфонах. Можно использовать IPsec, чтобы обеспечить безопасность P2P VoIP с помощью применения альтернативного шифрования (opportunistic encryption). Программа Skype не использует SRTP, но там используется система шифрования, которая прозрачна для Skype-провайдера.
Решение Voice VPN (которое представляет собой сочетание технологии VoIP и VPN) предоставляет возможность создания безопасного голосового соединения для VoIP-сетей внутри компании путём применения IPSec-шифрования к оцифрованному потоку голосовых данных.
Также возможно произвести многоуровневое шифрование и анонимизацию всего VoIP-трафика (голоса, видео, служебной информации и т. д.) с помощью сети I2P.
Любое VoIP-соединение имеет целый ряд параметров, общепринятых как точные показатели оценки качества соединения. Кроме того, большинство существующих операторов IP-телефонии при оказании услуг позволяет даже выбирать узел, через который пройдет звонок, не только руководствуясь ценой, но и дополнительными статистическими параметрами, характеризующими качество связи:
Иногда операторами связи для оценки направления применяются и другие статистические параметры: нагрузка в эрлангах, посленаборная задержка (PDD), процент потери пакетов (QoS), максимальное нарастание вызовов в секунду (Calls per seconds, CPS).
Подробную информацию о каждом конкретном вызове станция/сервер IP-телефонии записывает в виде CDR-записей (подробных записей о вызове). Каждая запись содержит номер звонящего (А-номер) и вызываемого (Б-номер), абонентов, IP-адреса (или доменные имена), время и продолжительность вызова, а также инициатора и причину завершения. Подробные записи о вызовах (Call Detail Record) зачастую выгружаются на биллинговую систему для анализа и последующей блокировки учётной записи звонящего при необходимости авторизации вызовов (RADIUS). Такой метод проверки обычно характерен для postpaid-систем оплаты.
Также применяется онлайн-учёт в биллинге посредством процедуры Accounting в протоколе RADIUS, что удобно в системах prepaid-оплаты.