Проблема оптимального управления вызовами в IP-телефонии оказалась не менее острой, чем вопрос обеспечения сигнализацией традиционных операторских сетей. Как утверждается, со временем она «займет первое место» по актуальности, вытеснив на второй план вопрос качества голосовой связи при использовании пакетных технологий.

Любая телефонная сигнализация призвана способствовать решению триединой задачи — установление соединения, поддержание разговорной фазы и надежное разъединение. Совокупность этих процедур представляет собой так называемый «базовый вызов» (basic call), который наиболее часто используется в повседневной практике. Появление сервисных функций, известных по нормативным документам как «дополнительные виды обслуживания», принципиально не изменило ситуацию. В общем случае реализация каждой из таких функций сводится к выполнению трех указанных процедур.

На заре становления телефонной связи абонентов было не так уж много, и все соединения между ними устанавливались «вручную» (помните пресловутое: «Барышня, Смольный!»). Но вскоре телефонистки перестали справляться с потоком заявок, и на смену им пришли системы автоматической коммутации. Они непрерывно совершенствовались, но процедура управления вызовами оставалась неизменной. Другими словами, несмотря на смену технологий и терминологий, обусловленную миграцией от коммутации каналов к пакетной коммутации, суть служебных протоколов управления вызовами сохранилась прежней.

Две модели IP-телефонии

История IP-телефонии насчитывает всего несколько лет, однако она изобилует событиями. Фактически с нуля выросла целая отрасль, с существованием которой вынуждены считаться признанные телекоммуникационные операторы и ведущие производители оборудования. Начав свой «жизненный путь» как лабораторная игрушка, IP-телефония нашла свое место на двух обширных рынках услуг — дальней и внутрикорпоративной связи.

Основой альтернативного способа передачи междугородного и международного трафика стало очень простое решение, на которое не отважились традиционные операторы: абонентам было предложено небольшое снижение качества речи при существенном уменьшении стоимости соединений. Можно сказать, что IP-телефонию, как отрасль, породила даже не современная технология, а гениальная бизнес-модель.

В общем случае сеть IP-телефонии оператора дальней связи состоит из ограниченного числа функциональных модулей. Во-первых, это шлюзы к сети общего пользования, выполняющие роль конверторов сигнализации и преобразователей речевого сигнала. Во-вторых, интерактивные голосовые информаторы (IVR — Interactive Voice Response), взаимодействующие с абонентом при выборе маршрута (то есть этакие электронные «барышни-телефонистки»). В-третьих, серверы сигнализации, определяющие конечную точку вызова и маршрут к ней. И наконец, сама сетевая инфраструктура, поддерживающая протокол IP.

Смею утверждать, что все без исключения архитектурные элементы, служащие для организации IP-телефонии, были хорошо известны до появления последней. Основы преобразования аналоговой речи в цифровой формат данных разработаны еще в 30-е годы XX столетия, кодирование с целью уменьшения информационной избыточности голосового сигнала тоже используется не один десяток лет. Голосовой автоинформатор с успехом применяется в различных областях, например, в учрежденческих станциях он является одним из компонентов системы голосовой почты.

Типы сигнализации в IP-телефонии

Поначалу в качестве сервера сигнализации в сетях IP-телефонии выступал контроллер домена (gatekeeper), базирующийся на рекомендациях Н.323. Сейчас мало кто вспоминает, что первая версия сигнального протокола Н.323, разработанная в 1996 году, была ориентирована на проведение видеоконференц-связи в пакетных сетях с непредсказуемым качеством обслуживания. Но к моменту ее появления достоинства и недостатки IP-сетей оказались уже достаточно хорошо изученными; применение в таких сетях различных механизмов управления трафиком и позволило осуществить интеграцию голоса и данных. К слову, в традиционной телефонии также использовалось цифровое уплотнение речевого сигнала на участках межстанционных соединительных линий, поэтому бизнес-модель операторской IP-телефонии возникла не на пустом месте.

Другой прикладной областью IP-телефонии стала организация корпоративных систем связи. В этом случае мотивами внедрения технологии VoIP послужило стремление компаний к сокращению расходов на поддержание инфраструктуры корпоративных сетей и к обеспечению более удобной работы своих сотрудников. Поэтому сейчас в типовое архитектурное решение для IP-телефонии помимо шлюзов и управляющих серверов входят телефонные аппараты, связывающиеся между собой непосредственно по протоколу IP.

Такой принцип построения системы IP-телефонии позволил начать бесшовную интеграцию нового класса сервисов и абонентских устройств. Кроме того, было преодолено ограничение на длину абонентской линии, свойственное традиционным цифровым АТС (стандартная длина абонентской линии ISDN не превышает 1 км, «фирменные» стандарты увеличивают это расстояние до 3—5 км). Использование глобальной IP-сети обеспечило возможность доступа к корпоративным сервисам абонентов, даже находящихся на другом материке.

Существуют и другие области применения IP-телефонии, но они либо еще не получили широкого распространения, либо находятся в зачаточном состоянии. Упомяну лишь соединения типа «компьютер — компьютер», устанавливаемые через публичный Internet, и технологию click&talk, которой прочат большое будущее в области электронной коммерции.

Единство в многообразии

IP-телефония унаследовала от традиционных телекоммуникаций не только функциональную модель, но и узкие места архитектуры. Несложно заметить, что наиболее критичным элементом сети IP-телефонии является все та же система сигнализации. Именно ей уделяют основное внимание разработчики стандартов ITU-T и IETF, между сторонниками которых развернулась настоящая битва за симпатии (и кошелек) провайдеров услуг связи.

Вспомним, каково положение дел с сигнализацией в традиционной телефонии. На нынешний день все используемые служебные протоколы довольно отчетливо разделяются на две категории — обеспечивающие сигнализацию для телефонной связи общего пользования и для учрежденческой связи. В свою очередь, каждый из них делится на сигнализацию абонентских и соединительных линий. Вершиной развития межстанционной сигнализации в ТфОП, несомненно, является ОКС7 (SS7), которая стала фундаментом для создания интеллектуальных сетей. На абонентском же участке самыми удачными решениями для аналоговых линий стали всем известные импульсный и тональный набор номера.

В отличие от городских сетей в учрежденческих системах цифровизация продвинулась достаточно далеко, что позволило предложить целое поколение новых видов сигнализации, а их появление положило начало созданию знаменитой технологии ISDN. После многих лет борьбы и взаимных уступок производители учрежденческих станций смогли наконец договориться и приняли в первой половине 90-х годов международные стандарты, описывающие сигнализацию ISDN на абонентском (DSS1) и межстанционном (Q.SIG) участках. Тем не менее «фирменные» протоколы управления вызовами продолжали доминировать, что, по-моему, послужило одной из причин относительной неудачи технологии ISDN на глобальном рынке.

К сожалению, подобная тенденция начинает преобладать и в IP-телефонии. Как уже отмечалось, создание стандартов IP-телефонии сосредоточено в двух международных организациях — ITU-T и IETF. Первую часто рассматривают как блюстителя интересов традиционной телефонии, а вторая всегда ориентировалась на сети передачи данных и Internet. Именно этим можно объяснить порой диаметрально различающиеся подходы разработчиков к решению одной и той же практической задачи. Впрочем, многие технические достижения «биполярного» мира современных телекоммуникаций удается органично интегрировать: например, все голосовые кодеки IP-телефонии являются плодами деятельности ITU-T, а во всех решениях, обеспечивающих передачу голоса поверх IP, применяется протокол RTP (Real-time Transport Protocol), автором которого был IETF.

Первой рекомендацией, нацеленной на нужды IP-телефонии, стала Н.323. Она представляет собой целое семейство протоколов, детально описывающих процедуры мультимедийной связи в пакетных сетях. Наибольшее распространение у производителей оборудования получила вторая версия этой рекомендации, принятая в 1998 году (в ноябре 2000 года утверждена уже четвертая версия Н.323). Протокол Н.323 считается довольно сложным в реализации, причем он способен обеспечить лишь базовые процедуры вызова по IP-сети. Для обеспечения сервисных функций создается целая серия спецификаций под общим номером Н.450 (принято уже 12 рекомендаций).

Любопытно отметить, что в нынешнем году к рекомендации Н.323 четвертой версии были приняты два дополнения, описывающие инкапсуляцию протоколов сигнализации DSS1 и Q.SIG в пакеты IP-сети. Несомненно, эти разработки велись по инициативе традиционных производителей учрежденческих станций, активно внедряющих в своих продуктах функции IP-телефонии.

Все без исключения производители телефонных станций объявляют об организации ими поддержки протокола Н.323 в своих системах. Еще не так давно активно обсуждалась потенциальная несовместимость версий стандарта Н.323, реализуемых разными вендорами. Однако после проведения в 2001 году серии тестов, показавших безосновательность таких опасений (см. «Сети», № 4 (102), статья «Системы VoIP: тест на совместимость»), споры пошли на убыль.

Компании стараются соблюдать принятые стандарты, но зачастую выпускают «фирменные» разработки, которые призваны стать доказательством конкурентного преимущества их решений. Скажем, телефонные аппараты Alcatel и Nortel Networks, подключаемые к учрежденческой станции через Ethernet, не поддерживают протоколы Н.323 или SIP. В них собственные протоколы для абонентской линии ISDN инкапсулируются в пакеты IP. Производители объясняют свой подход желанием сохранить в полной мере функциональность абонентского устройства. Их можно понять, так как стандартные протоколы сигнализации IP-телефонии не способны обеспечить широкий выбор сервисных функций. Другие производители (такие, как Avaya, Siemens и Ericsson) реализуют в своих телефонных аппаратах поддержку сигнализации Н.323. Компания Cisco Systems использует для этих целей «фирменный» протокол Skinny, но его спецификации открыты для сторонних производителей.

Как отмечалось выше, недостатки рекомендации Н.323 явились поводом для разработки альтернативного протокола сигнализации для сетей IP-телефонии. За эту задачу взялся IETF, и в марте 1999 года была опубликована первая версия документа RFC 2543, описывающего протокол SIP (Session Initiation Protocol). Его появление вызвало восторг среди приверженцев Internet-технологий, но их надежды на всеобщее признание нового стандарта не оправдались. Прошло всего лишь два года, но уже обсуждается пятая редакция SIP, которая должна быть принята в апреле 2002 года.

Телефонная связь оказалась не столь простой вещью, какой ее поначалу считали разработчики SIP. Даже использование уровня приложений и текстового формата сообщений не слишком упростило описание процедур (по сравнению с протоколом Н.323, который функционирует на нижних уровнях модели OSI). Косвенным подтверждением этому является «объемистость» RFC 2543 — он насчитывает более 150 страниц убористого текста. Кроме того, для установления соединений по протоколу SIP необходима поддержка других протоколов, например RTP и SDP (Session Description Protocol). Алгоритм модели инициализации телефонного соединения оказался столь ветвистым, что в рекомендациях SIP пришлось практически полностью воспроизвести все «извилины» Н.323.

До сих пор ничего не известно о сколь-нибудь успешных коммерческих проектах, основанных на SIP, однако все ведущие производители сетевого оборудования IP-телефонии уже заявили о его поддержке. При этом максимальную активность в продвижении решений на базе SIP проявляют небольшие производители оборудования и поставщики услуг. Дело в том, что данный протокол может оказаться самым востребованным при организации соединений «компьютер — компьютер» или «компьютер — телефон» в случае установки связи через публичный Internet. Ориентация разработчиков на прикладной уровень обусловливает резкое снижение производительности обработки вызовов, что совершенно неприемлемо для крупных операторских сетей.

При установлении соединения между шлюзами или клиентами Н.323 не обязательно пользоваться услугами контроллера домена (gatekeeper), но без него сложно управлять вызовами большого числа пользователей. Аналогичную роль играет и сервер SIP, с помощью которого определяется местонахождение абонента и осуществляется перенаправление вызовов. В RFC 2547 эти функции возлагаются на разные сервисные программы. Кроме того, немаловажно значение proxy-сервера: он позволяет разгрузить клиентское приложение SIP, принимая на себя выполнение промежуточных задач поиска вызываемого абонента.

Велика вероятность того, что со временем Н.323 и SIP станут базовыми протоколами учрежденческих систем IP-телефонии, операторы же переориентируются на другой класс сигнализации. Если вновь провести параллель с традиционной телефонией, то SIP и Н.323 можно отнести к внутриполосным методам обработки вызовов, а, как показывает практика, такие методы не способны обеспечивать обслуживание большого числа абонентов.

Важным преимуществом протоколов сигнализации для IP-телефонии является их полная независимость друг от друга в рамках единой IP-сети. Абонент может использовать ту или иную сигнализацию для различных соединений. Кроме того, взаимная толерантность облегчает миграцию от одного продукта к другому. На рисунке представлен вариант совмещения в одной IP-сети наиболее распространенных видов сигнализации.

Крупным операторам необходимо обеспечить «архитектурное» разделение функций, поддерживающих различные сервисы. В протоколе MGCP (Media Gateway Control Protocol, RFC 2705) определяются следующие типы устройств: серверы управления (MGC — Media Gateway Controller), сигнализации (SG — Signaling Gateway) и собственно речевого шлюза (MG — Media Gateway). Такое функциональное разделение архитектурных элементов позволяет упростить построение сети, повысить уровень ее управляемости и масштабируемости.

Из-за сосредоточения функций управления на MGC (которых в сети может быть несколько) речевой шлюз становится несколько «туповатым», но зато и более производительным, поскольку его ничто «не отвлекает» от преобразования голосовых сигналов. Шлюз сигнализации служит для взаимодействия с внешней телефонной сетью по протоколу ОКС 7 или Q.SIG: он фактически конвертирует последние в формат протокола SCTP (Stream Control Transmission Protocol), разработанного группой Sigtran IETF. С помощью SCTP-соединений сигнальная информация передается на MGC (правда, в протоколе MGCP эта процедура однозначно не детерминирована). Фактически MGC выполняет функции сервера сигнализации и выдает управляющие команды на MG. Данный подход поддержали такие производители телекоммуникационного оборудования, как Ericsson, Siemens, Nortel Networks и Lucent Technologies.

MGCP задал общее направление развития протоколов сигнализации для глобальных сетей IP-телефонии, но впоследствии был отвергнут из-за его незавершенности. Ему на смену пришел протокол Megaco/H.248 (RFC 3015), созданный совместными усилиями группы Megaco из IEFT и исследовательской группы №16 ITU-T (что и нашло отражение в его названии). По своим задачам новый протокол практически аналогичен MGCP, но имеет одно важное отличие, по всей видимости появившееся под влиянием разработчиков из ITU-T. Теперь предусматривается поддержка не только текстовых форматов сообщений, как в MGCP, но и бинарных форматов. Это дополнение может сыграть ключевую роль при построении широкомасштабных сетей IP-телефонии с большим числом абонентов.

Что впереди?

Безусловно, разные протоколы сигнализации IP-телефонии несовместимы друг с другом, поэтому была выдвинута идея создания специального конвертера (он получил название SoftSwitch), призванного реализовать взаимодействие между «гетерогенными» сегментами сетей. На рисунке показана процедура организации соединения между клиентами Н.323 и SIP. Здесь видно, что голосовой трафик передается между оконечными устройствами напрямую, что обеспечивается высокой совместимостью речевых кодеков в абонентской аппаратуре разных производителей. Сигнализация вызовов проходит по более «прихотливому» пути.

Точно так же устройства SoftSwitch поддерживают взаимодействие и других протоколов сигнализации (например, SIP и MGCP или даже ОКС7 и Н.323). По сути, SoftSwitch является программным конвертером, создаваемым по модульному принципу. Если оператору IP-телефонии необходимо установить соединение с обычной телефонной сетью или оператором, использующим другой тип сигнализации, то программный конвертер обеспечит наиболее оптимальный межсетевой стык. Но, конечно, внедрение этих технологий в IP-телефонии проходит не вполне гладко, ибо вновь сказываются различные подходы производителей.

В настоящее время в рамках IETF действует рабочая группа Iptel, которая занимается проблемами, связанными с протоколами сигнализации VoIP. Среди ее «продуктов» особое место занимает протокол TRIP (Telephony Routing over IP): в уже принятом документе RFC 2871 определены его базовые спецификации, а сейчас создаются составные части самого протокола. Любопытно, что разработчики TRIP входят в ту группу IETF, которой поручена и модернизация протокола SIP.

Протокол TRIP создается для поддержки обмена таблицами маршрутизации телефонных вызовов при взаимодействии разных сетей IP-телефонии, или, как определяется в RFC 2871, различных административных доменов IP-телефонии (ITAD). Каждый из подобных доменов содержит по крайней мере один Location Server (LS), играющий роль сервера сигнализации. Это может быть контроллер домена Н.323, SIP-сервер или устройство MGC. Протокол TRIP предлагается использовать при объединении таких LS. С его помощью будут передаваться данные о вызываемом абоненте и применяемой им сигнализации внутри ITAD, то есть на TRIP возлагаются примерно те же «обязанности», которые выполняет BGP (Border Gateway Protocol) при объединении автономных систем в Internet.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями