Проектирование корпоративной VoIP сети на базе Asterisk в ТОО “Центр технической компетенции DEMEU”

Обслуживание  вызова распределено между различными элементами сети SIP. Основным функциональным элементом, реализующим функции  управления соединением, является абонентский терминал. Остальные элементы сети могут отвечать за маршрутизацию вызовов, а иногда служат для предоставления дополнительных сервисов.

Терминал. Когда клиент и сервер реализованы в оконечном оборудовании и взаимодействуют непосредственно с пользователем, они называются пользовательским агентским клиентом — User Agent Client (UAC) — и пользовательским агентским сервером — User Agent Server (UAS). Если в устройстве присутствуют и UAC, и UAS, то оно называется пользовательским агентом — User Agent (UA), а по своей сути представляет собой терминальное оборудование SIP.

Сервер UAS и клиент UAC имеют возможность непосредственно  взаимодействовать с пользователем. Другие клиенты и серверы SIP этого  делать не могут.

Прокси-сервер (от англ. proxy — «представитель») представляет интересы пользователя в сети. Он принимает запросы, обрабатывает их и выполняет соответствующие действия. Прокси-сервер состоит из клиентской и серверной частей, поэтому может принимать вызовы, инициировать запросы и возвращать ответы.

Предусмотрено два типа прокси-серверов:

- с сохранением состояний (stateful). Такой сервер хранит в своей памяти все полученные запросы и связанные с ним новые сформированные запросы до окончания транзакции;

- без сохранения состояний(stateless). Такой сервер просто обрабатывает получаемые запросы. Но на его базе нельзя реализовать сложные, интеллектуальные услуги.

Сервер переадресации  используется для определения текущего местоположения пользователя. Сервер переадресации не терминирует вызовы и не инициирует собственные запросы, а только сообщает адрес необходимого терминала или прокси-сервера. Для этих целей он взаимодействует с сервером определения местоположения.

Однако, для  осуществления соединения пользователь может не использовать сервер переадресации, если он сам знает текущий адрес требуемого пользователя.

Сервер определения  местоположения пользователей. Пользователь может перемещаться в пределах сети SIP, поэтому существует механизм определения его местоположения в текущий момент времени. Сервер определения местоположения пользователей служит для хранения текущего адреса пользователя и представляет собой базу данных адресной информации.

Пользователь, которому нужна адресная информация не связывается с сервером определения  местоположения напрямую. Эту функцию выполняют другие SIP-серверы при помощи протоколов LDAP, RWHOIS, или других протоколов.

 

Таблица 4.1. Сравнение SIP и Н.323

Параметр сравнения	SIP	H.323
Дополнительные  услуги	Набор услуг, поддерживаемых обоими протоколами примерно одинаков
Персональная мобильность пользователей	Имеется хороший  набор средств поддержки мобильности	Персональная  мобильность поддерживается, но менее  гибко
Расширяемость протокола	Удобная расширяемость, простая совместимость с предыдущими  версиями	Расширяемость поддерживается, но существует ряд сложностей
Масштабируемость  сети	Оба протокола  обеспечивают хорошую масштабируемость сети
Время установления соединения	Достаточно  одной транзакции	Требуется несколько  транзакций
Сложность протокола	Простой, мало запросов, текстовый формат сообщений	Сложный, много  запросов и протоколов, двоичное представление  сообщений

 

Протокол SIP, для сигнализации и регистрации устройств использует запросы. В первоначальной версии протокола SIP (RFC 3261) было определено шесть типов запросов. С помощью запросов клиент сообщает о текущем местоположении, приглашает пользователей принять участие в сеансах связи, модифицирует уже установленные сеансы, завершает их и т. д. Тип запроса указывается в стартовой строке:

- INVITE — Приглашает пользователя к сеансу связи. Обычно содержит SDP-описание сеанса.

- АСК — Подтверждает приём ответа на запрос INVITE.

- BYE — Завершает сеанс связи. Может быть передан любой из сторон, участвующих в сеансе.

- CANCEL — Отменяет обработку ранее переданных запросов, но не влияет на запросы, которые уже закончили обрабатываться.

- REGISTER — Переносит адресную информацию для регистрации пользователя на сервере определения местоположения.

- OPTIONS — Запрашивает информацию о функциональных возможностях терминала.

 Но в процессе развития, в протокол было добавлено еще несколько типов запросов, которые дополнили его функциональность:

- PRACK — временное подтверждение;

- SUBSCRIBE — подписка на получение уведомлений о событии;

- NOTIFY — уведомление подписчика о событии;

- PUBLISH — публикация события на сервере INFO — передача информации, которая не изменяет состояние сессии;

- REFER — запрос получателя о передаче запроса SIP;

- MESSAGE — передача мгновенных сообщений средствами SIP;

- UPDATE — модификация состояния сессии без изменения состояния диалога.

 

4.2 Протокол  Н.323

В 1990 году был одобрен  первый международный стандарт в  области видеоконференцсвязи - спецификация H.320 для поддержки видеоконференций по ISDN. Затем ITU одобрил еще целую  серию рекомендаций, относящихся к видеоконференцсвязи. Эта серия рекомендаций, часто называемая H.32x, помимо H.320, включает в себя стандарты H.321-H.324, которые предназначены для различных типов сетей.

Во второй половине 90-х годов интенсивное развитие получили IP сети и Интернет. Они превратились в экономичную среду передачи данных и стали практически повсеместными. Однако, в отличие от ISDN, IP сети плохо приспособлены для передачи аудио и видеопотоков. С целью проведения аудио и видеоконференций по телекоммуникационным сетям ITU-T разработала серию рекомендаций H.32x :

- H.320 — по сетям ISDN;

- H.321 — по сетям Ш-ЦСИО и ATM;

- H.322 — по сетям с коммутацией пакетов с гарантированной пропускной способностью;

- H.323 — по сетям с коммутацией пакетов с негарантированной пропускной способностью;

- H.324 — по телефонным сетям общего пользования;

- H.324/C — по сетям мобильной связи.

Эта серия включает в себя ряд стандартов по обеспечению  проведения видеоконференций.

Рекомендации ITU-T, входящие в стандарт H.323, определяют порядок функционирования абонентских терминалов в сетях с разделяемым ресурсом, не гарантирующих качества обслуживания (QoS). Стандарт H.323 не связан с протоколом IP, однако, большинство реализаций основано на этом протоколе. Набор рекомендаций определяет сетевые компоненты, протоколы и процедуры, позволяющие организовать мультимедиасвязь в пакетных сетях. Стандарт H.323 определяет четыре основных компонента, которые вместе с сетевой структурой позволяют проводить двусторонние (точка-точка) и многосторонние (точка — много точек) мультимедиаконференции.

Терминал может  представлять собой ПК или автономное устройство, способное выполнять  мультимедийное приложение. Он обязан обеспечивать звуковую связь и может  дополнительно поддерживать передачу видео или данных. Вследствие того, что основной функцией терминала является передача звука, он играет ключевую роль в предоставлении сервиса IP- телефонии. H.323 терминал должен поддерживать следующие протоколы:

- H.245 — для согласования параметров соединения;

- Q.931 — для установления и контроля соединения;

- RAS — для взаимодействия с привратником;

- RTP/RTCP — для оптимизации доставки потокового аудио (видео);

- семейство протоколов H.450 — для поддержки обязательных в H.323 дополнительных видов обслуживания (ДВО).

Дополнительными компонентами могут быть другие аудио- и видеокодеки (H.261, H.263, MPEG).

Шлюз (gateway) не входит в число обязательных компонентов  сети H.323. Он необходим только в случае, когда требуется установить соединение с терминалом другого стандарта. Эта связь обеспечивается трансляцией протоколов установки и разрыва соединений, а также форматов передачи данных. Шлюзы H.323 сетей широко применяются в IP телефонии для сопряжения IP сетей и цифровых или аналоговых коммутируемых телефонных сетей.

Привратник (gatekeeper) выступает в качестве центра обработки вызовов внутри своей зоны и выполняет важнейшие функции управления вызовами. Зона определяется как совокупность всех терминалов, шлюзов и MCU под управлением данного привратника. Привратник - необязательный компонент сети H.323, однако, если он присутствует в сети, то терминалы и шлюзы должны использовать его услуги.

Основные:

- трансляция  адресов — преобразование внутренних адресов ЛВС и телефонных номеров формата E.164 в адреса протоколов IP/IPX;

- управление доступом — авторизация доступа в H.323 сеть;

- управление полосой пропускания — разрешение или запрещение запрашиваемой терминалом полосы пропускания.

Дополнительные:

- управление процессом установления соединения — при двусторонней конференции привратник способен обрабатывать служебные сообщения протокола сигнализации Q.931, а также может служить ретранслятором таких сообщений от конечных точек;

- авторизация  соединения — допускается отклонение привратником запроса на установление соединения. Основания — ограничение прав или времени доступа, и иные, лежащие вне рамок H.323;

- управление  вызовами — привратник может отслеживать состояние всех активных соединений, что позволяет управлять вызовами, обеспечивая выделение необходимой полосы пропускания и баланс загрузки сетевых ресурсов за счёт переадресации вызовов на другие терминалы и шлюзы.

Сервер многосторонней конференции (Multipoint Control Unit) обеспечивает связь трёх или более H.323 терминалов. Все терминалы, участвующие в  конференции, устанавливают соединение с MCU. Сервер управляет ресурсами конференции, согласовывает возможности терминалов по обработке звука и видео, определяет аудио и видеопотоки, которые необходимо направлять по многим адресам.

В результате появления  стандарта H.323, описывающего механизмы взаимодействия устройств обеспечивающих передачу голоса и видео по IP сетям, появилась возможность объединять в сети устройства различных производителей, что эффективно для сетей специальной связи.

 

4.3 Протокол IAX2

Протокол был  разработан для Asterisk как альтернативный протокол. Первая версия протокола использовала порт UDP 5036. Данная версия протокола IAX устарела и широко не применяется, поэтому часто обычно термины IAX и IAX2 обозначают вторую версию протокола. Группа разработчиков в составе: Марк Спенсер, Фрэнк Миллер, Кенни Шумард, Эд Гай и Брайан Капоч подала заявку в IETF и 20-го февраля 2009 года протокол был утверждён под RFC 5456.

IAX2 — Inter-Asterisk eXchange protocol — протокол обмена VoIP данными  между IP-PBX Asterisk. Наиболее приспособлен к трансляции сетевых адресов NAT, в отличие от SIP и H.323 использует только один порт 4569 протокола UDP для сигнализации и медиапотока, тогда как последние используют для этих целей разные порты. Данный протокол позволяет существенно экономить сетевой трафик по сравнению с протоколом SIP, что объясняется передачей сигнальной информации в битовых полях, а не текстом. Так же протокол позволяет совмещать множество голосовых потоков и передавать их внутри единого транка, уменьшая накладные расходы, связанные с передачей заголовков IP пакетов.

Протокол IAX версии 2 используется в Asterisk VOIP PBX, как альтернатива протоколам SIP, H.323, и т.д. при работе с другими устройствами, которые поддерживают IAX протокол (на данный момент список их небольшой, но он быстро растет).

Технические особенности:

- полностью бинарный протокол (в отличии от SIP) - экономия трафика;

- используется один единственный UDP-порт 4569, что упрощает конфигурацию файрвола и улучшает работу через NAT;

- поддерживается транкинг, при этом в каждом пакете передаются данные сразу нескольких параллельных каналов - экономия трафика.

Преимущества:

- экономнее чем SIP в требованиях к трафику;

- проще конфигурация NAT и файрвола;

- меньше неочевидных проблем (при наличии файрвола невозможна ситуация, когда соединение устанавливается, а голосовые данные пройти не могут, в отличии от SIP)

- IAX2 эффективнее RTP (SIP) для любого количества одновременных соединений, и при использовании любого кодека. Экономия начиная от 2.4k для единственного вызова, до приблизительно утроения количества одновременных соединений через мегабитовый поток для G.729 при использовании trunk mode.

Для построения VoIP сети дипломного проекта будет использоваться только протокол SIP, так как он более легок в использовании и настройке.