Организация телефонных сетей.
Городская сеть – это множество АТС (Автоматическая телефонная станция), связанных по принципу «каждая с каждой», к которым в свою очередь, подключаются абоненты.
Абонентские устройства – это все те устройства, которые можно подключить к АТС, например телефонные аппараты, факс-машины, модемы, автоответчики и т.д.
Различают два основных вида линий: абонентские линии (АЛ) и соединительные линии (СЛ). Первые служат для подключения абонентских устройств к АТС, а вторые – для соединения АТС между собой.
В англоязычной литературе абонентские линии называют CO line (Central Office line, т.е. «линия, протянутая в центральный офис»).
Каждому абоненту телефонной сети назначается его уникальный адрес – телефонный номер. Число цифр в номере обычно зависит от размеров населенного пункта. Система правил, описывающих образование телефонных номеров, называется номерным планом. Каждая телефонная сеть имеет свой собственный номерной план.
Эксплуатацией общедоступных телефонных сетей разного уровня занимаются так называемые телефонные компании. Они непосредственно предоставляют те или иные услуги телефонной связи своим клиентам.
Для обозначения обычных услуг связи, предоставляемых телефонной сетью в обычном понимании, в англоязычной литературе применяется термин POTS (Plain Old Telephony Service, т.е. «простая старая телефонная сеть»). Концепция POTS рассчитана главным образом на передачу речи и плохо годится для передачи цифровых данных. Например, абонент POTS может использовать модем для выхода в Интернет, но при этом его линия оказывается занятой на все время сеанса подключения к Интернет-провайдеру. Кроме того, POTS гарантирует передачу звука в пределах примерно от 300 до 3400 Гц, что сильно ограничивает скорость цифрового соединения.
В противоположность POTS сети ISDN (Integrated Services Digital Network, произноситься как «ай-эс-ди-эн», дословно переводиться как «цифровая сеть с интегрированными услугами») – это концепция сети, удовлетворяющей современными потребностями в услугах по передаче данных произвольного типа (в частности, видео и цифровых данных). Абонент ISDN-сети, имея всего одну линию связи с провайдером ISDN, может одновременно принимать или совершать телефонные звонки и получать доступ в Интернет. Помимо этого ISDN предусматривает наличие так называемых дополнительных услуг: переадресацию, перевод звонков на другой номер, конференц-связь, подключение нескольких независимо адресуемых абонентских устройств к одной линии и т.д.
В русскоязычной литературе встречаются различные варианты перевода аббревиатуры “ISDN”: ЦСИО (цифровая сеть интегрированного обслуживания) и ЦСИС (цифровая сеть интегрированных служб).
Протоколы связи.
Наверняка слово «сигнализация» у большинства вызывает ассоциации с охранными системами или чем-то в этом роде. Терминология связистов действительно довольно своеобразна, особенно в тех областях, которые пересекаются с компьютерными технологиями. Так вот, то, что специалисты по телекоммуникациям называют протоколами связи, в телефонии по историческим причинам называется сигнализациями (происходит от английского термина signaling, который в оригинале ничего близкого с охранными системами не имеет, более точный перевод, отражающий суть этого понятия – «система сигналов»).
Итак, сигнализация или протокол связи – это система сигналов, с помощью которых два взаимодействующих объекта (АТС и подключенный к ней телефон, телефонные узлы, компьютеры, подключенные к Интернет и т.д.) обмениваются командами и информацией.
Современные телекоммуникационные протоколы, подобно компьютерному программному обеспечению, весьма разнообразны, сложны и по уровню развития далеко опережают телефонные, поскольку решают весьма разнообразные задачи. В телефонии же, протоколы в большинстве случаев решают только довольно несложную задачу – установление соединения, передачу звука и последующее разъединение.
Самый простой пример телефонного протокола – это так называемая аналоговая абонентская линия или LSI (Loop Start Interface). Некоторые его «сигналы» - гудок, слышимый в трубке после ее снятия, длинные гудки, обозначающие, что на том конце зазвонил телефон, и короткие гудки, служащие сигналом «занято» или «отбой». Они адресованы автоматической аппаратурой человеку-пользователю, поэтому слышны ухом.
Например, набор номера самым старым и распространенным способом - в пульсовом режиме – сопровождается лишь характерным пощелкиванием в линии. Дисковый номеронабиратель, возвращаясь в исходное положение с определенной скоростью, замыкает и размыкает электрическую цепь телефонной линии число раз, соответствующее набранной цифре, а АТС подсчитывает число этих замыканий в каждой серии. Таким образом, пульсовый набор номера, будучи адресован исключительно аппаратуре АТС, ведется исключительно на «языке» электрических сигналов.
Помимо LSI, в телефонных сетях встречается огромное количество других протоколов: ISDN, R1.5, R2, SS7, QSIG, V5, GSM, DECT. Кроме того, во многих странах используется множество «национальных» протоколов. Протокол – это основной параметр, характеризующий тип линии, соединяющий между собой узлы телефонной сети.
Виды АТС
Из всех видов АТС к современной телефонии следует отнести лишь электронные. Электронная АТС, по сути, является специализированным компьютером.
В сетях общего пользования наряду с электронными АТС до сих пор эксплуатируется оборудование, относящееся к предыдущим технологическим эпохам – так называемые декадно-шаговые и координатные АТС, основанные на электромеханическом принципе коммутации.
История автоматической коммутации в телефонии началась в 1889 г., с изобретения декадно-шагового искателя А.Б.Строуджером из Канзас-сити. Реальное применение автоматической коммутации началось лишь в 1910 г. В СССР первая автоматическая станция была построена только в 1929 г. в Ростове-на-Дону и обслуживала 6000 номеров.
Декадно-шаговые АТС отличаются огромными размерами. Эта проблема решается с помощью многократного координатного соединителя (МКС), разработанного в 1913 г. американцем Дж..Рейнольдсом и в 1919 г. усовершенствованного шведским инженером Г.Бетуладером. Это тоже электронно-механическое устройство, позволяющее коммутировать сразу 100 абонентов. АТС на его основе получается намного компактнее декадно-шаговых АТС, а качество звука намного выше (АТСК, АТСКУ, АТСК-100/2000, ПСК-1000).
Квазиэлектронные АТС (КВАНТ, МЕТАКОНТА) и электронные АТС (Ericsson AXE-10, Siemens EWSD, AT&T 5ESS, АТСЦ-90 и др.)
Стандартизация.
Для обеспечения совместимости телефонного оборудования между собой нужны специальные стандарты. В разных странах применяются разные стандарты, но существуют и международные. В основном стандартизируются типы линий, протоколы связи, форматы данных, качество обслуживания и т.д.
Основной работой по стандартизации в области телекоммуникаций на международном уровне занимается Телекоммуникационный сектор Международного союза электросвязи (International Telecommunication Union – Telecommunications Services Sector, сокращенно ITU-T). Эта организация, штаб-квартира которой находится в Женеве, ранее называлась Международным Консультативным Комитетом по Телеграфии и Телефонии, сокращенно МККТТ (Consultative Committee on International Telegraphy and Telephony, CCITT). Все государства – члены ООН могут участвовать в работе ITU-T. По результатам деятельности своих рабочих групп ITU-T регулярно публикует рекомендации, касающиеся различных аспектов телекоммуникационной отрасли. Эти рекомендации имеют систему обозначений в виде латинской буквы, точки и от одной до четырех цифр, например, V.34, X.25, Q.931, H.323. Первая буква означает так называемую серию, например стандарты серии «Е» относятся к общей организации телефонных сетей, “G” – системы передачи информации по цифровым сетям, «Н» - аудиовизуальные и мультимедиа системы, “I” – сети ISDN, “Q” – коммутация и протоколы связи, “V” – передача данных по телефонным линиям, “X” – сети передачи данных.
Помимо ITU-T, стандартизацией в телекоммуникационной отрасли занимаются различные организации, из которых стоит упомянуть Европейскую организацию телекоммуникационных стандартов (ETSI, European Telecommunications Standards Institute). ETSI издает как собственные стандарты, так и расширенные версии рекомендаций ITU-T, предназначенные для применения в странах Европейского союза. Некоторые стандарты, разработанные ETSI, принимаются в качестве рекомендаций ITU-T. Примерами стандартов от ETSI являются GSM, Euro-ISDN, V5, QSIG.
Форум ECTF (Enterprise Computer Telephony Forum) является промышленным союзом (то есть объединяет производителей, а не страны) и занимается стандартизацией в области компьютерной телефонии. В его активе стандарты ECTF H.100 и ETCF S.100 (система нумерации стандартов ETCF очень напоминает систему ITU-T).
Европейская ассоциация ЕСМА (European Computer Manufacturers Association) также является объединением фирм и занимается вопросами интеграции информационных и телекоммуникационных систем. Примером стандарта от ЕСМА является CSTA.
Некоторую роль в стандартизации телекоммуникационной отрасли играют также Международная организация стандартов (ISO, International Organization for Standartization) и ее американский филиал ANSI (American National Standards Institute).
Внутренние сети
В предыдущем разделе рассматривалась «глобальная» телефонная сеть, объединяющая городские и национальные телефонные сети всего мира. Эта сеть называется ТфОП – сокращение от «телефонная сеть общего пользования». В англоязычной литературе термину ТфОП соответствует термин PSTN – от Public Switched Telephony Network.
Подключение непосредственно к городской телефонной сети большого количества абонентов, компактно расположенных (обычно в пределах одного или нескольких зданий) и разговаривающих преимущественно между собой, оказывается слишком дорогим: необходимо прокладывать очень большое количество линий от ближайшей АТС. Гораздо дешевле установить мини-АТС, подключив к ней всех этих абонентов, а саму мини-АТС связать с городской сетью сравнительно небольшим числом линий.
Рис.1. – Внутренняя сеть, подключенная к ТфОП
Так образуются внутренние телефонные сети в противоположность ТфОП. Сами внутренние телефонные сети могут быть построены на нескольких мини-АТС, охватывать большие территории и иметь довольно сложную внутреннюю топологию. Главное отличие внутренних сетей от ТфОП – они поддерживают свои собственные номерные планы, отличные от ТфОП.
Англоязычный термин, наиболее близкий к мини-АТС – это РВХ (Private Branch Exchange).
Виды звонков во внутренних сетях
Большинство внутренних телефонов, как правило, не имеют прямых городских номеров, для соединения с ними с городского телефона требуется помощь либо оператора (ручная коммутация внешних звонков), либо автосекретаря (автоматическая коммутация).
Для звонков с внутреннего телефона на внутренний необходимо набирать так называемый внутренних номер (Extention number). Для звонка с внутреннего телефона на номер в ТфОП обычно используется набор дополнительной цифры-префикса, обычно «9».
Всякая мини-АТС имеет набор линий для подключения внутренних телефонов – то есть внутренних линий, а также набор линий для подключения к ТфОП (или другим АТС) – внешних линий (trunk).
По отношению к любой из линий звонок может быть исходящим (если его инициировал абонент этой линии) или входящим (если он инициирован другим абонентом). Внутренним звонком называют соединение, охватывающее две внутренние линии, иначе это внешний звонок.
рис.2 – Виды звонков в мини-АТС
Схемы подключения мини-АТС к ТфОП
Мини-АТС отлично справляются с коммутацией внешних исходящих и внутренних звонков. Однако автоматическая обработка внешних входящих звонков вызывает трудности, поскольку номерной план ТфОП явно не предусматривает прямого доступа ко всем абонентам внутренней сети. Внутренняя сеть «видна» из городской сети просто как один (или несколько) городских номеров; большинство внутренних телефонов при этом напрямую не доступно.
Из-за этого возникает необходимость в специальной обработке внешних входящих звонков. При ручной обработке эти звонки попадают на линию секретаря, а он уже переводит их на нужную линию. Кроме того, становиться невозможным автоматическое соединение с внутренними абонентами.
Автоматическая обработка входящих звонков с помощью автосекретаря (auto-attendant) решает все эти задачи. Тем не менее, доступ к внутренним абонентам через автосекретаря неудобен, поскольку требуется ожидание ответа автосекретаря и набор дополнительных цифр в тоновом режиме (DTMF), который имеется далеко не на всех телефонных аппаратах.
Гораздо удобнее иметь прямые городские номера, пусть не для всех внутренних абонентов, так хотя бы для самых важных. Традиционный подход заключается в использовании дополнительных городских линий: по линии на каждый прямой номер. Этот лобовой подход («одна линия – один номер»), очевидно, совершенно не эффективен, поскольку прокладка дополнительных линий стоит дополнительных денег, а сами городские линии оказываются загруженными неравномерно.
рис.3 – Подключение «одна линия – один номер»
Наиболее эффективный подход состоит в использовании специальной услуги – Direct Inward Dialing (DID, буквально – «прямой проникающий набор»).
Идея состоит в том, что внутренней сети выделяется несколько прямых городских номеров, но эти номера не привязаны жестко к имеющимся городским линиям. Когда внешний абонент набирает один из этих номеров, городская АТС направляет звонок на любую свободную линию, соединяющую ее с мини-АТС.
Рис.4 – Подключение «много линий – несколько номеров»
При этом на мини-АТС вместе со звонком приходит информация о номере, набранном внешним абонентом – номер DID. По какой бы из внешних линий ни поступил звонок, мини-АТС имеет всю необходимую информацию для правильной маршрутизации этого звонка.
При таком подходе («много линий – несколько номеров») нагрузка распределяется по всем линиям равномерно. Число линий и число прямых номеров не обязаны совпадать.
Еще одной схемой подключения к городской сети является «многоканальный телефон» (подход «много линий – один телефон»). При этом сервис DID не требуется, поскольку используется только один городской номер. Использование многоканального телефона резко упрощает набор номера со стороны внешних абонентов.
Итак, вместе с входящим звонком по линии может передаваться дополнительная информация – номер DID, т.е. номер вызываемого абонента. Но более известна услуга передачи номера вызывающего абонента – Caller ID. В России Caller ID аналогом услуги является АОН.
В мире цифровых протоколов вместо термина Caller ID часто употребляют ANI (Automatic Number Identification, т.е. буквально «автоматическое определение номера»), а вместо DID – DNIS (Destination Number Identification Service).
Centrex
Стоит отдельно упомянуть распространенную на Западе схему создания внутренних сетей с использованием оборудования городской телефонной компании – Centrex. При этом подходе сама АТС, эксплуатируемая местной телефонной компанией, является полноценной частью ТфОП, но абонентам заказчика предоставляются дополнительные сервисы, недоступные обычным городским абонентам. В первую очередь, это сокращенный набор для внутренних номеров (обычно 4 цифры). Таким образом, абоненты Centrex пользуются внутренним номерным планом, хотя каждый из внутренних телефонов имеет прямой городской номер.
VPN
VPN (Virtual Private Network, «виртуальная частная сеть») – это объединение нескольких внутренних сетей в единое номерное «пространство», или наоборот, реализация нескольких недоступных друг из друга «виртуальных» сетей на базе одной «физической» сети.
Для создания VPN необходима специальная настройка номерных планов для каждой из мини-АТС, входящей в виртуальную сеть.
Примерами крупных виртуальных сетей, охватывающих большие территории и имеющие свои собственные соединения между узлами, является правительственная связь и различные внутриведомственные сети. Поскольку для таких сетей крайне важна высокая защищенность, они имеют очень ограниченное соединение с ТфОП.
Рис.5 Объединение нескольких внутренних сетей в VPN
Рис.6 Разбиение внутренней сети на несколько VPN.
Внутренние сети ISDN
Внутренние сети, как и ТфОП, могут строиться на основе цифровых технологий ISDN. Более того, применение абонентских линий ISDN во внутренних сетях распространено намного шире, чем в городских сетях. Например, цифровые телефоны к современным мини-АТС обычно подключают через линии типа ISDN-BRI.
Интернет-телефония
Телефония основана на коммутации соединений. Иными словами, для создания соединения между абонентами на все время разговора выделяются каналы для передачи звука.
В цифровых сетях передачи данных, например, в Интернете, используется иной принцип – коммутация пакетов. Пакет – это блок двоичных данных, которыми обмениваются оконечные устройства сети (например, обычные компьютеры). Пересылка пакета от одного узла в другой напоминает отправку письма или телеграммы, т.е. не требует установления постоянного соединения между этими двумя узлами, что позволяет значительно экономить внутренние ресурсы сети.
Телефонные соединения вполне можно реализовывать на основе сети с коммутацией пакетов. Именно эту задачу и решает так называемая Интернет-телефония. Оконечные устройства такой «виртуальной» телефонной сети, работающих поверх Интернета, непрерывно обмениваются пакетами прямо в процессе разговора. Пакеты содержат цифровые данные, кодирующие звук.
Передача телефонных переговоров по сети Интернет может осуществляться по нескольким сценариям.
Самый простой способ состоит в использовании обычных мультимедиа-компьютеров, подключенных к Интернету. На обоих компьютерах требуется запустить специальную программу, которая на одном конце преобразует звук от микрофона в пакеты данных, а на другом конце преобразует эти пакеты обратно в звук и проигрывает его в динамик. Если один из компьютеров оснащен видеокамерой, то можно передавать и изображение.
Вместо компьютера с установленной программой Интернет-телефонии можно использовать так называемый IP-телефон. Это устройство, внешне выглядящее как обычный телефон, но подключаемое непосредственно к сети передачи данных.
Итак, компьютеры и IP-телефоны являются разновидностями терминалов Интернет-телефонии, т.е. играют роль абонентских устройств.
Рис.7 Терминалы Интернет-телефонии
Ещё одна разновидность узлов в сети Интернет-телефонии – шлюз (gateway). Это «посредник» между традиционной телефонной сетью и сетью передачи данных, преобразующий звонки одного типа в другой и обратно. С его помощью можно совершать звонки между терминалами Интернет-телефонии и абонентами ТфОП в обоих направлениях.
Рис.8 Соединение «компьютер-телефон» через шлюз
Очень важен также сценарий соединения «телефон-Интернет-телефон». Этот способ соединения позволяет совершать междугородние и международные звонки с телефона на телефон по исключительно низким тарифам, что обуславливает широкое распространение этой услуги.
Рис.9 Соединение абонентов ТфОП через Интернет.
На основе технологий Интернет-телефонии можно строить внутренние телефонные сети. Две внутренние телефонные сети можно соединить между собой посредством Интернета: при этом с телефона одной сети можно звонить на телефоны из другой сети совершенно прозрачно, как будто сети соединены через ТфОП. Любой пользователь может звонить со своего компьютера через шлюз на телефоны в локальной сети (и наоборот).
Международный союз электросвязи предложил стандарт Н.323 для построения сетей Интернет-телефонии. Этот стандарт охватывает практически все аспекты создания таких сетей и в настоящее время является наиболее распространенным.
Сети Н.323 ориентированы на интеграцию с обычными телефонными сетями и рассматриваются как сети ISDN, работающие поверх сетей передачи данных – TCP/IP (Интернет), сетей IPX, Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring и т.д. Стандарт Н.323 содержит большое количество протоколов, связанных с регистрацией оборудования, различными сценариями установления соединений, передачей речи, видео и данных, аутентификацией пользователей, тарификацией и многими другими задачами.
Согласно рекомендации Н.323, сеть состоит из следующих устройств: терминалов (Terminal), шлюзов (Gateway), привратников (Gatekeeper) и устройств управления конференциями (Multipoint Control Unit – MCU), образующих так называемую зону.
Рис.10 Зона сети Н.323
Привратник управляет одной зоной сети, причем зона может состоять из нескольких территориально удаленных сегментов, соединенных с помощью шлюзов. В привратнике сосредоточен весь основной «интеллект» сети: он отвечает за регистрацию оконечного оборудования, входящего в зону, за контроль прав доступа, за номерной план, тарификацию услуг, за управление пропускной способностью сети. Таким образом, привратник ведет учет абонентов и занимается преобразованием их адресов в IP-адреса. Фактически привратник играет в сети роль АТС, хотя и участвует только в установлении соединения между прочими узлами, а передачей пакетов во время разговора занимается нижележащая инфраструктура сети передачи данных.
Устройство управления конференциями (MCU) отвечает за организацию соединений между тремя и более участниками. В зависимости от возможностей сети передачи данных, конференция может быть централизованной или децентрализованной, а также смешанной. Каждый участник конференции может связываться с MCU напрямую; при этом требуется более дорогое оборудование MCU, которое занимается смешивание звуковых потоков. При децентрализованном режиме используется возможность многоадресной рассылки пакетов (IP multicasting) нижележащей сети передачи данных. В этом последнем случае MCU отвечает только за организацию конференции и поддержание списка участников. При этом смешиванием голосовых потоков занимаются оконечные устройства, что увеличивает их сложность и стоимость.
В традиционной телефонной сети большинство всех функций оказывается сосредоточенным в одном узле – АТС. Это накладывает ограничение на максимальное количество абонентов, т.е. на масштабируемость АТС, а также на надежность сети.
В сетях Н.323 функции традиционной АТС распределены между разными узлами, причем каждый узел может быть многократно продублирован.
Кодеки.
Передача звука в виде пакетов данных предполагает сжатие звуковых данных для минимизации трафика, поэтому используются различные алгоритмы динамического сжатия этих данных на передающей стороне и восстановления их на принимающей. Эти алгоритмы называются кодеками (codec) – сокращение от Кодер + ДЕКодер.
Как правило, для большинства кодеков главное – не качество звука, а используемая полоса пропускания. Так, для качественной передачи речи без сжатия требуется скорость передачи данных 64 Кбит/с. Существуют кодеки, которые позволяют обойтись 1-2 Кбит/с, например, Voxware RT24 дает поток 2,4 Кбит/с при умеренном качестве звука.
Международный союз электросвязи стандартизировал ряд кодеков, которые широко применяются для передачи речи (таблица 1).
Таблица 1. Стандартизированные кодеки
Важное преимущество IP-телефонии, помимо дешевизны связи и теснейшей интеграции с компьютерами – это возможность шифрования трафика, свойственное передаче данных через Интернет вообще.
Характерные недостатки, сильно сдерживающие распространение IP-телефонии – низкое качество звука, вызванное сильным сжатием данных, и большие временные задержки звука (иногда до нескольких секунд), обусловленные многократной буферизацией данных на промежуточных узлах сети.
Итак, Интернет-телефония используется в настоящее время в основном как дешевое средство связи (но не всегда высокого качества). Тем не менее, это направление, очевидно, является будущим телефонии как в применении к дальней связи, так и во внутренних сетях.
Компьютерная телефония
При построении внутренних сетей, а также при создании специфических услуг компаниями-провайдерами широко используется компьютерная техника. Это новое направление в современной телефонии получило название «компьютерно-телефонной интеграции» (по-английски – CTI “Computer Telephony Integration”), или просто «компьютерная телефония».
Если автоматический сервис должен уметь обрабатывать более одного звонка одновременно, то необходимо иметь несколько телефонных линий. Подключать к каждой из линий по модему оказывается довольно накладно. Кроме каждый из модемов может работать только независимо от других, тогда как иногда бывает целесообразно соединять (коммутировать) линии между собой.
Выход заключается в использовании так называемых CTI-плат (их также называют платами компьютерной телефонии). Это обычные платы, вставляемые в слоты расширения внутри компьютера, представляющие собой нечто вроде «многоканальных» модемов. Они имеют меньшую стоимость в пересчете на отдельную линию и обычно позволяют осуществлять внутреннюю коммутацию линий.
Рис. Автоматический сервис на основе CTI-платы
Линии могут быть как городскими, так и внутренними линиями мини-АТС. С помощью CTI-плат могут быть реализованы различные телефонные приложения, например, системы голосовых меню (IVR), голосовая почта, системы записи телефонных разговоров, шлюзы Интернет-телефонии и даже мини-АТС.
Отдельным случаем компьютерной телефонии является управление мини-АТС компьютером через так называемый CTI link. Традиционно для этого используется кабель RS-232, подключаемый к последовательному порту компьютера, на котором исполняется управляющая программа. В последнее время некоторые производители переходят на прямое подключение к локальной сети Ethernet, а также есть случаи использования USB.
Обычно с помощью CTI link осуществляют управление звонками с компьютеров абонентов мини-АТС («клиент-серверная телефония»). На компьютерах абонентов запускается специальная программа, взаимодействующая через локальную компьютерную сеть с сервером, к которому подключен CTI link.
Особый класс телефонных приложений представляют собой программы, исполняющиеся на компьютере с CTI-платами, имитирующими поведение мини-АТС. К платам подключают не только внешние линии, но и внутренние телефоны, и все это коммутируется под управлением приложения.
Рис. SoftPBX
Такие приложения называют SoftPBX (а также UnPBX, NT-PBX), а компьютеры с CTI-платами – телефонными серверами. Это решение сочетает в себе возможности обычных мини-АТС и вместе с тем, позволяет реализовывать функции, которые «не по зубам» традиционным мини-АТС.
Отдельное использование внутренней компьютерной и телефонной сетей является в некотором смысле анархизмом, поскольку теоретически достаточно иметь одну общую сеть для передачи как данных между компьютерами, так и звука. Решения, использующие компьютерную сеть в качестве телефонной, называют IP-PBX.
Телефоны при таком подходе подключаются прямо в компьютерную сеть (так называемые IP-телефоны), а коммутацией соединений занимается специальное сетевое устройство – привратник (Gatekeeper), которое фактически играет роль мини-АТС: отвечает за внутренний номерной план, поддерживает каталог пользователей, осуществляет контроль прав доступа и т.д. пользователи могут обходиться и вовсе без традиционных телефонных аппаратов, используя микрофон и динамики, подключенные к мультимедиа-компьютеру.
Рис. Мини-АТС на основе Интернет-телефонии.
Соединением с ТфОП занимается ещё одно сетевое устройство – шлюз (gateway), которое, в сущности, играет роль «внешних линий». С его помощью абоненты могут совершать и принимать обычные телефонные звонки.
Привратник и шлюз могут быть совмещены в одном устройстве или в отдельных устройствах, причем это может быть как обычный компьютер, так и специализированное оборудование.
Мини-АТС
Современные мини-АТС отличаются друг от друга количеством внутренних и внешних линий, типами этих линий (аналоговые, ISDN, IP-телефония и т.д.), типами подключаемых телефонов, набором функций, возможностями настройки различных параметров и расширения базовых возможностей, а также возможностями управления от внешнего компьютера.
К мини-АТС можно подключать как обычные «аналоговые» телефоны, рассчитанные на городские АТС, так и специализированные «цифровые» аппараты с дополнительными кнопками, жидкокристаллическими дисплеями и спикерфоном.
Аналоговые телефонные аппараты подключаются к аналоговым внутренним линиям мини-АТС. Это те же самые телефоны, которые можно подключать к городским АТС.
Современные мини-АТС используют обычно тоновый набор, поэтому телефон должен быть с кнопочным номеронабирателем. Для доступа к специальным функциям мини-АТС используются кнопки #, * и FLASH.
Аналоговый телефон может иметь дисплей, который используется для отображения времени разговора, набираемого номера и других данных. На дисплее может отображаться и номер вызывающего абонента, если мини-АТС поддерживает так называемую функцию CallerID.
Спикерфон – это устройство, позволяющее говорить по телефону, не снимая трубки. Голос собеседника при этом слышен через встроенный динамик, и где-то внутри аппарата имеется высокочувствительный микрофон.
К мини-АТС через аналоговые внутренние линии можно подключать также факс-машины, автоответчики и модемы.
Цифровые телефонные аппараты подключаются к цифровым линиям мини-АТС (обычно типа ISDN-BRI), а потому обеспечивают наилучшее качество звука. Для цифрового телефона характерно наличие дополнительных «функциональных» кнопок, которые позволяют управлять звонками (перевод звонков, конференции и т.д.) – в дополнение к обычным кнопкам номеронабирателя. На цифровом телефоне могут быть специальные «лампочки» и дисплей, использующиеся для индикации режимов работы, занятости линий мини-АТС, Caller ID, времени разговора и т.д.
Системные телефоны – это наиболее дорогие модели цифровых телефонов, предназначенные для управления мини-АТС секретарем или администратором. Эти телефоны имеют большое число дополнительных кнопок, совмещенных с «лампочками», позволяющими контролировать состояние линий, многострочные дисплей и т.д.
Лекция 1. Термины и определения.
Системное программирование (или программирование систем) — подраздел программирования, заключающийся в работе над системным программным обеспечением.
Определение «системное» подчеркивает тот факт, что результаты этого вида программирования существенно меняют свойства и возможности вычислительной системы. В то же время бесспорным остаётся тот факт, что в определенной степени этот результат имеет место при применении любых программ, выполняемых в вычислительной системе.
Вычислительная система имеет иерархическую структуру, которую можно представить в виде набора вложенных слоев, на внешнем из которых находятся прикладные программы, а на самом внутреннем - аппаратура компьютера. Условная степень системности нарастает при программировании, затрагивающем все более внутренние уровни системы.
Одной из основных отличительных черт системного программирования по сравнению с прикладным заключается в том, что результатом последнего является выпуск программ для взаимодействия с пользователем (например, текстовый процессор). В то время как результатом системного программирования является выпуск программ для взаимодействия с аппаратным обеспечением (например, дефрагментация жёсткого диска), что подразумевает сильную зависимость таких программ от аппаратной части.
Подводя итог, можно утверждать, что СИСТЕМНЫМ следует называть подраздел программирования как вида инженерной деятельности, в котором программист использует специфические и часто уникальные свойства и возможности ВНУТРЕННИХ УРОВНЕЙ вычислительной системы. Системное программирование отличается от прикладного, что обычно приводит к специализации программиста в одном из них. Часто, для системного программирования доступен ограниченный набор средств.
Системное программное обеспечение - это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами вычислительной системы, такими как процессор, оперативная память, каналы ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс» с одной стороны которого аппаратура, а с другой приложения пользователя. В отличие от прикладного программного обеспечения, системное не решает конкретные прикладные задачи, а лишь обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы и т.д.
Рисунок 1. Схема, иллюстрирующая место системного ПО в многоуровневой структуре компьютера.
Под программным обеспечением (программой для ЭВМ) понимается объективная форма представления совокупности данных и команд, предназначенных для функционирования средства связи и иных компьютерных устройств с целью получения определенного результата. Программа реализует определенный алгоритм, использует информационную технологию обработки данных. В ходе выполнения программы используются различные форматы и способы обмена управляющими командами и сигналами. Программирование – раздел прикладной математики, разрабатывающий методы использования вычислительных машин для реализации алгоритмов. Сигнал – это физический процесс, распространяющийся в канале связи и несущий сообщение о некотором событии, состоянии объекта наблюдения или контроля, код команды управления.
Язык программирования – формальная знаковая система, предназначенная для записи программ для ЭВМ, также используемая для связи человека с цифровым вычислительным устройством. Язык программирования предназначен для описания данных (информации) и алгоритмов (программ) их обработки на вычислительном устройстве.
В современных средствах связи микропроцессорные системы находят самое широкое применение, что обусловлено повсеместным применением цифровых средств связи с программным управлением. Для функционирования таких средств связи применение микропроцессорной техники является единственно возможным способом реализовать необходимые функции.
Микропроцессор включает набор различных аппаратных компонентов, которые функционально объединены в виде центрального вычислительного (процессорного) устройства ЦПУ (central processing unit, CPU). Согласно ГОСТ 15971-90, ЦПУ, которое также называется центральным процессором, выполняет в данной вычислительной машине или системе обработки информации основные функции по обработке данных и управлению работой других частей вычислительной машины и системы.
К обработке данных относится последовательность операций объединения, проверки, арифметические операции, в большинстве случаев определенные/ограниченные во времени. Операция – однозначно определенное действие, составляющее выполнение команды или реакцию на определенные условия. В программировании операция – действие, производимое над данными, переменными, константами, функциями. В вычислительных машинах различают операции обработки данных или вычислительные операции, операции управления и операции над командами программы (операции переадресации).
Центральное процессорное устройство выполняет машинные команды, считываемые из физической памяти. Машинная команда – оператор языка программирования, опознаваемый и выполняемый аппаратными средствами микропроцессора. Машинная команда описывает элементарную операцию, которую должен выполнить микропроцессор. Физическая память – аппаратная часть микропроцессорной системы, в которую могут записываться и храниться данные и команды, и при необходимости – считываться. Физическая оперативная память – память, в которой размещаются данные, обрабатываемые командами, собственно команды в ходе непосредственного выполнения (интерпретации) программ.
При создании микропроцессорной системы, ЦПУ конструктивно дополняется компонентами управления физической памятью, устройствами ввода-вывода данных.
Ввод – передача данных от внешнего по отношению к физической оперативной памяти источника информации в физическую оперативную память. Вывод – процесс передачи данных от физической оперативной памяти к внешним запоминающим устройствам или к внешней, по отношению к микропроцессору, аппаратуре.