VoIp (Voice over ip) – технология передачи речевой информации по ip-сети

Рисунок 4 – Функциональные плоскости эталонной архитектуры Softswitch

2 Основные протоколы сети ngn

Softswitch координирует действия, обеспечивающие соединение с логическими объектами в разных сетях и преобразует информацию в сообщениях таким образом, чтобы они были поняты на обеих сторонах разнородных сетей.

Основные типы сигнализации, используемые Softswitch:

• сигнализация для управления соединениями (протоколы SIP, ОКС№7, H.323);

• сигнализация для взаимодействия Softswitch между собой (протоколы SIP, BICC);

• сигнализация для управления шлюзами (протоколы MGCP, MEGACO или H.248).

Основным транспортным протоколом является протокол RTР, предназначенный для организации передачи пакетов с кодированными речевыми сигналами по пакетной сети. Передача пакетов RTР ведется поверх протокола UDP, работающего, в свою очередь, поверх IP (рисунок 5).

Ip (Internet Protocol) – протокол межсетевой связи (протокол сети Интернет)

RTP (Real-Time Transport Protocol) – протокол транспортировки информации в реальном времени

UDP (User Datagram Protocol) – протокол дейтаграмм пользователя

Рисунок 5 – Уровни протоколов RTP/UDP/IP

В таблице 1 приведено функциональное назначение основных протоколов управления вызовами (протоколов сигнализации), которые используют Softswitch.

Таблица 1 – Функциональное назначение протоколов управления вызовами сети NGN

Протокол	Функция в сети NGN	Комментарий
SIP	Управление и установление сеанса связи	Применяется для установления как голосовых, так и мультимедийных вызовов по IP-сетям. Наиболее простой по сравнению с протоколом H.248. Терминальные устройства содержат программное обеспечение SIP-агента.
SIP-T	Передача сигнализации ТфОП/ISUP через SIP-сеть	Специальная разновидность протокола SIP, обеспечивающая передачу сообщений ISUP по сети SIP. Фактически SIP-сеть выполняет функции транзитного пункта сигнализации.
H.323	Управление и установление сеанса связи	Самый распространенный протокол в сетях передачи голоса по IP-сети. Трудно масштабируем и менее перспективен по сравнению с протоколом SIP
Megaco/H.248	Управление шлюзами доступа в пакетную сеть	Наиболее перспективный и разрабатываемый стандарт. Потенциально должен обеспечить наибольшую совместимость различного оборудования
BICC	Управление вызовом в сетях с разделенными уровнями управления и переноса информации	Протокол установления соединения, не зависящий от типа используемой сети переноса (IP, АТМ). Реализует полный набор услуг ТфОП/ISDN. Основная цель протокола -обеспечить полную реализацию всех принятых голосовых услуг классической телефонии при использовании пакетных сетей. Принят для сетей мобильной связи.
SIGTRAN	Передача сообщений протоколов сигнализации по IP-сети	Набор стандартов для обеспечения надежной передачи сигнальных сообщений ОКС№7 по IP-сети

Протокол SIP. SIP-протокол прикладного уровня. с помощью которого осуществляются такие операции как установление соединения, модификация и завершение мультимедийных сессий или вызовов по IP-сети (рисунок 6).

ATM (Asynchronous Transfer Mode) – асинхронный режим переноса информации

DNS (Domain Name Service) – доменная служба имен

MGC (Media Gateway Controller) – контроллер медиашлюза

RTP (Real-Time Transport Protocol) – протокол транспортировки информации в реальном времени

SDP (Session Description Protocol) – протокол описания параметров связи

SIP (Session Initiation Protocol) – протокол инициирования сеансов связи

Рисунок 6 – Модель протоколов

Сессии SIP могут включать мультимедийные конференции, дистанционное обучение, Интернет-телефонию и другие подобные приложения. SIP предназначен для установления сеансов связи между хостами Интернет и использует механизмы, принятые в Интернет.

В архитектуре сети SIP существуют два функциональных элемента: клиент и сервер (рисунок 7).

Рисунок 7 – Архитектура «клиент – сервер»

Клиент передает запросы, в которых указывает, какого рода услугу он желает получить от сервера. Сервер принимает запросы, обрабатывает их и передает обратно ответ с указанием на успешное выполнение запроса или ошибки, или обеспечивает предоставление услуги, затребованной клиентом. Таким способом SIP обеспечивает управление соединением и сигнализацию для организации мультимедийных сеансов связи, а также обеспечивает предоставление конвергентных услуг по IP-сетям. При организации и завершении мультимедийной связи SIP поддерживает:

• определение местоположения пользователя;

• определение готовности пользователя встречной стороны к участию в сеансе связи;

• определение функциональных возможностей пользователей, т.е. вид и параметры информации, которой они могут обмениваться;

• установление сеанса связи (Session setup), т.е. назначение параметров сеанса связи для обеих сторон;

• управление сеансом связи (Session management), т.е. поддержание и завершение сеанса связи, модификация параметров сеанса, активизация услуг.

Особенностью сети SIP является использование терминальных устройств с программным обеспечением SIP-агента, вследствие чего интеллектуальность смещается от опорной сети к абонентским устройствам. Модель с интеллектуальными клиентами наиболее подходит для передачи информации в бизнесе и для индивидуальных пользователей/малых компаний. Эта модель означает, что на предприятии клиент будет иметь необходимый интеллект для поддержки расширенных услуг. Поддержка может осуществляться на уровне телефона с установленным на нем SIP или шлюза расширенных услуг.

На рисунке 8 показан пример построения SIP-сети.

Рисунок 8 – Пример построения SIP-сети

В спецификациях протокола SIP определены четыре основных функциональных элемента. В зависимости от конкретных требований они могут использоваться в виде автономных компонентов или совмещаться на объединенной платформе:

агент пользователя UA (User Agent или SIP client) является приложением терминального оборудования SIP и включает в себя две составляющие: клиент (User Agent Client – UAC) и сервер (User Agent Server – UAS). Клиент UAC инициирует SIP-запросы, т.е. выступает в качестве вызывающей стороны. Сервер UAS принимает запросы и отвечает на них, т.е. выступает в качестве вызываемой стороны. Запросы могут передаваться не прямо адресату, а на некоторый промежуточный узел (прокси-сервер и сервер переадресации);

прокси-серверы (Proxy Servers) обеспечивают обработку запросов и отправляет их дальше на следующий сервер, который может быть как другим прокси-сервером, так и последним UAS. Таким образом, прокси-сервер принимает запросы и клиента, и сервера. Приняв запрос от UAC, прокси-сервер действует от имени этого UAC;

серверы перенаправления (Redirect Servers) предназначены для передачи по запросу текущего IP-адреса терминала вызываемого пользователя. Сервер перенаправления (или переадресации) передает клиенту в ответе на запрос адрес следующего сервера или клиента, с которым вызывающий клиент связывается затем непосредственно. Для реализации своих функций сервер перенаправления должен взаимодействовать с сервером местоположения;

серверы местоположения пользователей (Registrars или Location Servers) обеспечивают агентам возможность регистрации своего местоположения. Сервер местоположения – база адресов, доступ к которой имеют SIP-серверы, пользующиеся ее услугами для получения информации о возможном местонахождении вызываемого пользователя. Приняв запрос, SIP-сервер обращается к сервер местоположения, чтобы узнать адрес, по которому можно найти пользователя. В ответ выдается либо список возможных адресов, либо сообщение о невозможности их найти.

Для организации взаимодействия с существующими приложениями IP-сетей и обеспечения мобильности пользователей протокол SIP использует принцип адресации, подобный электронной почте. В качестве адресов используются специальные универсальные указатели ресурсов URL (Universal Resource Locators), называемые SIP URL.

Работая на разных сетевых уровнях NGN, протокол SIP обеспечивает взаимодействие

• между несколькими Softswitch,

• между Softswitch и оконечными устройствами (IP-телефонами, soft-телефонами, IAD и т.п.).

В Softswitch также выполняется преобразование протокола SIP в протоколы Н.323, MGCP или H.248/MEGACO, SIGTRAN, BICC.

SIP для телефонии SIP-Т (SIP for Telephony) представляет собой механизм, который позволяет использовать SIP для установления соединений ISUP между ТфОП на базе ОКС№7 и сетями IP-телефонии на базе SIP. SIP-Т переносит полезную нагрузку сообщения ISUP в теле сообщения SIP. Заголовок SIP переносит преобразованную информацию маршрутизации ISUP. Кроме того, SIP-Т специфицирует использование метода SIP INFO для обеспечения сигнализации ISUP при прохождении вызова в сети IP.

Различают SIP-адреса следующих типов:

• имя@домен,

• имя@хост,

• имя@IP-адрес,

• №телефона@шлюз.

SIP-адрес состоит из двух частей:

первая часть адреса – это имя пользователя, зарегистрированного в домене сети или на рабочей станции. Если вторая часть идентифицирует какой-либо шлюз, то в первой части указывается телефонный номер абонента;

вторая часть адреса – имя домена сети, хоста или шлюза. Для определения IP-адреса устройства необходимо обратиться к службе доменовых имен DNS (Domain Name Service). Если во второй части SIP-адреса размещается IP-адрес, то с рабочей станцией можно связаться непосредственно.

В начале адреса ставится ключевое слово (например, «sip», «tel»), указывающее, что это именно SIP URL.

Примеры SIP-адресов:

sip: alex@nits, ru

sip: boris@218. 10. 12. 123

sip: +78129998877@sip-gateway.ru

В соответствии с архитектурой «клиент-сервер» все сообщения SIP делятся на запросы клиента серверу и ответы сервера клиенту.

Запросы (команды) предназначены для выполнения задач при предоставлении базовых и дополнительных услуг в сетях фиксированной (стационарной) и подвижной (мобильной) связи.

Ответы несут разную функциональную нагрузку и их тип зависит от принятого запроса.

Таблица 2 – Типы заголовков протокола SIP

Типы заголовков	Характеристика
	Название	Назначение
Общие (присутствуют в запросах и ответах)	Call-ID	Идентификатор соединения
	Contact	Контакт
	CSeq	Порядковый номер запроса/ответа
	Date	Дата
	Encryption	Кодирование
	From	Источник запроса
	To	Адресат
	Via	Через
	Record-Route	Запись маршрута
Заголовки содержания (информация о размере тела сообщения или об источнике запроса)	Content-Encoding	Кодирование тела сообщения
	Content-Length	Размер тела сообщения
	Content-Type	Тип содержимого

Продолжение таблицы 2

Типы заголовков	Характеристика
	Название	Назначение
Заголовки дополнительной информации о запросе	Accept	Принимается
	Accept- Encoding	Кодирование принимается
	Accept-Language	Язык поддерживается
	Authorization	Авторизация
	Hide	Скрыть
	Max-Forwards	Максимальное количество переадресаций
	Organization	Организация
	Priority	Приоритет
	Proxy- Authorization	Авторизация прокси-сервера
	Proxy-Require	Требование прокси-сервера
	Route	Маршрут
	Response-Key	Ключ кодирования ответа
	Suject	Тема
	User-Agent	Агент пользователя
Заголовки дополнительной информации об ответах	Allow	Разрешение
	Proxy-Authenticate	Подтверждение подлинности прокси-сервера
	Retry-After	Повторить через некоторое время
	Server	Сервер
	Unsupported	Не поддерживается
	Warning	Предупреждение
	WWW-Authencate	Аутентификация WWW-сервера

Запросы (команды) SIP в спецификациях называются SIP-методы. Они предназначены для выполнения задач предоставления базовых и дополнительных услуг в сетях фиксированной и подвижной связи. С помощью команд клиент сообщает о своем текущем местоположении, приглашает пользователей принять участие в сеансах связи, модифицирует уже установленные сеансы, завершает их и т.д. Сервер определяет тип принятого запроса по названию, указанному в стартовой строке сообщения.

Виды запросов (команд) и их назначение показаны в таблице 3.

Таблица 3 – Типы запросов (команд) протокола SIP

Запрос (команда)	Назначение
INVITE	Запрос на установление сеанса связи
ACK	Подтверждение приема ответа на команду INVITE
BYE	Разрушение соединения
REGISTER	Сообщение пользователя о своем текущем местоположении
OPTIONS	Запрос вызывающего пользователя о возможностях терминального оборудования вызываемого пользователя

Продолжение таблицы 3

Запрос (команда)	Назначение
INFO	Перенос между шлюзами сигналов сообщений в течение сеанса связи; перенос сигналов кода DTMF, созданных в ходе сеанса связи; перенос информации об остатке на счете (биллинговой информации); перенос между участниками сеанса связи изображений и другой не потоковой информации
SUBSCRIBE	Запрос на предоставление информации о состоянии определенного ресурса или процесса обслуживания вызова в сети
MESSAGE	Реализация служб интерактивного обмена текстовыми сообщениями с использованием модели, аналогичной отправке SMS
REFER	Команда получателю от отправителя связаться с третьей стороной, используя контактную информацию, которая содержится в этом сообщении (например, при переадресации вызова)

Таблица 4 – Примеры видов ответов протокола SIP

Тип ответа	Характеристики
	Код	Название	Комментарий
Предварительные (информационные)	100	Trying	Обнуление таймеров в оборудовании пользователя. Если до срабатывания таймера ответ на запрос не получен, запрос считается потерянным
	180	Ringing	Аналогичен сигналу КПВ в ТфОП
	181	Call Forwarding	Перенаправление вызова к другому пользователю
	182	Queued for Service	Постановка вызова в очередь для ожидания
Окончательные	200	OK	Базовый ответ, значение которого зависит от полученного запроса
	300	Multiple Choices	В ответе указывается несколько SIP-адресов, по которым можно найти вызываемого пользователя
	302	Multiple Tempovarily	Пользователь временно находится по адресу, указанному в поле ответа
	400	Bad Request	Запрос не понят из-за синтаксических ошибок в нем
	486	Busy Here	Вызываемый пользователь занят и не желает (не может) принять входящий вызов
	500	Server Internal Error	Сервер не может обслужить запрос из-за внутренней ошибки
	501	Not Implemented	В сервере не реализованы функции, необходимые для обслуживания запроса
	502	Bad Gateway	Сервер, функционирующий в качестве шлюза или прокси-серверы, принимает некорректный ответ от сервера, к которому он направил запрос

Таблица 4 – Примеры видов ответов протокола SIP

Тип ответа	Характеристики
	Код	Название	Комментарий
Окончательные	503	Service Unavailable	Сервер не может обслужить вызов из-за перегрузки или проведения технического обслуживания
	600	Busy Everywhere	Вызываемый пользователь занят и не желает принимать вызов в данный момент. Ответ может содержать указание на время, подходящее для вызова. Если с пользователем можно связаться по другому адресу, то используется ответ 486
	603	Decline	Вызываемый пользователь не желает принимать входящие вызовы, не указывая причину отказа
	604	Does Not Exist Anywhere	Вызываемого пользователя не существует

После приема и интерпретации запроса, адресат (прокси-сервер) передает ответ на полученный запрос. Протокол SIP определяет два типа ответов на запрос, инициирующий соединение: предварительные и окончательные. Запросы и ответы на них образуют SIP-транзакцию. Она происходит между клиентом и сервером и включает в себя все сообщения, начиная с первого запроса и заканчивая окончательным ответом.

Предварительные (информационные) ответы показывают, что запрос находится в стадии обработки, передаются без подтверждения и кодируются трехзначным числом, начинающимся с единицы 1хх.

Окончательные ответы несут результат обработки запроса, передаются с подтверждением и кодируются трехзначными числами, начинающимися с цифр 2, 3, 4, 5 и 6. Все они означают окончание обработки запроса, а каждый в отдельности – результат обработки запроса. Ответы 2хх означают, что запрос был успешно обработан. Ответы 3хх информируют оборудование вызывающего пользователя о новом местоположении вызываемого пользователя или переносят другую информацию, которая может быть использована для организации связи с ним. Ответы 4хх информируют об обнаружении ошибки в запросе, а ответы 5хх – о невозможности обработки запроса из-за ошибки сервера. Ответы 6хх сообщают о невозможности установления соединения с вызываемым пользователем (таблица 4).

Протокол SIP обеспечивает реализацию трех типов сценариев установления соединения:

• с участием сервера перенаправления,

• с участием прокси-сервера,

• непосредственно между пользователями.

На рисунке 9 показан сценарий установления соединения с участием сервера перенаправления.

Администратор сети сообщает пользователям адрес сервера перенаправления.

1. INVITE – вызывающий пользователь передает запрос на известный ему адрес сервера перенаправления и указывает в запросе адрес вызываемого пользователя в поле заголовка CSeq. В заголовке сообщения также указывается идентификатор соединения в поле Call-ID.

2. Запрос текущего адреса вызываемого пользователя – сервер перенаправления запрашивает текущий адрес у сервера определения местоположения.

3. Ответ с текущим адресом – сервер местоположения сообщает серверу перенаправления текущий адрес вызываемого пользователя.

4. 302 Multiple Tempovarily – сервер перенаправления сообщает вызывающей стороне текущий адрес вызываемого пользователя.

5. АСК – вызывающая сторона подтверждает прием ответа 302.

6. INVITE – вызывающая сторона непосредственно связывается с вызываемой стороной. Для этого передается новый запрос на установление сеанса связи с тем же идентификатором Call-ID, но с другим номером CSeq. В теле сообщения указываются возможности вызывающей стороны

7. 100 Trying – вызываемая сторона начинает обработку запроса и сообщает об этом вызывающей стороне ответом 100 для рестарта таймеров.

8. 180 Ringing –после обработки поступившего запроса оборудование вызываемого пользователя сообщает ему о поступившем вызове, а вызывающей стороне выдается ответ 180 для передачи пользователю сигнала «Ожидайте ответа».

9. 200 ОК – после приема вызываемым пользователем входящего вызова передается ответ, в котором содержится описание возможностей вызываемого терминала.

10. АСК – подтверждение приема ответа.

На этом фаза установления соединения закончена и начинается разговорная фаза.

11. BYE – запрос на разрушение соединения.

12. 200 ОК – подтверждение приема запроса на разрушение соединения.

Рисунок 9 – Сценарий установления соединения через сервер перенаправления

На рисунке 10 показан сценарий установления соединения с участием прокси-сервера.

Администратор сети сообщает пользователям адрес прокси-сервера.

1. INVITE – вызывающий пользователь передает запрос на адрес прокси-сервера и указывает в запросе известный ему адрес вызываемого пользователя в поле заголовка CSeq. В заголовке сообщения также указывается идентификатор соединения в поле Call-ID.

2. Запрос текущего адреса вызываемого пользователя – прокси-сервер запрашивает текущий адрес у сервера определения местоположения.

3. Ответ с текущим адресом – сервер местоположения сообщает серверу перенаправления текущий адрес вызываемого пользователя.

4. INVITE – прокси-сервер передает запрос непосредственно вызываемому пользователю. В теле сообщения указываются возможности вызывающей стороны

5. 180 Ringing –после обработки поступившего запроса оборудование вызываемого пользователя сообщает ему о поступившем вызове, а вызывающей стороне выдается ответ 180 для передачи пользователю сигнала «Ожидайте ответа».

6. 200 ОК – после приема вызываемым пользователем входящего вызова передается ответ, в котором содержится описание возможностей вызываемого терминала.

7. АСК – подтверждение приема ответа.

На этом фаза установления соединения закончена и начинается разговорная фаза.

8. BYE – запрос на разрушение соединения

9. 200 ОК – подтверждение приема запроса на разрушение соединения.

Рисунок 10 – Сценарий установления соединения через прокси-сервер