Единая нумерация на цифровой сети ОбТс (еснц)

№ п/п	Виды соединений и показатели	Набираемые номера и значения показателей
1.	Соединения внутри одной зоны дорожной сети Между абонентами Возможное число номеров в зоне	аХХХХ а^0;1;9;8 60 000
2.	Со справочными службами, с операторами связи, предоставление дополнительных услуг	1ХХХХ
3.	С сетью общего пользования	Индекс «9»
4.	С междугородной сетью общего пользования	Индекс «9—8»
5.	Резерв (для связи с сетями других операторов и с перспективными службами)	8ХХ
1.	Соединения между зонами Между абонентами	0-АВ-1ХХХХ А^9,0
2.	Со справочными службами, с операторами связи другой зоны	0-АВ-1ХХХХ А^9,0

3.3 Построение аналоговой сети автоматической междугородной ОбТс. Система нумерации на такой сети.

В узловых пунктах аналоговой сети междуго­родной телефонной связи установлены узлы автоматической ком­мутации УАК или узловые станции УС, выполняющие функции АМТС сети ОбТС. Кроме того, УС также является коммутационной станцией местной сети.

Междугородная аналоговая сеть связи железнодорожного транс­порта делилась на магистральную автоматически коммутируемую телефонную сеть (МАКТС) и дорожные автоматически коммутиру­емые сети (ДАКТС). Число ДАКТС соответствует числу железных дорог. На магистральной сети были организованы главный (ГУ) и дорожные (ДУ) узлы связи, в которых размещались узлы автомати­ческой коммутации классов УАК1 и УАК11. Главный узел находился на ЦСС. Дорожная сеть включает в себя дорожные, отделенческие (ОУ) и вспомогательные отделенческие (ВОУ) узлы, оборудованные УАК. В ДУ узлы автоматической коммутации выполняют соедине­ния одновременно на МАКТС и ДАКТС.

Сеть автоматической междугородной ОбТС построена с применением комбинированной структуры, позволяющей органи­зовать обходные соединения на МАКТС и ДАКТС. В узлах связи в аппаратуру УАК включают АТС местных сетей и междугородные ком­мутаторы МК. При этом в каждом узле размещается АТС, обслужи­вающая работников ОАО «РЖД», управления дороги (УД), отделе­ния дороги (НОД) или станции, где размещается ВОУ. Оконечные станции ОС соединяются с соответствующим УАК по физическим линиям, а при достаточно большом удалении — по каналам ТЧ.

На междугородной сети автоматической связи соединение может проходить через несколько УАК, причем число транзитных узлов не должно превышать четырех. Во всех транзитных узлах должны вы­полняться четырехпроводные соединения. Через ГУ устанавли­ваются соединения между абонентами разных железных дорог. Соединения между смежными ДУ могут устанавливаться по прямым каналам, минуя ГУ. На дорожной сети соединения между абонентами разных отделений устанавливаются через ДУ, а также по прямым каналам между смежными ОУ. На сети междугородной связи в некоторых случаях объединяют дорожный и отделенческий узлы (например, ДУ2 и ОУ1). Объединенный узел обслуживается одним комплектом аппаратуры УАК. В аналоговых сетях ДАКТС применяют аппаратуру УАК и УС координатного, квазиэлектронного типов, позволяющую осуществлять четырехпроводные транзитные соединения и реализовывать смешанную систему нумерации.

Аналоговая междугородная сеть характеризуется относительно малой емкостью пучков каналов телефонной связи. На многих зве­ньях сети, связывающих ОС с УАК (УС) число каналов не превыша ет двух-трех. Это приводит к низкому качеству обслуживания вызо­вов, особенно на низовом уровне. При проектировании количество каналов рассчитывалось исходя из вероятности потери вызовов на одном звене равной 0,2. В реальных сетях потери вызовов иногда достигали 80—90 %.

В настоящее время сеть МАКТС полностью цифровая, а анало­говые сети сохранились внутри железных дорог.

Система нумерации на аналоговой сети. На аналоговой сети ав­томатической междугородной телефонной связи применяют сме­шанную систему нумерации. Каждая дорожная сеть образует от­дельную зону с закрытой нумерацией, независимую от других до­рожных сетей. Зонам соответствуют магистральные трехзначные коды АДЕ, присваиваемые дорожным узлам автоматической ком­мутации УАКII. Магистральные коды присваиваются также главному узлу ГУ, дорожным узлам ДУ и АТС при управлениях дорог. Магистральные коды начинаются с цифры 9, а индексы Д и Е могут быть любыми цифрами. Внутри каждой зоны телефонным станциям местных сетей и междугородным коммутаторам при­сваивают дорожные трехзначные коды ВДЕ, где В — любая цифра, кроме 9. Для выхода на сеть автоматической междугородной связи используют индекс 0, при наборе которого устанавливается соединение местной станции с УАК или с УС.

Магистральные коды включают в себя сто номеров. В России 17 железных дорог и один ГУ при ОАО «РЖД». Следователь­но, из 100 могут использоваться не более 35 номеров. Внутри дорож­ной сети число номеров может достигать 900, что значительно превышает число станций одной зоны. Таким образом, принятая система нумерации предусматривает долговременное развитие сети автоматической междугородной связи.

При соединениях между абонентами одной дорожной зоны вы­зывающий абонент набирает номер 0-ВДЕ, а затем местный номер абонента. Соединения между абонентами разных дорожных зон, а также от абонентов МАКТС к абонентам ДАКТС устанавливаются после набора номера 0-АДЕ-ВДЕ, а затем местного номера абонен­та. Соединения между абонентами МАКТС, включая абонентов уп­равлений дорог, устанавливаются набором номера 0-АДЕ и далее местного номера абонента.

В Д E

1	X	X
2	X	X
3	X	X
4	X	X
5	X	X
6	X	X
7	X	X
8	X	X
0	X	X
А	Д	Е
9	X	X

х — любая цифра

Дорожный

900 номеров

Магистральный

100 номеров

2.9 Для передачи речи в технологии TCP/IP на прикладном уровне применяется протокол RTP, позволяющий передавать речевую ин­формацию через IP-сети в реальном масштабе времени. Этот же про­токол позволяет передавать видеоинформацию. В каждом пакете протокола RTP вместе с элементом речи передается временная мет­ка, указывающая на положение этого элемента на временной шка­ле, а также порядковый номер пакета. Этих данных достаточно для того, чтобы в пункте приема протокол RTP восстановил принятые пакеты в исходной последовательности и расставил их в требуемые временные позиции. Таким образом, обеспечивается синхронизация между узлами сети отправления и получения пакетов. Протокол RTP работает совместно с протоколом RTCP (Real Time Control Protocol — протокол управления в реальном масштабе времени).

Пакет RTP состоит из 12 байтов (рис. 4.17), включающих в себя следующие поля

Рис. 4.17. Формат пакета RTP

V— версия протокола RTP (2 бита). В настоящее время исполь­зуется вторая версия.

Р — флаг заполнения (1 бит), указывающий на то, что за полез­ным полем следует поле заполнения (Р= 1). Применяется в тех слу­чаях, когда необходимо, чтобы длина пакета была бы кратна, напри­мер, 32 байтам.

X— бит расширения (1 бит). Если X = 1, то за основным заголовком следует дополнительный заголовок определенного формата.

СС— число CSRC (CSRC count) (4 бита). CSRC (Contributing Source Identifier) — это идентификатор, определяющий один из ис­точников речевой информации. Всего может быть до 15 источников, При СС = 0 имеется только один источник. Если СС >1, то имеется источников более одного и каждому присваивается отдельный иден­тификатор CSRC длиной 32 бита. Поля идентификаторов CSRC сле­дуют за заголовком RTP. Эти идентификаторы используются при организации конференц-связи. В этом случае в поля CSRC вставля­ются значения идентификаторов соответствующих источников син­хронизации SSRC. В одной конференции может быть больше 15 уча­стников, однако в речевом пакете будут переноситься идентифика­торы CSRC только для 15 первых участников.

М— маркер (1 бит), отмечает некоторые события. Чаще всего от­мечается некоторая граница в потоке пакетов. Например, при пере­даче речи отмечается начало активности в передаче речевой инфор­мации. Когда передается видеоинформация, маркер указывает на окончание видеокадра.

Pr(Payload type) — тип полезного поля (7 битов). Задает формат полезного поля, следующего за заголовком, и определяет тип пере­даваемого трафика: речевой или видео. Здесь также передаются па­раметры сжатия речи или видео. Обычно в процессе одного сеанса связи отправитель пакетов задает только один тип трафика. При из­менении условий передачи в сети отдельные параметры, например коэффициент сжатия, могут меняться.

Порядковый номер (16 битов) служит для контроля над следовани­ем передаваемых пакетов. Содержимое этого поля увеличивается на единицу при передаче очередного пакета. Номер первого передава­емого пакета устанавливается произвольно. В узле получателя по номерам пакетов обнаруживаются потерянные пакеты.

Временная метка (32 бита) представляет собой число, указываю­щее на относительный момент времени, в который был создан пер­вый байт данных полезной нагрузки (например, первый байт рече­вого блока на выходе кодера). Это число формируется в соответствии с состоянием таймера узла отправителя.

SSRC (Synchronization Source Identifier) — идентификатор источ­ника синхронизации, который соответствует только одному источ­нику речи или видео. Значение идентификатора является случайным числом и оно генерируется самим источником полезного трафика. Это позволяет свести до минимума вероятность того, что два или более источника, участвующие в одной сессии RTP (например, при конференц-связи) имеют одинаковые идентификаторы. В протоко­ле RTP существует также дополнительный механизм для снижения указанной вероятности.

Основная задача протокола RTCP заключается в обеспечении об­ратной связи для контроля качества передачи при рассылке пользо­вательской информации. Пакеты RTCP переносят управляющую информацию, к которой, в частности, относятся отчеты отправите­ля (передаются от отправителя к получателю речевых/видеопакетов) и получателя (от получателя к отправителю).

В отчетах отправителя и получателя содержится одинаковый набор статистических данных: количество посланных пакетов и байтов полезного трафика, накопленное количество потерянных пакетов с начала сессии, значения джиггера и задержки, а также другие данные. По результатам анализа полученных данных, отправитель может изменить параметры передачи, например, уменьшить коэффициент сжатия речи при обнаружении ухудшения качества передачи. Анализ данных, проведенный получателем, может сделать вывод о месте возникновения проблемы: в местной, региональной или глобальной сети.

Пакеты RTCP имеют формат, похожий на пакет RTP. Хотя пакеты RTCP передаются только при наличии сессии RTP, протокол RTCP имеет собственный адрес порта. Чтобы не перегружать сеть управляющей информацией, пакеты RTCP передаются значительно реже, чем пакеты RTP.

Как было отмечено выше, протокол RTP, а также протокол RTCP, на транспортном уровне используют протокол UDP. В соответствии с рис. 4.4 речевые пакеты, посылаемые через сеть Ethernet, будут иметь четыре заголовка, что обычно записывается следующим об­разом: RTP/UDP/IP/Ethernet. Суммарная длина всех заголовков равна 66 байтов (RTP — 12 байтов, UDP — 8 байтов, IP — 24 байта, Ethernet — 22 байта). Интересно заметить, что суммарная длина за­головков сопоставима с длиной полезного поля пакета RTP. В при­мере, приведенном выше для кодека G.711 и длительности переда­ваемого элемента речи 10 мс, было показано, что в полезное поле вставляется речевой блок длиной 80 байтов. Это доказывает, что при передаче через IP-сеть трафика в реальном масштабе времени, доля полезной информации относительно невелика.

	биты	0	1	2	3	4-6	7	8	9-15	16-31
байты	1- 4	V=2		P	X	CC		M	PT	Поряд №
	5- 8	Временна'я метка
	9- 12	Идентификатор источника синхронизации(SSRC)

2.4 Протокол IP работает с заголовком, состоящим из 32-битовых слов и содержащим обычно 20 байтов . Ниже показаны поля заголовка.

Версия (4 бита) — указывает на номер версии протокола IP. В на­стоящее время в основном используется версия 4 (IPv4). В дальнейшем должен произойти переход на версию 6 (IPv6).

Длина заголовка (4 бита) — указывает значение длины заголовка, измеренное в 32-битовых словах (пять или более 32-битовых слов).

Тип сервиса (8 бит) — значение поля, которое определяет приори­тет пакетов и желаемый критерий выбора маршрута. Первые три бита этого поля образуют подполе приоритета пакета (PRECEDENCE). Наименьший приоритет соответствует значению 0 (нормальный па­кет), значения от 1 до 4 указывают на срочность доставки пакета: чем больше значение, тем больше срочность. Остальные значения предназначены для пакетов управляющей информации. Узлы состав­ной сети могут принимать во внимание приоритет пакета и обраба­тывать более важные пакеты в первую очередь. Оставшиеся биты поля «Типа сервиса» определяют критерий выбора маршрута. Мож­но установить один из критериев, за каждым из которых закреплен один бит: D (Delay) — выбор маршрута с минимальной задержкой, Т (Throughput) — выбор маршрута с максимальной пропускной спо­собностью, R (Reliability) — выбор маршрута с максимальной надеж­ностью, С (Cost) — выбор маршрута с минимальной стоимостью. Один бит этого поля не используется.

0		7		15			23	31
Версия	Длина заголовка	Тип сервиса		Общая длина
Идентификация				Флаги	Смещение сегмента
Время жизни		Протокол		Контрольная сумма заголовка
Адрес отправителя
Адрес получателя
Опции						Выравнивание

Общая длина (16 бит) — указывает на общую длину пакета в бай­тах с учетом заголовка. Максимальное значение этого поля 65 535, минимальное — 21.

Идентификация, Флаги и Смещение сегмента — поля, предназна­ченные для фрагментации пакетов с помощью протокола IP. Эти поля нужны при переходе в сеть, в которой допустимая максимальная дли­на пакета (MTU — Maximum Transfer Unit) меньше, чем в предыду­щей сети. В этом случае в пограничном узле каждый пакет делится на несколько отдельных пакетов (фрагментация).

Время жизни (8 бит) — указывает на предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни пакета измеряется в секундах и задается в пункте отправления средствами протокола IP. В узлах сети по истечении каждой секунды, число, записанное в этом поле, уменьшается на единицу. Когда число становится равным нулю, узел сети удаляет пакет и может послать терминальному оборудованию соответствующее ICMP-сообщение. Контроль над временем жизни предотвращает зацикливание паке­тов в сети.

Протокол (8 бит) — указывает на то, с применением какого протокола должен быть передан пакет. К таким протоколам в част­ности относятся: TCP, UDP, ICMP, OSPF, RSVP.

Контрольная сумма заголовка (16 бит) — служит для определения битовых ошибок в заголовке пакета. Эта сумма подсчитывается как дополнение к сумме всех 16-битовых слов заголовка. При подсчете поле «Контрольной суммы» заполняется нулями. В каждом узле кон­трольная сумма подсчитывается заново. При обнаружении битовых ошибок пакет удаляется из сети.

Адрес отправителя — IP-адрес узла отправителя (источника) пакета.

Адрес получателя — IP-адрес узла получателя (получателя) пакета.

Опции — необязательное поле переменной длины, которое чаще всего используется при отладке сети. Оно может быть использовано для установки точного маршрута прохождения пакета, регистрации маршрутизаторов через которые прошел пакет, записи временньгх меток и других функций.

Выравнивание — дополняет нулями биты, оставшиеся от поля «Оп­ции», для доведения последнего слова заголовка до 32 битов.

Рассмотрим принцип маршрутизации, выполняемой протоколом IP.

Процесс маршрутизации состоит в выборе следующего узла сети, которому следует передать пакет, на основании IP-адреса назначе­ния. С этой целью узел использует таблицу маршрутизации, в кото­рой каждая строка соответствует одному из маршрутов. В каждой строке записывается адрес сети назначения и адрес следующего узла, а также иная дополнительная информация.

В качестве примера рассмотрим посылку пакетов от компьютера А к компьютеру В, включенных в две сети Ethernet, связанных меж­ду собой маршрутизатором.

В обоих сетях Ethernet используется IP-адресация класса С. IP-адреса назначаются: сетям, компьютерам и портам маршрутизато­ра. Внутри каждой сети действует локальная адресация — МАС-адресация.

Для соединения с компьютером В пользователь компьютера А может использовать символьное имя: Host5.campus.pgups.ru или IP-адрес: 221.36.41.55. В первом случае компьютер А должен найти в своей памяти соответствие символьному имени IP-адреса. Если такого соответствия нет, то компьютер А должен обратиться за IP-адресом к DNS-серверу (на рисунке не показан). Предположим, что компьютеру А известен IP-адрес пункта назначения.

Компьютер А по адресу 221.36.41.55 определяет, что соединение должно быть вне сети 1, и пакеты надо направлять к маршрутизатору. Чтобы направлять пакеты к маршрутизатору, надо еще знать МАС-адрес порта 1 — MAC11. Компьютер А обращается к своей ARP-таблице и считывает из нее МАС11 (если в ARP-таблице таких данных нет, то компьютер А делает запрос к ARP-серверу).

Теперь компьютер А формирует кадр Ethernet, состоящий из Ethernet-заголовка и IP-пакета. В Ethernet-заголовок вставляется МАС-адрес МАС_11; а в заголовок IP-пакета — IP-адрес 221.36.41.55. Порт 1 маршрутизатора принимает кадр и по МАС11 определяет, что кадр предназначен для него. Протокол Ethernet извлекает из этого кадра IP-пакет и передает его протоколу IP, который извлекает из него IP-адрес 221.36.41.55. Происходит обращение к таблице марш­рутизации, в которой находится строка с адресом сети 2.

Адрес сети назначения	Адрес следующего узла (маршрутизатора)	Порт следующего узла (маршрутизатора)
221.36.41.0	221.36.41.1	2

По адресу 221.36.41.0 определяется, что пакеты, предназначенные для сети 2, надо передавать узлу 221.36.41.1 на порт 2, входящий также в маршрутизатор 1.

Маршрутизатор 1 определяет, что порт 2 включен в сеть Ethernet и, следовательно, нужно знать МАС-адрес узла в этой сети (в рассматриваемом примере — компьютера В). Для этого он обращается к своей таблице ARP и по адресу 221.36.41.55 находит МАС22-

Затем маршрутизатор 1 формирует кадр Ethernet, в Ethernet-заго­ловке которого записан МАС₂₂, а в заголовке IP-пакета — IP-адрес 221.36.41.55. Кадр принимается узлами сети 2 и компьютер В обнаруживает свой МАС-адрес и производит его дальнейшую обработку.

2.5 Протоколы TCP и UDP обеспечивают мультиплексирование (режим передачи) и демультиплексирование (режим приема) пакетов. При мультиплексировании блоки данных разных приложений объединяются в один поток и к каждому пакету добавляются адреса пор­тов приложений в узлах назначения и отправления. В процессе де­мультиплексирования выполняется обратная операция: в соответствии с адресом порта приложения данного узла принятые от уровня IP-пакеты разделяются по пользовательским приложениям.

С помощью протокола TCP устанавливается логическое соединение, предшествующее передаче пользовательского сообщения. По окончании передачи сообщения соединение нарушается. При ис­пользовании протокола UDP логическое соединение не устанавливается.

Протокол TCP формирует для каждого сегмента заголовок пере­менной длины, состоящий из 32-битовых слов (рис. 4.9). Ниже показаны поля заголовка.

Порты отправителя и получателя (по 16 бит) — указывают на но­мер портов процесса-отправителя и процесса-получателя. Номера портов присваиваются прикладным программам, связанным с про­токолами прикладного уровня модели TCP/IP. Многие номера про­токольных портов стандартизованы, для чего выделены номера от О до 1023. Например, приняты следующие номера портов в соответствии с используемыми протоколами: HTTP — 80, FTP — 21, TFTP — 69,

0	7	15	23	31
Порт отправителя			Порт получателя
Порядковый номер N(S)
Номер подтверждения N(R)
Длина заголовка	Резерв	Кодовые биты	Размер окна
Контрольная сумма			Указатель срочности
Опции				Выравнивание

Рис. 4.9. Заголовок ТСР-протокола

TELNET - 23, SNMP - 161, SMTP - 25 и так далее. В иных случаях номера портов могут назначаться динамически в диапазоне от 1024 до 65 535. Такие номера могут свободно задаваться портам прикладных программ пользователей.

Порядковый номер (32 бита) N(S) указывает на номер первого байта среди всех байтов, передаваемых в данном сегменте и относящихся к одному сообщению. Например, все сообщение состоит из 2000 байт, а в данном сегменте передаются байты с 503 по 812. В этом случае порядковый номер равен 503. На этапе установления логи­ческого соединения в поле «Порядковый номер» записывается начальный номер (ISN).

Номер подтверждения (32 бита) N(R) представляет собой макси­мальный номер байта в принятом от другой стороны сегменте плюс единица. Этот номер является подтверждением принятого сегмента и указывает на номер ожидаемого для приема байта.

Порядковый номер и номер подтверждения обеспечивают контроль за непрерывностью следования байтов сообщения. При пропадании одного или группы байтов запускается процедура повторной передачи байтов.

Длина заголовка (4 бита) определяет длину заголовка протокола TCP в 32-битовых словах.

Резерв (6 битов) заполняется нулями.

Кодовые биты (6 битов) содержат служебную информацию о типе данного сегмента, задаваемую установкой в единицу соответствую­щих бит этого поля. Используются следующие шесть управляющих битов:

• URG — запрос на передачу срочного сообщения;

• АСК — квитанция на принятый сегмент;

• PSH — запрос на отправку всех данных порту получателя без ожидания заполнения буфера;

• RST — запрос на восстановление соединения;

• SYN — запрос на установление соединения, которое также синхронизирует счетчики переданных данных в пунктах отправления иполучения пакетов;

• FIN — указатель окончания передачи сообщения.

Размер окна (16 бит) — устанавливает размер окна в байтах. Используется в методе квитирования, получившего название «скользящее окно». Этот метод позволяет отправителю посылать очередной сегмент, не дожидаясь подтверждения о получении в пункте на­значения предшествующего сегмента. Значение размера окна указывает на то, сколько байтов данных можно передать, не дожидаясь подтверждения. Размер окна определяется пунктом назначения и может меняться в процессе передачи одного сообщения.

Контрольная сумма (16 бит), представляет собой слово, дополня­ющее биты в сумме всех 16-битовых слов сегмента (само поле конт­рольной суммы перед вычислением обнуляется). Контрольная сумма, кроме заголовка сегмента и поля данных, учитывает 96 бит псевдозаголовка, который для внутреннего употребления ставится перед TCP-заголовком. Этот псевдозаголовок содержит IP-адрес отправителя (4 байта), IP-адрес получателя (4 байта), нулевой байт, 8-битное поле «Протокол», аналогичное полю в IP-заголовке, и 16 бит длины TCP сегмента, измеренной в байтах. Информация для псевдозаголовка передается через интерфейс «Протокол ТСР/межсетевой уровень» в качестве аргументов или результатов запросов от про­токола TCP к протоколу IP.

Указатель срочности (16 бит) используется совместно с битом URG (поле «Кодовые биты») для того, чтобы определить длину срочных данных, содержащихся в пользовательских данных ТСР-сегмента. При наличии такого указателя прикладной процесс в пункте по­лучателя должен в первую очередь обработать срочные данные.

Опции — поле имеет переменную длину и может отсутствовать или содержать одну опцию или список опций, реализующих дополни­тельные услуги протокола TCP.

Выравнивание — поле переменной длины, заполняемое нулями и служащее для формирования полных 32-битных слов.

Рассмотрим процесс установления логического соединения и разъединения с помощью протокола TCP.

В таком процессе пункты отправления и получения пакетов об­мениваются управляющими битами: SYN, ACK, FIN. На рис. 4.10 показан пример установления соединения от компьютера А к компьютеру В через IP-сеть.

Установление соединения начинается от компьютера А, который посылает сегмент с управляющим битом SYN и порядковым номером N(S), равным некоторому числу, например Y. Компьютер В, по­лучив этот сегмент, передает в обратном направлении сегмент с битами SYN и АСК, а также порядковый номер N(S) = X и номер подтверждения N(R) = Y+1. Передача сигналов SYN в обоих направлениях указывает на то, что и данные между компьютерами могут передаваться в двух направлениях. Теперь компьютер А посылает сегмент подтверждения с битом управления АСК с номером подтверждения N(R) = Х+1. Поскольку логическое соединение между компьютерами уже установлено, в этом сегменте могут передаваться пользовательские данные. В дальнейшем происходит обмен данными между компьютерами. По окончании передачи данных производится разъединение, состоящее в нарушении логического соединения. Разъединение может активизироваться с любой из сторон, например, от компьютера А. От него посылается сегмент с управляющим битом FIN и с порядковым номером N(S)=Y. В ответ компьютер В передает сегмент с битом АСК и с номером подтверждения N(R) = Y+1 и порядковым номером N(S) = Х. Этот сегмент под тверждает прекращение посылки пользовательских данных от компь­ютера А. Далее компьютер В посылает сегмент с битами FIN и АСК с порядковым номером N(S) = X и номером подтверждения N(R) = Y+1. Такой сегмент указывает на то, что и компьютер В прекращает переда­вать пользовательские данные. Рассмотренная процедура разъедине­ния говорит о том, что возможно нарушение соединения с одной сто­роны, а с другой стороны соединение еще продолжается. Такое состоя­ние используется редко, так как обычно при передаче бита FIN соот­ветствующее приложение пользователя закрывается.

В протоколе UDP блоки данных, передаваемые протоколу IP, называются дейтаграммами. Протокол UDP формирует для каждой дейтаграммы заголовок постоянной длины, состоящий из двух 32-битовых слов.

0 7 15	23 31
Порт отправителя	Порт получателя
Длина дейтаграммы	Контрольная сумма

Порты отправителя и получателя (по 16 бит) имеют такое же на­значение и параметры, что и в протоколе TCP. Если от получателя не требуется ответ, то номер порта отправителя не указывается, а это поле заполняется нулями.

Длина дейтаграммы (16 бит) указывает на общую длину дейта­граммы в байтах, включая заголовок.

Контрольная сумма (16 бит) рассчитывается для всей дейтаграм­мы и при ее расчете используется псевдозаголовок. Обычно это поле заполняется нулями и тогда оно игнорируется.

Из структуры заголовка видно, что протокол UDP значительно проще, чем протокол TCP. Обычно он просто пересылает пользова­тельские данные от уровня приложений к уровню межсетевого взаимодействия, вставляя номер порта получателя. Функциональная простота протокола UDP обуславливает его высокое быстродействие, что особенно важно для приложений, работающих в реальном масштабе времени. Именно поэтому данный протокол применяется при передаче речи и видео.

2.6 Под IP-телефонией понимают технологию по организации телефонной связи на сетях с пакетной коммутацией, применяющих про­токол IP. Такими сетями могут быть локальная и глобальная сети и их комбинации. В литературе можно также часто встретить термины VoIP (Voice Over IP — «Голос поверх протокола IP») и интернет-телефония. Эти понятия близки к IP-телефонии, однако считается, что термин IP-телефония является общим по сравнению с другими.

Сеть IP-телефонии строится на основе IP-сети, к которой полу­чают доступ терминалы с пакетной коммутацией (IP-телефоны, софт-фоны) и подключаются классические сети телефонной связи — TDM-сети. Терминалы с пакетной коммутацией либо включаются в IP-сеть непосредственно, либо — через локальные вычислительные сети.

На рис. показан пример построения сети IP-телефонии, в ко­тором IP-сеть построена на маршрутизаторах. Сеть IP-телефонии образована на трех станциях и в нее входят: 4 сети LAN типа Ethernet, две TDM-сети, отдельные IP-телефоны. У пользователей сети LAN находятся IP-телефоны и софтфоны (softphones). IP-телефон имеет обязательные устройства, присущие любому телефонному аппарату: разговорные и вызывное устройства, номеронабиратель. Софтфон представляет собой мультимедийный компьютер, имеющий разговорные устройства: микрофон и громкоговоритель, микротелефонную гарнитуру, а также программные средства для установления соединений и разъединения и для дополнительных функ­ций. IP-телефон и софтфон имеют внешний интерфейс сети Ether­net. В TDM-сети находится АТС с коммутацией каналов, в кото­рую включены телефонные аппараты, аналоговые или цифровые. Между АТС TDM-сети и IP-сетью установлен шлюз, выполняю­щий основные функции по переходу с TDM-сети на IP-сеть и на­оборот. В сети IP-телефонии обычно бывает контроллер, выпол­няющий следующие основные функции: установление соединений и разъединение, регистрация пользователей сети, управление шлю­зами и другие. В качестве контроллера может выступать: прокси-сервер, привратник (gatekeeper), а на крупных сетях — Softswitch.

В сети IP-телефонии возможны соединения между любой парой терминалов. При этом соединения устанавливаются через IP-сеть, за исключением соединений между пользователями одной локальной сети. В последнем случае соединение замыкается внутри локальной сети.

Важной особенностью сети IP-телефонии является разделение процессов установления соединения и разъединения от процессов передачи речевых пакетов. Как и в традиционной телефонии с ком­мутацией каналов, в IP-телефонии можно выделить три этапа: уста­новление соединения, передача речи и разъединение. При установ­лении соединения и при разъединении используется один из при­нятых для IP-телефонии протоколов сигнализации.

На примере соединения IP-телефонов станций А и В (см. рис. 4.12) рассмотрим указанные этапы (рис. 4.13).

, что инициатором соединения является IP-телефон A (IP-TA А). Сообщение с вызовом от этого телефона через IP-сеть передается контроллеру. В этом же сообщении содержится транспор тный адрес IP-TA А и адрес вызываемого IP-телефона В (IP-TA В), например, цифры номера. Эта цифры номера контроллер переводит в транспортный адрес IP-TA В. Транспортный адрес представляет собой совокупность IP-адреса и номера порта приложения, через которое посылаются речевые пакеты. Используя транспортный адрес IP-TA В, контроллер обменивается сигнальной информацией с IP-TA В. В этой информации содержится транспортный адрес IP-TA А. Если телефон свободен, пользователю IP-TA В передается вызов и когда он ответит на него, сигнал ответа поступит в контроллер. Контроллер пересыла­ет сигнал ответа в IP-TA А вместе с транспортным адресом IP-TA В. Теперь абоненты разговаривают и речевые пакеты передаются через IP-сеть, минуя контроллер. В зависимости от направления передачи в каждом речевом пакете посылается транспортный адрес IP-TA А или IP-TA В. По окончании разговора производится разъединение, в те­чение которого сигнальной информацией обмениваются IP-теле­фоны и контроллер.

Возможен вариант установления соединения между IP-телефо­нами без участия контроллера. Для этого каждый IP-телефон дол­жен знать транспортный адрес другого IP-телефона. При установле­нии соединения и при разъединении IP-телефоны обмениваются сигнальными сообщениями.

В рассмотренной схеме IP-телефоны являются многофункцио­нальными устройствами, осуществляющими прием и передачу речи и обмен сигнальными сообщениями. При приеме и передачи речи осуществляется: преобразование звуковых колебаний в электричес­кие и наоборот, кодирование речи, инкапсуляция и выделение эле­ментов речи из пакетов.

IP-сеть может быть использована для соединения абонентов TDM-сетей. Пример такого соединения показан на рис. 4.14. Предположим, что абонент с телефонным аппаратом А (ТА-А) станции А вызывает абонента с ТА-В станции Б. Вначале вызов от ТА-А поступает на шлюз 1, который взаимодействует по одной из систем сигнализации TDM-сети с АТС1. В то же время шлюз взаимодействует с контроллером по принятой для IP-сети системе сигнализации. Шлюз 1 получает номер вызываемого абонента В и транс­лирует его контроллеру, который переводит этот номер в транспор­тный адрес шлюза 2. Шлюз 1 также сообщает контроллеру свой транспортный адрес. Теперь контроллер обменивается сигнальной информацией со шлюзом 2, которому передаются транспортный адрес шлюза 1 и номер абонента В. Шлюз 2 передает вызов на АТС2 станции Б и обменивается с ней сигналами, принятыми на TDM-сети. Эта АТС получает от шлюза 2 номер абонента В и устанавливает соединение с ТА-В. После ответа абонента В начинается разговор между абонентами. Каждый шлюз производит кодирование речи, инкап­суляцию и выделение элементов речи из пакетов. Речевые пакеты пересылаются через IP-сеть, минуя контроллер, с использованием транспортных адресов шлюзов 1 и 2. По окончании разговора про­изводится разъединение, в процессе которого сигнальной информацией обмениваются АТС и шлюзы, шлюзы и контроллер:

Через IP-сеть могут устанавливаться соединения между або­нентскими устройствами пакетной сети и TDM-сети. На рис. 4.15 приведен пример соединения между IP-телефоном станции В и телефонным аппаратом, включенным в АТС2. Как и прежде, соединение устанавливается через контроллер. При вызове от IP-ТА А адресная информация должна содержать адрес шлюза 2 и цифры но­мера ТА-В. При установлении соединения в обратном направлении абонент с ТА-В набирает цифры номера, принятого для IP-TA А Этот номер поступает в контроллер, где преобразовывается в транспортный адрес IP-TAA.

2.8 Рассмотрим основные вопросы, связанные с преобразованием речи.

В IP-телефонии находят применение следующие устройства преобразования речи: кодеры формы речевой волны, вокодеры и гибридные кодеры. Такие устройства различаются скоростью передачи

цифрового потока, качеством передачи речи, задержкой речи в процессе преобразования и требованием к производительности процессоров, обрабатывающих речевые сигналы.

Кодеры формы речевой волны имеют широкое применение в системах с коммутацией каналов. Прежде всего — это импульсно-кодо-вая модуляция (ИКМ или PCM — Pulse Code Modulation), соответ­ствующая рекомендации МСЭ-Т G.711. В этом методе предусмот­рено цифровое сжатие, что позволяет амплитуду каждой выборки речевого сигнала преобразовать в 8-битовое слово (при линейном кодировании потребовалось бы 12-битовое слово). Скорость пере­дачи равна 64 кбит/с. Другой метод кодирования — адаптивная диф­ференциальная ИКМ (АДИКМ или ADPCM — Adaptive Differential Pulse Code Modulation), рекомендация МСЭ-Т G.721 для скорости передачи 32 кбит/с. В этом методе кодируется не сама амплитуда сиг­нала, а ее изменение по сравнению с предыдущей выборкой. Обра­ботка сигнала происходит с применением предсказания и адаптив­ного квантования. В обоих методах преобразования, ИКМ и АДИКМ, задержка речи при преобразовании минимальна и составляет 125 мкс. Оба метода обеспечивают высокое качество передачи речи и характеризуются относительно невысокими требованиями к процессорам обработки сигналов.

Вокодеры используют кодеры речи, основанные на параметри­ческом компандировании (сжатии). В вокодерах осуществляется линейное предсказание речи (LPC), являющееся эффективным методом анализа речи. Этот метод позволяет определить основные па­раметры речевых сигналов: основной тон, форманты, частотный спектр. При кодировании выявляются периодические процессы в речевом сигнале, определяются их параметры, а затем устраняют из речевого сигнала избыточность, исключая найденные периодичности. В итоге получается остаточный речевой сигнал, который после аппроксимации передается вместе с параметрами периодических процессов речи на выход кодера. В декодере по принятому остаточному сигналу и по параметрам периодических процессов речи восстанавливают речевой сигнал, выполняя синтез речи.

Вокодеры предъявляют высокие требования к процессорам обработки сигналов и вносят заметные задержки преобразования. Увеличение задержки объясняется тем, что кодирование приме­няется не к отдельным значениям речевого сигнала, а к некоторому их набору, который перед преобразованием следует накопить. При применении вокодеров скорость передачи находится в преде­лах 1,2—4,8 кбит/с. Вокодеры обеспечивают относительно высо­кую разборчивость речи, однако теряется натуральность звучания.

Гибридные кодеры используют еще более сложную схему кодирования, в которой сочетаются линейное предсказание и элементы кодирования формы речевой волны. В этом случае используется алгоритм с обратной связью. Закодировав речевой сигнал, процессор пытается восстановить его форму и для этого сравнивает результат кодирования с исходным сигналом. При этом процессор меняет параметры кодирования, добиваясь наилучшего совпадения. Добившись этого, соответствующее кодовое слово передается на выход кодека. В пункте приема речевых пакетов элементы речи восстанавливаются в декодере.

В гибридных кодерах наибольшее применение нашли методы кодирования LD-CELP, MP-MLQ и ACELP, а также CS-ACELP.

Метод LD-CELP (Low-Delay Code Excited Linear Prediction—линейное предсказание с кодовым возбуждением и низкой задержкой) обеспечивает кодирование со скоростью передачи 16 кбит/с и соот­ветствует рекомендации МСЭ-Т G.728. Этот метод позволяет полу­чить удовлетворительное качество передачи речи с относительно невысокой задержкой преобразования.

Методы MP-MLQ (Multi-pulse Multy Level Quantization — мно­жественная импульсная многоуровневая квантизация) и ACELP (Algebraic Code Excited Linear Prediction — алгебраическое линейное предсказание с кодовым возбуждением) позволяют добиться значительного сжатия речи, однако при преобразовании появляется большая задержка речи. Несмотря на низкую скорость передачи 5,3 или 6,3 кбит/с обеспечивается хорошее качество передачи речи. Эти ме­тоды кодирования соответствуют рекомендации МСЭ-Т G.723.1.

Кодирование CS-ACELP (Conjugate Structure — Algebraic Code Exited Linear Prediction — сопряженная структура с управляемым ал­гебраическим кодом и линейным предсказанием) приводит к отно­сительно небольшой задержке со скоростью передачи 8 кбит/с. Ал­горитм кодирования описан в рекомендации МСЭ-Т G.729. Этот метод кодирования в первую очередь предназначен для технологий пакетной передачи Frame Relay и ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный режим передачи).

В табл. 4.2 приведены основные характеристики кодеков, кото­рые получили название по наименованию рекомендации МСЭ-Т. К одному из параметров относится производительность цифрового сигнального процессора (DSP), реализующего соответствующий ал­горитм кодирования в вокодерах и в гибридных кодерах (произво­дительность оценивается в миллионах команд в секунду). Наиболее высокие требования к DSP предъявляет кодек G.728, однако он обес­печивает и небольшую задержку преобразования. По сравнению с другими кодек G.711 практически не вносит задержки при преобра­зовании речевых сигналов.

Таблица 4.2