IP telefonie
Z MiS
(Rozdíly mezi verzemi)
(→Přenos hlasu: Doplněno) |
(→Přenos hlasu: Upřesnění zdrojů zkreslení) |
||
| Řádka 42: | Řádka 42: | ||
== Přenos hlasu == | == Přenos hlasu == | ||
| − | + | === Klasicky (PSTN) === | |
| − | + | ; mikrofon ve sluchátko odesilatele | |
| − | + | * převádí hlas na analogový elektrický signál | |
| − | + | ; telefonní ústředny | |
| − | + | * naváží okruh | |
| + | * vodivě propojují komunikující telefony | ||
| + | ; reproduktor ve sluchátku příjemce | ||
| + | * převádí analogový elektrický signál na zvuk | ||
| − | + | ||
| − | + | === VoIP === | |
| + | ; mikrofon | ||
** převod hlasu na analogový signál | ** převod hlasu na analogový signál | ||
** signálem je v tomto případě velikost elektrického napětí | ** signálem je v tomto případě velikost elektrického napětí | ||
| + | ; vzorkovač + digitálně-analogový (DA) převodník | ||
* vzorkování (sampling) | * vzorkování (sampling) | ||
** v pravidelných intervalech změříme velikost napětí | ** v pravidelných intervalech změříme velikost napětí | ||
| − | ** pro zvuk v CD kvalitě obvykle používáme frekvenci vzorkování 44 nebo 48 kHz | + | ** pro zvuk v CD kvalitě obvykle používáme frekvenci vzorkování 44 nebo 48 kHz, v IP telefonii obvykle nižší (22 kHz, 11 kHz, 8 kHz) |
| + | ** pro uložení zvuku s frekvencí ''f'' je třeba vzorkovací frekvence alespoň ''2f'' (viz také [[Shannonův teorém]]). | ||
| + | ** při použití CD kvality (44 kHz) tedy můžeme rekonstruovat maximální frekvenci 22 kHz, což odpovídá zhruba rozsahu, který je schopno vnímat lidské ucho. | ||
| + | ** nastavením vzorkovací frekvence tedy omezujeme maximální přenášenou frekvenci zvuku | ||
* diskretizace (kvantování, quantization) | * diskretizace (kvantování, quantization) | ||
** naměřenou hodnotu zapíšeme jako číslo s omezenou délkou (počet bitů) | ** naměřenou hodnotu zapíšeme jako číslo s omezenou délkou (počet bitů) | ||
| − | ** pro zvuk v CD kvalitě obvykle pro zápis hodnoty použijeme 16 bitů | + | ** pro zvuk v CD kvalitě obvykle pro zápis hodnoty použijeme 16 bitů, pro IP telefonii stačí opět nižší (8 b) |
| − | * | + | ** pro 16 bitů máme max. 2<sup>16</sup> povolených hodnot. |
| − | ** komprimujeme získaná data | + | ** tím, že změřenou hodnotu „zaokrouhlíme“ k nejbližší diskrétní hodnotě, vzniká tzv. „kvantizační šum“ (neukládáme přesně hodnotu, kterou jsme naměřili, ale nejbližší povolenou hodnotu) |
| − | + | ** počet použitých hodnot udává maximální dosažitelný odstup signál-šum (SNR: sound-to-noise ratio) pro kvantizaci na ''N'' bitů podle vzorce | |
| − | + | SNR [dB] = 6,02 N - 1,73 | |
| − | + | ; kodek (codec) | |
| − | * | + | * komprimujeme získaná data |
| − | + | * obvykle používáme ztrátové kompresní metody | |
| − | + | * běžně používáme některý z kodeků | |
| − | + | * kvalitu udáváme například průměrným datovým tokem (kb/s), některé kodeky ale mají vlastní měřítka | |
| − | + | * pro CD kvalitu používáme průměrný datový tok například 256 kb/s i více. Lze také použít variabilní datový tok, kdy se záznam zvuku analyzuje a pro jednotlivé části skladby se použije jiný datový tok. To u IP telefonie není možné, je třeba komprimovat průběžně ihned po snímání zvuku. Bohatě tedy postačí datové toky 128 kb/s a nižší. | |
| − | + | * ztrátové kompresní metody přidávají další šum tím, že upraví posloupnost hodnot tak, aby byla komprese efektivnější. Vzhledem k předchozímu zkreslení vzniklému digitalizací přidaný šum příliš nevadí. | |
| − | * spojení dat | + | ; conversion device, packetizer |
| − | + | * rozdělí proud dat na IP pakety | |
| − | + | * v IP telefonii obvykle používáme pakety délky 20 – 40 oktetů (délka dat, nezahrnujeme hlavičku paketu) | |
| − | ** | + | ; digital data transport circuit |
| − | + | * odeslání dat datagramovou sítí | |
| + | ; IP network | ||
| + | ; conversion device | ||
| + | * spojení dat z datagramů | ||
| + | ; dekodér (decoder) | ||
| + | * převod digitálního signálu zpět na analogový | ||
| + | *# dekomprese | ||
| + | *# rekonstrukce signálu | ||
| + | ; reproduktor | ||
| − | + | === Další zdroje === | |
| − | [www.fi.muni.cz/usr/jkucera/pv109/2001/xkocian.htm KOCIÁN, Aleš. Digitalizace a přehrávání zvuku (kapitola 1)] | + | * [http://www.fi.muni.cz/usr/jkucera/pv109/2001/xkocian.htm KOCIÁN, Aleš. Digitalizace a přehrávání zvuku (kapitola 1)] |
== Technologie == | == Technologie == | ||
Verze z 29. 2. 2012, 09:31
Obsah |
Definice: IP telefonie
- Internet Protocol Telephony, IP telephony
- Obecné označení technologií, využívajících sítě založené na protokolu IP a technologii přepínání paketů k přenosu hlasu, faxu a dalších dat, tradičně přenášených přes sítě PSTN.
Pojmy
- telephony: věda, zabývající se přenosem hlasu pomocí elektrických signálů
- VoIP (Voice over Internet Protocol)
- Unified Communications (UC)
- Spojení služeb přenosu informací na jedné infrastruktuře.
- služby: hlas, video, televize, SMS, e-mail
- PoE (Power over Ethernet)
- Napájení telefonu přes síťové kabely z routeru.
- Některé switche umí pomocí datových kabelů poskytovat i napájení zařízení.
- Podmínky: podpora switche i zařízení
- PBX (Private Branch Exchange)
- firemní telefonní ústředna
- Konektory
- RJ11: standardní čtyřdrátový telefonní konektor používaný v analogových telekomunikacích.
- RJ45: Vypadá podobně jako RJ-11, ale je dvakrát tak široký (osm vodičů). Používá se ve strukturovaných kabelážích pro počítačové sítě, ISDN a telefony
Telefonní síť
- Struktura
- telephone exchange (telefonní ústředna)
- trunk line
- propojení sousedních ústředen
- local loop (místní smyčka)
- linka z ústředny k telefonu
- PSTN (Public Switched Telephone Network)
- Veřejná telefonní síť založená na telefonních ústřednách ze 70. a 80. let.
- Založena na technologie přepínání okruhů (circuit-switching × packet switching).
- Propojení většiny telefonních ústředen po celém světě
- Dnešní sítě
- digitalizace mezi ústřednami
- mezi ústřednami packet switching (technologie ATM,...)
- přidány DSL služby: využívají kvalitních místních smyček
Přenos hlasu
Klasicky (PSTN)
- mikrofon ve sluchátko odesilatele
- převádí hlas na analogový elektrický signál
- telefonní ústředny
- naváží okruh
- vodivě propojují komunikující telefony
- reproduktor ve sluchátku příjemce
- převádí analogový elektrický signál na zvuk
VoIP
- mikrofon
- převod hlasu na analogový signál
- signálem je v tomto případě velikost elektrického napětí
- vzorkovač + digitálně-analogový (DA) převodník
- vzorkování (sampling)
- v pravidelných intervalech změříme velikost napětí
- pro zvuk v CD kvalitě obvykle používáme frekvenci vzorkování 44 nebo 48 kHz, v IP telefonii obvykle nižší (22 kHz, 11 kHz, 8 kHz)
- pro uložení zvuku s frekvencí f je třeba vzorkovací frekvence alespoň 2f (viz také Shannonův teorém).
- při použití CD kvality (44 kHz) tedy můžeme rekonstruovat maximální frekvenci 22 kHz, což odpovídá zhruba rozsahu, který je schopno vnímat lidské ucho.
- nastavením vzorkovací frekvence tedy omezujeme maximální přenášenou frekvenci zvuku
- diskretizace (kvantování, quantization)
- naměřenou hodnotu zapíšeme jako číslo s omezenou délkou (počet bitů)
- pro zvuk v CD kvalitě obvykle pro zápis hodnoty použijeme 16 bitů, pro IP telefonii stačí opět nižší (8 b)
- pro 16 bitů máme max. 216 povolených hodnot.
- tím, že změřenou hodnotu „zaokrouhlíme“ k nejbližší diskrétní hodnotě, vzniká tzv. „kvantizační šum“ (neukládáme přesně hodnotu, kterou jsme naměřili, ale nejbližší povolenou hodnotu)
- počet použitých hodnot udává maximální dosažitelný odstup signál-šum (SNR: sound-to-noise ratio) pro kvantizaci na N bitů podle vzorce
SNR [dB] = 6,02 N - 1,73
- kodek (codec)
- komprimujeme získaná data
- obvykle používáme ztrátové kompresní metody
- běžně používáme některý z kodeků
- kvalitu udáváme například průměrným datovým tokem (kb/s), některé kodeky ale mají vlastní měřítka
- pro CD kvalitu používáme průměrný datový tok například 256 kb/s i více. Lze také použít variabilní datový tok, kdy se záznam zvuku analyzuje a pro jednotlivé části skladby se použije jiný datový tok. To u IP telefonie není možné, je třeba komprimovat průběžně ihned po snímání zvuku. Bohatě tedy postačí datové toky 128 kb/s a nižší.
- ztrátové kompresní metody přidávají další šum tím, že upraví posloupnost hodnot tak, aby byla komprese efektivnější. Vzhledem k předchozímu zkreslení vzniklému digitalizací přidaný šum příliš nevadí.
- conversion device, packetizer
- rozdělí proud dat na IP pakety
- v IP telefonii obvykle používáme pakety délky 20 – 40 oktetů (délka dat, nezahrnujeme hlavičku paketu)
- digital data transport circuit
- odeslání dat datagramovou sítí
- IP network
- conversion device
- spojení dat z datagramů
- dekodér (decoder)
- převod digitálního signálu zpět na analogový
- dekomprese
- rekonstrukce signálu
- reproduktor
Další zdroje
Technologie
- Problémy IP sítí
- včasné doručení datových paketů
- latency: zpoždění
- jitter
- ~ packet delay variation
- rozdíl ve zpoždění jednotlivých paketů
- QoS (Quality of Services): řešení
- NAT: nelze jednoduše procházet
- Protokoly
- Signalizace
- H.323
- jeden z nejstarších
- vyvinut organizací ITU-T
- široce rozšířený
- poměrně složitý
- Session Initiation Protocol (SIP)
- velmi rozšířený v současnosti
- navržen, aby byl jednoduchý
- založen na principu HTTP
- podobné položky jako SMTP
- přenos hovoru pomocí RTP
- detaily o vlastnostech zahajovanéh přenosu SDP
- velmi rozšířený v současnosti
- H.323
- Přenos dat
- Real-time Transport Protocol (RTP)
- Media Gateway Control Protocol
- Inter-Asterisk eXchange (IAX)
- RFC 5456
- komunikace mezi ústřednami Asterisk
- umí tunelovat hovory přes port 80???
- aktuálně IAX verze 2
- Podpora autentizace PKI
- Skype
- založený na principu peer-to-peer
- uzavřený protokol ve vlastnictví firmy Microsoft
- komunikace mezi stanicemi zdarma
- za poplatek možnost komunikace do běžné sítě
- Protokol SIP
- Cíl:
- navazování interaktivních komunikačních relací mezi dvěma či více koncovými zařízeními v Internetu
- protokol je schopen si zařízení vyhledat.
- Historie, normy
- Vývoj
- IETF
- SIP forum
- Protokol relační vrstvy.
- Poskytuje služby:
- Lokalizace účastníka
- Vlastní navázání spojení
- Zjištění stavu účastníka
- Zjištění možností účastníka
- Řízení probíhajícího spojení
- Ukončení spojení
- Podpůrné služby (zabezpečení komunikace, komunikace s NAT, firewally,...)
- Adresy: sip:user@domain
- Registrátoři (registrar)
- sledují momentální umístění klientů.
Výhody a nevýhody
- Výhody
- Standardizovaná řešení (protokoly,...) otevírají konkurenci
- Provoz na běžném počítačovém HW
- Snížení nákladů
- Není třeba budovat samostatnou infrastrukturu
- Levnější volání do veřejné sítě
- Volání zdarma v rámci datového tarifu
- Volání uvnitř firmy zdarma
- Možnost šifrování hovorů
- Stávající čísla mohou zůstat
- Zjednodušení infrastruktury
- Bonusy
- videohovory
- konference
- Nevýhody
- Složité použití přes NAT (SIP)
- Single-point-of-failure
- Výpadek připojení k Internetu způsobí kompletní ztrátu spojení.
- Je závislé na dostupnosti elektrického napětí (klasická telefonní síť je napájena nezávisle)
- Bezpečnost
- Riziko útoku (stejně jako u dalších internetových služeb)
- Problematická identifikace volajícího (riziko podvržení identity)
- Omezení nouzových volání
- Nároky na šířku pásma
- Přípojka k Internetu: lze posílit po dohodě s poskytovatelem
- Uvnitř firmy: pokrytí výrobních prostor sítí Wi-Fi,...
- Nelze realizovat připojení přes klasický modem.
- Přechod na VoIP
- Náklady na přestavbu sítě
- zaškolit správce sítě
- zaškolení uživatelů
- volba zařízení
- nákup zařízení (lze koupit adaptéry pro klasický telefon)
- posílení infrastruktury
- napájení HW telefonů (nutnost natažení dalších rozvodů elektřiny nebo switche s PoE)
- Další
- Z volání nelze určit geografickou polohu volajícího (problém s nouzovými hovory)
- nouzové hovory jsou povoleny pouze z lokality, na které je číslo realizováno (geografické číslo)
- lze se připojit přes VPN
- Menší kontrola státu.
Skype
- Nevýhody
- Smlouva se zahraničným subjektem
- platby do zahraničí
- není trvalá smlouva
- nelze individuální smlouvu
- Žádné garance
- Bezpečnost
- peer-to-peer
- uzavřený protokol
- Nelze kontrolovat zaměstnance/spojení.
- Klady
- Lze přenášet soubory
- Šifrovaný přenos
Zákaznické informace
- Operátoři
- ISP's
- poskytovatelé připojení k Internetu
- jako službu navíc
- není vázáno na připojení k Internetu
- vlastní zákazníci mohou mít výhodnější podmínky
- Stávající telefonní operátoři
- Operátoři kabelové televize
- Vyzkoušení zdarma:
- iptel.org -> Free Service <http://www.iptel.org/service>
- Ekiga.net
- Zřízení služby VoIP
- Nutné existující připojení k Internetu.
- Doporučení/podmínky:
- připojení 128/128 kb/s
- maximální zpoždění na server poskytovatele do cca 100 ms
- ztrátovost rámců (packet loss) menší než 2%
- při volání nezatěžovat datovou linku jiným provozem na více než 50% její nominální rychlosti
- při použití technologie Network Address Translation (NAT) na hraničních prvcích LAN sítě zákazníka je nutné zajistit průchodnost provozu na port 5060
- v případě ADSL připojení musí modem podporovat NAT bez zvláštních nastavení
- Nevhodné typy připojení
- satelitní
- GPRS
- EDGE
- Telefonní číslo
- Geografické (veřejné) telefonní číslo
- Lze na ně volat ze všech sítí.
- Využívání je vázáno k místu, kde je registrováno.
- Předvolba podle kraje.
- Adresu pro tísňové volání lze změnit v nastavení (v rámci stejného kraje).
- Negeografické číslo
- Předvolba 910.
- Ideální pro VoIP pomocí notebooku nebo mobilu na cestách.
- Lze na ně volat jen z některých sítí (u nás O2) a ze sítě VoIP operátora.
- Faxová čísla
- Registrována na vlastním faxovém serveru (ústředně).
- Určena pro webovou aplikaci, ne pro klasický fax.
- Na klasický fax je třeba geografické číslo.
- Trunk
- Má-li uživatel vlastní ústřednu, může zažádat o více čísel.
- Obvykle dán minimální počet, např. 100 čísel.
- Lze převést stávající číslo pevné linky k novému operátorovi.
Vybavení
- Implementace ústředny
- Asterisk
- svobodné řešení „telefonní ústředny“
- podpora SIP
- lze propojit s Ekiga.net
- vlastní protokol IAX
- FreeSWITCH
- ...
- SW klienti
- Ekiga
- podpora více platforem
- Protokoly
- SIP
- H.323
- Lze i ústředna Asterisk přes SIP???
- wiki.ekiga.org > Index.php > Ekiga as an Asterisk client <http://wiki.ekiga.org/index.phpEkiga_as_an_Asterisk_client>
- ZoIPer 2.0 Free
- klientský program
- až 3 SIP účty
- Podpora:
- SIP
- Asterisk
- Chytrý mobilní telefon
- Spouští se SW klient.
- VoIP telefon
- Parametry
- VoIP standard:
- SIP
- SIP v 2
- kodeky pro telefon
- G.711, G.722, G.726,...
- kodeky pro audio a video
- MP3, WMA, AAC
- H.264, H.263
- rozlišení displaye
- parametry kamery
- funkce jako switch
- může omezit kapacitu pro přenos v době hovoru, aby nedošlo k narušení.
- VoIP standard:
- Princip
- HW jako klasický telefon.
- (Telefonní) číslo na něm lze nastavit.
- Připojuje se k IP síti pomocí konktoru RJ45
- k routeru
- nebo na vlastní IP adresu.
- Běžné protokoly
- SIP
- Skype
- VoIP brána (+ klasický telefon)
- Připojuje se k ní klasický telefon.
- Brána se připojuje do sítě a převádí telefonní data na IP.
- Router s integrovanou VoIP bránou
Zdroje
- Kvíz o SIP za bezplatnou registraci <http://searchunifiedcommunications.techtarget.com/news/1098066/Hip-to-SIP-quiz>
- IP Telephony <http://searchunifiedcommunications.techtarget.com/definition/IP-telephony>
- sbohempevnalinko.cz > Zakladni-informace <http://www.sbohempevnalinko.cz/zakladni-informace/>
- voip-info.org
