Преимущества VoIP

Основным преимуществом современной VoIP является низкая цена междугородних и международных звонков, при весьма неплохом качестве связи. Именно это, для массового пользователя, является основным преимуществом рассматриваемой технологии, которое обеспечивает ей устойчивое и стабильное развитие.

Для корпоративных клиентов, помимо существенного снижения расходов на использование услуг связи, не менее важным преимуществом VoIP является возможность создания территориально-распределенных центров приема и обработки звонков, а также возможность обеспечения удаленных филиалов дешевой, а иногда и бесплатной, связью с головным офисом компании и между собой. С помощью VoIP, может быть организована внутрикорпоративная телефонная сеть, построенная с использованием существующей инфраструктуры локально-вычислительной сети.

Актуальность технологии VoIP для пользователей мобильной связи стала особенно очевидной после появления телефонов с поддержкой беспроводных соединений посредством Wi-Fi и клиентских программ для VoIP-сервисов. Это дает возможность, не только экономить на исходящих звонках, но и позволяет значительно снизить расходы на роуминг – он становится практически бесплатным везде, где существует возможность подключиться к Wi-Fi точкам доступа. Примером телефона, обладающего поддержкой Wi-Fi и имеющего встроенный VoIP-клиент, является Nokia N80 Internet Edition. Конечно, для VoIP может быть использовано и подключение к Интернет по технологии GPRS/EDGE, однако, основным минусом использования этой технологии, является относительно высокая цена GPRS-трафика.

Кстати, операторы сотовой связи, также решили не упускать своей прибыли и предоставили абонентам возможность использовать собственный VoIP-шлюз для международных звонков. Например, подобные услуги, еще в 2006 году, предоставлял оператор UMS (Украина) для абонентов находящихся в Крыму.

Техническая информация

Основой VoIP является передача аналоговой (речевой) информации по цифровым каналам связи. Данный процесс может быть представлен в виде трех основных этапов – кодирование сигнала на передающей стороне, передача пакетов по сети, декодирование полученных пакетов на принимающей стороне. Одной из особенностей речевой информации, позволяющей осуществить ее сжатие, является наличие пауз (диалоговых, смысловых, слоговых и др.). В способах кодирования, используемых в VoIP, входная информация, соответствующая паузам либо не передается вообще, либо сжимается с низким качеством.

Для кодирования речевой информации могут быть использованы различные кодеки. Выбор используемого кодека определяет как качество передачи речи, так и объем генерируемого трафика. Согласно требованиям к качеству услуг, предъявляемых стандартом ISO:9000, выделяют 4 класса качества передачи речи – лучшее (G.711, 64,8 кбит/с), высокое (G.726-32, 32,8 кбит/с), среднее (GSM Full Rate), низкое. В скобках указан кодек и максимальный поток, занимаемый IP-пакетами, соответствующие данному классу качества. При низком качестве услуг, согласно стандарту, «восприятие речи сопряжено с максимальными усилиями». В VoIP, при кодировании сигнала, используют кодеки, как с постоянным, так и с переменным потоком, занимаемым выходными данными (битрейтом). Кодированная речевая информация разбивается на пакеты, которые по IP-сети передаются принимающей стороне.

Основными причинами снижения качества связи, при использовании VoIP, из-за сбоев возникающих при передаче данных, являются потери пакетов, а также превышение максимально допустимого времени доставки пакета. При этом наиболее критичным является превышение максимального времени доставки пакета, так как из-за особенностей речевого сигнала (его высокой избыточности) потеря до 5% пакетов не приводит к ухудшению разборчивости речи.

Для сбора пакетов с речевой информации на принимающей стороне применяют протокол RTP (Real-Time Protocol), который используется для передачи трафика в режиме реального времени. В заголовке каждого VoIP-пакета присутствует временная метка и номер пакета, что позволяет восстановить последовательность, детектировать момент поступления следующего пакета, а также интерполировать потерянные пакеты. Созданная последовательность пакетов поступает на декодер, представляющий собой кодек, выполняющий обратное преобразование речевой информации. Помимо декодирования информации, декодер осуществляет заполнение пауз фоновым шумом и эхокомпенсацию (удаление эха из восстановленного речевого сигнала).

Для установления и управления соединением в VoIP-клиентах и оборудовании используют различные протоколы - SIP, H.323, IAX2, MGCP, SCTP, Skinny/SCCP, Unistim и другие. Часть из них являются открытыми, например SIP или H.323, другие закрытыми, например Skinny/SCCP или Unistim. Протокол Skinny/SCCP используется в продуктах компании Cisco, а протокол Unistim - компании Nortel.

Исторически, одним из первых стандартов для VoIP, стал H.323, который являлся составной частью группы стандартов H.32x, принятых в 1996 году компанией International Telecommunication Union. Данный стандарт описывает проведение мультимедийных конференций в компьютерных сетях с негарантированной пропускной способностью. Несмотря на то, что стандарт H.323 напрямую не связан с IP-протоколом, большинство его реализаций основано именно на этом протоколе.

В стандарте H.323 вводятся два важных для VoIP понятия – шлюз (gateway) и привратник (gatekeeper). Шлюз – это устройство позволяющее установить соединение с терминалом другого стандарта. В VoIP шлюзы используется для сопряжения с IP-телефонов с обычными телефонными сетями. Привратник – выступает в роли центра обработки вызовов внутри своей зоны. Основными функциями привратника являются – трансляция адресов, управление доступом, управление полосой пропускания, а дополнительными – контроль и управление процессом установления соединения, авторизация соединения, управление вызовами. В данном контексте под зоной понимают совокупность всех шлюзов, терминалов и серверов многосторонней конференции, работающих под управлением одного привратника. Привратник является необязательным элементом, однако если он присутствует в сети – терминалы и шлюзы должны использовать его услуги. Сервера многосторонней конференции, упомянутые выше, служат для обеспечения одновременной связи трех и более терминалов.

Наиболее распространенным VoIP-протоколом является SIP (Session Initiation Protocol — протокол установления сессии). Разработка данного протокола была начата в 1996 году. В 1999 году к разработке SIP подключился международный консорциум Internet Engineering Task Force (IETF). Первая версия данного протокола была утверждена в 2000 году, а в 2002 вышла его вторая редакция, обозначаемая как SIPv2. Протокол SIP описывает процесс установления, управления и завершения пользовательского сеанса включающего передачу мультимедийных данных и мгновенных сообщений. Данный протокол является текстовым и похож на протокол HTTP, используемый при просмотре web-страниц.

Технически протокол SIP ближе к IP-стандартам, чем к стандартам систем связи или телекоммуникационной индустрии. При этом, SIP обеспечивает расширенный набор функций предоставляемых телефонной сетью. Несмотря на то, что протокол SIP определяет только процедуры установления и управления соединением, на основе его функций обеспечивается создание таких элементов как прокси-сервер (Proxy Servers) и пользовательские агенты (User Agents). Эти элементы обеспечивают базовые телефонные операции – набор номера, звонок телефонного аппарата, возможность услышать длинные или короткие гудки и т.д. Именно протокол SIP описывает, например какие IP-порты должны быть использованы, тип применяемого кодека, а также выступает в роли прокси-сервера для пакетов обрабатываемых протоколом RTP. Область применения обоих протоколов (H.323 и SIP) не ограничена голосовой связью, с их помощью может быть установлен любой сеанс связи, включая видеосвязь или какие-либо другие виды связи.

VoIP и безопасность

Целью злоумышленника, вмешивающегося в VoIP соединение, может быть как перехват разговора с целью общения вместо истинного абонента, так и прослушивание разговора. В силу особенностей большинства протоколов, используемых в современной VoIP, обе эти цели достижимы. Например, в протоколе SIP причиной данных уязвимостей является то, что сообщения передаются в открытом виде без контроля их содержимого, что позволяет злоумышленнику их перехватить, изменить или восстановить исходную последовательность пакетов, а, следовательно, и интересующий его разговор. В качестве средства защиты, согласно рекомендациями экспертов, могут быть использованы TLS (Transport Layer Security) для защиты SIP сигналов и SRTP (Secure Real Time Protocol) для защиты голоса. Однако далеко не все операторы VoIP допускают использование TLS и SRTP.

Программные и аппаратные средства VoIP

Выделяют три типа VoIP соединений – компьютер-компьютер (PC-to-PC), компьютер-телефон (PC-to-Phone), телефон-телефон (Phone-to-Phone). Соединение типа компьютер-компьютер исторически стало самым первым способом VoIP. Для того чтобы использовать данный тип соединения необходимо, чтобы на обоих компьютерах была установлена программа VoIP-клиент и они были оборудованы системами ввода-вывода звука (звуковая карта, микрофон, наушники/колонки, специальный VoIP-адаптер/телефон). При соединениях компьютер-телефон и телефон-телефон, требования к компьютеру остаются такими же, как и при соединении, компьютер-компьютер, а в качестве телефона может быть использован любой телефонный аппарат, к которому не предъявляется каких-либо особенных требований, так как все функции обеспечения связи возложены на шлюзы между сетью VoIP и телефонной сетью общего пользования.

В последнее время популярность получили IP-телефоны, которые по внешнему виду, похожи на обычные телефонные аппараты (проводные или беспроводные), однако их подключение осуществляют либо к локальной сети стандарта Ethernet, либо к USB-порту компьютера. Также, существуют «телефонные адаптеры для VoIP», которые позволяют использовать услуги VoIP (совершать принимать вызовы) c помощью обычных телефонов. Поддержка необходимых протоколов и кодеков реализована на уровне программного обеспечения (прошивки) данных устройств. Традиционно IP-телефоны поддерживают протокол SIP и кодеки G.711, G.726, G729.

Естественно, для VoIP-услуг, могут быть использованы и мобильные телефоны, поддерживающие доступ к Интернет (или Wi-Fi соединения) и имеющие встроенные или установленные VoIP клиенты. По приведенной выше классификации типов VoIP-соединений – IP-телефоны и мобильные устройства, оснащенные VoIP-клиентом, можно считать компьютерами.

SIP-клиенты и программные телефоны

Как было упомянуто выше, ряд мобильных телефонов, например, Nokia N95, E90, N80 Internet Edition, E61, E61i, E65 обладают встроенными SIP-клиентами. Настройку параметров работы по протоколу SIP на перечисленных аппаратах выполняют следующим образом:

У VoIP оператора заказывают sms-сообщение, содержащее необходимые параметры. Если подобная услуга у оператора не предусмотрена, создают новый профиль SIP-подключения и все необходимые настройки вводят вручную;

Входят в меню телефона Средства → Настройки → Подключение → Параметры SIP → Название профиля (созданного вручную или автоматически, после получения sms-сообщения с параметрами подключения), где указывают используемую точку доступа;

В меню Средства → Настройки → Подключение → Интернет-тел. → Название оператора → Профили SIP выбирают профиль, настроенный на этапе 2;

При использовании Wi-Fi соединения для регистрации в ручном режиме входят в меню Средства → Инт-телеф., где выбирают доступную сеть Wi-Fi, после чего выполняют функцию Подключ. к службе;

Для совершения вызовов с использованием VoIP набирают необходимый номер, после чего в меню «Функции» выбирают пункт «Интернет-вызов»;

Если необходимо настроить автоматическое переключение на VoIP вызов (при его доступности) в меню Средства → Настройки → Телефон → Вызов → Тип выз. По умолч. устанавливают значение Интернет.

Для телефонов, не имеющих встроенного SIP-клиента, может быть установлено стороннее приложение. Одной из лучших подобных программ является fring. Данная программа является бесплатной и поддерживает работу со Skype, Google Talk, MSN Messenger, twitter и множеством VoIP-операторов, использующих протокол SIP. Для работы с ней, в режиме совершения голосовых вызовов, необходимо устройство на базе операционной системы Windows Mobile (5 или 6 версии) или Symbian (8 или 9 версии) поддерживающее 3G/GPRS или Wi-Fi. Программа fring стала первым в мире VoIP приложением для iPhone, однако это устройство, на текущий момент поддерживается только в режиме теста. Для установки программы потребуется от 200-375 кб свободного места во встроенной памяти устройства либо на карте памяти.

Загрузку и настройку fring c официального сайта http://www.fring.com/ выполняют в три этапа – вводят необходимые данные, загружают приложение, после чего его устанавливают на устройстве и регистрируют. Загрузку приложения можно выполнить как с компьютера, так и с мобильного устройства, причем в последнем случае – на мобильное устройство будет отправлено sms-сообщение с необходимой ссылкой. Единственное, что осталось, не совсем понятно – почему, при выборе в качестве устройства «Other Windows Device», сайт fring отображает ссылку и инструкцию по установке программы на Nokia. При выборе других устройств на базе windows mobile – отображаются ссылки на *.exe и *.cab файлы и инструкции по их использованию, которые, в общем-то, стандартны. Естественно, что недоработки бывают у всех и указанная выше небольшая ошибка, не испортила положительного впечатления о процессе установки программы в целом. Очень приятное впечатление оставил размер программы – всего 608 кб, особенно в сравнении с оригинальным клиентом Skype – его размер для Windows Mobile составляет 4,7 Мб.

Сразу после запуска fring попытается подключиться к Интернет, а при отсутствии подключения – сообщит о невозможности работы в автономном режиме. После подключения к сети, программа предложит пользователю либо войти в систему, использую существующие имя пользователя и пароль, либо зарегистрироваться. Процедура регистрации весьма проста – пользователь вводит логин, пароль, никнейм для работы в системе и адрес электронной почты, после чего отмечает необходимые ему службы. В целом, программа fring обладает простым и дружественным к пользователю интерфейсом.

Skype

Рассуждая о IP-телефонии нельзя не упомянуть о Skype, который представляет собой сервис позволяющий совершать бесплатные звонки между пользователями и платные звонки на мобильные и стационарные телефоны. Услуга исходящих звонков со Skype на обычную телефонную сеть называется SkypeOut, а услуга приема звонков с телефонных сетей – SkypeIn. В сервисе Skype также присутствует услуга Skype Voicemail, которая позволяет записывать сообщения, для пользователей находящихся в текущий момент вне сети. Для одновременного голосового общения нескольких пользователей Skype предназначена услуга Skypecast’s (чат). Также, существует возможность переадресовать Skype-вызовы на обычный телефон, проводной или мобильный.

Для VoIP-соединений Skype использует закрытый протокол, известный только разработчикам Skype. Для взаимодействия со сторонними приложениями доступно API данного протокола. Сжатие данных осуществляется с помощью кодека iLBC (internet Low Bitrate Codec), который, изначально разрабатывался для голосовой связи через Интернет, при использовании узкополосных каналов связи. Выходной поток после кодирования речевой информации данным кодеком фиксированный, он составляет – 13,33 кбит/с при 30 мс кадрах или 15,2 кбит/с при 20 мс кадрах. Тестирование эффективности данного кодека проведенное в идеальных условиях показало, что качество речи после обработки данным кодеком, сопоставимо с качеством, получаемым после сжатия с помощью кодека G.711, а нагрузка на процессор устройства находиться на уровне G.729a, при более высоком качестве и лучшей реакции на потерю пакетов.

Для передачи данных Skype использует соединения типа P2P (peer-to-peer), представляющие собой компьютерную сеть с равноправными участниками. В подобных сетях отсутствуют центральные серверы, каждый из компьютеров такой сети, является одновременно, и клиентом, и сервером, а, следовательно, для Skype нет необходимости в дорогостоящей инфраструктуре. Однако Skype создает дополнительный трафик, характерный для P2P сетей, более того, Skype может маршрутизировать звонки через компьютеры пользователей, что создает дополнительную нагрузку на компьютеры и каналы пользователей подключенных к Интернету напрямую. При установлении соединения между абонентами, Skype использует шифрование данных по алгоритму AES-256, для передачи ключа которого используется 1024-битный ключ RSA. Открытые ключи пользователей сертифицируются центральным сервером Skype. На настоящий момент случаев перехвата или расшифровки Skype не зафиксировано.

Клиентская программа Skype, являющаяся бесплатной, существует в виде версий для операционных систем Windows, Linux, Mac OS X, Windows Mobile. Процесс загрузки, установки и настройки программы подробно описан на официальном сайте Skype. Основным требованием, для работы Skype, является наличие широкополосного доступа в Интернет, причем рекомендуется использовать тариф без ограничения и учета по объему переданной и принятой информации. Также, на официальном сайте Skype указано, что GPRS-соединения не поддерживаются.

Версия Skype для мобильных устройств существует в двух вариантах – для Windows Mobile Premium (КПК) и для Windows Mobile Standard (смартфоны). Основными требованиями Skype версии 2.2 к устройству являются – 12 Мб свободной памяти на устройстве (6 Мб – в случае установки самого приложения на карту памяти) и наличие высокоскоростного подключения к Интернет (Wi-Fi, EDGE, EV-DO, UMTS). Следовательно, пользователю, в плане используемого аппарата, предоставляется весьма широкий выбор. Естественно, что жителям крупных городов, где распространены Wi-Fi точки доступа – выгоднее будет использовать именно Wi-Fi подключение, так как стоимость трафика GPRS/EDGE весьма высока – около 6-7 рублей за 1 Мб (в тарифных планах, не нацеленных на использование для передачи данных). Вторым плюсом Wi-Fi соединений является большая стабильность скорости и меньшее количество «провалов», обусловленных загруженностью сети конкретного оператора.

Установка клиентской программы Skype выполняется стандартно, для Windows-смартфонов, через Active Sync. В процессе установки выводится предупреждение о невозможности звонков в экстренные службы (112 – в сотовых сетях). Кстати, проблемы с вызовами экстренных служб не являются проблемами только Skype – это характерно для всех VoIP-операторов и обусловлено тем, что при IP-звонке, VoIP-оператору, определить фактическое местоположение человека весьма затруднительно.

При первом запуске программы Skype на мобильном устройстве пользователю будет предложено принять лицензионное соглашение, а затем будет выведено диалоговое окно ввода имени пользователя и пароля для доступа к сервису. Для пользователей, не зарегистрированных в Skype – доступна ссылка на регистрацию, процесс которой весьма прост, и в каких-либо пояснениях не нуждается. При желании можно настроить автоматический вход, используя предварительно сохраненные имя и пароль пользователя. В целом, пользовательский интерфейс клиентской программы Skype является удобным и интуитивно понятным.

Конечно, Skype не является единственным программным телефоном или подобным сервисом, однако – это, пожалуй, самый успешный VoIP проект, что косвенно подтверждают итоги его продажи – компания с годовым оборотом менее $100 млн. в 2005 году, спустя 2 года после ее создания, была куплена почти за $2,5 млрд.

А какие еще есть варианты?

Естественно, Skype не единственный сервис, предоставляющий подобные услуги. Существуют и другие операторы IP-телефонии, в том числе и российские, например, Telme или SIPNET. Как и, рассмотренный выше Skype, данные операторы предоставляют возможность совершения бесплатных внутрисетевых вызовов, а вызовы на мобильные телефоны и телефоны сетей общего пользования – платные. Более подробная информация о стоимости и условиях представления услуг приведена на официальных сайтах VoIP-операторов. Большинство VoIP операторов, для услуг IP-телефонии, рекомендуют использовать канал с гарантированной скоростью не ниже 64 кбит/с, при этом, основным протоколом является SIP.

Интересной возможностью оператора Telme является услуга «Заказ соединения», по своей сути представляющая функцию callback (обратный вызов). При использовании данной функции оплата складывается из стоимости вызовов направления 1 и направления 2. При этом под направлением 1, понимают место, куда звонит абонент, а под направлением 2 – откуда. Например, стоимость вызова из Санкт-Петербурга в Хельсинки будет складываться из стоимости звонков Санкт-Петербург и Финляндию. Наличие подобной услуги, позволяет использовать услуги IP-телефонию абсолютно с любого телефона, что очень удобно, хотя при callback стоимость, естественно, будет выше, чем при обычном исходящем вызове. При использовании услуги callback в роуминге, необходимо будет, дополнительно, оплатить стоимость входящего вызова. Telme предоставляет функцию callback в двух вариантах – Web-callback и sms-callback. В первом случае заказ соединения выполняют через Web-браузер, а во втором – посредством отправки sms-сообщения с номером вызываемого абонента на определенный номер.

Резюме

В наши дни, спустя 13 лет после появления технологии VoIP, без нее, современный рынок телекоммуникационных услуг представить сложно – в повседневную жизнь пользователей Интернет вошел Skype и другие подобные сервисы, в офисах устанавливают IP-АТС, появилась возможность использовать VoIP с мобильных устройств. Выросло как количество VoIP операторов, так и число людей использующих их услуги. Таким образом, не смотря на прогнозы скептиков, технология VoIP оказалась успешной и широко востребованной в современном мире.