Internet telefonija

Internet telefonija ili VoIP ili prenos glasa internetom (engl. Voice over Internet Protocol; VoIP), je odomaćena oznaka za Internet telefonsku tehniku. Oznaka i značenje su u koliziji jer je i prenos snimljenog govora putem Interneta takođe VoIP, ali nije telefonska tehnika jer se ostvaruje bez telefonske signalizacije koja prethodi uspostavljanju telefonskog razgovora. Iako delimično netačna, ova oznaka se često koristi, pa su čak uvedene i druge skraćenice na sličnom principu. VoATM (VoATM prenos glasa ATM tehnikom), VoFR (VoFR tehnika Frame Relay) itd.

1140E VoIP telefon

Internet

Internet je globalni sistem međusobno povezanih računarskih mreža korišćenjem TCP/IP protokola. To je mreža svih mreža koja se sastoji od milion kućnih, akademskih, poslovnih i vladinih mreža koje međusobno razmenjuju informacije i uskuge kao što su elektronska pošta, čet (engl. chat), i prenos datoteka. Između svih tih servisa, internet je javno dostupna infrastruktura za prenos govora i slike VOIP-a (engl. Voice over IP) paketa.

TCP/IP model

Osnovni protokol na području internet komunikacija je TCP/IP (engl. Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Sam protokol je nastao kao rezultat istraživanja eksperimentalne mreže, ARPANET-a. Ovaj protokol se sastoji od velikog broja drugih protokola koji svi zajedno čine osnovu na kojoj danas počiva komunikacija na internetu.

Iako ne postoji službeni model TCP/IP protokola, prema načinu na koji se preko njega odvija komunikacija, može se grubo podeliti na 5 OSI (OSI) slojeva:

OSI i TCP/IP model

1. Aplikacioni sloj– sadrži logiku potrebnu za podršku korisničkim aplikacijama
2. Transportni sloj- omogućava tok podataka između 2 sistema uključena u komunikaciju.
3. Internet sloj- omogućava tok podataka između 2 sistema povezana na različite sisteme. Bavi se usmeravanjem paketa od izvora do odredišta
4. Sloj mrežnog pristupa- bavi se komunikacijom između krajnjeg sistema i mreže na koju je sistem spojen.
5. Fizički sloj- pokriva fizičku komunikaciju između uređaja koji šalje podatke i mreže.

U ovakvoj slojnoj strukturi, svaki sloj koristi usluge nižeg sloja i pruža usluge gornjim slojevima. Neki slojevi dodaju korisničkim podacima dodatne kontrolne podatke koji se koriste u daljnjoj obradi.

VoIP

Voice over IP podrazumeva komunikacionu tehnologiju ili servis koji omogućava prenos govorne i vizuelne komunikacije preko računarske mreže ili interneta umesto regularne analogne telefonske linije. Neki VoIP servisi omogućavaju pozivanje korisnika istih servisa, dok drugi omogućavaju i pozivanje svih lokalnih, međunarodnih ili mobilnih telefonskih brojeva.

Princip rada tehnologije je relativno jednostavan: audio informacija se transformiše u pakete pomoću specijalnih DSP procesora i usmerava se preko interneta ili privatne mreže, da bi se na kraju ponovo dešifrovala u audio signal.

Upotreba je jednostavna, naročito ako se koriste već postojeće VoIP infrastrukture kao što su : Skype, Viber ili WhatsApp, gde se korisnici međusobno besplatno pozivaju upotrebom internet resursa, a moguće je proširiti funkcionalnost i na ostale javne sisteme sa kraja na kraj, kako bi se sačuvala privatnost razgovora.

Veza interneta i VoIP-a, istorijat

Još od ranih početaka razvoja interneta, uočeno je da korisnici ovaj novi vid umrežavanja najviše koriste u svrhe komunikacije. Istraživanja pokazuju, da i danas kao pre desetak godina, preko 90% korisnika, internet koristi u svrhe komunikacije, a preostalih 10% za pretraživanje (surfovanje). U prvim danima interneta, komunikacija odvijala se putem elektronske pošte, a odmah zatim i putem IRC-a (engl. Internet Relay Chat servisa) tj. komunikacije u realnom vremenu putem kucanja poruka koje se razmenjuju sa trenutno aktivnim korisnicima. Početkom dvadesetih godina prošlog veka, taj vid komunikacije preneo se na komunikaciju glasom i slikom putem raznih servisa. 1996. godine su mnogi proizvođači elektronskih komponenti shvatili da je postojeći vid brzine protoka podataka dovoljan ukoliko se postigne bolji nivo kompresije zvuka ljudskog glasa. Tako da su se tada mnogo kompanije (Cisco, Motorola, Intel itd.) uključile u razvoj u razvoj ove tehnologije. Već tada su se telefonski pozivi konvertovali u VoIP. Na ovaj način vršene su velike uštede u komunikaciji.

Mane klasične telefonije:

Pored svih prednosti koje se ogledaju u pouzdanosti i proverenosti tehnologije kao i u jednostavnosti primene i održavanja, klasična telefonija ima mnogo više svojih mana:

1. Kapacitet analognih linkova (posebna linija (parica) za svaki razgovor),
2. Skalabilnost (sistem je ograničen i teško proširiv)
3. Veliki troškovi telefoniranja
4. Nemogućnost dodavanja novih aplikacija u sistem
5. Odvojeni sistemi za telefoniranje i računarsku mrežu:

• Potrebna su 2 kabla ( za telefon i za računar)
• 2 različita kompleta tehničke opreme (telefonska i računarska)
• Odvojena tehnička podrška

Ciljevi uvođenja VoIP-a su:

1. Ekonomičnost,
2. Dodatne uštede – povezivanje IP mreže sa javnom PSTN i privatnim mrežama i konvergencijom saobraćaja kroz istu infrastrukturu čime se štede mrežni resursi, koristi jedan set opreme, laka instalacija itd.,
3. Kvalitet servisa i funkcionalsnost – zadržavanje istog ili boljeg kvaliteta servisa i funkcionalsnosti u odnosu na ono što trenutno postoji u telefoniji tj. PSTN,
4. Skalabilnost i mogućnost nadogradnje i proširenja

PSTN

PSTN (engl. Public Switched Telephone Network) je integrisani sistem koji primenjuje tehnologiju komutacije kanala, što znači da je preodređeni govorni kanal dodeljen svakom pojedinačnom razgovoru. Ovakve integrisane mreže postoje na lokalnom, nacionalnom i internacionalnom nivou i još uvek predstavljaju osnovnu infrastrukturu za javne telekomunikacije. PSTN mreže se satoje od od bakarnih telefonskih linija, radio relejnih sistema prenosa, optičkih kablova, satelitskih linkova i mobilnih mreža. Osim fiksnih analognih linija do krajnjih korisnika, PSTN sistem je sada potpuno digitalizovan, u svom jezgru zasnovan na prenosu bita odnosno kodova. PSTN mreže su na migracijskom putu prema VoIP-u. VoIP sistem obavlja digitalizaciju analognog signala, kodiranje i kompresiju, zatim segmentaciju u pakete i prenos do odredišta. Takva poruka ne zahteva govorni kanal. Umesto toga, poruka može biti poslata preko istih linija koje se koriste za internet. Potrošači traže sve više od komunikacionih tehnologija. Oni žele govor, podatke i slike, a to sve zahteva povećanje kapaciteta.

VoIP standardi i protokoli

VoIP protokoli, kao i većina drugih protokola za prenos multimedijalnih podataka, impplementiraju se na aplikacionom sloju referentnog modela OSI. U VoIP sistemima najčešće se koristi standard N.323 i protokol SIP. N.323 je protokol sa kojim je VoIP postao kao što smo već naveli ali se u novije vreme najviše koristi SIP protokol i može se reći da sve modernije implementacije koriste SIP protokol kao osnovu, a N.323 se zadržao još kod starijih verzija uređaja i klijenata. Pored ova dva postoji i veliki broj proprietary protokola razvijenih od strane velikih IT kompanija kao što su : SCCP,MGCP, MEGACO ili SGCP koji se uglavnom globalno ne koriste

N.323

N.323 je ITU specifikacija skupa protokola za multimedijalnu komunikaciju preko lokalnih računarskih mreža. N.323 je trenutno najsloženiji , ali i najpotpuniji standard koji obrađuje sledeće kategorije:

• Kompresiju i prenos govora i slike u realnom vremenu,
• Prenos tekstualnih poruka ,
• Kontrolu kvaliteta veze,
• Uspostavljanje veze,
• Autorizaciju i registraciju korisnika.

N.323 obezbeđuje mehanizme za povezivanje opreme različitih proizvođača i nezavisnost od mreže, kao i podršku za konferencijsku vezu i komunikaciju sa više krajnjnih tačaka.

Osnovne komponente su terminali (kao što su Microsoft NetMeeting), protokola, konvertori, tj. mrežni prolazi (engl. Gateway) koji povezuju N.323 zone i druge mreže, čuvari zone (engl. gatekeeper) koji nadgledaju rad svih ostalih komponenti, preslikavaju telefonske brojeve u IP adrese odredišnih uređaja i sprečavaju zagušenje (kontrolišu broj uspostavljenih veza u mreži) i MCU (engl. Multipoint Control Unit), koje su zadužene za kontrolu konferencijskih veza.

Standard N.323 koristi veliki broj protokola, kao što su protokoli za audio kompresiju (G.711,G.723.1,G.729) i video kompresiju (H.261,H.263,H.264), kontrolni protokoli H.225 i H.245, RTP (engl. Real-time Transport Protocol) za prenos informacija u realnom vremenu i RTCP (engl. Real-Time Transport Control Protocol) koji obezbeđuje dodatne mehanizme kontrole RTP prenosa.

Još nekoliko protokola koji se nalazi pod kišobranom N.323 protokola, rade zajendo u sprezi, a svaki obavlja svoj deo posla i to su N.245 za kontrolu, N.225.0 za uspostavljanje veze, N.450.1 i N.450.3 za sigurnost itd) N.323 je zamišljen kao skup protokola koji bi služio za multimedijsku komunikaciju preko LAN-ova (LAN), no danas se toliko razvio, da je jedan od dva kadidata i za područje internet telefonije.

SIP Protokol

Protokol SIP (Session Initation Protocol) specificiro je IETF(engl. Internet Engineering Task Force). SIP služi za uspostavljanje, održavanje i raskid multimedijalne sesije. SIP najčešeće koristi UDP kao protokol transportnog sloja, jer on ne zahteva slanje potvrde o prijemu paketa i time omogućava razgovor u realnom vremenu. Pored UDP protokola, signalizacione poruke u SIP-u se mogu slati i preko TCP protokola ili TLS ako se zahteva zaštita podataka i komunikacije. SIP se poziva na različite protokole. Najznačajniji su:

• RSVP (Resource reSerVation Protocol), koji se koristi za rezervisanje mrežnih resursa i pomaže ostvarivanje određenog nivoa kvaliteta usluge,
• RTP, RTCP, RTSP (Real Time Streaming Protocol) - protokoli aplikacionog nivoa za slanje podataka u realnom vremenu,
• SAP (Session Announcement Protocol) - protokol za objavljivanje multimedijalnih sesija i
• SDP (Session Description Protocol) - za opis multimedijanih sesija.

SIP mreža je sastavljena od 4 tipa logičikih SIP entiteta. Svaki entitet ima specifičnu funkciju i učestvuje kao klijent i server. Jedan fizički uređaj može funkcionisati kao više logičkih SIP entiteta. Na primer mrežni server radi u isto vreme i kao proksi sever i kao registrar. Tipovi logičkih entiteta su:

1. Korisnički agent (engl. UA-User Agent),
2. Proksi server (engl. Proxy Server),
3. Redirekt server (engl. Redirect Server) i
4. Registrar.

U SIP-u korisnički agent je krajnji entitet koji inicira i terminira sesije tako što razmenjuje zahteve i odgovore. Funkciju kosrisničkog agenta mogu da imaju radne stanice (engl. softphones), IP telefoni, telefonski gejtveji, gejtkiperi, automatizovani servisi za odgovor, UMTS mobilni telefoni.

SIP protokol

Korisnički agent je definisan kao aplikacija koja sadrži i UAC-User Agent Client i UAS-User Agent Server. UAC klijent aplikacija inicira SIP zahteve, a UAS server aplikacija kontaktira korisnika kada je primljen zahtev i vraća odgovor u ime korisnika. Na ovaj način se peer-to-peer komunikacija ostvaruje korišćenjem klijent-server protokola. Proksi server je odgovoran za rutiranje i uručenje poruke pozvanoj strani. To je posrednički entitet koji zavisno od svrhe zahteva može imati ulogu i servera i klijenta. Zahtev se obrađuje ili interno ili se, uz moguće prevođenje prespaja dalje do drugih servera. Proksi prepisuje, a kada je neophodno i piše ponovo zahtev za retransmisijom. On takođe dozvoljava rad u 2 moda: statefull i stateless.

Statefull podrazumeva da se poziv ili cela zahtev-odgovor transakcija pamti od početka do kraja, a u stateless modu svaki zahtev i odogovor se obrađuju zasebno.Redirekt server vraća novu lokaciju za zahtev tj. daje informacije o narednom skoku SIP poruke. On rasterećuje rutiranje proksija tako što prihvata SIP zahtev, mapira adresu pozvane u nulu (ako nije poznata druga adresa) ili više novih adresa i vraća ih klijentu. Za razliku od proksija, redirekt server ne prosleđuje zahteve drugim serverima.

Proksi server

Registrar je server koji prihvata zahtev za registraciju i ima pristup bazi podataka (engl. Location service), koja sadrži informacije koje povezuju korisnikovu IP adresu i njegove kontakt fizičke adrese. Korisnik može da registruje jedan ili više uređaja na mreži i time postaje dostupan dostupan za kontakt, bez obzira gde se nalazi i to nezavisno od pojedinosti u vezi mreže ili uređaja koji koristi.

Zahvaljujući registraru, pozivi se upućuju na ime osobe umesto da se primenjuje komplikovana numerička šema. On potvrđuje mapiranje od imena do adrese. Zahvaljujući redirekt serveru i registraru , SIP podržava redirekt mod, jer se poziv može preusmeriti u skladu sa trenutnom lokacijom korsinika. Na ovaj način, SIP podržava mobilnost korisnika. Ovo je novi personalizovani model komumikacija – umesto da se akcenat stavlja na uređaj u nadi da će i osoba biti dostupna, sada mreža može da locira osobu.

SIP koristi internet URL (engl. Uniform Resourse Locator) za adresiranje. Adresa korisnika uopšteno ima formu ime@domen i liči na e-mejl adresu. Zbog ove sličnosti, SIP URL se lako može pridružiti korisnikovoj e-mejl adresi. SIP podržava i internet i PSTN adrese. Obzirom da SIP URL opisuje korisnikov domen, poruke se prvo rutiraju na domen, a zatim ih entiteti domena prosleđuju do terminala.

Poruke

Poruke su tekstualne, a po sintaksi i po polju zaglavlja su slične kao HTTP. U njima se ne prenosi sadržaj sesije već samo URL i drugi podaci koje krajnji entiteti koriste da pribave sadržaj. Mogu se podeliti na dva tipa: Zahtev (engl. Request) – šalje se od klijenta ka serveru Odgovor (engl. Response)- koji se šalje od servera ka klijentu. Poruke za odgovor sadrže numeričke kodove, delimično bazirane na HTTP odgovor-kodovima.

Poruke se prenose korak po korak (engl. hop by hop) i bez obzira da li je u pitanju zahtev ili odgovor, sadrže zaglablje i telo. U zaglavlju se prenose:

• Informacije o SIP adresi pozvanog korisnika,
• Informacije o SIP adresi pozivajućeg korisnika,
• Indentifikator sesije,
• Informacije o dužini tela poruke i tipu,
• Informacije koje se prenose u telu poruke,
• Informacije o skokovima poruke i
• Redni broj zahteva

Telo poruke se koristi da opiše sesiju koju treba inicirati ali može biti iskorišteno i za obične tekstualne ili binarne podatke povezane sa sesijom. SIP entiteti primaju poruke u ime korisnika u cilju obezbeđivanja servisa, pri čemu SIP pravi jasnu razliku između signalizacionih informacija, koje se prenose u zaglavlju i informacija sesije koje su van kompetencije SIP-a. Moguće poruke SIP-a su SDP (engl. Session Description Protocol), MIME (engl. Multipurpose Internet Mail Extensions) ili drugo (definisano od strane IETF-a ili kroz konkretnu implementaciju).

RTP

RTP (engl. Real-time Transport protocol) osigurava podršku za prenos podataka u stvarnom vrenenu (engl. real-time). Usluge koje pruža:

• Vremenska rekonstrukcija,
• Otkrivanje izgubljenih paketa,
• Sigurnost i identifikacija sadržaja

RTP je primarno stvoren za multicast prenos real time podataka, ali se može koristiti i za pojedinačni unicast prenos. RTP se dopunjuje sa RTCP kontrolnim protokolom kako bi dibio podatke o kvalitetu prenosa i o učesnicima u prenosu. Paketi poslati preko interneta imaju nepredvidivo kašnjenje zbog nesinhronizovanosti dveju strana, strane koja šalje i strane koja prima pakete. Real time aplikacije zahtevaju vremenski sinhronizovano slanje i reprodukciju podataka. RTP omogućava vremensko označavanje, numeraciju paketa unutar niza.

Vremensko označavanje (engl. timestamping) je najvažniji podatak aplikacije koju zahtevaju istovremenu komunikaciju. Pošiljalac u to polje upisuje trenutak slanja prvog uzorka. Vremenske oznake rastu sa količinom vremena koju pokriva paket. Nakon prijema paketa, prijemnik koristi vremenske oznake kako bi pravilno rekonstruisao primljeni podatak. Vremenske oznake služe i za međusobnu sinhronizaciju različitih medija radi sinhronizacije video i audio signala, ali sam RTP nije zadužen za ovo, korekcija treba da se vrši na aplikativnom nivou. UDP ne isporučuje pakete redosledom kojim su poslati pa se koristi numeracija paketa (engl. sequence numbers) kako bi se pristigli paketi pravilno rasporedili. Iz tog razloga većina današnjih uređaja poseduje jedan prijemni odeljak u koji smešta tek pristigle pakete i pokušava da ih preraspodeli. Pomoću numeracije paketa takođe se može otkriti i gubitak paketa. Identifikacija vrste tereta (engl. payload type identifier) određuje format transmisije i definiše koji su postupci kompresije i kodovanja korišćeni. Iz tog polja, aplikacija na prijemnoj strani zna kako interpretirati i pravilno reprodukovati podatke. U jednom trenutku prenosa, pošiljaoc RTP paketa može slati samo jednu vrstu ili tip podataka i u toku prenosa moguće je da se ta vrsta promeni usled uticaja nekih faktora (zagušenje mreže). RTP sadrži i informaciju o izvoru signala, što omogućuje prijemnoj strani da zna odakle dolaze podaci. RTP radi preko UDP protokola kako bi iskoristio njegove osobenosti pogodne za multimedijske sadržaje. TCP je konekcijski orijentisan protokol koji osigurava direktnu vezu i pouzdan tok podataka, dok UDP to nije. UDP je izabran kao odredišni protokol za RTP iz dva razloga:

1. RTP je dizajniran primarno za multicast slanje pa mu samim tim direktna veza TCP ne odgovara.
2. Za aplikacije koje rade u realnom vremenu, pouzdanost isporuke paketa nije jednako važna kao i pravovremenost dolaska istih.

Pouzdana veza koju omogućuje TCP protokol u ovom slučaju čak i nije poželjna, pogotovo ne retransmisija paketa. Prilikom mrežnog zagušenja neki paketi će biti izgubljeni i aplikacija će moći da reprodukuje sadržaj ali sa nižim kvalitetom. Ako protokol insistira na pouzdanom prenosu i traži da se izgubljeni paketi ponovo pošalju, to će povećati kašnjenje, dodatno zagušiti mrežu i na kraju, aplikacija neće imati dovoljno podataka za obradu.

RTSP

RTSP (engl. Real Time Streaming Protocol) je protokol aplikacijskog nivoa namenjen kontroli dostave podataka sa real-time svojstima kao što su audio i video. RTSP ostvaruje i kontroliše jedan ili više vremenski sinhronizovanih tokova kontinuiranih podataka. RTSP ne zahteva konekciju. Server održava sesiju koja nije nikako zavisna od veza prenosnih slojeva kao što je na primer TCP veza. Klijent zato može da koristi i connectionless protokol kao što je UDP. Tokovi podataka kontrolisanih od strane RTSP-a mogu koristiti RTP ali funkcije koje obavlja RTSP ne zavise od transportnog mehanizma koji se koristi za prenos podataka.

Koristeći RTSP omogućuje se potpuna kontrola nad reprodukcijom audio i video zapisa. RTSP je uppravljački protokol sličan sekundarnoj konekciji u slučaju FTP protokola. Ovaj protkol se koristi i kod IPTV i služi za kontrolu i prenos podataka. Protokol je veb orijentisan i funkcioniše na sledeći način:

1. HTTP klijent pristupa Veb serveru naredbom GET
2. Veb server šalje metafile klijentu, koji se prosleđuje media plejeru (engl. media player)
3. Media plejer uspostavlja vezu sa media serverom slanjem komande SETUP
4. media sever potvrđuje sesiju
5. Media plejer šalje komandu PLAY da bi započeo reprodukciju odnosno streaming
6. Audio i video zapis se prenosi koristeći protokol na bazi UDP protokola
7. Konekcija se prekida komandom TEARDOWN
8. Media server potvrđuje raskid sesije

Audio i video kodeci:

Kodeci se koriste za konverziju audio i video signala u digitalnu enkodovanu formu. U toj konverziji radi se usklađivanje kvaliteta kompresije i količine prenesenih informacija sa dozvoljenim propusnim opsegom ili kvalitetom veze. Različitost kodeka se ogleda i u kvalitetu zvuka slike u poređenju sa potrebnim propusnim opsegom ili sa DSP(CPU) zahtevima. Neki kodeci su usled velike kompresije vrlo zahtevni za uređaj koju vrši kompresiju, drugi pak zahtevaju velike propusne opsege ali nude visok kvalitet reprodukovanog signala.

Audio kodeci koji se koriste: su G.711ulaw, G.711alaw, G.722 wideband codec, G.729 lowband codec, G.723, SILK, ILBC

Video kodeci: H.265/HEVC, H264 , H264/MPEG-4 Part 10, AVC, H263 , VP8

Zavisno od kodeka zavisi i kvalitet prenetih informacija ali i zahtevi koji određeni uređaj i internet veza treba da dozvole.

Literatura

• „Savremena telefonska tehnika“ – Žarko Markov 2005
• „Understanding the sip“ – Alan B. Johnston
• „Računarske mreže“ – Verica Vasiljević 2008
• „Računarske mreže“ – Andrew Tanenbaum 2008

Spoljašnje veze

• Microsoft Srbija
• Sajt za besplatno učenje mreža
• Cisco sajt
• UDP