Zaručení kvality VoIP - řešení problémů
Souhrn
Tento dokument nabízí přehled technologie Voice over IP (VoIP). Budeme se v něm zabývat technickými parametry, které souvisí se zajištěním dobré kvality hlasového výstupu. Také vám poskytne informace o měření důležitých parametrů, které ovlivňují VoIP, pomocí Protocol Expert a Link Analyzer od Fluke Networks. Popíšeme standardy pro měření kvality hlasu a příklady jak síťové problémy degradují kvalitu hovoru.
Hlas v paketech
VoIP umožňuje přeměnit zvukový/hlasový signál na proud digitálních dat, která lze umístit do paketů a přenášet je přes internet nebo firemní intranet. Typická implementace VoIP je založena na shromažďování částí hovoru dlouhých 10 ms (1/100 s), které se skládají z 80 samplů, každý o velikosti 1 byte. Obvykle se tyto bloky dat přenášejí v paketech po dvou. Abyste mohli mít instalaci založenou na standardech, potřebujete protokolovou strukturu. Protokoly IP, UDP a RTP přenáší pakety mezi vysílačem a přijímačem, jak ukazuje Obrázek 1.
Obrázek 1 - Schéma převodu hlasu do paketů
Abysme porozuměli charakteristikám VoIP, je důležité věnovat pozornost síti, která umožňuje přenos paketů a tím i IP telefonii.
Každý paket je vyslán po síti v opakujícím se procesu. Vysílací stanice sestaví paket, získá přístup na síť a pošle paket první spojovací stanici jako je přepínač, router nebo brána (gateway).Když spojovací stanice přijme paket, může prověřit jestli není vadný. Pokud je paket vadný, stanice ho obvykle zahodí. Pokud je paket v pořádku, pošle ho dalšímu spojovacímu zařízení a proces se opakuje. Žádné dva pakety nebudou mít stejná zpoždění a nemusí putovat ani po stejné cestě. Pakety mohou být také zařazeny do fronty nebo zahozeny kvůli přetížení sítě. Výsledkem je, že pakety s hlasem mohou dorazit s různými časovými rozestupy, přeházeně nebo nemusí dorazit vůbec.
Pro srovnání: konvenční sítě přepínaných okruhů (circuit switched networks) přenášejí části hlasu postupně, rychlostí 64 kb/s. Po cestě se jen málokdy zdrží a vždy putují po stejné cestě. Proto osoby, které spolu telefonují, často podléhají dojmu, že jsou propojeny párem drátů na svém vlastním okruhu.
IP sítě můžeme tedy s pohledu VoIP charakterizovat takto:
- Jsou založeny na best effort delivery.
- Vyžadují metody pro detekci chyb a předpokládají, že poslání paketu znovu je na odpovědnosti koncové stanice.
- Hrozí v nich ztráty paketů a proměnlivá zpoždění.
Paketové protokoly
Pamatujte, že samotný přenos hlasu tvoří jen jednu část digitální telefonie. Telefonní hovory také vyžadují procedury pro navázání a ukončení hovoru pomocí protokolu pro kontrolu hovoru (call control protocol). Ve VoIP se v současné době široce používají tři kontrolní protokoly: H.323, Session Initiation Protocol (SIP) a Skinny Client Control Protocol (SCCP).
Detailní popis kontrolních protokolů je nad rámec tohoto dokumentu, ale krátké vysvětlení každého z nich se nám bude hodit. Úkolem těchto protokolů je navázání, ukončení a kontrola hovorů. O samotný přenos hlasu se stará protokol RTP.
H.323 byl prvním široce používaným kontrolním protokolem založeným na standardech. Byl vyvinut v telekomunikačním průmyslu a je částečně založen na standardech ISDN pro kontrolu multimediálních hovorů přes paketové sítě. Výsledkem je, že funguje stejně dobře pro hlas i obraz. Většina hráčů na trhu však považuje H.323 za složitější než SIP nebo SCCP. Navíc je většina implementací H.323 pouze částečně propojitelná mezi provozovateli. Nicméně většina provozovatelů implementuje alespoň část svých VoIP řešení na základě H.323.
Nejvýznamnějších přínosem standardu H.323 je použití termínů gatekeeper a gateway. Gatekeeper, také call manager (správce hovorů), je popisován jako zařízení, které kontroluje všechna VoIP zařízení v síti. Registruje telefony a jiná zařízení, přijímá nebo odmítá požadavek na hovor, ukládá informace potřebné pro routování hovoru a plní ještě řadu jiných úkolů. Gateway (brána) přenáší vzkazy mezi prostředím s pakety (IP síť) a ne-paketovým prostředím jako je PSTN nebo mikrovlnný okruh T1. V řeči standardu H.323 se telefonu říká terminál, kvůli široké škále jiných zařízení, která protokol podporuje.
Mnoho expertů v průmyslu si myslí, že standard SIP byl vyvinut jako reakce na složitost H.323. SIP vyvinula internetová komunita a je založen na struktuře HTTP protokolu. Proto můžeme říct, že do SIP je vtělena obrovská spojená zkušenost web developerů a je tak k dispozici pro vývoj telefonních aplikací. Používá mnoho společných protokolů s internetem jako je DNS, DHCP a ICMP. Příslib SIP je ve dvou bodech. Zaprvé budou koncové body (endpoint) pružnější, protože budou moci být identifikovány internetovými jmény, takže cílem hovorů mohou být jména hostitelů, telefonní čísla a dokonce i emailové účty. Zadruhé budou systémy a databáze snadněji propojitelné, protože SIP je založen an Light-weight Directory Access Protocol (LDAP), který už se používá v široké paletě platforem provozovatelů.
Konečně, třetím nejpopulárnějším kontrolním protokolem je SCCP od Cisco, často nazývaný Skinny. Ukázalo se, že Skinny je jednoduchý, efektivní a relativně snadno se v něm řeší problémy. Když protokolový analyzátor zachytává nebo monitoruje pakety z telefonu v protokolu Skinny, který navazuje hovor, může technik vidět vytáčené číslo, indikaci vyzvánění, vyvěšení telefonu a jiné užitečné informace. To není se standardem H.323 možné.