MULTIMÉDIA
KOMMUNIKÁCIÓ IP KÖRNYEZETBEN
A telefon több mint 100
éves fejlődése alatt a fejlett társadalmak egyik alappillérévé vált. Nélküle
elképzelhetetlen lenne az üzleti élet. Az eddigi történet során a műszaki
megoldások több fejlődési fázison mentek keresztül, generációkról lehet
beszélni. Az elektromechanikus analóg korszak rendszereit a 70-es években a
digitális, elektronikus rendszerek váltották fel. A XX. század végének
telefóniájában pedig a mobil rendszerek diadalmenete figyelhető meg. A mai
fejlődést a távközlési, informatika és a média technológiák integrációja
jellemzi, melynek nagyhatású jelensége az Internet és annak technológia. Ez a
hatás olyan erős, hogy nem túloznak azok, akiknek az a véleményük, hogy az
integrált távközlési infrastruktúra IP alapú lesz.
Ma már a szakértők
egyetértenek abban, hogy az IP telefónia és a multimédia alkalmazások szerepe
jelentősen növekedni látszik. A témához szükséges ismeretek Magyarországon
jelenleg meglehetősen szétszórtan keletkeznek, sokszor rendezetlenek,
ennélfogva a témával foglalkozó szakemberek és a felsőoktatás számára nehezen
találhatók meg. Fontos tehát, hogy az ismeretek összefoglalásra, rendszerezésre
kerüljenek, és magyar nyelven rendelkezésére álljanak. A könyv célja, hogy
összefoglalja a témával kapcsolatos alapismereteket és a legújabb eredményeket.
A könyv anyagának alapját
1999. és 2000. Novemberében a PanTel Rt. által a Kandó Kálmán Műszaki Főiskola
Híradástechnikai Intézetében a III. évfolyam (távközlés, informatika hallgatók)
részére tartott tanfolyam anyaga képezi.
Az IP telefónia mellett a
könyv a távközlés néhány általános kérdését (hálózati architektúrák,
szolgáltatásminőség, távközlési és informatikai biztonság, szabványosítás) is
tárgyalja. Azon túlmenően, hogy didaktikai szempontból hasznos az IP telefónia
beágyazása az általános távközlésbe, a szerző véleménye szerint ezen általános
kérdéseknek összefoglalása hiányt pótol a hazai irodalomban.
1. BEVEZETÉS
A mai nyilvános
távbeszélőhálózat tarifarendszerek szövevényéből épül fel. S bár az egyes
hívások költsége nem túl magas, a vállalatok költségvetésében a rengeteg
telefonálás jelentős összegként jelenik meg. A legtöbb vállalat esetében ezek a
költségek drasztikusan csökkenthetők lehetnének. Sok vállalat bérelt vonalakkal
próbálja meg lefaragni a távközlési költségeit, de ez a megoldás is komoly
összegekbe kerül.
A költségek mellett egyre
jelentősebbek a funkcionális szempontok. Az IP multimédia kommunikáció
funkcionális lehetőségei révén hatékonyabban használható, jobban beépülhet
egy-egy üzleti vagy ügyviteli folyamatba, és a magán használat során számos
kényelmi előnyt jelenthet
Ez a fejezet elemzi a
nemzetközi és a hazai piaci trendeket, és felvázolja a piaci szereplők számára
választható lehetséges stratégiákat.
Hagyományos távbeszélő szolgáltatók stratégiája
2.1. Motívációk a szolgáltatás igénybevételére
2. HÁLÓZATI ARCHITEKTÚRÁK
Az előző fejezetben az IP
telefónia üzleti jelentősége került ismertetésre. Látható, hogy az eszközök
piaca várhatóan dinamikusan bővül. Felvetődik a kérdés, hogy az új technológia
megjelenése hogyan illeszthető be a távközlés világot átfogó infrastruktúrájának
evolúciójába. Az IP telefónia műszaki jelentőségének megítéléséhez szükséges,
hogy elhelyezzük azt a távközlő hálózatok architektúrájának evolúciójában.
Mindezek előtt néhány a
távközlési architektúrákra vonatkozó alapfogalmat is célszerű tisztázni. Ennek
során láthatóvá válik, hogy a jelenleg üzemben lévő távközlési architektúrák
milyen irányban fejlődnek. Mindezek alapján talán bizonyíthatóvá válik az az
állítás, hogy az IP telefónia a kapcsolástechnika új ágát jelenti.
Az
információszolgáltatás általános architektúrája
Gyakorlati
hálózati architektúra
A jelenlegi
hálózatok architektúrája
A hagyományos
hálózati architektúra továbbfejlesztése
Az NGN
koncepció előnyei [HP Starvox ea]
A
használók/előfizetők szempontjából
Az új
koncepció hatása a hagyományos technológiákra
PINT - Hybrid of PSTN and Internet
3. DIGITÁLIS HANG- ÉS KÉPÁTVITEL
A digitális rendszerek és
a jelfeldolgozó processzorok terjedésével az elmúlt időszakban a beszéd-, a
kép- és a hangjelek digitalizálása terén látványos fejlődés következett be.
Lényegesen lecsökkent valósidejű alkalmazásoknál (pl. távközlés) adott minőségű
kép- ill. hanginformáció átviteléhez szükséges átviteli kapacitás és a nem
valósidejű alkalmazásoknál (pl. hang- és képrögzítés) a szükséges tárolási
kapacitás.
A korszerű kódolási
módszerek bonyolultabb matematikai algoritmusok alapján működnek.
Megvalósításukat elősegítette a VLSI félvezető technológia és a digitális
jelfeldolgozó processzorok tömegessé válása és árcsökkenése. A kódolás és
dekódolás technológiájának fejlődése a távközlési végberendezésekre is
kihatott. Ezzel párhuzamosan a gazdaságos átviteli kapacitás terén is rohamos a
fejlődés, ennélfogva az alkalmazások köre rohamosabban bővül, mivel a
kapacitásigények csökkenése és a lehetőségek bővülése egyidejűleg történik.
Hasonló megállapítások tehetők a hang- és képrögzítés eszközeire is.
Mint a 6. Fejezetből látható,
az IP multimédia hálózatokon a gateway funkció kezeli az egyes információfajták
kódolását ill. dekódolását. Jelen fejezet általános és átfogó áttekintést ad
erről a területről, de elsősorban az IP telefónia és multimédia szempontjából
fontos hang- és képkódolási eljárásokat, valamint a hang- ill. képátvitelben a
médiafolyam jelek kezelésével kapcsolatos eljárásokat tárgyalja. Leírja az
egyes eljárások főbb alapelveit és megadja az egyes szabványosnak mondható
eljárások összehasonlító elemzését is.
Beszédcsatornában
alkalmazott kódolási módszerek
DTMF kódok
továbbítása [RFC 2833]
Mozgókép kódolási eljárások összehasonlítása
Multimédia
üzenetek (MMS) kódolása
Multimédia
információ tárolása, kezelése számítógépen
Átviteli
rendszerek követelményei
4. CSOMAGKAPCSOLÁS - IP ALAPISMERETEK
Mivel az IP telefónia és
az IP multimédia alkalmazások megvalósításához megfelelő jellemzőkkel
rendelkező hálózati platform szükséges, jelen fejezet összefoglalja azokat az
alapismereteket, amelyek a csomagkapcsolásra, ezen belül az IP-alapú
csomagkapcsolásra, és ennek egy igen elterjedt megvalósulására, az Internetre
vonatkoznak.
A hálózati architektúrák
leírásának általánosan elfogadott módszere, hogy a hálózat három fő szempont
szerint írandó le:
• struktúra, felépítés
• címzés, számozás
• forgalomirányítás
Jelen fejezet is
többé-kevésbé ezt a tematikát követi, egyedül a struktúrával foglalkozik
kevésbé, mivel csomagkapcsolt hálózatokról lévén szó, ezek nemhierarchikus
felépítése folytán a struktúra jelentősége eltérő.
Áramkörmódú átviteli mód: vonalkapcsolás
A csomagmódú átviteli mód: csomagkapcsolás
Virtuális hívás módszer (Virtual Call Method)
Datagram módszer
(Datagram Method)
Átviteli mód és forgalomirányitási képességek
Összeköttetés-orientált és összeköttetésmentes
hordozószolgáltatások
Összeköttetés-orientált hordozószolgálat
Összeköttetésmentes hordozószolgálat
A csomagkapcsolás előnyei és hátrányai
A legáltalánosabban elterjedt csomagkapcsolási protokoll:
az IPv4
Összeköttetés-orientált csopmagkapcsolt IP
hordoszószolgálat: a TCP
IP hálózatok címzési rendszere
Alhálózatokra bontás (subnetting)
Az alhálózat maszk (subnet maszk) szerepe
IP címkiosztás és szervezeti keretei
IP forgalomirányítási módszerek [3]
Statikus és dinamikus forgalomirányítás
Belső forgalomirányítási protokollok (Interior routing
protocols)
Külső forgalomirányítási protokollok (Exterior Routing
Protocols)
Integrált szolgáltatású (IS: Integrated Services)
architektúra
Differenciált szolgáltatású (DS: Different Services)
architektúra
Tag switching (cimkekapcsolás)
Címkeelosztó protokoll - TDP (Tag Distribution Protocol)
Az MPLS (MultiProtocol Label Swiching)
Valósidejű alkalmazások IP környezetben
Protokoll vonatkozású kérdések
A Best Effort és a sávszélesség szabályozás (Bandwtdth
Control) összehasonlítása
A multicast előnyei
és hátrányai
Multicast szétosztási mechanizmusok
A Mobile IP protokoll működése
Az IP protokoll alkalmazása lokális hálózatokban
Címzés és protokoll azonosítás
Az IPv6 legfontosabb tulajdonságai
Az IPv6 címzési rendszere [RFC 4291]
5. INTERNET ALAPISMERETEK
A 4. fejezetben
összefoglalt csomagkapcsolási és IP alapismeretekre épülően szükséges, hogy az
IP-alapú csomagkapcsolás legjelentősebb alkalmazási területe – az internet –
külön fejezetben kerüljön tárgyalásra. Ebben a fejezetben specifikusan az
internettel kapcsolatos architekturális ismeretek is megtalálhatók, amelyek az
internet szervezeti ill. intézményi kérdéseinek ismertetésével egészülnek ki. A
fejezetet a legfontosabb alkalmazások vázlatos ismertetése zárja.
Az Európai Unió internet azonosítógazgdálkodása
Domain neveken alapuló rendszer
A domain rendszer (DNS) elemei
Az internet erőforrások azonosítása: az URI séma
Távoli terminál üzemmód: a Telnet
WAIS (Wide Area Information Servers)
Az internet továbbfejlesztése, az internet2
6. MULTIMÉDIA ALKALMAZÁSOK TÁMOGATÁSA IP
HÁLÓZATOKON ÉS INTERNETEN
Az előzőekben ismertetett
valósidejű környezet legfontosabb alkalmazási területe a beszéd- és multimédia
alkalmazás. Az IP alapú multimédia alkalmazások egy “kezdetleges” módja a
nyilvános Interneten történő beszédátvitel, ami nagy megtakarítást jelenthet,
főleg nemzetközi hívásoknál (vö. Internet előfizetés és nemzetközi hívás díja).
Egy másik felhasználási mód a hagyományos, általában vállalati,
távbeszélő-alrendszerek helyettesítése LAN alapú IP alapú hangátvitellel. Ez
egyúttal a belső adat- és beszédhálózat egybeolvasztását jelenti. Harmadik
módszer a helyközi ill. nemzetközi kapcsolat helyettesítés lehetősége. Ilyenkor
menedzselt IP hálózat képezi a hang- és multimédia alkalmazás platformját. Az utóbbi
években egyre terjednek az IP környezetben (és a nyilvános interneten) a
mozgókép átvitelt használó alkalmazások, melyek között a valós idejű képátvitel
(műsorterjesztés) sem ritka. Ez utóbbival külön fejezet foglalkozik.
Elképzelhetőek még más felhasználási módok is, ezeket azonban itt nem
részletezzük.
Jelen fejezet bemutatja,
hogy a megismert IP hálózati környezet bázisán a fenti esetek szempontjait
figyelembevéve milyen módon valósítható meg beszéd- és képátvitel és hogyan
valósíthatók meg multimédia alkalmazások. Ennek során a világszerte nagy
jelentőséggel bíró H.323 és SIP rendszerek részletesen ismertetésre kerülnek.
Az IP alapú
hangátvitel működése
Hagyományos
kontra IP alapú hangátvitel távbeszélő rendszerek
Az IP alapú hang
(multimédia) kommunikáció előnyei
A H.323
ajánlás alkalmazási köre
A H.323
architektúra áttekintése
A H.323
rendszerelemek részletezése
A H.323 által
használt protokollok
H.323
üzenetváltási folyamatok
H.323 alapú
konferenciaösszeköttetések
SIP (Session
Initiation Protocol) [4]
Regisztráció a
SÍP szolgáltatásra
Session Description Protocol (SDP)
Mobilitás
támogatása a SÍP-ben [25]
Együttműködés
a H.323 és a SIP között
Szerver
kapcsolatok, regisztráció
A H.323 és a
SIP összehasonlítása
Multimédia
kommunikáció: Gateway szeparáció, MGCP
7. MŰSORTERJESZTÉS IP KÖRNYEZETBEN
A 4. fejezetben
ismertetett valósidejű környezet legfontosabb alkalmazási területe a beszéd- és
multimédia alkalmazás. Amennyiben a beszéd- és multimédia információ megfelelő
minőségben továbbítható, számos alkalmazásra nyílik lehetőség. Ezek az alábbi
csoportba sorolhatók:
• Az IP alapú multimédia alkalmazások egy “kezdetleges”
módja a nyilvános Interneten történő beszédátvitel, ami a hívási díjak
tekintetében a használó számára nagy megtakarítást jelenthet, főleg nemzetközi
hívásoknál (vö. internet előfizetés és nemzetközi hívás díja).
• Egy másik felhasználási mód a hagyományos, általában
vállalati, távbeszélő-alrendszerek helyettesítése LAN alapú IP alapú
hangátvitellel. Ez egyúttal a belső adat- és beszédhálózat egybeolvasztását
jelenti.
• A harmadik alkalmazáscsoport a hálózat üzemeltetőt ill.
a szolgáltatót érinti. A távbeszélő ill. multimédia forgalomban megtakarítást
eredményezhet a hagyományos, időosztás elvén működő helyközi ill. nemzetközi
kapcsolat helyettesítésének lehetősége. Ilyenkor menedzselt IP hálózat képezi a
hang- és multimédia alkalmazás alapját.
• A negyedik alkalmazáscsoport jelentősége rohamosan
növekszik, melynek lényege, hogy a multimédia (többnyire kép és hang)
kommunikációra építve az IP környezetben egyrészt újszerű alkalmazások jelennek
meg, másrészt a hagyományosnak nevezhető műsorterjesztésben a terjesztési
platformok választéka IP hálózattal (sok esetben a nyilvános internettel) bővül
ki.
Jelen fejezet bemutatja,
hogy a megismert IP hálózati környezet bázisán a fenti negyedik eset
szempontjait figyelembe véve milyen módon valósítható meg a műsorterjesztés, és
ennek kapcsán a hálózati kérdéseken túlmenően milyen újszerű kérdések merülnek
fel.
Adatkommunikáció multimédia környezetben
Műsorterjesztési architektúrák (streaming)
Kommunikációs kapcsolat a szolgáltatói és az
igénybevételi platform között
8. VOIP HÁLÓZATI MEGOLDÁSOK
Az IP telefónia
felhasználásának egy “kezdetleges” módja a nyilvános interneten történő
telefonálás vagy inkább csak beszédátvitel. Ez nagy megtakarítást jelenthet,
főleg nemzetközi hívásoknál (vö. Internet előfizetés és nemzetközi hívás díja),
persze lényegesen rosszabb minőséggel. Egy másik felhasználási mód a
hagyományos, általában intézményi telefon-alrendszerek helyettesítése IP
telefónia rendszerrel - a külvilág felé a kapcsolatot egy együttműködtető
egység biztosíthatja. Ez egyúttal az intézményi adat- és beszédhálózat
egybeolvasztását jelenti.
Harmadik módszer, amikor
a nyilvános hálózat valamelyik szegmensét IP hálózat helyettesíti.
Az előző fejezetekben
megismert elvi architekturális felépítés valamint a működési elvek ismeretében
a gyakorlati megvalósítás felé haladva célszerű először megismerni, hogy a
gyakorlatban megvalósított IP telefónia rendszerek milyen módon épülnek fel,
milyen módon kapcsolódnak a hagyományos távbeszélőhálózathoz.
Ez a fejezet a H.323
alapú hálózati megoldásokat ismerteti, egyelőre konkrét gyártók megemlítése
nélkül.
Az irodalomban a hálózati
kédések a következő témacsoportok köré csoportosíthatók:
·
Struktúra, amikor a hálózati elemek egymáshoz való kapcsolódásáról,
·
Forgalomirányítás, amikor a hívásfelépítésről a forgalom kezeléséről
·
Számozás ill. címzés, amikor a végpontok elérésének módjáról, a címek
ill. azonosítók rendszeréről van szó.
Együttműködési
kérdések (IP világ és vonalkapcsolt világ között)
Vonalkapcsolt
és IP hálózatok közötti együttműködés változatai: TIPHON szcenáriók
OSP: Open
Settlement Protocol [13]
Globális
adatbázis (Global Database)
Benchmark
szolgáltatások (H.450)
Hívásátadás
(CT - Call Transfer)
Hívástartás
(HOLD - Call Hold)
Hívásvárakoztatás
(CW - Call Waiting)
Várakozó
üzenet jelzése (MWI - Message Waiting Indication)
Hívásteljesítés
foglaltság esetén (CCBS - Completition of Calls to Busy Subscriber)
Hálózati
kérdések a számozás szempontjából
VoIP-specifikus
számozási problémák
9. MINŐSÉGI KÉRDÉSEK
Mint az 1. Fejezetben is
kifejtésre került, az IP telefónia piaci megjelenésekor a fő kérdés az volt,
hogy minőségileg ekvivalens-e ill. milyen minőségű szolgáltatás nyújtására van
lehetőség ebben az új, csomagkapcsoláson alapuló technológiai környezetben, és
egyáltalán mennyiben tekinthető ekvivalensnek a hagyományosnak tekinthető
(vonalkapcsoláson és időosztáson alapuló) telefóniával. Hasonló kérdés vetődik
fel a multimédia kommunikáció esetében is, legalábbis azokban a szegmensekben,
amelyek a hagyományos műsorterjesztési szolgáltatások alternatívájaként
jelennek meg.
Ez a fejezet az IP
multimédia kommunikáció minőségi kérdéseivel foglalkozik. Ennek során azt
igyekszik tisztázni, hogy egyrészt a hagyományos telefónia és műsorterjesztés
minőségi kérdései mennyiben alkalmazhatók erre a viszonylag új területre,
másrészt az IP technológiában kialakult minőségi kérdések hogyan befolyásolják
a hangátviteli szolgáltatások minőségét. Röviden összefoglalja a
minőségbiztosítással összefüggő nem műszaki (gazdasági, jogi, szabályozási
stb.) kérdéseket is.
Elöljáróban meg kell
jegyezni, hogy a multimédia szolgáltatások minőségének elemzése ma még nem
tekinthető teljesen kiforrottnak. A vizsgálatok, elemzések meglehetősen
időigényesek és költségesek, ezért a rendelkezésre álló tapasztalat ma még nem
tekinthető olyan gazdagnak, mint a több évtizedes múlttal rendelkező
szolgáltatások (pl. telefónia) esetében.
9.1. A távközlési szolgáltatás minőségének általános
kérdései
A minőséggel
összefüggő gazdasági, társadalmi szempontok
Módszerek a
minőségi követelmények kielégítésére
Minőségi
követelmények, a minőség megítélése
9.2. Műszaki (objektív) minőségi jellemzők
A műszaki
minőségi jellemzők összetevői
Jelátviteli
minőségi jellemzők
Szolgáltatások, alkalmazások minőségi jellemzői
A szolgáltatás
használhatósága
A műszaki
minőségi mutatók számszerű értékének meghatározása
9.3. Szubjektív minőségi jellemzők
Minőségi
kategóriák hangátvitel esetén
Beszédátvitel
minősége, beszédérthetőség
A szolgáltatás
ellátás minősége
9.4. Az objektív minőségi jellemzők hatása a szubjektív
minőségre
9.5. Multimédia szolgáltatások minőségi jellemzői
IP telefónia: ETSI TIPHON minőségi követelmények
IPTV
szolgáltatás: műszaki minőségi jellemzők [15]
10. BIZTONSÁGI KÉRDÉSEK
A távközlési rendszerek,
szolgáltatások biztonsága a szolgáltatások üzleti sikerének fontos eleme. A
szolgáltatási piac szereplői a szolgáltatások biztonságosságával is
versenyeznek egymással. A biztonság megteremtése rendszerint
többletköltségekkel jár, melynek gazdaságosságát is biztosítani kell. A
szolgáltató ill. hálózat üzemeltető tehát az optimumot kell, hogy megtalálja,
amely kielégítő biztonságot eredményez, elfogadható ráfordításokkal.
Jelen fejezet egyrészt
általános áttekintést ad a távközlésbiztonság alapjairól, másrészt az IP alapú
telefónia specifikus biztonsági kérdéseit foglalja össze.
Biztonságtechnikai
célkitűzések
A
biztonságtechnika és a hálózati architektúra viszonya
8.2.
Gyakorlati megvalósítás területei
Védelmi
területek a hálózattechnikában
Információszolgáltatás
védelme
Eredmények
(ezek a kedvező hatások)
Biztonsági
rendszer megvalósítása
8.3. IP alapú
rendszerek biztonsági kérdései
Hálózati (IP) rétegben alkalmazott módszerek
Hozzáférés a távbeszélőhálózatból
8.4.
Biztonsági megoldások az IP telefóniában
Trust
relationships Bizalmi viszonyok
11. SZABVÁNYOSÍTÁSI HELYZET
A távközlési globális
jellege, a piaci szereplők eltérő érdekei megkövetelik, hogy az egyes rendszere
műszaki jellemzői bizonyos fokú egységes elveket kövessenek. A szabványosításra
vonatkozó igény a távközlés tradicionális jellemzője. Nagy hagyományokkal és
hatalmas szellemi kapacitással rendelkező nemzetközi szervezetek végzik ezt a
munkát. Az Internet megjelenése annak liberális filozófiája a tradíciókkal való
szakítást tűzte ki célul. A globális internet kialakulásával azonban szembe
kellett nézni azzal a ténnyel, hogy a kaotikus viszonyokhoz az érdekelteknek
nem fűződik érdeke.
Jelen fejezet
szabványosítás általános kérdéseinek rövid áttekintése után az IP telefóniára
vonatkozó szabványosítással foglalkozó szervezeteket ismerteti, és átfogó képet
ad az IP telefónia szabványosítás jelenlegi helyzetéről.
A
szabványosítás általános kérdései
A
szabványosítás szükségessége
Szabványosítás
az informatikában
Regionális
szervezetek: Euroszabványosítás
ANSI (American National Standards Institute)
MSZT (Magyar Szabványügy Testület)
12.
ESETTANULMÁNYOK
Az IP telefónia akkor
válhat gyakorlatban realitássá, ha az eszközök a piacon megjelennek. A távközlési
eszközöket gyártók többségében multinacionális világcégek, amelyek
termékválasztéka sokszor a távközlés egészét lefedi. Magyarországon ilyen
önálló fejlesztések csak elszigetelt esetben folynak, főleg a piacvezetők
eredményeinek átvétele reális.
Jelen fejezet bemutatja a
jelentősebb gyártók IP telefóniával kapcsolatos termékeit, rendszereit. Ennek
során átfogó kép alakul ki a hálózati eszközök választékáról, a piacon elérhető
végberendezésekről, pl, használói rendszerekről, és végül bemutatásra kerül egy
a használók által történő rendszerintegrálásra alkalmas alkalmazási
programinterfész is, amely az IP telefónia továbbfejlesztésének lehetőségeit
teremti meg.
Alcatel Signalling Gateway (ACSG)
Etherphones
(Audio H.323 Phones)