Multimedia
Radio internetowe
oraz telefonia VOiP
Kowalski Jan
Organizacja systemów i
sieci
1/41
Multimedia
Radio internetowe
oraz telefonia VOiP
Kowalski Jan
Organizacja systemów i
sieci
1/41
Radio internetowe
Radio internetowe – radio nadające swoje
audycje poprzez Internet, za pomocą
przesyłania strumieniowego, zwykle w
formacie MP3, Ogg Vorbis, RealAudio, AAC+
lub Windows Media Audio. Punktem
centralnym jest stacja nadawcza, która
rozdziela nadawany program na strumienie
dźwięku, przekazywane do słuchaczy. Zarówno
osoba nadająca, jak i słuchacze łączą się ze
stacją przy użyciu swoich aplikacji klienckich.
2/41
Przekazywanie dźwięku
Wszystkie
radia
internetowe
pracują
przy
wykorzystaniu tzw. mediów strumieniowych. Jest to
technika polegająca na przesyłaniu skompresowanych
danych w strumieniu niewielkich pakietów z serwera
do odbiorcy. Każdy pakiet zawiera niewielką ilość
informacji, umożliwiającą odtworzenie fragmentu
pliku multimedialnego. Aby dostarczyć medium
strumieniowe
używa
się
specjalnych
kodeków
stosujących algorytmy kompresji, które kodują
dokument multimedialny do postaci zdatnej do
transmisji przez Internet. Następnie dane są
przekazywane na serwer, który dostarcza je do
wszystkich odbiorców. Wszyscy klienci posiadają
odtwarzacze, które składają odebrane z serwera
pakiety w gotową prezentację. Potem jest ona
dekodowana przez kolejny zestaw kodeków i
odtwarzana dla użytkownika.Przesyłane są 3 rodzaje
informacji – audio, wideo i inne dane (np. napisy do
filmów).
3/41
SHOUTcast
SHOUTcast – nazwa systemu opracowanego
przez Nullsoft, służącego do nadawania dźwięku i
obrazu w postaci strumienia danych na bazie
protokołu HTTP. System powstał z myślą o
aplikacji Winamp. W głównej mierze służy do
nadawania internetowych stacji radiowych i
telewizyjnych.
4/41
SHOUTcast
Serwer SHOUTcast może pracować w dwóch
trybach: jako samodzielna stacja nadawcza i jako
stacja
przekaźnikowa
(relay).
Samodzielny
nadajnik oczekuje połączenia od jednego z
klientów jako źródła dźwięku. W drugim trybie
serwer staje się stacją przekaźnikową dla audycji
nadawanych
przez
inną
maszynę.
Serwer
retransmisyjny łączy się ze źródłowym jako
zwykły klient. W ten sposób można budować
drzewo
stacji
przekaźnikowych,
którego
korzeniem jest stacja główna. Należy pamiętać, że
nadawcy mogą nadawać bezpośrednio jedynie
poprzez stację główną..
5/41
SHOUTcast
Występuje jako dodatkowa wtyczka do Winamp.
6/41
Odbiór dźwięku
Na stronie radia, którego chcemy słuchać
powinna być informacja jak go słuchać. Zazwyczaj
mamy podany odnośnik po którego klilknięciu,
automatycznie Winamp otworzy listę z rodzajem
muzyki jaki chcemy słuchać. Na stronie może być
też podany adres.
7/41
Odbiór dźwięku
8/41
RTP (Real Time Protocol)
RTSP (Real Time Streaming
Protocol)
Protokoły
9/41
Protokół RTP jest on przeznaczony do transmisji
danych multimedialnych w czasie rzeczywistym. Jego
zastosowania obejmują m.in. interaktywne usługi
audio i (lub) wideo oraz dystrybucję danych audio i
wideo. Protokół RTP posiada mechanizmy pozwalające
na identyfikację rodzaju przesyłanych danych oraz
identyfikację metody kodowania.
Real Time Protocol
10/41
W pierwszym kroku, strumień danych jest dzielony na
pakiety, które transmitowane są oddzielnie. Transmisje
mogą mieć charakter jeden-do-jednego lub jeden-do-
wielu. Następnie po stronie odbiorcy, otrzymane
pakiety muszą być ustawione w poprawnej kolejności.
Większość działań RTP polega na oznakowaniu
właściwych danych audio/wideo i ich źródła,
przydziale numerów sekwencyjnych i znaczników
czasowych dla każdego z pakietów.
Real Time Protocol
11/41
Transmisja z wykorzystaniem protokołu nie jest
pozbawiona wad. Nie ma na przykład mechanizmów
gwarantujących, że kolejne pakiety dotrą do adresata
w określonym czasie, co prowadzi do powstawania
opóźnień. RTP pozwala skorygować większość wad
transportu aplikacji czasu rzeczywistego w sieciach z
protokołem internetowym. protokołu RTP zawiera w
sobie między innymi poniższe informacje:
Real Time Protocol
12/41
- Payload type - typ przenoszonej informacji.
Identyfikuje format ładunku RTP i określa sposób jego
interpretacji przez aplikację. Wyszczególnia typ i
sposób kodowania informacji.
- Sequence number - numeracja pakietów sesji.
Każdy
kolejno
wysyłany
pakiet
danych
jest
numerowany. W ten sposób można u odbiorcy
obserwować utratę pakietów i ustalać ich kolejność.
- Timestamp - znacznik czasu. Wprowadza próbki
zegara dla pierwszego oktetu pakietu RTP. Zegar musi
być liniowy, by pozwalał synchronizować i obliczać
wahania przybywających pakietów. Musi być także
wystarczająco dokładny by było można mierzyć
wahania przybycia paczek (np. jeden takt na ramkę
wideo nie jest wystarczający).
Real Time Protocol
13/41
RTSP jest protokołem poziomu aplikacji, mającym za
zadanie sterowanie dostarczaniem danych czasu
rzeczywistego. Mimo, że jest on wręcz powszechnie
stosowany w aplikacjach związanych z przesyłaniem
danych multimedialnych, nie jest on jeszcze
ustanowionym oficjalnie standardem. Protokół RTSP
dostarcza użytkownikowi jakby elastycznego szkieletu,
bazy, która może być rozwijana i dopasowywana do
potrzeb użytkownika, aby umożliwić sterowanie
transmisją na żądanie danych czasu rzeczywistego
takich jak audio i wideo.
Real Time Streaming
Protocol
14/41
Protokół RTSP tworzy i steruje pojedynczymi lub
wielokrotnymi strumieniami ciągłych danych takich
jak audio i wideo. Tłumacząc obrazowo, protokół RTSP
ma być rodzajem sieciowego „pilota” dla serwerów
multimedialnych. W protokole tym w zasadzie nie
występuje pojęcie połączenia. Zamiast tego przyjmuje
się, że serwer RTSP utrzymuje sesje oznaczoną
odpowiednim identyfikatorem, która łączy grupy
strumieni mediów i ich stanów. Sesja protokołu RTSP
nie jest związana z pojęciem połączenia na poziomie
warstwy transportowej w rozumieniu połączenia TCP.
Podczas sesji użytkownik może otwierać i zamykać
wiele pewnych (w znaczeniu niezawodnych) połączeń
transportowych z serwerem, aby wysyłać żądania
protokołu RTSP dla tej sesji.
Real Time Streaming
Protocol
15/41
Protokół RTSP umożliwia następujące operacje:
- Pozyskiwanie danych z serwera danych. Klient
może zażądać aby informacje opisujące sesje zostały
przesłane z użyciem RTSP DESCRIBE, protokołu HTTP
lub w inny sposób. Jeżeli prezentacja ma formę
transmisji rozgałęzionej (ang. multicast), informacje
opisujące sesje zawierają adresy typu rozgałęzionego i
porty dedykowane dla danych o charakterze ciągłym.
Jeżeli
informacje
przesyłane
są
jedynie
do
pojedynczego odbiorcy (ang. unicast), odbiorca określa
miejsce
odbioru
danych
z
uwagi
na
ich
bezpieczeństwo.
- „Zaproszenie” serwera danych do sesji. Serwer
mediów może zostać „zaproszony” do udziału w
trwającej konferencji w celu odtworzenia danych dla
potrzeb użytkowników. Ten sposób pracy jest
szczególnie użyteczny dla aplikacji uczących.
Real Time Streaming
Protocol
16/41
telefonia VOiP
17/41
VoIP (ang. Voice over Internet Protocol - głosem przez
IP ) to technologia umożliwiająca przesyłanie
dźwięków mowy za pomocą łączy internetowych lub
dedykowanych sieci wykorzystujących protokół IP,
popularnie nazywana telefonią internetową. Dane
przesyłane są przy użyciu protokołu IP, co pozwala
wykluczyć niepotrzebne "połączenie ciągłe" i np.
wymianę informacji gdy rozmówcy milczą.
Dostępne są rozwiazania VoIP dla użytkowników
indywidualnych i firm - w obu przypadkach jest to
znakomity sposób na oszczędności w porównywaniu z
opłatami za rozmowy obowiązującymi u wielu
operatorów telekomunikacyjnych i przy korzystaniu z
kart telefonicznych.
VoIP
18/41
•
Usługa internetowa VoIP cieszy się
niezwykłą popularnością ze względu na
dużą różnicę stawek taryfikacyjnych w
porównaniu do sieci telefonicznej i to
pomimo
gorszej
jakości
rozmów.
Największym problemem z jakim boryka się
telefonia VoIP jest jakość połączenia.
Obecna struktura Internetu uniemożliwia
często zapewnienie minimalnego stałego
przesyłu danych (QoS), wymaganego dla
idealnej jakości rozmowy. W razie zbyt
wolnego
połączenia
pojawiają
się
zniekształcenia,
dźwięk
staje
się
mechaniczny, a słowa urywane.
VoIP
19/41
•
Dodatkowym utrudnieniem są większe
opóźnienia, które w skrajnych sytuacjach
uniemożliwiają płynną konwersację. W
większości przypadków udaje się jednak
obejść
ten
problem
poprzez
użycie
zaawansowanych
metod
kompresji
dźwięku. Przy połączeniu 256kb/s jakość
rozmowy jest już bardzo dobra. Kolejnym
utrudnieniem, jest brak w większości
przypadków, możliwości dzwonienia pod
numery alarmowe. Związane jest to z
trudnością lokalizacji rozmówcy i tym
samym odpowiedniego przekierowania jego
zgłoszenia
do
najbliższej
jednostki
alarmowej.
VoIP
20/41
Na czym polega usługa
VoIP ?
Usługa
VoIP
polega
na
stworzeniu
cyfrowej
reprezentacji sygnału mowy, poddaniu go odpowiedniej
kompresji i podzieleniu na pakiety. Taki strumień
pakietów jest następnie przesyłany za pomocą sieci
pakietowej wraz z innymi danymi pochodzącymi na
przykład od komputerów. W węźle odbiorczym cały
proces jest odtwarzany w odwrotnym kierunku, dzięki
czemu otrzymujemy normalny sygnał głosu. Procesy te
widoczne są na powyższym rysunku.
21/41
Dane przesyłane są przy
użyciu
protokołu IP, co pozwala
wykluczyć niepotrzebne
"połączenie ciągłe" i np.
wymianę informacji gdy
rozmówcy milczą.
Operatorzy VoIP:
easyCALL, Ipfon/Inotel,
HopIn.pl, NewFon.pl,
Gadu naGłos, Tlenofon,
Tanifon.
Z VoIP korzystać można do
połączeń z: innymi
użytkownikami VoIP,
użytkownikami telefonii
stacjonarnej
komórkowej.
22/41
Na czym polega usługa
VoIP ?
Telefonia internetowa VoIP to taki rodzaj
połączenia telefonicznego, w którym sygnał
głosowy - przynajmniej na pewnej części
swojej drogi - wędruje w postaci danych
cyfrowych przez internet. W zależności od
tego, jakie urządzenia znajdują się po obu
stronach łącza i na jakim odcinku drogi
sygnał
przechodzi
przez
internet,
wyróżniamy trzy rodzaje połączeń :
•PC-to-PC (komputer-komputer) ,
•PC-to-phone (komputer-telefon) lub phone-
to-PC (telefon-komputer),
•phone-to-phone (telefon-telefon) ,
23/41
PC-to-PC (komputer-
komputer)
mamy z nimi do czynienia wówczas, gdy na
obydwu
końcach
łącza
znajdują
się
urządzenia cyfrowe (zwykle komputery z
odpowiednim oprogramowaniem, choć mogą
to być także cyfrowe telefony IP) i połączenie
w całości realizowane jest przez sieć internet.
24/41
PC-to-phone (komputer-
telefon) lub phone-to-PC
(telefon-komputer)
PC-to-phone (komputer-telefon) lub phone-to-
PC (telefon-komputer), czyli takie, w których
jeden z rozmówców korzysta z komputera
(lub telefonu IP) przyłączonego do internetu,
a drugi z klasycznego telefonu. Wówczas na
pewnym fragmencie drogi głos przebiega
przez internet, a na pozostałej części przez
zwykłe linie telefoniczne. Oba te odcinki
łączy ze sobą bramka VoIP - komputer ze
specjalnym wyposażeniem sprzętowym i
oprogramowaniem, dzięki któremu sygnał
może się "przesiadać" z internetu na łącza
telefoniczne
i
odwrotnie.
Bramka
obsługiwana
jest
zazwyczaj
przez
komercyjnego operatora, który pobiera
opłaty za tę usługę;
25/41
phone-to-phone
(telefon-telefon)
phone-to-phone (telefon-telefon) - tu obydwaj
rozmówcy korzystają ze zwykłych telefonów,
nie mając pozornie nic do czynienia z
internetem. Połączenie odbywa się jednak
przez dwie bramki VoIP, które między sobą
przesyłają sygnał przez internet. Ten sposób
realizacji połączeń stosowany jest m.in. przy
korzystaniu ze wspomnianych na wstępie
kart-zdrapek.
26/41
Schemat VoIP
P S T N
P B X
P B X
F a x
T e l
T e l
F a x
L A N
S w itc h
R o u te r
L A N
R o u te r
S w itc h
IP
PSTN (Public Switched Telephone Network) – publiczna komutowana sieć telefoniczna
PBX (Private Branch Exchange) - centrala abonencka – centrala telefoniczna będąca własnością i
zarządzana przez użytkownika,
27/41
VoIP - Rozwiązania
klasyczne
Wydzielone infrastruktury dla danych, głosu i
obrazu
Trudna integracja na poziomie aplikacji
Sieci głosowe nie przystosowane do wspierania
transmisji danych, głosu i obrazu na żądanie
Wyższy koszt budowy i eksploatacji
28/41
VoIP - Rozwiązania
klasyczne
•
Routery dołączane do central telefonicznych
•
Głosowe porty analogowe lub cyfrowe w
routerach
•
Zamiana głosu na pakiety następuje w routerach
•
Routery posiadają układy DSP do kodowania
i kompresji głosu
•
Liczba portów analogowych/kanałów cyfrowych
odpowiada liczbie możliwych równoczesnych
rozmów telefonicznych
•
Mechanizmy Quality of Service w sieci WAN
(routery)
29/41
Istnieją 2 liczące się
standardy:
Przy ustanawianiu sesji w sieciach VoIP mamy do
czynienia z rywalizacją dwóch rodzin protokołów:
ITU H.323
IETF Session Initiation Protocol
(SIP)
30/41
Protokoły SIP
Do rodziny protokołów SIP zaliczamy Session Initiation
Protocol, Session Announce Protocol oraz Session
Definition Protocol. Architektura SIP jest nastawiona na
przesunięcie
całej
logiki
połączenia
do
urządzeń
końcowych (brzegowych). To one przyjmują określone
stany w czasie trwania sesji, natomiast pośredniczące
serwery proxy są w większości wypadków bezstanowe.
Architektura taka pozwala na dużą skalowalność systemu i
jest nastawiona na tzw. usługi VoIP oparte o serwery (sieć
składa się z serwerów i routerów IP). Podstawowymi
elementami sieci SIP są terminale, serwery proxy oraz
tzw. registrar, wiążący informację o położeniu terminala z
jego adresem. System komunikatów jest bardzo podobny
do komunikatów protokołu HTTP – nawet z dokładnością do
słynnego komunikatu o błędzie 404. Komunikaty są
przesyłane za pomocą zwykłego tekstu (plain text).
31/41
Protokoły H.323
Do rodziny protokołów H.323 należą oprócz protokołu,
któremu rodzina zawdzięcza swoją nazwę, także H.225
oraz H.245. Sieci oparte o protokoły H.323 miały
początkowo umożliwiać komunikację między terminalami
połączonymi siecią lokalną. Są one nastawione na tzw.
architekturę przełączanych usług sieci VoIP, gdzie
oczekiwana
jest
komunikacja
między
istniejącymi
przełącznikami sieci PSTN, sieciami i terminalami.
Podstawowymi elementami sieci H.323 są bramy między IP
a PSTN, kontrolery połączenia, GateKeeper'y(portier),
terminale oraz MCU – Multipoint Control Units. Przy
ustanawianiu sesji zostaje wymieniona większa liczba
komunikatów niż przy protokołach SIP. Część logiki
połączenia przy protokołach H.323 leży po stronie sieci, co
zmniejsza
jej
skalowalność.
Możliwe
jest
jednak
zwiększenie skalowalności dzięki użyciu w samym centrum
sieci GateKeeper'ów opartych jedynie o RAS oraz pełnego
rutowania GateKeeper'ów brzegowych. Kolejne wersje
protokołów H.323 zmierzają koncepcyjnie w kierunku
wytyczonym przez SIP.
32/41
Porównanie H.323 i SIP
CECHA
H.323
SIP
Zgodność z internetem
Nie
Tak
Architektura
Monolityczna
Modularna
Kompletość
Stos protokołów
Pojedyńczy sygnał
Format komunikatu
Binarny
ASCII
Konferencje
multimedialne
Tak
Nie
Sygnalizowanie
wywołania
Q.931 przez TCP
SIP przez TCP lub UDP
Impementacja
Duża i skomplikowana
Umiarkowanie
skomplikowana
Rozmiar definicji
standardu
1400 stron
250 stron
33/41
źródło Sieci komputerowe Andrew S. Tanenbaum
Zalety VoIP
Niezależność od operatorów,
monopolistów państwowych
(swoboda wyboru a potencjalnie
także większa prywatność)
często zerowy koszt połączeń VoIP
niższy koszt połączeń z telefonią
stacjonarną (zwykle dopiero przy
połączeniach zagranicznych)
pełna mobilność użytkownika
(problem roamingu ma
ograniczone znaczenie)
niski koszt infrastruktury (w
porównaniu z tradycyjnymi liniami
telefonicznymi)
integracja z przyszłościowymi
usługami takimi jak przesyłanie
danych czy obrazu
jedna sieć dla telefonów i
komputerów
darmowe połączenia wewnątrz
sieci IP
34/41
Wady VoIP
Wadą systemów VoIP jest brak
całościowej standaryzacji. Istnieje
kilka różnych standardów
implementowanych przez
producentów co powoduje, że
systemy VoIP nie są ze sobą
kompatybilne i udostępniają zwykle
tylko najprostszą usługę punkt-
punkt.
większa zawodność usług
konieczność posiadania
dodatkowego sprzętu lub
oprogramowania i łącza
internetowego
przy realizacji sprzętowej większe
koszty zakupu (np. aparatów) dla
użytkownika końcowego.
możliwe zakłócenia w transmisji
głosu
wymagany dostęp do internetu
podatność bramek VoIP na ataki
typu DoS
35/41
Problemy
Największym problemem technologii
VoIP jest jakość połączenia.
Obecna technologia Internetowa
uniemożliwia często zapewnienie
stałego i równomiernego przesyłu
danych(QoS), wymaganego dla
uzyskania bardzo dobrej jakości
rozmowy. W razie zbyt wolnego
łącza pojawiają się zniekształcenia,
a słowa są urywane. Dodatkowym
utrudnieniem są większe
opóźnienia, które w skrajnych
sytuacjach uniemożliwiają płynną
konwersację. W większości
przypadków udaje się jednak
obejść ten problem poprzez użycie
zaawansowanych metod kompresji
dźwięku.
36/41
Zastosowanie VoIP
Budowanie biurowych sieci telefonicznych o
zastosowaniu lokalnym, gdzie instalacja typu
VoIP zastępuje centralki PBX. Zaleta tego
rozwiązania jest wykorzystanie jednej
infrastruktury transmisyjnej, z reguły sieci LAN
opartej o protokół Ethernet, do łączenia
komputerów oraz telefonów IP. Wada jest nadal
duży koszt urządzeń.
Budowanie korporacyjnych sieci głosowych
opartych na dzierżawionych łączach transmisji
danych lub wirtualnych sieciach prywatnych. W
najbardziej popularnych rozwiązaniach
technologia VoIP jest wykorzystywana do
łączenia biurowych sieci telefonicznych poprzez
siec IP za pomocą bramek VoIP podłączanych do
central abonenckich PBX. Rozmowy telefoniczne
są automatycznie kierowane przez siec IP z
pominięciem publicznych sieci telefonicznych. W
tym przypadku można zapewnić dobra jakość
połączenia, a przy odpowiednio dużym natężeniu
ruchu koszt wynajmu łącza jest niższy od opłat za
impulsy.
37/41
Zastosowanie VoIP
Świadczenie publicznych usług
głosowych. Wymaga budowy systemu
VoIP składającego się z wielu elementów,
zapewniających współprace z siecią
tradycyjna, serwerów przyjmowania i
kierowania zgłoszeń, systemu
billingowego. Wykorzystanie technologii
VoIP przez operatora umożliwia
oferowanie połączeń głosowych we
wszystkich relacjach. Głównym celem jest
świadczenie tańszych połączeń
telefonicznych, głównie
międzymiastowych i międzynarodowych.
38/41
Oprogramowanie VoIP
Rodzaje programów związanych z VoIP :
- Gatekeeper'y
- Programy do autoryzacji, autentykacji,
zabezpieczające
- Programy do naliczania należności (billing)
- Programy IVR (interactive voice response)
- Programy kolejkujące połączenia
- Softswitch'e
- Programy do poczty głosowej
- Programy monitorujące
- Programy CTI(computer telephony integration)
- Programowe telefony
- Serwery proxy SIP, RTP, serwery fax
- Programy do zamiany głos-tekst/tekst-głos
- Aplikacje stworzone wyłącznie z myślą o
komunikacji głosowej
39/41
Literatura:
Sieci komputerowe Andrew S. Tanenbaum
Dokumenty z www.chomikuj.pl
pinkaccordions.homelinux.org/staff/tp/prog/tex/wzmgr/tf-tex-1.pdf
213.130.28.62/doc/Telecom/IP.doc
Tomasz Felchner Zastosowania technologii VOIP w organizacjach
gospodarczych
www.s-gajos.cba.pl/dane/archiwum/technologia_VoIP.ppt
http://dragon.iti.pk.edu.pl/~kkorcyl/ssi2005/nr6/voip.ppt
http://pl.wikipedia.org/wiki/PBX
• http://m6.mech.pk.edu.pl/~habel/dydaktyka/Kk/511e/t9/UslugiRoz
gloszeniowe.htm
• Tomasz Felchner Zastosowania technologii VOIP w organizacjach
gospodarczych
40/41
41/41
KONIEC