Практика 11_VOIP-телефония. Практика 11. Voipтелефония
 Скачать 427.64 Kb.
|
Практика №11. VOIP-телефонияЦель: изучить принципы работы VoIP-телефонии; овладеть навыками конфигурации маршрутизаторов и коммутаторов для VoIP-телефонии. План: 1 VoIP (Voice over Internet Protocol) – технология IP-телефонии 2 Физический и канальный уровень модели OSI VoIP-телефония 3 Сетевой уровень модели OSI VoIP-телефония 4 Присвоение и настройка телефонного номера 5 Основные протоколы транспортного уровня – TCP, используемые в IP-телефонии 6 Протоколы H.323, SIP, SCCP 7 Практическое задание 1 VoIP (Voice over Internet Protocol) – технология IP-телефонии VoIP (Voice over Internet Protocol) – технология IP-телефонии, которая ос нована на пакетной коммутации сообщений для передачи голоса в режиме реального времени по протоколу IP. Основным устройством IP-телефонии кроме телефонов является шлюз, Gateway, который соединяет телефонную сеть с сетью IP (рисунок 7.1). Основными функциями шлюза являются ответ на сигнал вызывающего абонента, установление соединения с удаленным шлюзом и вызываемым абонентом, сжатие, пакетирование и восстановление голоса (рисунок 7.2). Для подключения системы IP-телефонии к телефонной сети общего пользования (ТфОП) используются голосовые шлюзы на базе маршрутизаторов, при этом выбор конкретной модели шлюза зависит от типа и количества интерфейсов, применяемых для стыковки с ТфОП (возможно использование как аналоговых, так и цифровых интерфейсов). Шлюзы также нужны в случае необходимости подключения системы IP-телефонии к установленной ранее офисной АТС.  Рисунок 7.1 – Структурная схема сети IP-телефонии  Рисунок 7.2 – Сценарий IP-телефонии «компьютер – компьютер» Пользовательские IP-телефоны так же, как и серверы, подключаются к коммутаторам локальной сети. Многие модели телефонов оснащены встроенным двухпортовым коммутатором Ethernet, позволяющим подключить персональный компьютер абонента к корпоративной сети. Для управления сетью IP-телефонии необходим сервер управления звонками, который размещается в пределах локальной сети. Общий принцип действия телефонных серверов, связанных с телефонными линиями и сетью Интернет, заключается в получении стандартного телефонного сигнала, оцифровке, сжатии, разделении на пакеты и отправке с использованием протокола TCP/IP. Для пакетов, получаемых из локальной сети на телефонный сервер и отправляемых в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке. 2 Физический и канальный уровень модели OSI VoIP-телефония На физическом уровне модели OSI VoIP-телефония полностью опирается на существующую инфраструктуру сети. В качестве среды передачи информации используются, как правило, витая пара, одномодовое или многомодовое оптическое волокно. На рисунке 7.3 представлен фрагмент сети, изображенный на рисунке 6.7, с добавлением IP-телефонов и аналоговых телефонов. Для подключения к сети IP-телефона используется витая пара, для подключения аналогового телефона – телефонный кабель и VoIP-шлюз, который в свою очередь подключается к коммутатору с использованием витой пары.  Рисунок 7.3 – Пример локальной сети с VoIP-телефонией На канальном уровне в VoIP-телефонии используются коммутаторы, обеспечивающие соединение нескольких узлов компьютерной сети и распределение фреймов между устройствами на основе MAC-адресов. При проектировании VLAN для IP-телефонии создается отдельная Voice VLAN для изоляции голосового трафика, генерируемого IP-телефонами, от других данных. Ее использование целесообразно по двум причинам: создание отдельной VLAN для IP-телефонии уменьшает вероятность перехвата и анализа голосовых пакетов; создание отдельной VLAN позволяет задать повышенный приоритет голосовым пакетам и улучшить качество связи. В сети на рисунке 7.3 настроены VLAN3, VLAN4, VLAN5. В целях до- бавления VLAN для IP-телефонии используются следующие команды в настройках интерфейсов с подключенными телефонными аппаратами. Switch(config)#interface fastEthernet 5/1 Switch(config-if)#switchport voice vlan 10 3 Сетевой уровень модели OSI VoIP-телефония На сетевом уровне происходит маршрутизация. Соответственно, основными устройствами сетевого уровня являются маршрутизаторы. Основной протокол, используемый на этом уровне, – IP, на основе которого и построена IP-телефония. У каждого телефонного аппарата должен быть IP- адрес. Аналоговым телефонным аппаратам IP-адрес не может быть присвоен, поэтому он присваивается VoIP-шлюзу. Для IP-адресации используется DHCP- cервер, который можно настроить на сервере или маршрутизаторе. Настройка DHCP-сервера на маршрутизаторе производится следующим образом: Router(config)#ip dhcp pool Telephony Router(dhcp-config)#network 192.168.80.0 255.255.255.0 Router(dhcp-config)#default-router 192.168.80.1 Router(dhcp-config)#option 150 ip 192.168.80.1 Сначала с помощью команды ip dhcp pool имя осуществляется переход в режим настройки DHCP с заданным именем. Далее с помощью ко- манды network IP-адрес маска_подсети производится настройка IP- адреса сети, в которой находятся телефонные аппараты. Командой default- router задается IP-адрес маршрутизатора. Команда option количество ip IP-адрес указывает количество адресов, которое будет раздаваться, и IP- адрес маршрутизатора, который является сервером DHCP. Также необходимо исключить IP-адрес маршрутизатора из пула IP-адресов, используя команду Router(config)#ip dhcp excluded-address 192.168.100.10 В настройках VoIP-шлюза указывается адрес DHCP-сервера (рису нок 7.4).  Рисунок 7.4 – Настройка VoIP-шлюза Маршрутизатор может выступать в роли сервера управления. Для настройки сервиса телефонии используется команда telephony- service, затем настраивается максимальное количество подключаемых телефонных аппаратов и выделяемых телефонных линий командами max- ephones и max-dn соответственно. Команда ip source-address IP- адрес port номер задает интерфейс и порт, на которые будут приниматься пакеты IP-телефонии. Для маршрутизатора, приведенного на рисунке 7.3, сервис телефонии настраивается следующим образом. Router(config)#telephony-service Router(config-telephony)#max-ephones 10 Router(config-telephony)#max-dn 10 Router(config-telephony)#ip source-address 192.168.80.145 port 2000 4 Присвоение и настройка телефонного номера Для присвоения телефонного номера необходимо создать телефонные линии командой ephone-dn номер и задать телефонный номер командой number номер. Для сети, изображенной на рисунке 7.3, необходимо создать 14 телефонных линий для все устройств, в том числе и компьютеров. Далее представлены команды для создания трех телефонных линий с номерами 801, 802, 803 соответственно: Router(config)#ephone-dn 1 Router(config-ephone-dn)#number 801 Router(config)#ephone-dn 2 Router(config-ephone-dn)#number 802 Router(config)#ephone-dn 3 Router(config-ephone-dn)#number 803 Для закрепления конкретного телефонного номера за определенным устройством необходимо внести это устройство в базу данных маршрутизатора, используя команду ephone номер, и указать MAC-адрес устройства командой mac-address MAC-адрес. Также указывается тип устройства ко- мандой TYPE ТИП. Существуют следующие типы устройств: ATA – тип аналогового телефона; 7960 – тип VoIP-телефона; CIPC – тип ПО CIPC для компьютера. Для цифрового и аналогового телефона и компьютера, изображенного на рисунке 7.3, настройка телефонного номера осуществляется следующим образом: Router(config)#ephone 1 Router(config-ephone)#mac-address 000A.F39B.1B01 Router(config-ephone)#TYPE ATA Router(config-ephone)#button 1:1 Router(config)#ephone 2 Router(config-ephone)#mac-address 0060.5C17.D09A Router(config-ephone)#type 7960 Router(config-ephone)#button 1:2 Router(config)#ephone 3 Router(config-ephone)#mac-address 000.D367.B233 Router(config-ephone)#type CIPC Router(config-ephone)#button 1:3 Из представленных выше команд видно, что аналоговому телефону присваивается номер 801, так как команда button 1:1 означает, что за телефонной линией под номером 1 с телефонным номером 801 закрепляется одно устройство типа ATA. По аналогии цифровому телефону присваивается номер 802, компьютеру 803. 5 Основные протоколы транспортного уровня – TCP, используемые в IP-телефонии Основные протоколы транспортного уровня – TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol), RTP (Real-time Transport Protocol). Непосредственно в IP-телефонии используются протоколы UDP и RTP, причем основное их отличие от TCP заключается в том, что они не обеспечивают надежность доставки данных. Это является более приемлемым вариантом, чем осуществление контроля за доставкой (TCP), так как телефонная связь чрезвычайно зависима от задержек передачи, но менее чувствительна к потерям пакетов. Протокол UDP является упрощенным транспортным протоколом, который выполняет сегментацию, как и протокол TCP, но при этом не обеспечивает надежность и управление потоком. К основным особенностям протокола UDP относятся следующие: не устанавливает соединение между узлами до того, как станут возможными отправка и получение данных; не использует процессы, которые требуют от отправителя повторной передачи потерянных или поврежденных данных; не предусматривает средства для повторной сборки данных в их исходной последовательности; не имеет механизмы управления объемами данных, которые пересылаются источником, для предотвращения перегрузок на устройстве назначения. Источник отправляет данные. В случае чрезмерного использования ресурсов на узле назначения он, скорее всего, будет отклонять отправленные данные до тех пор, пока ресурсы не станут доступными. В отличие от TCP, протокол UDP не обладает механизмами повторной автоматической передачи отклоненных данных. Протокол RTP обеспечивает сквозную передачу в реальном времени мультимедийных данных, таких как интерактивное аудио и видео. Этот протокол реализует распознавание типа трафика, нумерацию последовательности пакетов, работу с метками времени и контроль передачи. Действие протокола RTP сводится к присваиванию каждому исходящему пакету временных меток. На приемной стороне временные метки пакетов указывают последовательность и задержки, с которыми их необходимо воспроизводить. Поддержка RTP позволяет принимающему узлу располагать принимаемые пакеты в надлежащем порядке, снижать влияние неравномерности времени задержки пакетов в сети на качество сигнала и восстанавливать синхронизацию между аудио и видео, чтобы поступающая информация могла правильно прослушиваться и просматриваться пользователями. Порядковые номера, включенные в RTP, позволяют получателю восстанавливать последовательность пакетов отправителя. 6 Протоколы H.323, SIP, SCCP На трех последних уровнях модели OSI используются протоколы H.323, SIP, SCCP. Протокол H.323 – самый первый протокол для IP-телефонии, разработанный Международным союзом электросвязи (ITU) в 1996 г. На сегодняшний день данный протокол используется довольно редко. Протокол SIP– протокол сигнализации, предназначенный для организации, изменения и завершения сеансов связи. Данный протокол независим от транспортных технологий, однако при установлении соединения использует протокол UDP. Для передачи голосовой и видеоинформации при- меняется протокол RTP, но возможно использование других протоколов. В протоколе SIP два типа сигнальных сообщений: запрос и ответ, кото- рые могут быть со следующими флагами: INVITE – приглашение пользователя принять участие в сеансе связи (установление нового соединения); BYE – завершение соединение между двумя пользователями; OPTIONS – данные, которые используются для передачи информации о поддерживаемых характеристиках; АСК – подтверждение получения сообщения или положительного ответа на команду INVITE; CANCEL – отмена поиска пользователя; REGISTER – информация о местоположении пользователя. Протокол SCCP (Skinny Client Control Protocol) предназначен для построения корпоративных телефонных сетей на основе оборудования Cisco. Данный протокол имеет гораздо более простую структуру и требует меньше компьютерных ресурсов для обработки своих сообщений. Как и большинство VoIP-протоколов, SCCP предназначен для обмена сигнальными сообщениями между клиентом и сервером в процессе установления и завершения звонка. В процессе передачи речевых данных протокол SCCP использует RTP. Для передачи сообщений SCCP используется протокол TCP с портом 2000. По заголовку сообщения SCCP можно однозначно определить, в каком статусе находится текущее соединение. Данный протокол имеет большое разнообразие сообщений и отправляет их на сервер, ожидая руководства к дальнейшим действиям. Каждое событие фиксируется вплоть до получения сервером сообщения о том, что телефонная трубка снова в исходном положении. Сообщения SCCP отправляются как в сторону клиента, так и в сторону сервера, поэтому для определения источника сообщения используются следу- ющие идентификаторы: StationInit – если источником является клиент, StationIniD – если источником является сервер телефонии. Таким образом, появляется возможность в мельчайших деталях отследить любой звонок, совершенный внутри корпоративной сети. Процесс обмена сообщениями можно пояснить следующим образом: IP-телефон (StationInit): снятие телефонной трубки; сервер (StationD): включение зуммера; сервер (StationD): выведение на дисплей сообщения «Введите номер»; IP-телефон (StationInit): начало вызова абонента, первая цифра его номера – «4»; IP-телефон (StationInit): вторая цифра – «7» и т. д. 7 Практическое заданиеРабота выполняется на основе настроек, произведенных в лабораторной работе №6. До начала выполнения необходимо открыть сохраненный файл с именем lab6.pkt, полученный в лабораторной работе №6, и проверить правильность соединений. В данной работе необходимо реализовать IP-телефонию в смоделированной в прошлых лабораторных работах локальной сети. В смоделированную сеть добавить следующие устройства: аналоговый телефон (раздел «End devices» → «Phone»), который будет подключен к коммутатору через VoIP-шлюз (раздел «End devices» → «VoIP de- vice»); IP-телефон 7960 (раздел «End devices» → «IP-Phone»). Клиентские компьютеры будут осуществлять звонки при помощи ПО Cisco IP Communicator. Для IP-телефона необходимо подключить адаптер питания. Количество аналоговых и IP-телефонов выбирается в соответствии с тре тьей цифрой шифра из таблицы 7.1. Таблица 7.1 – Количество телефонных аппаратов в сети
Осуществить подключение добавленных устройств к разным коммутаторам. Для соединения устройств использовать прямой кабель Ethernet и телефонный кабель. Пример соединения представлен на рисунке 7.3. Произвести настройку IP-адресации. В соответствии со второй цифрой шифра из таблицы 7.2 выбрать IP-адреса и телефонные номера для всех устройств и заполнить таблицу 7.3, в которой должны присутствовать не только телефоны, но и компьютеры. Таблица 7.2 – IP-адреса для оконечных устройств
Таблица 7.3 – Таблица адресации
В таблицу 7.3 необходимо внести MAC-адреса VoIP-шлюза, IP-телефона и других устройств. Для определения MAC-адресов IP-телефонов и шлюза необходимо просто навести на него курсор мыши (рисунок 7.5).  Рисунок 7.5 – Определение MAC-адреса IP-телефона Настроить коммутаторы. На всех интерфейсах всех коммутаторов добавить VLAN для IP-телефонии. В отчете представить результат выполнения команды show vlan brief двух любых коммутаторов. Настроить DHCP-сервер на маршрутизаторе для IP-телефонии. Настроить VoIP-шлюзы всех аналоговых телефонов. Проверить, что телефонный аппараты получили IP-адреса. Результаты выполнения команды show ip dhcp pool имя представить в отчете. Осуществить настройку сервиса телефонии на маршрутизаторе. Создать необходимое количество линий и присвоить телефонные номера всем оконечным устройствам в сети. Получить адреса и настроить CIPC на устройствах. Проверить, что те- лефоны получили телефонные номера. Для этого во вкладке «GUI» настроек телефонных аппаратов в правом верхнем углу должен появиться полученный номер телефона (рисунок 7.6, а). Для проверки телефонного номера на компьютерах необходимо перейти на вкладку «Desktop» и выбрать «Cisco IP Communicator». Номер должен отображаться в правом верхнем углу. Проверить работоспособность. Осуществить телефонный звонок с ана- логового телефона на компьютер, с компьютера на аналоговый телефон, с компьютера на IP-телефон, с IP-телефона на аналоговый телефон. Для этого набрать телефонный номер во вкладке «GUI» настроек телефонных аппаратов и нажать на телефонную трубку. На телефоне назначения должен быть зафиксирован звонок. Для звонка с компьютера также необходимо ввести номер вы- зываемого абонента и нажать клавишу «Dial».
а– IP-телефон; б– приложение Cisco IP Communicator Рисунок 7.6 – Проверка присвоения телефонных номеров оконечным устройствам В случае исправной работы всей сети сохранить текущую конфигурацию настроек маршрутизатора и коммутатора, для чего выполнить команду copy running-config startup-config. В отчете представить конфигурацию маршрутизатора. Сохранить файл под именем lab7.pkt. Содержание отчетаЦель работы, исходные данные в соответствии с заданным вариантом из таблиц 7.1 и 7.2. Результаты произведенных настроек (заполненная таблица 7.3, результаты выполнения команд из пунктов 4, 5, 9 подраздела 7.2), изображение смоделированной сети (см. пример на рисунке 7.3). Вывод по работе. Ответы на контрольные вопросы. Контрольные вопросыПредставить структуру сети VoIP. Каковы особенности канального уровня в VoIP-телефонии? Описать особенность сетевого буровеня модели OSI для VoIP- телефонии. Перечислить протоколы транспортного уровня для VoIP, дать их крат- кую характеристику. В чем заключается процесс передачи данных VoIP в соответствии с моделью OSI? Описать отличия протоколов SIP и SCCP. Литература:Яницкая, Т. С. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Сети и телекоммуникации» / Т. С. Яницкая. – Тольятти : ПВГУС, 2019. – 228 с. Руденков, Н. А. Основы сетевых технологий : учебник / Н. А. Руденков, Л. И. Долинер. – Екатеринбург : Изд-во Уральского федерального ун-та, 2021. – 300 с. Гойхман, В. Аналитический обзор протоколов Интернета вещей /В. Гойхман, А. Савельева // Технологии и средства связи. – №4. – 2018. – С. 32–37. IР-телефония в компьютерных сетях : учеб. пособие / И. В. Баскаков [и др.]. – М. : Интернет-Университет Информационных Технологий ; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2018. – 184 c. Воронин, А. А. Вычислительные сети : учеб. пособие / А. А. Воронин. –Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, 2021. – 88 с. Скуднев, Д. М. Компьютерные коммуникации и сети. Лабораторный практикум. Ч. 1 / Д. М. Скуднев, В. Р. Субботин, С. В. Ананьев. – Липецк : ЛГПУ, 2021. – 145 с. Компьютерные сети. Лабораторный практикум : пособие / В. Н. Комли ченко [и др.]. – Минск : БГУИР, 2018. – 76 с. |
