Słuchawka pełna bitów

W początkach października tego roku firma Cisco Systems, największy producent sprzętu sieciowego na świecie, zademonstrowała na serii seminariów w różnych miastach Polski swoje nowe rozwiązania z zakresu telefonii IP. Rozwiązania przeznaczone dla intranetów stosunkowo rzadko goszczą na łamach MI, w tym przypadku jednak mamy do czynienia z na tyle interesującym i oryginalnym zastosowaniem technologii sieciowych, że warto je tutaj zaprezentować szerszemu gronu Czytelników. Być może kiedyś rozwiązania tego typu staną się standardem także i w sieci globalnej - o ile tylko rozwiążemy problem zagwarantowania w niej minimalnej przepustowości...

Telefon z innym kabelkiem

Telefon IP na pierwszy rzut oka wygląda jak zwykły biurowy aparat telefoniczny. Różni go jedynie inna wtyczka: zamiast do gniazdka telefonicznego, telefon taki podłącza się "skrętką" do gniazdka typu Ethernet, identycznie jak kartę sieciową komputera. Telefony IP produkcji Cisco są przy tym urządzeniami "przelotowymi": w obudowie telefonu znajduje się drugie gniazdko Ethernet, do którego możemy podłączyć komputer (lub... następny telefon). W ten sposób zamiast dwu osobnych gniazdek w pokoju biurowym - jednego do komputera, drugiego do telefonu - wystarczy tylko jedno, i tylko jeden biegnący do niego kabel.

Zewnętrzne podobieństwo do klasycznego telefonu wyraża się także w fakcie, że podobnie jak zwykły telefon, także telefon IP nie potrzebuje oddzielnego podłączenia zasilania - zasilany jest z tego samego gniazdka, które służy przenoszeniu sygnałów. Aby to umożliwić, firma Cisco zmodyfikowała w specjalny sposób układ połączeń gniazda Ethernet, dodając linie zasilające. W tak zmodyfikowane złącza, zwane "Inline Power", wyposażona jest większość obecnie produkowanych przełączników sieciowych firmy Cisco (z uwagi na optymalizację obciążenia sieci, wskazane jest stosowanie telefonii IP w sieciach z przełącznikami, a nie z koncentratorami). Do urządzeń starszych, lub pochodzących od innych producentów, można dokupić specjalną "przejściówkę" umożliwiającą zasilanie telefonów. Oczywiście mechanizm "Inline Power" automatycznie wykrywa, czy do gniazda przyłączony został telefon, czy komputer, i nie włącza zasilania w przypadku tego ostatniego.

Po podłączeniu telefonu IP do gniazdka automatycznie rozpoczyna się proces jego konfiguracji. Najpierw konfigurowana jest warstwa TCP/IP. Odbywa się to identycznie, jak w przypadku podłączanych do sieci korporacyjnej komputerów - za pomocą protokołu DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Protokół ten umożliwia automatyczne przypisywanie adresów IP, masek podsieci i innych parametrów TCP/IP zgłaszającym się do sieci komputerom przez specjalny serwer, dzięki czemu nie wymagają one indywidualnej ręcznej konfiguracji. W większości intranetów takie serwery już funkcjonują i telefony IP mogą w sposób naturalny z nich skorzystać. Oczywiście serwer DHCP można tak skonfigurować, aby telefonom przypisywał adresy z zupełnie innej puli adresowej niż komputerom - jest to szczególnie istotne, gdy w naszej sieci komputery mają adresy IP "zewnętrzne", czyli widoczne w Internecie (pochodzące z puli adresowej przyznanej nam przez operatora Internetu). Wybitnie niewskazane jest wówczas marnowanie tych adresów dla telefonów, które mogą znakomicie funkcjonować wykorzystując adresy z niewidocznych w Internecie klas "prywatnych" (np. 10.x.x.x).

Komunikat wysyłany przez serwer DHCP do telefonu różni się od komunikatu przeznaczonego dla komputera jednym szczegółem: dodatkowo przesyłany jest - w przypadku komputera niewykorzystywany - adres serwera telefonii IP. Gdy telefon skonfiguruje już warstwę TCP/IP i nawiąże kontakt z siecią, wówczas łączy się z tym serwerem i rozpoczyna drugą fazę konfiguracji, dotyczącą już funkcji typowo telefonicznych.

Wirtualna centrala

Użytkownicy programów do telefonowania przez Internet dobrze wiedzą o tym, że nawiązywanie połączeń jedynie poprzez podanie adresu IP naszego rozmówcy jest bardzo niewygodne, zwłaszcza gdy adresy te przydzielane są komputerom dynamicznie. Dlatego prawie każdy system telefonii internetowej posiada specjalne serwery, ułatwiające nawiązywanie połączeń w oparciu o inne dane identyfikujące użytkownika, np. nazwisko czy pseudonim. Nieco podobne zadanie spełnia serwer systemu telefonii IP w firmie. O ile jednak serwer telefonii internetowej ma zazwyczaj za zadanie tylko zlokalizowanie konkretnego użytkownika - czyli określenie jego aktualnego adresu IP - a całość zadań związanych z nawiązaniem połączenia programy obu rozmówców realizują same, o tyle w telefonii IP to właśnie serwer zajmuje się zestawianiem połączeń - same telefony bez serwera zrobić tego nie potrafią.

W telefonii IP używa się, podobnie jak w klasycznej sieci telefonicznej, "tradycyjnych" numerów telefonów. Serwer telefonii IP zajmuje się tłumaczeniem tych numerów na aktualne adresy IP telefonów, ale nie tylko. Obsługuje on całość zadań związanych z tzw. sygnalizacją, a więc wysyłanie "sygnału dzwonienia" do konkretnego telefonu, przesyłanie informacji o numerze dzwoniącego, generowanie informacji o ewentualnej zajętości numeru, zestawianie połączeń konferencyjnych (między więcej niż dwoma telefonami), przekierowywanie połączeń i wszelkie inne funkcje, jakie można spotkać w klasycznych centralach telefonicznych. Warto zaznaczyć, że same pakiety niosące dane głosowe nie przechodzą przez serwer. Serwer zajmuje się tylko zestawieniem połączenia, a po jego zestawieniu dane przesyłane są już bezpośrednio pomiędzy telefonami.

Numer telefonu ustalany jest w drugiej fazie konfiguracji telefonu IP, po skonfigurowaniu warstwy TCP/IP i nawiązaniu przez telefon połączenia z serwerem. Numery telefonów - i tu zaznacza się pierwsza poważna różnica funkcjonalna w stosunku do klasycznej telefonii - są na stałe przypisane do danego aparatu (oczywiście pod warunkiem, że numeru nie zmieni administrator serwera); oznacza to, że pracownik może wyłączyć swój telefon z gniazdka, przenieść go do innego pokoju, budynku albo nawet oddziału firmy w innym mieście (o ile jest on przyłączony do wspólnej firmowej sieci), włączyć go tam - i nadal będzie osiągalny pod tym samym numerem telefonu!

Stałe przypisanie numerów do telefonów osiągane jest poprzez skojarzenie numeru ze sprzętowym adresem karty sieciowej w telefonie. Jak wiadomo, każda wyprodukowana na świecie karta sieciowa standardu Ethernet posiada niepowtarzalny, 48-bitowy numer, tzw. adres MAC. Serwer telefonii IP przechowuje tablicę adresów MAC wszystkich znanych mu telefonów wraz z odpowiadającymi im numerami oraz aktualnymi adresami IP. Gdy do sieci zostaje podłączony nowy telefon, o nieznanym jeszcze serwerowi adresie sprzętowym, zostaje mu przypisany pierwszy wolny numer z puli numerów telefonów skonfigurowanych w serwerze. Od tej pory telefon ten już stale będzie "widziany" pod tym numerem, o ile administrator nie zmieni go bądź nie skasuje w konfiguracji serwera.

Infrastruktura, czyli problem przepustowości

A jakiej przepustowości potrzeba? Pojedynczy, nieskompresowany kanał telefoniczny zajmuje pasmo 64 kbps (dźwięk próbkowany z częstotliwością 8 kHz na 8 bitach). Uzyskanie takiej przepustowości nie stanowi oczywiście żadnego problemu w sieci lokalnej, zwłaszcza gdy - jak to jest zalecane - do podłączania telefonów IP używa się przełączników (switch), a nie koncentratorów (hub). Wówczas pakiety danych składające się na poszczególne rozmowy telefoniczne nie są powielane w całej sieci, lecz kierowane tylko do tego konkretnego telefonu, dla którego są przeznaczone - w ten sposób np. 10 równocześnie prowadzonych rozmów telefonicznych obciąża łącze każdego telefonu strumieniem 64 kbps, a nie całą sieć strumieniem 640 kbps.

Kłopoty mogą wystąpić, gdy głos będziemy chcieli przesyłać poza obrębem szybkiej sieci lokalnej - np. pomiędzy poszczególnymi oddziałami firmy, połączonymi łączami dzierżawionymi. W przypadku łącza o przepustowości 256 kbps zaledwie cztery równocześnie prowadzone rozmowy telefoniczne są w stanie je całkowicie zapełnić! A gdzie transmisja danych?

Na szczęście telefony IP potrafią wykorzystywać różnorodne algorytmy kompresji danych dźwiękowych. Najbardziej popularny, określany nazwą G.729, pozwala zredukować strumień danych potrzebny dla jednej rozmowy telefonicznej do około 12 kbps. Cztery rozmowy zajmą zatem nie 256, a 48 kbps. W przypadku większej ilości równoczesnych rozmów zajętość pasma dla jednej rozmowy spada jeszcze bardziej, nawet do 8 kbps - np. dziesięć równoczesnych rozmów zajmie już tylko 80 kbps. Kompresja rozwiązuje jednak tylko część problemu. Trzeba jeszcze zagwarantować, że na te 80 kbps faktycznie znajdzie się "miejsce" na łączu pomiędzy oddziałami firmy!

W tym zadaniu kluczową rolę odgrywają routery, poprzez które połączone są sieci w obu oddziałach. Firma Cisco opracowała dla produkowanych przez siebie routerów specjalną aplikację o nazwie Gatekeeper, zapewniającą możliwość rezerwacji przez router określonej części przepustowości łącza dla połączeń o wyższym priorytecie (taką usługę w sieci transmisji danych określa się nazwą QoS - Quality of Service). Z zapewnianą przez Gatekeepera usługą QoS potrafi współpracować Call Manager - oferowane przez Cisco oprogramowanie serwera telefonii IP. Współpraca ta zapewnia, iż z jednej strony zestawione połączenie telefoniczne będzie mieć przez cały czas trwania zagwarantowaną przepustowość, bez spowolnień i zatrzymań; z drugiej strony - Call Manager nie zestawi połączenia, jeżeli na łączu brak jest w danej chwili wymaganej przepustowości (usłyszymy wówczas sygnał zajętości, podobnie jak przy braku wolnych kanałów transmisyjnych w klasycznej telefonii).

Dzwonić oszczędniej

A co poza firmą?

Tutaj telefonia IP spotyka się z drugą, pokrewną techniką stosowaną do przesyłania głosu w sieciach komputerowych - Voice over IP (VoIP). Pierwotnie rozwiązania VoIP służyły (i w wielu miejscach wciąż z powodzeniem są do tego stosowane) do łączenia tradycyjnych central telefonicznych znajdujących się w różnych oddziałach firmy za pośrednictwem łączy używanych do transmisji danych. W tym celu w sieć komputerową trzeba włączyć tzw. bramkę głosową (voice gateway). Może ona mieć postać odpowiedniej karty instalowanej w routerze lub serwerze, albo samodzielnego urządzenia, którego jeden "koniec" podłącza się do sieci Ethernet, a do drugiego można dołączyć jedną lub kilka - w zależności od rodzaju urządzenia - typowych, analogowych linii telefonicznych (istnieją też odmiany umożliwiające podłączanie linii ISDN). Takie rozwiązanie VoIP wygląda następująco (por. rysunek): w obu oddziałach firmy połączonych linią dzierżawioną zainstalowane są bramki głosowe, do których podłączono tradycyjne abonenckie centralki telefoniczne w każdym z oddziałów, umożliwiając w ten sposób łączność między nimi po tym samym łączu, którym przesyłane są dane komputerowe (znów oszczędność na rachunkach telefonicznych).

W systemie telefonii IP, gdzie sieć telefoniczna i komputerowa są tym samym, bramka VoIP działa niejako w odwrotną stronę: pozwala na podłączenie do wewnętrznej sieci telefonii IP analogowych linii zewnętrznych. Centralki abonenckie są zbyteczne: sygnalizacja stosowana w sieci telefonicznej jest przez bramkę VoIP zamieniana na charakterystyczną dla telefonii IP sygnalizację H.323, co pozwala na odbieranie i nawiązywanie połączeń zewnętrznych bezpośrednio przez Call Managera.

Firma może zdecydować się na zrealizowanie tylko jednego punktu styku swojej sieci telefonii IP z publiczną siecią telefoniczną (np. w centrali firmy). W przypadku dużej, wieloodziałowej firmy rozwiązanie takie jednak zwykle jest niekorzystne ekonomicznie. Jeżeli oddziały firmy kontaktują się głównie z miejscowymi klientami, dostawcami itp., znacznie sensowniejsze będzie wyposażenie każdego oddziału we własną bramkę VoIP; wówczas każdy oddział będzie "wychodził" do publicznej sieci telefonicznej przez bramkę w swoim mieście, dzięki czemu rozmowy taryfikowane będą po stawkach lokalnych. Inteligentny "routing" połączeń telefonicznych zapewnia również Call Manager; odpowiednia konfiguracja serwera zapewni wybieranie zawsze tej bramki VoIP, poprzez którą połączenie będzie najtańsze. Przykładowo, jeżeli firma dysponuje w swojej sieci dwoma bramkami VoIP - jedną w Krakowie, drugą w Warszawie - wszystkie połączenia z całej sieci firmy na numery zaczynające się od 012... kierowane będą do bramki krakowskiej, a na numery 022... - do bramki warszawskiej (por. rysunek). Połączenia na pozostałe numery mogą być np. realizowane zawsze przez własną bramkę danego oddziału, albo przez tę, która w danym momencie jest mniej obciążona; można też skonfigurować serwer tak, aby przez wybranie odpowiedniego prefiksu użytkownik mógł wymusić, przez którą bramkę chce się łączyć (np. jeżeli numer telefonu zostanie poprzedzony cyfrą 9, połączenie następuje przez bramkę krakowską; jeżeli 8 - przez warszawską). Można ograniczyć listę numerów telefonów, które mają prawo do korzystania z jednej lub drugiej bramki, bądź w ogóle do telefonowania na zewnątrz firmy; można też wskazać tylko określone zewnętrzne numery telefonów, na które wolno lub nie wolno z danych aparatów dzwonić, i określić szereg innych dowolnie złożonych reguł, trudnych lub niemożliwych do zrealizowania w klasycznych centralkach abonenckich.

Posiadanie w sieci firmowej kilku bramek VoIP umożliwia również zestawianie za ich pomocą, w razie awarii firmowej sieci rozległej, zapasowych połączeń między oddziałami firmy z wykorzystaniem zwykłej sieci telefonicznej.

To wszystko... i jeszcze więcej

LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) to usługa sieciowa charakterystyczna dla intranetów (choć istnieją również publiczne serwery LDAP w Internecie), pozwalająca zgromadzić na specjalnym serwerze dane o wszystkich użytkownikach danej sieci: ich nazwiska, numery pokojów, telefonów, adresy e-mailowe i wszelkie inne dane osobowe, które mogą być przydatne w codziennej pracy w firmie. Wiele programów użytkowych potrafi współpracować z serwerami LDAP i przeszukiwać zgromadzone tam informacje wedle różnych kryteriów. Przykładowo programy do poczty elektronicznej - jak np. Outlook Express - potrafią korzystać z serwerów LDAP do odnalezienia adresu e-mailowego użytkownika, któremu chcemy wysłać pocztę, na podstawie jego nazwiska lub innych danych.

Także telefony IP potrafią korzystać ze znajdującego się w lokalnej sieci serwera LDAP. Wystarczy wstukać na klawiaturze telefonu nazwisko interesującego nas użytkownika (lub jego fragment), aby telefon odnalazł jego dane na serwerze LDAP i automatycznie nas z nim połączył - prezentując wcześniej na swoim wyświetlaczu listę wszystkich znalezionych osób, abyśmy mogli dokonać wyboru w przypadku, gdy użytkowników o podanym nazwisku jest więcej niż jeden.

Oprogramowanie IP Auto Attendant, współpracujące z serwerem Call Manager, udostępnia tę możliwość także osobom dzwoniącym z zewnątrz do firmy. "Tu firma X, proszę wybrać tonowo numer wewnętrzny lub poczekać na zgłoszenie operatora" - ile razy słyszeliśmy tę zapowiedź dzwoniąc do różnych firm? Gdy jednak w firmie działa system telefonii IP z oprogramowaniem IP Auto Attendant, nie znając numeru wewnętrznego możemy wprowadzić z klawiatury telefonu - zgodnie z umieszczonymi na niej oznaczeniami literowymi, jakie znaleźć można w większości współczesnych aparatów telefonicznych - fragment nazwiska poszukiwanej osoby. Program sięgnie do bazy danych LDAP, odczyta nam dane wszystkich pasujących osób i pozwoli dokonać wyboru poprzez wciśnięcie odpowiedniej cyfry na klawiaturze.

Gdy jednak zdecydujemy się skorzystać z pomocy operatora, zupełnie możliwe, że nie będzie nim specjalnie zatrudniona telefonistka "przywiązana" do pomieszczenia centralki telefonicznej, a dowolny pracownik firmy korzystający z konsoli operatorskiej Web Attendant. To oprogramowanie umożliwia - za pośrednictwem telefonu IP i przeglądarki WWW - odbieranie i łączenie na numery wewnętrzne przychodzących rozmów z dowolnego miejsca w sieci firmowej. Tu także oczywiście współpraca z serwerem LDAP pozwala odnajdywać numery wewnętrzne poszukiwanych osób.

Jeszcze inną interesującą możliwością jest wbudowana w telefon IP przeglądarka, pozwalająca oglądać na jego wyświetlaczu napisane w specjalnym, opartym na XML-u języku strony z firmowego intranetu. W ten sposób wiele prostszych zadań związanych z odszukiwaniem informacji w firmowych bazach danych pracownik może wykonać nawet bez komputera.

Last but not least, w telefonii IP można wykorzystywać - jak to już wspomniałem na wstępie artykułu - specjalne oprogramowanie pracujące na komputerze PC. IP SoftPhone to program działający w systemie Windows, będący pełnym funkcjonalnym odpowiednikiem opisywanych telefonów IP. Ma on - jak każdy telefon IP - swój własny numer telefonu i umożliwia prowadzenie rozmów za pośrednictwem karty dźwiękowej komputera, ale także - gdy komputer jest podłączony do "prawdziwego" telefonu IP - dodatkowo pozwala zdalnie sterować tym ostatnim. Ta ostatnia możliwość pozwala np. na programowanie pewnych bardziej skomplikowanych funkcji telefonu, niedostępnych bezpośrednio z jego klawiatury. SoftPhone jest programem wygodnym dla osób często przemieszczających się między różnymi oddziałami firmy; zabieranie ze sobą w podróż notebooka jest jednak znacznie wygodniejsze i pożyteczniejsze niż biurkowego telefonu, a zastosowanie SoftPhone zapewnia tę samą możliwość bycia zawsze dostępnym pod swoim numerem telefonu. Program oczywiście również współpracuje z klientami usług katalogowych, a także - co jest jego dodatkową możliwością - z oprogramowaniem telekonferencyjnym zgodnym ze standardem H.323, np. Microsoft Netmeeting. W ten sposób rozmawiając przez telefon IP można równocześnie - dzięki oprogramowaniu telekonferencyjnemu - wspólnie z rozmówcą pracować np. nad dokumentem w edytorze tekstu.

Jak widać, telefonia IP jest dziedziną bardzo ciekawą i bardzo dynamicznie się rozwijającą. Analitycy szacują, że w roku 2003 liczba instalacji telefonii IP w firmach zrówna się z liczbą tradycyjnych sieci telefonicznych, a w latach następnych telefonia IP zacznie przeważać. Ciekawe, co z publiczną siecią telefoniczną - czy również przejdzie na połączenia realizowane przez Internet?

Więcej informacji na temat rozwiązań firmy Cisco dla telefonii IP można znaleźć pod adresem: http://www.cisco.com/go/avvid/

Powrót do wykazu artykułów o Internecie

Statystyka