IP Telefonie - 1. část
21.7.2006, Rostislav Hučka, článek
Telefonování po internetu (VoIP) je nyní pravděpodobně asi nejdynamičtěji se rozvíjející segment služeb na internetu. V tomto seriálu se budeme věnovat sice nejpoužívanějšímu, leč rozhodně ne jedinému protokolu pro IP telefonii, kterým je SIP.
SIP (Session Initiation Protocol) je flexibilní signalizační protokol, který slouží pro přenos signalizace a dalších informací nezbytných k sestavení hovoru po internetu. Protokol je definován v RFC3261. SIP slouží vždy jen k realizaci spojení a vytvoření přenosového kanálu, pro samotný přenos audiodat se používá protokol RTP (Real Time Protocol) nad UDP.
Koncová zařízení používající protokol SIP mohou pracovat v jednom ze dvou následujících módů
Peer to peer - Hovor se sestavuje přímo mezi koncovými zařízeními, bez účasti SIP serveru. Hovor je směrován na cílovou IP adresu. Koncové zařízení obvykle umožňuje realizovat nějakou formu přiřazení cílové IP a telefonního čísla. Spojení se v tomto případě sestavuje vždy směrem od volající strany k volané, takže na volané straně je nutno mít buď veřejnou IP nebo mít alespoň přesměrované potřebné porty na firewallu.
Praktické použití je většinou na propojení pobočkových ústředen nebo protažení pobočkové linky někam přes internet. V tomto článku se peer to peer spojení nebudu dále věnovat.
SIP proxy - Každé uživatelské zařízení je přihlášeno k SIP serveru, který funguje jako telefonní ústředna. Veškerá komunikace pak probíhá mezi SIP serverem a klientem, SIP server slouží zároveň jako SIP proxy. SIP server pak podle potřeby buď předává hovorová data jinému koncovému zařízení, které je přihlášeno ke stejnému SIP serveru, nebo k jinému SIP zařízení přihlášemu k jinému SIP serveru (IP peering) anebo do veřejné telefonní sítě.
Vzhledem k tomu, že veškerá komunikace probíhá jen mezi koncovým zařízením a SIP serverem, není nutno obvykle na firewallu nic nastavovat. Pokud máte hardwarové zařízení s firewallem a NATem (typicky ADSL modem), funguje rovněž zpravidla bez potřeby změny nastavení firewallu.
Pokud je SIP proxy propojena s veřejnou telefonní sítí, uživatelské jméno má obvykle formát telefonního čísla, na které se dá volat z veřejné telefonní sítě.
Na rozdíl od hojně používaného programu Skype, který používá uzavřený (nepublikovaný) přenosový protokol, jsou požadavky na přenosovou rychlost pro IP telefonii pomocí protokolu SIP přesně definované. Uživatel si může vybrat kodek pro kompresi řeči podle kvality svého připojení. V módu peer to peer je volba kodeku čistě na uživateli, v módu SIP proxy je nutno vybrat si kodek z množiny těch, co jsou podporovány příslušnou SIP proxy.
V tabulce jsou uvedeny reálné rychlosti pro vybrané kodeky používané pro VoIP. Uvedené rychlosti jsou konečné, potřebné trvale během hovoru na připojení do internetu. Nominální bitrate kodeku po zakódování řeči je samozřejmě nižší, neboť zabalením dat do protokolu rtp se celkový objem přenášených dat zvětší. Například při použití kodeku G711a je efektivní bitrate 64 kbit/s (tento kodek se používá pro přenos hovorových dat u ISDN nebo kdekoli v digitální telefonní síti), po zabalení do protokolu rtp bitrate však naroste na výše uvedených 85 kbit/s.
Z běžně dostupných připojení jsou pro VoIP vhodné ADSL, kabelové připojení, WiFi a pevné připojení. Nevhodné je vytáčené spojení (nízká rychlost) a GPRS/EDGE (příliš dlouhá odezva). Na mezi použitelnosti je CDMA, dost to závisí na lokálních podmínkách. Při použití nejlevnějších tarifů na ADSL, kabelovky a někdy i u WiFi je potřeba použít úspornější kodek než G711a, neboť na těchto připojeních je silně omezen upload. Projeví se to tak, že na straně IP telefonu je slyšet dobře, ale na druhé straně je řeč trhaná, nebo jsou v ní výpadky.
Při použití připojení, které je sdílené pro několik počítačů nebo uživatelů (domací síť, malá firemní síť, lokální bezdrátová síť), musíme zabezpečit, aby byla vždy dostatečná konektivita pro VoIP, jinak budou v přenášeném hlase výpadky. Lze to realizovat buď pomocí QoS (možnost nastavování rychlostí podle IP, prioritizace podle druhu provozu, atd.) na routeru nebo pomocí omezení přímo na počítačích v síti (domluva, Netlimiter).
Pro IP telefonii přes protokol SIP můžeme použít buď softwarového nebo hardwarového klienta. Softwarový klient je vhodný spíše jen pro vyzkoušení možností telefonování, pro serióznější použití doporučuji jednoznačně klienta hardwarového.
Hardwarový klient může být buď v podobě IP telefonu, který se navenek chová jako klasický telefon, ale má ethernetové rozhraní, anebo ve formě VoIP brány.
VoIP brána je zařízení, které je vybaveno jedním nebo více ethernetovými porty. Pokud je portů více, brána funguje i jako router. Dále pak má alespoň jeden port typu FXS nebo FXO. Nejlevnější brány určené pro domácnost a SOHO mají jen FXS porty.
FXS (Foreign Exchnage Station) port se chová jako klasická telefonní linka a lze do něj tedy napojit běžný telefonní přístroj nebo DECT. Připojení bezšňůrového telefonu DECT je obzvlášť zajímavé, protože umožňuje mít přenosný telefon s větším dosahem a za nižší cenu než VoIP telefony s integrovaným WiFi.
FXS porty obvykle nejsou výkonově dimenzovány tak jako veřejná telefonní linka a mnohdy nedokážou napájet více než dva telefony připojené paralelně, ale závisí na konkrétním typu.
FXO (Foreign Exchange Office) port se chová jako telefonní přístroj a je určený k připojení na stávající telefonní linku nebo analogovou linku pobočkové ústředny. VoIP brána s FXO portem se dá použít např. jako "prodloužení" telefonní linky přes internet, je to vhodné třeba k "prodloužení" linky z pobočkové ústředny kamkoli jinam přes internet. Na druhé straně se pak použije VoIP telefon, který se bude chovat stejně, jako klasický telefon připojený k pobočkové ústředně.
Na některých VoIP branách najdeme někdy i tzv. PSTN port. Tento port slouží pouze pro připojení analogové telefonní linky. Brána s PSTN portem umožňuje používat pomocí jednoho telefonního přístroje jak klasickou linku, tak i IP telefonii. Způsob volání (VoIP nebo klasická telefonní linka) přepínáme obvykle pomocí provolby. Pokud vypadne IP telefonie, brána s PSTN portem se sama přepne tak, aby bylo možno telefonovat alespoň po klasické telefonní lince.
Předpokládejme nyní, že se chceme připojit k nějakému SIP serveru od poskytovatele. Tato konfigurace je pro uživatele poměrně snadná, nicméně klienti různých výrobců se dost značně liší, takže zde uvedu rámcové vysvětlení, které vám snad pomůže.
1. Konfigurace sítě - konfigurace sítě se pochopitelně týká jen hardwarových klientů. Hardwarová zařízení jsou obvykle od výrobce nastavena tak, že se nejdříve pokusí získat adresu z DHCP serveru a pokud se to nepovede, nastaví výchozí adresu, která je uvedena v uživatelské příručce. U IP telefonů to nedělá potíže, neboť mají displej, na kterém lze IP adresu zobrazit. Změnu lze pak provést buď pomocí klávesnice telefonu anebo přes www prohlížeč či telnet. Naopak s VoIP bránami lze občas zažít hru na schovávanou. Pokud máte v síti DHCP server, budete potřebovat z něj vyzískat přidělené IP adresy pro určité MAC adresy (leases). Pokud se k těmto záznamům nelze dostat (anebo nevíte jak), je vhodné IP bránu nejdřív připojit k počítači, připojit se na výchozí IP od výrobce a nastavit IP adresu z vlastního rozsahu sítě, masku podsítě, výchozí bránu a DNS ručně. Tato nastavení pak uložit a nakonec bránu zapojit do sítě.
2. Nastavení protokolu SIP - zde již není rozdílu mezi klienty, co se způsobu týče, zato se položky v nastavovacím formuláři mohou lišit názvy. Pokud se připojujeme k SIP serveru, nastavujeme SIP proxy mód, u některých zařízení (většino ip telefony) se namísto toho zaškrtává políčko "Use service". Dále je potřeba vyplnit adresu SIP proxy (též SIP server), dále pak jméno (login, account name), telefonní číslo (phone number) a heslo. Tyto údaje dostanete od provozovatele SIP serveru. Další nastavení obvykle nejsou nutná.
3. Kodeky - poskytovatelé obvykle přidělí jen jeden kodek. Pokud nám dá na výběr, volíme pro linky s rychlostí nad 192 kbit (upload i download) kodek G711a a pro nižší rychlosti jiný kodek z podporovaných. Podle kvality od nejlepší se dají nejčastěji používané kodeky seřadit asi takto: G726, iLBC, GSM, G729. Při testech jsem dost často narazil na problémy při použití kodeku iLBC, pokud slyšíte při použití kodeku iLBC zkreslený hlas, doporučuji použít jiný kodek.
4. Speciality pro VoIP brány, faxování - je to trochu krkolomné, ale jde to. K VoIP bráně lze namísto telefonu připojit běžný fax anebo běžný faxmodem a faxovat tak přes VoIP linku. Jedinou podmínkou je kvalitní internetová konektivita a použití kodeku G711a.
5. VoIP brány a DECT - pokud chcete telefonovat přes VoIP a zároveň mít volnost pochybu, kombinace VoIP brány a přístroje DECT je ta pravá volba. Bezšňůrový telefon DECT se chová jako klasický telefon, nicméně obvykle má displej a umí zobrazovat číslo volajícího. VoIP brány tuto informaci umí předávat na FXS port, někdy je ovšem tato volba vypnutá (například u zařízení WELL ATA15x) a je nutné ji předem zapnout. Pokud byla základna DECT připojena na veřejnou telefonní linku, je potřeba základnu před připojením na VoIP bránu vypnout, připojit k bráně a zapnout, jinak se číslo zobrazovat nebude. Číslo volajícího se přenáší mezi prvním a druhým zazvoněním, pokud tedy volající nechá telefon zazvonit jen jednou, do DECTu se žádné číslo nepřenese a tím ani nebude zobrazeno.
A jak poznám, že vše funguje? Softwarový klient a IP telefon indikuje stav na displeji. Některé VoIP brány mají kontrolku „ready“, nicméně po úspěšném přihlášení na SIP server se ozve v připojeném telefonu oznamovací tón, obvykle trvalý stejně jako např. v USA. Takže nyní už zbývá jen vytočit číslo - a volat.
I. Základní funkce SIP
Koncová zařízení používající protokol SIP mohou pracovat v jednom ze dvou následujících módů
Peer to peer - Hovor se sestavuje přímo mezi koncovými zařízeními, bez účasti SIP serveru. Hovor je směrován na cílovou IP adresu. Koncové zařízení obvykle umožňuje realizovat nějakou formu přiřazení cílové IP a telefonního čísla. Spojení se v tomto případě sestavuje vždy směrem od volající strany k volané, takže na volané straně je nutno mít buď veřejnou IP nebo mít alespoň přesměrované potřebné porty na firewallu.
Praktické použití je většinou na propojení pobočkových ústředen nebo protažení pobočkové linky někam přes internet. V tomto článku se peer to peer spojení nebudu dále věnovat.
SIP proxy - Každé uživatelské zařízení je přihlášeno k SIP serveru, který funguje jako telefonní ústředna. Veškerá komunikace pak probíhá mezi SIP serverem a klientem, SIP server slouží zároveň jako SIP proxy. SIP server pak podle potřeby buď předává hovorová data jinému koncovému zařízení, které je přihlášeno ke stejnému SIP serveru, nebo k jinému SIP zařízení přihlášemu k jinému SIP serveru (IP peering) anebo do veřejné telefonní sítě.
Vzhledem k tomu, že veškerá komunikace probíhá jen mezi koncovým zařízením a SIP serverem, není nutno obvykle na firewallu nic nastavovat. Pokud máte hardwarové zařízení s firewallem a NATem (typicky ADSL modem), funguje rovněž zpravidla bez potřeby změny nastavení firewallu.
Pokud je SIP proxy propojena s veřejnou telefonní sítí, uživatelské jméno má obvykle formát telefonního čísla, na které se dá volat z veřejné telefonní sítě.
I. Požadavky na konektivitu
Na rozdíl od hojně používaného programu Skype, který používá uzavřený (nepublikovaný) přenosový protokol, jsou požadavky na přenosovou rychlost pro IP telefonii pomocí protokolu SIP přesně definované. Uživatel si může vybrat kodek pro kompresi řeči podle kvality svého připojení. V módu peer to peer je volba kodeku čistě na uživateli, v módu SIP proxy je nutno vybrat si kodek z množiny těch, co jsou podporovány příslušnou SIP proxy.
Kodek | Přenosová rychlost pro každý směr |
G711a (PCM) | 85 kbit/s |
G726 | 55 kbit/s |
GSM | 40 kbit/s |
V tabulce jsou uvedeny reálné rychlosti pro vybrané kodeky používané pro VoIP. Uvedené rychlosti jsou konečné, potřebné trvale během hovoru na připojení do internetu. Nominální bitrate kodeku po zakódování řeči je samozřejmě nižší, neboť zabalením dat do protokolu rtp se celkový objem přenášených dat zvětší. Například při použití kodeku G711a je efektivní bitrate 64 kbit/s (tento kodek se používá pro přenos hovorových dat u ISDN nebo kdekoli v digitální telefonní síti), po zabalení do protokolu rtp bitrate však naroste na výše uvedených 85 kbit/s.
Z běžně dostupných připojení jsou pro VoIP vhodné ADSL, kabelové připojení, WiFi a pevné připojení. Nevhodné je vytáčené spojení (nízká rychlost) a GPRS/EDGE (příliš dlouhá odezva). Na mezi použitelnosti je CDMA, dost to závisí na lokálních podmínkách. Při použití nejlevnějších tarifů na ADSL, kabelovky a někdy i u WiFi je potřeba použít úspornější kodek než G711a, neboť na těchto připojeních je silně omezen upload. Projeví se to tak, že na straně IP telefonu je slyšet dobře, ale na druhé straně je řeč trhaná, nebo jsou v ní výpadky.
Při použití připojení, které je sdílené pro několik počítačů nebo uživatelů (domací síť, malá firemní síť, lokální bezdrátová síť), musíme zabezpečit, aby byla vždy dostatečná konektivita pro VoIP, jinak budou v přenášeném hlase výpadky. Lze to realizovat buď pomocí QoS (možnost nastavování rychlostí podle IP, prioritizace podle druhu provozu, atd.) na routeru nebo pomocí omezení přímo na počítačích v síti (domluva, Netlimiter).
I. Klienti
Pro IP telefonii přes protokol SIP můžeme použít buď softwarového nebo hardwarového klienta. Softwarový klient je vhodný spíše jen pro vyzkoušení možností telefonování, pro serióznější použití doporučuji jednoznačně klienta hardwarového.
Hardwarový klient může být buď v podobě IP telefonu, který se navenek chová jako klasický telefon, ale má ethernetové rozhraní, anebo ve formě VoIP brány.
VoIP brána je zařízení, které je vybaveno jedním nebo více ethernetovými porty. Pokud je portů více, brána funguje i jako router. Dále pak má alespoň jeden port typu FXS nebo FXO. Nejlevnější brány určené pro domácnost a SOHO mají jen FXS porty.
FXS (Foreign Exchnage Station) port se chová jako klasická telefonní linka a lze do něj tedy napojit běžný telefonní přístroj nebo DECT. Připojení bezšňůrového telefonu DECT je obzvlášť zajímavé, protože umožňuje mít přenosný telefon s větším dosahem a za nižší cenu než VoIP telefony s integrovaným WiFi.
FXS porty obvykle nejsou výkonově dimenzovány tak jako veřejná telefonní linka a mnohdy nedokážou napájet více než dva telefony připojené paralelně, ale závisí na konkrétním typu.
FXO (Foreign Exchange Office) port se chová jako telefonní přístroj a je určený k připojení na stávající telefonní linku nebo analogovou linku pobočkové ústředny. VoIP brána s FXO portem se dá použít např. jako "prodloužení" telefonní linky přes internet, je to vhodné třeba k "prodloužení" linky z pobočkové ústředny kamkoli jinam přes internet. Na druhé straně se pak použije VoIP telefon, který se bude chovat stejně, jako klasický telefon připojený k pobočkové ústředně.
Na některých VoIP branách najdeme někdy i tzv. PSTN port. Tento port slouží pouze pro připojení analogové telefonní linky. Brána s PSTN portem umožňuje používat pomocí jednoho telefonního přístroje jak klasickou linku, tak i IP telefonii. Způsob volání (VoIP nebo klasická telefonní linka) přepínáme obvykle pomocí provolby. Pokud vypadne IP telefonie, brána s PSTN portem se sama přepne tak, aby bylo možno telefonovat alespoň po klasické telefonní lince.
I. Základní konfigurace SIP klienta
Předpokládejme nyní, že se chceme připojit k nějakému SIP serveru od poskytovatele. Tato konfigurace je pro uživatele poměrně snadná, nicméně klienti různých výrobců se dost značně liší, takže zde uvedu rámcové vysvětlení, které vám snad pomůže.
1. Konfigurace sítě - konfigurace sítě se pochopitelně týká jen hardwarových klientů. Hardwarová zařízení jsou obvykle od výrobce nastavena tak, že se nejdříve pokusí získat adresu z DHCP serveru a pokud se to nepovede, nastaví výchozí adresu, která je uvedena v uživatelské příručce. U IP telefonů to nedělá potíže, neboť mají displej, na kterém lze IP adresu zobrazit. Změnu lze pak provést buď pomocí klávesnice telefonu anebo přes www prohlížeč či telnet. Naopak s VoIP bránami lze občas zažít hru na schovávanou. Pokud máte v síti DHCP server, budete potřebovat z něj vyzískat přidělené IP adresy pro určité MAC adresy (leases). Pokud se k těmto záznamům nelze dostat (anebo nevíte jak), je vhodné IP bránu nejdřív připojit k počítači, připojit se na výchozí IP od výrobce a nastavit IP adresu z vlastního rozsahu sítě, masku podsítě, výchozí bránu a DNS ručně. Tato nastavení pak uložit a nakonec bránu zapojit do sítě.
2. Nastavení protokolu SIP - zde již není rozdílu mezi klienty, co se způsobu týče, zato se položky v nastavovacím formuláři mohou lišit názvy. Pokud se připojujeme k SIP serveru, nastavujeme SIP proxy mód, u některých zařízení (většino ip telefony) se namísto toho zaškrtává políčko "Use service". Dále je potřeba vyplnit adresu SIP proxy (též SIP server), dále pak jméno (login, account name), telefonní číslo (phone number) a heslo. Tyto údaje dostanete od provozovatele SIP serveru. Další nastavení obvykle nejsou nutná.
3. Kodeky - poskytovatelé obvykle přidělí jen jeden kodek. Pokud nám dá na výběr, volíme pro linky s rychlostí nad 192 kbit (upload i download) kodek G711a a pro nižší rychlosti jiný kodek z podporovaných. Podle kvality od nejlepší se dají nejčastěji používané kodeky seřadit asi takto: G726, iLBC, GSM, G729. Při testech jsem dost často narazil na problémy při použití kodeku iLBC, pokud slyšíte při použití kodeku iLBC zkreslený hlas, doporučuji použít jiný kodek.
4. Speciality pro VoIP brány, faxování - je to trochu krkolomné, ale jde to. K VoIP bráně lze namísto telefonu připojit běžný fax anebo běžný faxmodem a faxovat tak přes VoIP linku. Jedinou podmínkou je kvalitní internetová konektivita a použití kodeku G711a.
5. VoIP brány a DECT - pokud chcete telefonovat přes VoIP a zároveň mít volnost pochybu, kombinace VoIP brány a přístroje DECT je ta pravá volba. Bezšňůrový telefon DECT se chová jako klasický telefon, nicméně obvykle má displej a umí zobrazovat číslo volajícího. VoIP brány tuto informaci umí předávat na FXS port, někdy je ovšem tato volba vypnutá (například u zařízení WELL ATA15x) a je nutné ji předem zapnout. Pokud byla základna DECT připojena na veřejnou telefonní linku, je potřeba základnu před připojením na VoIP bránu vypnout, připojit k bráně a zapnout, jinak se číslo zobrazovat nebude. Číslo volajícího se přenáší mezi prvním a druhým zazvoněním, pokud tedy volající nechá telefon zazvonit jen jednou, do DECTu se žádné číslo nepřenese a tím ani nebude zobrazeno.
A jak poznám, že vše funguje? Softwarový klient a IP telefon indikuje stav na displeji. Některé VoIP brány mají kontrolku „ready“, nicméně po úspěšném přihlášení na SIP server se ozve v připojeném telefonu oznamovací tón, obvykle trvalý stejně jako např. v USA. Takže nyní už zbývá jen vytočit číslo - a volat.
