شبکه های ارتباطی

¬چكيده :
مقدمه
امروزه شبكه هاي مخابراتي و ارتباط از راه دوري كه اينترنت و صوت پاكتي استفاده
مي كنند ، طرفداران زيادي پيدا كرده است ، اين روش انتقال صوت كه به كمك پروتكل ها اينترنتي انجام مي گيرد بسيار كم هزينه تر از روش هاي قديمي و سويچ مداري سابق هستند . همين امر باعث شده است تا طراحان شبكه هاي مخابراتي نسل نويني از شبكه تلفني را پيشنهاد كنند كه كاملا” مبتني بر استفاده از اينترنت و صوت پاكتي مي باشد . در اين شبكه ها ترافيك صوتي بخش كوچكي از ترافيك عظيم داده اي را تشكيل مي دهد .
ما در اين نوشتار سعي كرده ايم اهميت شبكه هاي صوتي پاكتي را نشان دهيم و مفهوم تكنولوژي Voice Over IP را روشن نموده و با معرفي ساختار و معماري هايي مربوط به آن و نيز آشنايي با پروتكل هاي شبكه اي خاصي كه براي اين تكنولوژي استفاده مي شود ، به صورت
دقيق تري با اين نوع شبكه ها آشنا شويم . بنابراين در فصل اول در باره مفاهيم و تعاريف مربوط به اين تكنولوژي بحث خواهيم نمود و در فصل دوم به بررسي تقريبا” كاملي از پروتكل هاي و استانداردهاي اين تكنولوژي مي پردازيم .

فصل اول :
۱ـ۱ ) مفاهيم Voice Over IP
شبكه هاي ارتباطات از راه دور ( Telecommunication ) امروزه دستخوش تغييرات زيادي شده اند . در آينده اي نزديك شبكه هايي كه براساس Voice basedCircui+ switch قديمي هستند ( كلاس سويچ هاي ۵ و ۴/۵ ) بايد به معماري Packet-based تبديل شوند . مطالعات انجام شده نشان مي دهد كه شبكه هاي پاكتي به طرز قابل ملاحظه اي از شبكه هاي هم ارز سوييچ مداري ارزانتر هستند . شكل ۱-۱ نتايج اين مطالعات را نشان مي دهد .

در يك مقايسه نوعي ، سيستم پاكتي جديد كه از امكانات و تكنولوژي هاي سخت افزاري نوين استفاده كرده اند حدود ۱۰ تا ۲۰ درصد هزينه هاي سوييچ كلاس ۵ را دارند . همچنين از آنجايي كه سوييچ هاي قديمي اصولا” براي كار با داده طراحي نشده اند با اينترنت و آدرس ها IP سازگاري خوبي ندارند . PTSN براي ترافيك صوتي طراحي شده است و همانطور كه قبلا” گفته شد اين نوع ترافيك در صنعت ارتباطات از راه دور رشد چنداني ندارد . در عوض بيشتر اين رشد در شبكه هاي داده اي و IP-based رخ خواهد داد .

در حالت كلي پياده سازي هاي شبكه هاي IP-based باعث كاهش هزينه ها مي شود ولي بعضا” عكس اين اتفاقات رخ داده است ، دليل اين امر جديد بودن اين تكنولوژي است .
Voice Over IP به معناي انتقال ترافيك صوتي در قالب پاكتي مي باشد . اصطلاحات زيادي براي توصيف اين فرآيند وجود دارد :
IP Telephony interant telephony , Internt telephony و صوت پاكتي . ذيلا” ما هركدام از اين مفاهيم را به صورت خلاصه توضيح مي دهيم :
Internet Telephony : عبارت است از جايگذاري تماس هاي تلفني بر روي شبكه جهاني Internet
Interanet Telephony : عبارت است از جايگذاري تماس هاي تلفني بر روي شبكه خصوصي ( يا interanet ) .
IP Tlelphony : به معناي استفاده از پروتكل اينترنت ( IP ) جهت ارسال تماسي هاي صوتي روي شبكه جهاني Internet يا شبكه خصوصي ( interanet ) مي باشد .

صوتي پاكتي : استفاده از شبكه هاي پاكتي به جاي شبكه هاي سوييچ مداري
( Circuit switched ) جهت نقل و انتقال تماس هاي تلفني را مي گويند . لازم به ذكر است كه صوت پاكتي الزاما” نياز به IP ندارد به عنوان مثال يك شبكه صوت پاكتي مي تواند ترافيك صوتي را روي يك Frame Relay اجرا كند . موارد زير مهم ترين دلايل رويكرد به استفاده از تلفن اينترنتي هستند

:
۱- دلایل تجاری
۱-۱ ) مجمتع سازي صوت و داده
۱-۲ ) تقويت پهناي باند
۱-۳ ) عدم كاهش سيستم فعلي در برآورده كردن نيازمندي ها و سازگاري با محيط جديد .
۱-۴ كاهش قيمت تعرفه ها

۲ـ عموميت يافتن Ip
3ـ تكامل تكنولوژي هاي مربوط
۴ـ تمايل به شبكه هاي داده اي
پيكربندي مختلف در شبكه هاي VoIP
ما در شكل ۱-۲ چهار مثال از پيكربندي هاي متفاوتي كه VoIP مي تواند داشته باشد آورده ايم .

در شكل a تلفن هاي معمول در يك شبكه تلفني نشان داده شده اند ( telco به معناي يك شبكه تلفني است ) Gateway هاي VoIP توابع مترجمي را براي انجام تبديلات صوت به داده فراهم مي كنند . در طرف فرستنده بايد از ابزارهايي براي كدگذاري ، فشرده سازي و لفاف بندي براي تبديل ترافيك صوتي به پاكت هاي داده اي ( همان ديتاگرام هاي IP ) استفاده كنيم و در طرف گيرنده عكس اين عمليات را بايد انجام دهيم .

اين روش پيكربندي در تحويل ترافيك صوتي با كيفيت بالا بسيار قدرتمند مي باشد . در شكل b ، از يك كامپيوتر شخصي ( PC ) و مسيرياب ( router ) استفاده كرده ايم . در اين حالت در PC فرستنده عمليات كدگذاري و فشرده سازي را انجام مي دهيم و مسيرياب ها فقط كار مسيريابي اين پاكت ها را انجام مي دهند بنابراين تا حد زيادي كيفيت كار بالا مي رود ولي مشكل حال حاضر در اين روش دشواري انجام تبديلات A-D و D-A در PC ها است . در پيكربندي شكل C ، در طرف گيرنده ، يك تلفن داريم بنابراين مسيرياب ها بايد به امكانات بيشتري ( از قبيل انجام يك سري توابع مخصوص Gateway هاي VoIP ) مجهز شوند .

روش نشان داده در شكل d ، ساده و ارزان تر است . در اين جا باز هم از Gateway هاي VoIP استفاده مي كنيم . ولي برعكس حالت a كه Gateway ها n به ۱ است اينجا از
Gateway هاي ۱ به ۱ استفاده مي كنيم كه يك قطعه كوچك و ارزان ( با حجمي تقريبا” نصف يك ليوان معمولي ) است .
مدل تكامل يافته شبكه هاي VoIP
نماي كلي از يك شبكه VoIP تكامل يافته را مي توانيد در شكل ۱-۳ ببينيد . مؤلفه هاي كليدي اين عمليات VoIP Gateway ، VoIP call agent ( كه به آن Gatekeeper هم
مي گويند ) و يك كنترلر هستند .

Gateway مسئول ارتباط قطعات VoIP ( در سمت چپ شكل ) با شبكه ها ( در سمت راست شكل ) است . همچنين وظيفه تبديل سيگنال ها بين سيستم ها را نيز به عهده دارد .
امكان انتخاب در توپولوژي و پيكربندي شبكه هاي VoIP
شكل ۱-۴ تعدادي از تكنولوژي هاي موجود را كه براي چگونگي پيكربندي VoIP بكار
مي روند نشان مي دهد . متاسفانه IP telephony بر روي يك سرويس تك حاملي ( سه لايه زيرين در مدل OSI )‌ عمل مي كند همچنين فقط يكي پشته پروتكل هاي تله سرويسي (چهارلايه بالايي در مدل OSI ) را مي توان بكار برد .

ولي خوشبختانه امكانات پشتيباني زيادي دارد كه مثال هايي از آنها ذيلا” آورده شده اند :
VoIP over ppp over twisted pair
VoIP over ppp over SDNET
VoIP over Fast or Gigabit Ethernet
VoIP over AAL1 / AAL2 / AAL5 over ATM over SoNE
VoIP over Frame Relay
VoIP Over FDDZ
VoIP over RTP over , then over IP , and layer2 and 1

انتخاب هاي ديگري نيز داريم كه اينجا ذكر نشده اند با توجه به اين انتخاب ها ، ما تركيب هاي متفاوتي مي توانيم داشته باشيم كه از بخش ها حامل و تله سرويس متنوعي تشكيل شده اند و هركدام مي توانند منعكس كننده نيازمندي هاي مشتريان گوناگوني باشد .
ارزيابي فاكتورها در پاكت بندي صوت
مي خواهيم ببينيم كه چگونه ترافيك گفتاري را روي يك internet يا هر شبكه داده اي ديگر قرار مي دهيم .

طراحان VoIP بايد به سه فاكتور مهم توجه داشته باشند : مدت زمان پاكت :
ميزان پهناي باند لازم و ميزان محاسبات لازم
زمان پاكت با دو عمل مرتبط است . عمل اول در رابطه با طول زمان ارسال ترافيك VoIP از فرستنده به گيرنده است ، و دومي ميزان تغييرات در زمان هاي ورود پاكت هاي صحيح درگيرنده است . به اين زمان بين ورودي ها Jitter مي گوييم .

فاكتور دوم در رابطه با اين موضوع است كه براي پشتيباني انتقال به چه اندازه پهناي باند نياز داريم ، علاوه بر پهناي باند لازم براي نمايش سيگنال هاي گفتاري بايد پهناي باندي كه براي انتقال اطلاعات كنترلي كه توسط پروتكل ها استفاده مي شود را نيز در نظر داشته باشيم .
فاكتور سوم درباره ميزان محاسبات لازم براي كدگذاري ، انتقال و كدگشايي صوت است . ميزان محاسبات با توجه به حجم و پيچيدگي آنها سنجيده مي شود .

تفاوت هاي موجود ميان ملزومات صوت و داده در شبكه ها
به اختصار مهمترين تفاوت هاي اين دو را بيان مي كنيم :‌
۱ـ تحمل خطا : انتقال صوت قابليت بالايي در تحمل خطا دارد . اگر يك پاكت خاص صوتي از بين برود صحت و كيفيت صوت بازسازي شده زياد عوض نمي شود ولي
پاكت هاي داده اي به شدت نسبت به اين خطاها حساس هستند و حتي از بين رفتن يك بيت در آنها ممكن است منجر به عوض شدن معني كل پاكت شود . علاوه بر اين بسته هاي گم شده آسيب جدي به انتقال صوت نمي رسانند به طوريكه اگر تعداد پاكت هاي گم شده صوتي كمتر از ۵% كل آنها باشد مشكل خاصي در انتقال آنها بروز نمي كند و كيفيت كار قابل قبول است .

۲ـ تحمل تأخير : هنوز هم يكي از تفاوت هاي انتقال داده و صوت در زمينه تأخير شبكه است . در انتقال صوت ، تأخير بايد در حد امكان كم شود ، با توجه به اينكه عمل انتقال و تبديل A-D و D-A در انتقال صوت به صورت بلادرنگ و كاملا” دو طرفه انجام مي شود بايد تا حد امكان از ميزان تأخير كاسته شود . ولي در شبكه هاي داده اي ميزان تأخير مورد قبول متغير بوده و عموما” بيشتر از حد مجاز در شبكه هاي صوتي است . طول صف هاي انتظار پاكت در شبكه هاي صوتي نيز بايد خيلي كوتاه باشد .
خوشبختانه صوت پاكتي در دسته ترافيك هاي VBR قرار مي گيرد بنابراين نيازي به پهناي باند ثابت و تضمين شده ندارد و مقاومت خوبي در برابر نوساناي شبكه نشان مي دهد .

صنعت Internet telephony در حال حاضر
كاربردهاي Voice over internet تأثير به سزايي در صنعت امروزي گذاشته است . شركتهاي زيادي محصولات خود را در اين زمينه توسعه داده اند و اكثر آنها اقدام به ايجاد يك شبكه خصوصي براي ترافيك تلفني كرده اند البته هنوز اين قيمتها بشدت متغير است مهمترين
سرويس هايي كه فراهم كنندگان تسهيلات ارائه مي كنند عبارتند از تماس هاي
PC-to – telephony , pc – to – pc جدول زیر بعضي از اين سرويس ها را ليست
كرده است .

۱ـ۲) پردازش تماس :
هدف يك تماس تلفني اين است كه يك مكالمه بين شخص تماس گيرنده و شخص يا اشخاص طرف تماس برقرار شود . در بعضي سيستم ها روش فرآيند مكالمه تلفني بين تلفن و
فراهم كننده تسهيلات تلفني ( از حلقه محلي مشتري به سوييچ اداره مركزي طبق شكل ۱-۵ شامل تغييرات سيگنال هاي متفاوت مانند حضور يا عدم حضور سيگنال هاي الكتريكي روي خط مي باشد يا اينكه از ارسال و دريافت فركانس هاي خاصي از سيگنال كه به آنها tone گفته مي شود استفاده مي كنيم .

در سيستم هاي جديدتر ، اين سيگنال هاي فيزيكي به وسيله پيغامها يا پاكتها جايگزين
شده اند ولي پيغام ها هنوز همان كارها را انجام مي دهند ( برقراري و قطع تماس با مشتريان ) .
ايده اصلي براي فراهم كنندگان سرويس اينست كه چه موقع يك مشتري گوشي تلفن را برمي دارد تا به او اطلاع دهند كه مي تواند تماس بگيرد . سيستم پردازش تماس در مرحله بعد ارقامي كه مشتري به عنوان شماره گرفته است ، جمع آوري نموده و به كمك آنها مكان طرف دوم تماس را پيدا مي كنند .