Jeśli nigdy nie słyszałeś o VoIP, przygotuj się na zmianę sposobu myślenia o rozmowach telefonicznych na duże odległości. VoIP (Voice over Internet Protocol) to metoda przetwarzania analogowych sygnałów dźwiękowych, takich jak te, które słyszysz, rozmawiając przez telefon, na dane cyfrowe, które można przesyłać przez Internet.
W jaki sposób jest to użyteczne? VoIP może przekształcić standardowe połączenie internetowe w sposób umożliwiający wykonywanie bezpłatnych połączeń telefonicznych. W praktyce wygląda to tak, że korzystając z darmowego oprogramowania VoIP, które jest dostępne do wykonywania połączeń telefonicznych przez Internet, całkowicie omijasz operatora telefonicznego (i jego opłaty).
VoIP to rewolucyjna technologia, która ma szansę całkowicie odmienić światowe systemy telefoniczne. Dostawcy usług VoIP, tacy jak Vonage, istnieją już od jakiegoś czasu i stale się rozwijają. Najwięksi operatorzy, tacy jak AT&T, już wprowadzają plany połączeń VoIP na kilku rynkach w Stanach Zjednoczonych, a Komisja Regulacji Telekomunikacyjnych (FCC) poważnie przygląda się potencjalnym konsekwencjom usług VoIP.
VoIP to przede wszystkim sprytne „wymyślenie koła na nowo”. W tym artykule omówimy zasady działania VoIP, jego zastosowania i potencjał tej wschodzącej technologii, która najprawdopodobniej pewnego dnia całkowicie zastąpi tradycyjny system telefoniczny.
Ciekawostką w VoIP jest to, że nie ma tylko jednego sposobu na wykonanie połączenia. Istnieją trzy różne „smaki” usług VoIP, które są obecnie w powszechnym użyciu:
- ATA – Najprostszym i najczęściej stosowanym sposobem jest użycie urządzenia zwanego ATA (analogowy adapter telefoniczny). ATA umożliwia podłączenie standardowego telefonu do komputera lub łącza internetowego w celu korzystania z VoIP. ATA to konwerter sygnału analogowego na cyfrowy. Pobiera on sygnał analogowy z tradycyjnego telefonu i przekształca go w dane cyfrowe w celu przesłania ich przez Internet. Dostawcy, tacy jak Vonage i AT&T CallVantage, dołączają ATA bezpłatnie do swoich usług. Wystarczy wyjąć urządzenie ATA z pudełka, podłączyć do niego kabel od telefonu, który normalnie podłącza się do gniazdka w ścianie, i już można wykonywać połączenia VoIP. Niektóre urządzenia ATA mogą być dostarczane z dodatkowym oprogramowaniem, które należy załadować na komputer główny w celu ich skonfigurowania, ale w każdym przypadku jest to bardzo prosta konfiguracja.
- Telefony IP – Te specjalistyczne telefony wyglądają jak zwykłe telefony ze słuchawką, uchwytem i przyciskami. Jednak zamiast standardowych złączy telefonicznych RJ-11, telefony IP mają złącze RJ-45 Ethernet. Telefony IP podłącza się bezpośrednio do routera i mają one wbudowany cały sprzęt i oprogramowanie niezbędne do obsługi połączeń IP. Telefony Wi-Fi umożliwiają abonentom wykonywanie połączeń VoIP z dowolnego punktu dostępu do sieci Wi-Fi.
- Komputer-komputer – to z pewnością najprostszy sposób korzystania z VoIP. Nie trzeba nawet płacić za połączenia międzymiastowe. Istnieje kilka firm oferujących darmowe lub bardzo tanie oprogramowanie, które można wykorzystać do tego rodzaju VoIP. Wszystko, czego potrzebujesz, to oprogramowanie, mikrofon, głośniki, karta dźwiękowa i łącze internetowe, najlepiej szybkie, takie jak w przypadku modemu kablowego lub DSL. Za rozmowy między komputerami, bez względu na odległość, zazwyczaj nie pobiera się żadnych opłat, z wyjątkiem zwykłej miesięcznej opłaty za dostęp do Internetu.
Osoby zainteresowane wypróbowaniem VoIP powinny zapoznać się z dostępnym w Internecie bezpłatnym oprogramowaniem VoIP. Powinieneś być w stanie pobrać i skonfigurować je w ciągu około trzech do pięciu minut. Poproś znajomego, aby również pobrał takie oprogramowanie, i możecie zacząć majstrować przy VoIP, aby przekonać się, jak to działa.
Korzystanie z VoIP
Istnieje duże prawdopodobieństwo, że korzystasz już z połączeń VoIP za każdym razem, gdy wykonujesz połączenie międzymiastowe. Firmy telefoniczne wykorzystują VoIP do usprawnienia swoich sieci. Kierując tysiące połączeń telefonicznych przez przełącznik sieciowy do bramki IP, mogą one znacznie ograniczyć szerokość pasma wykorzystywanego na dłuższych trasach. Gdy połączenie zostanie odebrane przez bramę po drugiej stronie, jest ono dekompresowane, ponownie składane i kierowane do lokalnego przełącznika obwodów.
Choć zajmie to trochę czasu, można być pewnym, że w końcu wszystkie obecne sieci z komutacją obwodów zostaną zastąpione technologią komutacji pakietów (więcej o komutacji pakietów i komutacji obwodów w dalszej części). Telefonia IP po prostu ma sens, zarówno pod względem ekonomicznym, jak i wymagań infrastrukturalnych. Coraz więcej firm instaluje systemy VoIP, a popularność tej technologii będzie rosła, w miarę jak będzie się ona przenosiła do naszych domów. Prawdopodobnie największymi zaletami VoIP dla użytkowników domowych, którzy decydują się na zmianę, są cena i elastyczność.
Dzięki VoIP można dzwonić z dowolnego miejsca, w którym jest szerokopasmowe łącze. Ponieważ telefony IP lub urządzenia ATA przesyłają swoje informacje przez Internet, mogą być zarządzane przez dostawcę w dowolnym miejscu, w którym jest połączenie. Osoby podróżujące służbowo mogą więc zabierać swoje telefony lub urządzenia ATA w podróże i zawsze mieć dostęp do telefonu domowego. Inną alternatywą jest telefon programowy. Telefon programowy to oprogramowanie klienckie, które ładuje usługę VoIP na komputer stacjonarny lub laptop. Telefon programowy Vonage ma interfejs na ekranie, który wygląda jak tradycyjny telefon. Jeśli tylko masz zestaw słuchawkowy/mikrofon, możesz nawiązywać połączenia z laptopa w dowolnym miejscu na świecie z dostępem do łącza szerokopasmowego.
Większość firm oferujących usługi VoIP oferuje plany taryfowe oparte na stawkach minutowych, przypominające rachunki za telefon komórkowy, już od 30 USD miesięcznie. W wyższych cenach niektóre firmy oferują plany bez limitu za 79 USD. Dzięki wyeliminowaniu nieuregulowanych opłat i pakietowi bezpłatnych funkcji, które są zawarte w tych planach, można sporo zaoszczędzić.
Większość firm oferujących usługi VoIP udostępnia funkcje, za które zwykłe firmy telefoniczne pobierają dodatkowe opłaty, po dodaniu ich do planu taryfowego. VoIP obejmuje:
- Identyfikację numeru rozmówcy
- Połączenie oczekujące
- Przekazywanie połączeń
- Powtarzanie wybierania
- Połączenie zwrotne
- Połączenia trójstronne
Niektórzy operatorzy oferują również zaawansowane opcje filtrowania połączeń. Funkcje te wykorzystują informacje o identyfikatorze rozmówcy, aby umożliwić użytkownikowi wybór sposobu obsługi połączeń z określonego numeru. Można:
- Przekazać połączenie na określony numer
- wysłać połączenie bezpośrednio do poczty głosowej
- dać sygnał zajętości osobie dzwoniącej
- Odtworzyć komunikat „nieczynne”.
- Wysłać dzwoniącego na śmieszną infolinię
W przypadku wielu usług VoIP można również sprawdzić pocztę głosową za pośrednictwem Internetu lub załączyć wiadomości do wiadomości e-mail wysyłanej do komputera lub urządzenia przenośnego. Nie wszystkie usługi VoIP oferują wszystkie powyższe funkcje. Ceny i usługi są różne, więc jeśli jesteś zainteresowany, najlepiej zrobić małe zakupy.
Teraz, gdy już przyjrzeliśmy się VoIP w ogólnym zarysie, przyjrzyjmy się bliżej komponentom, dzięki którym system ten działa. Aby zrozumieć, jak naprawdę działa VoIP i dlaczego jest to rozwiązanie lepsze od tradycyjnego systemu telefonicznego, warto najpierw zrozumieć, jak działa tradycyjny system telefoniczny.
VoIP: przełączanie obwodów
Istniejące systemy telefoniczne działają w oparciu o bardzo niezawodną, ale nieco nieefektywną metodę łączenia rozmów, zwaną komutacją obwodów.
Przełączanie obwodów to bardzo podstawowa koncepcja, która jest stosowana w sieciach telefonicznych od ponad 100 lat. Gdy połączenie jest nawiązywane między dwiema stronami, połączenie jest utrzymywane przez cały czas jego trwania. Ponieważ łączy się dwa punkty w obu kierunkach, połączenie nazywa się obwodem. Na tym opiera się publiczna komutowana sieć telefoniczna (PSTN).
Oto jak wygląda typowa rozmowa telefoniczna:
- Podnosisz słuchawkę i słuchasz sygnału wybierania. Oznacza to, że masz połączenie z lokalnym biurem swojego operatora telefonicznego.
- Należy wybrać numer osoby, z którą chce się rozmawiać.
- Połączenie jest kierowane przez przełącznik lokalnego operatora do rozmówcy.
- Połączenie między telefonem użytkownika a linią drugiej strony jest realizowane za pomocą kilku połączonych ze sobą przełączników.
- Telefon po drugiej stronie dzwoni, a ktoś odbiera połączenie.
- Połączenie otwiera obwód.
- Rozmawiasz przez pewien czas, a następnie odkładasz słuchawkę.
- Po odłożeniu słuchawki obwód zostaje zamknięty, uwalniając Twoją linię i wszystkie linie pomiędzy nimi.
Załóżmy, że rozmawiasz przez 10 minut. W tym czasie obwód między dwoma telefonami jest stale otwarty. We wczesnym systemie telefonicznym, mniej więcej do roku 1960, każde połączenie musiało mieć dedykowany przewód rozciągający się od jednego końca połączenia do drugiego przez cały czas jego trwania. Jeśli więc byłeś w Nowym Jorku i chciałeś zadzwonić do Los Angeles, przełączniki między Nowym Jorkiem a Los Angeles łączyły kawałki miedzianego drutu przez całe Stany Zjednoczone. Wszystkie te odcinki drutu były wykorzystywane tylko na potrzeby połączenia przez pełne 10 minut. Płaciło się dużo za połączenie, ponieważ w rzeczywistości posiadało się na własność przewód miedziany o długości 3000 mil na 10 minut.
Rozmowy telefoniczne prowadzone za pośrednictwem tradycyjnej sieci telefonicznej są dziś nieco bardziej efektywne i kosztują znacznie mniej. Głos użytkownika jest zdigitalizowany, a jego głos wraz z tysiącami innych może być łączony przez większą część drogi w jednym kablu światłowodowym (do domu nadal prowadzi jednak specjalny miedziany przewód). Połączenia te są transmitowane ze stałą szybkością 64 kilobitów na sekundę (Kb/s) w każdym kierunku, co daje łączną szybkość transmisji 128 Kb/s. Ponieważ w kilobajcie (KB) jest 8 kilobitów (Kb), przekłada się to na transmisję 16 KB w każdej sekundzie otwartego obwodu i 960 KB w każdej minucie otwartego obwodu. Podczas 10-minutowej rozmowy całkowita transmisja wynosi 9 600 KB, co w przybliżeniu odpowiada 10 megabajtom (sprawdź, jak działają bity i bajty, aby dowiedzieć się więcej o tych przeliczeniach). Jeśli przyjrzeć się typowej rozmowie telefonicznej, okazuje się, że duża część tych przesyłanych danych jest marnowana.
VoIP: przełączanie pakietów
Sieć telefoniczna z komutacją pakietów jest alternatywą dla komutacji obwodów. Działa ona w następujący sposób: Podczas gdy Ty rozmawiasz, druga strona słucha, co oznacza, że w danym momencie wykorzystywana jest tylko połowa połączenia. Na tej podstawie możemy przypuszczać, że plik można zmniejszyć o połowę, do około 4,7 MB, co zwiększy jego wydajność. Ponadto w większości rozmów znaczna część czasu to martwe powietrze – przez kilka sekund żadna ze stron nie mówi. Gdybyśmy mogli usunąć te ciche przerwy, plik byłby jeszcze mniejszy. A gdyby zamiast wysyłać ciągły strumień bajtów (zarówno cichych, jak i głośnych), wysyłać tylko pakiety głośnych bajtów w momencie ich utworzenia?
W sieciach danych nie stosuje się komutacji obwodów. Twoje łącze internetowe byłoby znacznie wolniejsze, gdyby utrzymywało stałe połączenie ze stroną internetową, którą przeglądasz w danym momencie. Zamiast tego sieci danych po prostu wysyłają i pobierają dane zgodnie z potrzebami użytkownika. Zamiast kierować dane przez dedykowaną linię, pakiety danych przepływają przez chaotyczną sieć po tysiącach możliwych ścieżek. Nazywa się to komutacją pakietów.
Podczas gdy komutacja obwodów utrzymuje połączenie otwarte i stałe, komutacja pakietów otwiera krótkie połączenie – tylko na tyle, aby przesłać niewielką porcję danych, zwaną pakietem, z jednego systemu do drugiego. Działa to w następujący sposób:
- Komputer wysyłający dzieli dane na małe pakiety, z których każdy ma adres wskazujący urządzeniom sieciowym, gdzie mają je wysłać.
- Wewnątrz każdego pakietu znajduje się ładunek użyteczny. Ładunek ten to fragment wiadomości e-mail, plik muzyczny lub dowolny inny plik przesyłany w pakiecie.
- Komputer wysyłający wysyła pakiet do pobliskiego routera i zapomina o nim. Pobliski router wysyła pakiet do innego routera, który znajduje się bliżej komputera odbiorcy. Router ten wysyła pakiet do kolejnego, jeszcze bliższego routera i tak dalej.
- Gdy komputer odbierający w końcu otrzyma pakiety (z których każdy mógł przebyć zupełnie inną drogę), używa instrukcji zawartych w pakietach, aby ponownie złożyć dane do pierwotnego stanu.
Przełączanie pakietów jest bardzo wydajne. Pozwala sieci kierować pakiety po najmniej zatłoczonych i najtańszych liniach. Uwalnia także dwa komunikujące się ze sobą komputery, dzięki czemu mogą one przyjmować informacje także od innych komputerów.
Zalety korzystania z VoIP
Technologia VoIP wykorzystuje możliwości Internetu w zakresie przełączania pakietów do świadczenia usług telefonicznych. VoIP ma kilka zalet w porównaniu z komutacją obwodów. Na przykład komutacja pakietów umożliwia kilku rozmowom telefonicznym zajęcie miejsca, które w sieci komutowanej zajmuje tylko jedna rozmowa. Korzystając z PSTN, 10-minutowa rozmowa telefoniczna, o której mówiliśmy wcześniej, zużywała 10 pełnych minut czasu transmisji przy koszcie 128 Kb/s. W przypadku VoIP ta sama rozmowa może zajmować tylko 3,5 minuty czasu transmisji przy koszcie 64 Kb/s, co pozostawia kolejne 64 Kb/s wolne na te 3,5 minuty oraz dodatkowe 128 Kb/s na pozostałe 6,5 minuty. Z tego prostego szacunku wynika, że w przestrzeni zajmowanej przez jedno połączenie w systemie konwencjonalnym z łatwością zmieściłyby się kolejne trzy lub cztery połączenia. A ten przykład nie uwzględnia nawet zastosowania kompresji danych, która jeszcze bardziej zmniejsza rozmiar każdego połączenia.
Załóżmy, że Ty i Twój znajomy korzystacie z usług operatora VoIP. Obydwaj macie telefony analogowe podłączone do dostarczanych w ramach usługi urządzeń ATA. Przyjrzyjmy się jeszcze raz tej typowej rozmowie telefonicznej, ale tym razem z wykorzystaniem VoIP w sieci z komutacją pakietów:
- Użytkownik podnosi słuchawkę, która wysyła sygnał do urządzenia ATA.
- Urządzenie ATA odbiera sygnał i wysyła sygnał wybierania. Dzięki temu wiesz, że masz połączenie z Internetem.
- Użytkownik wybiera numer telefonu osoby, z którą chce rozmawiać. Sygnał dźwiękowy jest przekształcany przez ATA na dane cyfrowe i tymczasowo przechowywany.
- Dane o numerze telefonu są przesyłane w formie żądania do procesora połączeń firmy VoIP. Procesor ten sprawdza, czy dane mają prawidłowy format.
- Określa on, do kogo należy zmapować numer telefonu. Podczas mapowania numer telefonu jest tłumaczony na adres IP (więcej na ten temat później). Przełącznik programowy łączy dwa urządzenia po obu końcach połączenia. Po drugiej stronie jest wysyłany sygnał do urządzenia ATA znajomego, aby poprosiło ono o zadzwonienie do podłączonego telefonu.
- Po odebraniu telefonu przez znajomego zostaje nawiązana sesja między komputerem użytkownika a komputerem znajomego. Oznacza to, że każdy z systemów wie, że może oczekiwać pakietów danych od drugiego systemu. W środku zwykła infrastruktura internetowa obsługuje połączenie tak, jakby była to poczta elektroniczna lub strona WWW. Każdy system musi używać tego samego protokołu do komunikacji. W ramach sesji systemy implementują dwa kanały, po jednym dla każdego kierunku.
- Użytkownik rozmawia przez pewien czas. Podczas rozmowy system użytkownika i system jego znajomego przesyłają pakiety tam i z powrotem, gdy są dane do wysłania. Urządzenia ATA po obu stronach przekładają te pakiety po ich odebraniu i konwertują je na analogowy sygnał audio, który słyszysz. Urządzenie ATA utrzymuje również otwarty obwód między sobą a telefonem analogowym, podczas gdy przekazuje pakiety do i z hosta IP na drugim końcu.
- Użytkownik kończy rozmowę i odkłada słuchawkę.
- Po odłożeniu słuchawki obwód między telefonem a urządzeniem ATA zostaje zamknięty.
- ATA wysyła sygnał do przełącznika programowego łączącego połączenie, kończąc w ten sposób sesję.
Prawdopodobnie jedną z najbardziej przekonujących zalet komutacji pakietów jest to, że sieci danych znają już tę technologię. Dzięki migracji do tej technologii sieci telefoniczne natychmiast zyskują możliwość komunikowania się w sposób, w jaki robią to komputery.
Zanim firmy telekomunikacyjne będą mogły w pełni przestawić się na VoIP, minie jeszcze co najmniej dekada. Jak w przypadku wszystkich nowych technologii, istnieją pewne przeszkody, które trzeba pokonać. Omówimy je w następnym rozdziale.
Wady korzystania z VoIP
Obecna publiczna komutowana sieć telefoniczna jest solidnym i dość odpornym systemem dostarczania połączeń telefonicznych. Telefony po prostu działają, a my wszyscy jesteśmy od tego uzależnieni. Z drugiej strony, komputery, poczta elektroniczna i inne powiązane z nimi urządzenia są nadal dość zawodne. Spójrzmy prawdzie w oczy – niewiele osób wpada w prawdziwą panikę, gdy ich poczta elektroniczna przestaje działać na 30 minut. Od czasu do czasu można się tego spodziewać. Z drugiej strony, półgodzinny brak sygnału wybierania może łatwo doprowadzić ludzi do paniki. Sieć PSTN może nie być wydajna, ale z nawiązką nadrabia to niezawodnością. Jednak sieć, z której składa się Internet, jest o wiele bardziej złożona i dlatego funkcjonuje z o wiele większym marginesem błędu. Wszystko to składa się na jedną z głównych wad VoIP: niezawodność.
- Po pierwsze, VoIP jest zależny od zasilania z sieci. Twój obecny telefon działa dzięki zasilaniu fantomowemu, które jest dostarczane przez linię z centrali. Nawet jeśli zabraknie prądu, telefon (o ile nie jest bezprzewodowy) nadal działa. W przypadku VoIP brak zasilania oznacza brak telefonu. Dla VoIP trzeba stworzyć stabilne źródło zasilania.
- Kolejną kwestią jest to, że wiele innych systemów w domu może być zintegrowanych z linią telefoniczną. Cyfrowe rejestratory wideo, cyfrowe usługi telewizyjne i domowe systemy bezpieczeństwa wykorzystują standardową linię telefoniczną do wykonywania swoich zadań. Obecnie nie ma możliwości zintegrowania tych produktów z VoIP. Aby to zadziałało, branże powiązane będą musiały się porozumieć.
- W przypadku VoIP wyzwaniem stają się również połączenia alarmowe 911. Jak już wcześniej wspomniano, VoIP wykorzystuje numery telefonów z adresami IP, a nie numery telefonów NANP. Nie ma sposobu na powiązanie lokalizacji geograficznej z adresem IP. Jeśli więc osoba dzwoniąca nie potrafi powiedzieć operatorowi 911, gdzie się znajduje, nie ma sposobu, aby ustalić, do którego centrum telefonicznego należy skierować połączenie alarmowe i który oddział EMS powinien zareagować. Aby to naprawić, być może można by w jakiś sposób zintegrować informacje geograficzne z pakietami.
- Ponieważ VoIP korzysta z połączenia internetowego, jest podatny na wszystkie zakłócenia, jakie zwykle towarzyszą domowym usługom szerokopasmowym. Wszystkie te czynniki wpływają na jakość połączenia: opóźnienia, zakłócenia i utrata pakietów. Rozmowy telefoniczne mogą być zniekształcone, zniekształcone lub utracone z powodu błędów w transmisji. Aby VoIP mógł w pełni zastąpić tradycyjne telefony, należy zagwarantować pewnego rodzaju stabilność transferu danych przez Internet.
- VoIP jest podatny na atak robaków, wirusów i hakerów, choć zdarza się to bardzo rzadko, a twórcy VoIP pracują nad szyfrowaniem VoIP, aby temu zapobiec.
- Innym problemem związanym z VoIP jest uzależnienie systemu telefonicznego od poszczególnych komputerów PC o różnej specyfikacji i mocy. Na połączenie może mieć wpływ zużycie procesora. Załóżmy, że rozmawiasz na telefonie programowym i decydujesz się otworzyć program, który obciąża procesor. Spadek jakości będzie natychmiast zauważalny. W najgorszym wypadku system może się zawiesić w środku ważnej rozmowy. W technologii VoIP wszystkie rozmowy telefoniczne podlegają ograniczeniom wynikającym z normalnych problemów z komputerem.
Jedną z przeszkód, którą udało się pokonać jakiś czas temu, była konwersja analogowego sygnału audio odbieranego przez telefon na pakiety danych. Jak to się dzieje, że analogowy sygnał audio jest przekształcany w pakiety na potrzeby transmisji VoIP? Odpowiedź brzmi: za pomocą kodeków.
VoIP: Kodeki
Kodek, czyli skrót od słów koder-dekoder, przekształca sygnał audio w skompresowaną postać cyfrową na potrzeby transmisji, a następnie z powrotem w nieskompresowany sygnał audio na potrzeby odtwarzania. Jest to kwintesencja VoIP.
Kodeki dokonują tej konwersji, próbkując sygnał audio kilka tysięcy razy na sekundę. Na przykład kodek G.711 próbkuje sygnał audio 64 000 razy na sekundę. Przekształca on każdą małą próbkę w dane cyfrowe i kompresuje je w celu przesłania. Po ponownym złożeniu 64 000 próbek fragmenty dźwięku brakujące między poszczególnymi próbkami są tak małe, że dla ludzkiego ucha brzmi to jak jedna ciągła sekunda sygnału dźwiękowego. W VoIP występują różne częstotliwości próbkowania w zależności od używanego kodeka:
- 64 000 razy na sekundę
- 32 000 razy na sekundę
- 8 000 razy na sekundę
