Что такое IP-телефония и как она работает

Что такое IP-телефония

IP-телефония — это технология, которая позволяет совершать и принимать телефонные звонки через интернет или любую другую сеть, использующую интернет-протокол (IP) [1]. Вместо традиционных аналоговых телефонных линий, которые передают электрические сигналы по медным проводам (известные как ТФОП — «телефонные сети общего пользования»), IP-телефония преобразует голос в цифровые данные и передает их в виде пакетов по сети.

Эта технология — основа для всех современных систем связи, в том числе популярных сервисов вроде Telegram, Google Meet, Zoom, а также корпоративных телефонных систем [2]. Часто для описания IP-телефонии используется термин VoIP (Voice over Internet Protocol — «протокол передачи голоса по интернету») [3].

Краткая история возникновения IP-телефонии

Идея передачи голоса по компьютерным сетям появилась задолго до того, как интернет стал общедоступным [4]. Основные этапы разработки включают в себя следующие события:

• 1973 год. Первые эксперименты по передаче голоса в реальном времени начались в сети ARPANET, которая была предшественницей современного интернета. Проект был известен как Network Voice Protocol (NVP). Качество звука было низким, а технология — громоздкой и недоступной для широкой публики.
• 1991 год. Появилась первая успешная программа для голосового общения через интернет Speak Freely, которая была создана для энтузиастов новых технологий и исследователей [5].
• 1995 год. Израильская компания VocalTec выпустила Internet Phone — первое коммерчески доступное программное обеспечение, которое позволяло обычным пользователям с компьютером, микрофоном и звуковой картой звонить друг другу через интернет. Это событие считается отправной точкой в истории современной IP-телефонии. Качество связи все еще сильно зависело от медленного модемного соединения [6].
• Начало 2000-х. С распространением широкополосного доступа в интернет качество и надежность IP-телефонии значительно возросли. Появились первые аппаратные устройства и специальные протоколы, которые стандартизировали связь.
• Наши дни. IP-телефония стала доминирующей технологией как в корпоративном секторе, так и для частных пользователей. Это основа для большинства современных телефонных сетей. Стала популярной система VoLTE (Voice over LTE, технология голосовых вызовов и отправки SMS через 4G). В основе VoLTE лежит тот же принцип передачи голоса по IP-сетям. При этом новые технологии пока сосуществуют с традиционными сетями (в первую очередь 2G/3G), которые продолжают обслуживать абонентов во многих частях планеты.

Индустрия 4.0 Топ-7 аналогов Telegram: чем заменить популярный мессенджер

Как работает IP-телефония

Процесс совершения звонка с помощью IP-телефонии можно разбить на несколько основных этапов [7]. Он кажется сложным, но в реальности занимает доли секунды.

• Оцифровка голоса. Человек говорит в микрофон, а его устройство улавливает звуковые волны. Специальный чип (или программный компонент) мгновенно преобразует их в цифровой формат — поток нулей и единиц. Этот процесс называется аналого-цифровым преобразованием.
• Сжатие данных. Необработанный цифровой аудиопоток занимает много места и требует широкого канала для передачи. Чтобы оптимизировать использование интернет-канала и обеспечить стабильное качество связи даже при невысокой скорости соединения, он сжимается с помощью специальных алгоритмов, которые называются кодеками. С их помощью удаляется избыточная информация из аудиосигнала, за счет чего его размер уменьшается.
• Пакетизация. Сжатый цифровой поток разбивается на небольшие части, которые называют пакетами данных. Каждый из них получает заголовок, содержащий важную служебную информацию: IP-адрес отправителя, IP-адрес получателя, порядковый номер пакета и другие данные, необходимые для его корректной доставки и сборки [8].
• Передача пакетов по IP-сети. Пакеты отправляются через локальную сеть и интернет к адресату. В отличие от традиционной телефонии, где для разговора создается выделенный непрерывный канал, в IP-сетях пакеты могут идти до получателя разными маршрутами. Это делает систему гибкой и эффективной.
• Сборка и декомпрессия. Устройство получателя принимает пакеты. Оно использует информацию из заголовков, чтобы собрать их в правильном порядке. Если отдельные фрагменты теряются или приходят с задержкой, специальные алгоритмы стараются сгладить эти дефекты. После сборки кодек на принимающей стороне выполняет обратный процесс, декомпрессию, и восстанавливает исходный цифровой аудиопоток [9].
• Преобразование в звук. Восстановленный цифровой поток вновь принимает форму аналогового сигнала, который воспроизводится через динамик устройства. В результате получатель слышит речь собеседника.

Протоколы IP-телефонии

Для того чтобы устройства могли «договориться» о звонке, установить соединение, обменяться данными и корректно завершить разговор, используются стандартные наборы правил — протоколы. В IP-телефонии они отвечают за сигнализацию: установку, управление и завершение сеанса связи. Существуют два основных протокола сигнализации.

SIP

SIP (Session Initiation Protocol — «протокол установления сеанса») — это современный, наиболее распространенный и гибкий протокол сигнализации. Он был разработан организацией «Инженерный совет интернета» (Internet Engineering Task Force, IETF) и стал основным стандартом для IP-телефонии [10].

Его основная задача — инициировать, изменять и завершать сеансы связи. Они могут включать в себя не только голосовые вызовы, но и видеоконференции, обмен мгновенными сообщениями и другие мультимедийные взаимодействия. SIP сам по себе не передает голос или видео, а управляет сеансом. Используется практически во всех современных VoIP-системах, от облачных систем связи для бизнеса до мобильных приложений [11].

Как он работает:

• текстовая основа — SIP использует простые текстовые команды, что делает его гибким и легко расширяемым;
• запросы и ответы — работает по модели «клиент — сервер»: одно устройство (клиент) отправляет запрос (например, INVITE для начала звонка), а другое (сервер) отвечает кодом состояния (например, 200 OK для подтверждения), другие команды включают ACK (подтверждение), BYE (завершение звонка) и CANCEL (отмена);
• управление сеансом — SIP отвечает за согласование параметров сеанса: какие кодеки будут использоваться, какие IP-адреса и порты будут задействованы для передачи медиапотока [12].

H.323

H.323 — это более старый и сложный стандарт, который был разработан Международным союзом электросвязи. H.323 — это целый набор протоколов, который описывает все аспекты мультимедийной связи по сетям, не гарантирующим качество обслуживания, — к ним, например, относится интернет [13].

Изначально он был разработан для видеоконференцсвязи, а затем адаптирован для IP-сетей. Его сложность и бинарный формат команд сделали его менее популярным по сравнению с гибким и простым SIP. H.323 преимущественно используется в устаревших корпоративных системах и в шлюзах для сопряжения с традиционными телефонными сетями.

Как он работает [14]:

• комплексная архитектура — H.323 определяет несколько логических компонентов: терминалы, шлюзы для связи с другими сетями, контроллеры зоны для управления звонками и серверы многоточечной конференции для объединения нескольких устройств;
• бинарный формат — в отличие от текстового SIP протоколы H.323 состоят из бинарного формата сообщений, это делает его менее гибким для разработчиков;
• более строгая структура — H.323 жестко определяет, как должны взаимодействовать компоненты, что делает его менее адаптируемым к новым задачам по сравнению с SIP;
• все в одном — стандарт H.323 охватывает все основные аспекты связи, тогда как SIP фокусируется только на управлении сеансами, оставляя передачу данных другим протоколам.

Экономика инноваций Аналоги Google Meet, которые работают в России

Программы для IP-телефонии

Для работы IP-телефонии требуется не только сетевая инфраструктура, но и специализированное программное и аппаратное обеспечение [15].

• Кодеки. Алгоритмы, которые сжимают и распаковывают голосовой сигнал. Выбор кодека — это всегда компромисс между качеством звука и требуемой пропускной способностью интернет-канала.
• Софтфон. Программа, которая устанавливается на компьютер, смартфон или планшет и имитирует работу телефона. Она использует микрофон и динамики устройства для голосового общения. Примеры включают в себя Zoiper, Bria, встроенные функции звонков в Microsoft Teams или Slack.
• IP-телефон. Аппаратное устройство, которое внешне похоже на обычный офисный телефон, но подключается не к телефонной розетке, а к компьютерной сети через Ethernet-порт.
• IP-АТС. Сердце корпоративной телефонной системы. Это сервер (физический или облачный), который управляет всеми звонками внутри компании и за ее пределами: маршрутизирует вызовы, обрабатывает голосовую почту, организует конференции, ведет статистику и др.
• Шлюзы. Устройства, которые служат мостом между миром IP-телефонии и традиционной телефонной сетью. Они преобразуют сигналы и протоколы, позволяя звонить с IP-телефона на обычный городской или мобильный номер и наоборот.

Чем IP-телефония отличается от обычной

Хотя конечный результат (разговор двух людей) одинаков, технологии, лежащие в основе IP-телефонии и традиционной аналоговой телефонии, кардинально различаются [16].

Частые вопросы

Из-за обилия технических англоязычных терминов IP-телефония может казаться сложной для понимания. Разбираемся в основных вопросах.

SIP и IP-телефония: в чем разница?

SIP — это протокол сигнализации, которая является важной частью внутри системы IP-телефонии. IP-телефония — это более широкое понятие, охватывающее все технологии, оборудование и услуги для передачи голоса по IP-сетям [17]. Простая аналогия звучит так:

• IP-телефония — это вся автомобильная транспортная система: дороги, машины, светофоры, правила дорожного движения; это общая концепция перевозки людей и грузов;
• SIP — это только правила дорожного движения и сигналы светофора, протокол не отвечает за перевозку пассажиров, но благодаря ему понятно, когда и как начинать движение, где можно поворачивать или останавливаться.

VoIP и IP-телефония: в чем разница?

Эти два термина очень близки и часто используются как синонимы, но между ними есть тонкое техническое различие [18]:

• VoIP дословно переводится как «протокол передачи голоса по интернету». Этот термин описывает саму технологию или метод преобразования аналогового голоса в цифровые пакеты и их передачи по IP-сети. Это фундаментальный процесс.

• IP-телефония — это более широкий и прикладной термин. Он относится к полному спектру услуг и продуктов, которые используют технологию VoIP. Он включает в себя аппаратные IP-телефоны, софтфоны, облачные АТС, функции вроде переадресации, голосовой почты и видеоконференций.

Если продолжать автомобильные аналогии, VoIP — это двигатель, а IP-телефония — это весь автомобиль со всеми его удобствами.

Как узнать свой IP-адрес на телефоне?

У обычного телефона, как правило, два IP-адреса. Первый — внутренний (локальный). Это адрес частного телефона внутри домашней или офисной сети Wi-Fi. Он обычно выглядит как 192.168.x.x или 10.x.x.x. Чтобы узнать:

• на iOS (iPhone) — зайдите в «Настройки» → Wi-Fi. Нажмите на синий значок i рядом с названием вашей сети. IP-адрес будет указан в соответствующем поле;
• на Android — зайдите в «Настройки» → «Подключения» (или «Сеть и интернет») → Wi-Fi. Нажмите на значок шестеренки или на название сети, к которой вы подключены. В деталях описания вы увидите свой IP-адрес.

Второй IP-адрес — внешний (публичный). Под ним частное устройство «видно» в глобальном интернете. Его присваивает интернет-провайдер или мобильный оператор. Самый простой способ узнать — открыть браузер на телефоне и зайти на любой сайт, который показывает IP, например whatismyipaddress.com или ip.me.

Экономика инноваций Как увеличить скорость интернета на ПК и телефоне: 10 способов

Как сменить свой IP-адрес на телефоне?

Смена внутреннего IP-адреса. Этот адрес назначается Wi-Fi-роутером. Самый простой способ получить новый — перезагрузить роутер. Также можно попробовать выключить и снова включить Wi-Fi на телефоне [19].

Смена внешнего IP-адреса. При использовании Wi-Fi перезагрузите ваш домашний интернет-модем и роутер. В большинстве случаев провайдер выдаст вам новый публичный IP-адрес. При использовании мобильного интернета включите «Режим полета» на 30–60 секунд, а затем выключите. Телефон переподключится к сети мобильного оператора и с высокой вероятностью получит новый IP-адрес.

Использование VPN. Еще один способ сменить свой публичный IP-адрес — использовать VPN-сервис. Он не меняет ваш реальный IP, а маскирует его, пропуская весь ваш трафик через свой сервер.

Главное об IP-телефонии

• IP-телефония — это технология совершения голосовых и видеозвонков через интернет, которая заменяет традиционные аналоговые телефонные линии.
• Принцип работы основан на преобразовании голоса в цифровые пакеты данных, которые отправляются по IP-сети и собираются на стороне получателя.
• Ключевые протоколы — это SIP (современный стандарт для управления звонками) и H.323 (устаревший, более сложный стандарт).
• Преимущества перед обычной телефонией: более низкая стоимость (особенно для дальних звонков), богатая функциональность, масштабируемость и отсутствие географической привязки.
• VoIP и IP-телефония — близкие понятия. VoIP — это базовая технология передачи голоса, а IP-телефония — это полный комплекс услуг и продуктов на ее основе.
• SIP — это не сама телефония, а лишь набор правил, используемый для установки и управления звонками в системах IP-телефонии.