10   Hlasové služby v síti CESNET2

10.1   Úvod

Projekt vznikl ve druhé polovině roku 1999 s cílem ověřit použití technologií pro konvergenci hlasových a datových sítí. Od počátku byl orientován do oblasti VoIP (Voice over IP) a tato orientace se zpětně ukázala jako správná, neboť další alternativní cesty VoATM (Voice over ATM) a VoFR (Voice over Frame Realy) se nerozvíjely tak razantně. Po prvních dvou letech projektu jeho užitná hodnota významně stoupla, neboť výsledky provedených experimentů byly úspěšně ověřovány v provozu a projekt byl zařazen mezi strategické.

V roce 2001 došlo k propojení s veřejnou sítí, což podpořilo rozšiřování sítě IP telefonie - ke konci roku 2003 na projektu spolupracovala drtivá většina členů sdružení CESNET. Výstup do veřejné sítě představuje výrazný potenciál snížení nákladů na hovorné, protože nabízí nízké ceny za spojení při kvalitě srovnatelné s běžným hovorem přes veřejnou síť.

Projekt vytváří pokročilou experimentální platformu použitelnou i pro potřeby dalších výzkumných projektů a umožňuje v síti CESNET2 provozovat progresivní způsob hlasové komunikace. Obecným cílem projektu je poskytnout podporu členům při připojení a využívání infrastruktury IP telefonie vytvořené CESNETem. V oblasti výzkumu je náplní ověřování a vlastní vývoj prvků a aplikací pro IP telefonii.

Výstupy projektu jsou ověřovány v provozu, průběžně publikovány a prezentovány na konferencích. V oblasti mezinárodní spolupráce ověřujeme VoIP propojení s institucemi v zahraničí a aktivně se podílíme na projektu sdružení TERENA, v jehož rámci vzniká publikace IP Telephony Cookbook.

10.2   Změny v infrastruktuře VoIP sítě

V roce 2003 se do projektu zapojili další členové sdružení a do sítě byly připojeny hlasové brány VoGW (Voice Gateway) v následujících lokalitách:

V roce 2003 došlo k následujícím změnám v konektivitě:

V roce 2003 jsou pobočkové ústředny všech institucí spolupracujících na projektu připojeny výlučně technologií ISDN. V počátcích projektu docházelo k připojení zařízení i jinými moduly (E&M, FXS, FXO). Možnosti alternativního připojení využila právě SLU v Opavě a FZU v Praze. V roce 2001 jsme stanovili podmínky pro připojení PBX do infrastruktury, ve kterých je preferováno pouze digitální připojení pomocí ISDN. Stanovené technické řešení připojení PBX umožňuje posílat identifikaci volajícího v síti, což je důležité pro vyúčtování hovorného, vedení statistik a případné zachycení zlomyslného volání. Ke konci roku 2003 lze konstatovat, že veškerá připojení pobočkových ústředen členů sdružení odpovídají pravidlům stanoveným ve smlouvě o spolupráci na projektu.

Významnou změnou v letošním roce je rozšíření konektivity do veřejné telefonní sítě přes operátora GTS Czech. Připojení je v současné době realizováno jako 2×ISDN/PRI na nově zprovozněné hlasové bráně Cisco 3745. Volání mohou být směrována do veřejné sítě přes operátory Aliatel nebo GTS, což poskytuje větší flexibilitu a zvyšuje dostupnost služby. Propojení s operátorem Aliatel je realizováno prostřednictvím NIX.CZ protokolem IP.

10.3   Současný stav sítě IP telefonie

Služby IP telefonie využívá v roce 2003 několik desítek tisíc účastníků z ústředen členů sdružení připojených prostřednictvím hlasových bran VoGW. Propojení GW s ústřednou je realizováno po ISDN, což umožňuje uchovávat detailní záznamy o provedených hovorech v SQL databázi na serveru RADIUS.

Síť IP telefonie CESNETu je od svého vzniku orientována na protokol H.323 (min. verze 2), vnitřní prvky sítě GW a GK (Gateway, Gatekeeper) jsou postaveny na platformě Cisco, což se osvědčilo při rozšiřování a správě sítě. Pro konektivitu nečlenů sdružení CESNET je určen externí Gatekeeper gk-ext.cesnet.cz na platformě Linuxu umístěný v Praze. Z hlediska hierarchie GK je navázán nad interními GK v Ostravě a v Praze.

Interní GK jsou vzájemně zálohovány a veškeré GW v síti mají nastaveno přihlášení k oběma prvkům s různou prioritou dle své geografické polohy. V běžném provozu je aktivní přihlášení s vyšší prioritou. Požadavky na spojení mimo VoIP síť CESNET2 jsou směrovány na operátora poskytujícího veřejné telefonní služby. Tyto hovory jsou zpoplatněny dle ceníku, který je součástí smlouvy mezi CESNETem a organizací připojenou do sítě IP telefonie. Logické schéma sítě je znázorněno na obrázku.

[Obrázek]

Obrázek 10.1: Logické schéma sítě IP telefonie

Hovory jsou účtovány s přírůstkem po vteřině, bez minimální účtované délky spojení. Hovory v rámci sítě CESNET2 mezi subjekty zapojenými do projektu jsou bezplatné. Vyúčtování hovorného je prováděno aplikací TAS-IP, experimentálně též používáme účtovací aplikaci IPTA vyvinutou zaměstnanci CESNETu. Záznamy o hovorech jsou ukládány v databázích obou aplikací.

Instituce uvedené v tabulce. jsou registrovány na vnitřních GK v Praze a v Ostravě, mají přístup i do veřejné sítě přes vzdálenou zónu GK operátora Aliatel nebo přes VoGW na operátora GTS.

InstitucePrefix Tel. číslo instituce
ČVUT, VŠCHT, CESNET Praha9422435xxxx
VŠB-TU Ostrava#059699xxxx, 59732xxxx
MU Brno754949xxxx
JČU Č. Budějovice85838777xxxx, 38903xxxx
UK v Praze, rektorát 98224491xxx
UK v Praze, PedF94221900xxx
Univerzita Pardubice22466036xxx, 466037xxx, 466038xxx
Univerzita Pardubice v Č. Třebové83465533006, 465534008
Technická univerzita v Liberci40, 4748535xxxx
FAF Hradec Králové55495067xxx
Univerzita Hradec Králové56495061xxx
VŠE Praha#0224095xxx, 224094xxx
VŠE Praha v Jindřichově Hradci#0384417xxx
SLU Opava*0553684xxx
OPF Karviná9596398xxx
Akademie věd Praha0**26605xxxx
VUT Brno0*854114xxxx
UP Olomouc0*858563xxxx, 58732xxxx, 58744xxxx
UJEP Ústí-47528xxxx
ZČU Plzeň#037763xxxx
Ostravská univerzita79597460xxx, 596160xxx

Tabulka 10.1: Seznam institucí z ČR v projektu IP telefonie

V tabulce jsou uvedeny instituce, které jsou registrovány na externím GK CESNETu a nemají přístup do veřejné sítě. Komunikace mezi lokalitami registrovanými na vnitřních GK a vnějším GK není omezena. V letošním roce byl externí peering rozšířen o síť SANET. Díky tomu je možné se bezplatně dovolat např. na Slovenskou technickou univerzitu a Žilinskou univerzitu.

InstituceTel. číslo instituce
Cern (www.cern.ch)00412276xxxxx
Fermilab (www.fnal.gov)001630840xxxx
Slac (www.slac.stanford.edu)001650926xxxx
STU Bratislava, rektorát00421257294xxx
STU Bratislava, Strojnická fakulta00421257296xxx
STU Bratislava, Stavebná fakulta00421259274xxx
STU Bratislava, Materiály00421335511xxx
ŽU Žilina0042141513xxxx

Tabulka 10.2: Seznam institucí ze zahraničí registrovaných na gk-ext.cesnet.cz

Obrázek znázorňuje stav sítě IP telefonie na konci roku 2003.

[Obrázek]

Obrázek 10.2: Vnitřní schéma sítě IP telefonie sdružení CESNET (větší obrázek)

Ceny hovorného do veřejné telefonní sítě jsou výhodné, neboť provoz vystupuje z jediného bodu v Praze a telekomunikační operátor má minimální náklady na propojení. Příklady cen za spojení v roce 2003: Praha 0,82 Kč/min v silném provozu, 0,51 Kč/min ve slabém, Německo 1,97 Kč/min, USA 2,01 Kč/min. Návod k použití IP telefonie je zveřejněn na adrese
http://www.cesnet.cz/iptelefonie/voip-cesnet.html

10.4   Podmínky spolupráce na projektu IP telefonie

Na projektu IP telefonie mohou spolupracovat organizace připojené k síti národního výzkumu a vzdělávání, které splní technické podmínky připojení.

10.4.1   Technické podmínky

10.5   Aplikace pro účtování hovorů

Záznamy o hovorech jsou odesílány na RADIUS server aplikací IPTA a TAS-IP. V aplikaci pro účtování hovorů IPTA jsme zahájili první plánovanou úpravu, kterou je podpora volání protokolem SIP (vyžaduje podporu postfixových identifikátorů ve tvaru e-mailu kromě již podporovaných prefixových identifikátorů ve tvaru telefonního čísla). Úkol je realizován asi z 50 %.

Do rutinního provozu se podařilo převést i druhou účtovací aplikaci TAS-IP, která byla zakoupena v závěru minulého roku.

[Obrázek]

Obrázek 10.3: Maska výběru instituce a typu volání v aplikaci TAS-IP

Obrázek obsahuje ukázku masky, ve které se vybírá typ volání a instituce. Aplikace umožňuje provádět standardní sumární a detailní výpisy za zvolené období. Na obrázku je vidět výstup konkrétního sumárního měsíčního výpisu z několika vybraných institucí. V horní části je sumární měsíční výpis hovorů uskutečněných pouze v rámci sítě CESNET2, tyto hovory jsou bezplatné. V dolní části pak následuje měsíční výpis zahrnující všechny hovory z  těchto hlasových bran s celkovou dobou spojení.

[Obrázek]

Obrázek 10.4: Výstup konkrétního sumárního měsíčního výpisu z několika institucí

Objemy VoIP provozu přes síť CESNET jsou zachyceny na obrázku, který zachycuje vývoj za poslední dva roky. Připojují se ústředny dalších univerzit a provoz bude mít i nadále rostoucí charakter. Na obrázku je patrný značný nárůst za poslední rok. Srovnání posledních známých údajů, tzn. listopad 2003 s listopadem 2002, vykazuje více než šestinásobný nárůst provozu.

[Obrázek]

Obrázek 10.5: Měsíční objemy provozu od ledna 2002

10.6   Úlohy řešené v oblasti H.323

Během řešení projektu se postupně vytvořily dva protokolové směry, které jsou řešeny ve výzkumné části. Jedná se o směr H.323 dle standardu ITU-T pro multimediální komunikace přes paketové sítě a o směr protokolu SIP/SDP dle IETF. Oba standardy jsou v oblasti VoIP signifikantní a řešitelé projektu se jim snaží věnovat patřičnou pozornost.

Síť se signalizací H.323 se podařilo převést do rutinního provozu, připojení hlasových bran VoGW je členům sdružení nabízeno formou spolupráce na projektu. V rámci výzkumu jsme nadále pokračovali v testech připojování jednotlivých IP telefonů - tato oblast má dosud experimentální charakter.

10.6.1   Testy H.450 služeb

V oblasti H.323 jsme provedli testy H.450 služeb, jejichž cílem bylo odzkoušet co nejvíce z dvanácti H.323 služeb definovaných v současném doporučení ITU-T H.450. K dispozici jsme měli telefony Siemens OptiPoint400 Standard (obrázek) a Welltech LanPhone 101 (obrázek). Při testování jsme zjistili, že LanPhone101 podporuje služby z rozsahu H.450.1 až H.450.4 a OptiPoint400 Standard podporuje H.450.1 až H.450.4 a H.450.7. Seznam vyzkoušených H.450 služeb:

[Obrázek]

Obrázek 10.6: IP telefon OptiPoint400 Standard

10.6.2   H.323 IP telefon a NAT

Dalším objektem našeho zájmu byl test H.323 telefonu na neveřejných adresách za NAT. Stejně jako v předchozím testu jsme používali IP telefony Siemens OptiPoint400 Standard a Welltech LanPhone 101.

[Obrázek]

Obrázek 10.7: IP telefon LAN Phone101

Zde se osvědčil Welltech LanPhone101, který umožňuje zadat sdílenou veřejnou IP adresu v položce "IP sharing". IP telefon má pochopitelně neveřejnou adresu z vnitřního rozsahu sítě za NAT, ale zadáním sdílené adresy je schopen do signalizačních zpráv vkládat veřejnou adresu a tím nevyžaduje od směrovače s NAT podporu H.323.

Nastavení se provádí příkazem

ifaddr -ipsharing 1 195.113.113.151

kde 195.113.113.151 je sdílená adresa, kterou má telefon používat. Naproti tomu OptiPoint400 Standard vyžadoval podporu H.323 v NAT a potom už stačilo na vnitřní adresy směrovat TCP porty 1718 až 1720 a UDP porty v rozsahu 5010 až 5017.

10.6.3   Produkty Kerio Technologies

Řešitelé projektu dlouhodobě spolupracují s firmou Kerio Technologies, která vyvíjí programové aplikace pro VoIP. Testujeme tyto produkty a recipročně můžeme využívat aplikace v síti CESNET2.

V první polovině roku jsme otestovali systém IVR (Interactive Voice Response), který by bylo možné použít například jako základ informačního call centra, nebo informačního systému. Vytvořili jsme potřebné skripty v jazyce VoiceXML, které během hovoru reprodukovaly pomocí hlasové syntézy zadaný text uživateli. Volající měl možnost pomocí tónové volby DTMF ovládat informační strom a odzkoušeli jsme i automatické přepojení na telefonní číslo obsažené ve skriptu.

V září 2003 firma Kerio pozastavila vývoj a prodej VoIP produktů. Jelikož provozujeme externí H.323 peering pro CESNET na linuxové aplikaci Kerio Gatekeeper, budeme hledat vhodnou platformu, abychom ji mohli do konce roku 2004 nahradit.

10.6.4   Nová verze H.323

V červenci 2003 bylo oficiálně uvolněno doporučení ITU-T H.323 version 5. Vzhledem k rozsahu nových schopností lze s potěšením konstatovat, že standardizační proces H.323 je stále aktivní. Pátou verzi lze chápat jako rozšíření předchozí verze o řídicí funkce a nové služby, tradičně je zachována zpětná kompatibilita s nižšími verzemi.

Významné dodatky ve verzi 5:

Annex M.3
Popisuje způsob přenosu (tunelování) DSS1 signalizace v H.323 systémech.
Annex O
Definuje způsob používání H.323 URL a ostatních DNS služeb uvnitř H.323 systémů. H.323 může využívat ENUM a SRV záznamů z DNS.
Annex P
Popisuje modemový přenos v H.323 použitím nového konceptu nazývaného Multiple Payload Streams. Tento koncept se stal i součástí doporučení H.245v9.
Annex R
Tento dodatek se zaměřuje na řešení problémů s výpadky TCP trasy při sestavování spojení a popisuje procedury obnovení TCP spojení bez přerušení procedury volání.

Další novinkou jsou nové rozšiřující funkce H.460.x, které využívají generický protokol definovaný standardem H.460.1 GEF (Generic Extensibility Framework).

10.6.5   Řešení H.323 propojení se sítí CESNET2

Propojení může být řešeno buď přímým směrováním na hlasové brány VoGW nebo přes centrální prvek Gatekeeper (GK). Zásadní rozdíl je v režimu signalizace H.225.0, která má dvě části, a to signalizace RAS a Q.931 (Call Signaling). V případě přímého směrování na VoGW se neuplatňuje RAS signalizace - viz obrázek.

[Obrázek]

Obrázek 10.8: Signalizační trasy H.225.0

Preferované řešení je propojení přes GK CESNETu gk-ext.cesnet.cz. Způsoby propojení s praktickými ukázkami konfigurace se zabývá technická zpráva CESNETu 28/2003.

10.7   Úlohy řešené v oblasti SIP

V roce 2003 jsme pokračovali v testech prvků pro infrastrukturu využívající signalizačního protokolu SIP.

10.7.1   SIP Server a brány

Ústředním prvkem sítě je proxy a registrační server SIP Express Router (SER) instalovaný na platformě PC s operačním systémem Linux RedHat. Server momentálně dokáže obsloužit požadavky přímo připojených testovacích SIP klientů a přesměrovat hovory na všechny IP telefonní brány připojených institucí. Tyto brány, využité v H.323 síti, dovedou zpracovat signalizační protokoly SIP i H.323 současně.

Informace pro směrování hovorů na brány podle prefixů telefonních čísel institucí je v současné době uložena přímo v konfiguračním souboru serveru, není tedy možné ji pozměnit bez restartu serveru. Zvažujeme zřízení externího skladu směrovacích informací, ale uvedené řešení bude vyžadovat vytvoření zcela nového modulu serveru. Zatím tato funkce není nezbytná, a proto je její implementace uvažována v až v delším časovém horizontu.

Jako zásadnější problém se jeví nemožnost navázat spojení z pobočkových ústředen institucí. Účastník využívá ke vstupu do IP telefonní sítě prefix (např. 94) vytáčený před číslem, jehož pomocí je hovor realizován infrastrukturou se signalizačním protokolem H.323. Zřízení speciálního prefixu pro vstup do sítě SIP je zcela nevyhovujícím řešením, které by pouze mátlo uživatele a k fungování a především komfortu služby jako celku by nijak nepřispělo.

Nabízejícím se řešením je využití služby ENUM - překlad telefonních čísel na URI pomocí záznamů uložených ve jmenných serverech. Myšlenka fungovaní spočívá v tom, že podle záznamů obdržených ze jmenného serveru se bude brána schopna rozhodnout, který signalizační protokol bude pro navázání spojení použit. Fungovaní služby ENUM na branách zatím není zcela vyhovující a bezproblémové a snažíme se v úzké spolupráci s výrobcem zařízení tento problém řešit.

Jako ukázku konfigurace směrování pro SIP uvádíme část výpisu zajišťující funkci směrování ze souboru ser.cfg aplikace SIP Express Router (SER), která pracuje jako proxy a registrační server. Volaná čísla je možné směrovat v mezinárodním formátu začínajícím 420 nebo v devítimístném národním formátu.

# main routing logic 
route { 
    if (uri==myself || uri= "[@:]cesnet\.cz([;:].*)*") { 
        # Save location contact 
        if (method=="REGISTER") { 
            if (!www_authorize("cesnet.cz", "subscriber")) { 
                www_challenge("cesnet.cz", "0");
                break; 
            }; 
            save("location"); 
            break; 
        }; 
        # Gateway forwarding section start 
        if (uri= "^sip:(420)?22435[0-9]{4}@") {
            rewritehostport("GWIPaddress:GWport"); # CVUT Praha 
            route(1); 
            break; 
        }; 
        if (uri= "^sip:(420)?59(699|732)[0-9]{4}@") {
            rewritehostport("GWIPaddress:GWport"); # VSB Ostrava 
            route(1); 
            break; 
        }; 
        if (uri= "^sip:(420)?54949[0-9]{4}@") {
            rewritehostport("GWIPaddress:GWport"); # MUNI Brno 
            route(1); 
            break; 
        }; 
        #. 
        #. 
        #. 
        # Other gateways 
        # Gateway forwarding section end 

        #  native SIP destinations are handled using our USRLOC DB 
        if (!lookup("location")) { 
            sl_send_reply("404", "Not Found");
            break; 
        }; 
    }; 
    # forward to current uri now 
    if (!t_relay()) { 
        sl_reply_error(); 
    }; 
}

Další důležitou funkcí centrálního SIP serveru je autentizace a autorizace IP telefonů a softwarových klientů. Server běžně disponuje moduly realizujícími tyto funkce pomocí dotazů do databáze MySQL nebo RADIUS serveru. Autentizace a autorizace v CESNETu je však řešena pomocí adresářových služeb LDAP. Podařilo se nám získat od vývojářského týmu moduly do serveru pro komunikaci se službou LDAP, které nejsou volně dostupné, a v současné době probíhají jejich testy. Jakmile budou AAA mechanismy otestovány, je možné zpřístupnit volání do veřejné telefonní sítě pomocí SIP klientů.

Úplná integrace sítě SIP a H.323 předpokládá existenci překladové brány signalizačních protokolů. Produkty s jejichž testy jsme započali již na sklonku předchozího roku se ukázaly jako nevyhovující, a proto připravujeme testy softwarové ústředny Asterisk.

10.7.2   Klienti pro SIP IP telefonii

V této oblasti se věnujeme především testování IP telefonních klientů. V oblasti hardwarových IP telefonů jde hlavně o produkty Cisco a Siemens. Nezanedbatelnou výhodou IP telefonů Cisco je fakt, že pouhou výměnou firmwaru je možné jejich připojení k Cisco CallManageru a obráceně. Pro IP telefony firmy Siemens jsou ke stažení tři verze firmware: SIP, H.323 a HFA.

Kromě testů hardwarových telefonů je naší snahou nalézt i vhodného softwarového klienta pro obě nejpoužívanější platformy, tedy MS Windows a Linux. Jedním ze zástupců pro platformu Windows je Windows Messenger (nutno rozlišit od MSN Messenger), momentálně ve verzi 5. Proti předchozí verzi došlo k odstranění závažných nedostatků implementace signalizačního protokolu. Klient kromě hlasových hovorů umožňuje i videokonferenční spojení a zasílání textových zpráv. Obdobně vybaveným klientem pro platformu Linux je Wirlab Kphone, momentálně ve verzi 3.14 (obrázek).

[Obrázek]

Obrázek 10.9: SIP klient KPhone

Zabýváme se i testy klientů firem SJLabs, Xten a dalších. Hlavními našimi požadavky jsou jsou stabilita, kvalitní uživatelské rozhraní, dostatečná nabídka a kvalita kodeků a paleta poskytovaných funkcí.

10.7.3   Propojování SIP IP telefonních sítí

Jedním z kriterií kvality telefonní sítě je dosažitelnost maximálního počtu lokalit. SIP využívá k lokalizaci volaného služby DNS. Volání do a ze sítí mimo síť sdružení CESNET lze tedy v realizovat bez nastavování a náročné administrace speciálních propojovacích pravidel. Pomocí protokolu SIP lze volat například do sítí iptel.org, SANET, NASK, MIT a dalších. Experimentální charakter má rovněž oblast ENUM (RFC 2916). ENUM umožňuje vazbu mezi URI a E.164 číslem, které tak slouží jako jednotný identifikátor přístupu k více službám (H.323, SIP, E-mail, Web, atd.).

10.8   Další cíle projektu

Řešitelé projektu připravují pro členy sdružení CESNET podmínky k provozování IP telefonů. Jde o službu především pro vzdálené lokality s IP připojením, kde je malá penetrace telefonních přípojek a IP telefon by nahradil pevné telefonní linky. V současné době jsou IP telefony využívány především zaměstnanci CESNETu. Nasazení IP telefonů do ostrého provozu předpokládáme ve druhé polovině roku 2004.

Aby byla služba rozšiřitelná a organizačně zvládnutelná, připravujeme pravidla pro používání IP telefonů, která musí zájemci o službu IP telefonu s veřejným telefonním číslem splnit. Veřejná telefonní čísla pro IP telefony získal CESNET od operátora GTS Czech. Zároveň probíhají i jednání s ČTÚ o získání přístupového prefixu do sítě CESNET2.

Mezi priority řešitelů lze zařadit tyto úkoly:

10.9   Publikační aktivity v rámci projektu

Účastníme se mezinárodního projektu sdružení TERENA IP Telephony Cookbook a přispíváme do projektu ucelenými částmi podkapitol. Přispěvatelem za CESNET je Sven Ubik. Výsledky projektu průběžně publikujeme a prezentujeme na konferencích.

předchozí
obsah
následující
další weby:fond rozvojemetacentrumCzechLightpřenosyvideoservereduroameduID.cz