Стандарты голоса

Всякий раз, когда вы снимаете телефонную трубку, помните: внутри происходит магия. Просто представьте себе, что каждый герц теплого человеческого голоса обрабатывается, модулируется, трансформируется и передается на тысячи километров. Небольшие ручейки отдельных разговоров сливаются в огромные реки магистралей и опять распадаются на отдельные разговоры человека с человеком.

И все это происходит благодаря стандартам.

«Почему нужны стандарты?» — спросит читатель, далекий от телекомов. А мы ответим: стандарты необходимы для того, чтобы развивался рынок. Чтобы телефонная система смогла понять другую телефонную систему и соединить один аппарат с другим, даже если абоненты находятся в разных полушариях. Без следования стандартам телекоммуникационных компаний этого просто не случилось бы — представьте, что в России один способ кодировать телефонную адресацию, а в американской компании AT&T — другой. Телефонные системы просто не смогли бы «договориться» между собой, и вы не смогли бы пообщаться со своим заокеанским дядюшкой (и остались бы без наследства).

И разумеется, стандарты появились не сразу. По мере развития телефонной техники они ширились и множились, постепенно трансформируясь в современную систему установления соединений на базе «общеканальной сигнализации» Signalling System No. 7, или по-русски ОКС-7.

Причем ОКС-7, несмотря на свою совершенную универсальность, стремительно устаревающий стандарт — с развитием IP-сетей на смену ему приходят совершенно другие принципы поиска/выбора абонента и установления связи. Но при этом проникновение обычной телефонии и привычки пользователей, связанные с набором номера, еще слишком значимы, чтобы отказаться от её использования.

Поэтому стандарты голосовых соединений все еще актуальны и даже развиваются вместе с массовыми внедрениями технологий под общим названием «голос поверх пакетных сетей» — Voice-Over-IP (более привычной является аббревиатура VoIP).

Но тем не менее все эти стандарты связаны с историческим наследием публичных коммутируемых телефонных сетей (Public Switched Telephone Network — PSTN), ради которых и остаются в эксплуатации многочисленные медиашлюзы (Media Gateway — служат для трансформации медиатрафика) и сигнальные шлюзы (Signaling Gateway — для трансформации протоколов сигнализации и коммутации).

Все это привело к тому, что современные сети передачи голоса выглядят довольно сложно и запутанно. Например, вот так.

Есть как минимум две движущие стандарты силы:

1. Международный союз электросвязи — МСЭ (англ. International Telecommunication Union, ITU), который существует с 1865 года, то есть еще даже до появления телефонии.
2. И «телекоммуникационное сообщество» в лице Инженерного совета Интернета (Internet Engineering Task Force, IETF) — организации с неопределенным правовым статусом (там все сложно — по сути, это открытая независимая международная организация, которая является дочерней по отношению к ISOC — Обществу Интернета (англ. Internet Society, ISOC)).

Международный союз электросвязи — эдакий бюрократический международный монстр, фактически структура Организации Объединенных Наций. Считается, что принятые на заседаниях ITU директивы будут обязательны для исполнения во всем мире. В то же время IETF — это очень гибкое и подвижное сообщество профессионалов от телекома, которые просто пишут документы, описывающие технологии, спецификации и стандарты и предлагают их к обсуждению и, если сообщество примет документ, к широкому внедрению.

И это достаточно простой случай попытки подружить старую добрую телефонию и полностью цифровые голосовые коммуникации.

Так или иначе в настоящее время все телефонные разговоры, за исключением совсем уж старых телефонных станций в пределах предприятия или небольшого населенного пункта, передаются в цифровом виде. Просто так дешевле и эффективнее.

Но перейдем к стандартам.

Рекомендации ITU

Структура Международного союза электросвязи, как и у всех организаций планетарного масштаба, весьма запутанна. Но это немудрено: в МСЭ входят 193 государства (фактически все) и более 700 членов-организаций — это крупнейшие предприятия: разработчики оборудования, операторы связи, научно-исследовательские институты. В настоящее время в структуре МСЭ три больших сектора, где уже организуются рабочие группы по направлениям и/или технологиям:

• ITU-T (МСЭ-Т) — сектор стандартизации электросвязи;
• ITU-R (МСЭ-Р) — сектор радиосвязи;
• ITU-D (МСЭ-Д) — сектор развития электросвязи.

Нам, конечно же, интересен ITU-T — сектор стандартизации, который производит собственно международные стандарты, которые называются «Рекомендации» (Recommendations — с большой буквы, чтобы подчеркнуть их важность и отличать от простой рекомендации). Но нужно понимать, что ни одно государство не примет на себя обязательство безусловно выполнять международные стандарты, особенно если они противоречат национальным интересам и/или общему развитию технологий. Именно поэтому речь и идет о Рекомендациях, а не об обязательствах, то есть если государство, не принявшее стандарт, желает коммуницировать с другими государствами, оно должно в определенной степени принять международные стандарты, которые рекомендуются к исполнению.

Поскольку ITU-T является частью МСЭ, а МСЭ — специализированное учреждение Организации Объединенных Наций, то стандарты от ITU-T более формальны и имеют несомненно больший международный вес, чем стандарты других стандартизирующих технологии организаций. И именно поэтому стандарты появляются с весьма серьезными задержками во времени — слишком много интересов необходимо учесть при разработке и утверждении Рекомендаций.
Например, известный факт про разработку «семиуровневой сетевой модели OSI», над которой в МСЭ-Т работа началась в 1978 году, но при этом итоговый утвержденный документ под кодом X.200 вышел только в 1994-м. Более гибкие стандарты в виде всем привычного стека протоколов TCP/IP при этом развивались гораздо быстрее.

Но в части телефонии, конечно же, стандарты от ITU-T в большей степени авторитетны, чем что-либо еще. Просто сам факт, что Международный союз электросвязи был создан за несколько лет до появления телефонной связи вообще, уже обязывает.

Итак, стандарты ITU-T в части телефонии описываются в следующих разделах:

• ITU-T серия E: Overall network operation, telephone service, service operation and human factors — «Условия эксплуатации сетей и телефонных служб», где, пожалуй, самым важным на сегодня является стандарт E.164 — «План телефонной нумерации».
• Довольно обширная серия H: Audiovisual and multimedia systems — «Аудиовизуальные и мультимедийные системы». Для телефонии здесь наиболее важна серия H.323 — Рекомендации, определяющие набор стандартов для передачи мультимедиа (не только голосовой информации) по сетям передачи данных. И обязательно нужно упомянуть H.248 — целая серия Рекомендаций, которая описывает протоколы взаимодействия между шлюзами и контроллерами шлюзов.
• Серия G: Transmission systems and media, digital systems and networks — «Системы передачи медиа по цифровым сетям». Наиболее используемой в телефонии является Рекомендация G.711 — стандарт передачи и компрессии голосовых данных в цифровых сетях. Самый распространенный кодек в телефонии — ОЦК (основной цифровой канал). Но вообще серия G довольно подробно описывает фактически все способы установления голосовой связи — от международных соединений (серия G.100-199) до сетей нового поколения NGN или описания формата времени в сетях, например GeneralizedTime.
• Серия Q: Switching and signalling — «Коммутация и сигнализация». Собственно, в этом разделе устанавливаются стандарты системы сигнализации SS-7. Например, Рекомендация Q.7 описывает предыдущие системы сигнализации для установления телефонных соединений в автоматическом и полуавтоматическом режиме — SS.4 (1954 год), SS.5 (1964 год), SS.6 (1968 год) и переход к SS.7 (начиная с 1980 года). Собственно SS-7 — это и есть вся серия Q, особенно в версиях Q.7xx.

Целевая группа интернет-инженеров

Разработчики из «целевой группы интернет-инженеров» (IETF) в части определения стандартов пошли несколько иным путем — максимально избавленным от бюрократии, а значит, более гибким и быстрым. При этом стандарты IETF даже не называются стандартами — это Request for Comments (RFC). Если дословно перевести, то получится «запрос на комментарии» или более точный перевод — «тема для обсуждения». В русскоязычной среде их чаще называют «рабочее предложение».

И по сути документом стандарта, обязательным к исполнению, RFC не является. Но вес комьюнити IETF столь велик, что фактически принятые RFC так или иначе становятся стандартами. Например, в том числе и ITU-T довольно часто берет RFC в качестве базы для утверждения уже собственно стандарта.

Процедура написания стандартов по методу RFC довольно проста — вы можете попробовать написать собственный RFC и его даже могут принять. Статусы прохождения RFC по цепочке:

• Internet Draft — интернет-проект стандарта, который выносится на всеобщее утверждение. Если в течение шести месяцев никто не вносил правок и не было обсуждения предложения, документ удаляется.
• Proposed Standard — статус предложенного стандарта документ получает, если проект поддерживается сообществом редакторов. Документу присваивается собственный номер RFC.
• Draft Standard — проект стандарта. Это более высокий статус, который означает, что предложенный стандарт не только принят, но и ведется разработка и реализация как минимум двумя независимыми командами. В стандарты могут вноситься мелкие правки, но эти решения считаются уже достаточно стабильными.
• Internet Standard — интернет-стандарт. Высший статус RFC — это де-факто принятые стандарты, которые используют все разработчики.
• Historic — если стандарт устарел и заменен на новые формы, то такому документу присваивается статус «исторический».

На момент написания статьи в каталоге IETF опубликовано 9805 документов во всех статусах. Это очень много. Впрочем, статус Internet Standard получили порядка 50 документов. При этом документов «высшей пробы», касающихся телефонии, не существует, что может означать либо ненужность таких стандартов отрасли, либо недостаток наработанной практики.

Первый вариант — отсутствие необходимости в стандартах, а точнее пока не сложившийся стандарт, — может быть допустим по двум причинам.

1. Исторически основные VoIP-протоколы — SIP и H.323. Стандарты SIP, безусловно, нужны, но долгое время SIP не претендовал на роль ведущего стандарта. Она отводилась H.323 (Н.323 — первый VoIP стек протоколов, который был принят Международным союзом электросвязи (ITU) в 1996 году). SIP к этому времени только набирал популярность и лишь в 1999 году был описан IETF в рекомендациях RFC2543. В последующие годы оба протокола развивались параллельно именно потому что не было утвержденного SIP-стандарта и, следовательно, чрезмерного формализма при внесении дополнений/изменений, SIP-протокол быстрее эволюционировал в условиях динамично развивающегося телекоммуникационного рынка.

   Также не стоит забывать, что H.323 появился раньше, и многие фирмы-производители и поставщики услуг уже вложили значительные средства в оборудование Н.323 и не были заинтересованы в разработке стандартов SIP. Такая ситуация с Н.323 — одна из основных причин, почему до сих пор не существует стандарта SIP.

2. Протоколы интернет-телефонии так или иначе завязаны на интеграцию с обычной телефонией, которая в силу исторического развития и аппаратного обеспечения уступает современным средствам коммуникаций. Например, вы никогда не сможете установить видеосвязь с обычным телефоном — это очевидно. Следовательно, разработчики перераспределили свои силы в другие, более перспективные направления — унифицированные коммуникации, видеоконференцсвязь, мессенджеры и т. п.

Перечислим главные «телефонные» RFC:

• SIP (Session Initiation Protocol) — протокол установления соединений (сеанса). Имеет множество RFC, первым из которых появился RFC2543 еще в 1999 году. Затем, в 2002 году, протокол был несколько пересмотрен и вышел RFC3261, который считается Standards Track по текущий момент. Фактически SIP является аналогом SS-7 «для мира IP», цель протокола — найти абонента, установить его статус и организовать с ним сеанс связи. Собственно передача голосовой информации осуществляется по протоколу RTP или H.323.
• RTP (Real-time Transport Protocol) — протокол передачи реального времени. Впервые описание протокола появилось в RFC1889 в далеком 1996 году, а в 2003 году он был заменен на RFC3550. Протокол описывает способы передачи мультимедийных данных (не только голоса) в режиме реального времени. И это единственный протокол, связанный с телефонией, который имеет высший статус Internet Standard.
• RTSP (Real Time Streaming Protocol) — потоковый протокол реального времени. Описывается RFC2326. Если протокол RTP отвечал за восстановление сессии передачи данных end-to-end и описание формата, то RTSP — это протокол, который описывает потоковую передачу мультимедиаинформации и доступ к потокам данных, чем сильно расширяет функционал RTP, например реализацией конференций или записью потоковой информации на серверы.
• RTСP (Real-Time Transport Control Protocol) — протокол управления передачей в реальном времени. Дополняет протокол RTP функциями мониторинга и управления качеством связи. Имеет тот же номер RFC, что и RTP, — RFC3550. Собственно, RTCP и стал причиной замены старого RFC1889.
• ENUM — это акроним от E.164 NUmber Mapping. Исторически описывается стандартом  RFC2915 (посвящён Name Authority Pointer (NAPTR) — одному из видов записи ресурса в системе доменных имён (DNS)), но с более поздними дополнениями RFC3761, RFC6116 и RFC6117. Этот стандарт, пожалуй, стоит описать более подробно в других статьях, но если коротко, то ENUM — это набор протоколов для объединения интернет-телефонии и PSTN на уровне выбора абонентов по привычному всем телефонному номеру. ENUM представляет собой что-то похожее на DNS, но для телефонных номеров и предназначен для расширения планов телефонной нумерации за счет интернет-клиентов.

Автор: МТТ

Источник