В настоящее время IP-телефония довольно активно рекламируется компаниями, имеющими весьма положительную репутацию в области новых информационных технологий. Я считаю, что подобная реклама приносит вред прежде всего самим компаниям.

Алексей Вольдемарович Шилейко — старший научный консультант компании Lucent Technologies. В 1950-52 гг. участвовал в разработке первой советской ЭВМ «Стрела», являясь руководителем лаборатории магнитных запоминающих устройств. Действительный член Международной академии информатизации при ООН, профессор. С автором можно связаться по электронной почте: ashileiko@lucent.com.

Парфюмерная фабрика может назвать свое мыло «Восторг», и, хотя никакого восторга моющийся испытывать не будет, все равно такое название сойдет. Однако в серьезных делах неправильные выражения вызывают неправильные ассоциации и, как следствие, большое недоверие.

О телефонии

Толковый словарь дает такое определение: телефонная связь — это то, что обеспечивает ведение устных переговоров практически на любом расстоянии. Прекрасное определение! За бесконечное время можно передать любую информацию на любое расстояние любым способом. Мое определение звучит скромнее: телефония — это комплекс методов и средств обмена голосовыми сообщениями в реальном времени. Может быть, у кого-то есть лучший вариант?!

Начиная с 1876 года, когда А. Белл изобрел телефонный аппарат, телефония занималась передачей речевой информации посредством аналоговых электрических или радиосигналов. С момента создания в 1878 году первой телефонной станции в Нью-Хейвене коммутацией телефонных связей управляли примитивные электромеханические автоматы. Через многие десятки лет, когда появились компьютерные сети, передача данных в них была, что естественно, сразу организована в двоичной, или «цифровой», форме. Переключением потоков данных стали управлять сами компьютеры. Тем временем телефонная связь еще много лет жила и работала «по старинке».

Конвергенция потоков

По-настоящему радикальные изменения в области телефонии произошли с внедрением импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), появлением электронных коммутаторов, внедрением волоконно-оптических и спутниковых каналов связи. В результате голосовые, а затем и мультимедийные сообщения в физических каналах связи приобрели форму двоичных потоков, а в качестве коммутаторов стали использоваться компьютеры. Все это позволяет обеспечить полное формальное совпадение архитектур и физических характеристик телефонных сетей и сетей передачи данных. Целесообразность их объединения (конвергенции) там, где такое объединение не произошло само собой (передача факсимильных сообщений по телефонным линиям), стала совершенно очевидной.

Что коммутировать?

Стремление использовать пропускную способность сетей с максимальной эффективностью породило еще одно новшество: разделение непрерывных битовых потоков на отдельные пакеты, каждый из которых снабжается управляющей информацией. Появление пакетов привело к возникновению двух принципиально различных подходов к осуществлению соединений: коммутации каналов и коммутации пакетов.

И вот тут возникло весьма существенное противоречие. Принцип коммутации каналов предполагает удержание соединения в течение всего времени обмена, которое устанавливается самими собеседниками. Даже если собеседники большую часть времени молчат, соединение сохраняется и соответствующие физические средства недоступны для других абонентов. Ясно, что при прочих равных условиях такой принцип оказывается одним из наименее эффективных с точки зрения использования пропускной способности, а следовательно, и дорогостоящим.

В случае же чистой коммутации пакетов каждый пакет выбирает собственный путь по сети. Он может занимать любой свободный в данный момент канал и может обеспечить максимальную загрузку каналов. Стало быть, этот подход наиболее эффективен.

IP и телефония как несовместимые противоположности

Именно благодаря свободе выбора пути пакетом данных всегда существует вероятность того, что пакет, вышедший от источника первым, поступит к приемнику последним. Это вполне допустимо при передаче данных и совершенно недопустимо при телефонном обмене.

Одним из протоколов, реализующих принцип чистой коммутации пакетов, является протокол IP, лежащий в основе сети Internet. Отсюда следует вывод, что сочетание «IP-телефония» связывает два принципиально несовместимых понятия.

Здесь очень важно проявить принципиальность. Конечно, физическая сеть, состоящая из каналов связи и соединяющих эти каналы узлов, особенно в условиях, когда узлами такой сети являются компьютеры, может реализовать огромное множество различных вариантов передачи двоичных потоков.

Но у этого множества вариантов есть границы. Одна такая граница — это IP-протокол, предусматривающий полную свободу перемещения пакета по сети. Причем эта свобода не исключает возможности следования такого пакета в противоположную по сравнению с представляющейся целесообразной сторону или возможности полной потери данного пакета.

Устные переговоры в Internet

Из только что сказанного не следует, что по сети, подобной Internet, вообще нельзя осуществлять телефонный обмен. Просто если для передачи данных можно сохранить протокол IP (самый дешевый) без каких-либо изменений, то для осуществления качественной телефонной связи совершенно обязательным является либо наличие постоянного, выделенного канала, которым могут пользоваться только два абонента, осуществляющие в данный момент сеанс связи друг с другом (очевидно, самый дорогой из возможных способов), либо такая последовательность действий: сначала с помощью маршрутизаторов или коммутаторов сети устанавливается временное соединение (прокладывается виртуальный канал) и лишь затем начинается сам обмен голосовыми сообщениями.

В простейшем случае сказанное представляет собой обычную коммутацию каналов, которая, вообще говоря, не требует разделения голосовых сообщений на пакеты. Однако сочетание «пакетизации» сообщений с тем обстоятельством, что сами сообщения представлены битовыми потоками, открывает некоторые дополнительные возможности.

В условиях чрезвычайно сложной современной сети появляется возможность направлять отдельные пакеты одного и того же голосового сообщения по различным каналам, сохраняя при этом неизменной последовательность поступления пакетов на приемник и удерживая длительность задержки каждого пакета в пути в разумных пределах.

Связь и ее качество

Кстати, попробуйте оценить приемлемую для себя задержку слов собеседника во время разговора. Подобная оценка будет одним из критериев качества связи.

Конечно, не может быть и речи об осуществлении нормального голосового обмена по той же цене, что и передача данных по протоколу IP. В данном случае можно говорить лишь о подборе протокола или стека протоколов, обеспечивающего определенное соотношение между ценой и качеством. Отсюда — появление понятия «качество обслуживания» (Quality of Service — QoS).

Сегодня выделяют восемь последовательных уровней QoS. На высшем уровне QoS обеспечиваются выделенный канал и любая требуемая ширина полосы пропускания. На третьем, четвертом, пятом уровнях пока существуют только прогнозы. Средняя длительность задержек оценивается в десятые доли секунды. В это можно поверить, но что делать с максимальными длительностями? Представьте себе, что в процессе оживленного разговора ваш собеседник замолчал на 10 минут! Но все это имеет отношение только к IP-протоколам.

На самом деле так называемая IP-телефония основывается сегодня главным образом на протоколе ATM. Кстати, уже ведутся серьезные работы по проведению испытаний и внедрению «мультипротокола» MPLS. Не хочется быть пророком, но в конечном итоге наверняка получится что-нибудь другое. Важно ясно отдавать себе отчет в том, что не следует ждать чудес от скрещивания IP-протокола и традиционной телефонии. Происходят два объективных процесса. Во-первых, за счет стремительного внедрения волоконно-оптических кабелей и радиосредств (в последнее время в Bell Laboratories ведутся интенсивные работы по передаче оптических сигналов в пространстве без какого-либо носителя) очень сильно увеличивается скорость передачи (последняя цифра, опубликованная Bell Labs, составляет 1,6 Тбит/с). Во-вторых, увеличивается общее количество самих физических, а следовательно, и логических каналов. В-третьих, продолжаются работы по сжатию информации. В результате уже скоро можно ожидать следующее:

  • стоимость ведения телефонных переговоров на дальние расстояния уменьшится раз в десять и, возможно, приблизится к стоимости местных переговоров;
  • возникнет избыточность ресурсов, что даст возможность операторам предлагать (разумеется, за дополнительную плату) предоставление по тому же каналу интерактивного видеообмена, демонстрацию телевизионных передач с полным качеством и многое другое. Чего только не придет в голову, когда имеется избыток ресурсов...

Важно отдавать себе отчет: у всего, о чем говорилось выше, есть три причины:

  • переход на цифровой способ кодирования информации;
  • увеличение примерно в 108 раз скорости передачи;
  • применение компьютеров в узлах сетей связи.

Последнее позволяет более разумно использовать имеющиеся физические ресурсы. Но никаких чудес типа IP-телефонии при этом не совершается.

Таким образом, вопрос состоит не в целесообразности конвергенции видов связи и информационных потоков (это не вызывает сомнений), а в разработке технических средств и программного обеспечения, способных обеспечить наилучшее соотношение между ценой и качеством. В этом направлении ведутся весьма интенсивные работы. Не будет большой ошибкой сказать, что сейчас они еще далеки от завершения.

Важнее то, что цель этих работ достаточно хорошо очерчена.