Nexpert SIP 1 - VoIP

Overview

Nexpert 다시쓰는 SIP 의 이해 내용 정리.

원문은 이곳<ref>http://www.nexpert.net/485</ref>에서 확인할 수 있다.

VoIP 의 의해

1876년 벨이 전기를 이용한 음성 통신을 처음 발명한 후 전화기의 전화망은 끊임없이 진화해왔다. 현재의 UC 및 Collaboration 에 이르기까지 사용되는 수많은 통신 용어와 아키텍쳐는 기존의 전화망을 기반으로 시작되었다. 여기서는 전화망의 구조와 전화번호 체계를 이해하고 VoIP 프로토콜의 종류에 대해 살펴본다.

전화망의 이해

PSTN(Public Switched Telephone Network)는 대형 회로 스위치형 네트워크로 각 가정의 전화기와 기업의 전화기를 연결한다. 가입자 선로까지 유지하는 우리나라의 전화 통신회사는 KT와 SKBB로 한 때는 전화망 가입자가 2,000 만이 넘었었다.

하이마트에서 전화기를 사서 집으로 연결된 전화선을 연결하고, KT 나 SKBB에 개통을 요청하면 통화가 가능하다. 집에서부터 전화국까지 그리고 전화국과 전화국이 어떻게 연결되었는지 살펴보자.

집이나 사무실의 전화기는 보통 RJ-11 케이블로 벽속의 커넥터에 연결하면 전화기가 정상적으로 동작한다는 의미로 "웅"하는 톤소리를 들을 수 있다. 전원을 연결하지 않아도 전화 통소리를 들을 수 있는 것은 정화국의 교환기가 전원을 공급하기 때문이다.

전화 케이블을 따라 가보면 일정한 지역이나 구획별로 IDF(Itermediate Distribution Frame) 단자함으로 연결된다.

IDF의 단자들은 모여서 전화국의 지하의 MDF(Main Distibution Frame, 주배선관)실과 연결된다. MDF는 전화국의 전화 교환기와 가입자 전화선로를 연결시켜 주는 역할을 하며, 사람들이 직접 일일이 연결할 수 밖에 없으며, 은어로는 "짬빠를 쏜다"라는 표현을 쓴다.

각 지역 전화국은 보통 가입자를 수용하기 용이하도록 지역의 중심에 자리잡고 있다. 도시의 한쪽에 치우쳐져 있다면 전화선의 물리적 거리가 멀어지게 되므로 초기 투자비용이 많이 발생하게 된다.

MDF를 지나면 교환기와 연결된다. 교환기는 전화 통화를 교환해주는 장비로 지역 교환기, 가입자 선 교환기, Co(Central Office)라고 한다. 교환기는 사용 용도에 따라 데스크탑 컴퓨터 크기에서 부터 방 전체를 채우는 것까지 천차만별이지만 구성품은 거의 비슷하다.

• 내선카드

가입자 회선을 수용하는 역할을 하며, 각 가입자의 전화번호를 가지고 있다. 전화기나 팩스가 직접 PBX 와 연결되도록 한다.

• 국선카드(트렁크 카드)

PBX 내의 가입자 사이의 연결은 PBX 자체에서 연결할 수 있지만, PBX 와 PBX를 연결시켜야 하는 경우에 이용된다. 흔히 T1 또는 E1 카드가 있다.

이제 전화기와 교환기 사이에 일어나는 일을 살펴보자. 전화국의 교환기의 가장 큰 역할은 전화기를 서로 연결해주는 역할을 한다. 전화기에서 전화번호를 누르면 PBX가 전화번호를 인식하는 방식에 따라 DTMF 와 Pulse 방식으로 나뉜다. 현재 사용하는 DTMF(Dialtone multifrequency) 전화기는 두 개의 주파수를 이용하여 시그널을 전송하므로 PBX가 정확하게 인식할 수 있다. 교환기는 인식한 전화 번호를 기반으로 차례로 스위치를 닫아서 전화를 걸고자 하는 상대방의 가입자 선에 접속하게 해준다.

전화기에서 지역번호를 포함한 전화번호를 누르는 경우를 가정해보자. 즉, 시외 통화의 경우 다른 교환기와 연결되어야 한다. 교환기는 다이얼한 번호를 보고 시외인지 시내인지를 식별하게 되고, 다른 도시의 교환기로의 통화로를 연결한다.

가입자 전화선을 수용하지 않고 교환기와 교환기를 중계하는 기능을 가진 교환기를 Tandem Switch 또는 중계 교환기라고 한다. 전문적인 용어로 교환기의 역할과 계위에 따라 가입자 수용 교환기를 Class 5 교환기, 중계 교환기를 Class 4 교환기라고 한다. 이름에서 보듯이 상위 Class 도 존재한다. 예를 들면 Class 3 교환기는 Class 4 교환기들을 중계해주는 시외 중계 교환기 같은 것이 있지만, 굳이 따로 구분하지 않고 Class 5 와 Class 4 로 교환기를 구분한다.

PBX 와의 연동을 위한 트렁크 이해

가정을 위한 전화 서비스는 전화국의 PBX에 직접 연결되지만, 빌딩이나 일반 기업 내의 전화 서비스를 위해서는 PBX 가 건물이나 기업의 통신실에 위치한다. 전화기에서 시작한 전화선은 IDF와 MDF를 지나 PBX의 내선카드와 연결된다. PBX는 외부와의 통신을 위해 국선카드를 통해 전화국과 연결된다.

기업과 건물에 직접 PBX를 설치하면 수천대의 전화기를 위해 수천개의 전화선을 전화국까지 연결할 필요가 없으므로 비용 효과적이고, 기업 내의 다양한 전화 부가서비스를 직접 구현할 수 있다. PBX가 기업이나 빌딩에 위치할 경우 전화국과 PBX를 연결해야 한다. 기본적으로는 PBX와 PBX 간의 연결을 트렁크 연동이라 하며, 가장 많이 사용하는 공통선을 E1 트렁크라고 한다.

우리나라는 E1 트렁크 연동을 가장 많이 사용하므로 UC 엔지니어는 E1 트렁크에 대해 기본적으로 알고 있어야 한다. UC 엔지니어가 IP Telephony 나 UC 구축 시에 Voice Gateway 와 PBX 연동을 항상 하기 때문이다.

E1 은 32개의 채널로 이루어져 있으며 세부 채널 정보는 다음과 같다.

• Time slot 0 : Framing 정보 교환

프레이밍 정보로 프레임의 시작 및 동기 신호를 교환.

• Time slot 16 : Signaling 정보 교환

시그널링 정보로 호를 연결하기 위한 전화번호나 상태정보등을 교환한다.

• 나머지 slot : Media(음성) 교환

나머지 채널에는 실제 음성만을 전달한다.

E1 의 한 채널은 64Kbps의 PCM 음성이 전달될 수 있는 대역폭으로 64Kbps * 32 채널 = 2.048Mbps 의 대역폭이 된다.E1 카드의 한 포트는 동시에 30개 호를 송/수신 할 수 있다. 우리나라에서는 E1 트렁크에 대해서만 이해하면 되지만, 해외 연동을 할 경우에는 북미방식의 T1도 알아둘 필요가 있으므로, E1을 기준으로 간단하게 비교한 표는 다음과 같다.

• T1(ITU-T G.733)

샘플링 주파수 : 8 kHz

채널 대역폭 : DS0 64Kpbs

프레임당 채널 슬릿 : 24

bits per Frame : 24 * 8 + 1 = 193

System Bit rate : 8000 * 193 = 1.544Mbps

시그널링 채널 : 23번 채널

사용 지역 : 북미 방식

• E1(ITU-T G.723)

샘플링 주파수 : 8 kHz

채널 대역폭 : DS0 64Kpbs

프레임당 채널 슬릿 : 32

bits per Frame : 32 * 8 = 256

System Bit rate : 8000 * 256 = 2.048 Mbps

시그널링 채널 : 16번 채널

사용 지역 : 유럽 방식

T1/E1 은 모두 시분할 방식으로 전달함으로, 하나의 프레임을 지속적으로 초당 8000 개를 전송한다. T1 의 bits per Frame 에서 +1 은 프레이밍 비트이다.

PBX 의 E1 카드도 시그널링 방식에 따라 E1 R2 와 ISDN E1 PRI 방식이 있지만, 이제는 E1 R2 방식을 거의 사용하지않고 ISDN PRI 방식을 이용한다.

E.164 주소 체계

전화망(PSTN)의 주요 구성요소는 PBX(교환기)이며, PBX는 전화번호를 인식하여 목적지를 연결하는 역할을 해 준다. 우리가 전세계 어디라도 전화를 걸 수 있는 것은 단지 물리적인 연결 구조 외에 논리적인 주소 체계가 있기 때문이다.

모든 전화국이 체계적으로 연결되기 위한 주소체계는 1996년 12월 31일을 기준으로 ITU-T E.164를 사용하도록 규정되었다. 이 번호 규정은 국제 통신에 사용하는 번호의 최대 자릿수를 12자리로 규정한 E.163 권고안에 추가적인 주소공간을 확보하기 위하여 국제 통신에 사용되는 번호를 최대 16 자리로 확장하였다.

E.164 전화번호 체계를 이용하는 우리나라의 전화번호는 다음과 같은 체계로 구성된다.

• CC (Country Code) : 국가 코드(두자리)
• AN (Area Number) : 지역 번호(두자리 또는 세자리)
• LN (Local Number) : 국 번호(세자리 또는 네자리)
• SN (Subscriber Number) : 가입자 번호(네자리)

전화를 걸 때 사무실에서는 4자리의 SN 넘버로만 통화하고, 같은 지역에서는 LN+SN 으로 통화한다.시외로 전화를 걸때는 AN + LN + SN 번호를 사용하고, 국제전화의 경우에는 CC 번호를 이용한다. 통화 시도 시에 모든 번호를 누를 필요가 없는 이유는 PBX 가 계층(Hierarchy) 구조로 되어있기 때문이다.

VoIP 의 태동

인터넷이 발달하면서 기존 전화망에 변화가 왔다. 인터넷과 데이터망이 급격히 증가하면서 기존 전화망 외에 인터넷 망을 이용하여 음성 통화가 가능한 방법을 연구하기 시작했다.

이유는 과금방식의 차이로 인한 비용 절감효과 때문이다. 전화망은 사용 시간과 거리에 따라 과금하지만, 인터넷망은 거리에 상관없이 사용시간에 따라 과금한다. 인터넷 웹브라우저로 미국의 서버나 유럽의 서버에 접속하더라도 인터넷 요금은 상승하지 않으며, 대부분 인터넷 과금은 회선 용량과 월 단위의 사용 기간으로 비용을 책정하는 정액제이다. 인터넷을 이용한 통화가 가능해지면 전화요금을 획기적으로 절감할 수 있다.

1996년 11월 ITU에 의해 H.323 Version 1 "Visual telephone system and equipment for local area network which provide a non-guaranteed quality of service" 가 표준되면서 다이얼링한 전화번호를 이용하여 상대방과 연결하기 위한 시그널링 표준이 정해졌다. 같은 해에 실제 음성을 네트워크 상으로 전달하기 위한 IETF RFC 1889 "Real-Time Protocol"이 표준화되면서 활발한 연구가 진행되었다.

1998년 2월 H.323 Version 2 "Packet-based multimedia communications systems"가 발표되면서 모든 종류의 패킷 네트워크에서 음성을 송수신할 수 있는 방안과 관련 제품들이 출시되었으며, 전화비용 부담이 높았던 다국적 기업을 중심으로 H.323 프로토콜 기반의 시스템을 도입하기 시작했다. 초창기에는 VoATM, VoFR, VoIP 등의 방식으로 다양한 패킷 네트워크에 음성을 송수신했지만, 지금은 ATM과 Frame Relay 망이 사라지고 IP 네트워크로 통합되었기에 VoIP 만이 존재한다.

VoIP 는 시외 및 국제 통화 요금을 절감하기 위해 기업의 본사와 지사간 통화를 인터넷 또는 전용 데이터망을 이용한다. 기업에 설치된 전화기와 PBX를 연결하는 아날로그 네트워크와 데이터를 전송하는 IP 네트워크를 상호 연동을 위해 필요한 장비는 Voice Gateway 이다.

Reference

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