VoIP 일반

전화의 역사

음성 전송 기술을 사용한 지 백년이 넘었습니다. 처음으로 전화 통화를 한 이래로 음성 통신망은 많은 발전을 거듭했습니다. 현재 사용하는 많은 음성 통신 용어와 아키텍처는 이미 수십년 전에 결정된 것들입니다. 표준 PSTN (Public Switched Telephone Network)은 기본적으로 대형 회로 스위치형 네트워크입니다. 다수의 가입자들이 서로 전화을 사용할 수 있도록 하는 네트워크로써 PSTN망이 연결되지 않은 곳은 없습니다.  현재 우리나라는 약 2,000만명의 가입자가 사용하고 있습니다.

PSTN의 구조

각 가정 (또는 사무실)의 전화기는 가입자 선을 통하여 전화국의 교환기에 접속되어 있는 데 가입자 선을 수용하는 이 교환기를 지역교환기(가입자 선 교환기)라 합니다. 지역 교환기가 설치되어 있는 전화국은 보통 가입자를 수용하기 편리하도록 지역의 중심에 자리잡고 있으며, 수Km 내지 수십 Km 간격으로 설치되어 있습니다. 

교환기는 작은 스위치의 집합으로, 다이얼한 번호를 따라 차례로 스위치를 닫아서 전화를 걸고자 하는 상대방의 가입자 선에 접속하게 해줍니다. 상대방이 같은 구역에 거주하고 있으면 쉽게 접속딜 수 있지만, 다른 구역에 있을 경우 다른 교환기와 연결시켜야 합니다. 그래서 시외 전화일 때는 경로가 훨씬 복잡해집니다. 다이얼한 번호를 보고 시외인지 시내인지를 식별하게 되고, 시외 전화국 교환기를 통해 상대방의 구역에 접속하게 되는 구조입니다. 즉, 가입자와 직접 접속을 하지 않고 교환기와 교환기를 중계하는 기능을 가진 교환기를 시외 교환기 또는 시외 중계 교환기라고 합니다.

일반적으로 가입자 수용 교환기를 Class 5 교환기, 중계 교환기를 Class 4교환기라고 합니다. 우리나라는 좁은 지역에 있기 때문이 이 두가지 종류에 교환기로도 충분합니다. 미국의 경우는 Class 0 부터 Class 5 교환기까지 있습니다. 교환기는 ITU-T E.164 주소체계를 사용하여 호 라우팅을 합니다.

E.164 주소체계

전화는 사용법이 간단하여 누구나 쉽게 사용할 수 있는 것이 가장 큰 특징입니다. 모든 대형 통신망이 마찬가지로 번호 지정 방식은 가장 중요한 문제입니다. PSTN 망은 1996년 12월 31일을 기준으로  ITU-T E.164를 사용하도록 규정되어 있습니다. 이 번호 규정은 국제 통신에 사용하는 번호의 최대 자릿수를 12자리로 규정한 E.163 권고안에 추가적인 주소공간을 확보하기 위하여 국제 통신에 사용되는 번호를 최대 16자리로 확장한 번호 구조입니다.

우리나라의 경우 다음과 같이 사용됩니다.

                        CC + AN + LN +SN

• CC (Contury Code) : 국가 코드 (두자리)
• AN ( Area Number) : 지역번호 (두자리 또는 세자리)
• LN (Local Number) : 국번호 (세자리 또는 네자리)
• SN (Subscriber Number) : 가입자 번호 (네자리)

VoIP로의 마이그레이션

이렇게 PSTN을 통해 전화를 할 경우 시외 전화 또는 국제 전화의 통화비용이 많이 드는 문제가 발생하게 되었습니다. 또한, 인터넷 (IP 망)을 통해 음성을 전달할 수 있는 기술인 H.323 이라는 프로토콜이 탄생하면서 시외 전화 및 국제 전화비용을 절감하기 위한 방안으로 VoIP (Voice over IP)라는 방안이 마련되었습니다. 초장기에는 Voice over ATM 또는 Voice over Frame-Relay  라는 것이 있었지만, 지금은 VoIP로 통일되었습니다.  간단하게 VoIP 라고 한다면 다음 그림과 같습니다.

기존의 PSTN망을 이용하던 것에서 장거리 비용이 들지 않는 IP 망을 이용하며, 게이트웨이라고 하는 장비를 통해 기존의 PBX와 연동하도록 한 것입니다. 이런 VoIP가 가능할 수 있었던 것은 요금 체계의 차이에서 기인합니다. 즉, 전화망은 사용 시간과 거리에 따라 과금이 되는 방식이라면 인터넷망은 거리에 상관없이 사용 시간에 따라 과금하거나 대부분 정액제입니다. 그러므로 이렇게 전화를 사용한다면 획기적으로 요금을 절감할 수가 있게 됩니다.

우리나라는 2000년 새롬 기술에서 다이얼 패드를 처음 선을 보이면서 무료 인터넷 전화 서비스라는 것을 통해 일반화 되었습니다. 그럼 이러한 VoIP의 역사에 대해 살펴보겠습니다.

VoIP 프로토콜의 역사

음성과 데이터 네트워크 통합을 위한 VoIP는 인터넷 또는 기업 내부의 인트라넷에서 IP를 이용해 음성과 비디오를 전송하기 위한 표준인 ITU-T H.323 프로토콜을 90년대 초반에 사용하였습니다. 점차 VoIP 프로토콜은 다양한 형태로 발전하게 되었으며, 현재 VoIP 망에서 구현되는 주요 프로토콜은 SIP(Session Initiation  Protocol), H.323 MGCP, Megaco/H.248 등이 있습니다. IETF 에서는 SIP와 MGCP를, ITU-T는 H.323을 표준화를 수행하였으며, 두 단체에서 함께 Megaco/H.248을 공동 작업하여 표준화를 완료하였습니다.

지금까지 전세계에서 가장 많이 사용하는 프로토콜은 H.323입니다. H.323은 기본적으로 LAN 환경에서 멀티미디어 통신을 지원하기 위해 개발된 프로토콜로, 확장 네트워크 구성과 대규모 사용자를 지원하는데 한계가 있습니다. 이미 시장에서 많이 채택돼 있다는 유리한 입지를 마련하고 있지만, 부가 서비스 구현이 복잡하고, 프로토콜 자체가 복잡합니다. 그러나 최근 SIP가 H.323을 대체할 표준으로 무섭게 성장하고 있습니다. , BcN의 음성 데이터 통합의 진화에서는 SIP가 IP Phone간의 통신에 사용됩니다.  그러나, SIP는 기본적인 호처리에 대해서만이 표준화가 되어 있을 뿐 부가서비스 및 어플리케이션 연동 등은 벤더 마다 틀려서 호환성이 많은 문제를 않고 있으나,  빠른 시간내에 정리가 될 것으로 보입니다. 당분간 H.323과 SIP 표준이 공존할 것으로 보고, 게이트웨이는 두 개의 표준을 모두 지원하고 있는 것이 일반적이며, IP Phone의 경우 각각을 모두 지원하는 것이 대부분입니다.

VoIP 게이트웨이를 제어·관리하기 위한 MGCP와 Megaco 프로토콜이 있습니다. 국내의 경우 몇몇 사업자 또는 케이블 사업자의 경우 MGCP를 사용하고 있으며, 향후 Megaco로 진화할 것입니다. 또한 시그널링 처리를 위한 프로토콜도 SS7에서 IP 망 위에서 SIGTRANS(Signaling Transport)으로 전환 중입니다.

 

VoIP의 개요

시그널링이란,  전화망에서 호의 접속과 해제 또는 기타 호의 제어와 관련된 정보, 망의 관리 아 관련된 정보의 교환으로 정의할 수 있으며, 일반적으로는 신호교환으로 생각하면 된다. 예를 들면, 철수가 영희에게 전화를 건다고 할 때, 철수는 전화번호를 011-1234-5678라는 digit을 누르면, 조금 있다가 링백톤을 듣고 나서 통화가 연결됩니다. 이 통화가 연결되기까지의 과정의 시그널링이며, 통화 시에 음성이 상호 전달 된후 종료하는 과정도 시그널링입니다.

 

아래 그림에서 보듯이 IP 상의 전화도 마찬가지로 Signaling이라는 단계를 거쳐서 통화가 이루어집니다.  Signaling은 H.323, SIP, MGCP, Megaco/H.248, Sigtran, SCCP (Skinny Call Control Protocol)을 통해서 이루어지며, 실제 음성은 RTP (Real time Protocol)를 통해서 전달됩니다. Signaling 단계에서는 다음과 같은 일이 수행됩니다.

• Address Translation : IP 네트워크에서는 IP 주소(32bit)를 이용하여 상대방을 찾습니다. 그러나 전화를 거는 것은 E.164 주소 체계 (전화번호)를 이용하여 상대방을 찾습니다.이러한 부분을 해결하기 위해 Sinaling이라는 과정에서  전화번호 와 IP 주소간의 매핑을 확인하는 작업이 발생합니다.
• Capability Negotiation : Signaling 과정에서 가장 중요한 것으로, 통화중에 음성을  IP 상으로 보내는 코덱이 무엇인지를 서로 교환합니다. 그림에서 보듯이 나는 G.711을 사용할 것이라고 보내면 상대방은 OK라는 메세지를 통해 협상합니다.
• Call Admission Control : 내가 상대방과 전화를 걸 수 있는 것는 지 허가를 받는 것도 이 과정에서 발생합니다.

 

RTP는 시그널링을 통해 협상된 값을 바탕으로 실제 음성을 주고 받습니다. IP상에서 실제 음성은 Codec을 통해 변환되며, 이러한 역할을 수행하는 것이 DSP (Digital Signal Processor)입니다. 디지털 신호 처리 장치 (DSP) 는 디지털 연산에의해 신호 처리를 하는 하나의 칩으로 된 마이크로 프로세서로써 마이크로프로세서의 구조를 대폭 개량하여 고속 연산이 가능하도록 하여 음성 합성, 음성 인식, 음성 부호화, 압축, 반향음 제거등의 기능을 수행합니다. 음성처리 뿐만아니라 화상 처리도 함께 담당합니다. 일반적으로 게이트웨이, IP Phone, MCU (Multipoint Control Unit) 등은 모두 DSP가 집적된 장치로서 IP 상의 음성 및 영상을 전달하는 데 사용합니다.  다시 말해서, DSP는 실제 음성을 패킷으로 패킷을 실제 음성으로 변환하는 장치로 이해하시면 되고, 이 장치에 의해 디지털화된 정보는 IP 패킷을 통해 상대방으로 전달되는 데, 이때 RTP를 이용하여 전달됩니다.

 

VoIP Signaling Protocol의 분류
VoIP 프로토콜은 다음과 같이 크게 두가지로 나눌 수 있습니다.
  1) Master/slave
      MGCP, Megaco/H.248, NCS 등이 이에 해당하며, 게이트웨이 및 단말이 단순하고 지능적인 기능을 수행하지 않고, 모든 것은 MGC (Media Gateway Controller) 혹은 CA (Call Agent)라 불리는 장비가 수행하며, Gateway는 단순히 음성을 패킷으로, 패킷을 음성으로 변환하는 DSP (Digital Signal Processor) 칩과 PSTN과 IP 망의 연동 인터페이스만을 가지고 있다고 보시면 됩니다.
       따라서, CA 또는 MGC 가 없이는 호를 수행할 수 없는 중앙 집중식 구조입니다.

  2) Peer to peer
       SIP 및 H.323 등이 이에 해당하며, 게이트웨이 및 단말이 복잡한 구조를 가지며, 호라우팅 및 다양한 부가 서비스를 수행합니다.  Gateway의 경우 DSP 칩과 연동인터페이스 뿐만 아니라 호라우팅을 위한 정보를 항상 가지고 있어야 합니다.

VoIP signaling protocol을 무엇을 선택하느냐에 따라 망구조가 달라집니다. Voice 시그널링에 대해서는 다음 기회에 다시 글을 쓰도록 하겠습니다. 음성을 전달하는 RTP는 동일하게 사용됩니다. RTP란 실시간으로 음성을 송수신하기 위한 전송 계층 통신 규약으로 IETF의 RFC 1889에 RTCP (Real-Time Control Protocol)와 함께 규정되어 있습니다. 송신측은 타임 스탬프를 근거로 재생간에 동기를 취해 지연이 큰 패깃을 재생하지 않도록 되어 있으며, 수신측에서는 전송 지연이나 대역폭을 등을 점검, RTCP를 사용해서 송신측의 어플리케이션에 통지할 수 있습니다.

이것으로 VoIP 일반적인 히스토리와 개요에 대해 설명을 드렸으며, 나중에 다시 하나하나 글을 올리도록 하겠습니다.

 

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