IP電話と公衆電話綱

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テレビや雑誌の特集記事にも登場するようになった「IP電話」。安い通話料が盛んにうたわれています。IP電話が利用するIPネットワークは、インターネットの世界でおなじみものです。インターネットは、基本的に無料のネットワークといわれます。そして、このオープンな技術と発想を基本にして登場したのが、IP電話です。

IP電話と構成

IP電話とは

IP電話とは、その名称のとおり、インターネットで利用されているインターネットプロトコルを元にしたネットワークで、音声通話を実現するものです。IP電話のメリットは、一般加入電話と比べて、驚くほど安く設定された通話料金であります。その料金設定も、従来の距離に応じて割高になる料金体系ではなく、全国均一料金が適用されるのが大きな特徴です。

通話を実現する為に構築された公衆電話綱は、高速データ通信でも可能とするISDNへ進化した。又、音声をやり取りする為のネットワークとして、更なる大きな技術的進化も起こりつつである。それは、インターネット等のIPネットワークを利用することで、公衆電話綱やISDNによる通話と同等のサービスを実現しようというIP電話技術である。

IP電話では、VoIPと言う技術体系が利用されている。VoIP(Voice over IP)とは、IPネットワークを介した音声のやり取りにより公衆電話綱を利用することなく、電話サービスを実現しようとする技術である。IP電話を実現する為のプロトコル群は、本来の公衆電話綱における制御をIPネットワーク上で再現する為のプロトコルとも言える。これに対して、昨今多く使用され始めているプロトコルにSIP(Session Initiation Protocol)がある。 SIPは、IPネットワークにおける音声通信をベースとして開発がなされている為、公衆電話綱の複雑な制御を引き継いでいない分、シンプルでかつ拡張性の高いプロトコル群といして注目されている。更に、SIPはFTPやHTTP等のプロトコルと同様の位置付けにある為、実際的にIP電話サービスを実現する為には、その他の多くのプロトコルを組み合わせる必要がある。
IP電話に不可欠な機器

IP電話を独自に構築する為には、ゲートウェイとゲートキーパーと言う二つの機器が不可欠である。ゲートウェイ(Gateway)とは、本来の公衆電話綱とIPネットワークとを相互的に接続したり、IPネットワークに一般の電話を接続したりする為の機器を言う。又、元々異なるプロトコルによるネットワーク同士を接続する為の機器のことであり、IP電話においては、様々なゲートウェイが存在する。ゲートキーパー(Gatekeeper)は、電話番号とIPアドレスの対応を図る機器であり、電話番号管理サーバーを呼べるものである。

公衆電話綱における電話は、電話番号を頼りに相手との接続を行うが、IPネットワークでは、IPアドレスによって相手を一意に認識することからこの双方向変換が必要となる訳である。次の図にIP電話を実現する為の基本構成を示している。
図： IP電話実現為の基本構成

ネットワーク基礎: IP電話による技術革新の話題は、どのようなメカニズムで電話サービスが実現されてきたのかは案外知られていない。今回こそは、電話サービスの変遷を振返ってみよう。公衆電話交換綱の基本構造である交換機と多重化装置、光ファイバ綱によるデジタル通信ネットワークを確立したISDNと、それを実現するATMやSDHの技術、IP電話に不可欠な機器であるゲートウェイやゲートキーパー等について整理する。又、企業内IP電話を導入し易くする為のVoIPのシステム構成を解説する。

公衆電話綱（PSTN）

公衆電話交換綱とは

電話は、私達の生活に不可欠で存在するである。しかし皆さんは、電話サービスが、どのようなメカニズムによって実現しているのかご存知でしょうか。ユーザー宅に設置される電話機は、加入者線と呼ばれる伝送線路によって電話局と接続されている。電話局は全国を綱羅する電話専用のネットワークとの接続がなされている為、電話番号をプッシュするだけで、あらゆる場所へと電話を掛けることができる。電話サービスを要する、電話を実現する為のネットワークを公衆電話綱(Public Telephone Network)、或は公衆電話交換綱(PSTN ： Public Switched Telephone Network)と呼ぶ。公衆電話綱は、電話番号をプッシュすることでその番号を持っている相手に回線を接続する共に、相手の電話を呼出したり、通話が終了した際には、この回線を切断したりする働きを持っている。こんな働きにより、皆さんは、日々気楽に電話を利用できることである。
公衆電話交換綱の基本構造

公衆電話綱にとして、遥か昔には「交換手」という人達が手作業で回線を接続することで、電話サービスが成り立っていたが。現在では、多くの回線接続を必要とすることから、交換業務の全ては機械化されている。この機械は交換機というのである。又、交換機が回線の接続を行うことで、利用者に回線を提供する方式を回線交換方式(Circuit Switching System)と呼ぶ。公衆電話綱では、多くの交換機が階層構造的に相互接続されることによって機能している。つまり、利用者がタイヤリングをすると、公衆電話綱内の複数の交換機が、その電話番号の相手との回線を相互的に接続し、相手が受話器を取ることで、通話が開始される訳である。
多重化の必要性

現在では、数十万通話が同時に行われている。通話量がかなり膨大な数である。これら全ての回線を交換機が相互接続されば、交換機同士は、実に数十万の数の伝送路で相互接続されていなければならないが、遠隔地になると、こうすることは、物理的に不可能である。もし実現したとしても膨大なコストを要することは避けられないである。解決方法は多重化と言う技術である。

多重化とは、なるべく少ない数の伝送路によって、より多くの通話情報を同時にやり取りできる為のメカニズムである。公衆電話綱内には、多重化を実現する多重化装置(Multiplexer)やMUX(マックス)と呼ばれる装置が設置されており、多くの通話情報を、一つの伝送路でやり取りことを実現している。更に、電話によって、加入者線部分のみはアナログ回線であるが、それ以外の公衆電話綱内はデジタル化を図られている。そして、デジタル転送における代表的な多重化として、時分割多重化方式(TDM：Time Division Multiplexing)という方式がある。

多重化装置では、他方向から到達したデジタル信号を、一本の伝送路で送信しなければならない。そこで、一本の伝送路を非常に短い時間間隔で区切ることで、異なる方向から到達したデジタル信号を小出しに送信し、複数の信号を一本の伝送路で伝送することが可能となる。時分割多重化方式ではこの考え方をベースに、多重化装置を階層的に配置し、多くの回線の信号を多重化しているわけである。

次の図では、交換機と多重化装置を分かり易くイメージだけで描いてあるが、実際には交換機は全国に配置されている。又、多重化装置は複数が階層的に配置され、複数の段階を経ることで膨大な数の回線の多重化を行うと同時に、これを光ファイバやマイクロウェーブ等を用いて送信している。
図：公衆電話綱の概念図

総合デジタル通信綱 (ISDN)

総合デジタル通信綱とは

現在私達が使用しているPCは、文字情報だけではない、音声や音楽、画像、動画像等、様々なマルチメディア情報を処理することができる。そしてPCは、これらの情報の全てを、0或は1によって構成されるビット情報としてデジタル化することで、処理を行ったり、他のコンピュータとのやり取りを実現したりする。このネットワークは、基本的には音声をやり取りする為のネットワークであり、元々はアナログ専用ネットワークである。公衆電話綱の部分はデジタルネットワークに置き換えられているが、それでも顧客と局を結ぶ加入者線部分では、いまだにアナログ信号によるやり取りを行っている。この為、電話回線を用いてコンピュータ同士のやり取りをする為には、デジタル情報を一旦アナログ信号へ変換する必要である。もし、全てにおいてデジタル信号でやり取りデジタル通信ネットワークを構築したならば、マルチメディア情報の全てを、比較的容易にやり取りできる便利なネットワークが実現するはずである。この発想の元に構築されたネットワークがISDN(Integrated Services Digital Network)と言う。
総合デジタル通信綱の種類と接続方法

総合デジタル通信綱(ISDN)は、総合サービスデジタル綱や総合デジタル通信綱等の名称でも親しまれているが、64kbpsの通信速度を提供する狭帯域のN-ISDN(Narrowband-ISDN)と150Mbpsから600Mbps程度までの高速な通信速度を提供するデータ通信用広帯域B-ISDN(Broadband-ISDN)が含まれている。電気通信事業者であるNTT、KDDI等の各社がINSネット64(Information Network System)として1988年から開始したサービスがN-ISDNは後にINSネット1500として提供した高速サービスB-ISDNに相当する。

総合デジタル通信綱(ISDN)は、加入者線部分からデジタル信号によるやり取りを行うことから、これに接続するには、公衆電話綱への接続とは異なるインターフェースが必要となる。例え、ISDNに一般の電話機を接続する場合、電話機はISDNに対するインターフェースを装備していない為、インターフェースの機能を担うDSU(Digital Service Unit)と言う機器が必要となる。DSUは、デジタル綱専用の回線終端装置であり、インターフェースや信号の変換の他に、過電圧保護等の役割も果たす機器である。又、ISDNを使用するコンピュータ同士でやり取り場合、一般の電話機の接続も可能なTAを用いるが、TA(Terminal Adapter)内部にはDSUを内蔵する。

TA(Terminal Adapter ：ターミナルアダプタ)とは、ISDNがデジタルによる通信を実現するNetworkであることから通常のアナログ電話機やFAX等、ISDNインターフェースに対応しない機器をISDNに接続する為には、接続前でISDNに対応したインターフェースへ変換する必要がある。この機能を持つアダプタをTAと言う。TAはDSUを内蔵する。又、TAを内蔵したブロードバンドルーターや無線ルーター等もある。
総合デジタル通信綱を実現する技術

総合デジタル通信綱(ISDN)は、完全になるデジタル通信ネットワークであるが、ネットワーク内部は、光ファイバ綱によって構築されて、ATMとSDHと言う新しい技術を利用されている。

ATM(Asynchronous Transfer Mode ：非同期転送モード)とは、セルリレー綱で利用されている転送モードであるが、転送データを一律48バイトの情報に分割すると共に、これに5バイトのヘッダー情報を加えた計53バイトのセル(cell)と言う単位でやり取りする。転送手順がシンプルであることから効率的な転送が可能な方式である。又、SDH(Synchronous Didgital Hierarchy ：同期デジタルハイアラーキ)とは、光ファイバを利用した高速デジタル通信における多重化方式の一つである。

つまり、総合デジタル通信綱(ISDN)は、ATM と言う高速な転送モードを利用する共に、SDHにより光ファイバーケーブルにおける多重化を行うことで、高速でかつ効率的なデジタル通信を実現している。
図：総合デジタル通信綱の概念図

次の図は、ISDN綱に到達したデジタル信号は、ATMをサポートする交換機によって、セルの単位に分割され、高速で送出される。又、これは次にSDHによる多重化昨日を実装したスイッチによって多重化され、効率的に光ファイバ綱を転送されていく。又、受信側では多重化された情報から、セルが復元されて交換機に引き渡され、これが元通りのデジタル信号として加入者線を介して、送信先である相手ユーザーへ到達することである。
企業に導入されるVoIPシステムの構成

昨今では、VoIPシステムがベンダー等によってリリースされていることから、企業は比較的容易に、自社内IP電話を構築できるようになってきている。ゲートキーパーの機能やLANに接続されるIP電話等の制御を一括して行うことのできる機器を企業内LANに配置するだけで、後はこのLANにIP電話を接続することが可能となるシステムが実際にリリースされているが、この機器は通信制御装置(CCU ： Communication Control Unit)と呼ばれている。このシステムでは、既存の電話機やFAX、PHS基地局等をゲートウェイ機能を内蔵するライントランク装置(LU ： Line trunk Unit)と呼ばれる機器を介すことで、LANと接続もできる。

企業内LANでは、IP電話に電力を供給する為の給電機能付きLANスイッチ(PSW)が必要となるが、このLANをルーターを介してIPネットワークへ、又既存の公衆電話綱は、ライントランク装置を介して接続することで、既存の公衆電話綱の利用を制限することなく、本支社との通話をIP電話によって行うことができるようになる。IP電話を導入する共に企業内に敷設された既存の電話やPBX等もIP化することで、既存の音声ネットワークをIPデータネットワークと統合することができる。

PBXのIP化とは、企業や学校等、多くの電話が必要となる場所では、代表電話から内線電話へ接続したり、多くの外線向け電話の制御を行う必要があることから、各回線を切り替える為の機器を設置しなければならない。この機器を構内交換機(PBX ： Private Branch eXchange)と呼ぶ。IP電話化においては、このPBXについてもIP化を図ることができる。接続する全ての電話機がLANに接続される場合、これらを制御するPBXは、IPプロトコルに準拠したものが行うが、これをIP-PBXと呼ばれる機器によって実現する。

次の図には、給電機能付きLANスイッチが存在するが、これはIP電話に対する電力を供給する機能を持つスイッチである。これによりIP電話をLANにそのまま接続できるようになる。又、IP電話にはPCを接続する。つまり企業内のLANが電話線も兼ねることになるわけである。更に、ライントランクを使用すれば、既存の電話機やFAX等を使用することもできる。そして、これらの動作を一元的に管理するのが通信制御装置であり、VoIPシステムの中枢機能を担っている。
図：公衆電話綱の概念図

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