Cisco Unified Communications System の解説 Release 7.0(1)

VoIP

一般的に、VoIP ネットワークのコンポーネントは、以下のカテゴリに分類することができます。

• インフラストラクチャ ― IP ネットワークを通じた音声送信の基盤を提供します。ルータとスイッチに加えて、VoIP 装置、レガシー PBX、ボイスメール、ディレクトリ システムを統合し、他の VoIP および旧来のテレフォニー ネットワークに接続するために必要な、インターフェイス、装置、機能が含まれます。インフラストラクチャを構築するために使用される一般的な製品には、シスコ音声ゲートウェイ（非ルーティング、ルーティング、および統合型）、Cisco IOS および Catalyst スイッチ、シスコ ルータの他に、ファイアウォール、Virtual Private Network（VPN; バーチャル プライベート ネットワーク）、Intrusion Detection System（IDS; 侵入検知システム）などのセキュリティ装置が含まれています。さらに、QoS（Quality of Service）、ハイアベイラビリティ、および帯域幅のプロビジョニング（WAN 装置向け）も導入されます。

• 呼処理 ― 呼の開始から呼の終了までのシグナリングおよび呼制御サービスを提供します。呼処理コンポーネントは、呼転送およびフォワーディング機能などの機能サービスも提供します。Cisco Unified Communications Systemでは、呼処理は Cisco Unified Communications Manager または Communications Manager Express で実行されます。

• アプリケーション ― ユーザに完全な通信オプション スイートを提供するための、基本的な呼処理を補完するコンポーネントが含まれています。Cisco Unified Communications Systemのアプリケーションには、音声メッセージング製品の Cisco Unity、Cisco Unified MeetingPlace 会議スケジューリング ソフトウェア、Cisco Emergency Responder、システムの使いやすさを強化しユーザの生産性をさらに向上させることのできる Cisco Unified Presence などのアプリケーションが含まれています。

• 音声対応エンドポイント ― PSTN へのアクセスを提供し、旧来のテレフォニー装置（POTS ［Plain Old Telephone Service; 一般電話サービス］電話など）との相互運用を可能にする IP 電話、ソフトフォン、ワイヤレス IP フォン、アナログ ゲートウェイです。IP フォンおよびソフトフォンの場合、サポートされているプロトコルは、SCCP、H.323、SIP です。ゲートウェイの場合、サポートされているプロトコルは SCCP、H.323、SIP、MGCP です。

VoIP の詳細については、Cisco Press の『 Voice over IP Fundermentals 』を参照してください。

Video over IP

一般的な IP ビデオ会議コンポーネントには、以下のものが含まれます。

• ゲートウェイ ― さまざまな規格で使用される異なるプロトコル、オーディオ エンコーディング形式、ビデオ エンコーディング形式間の変換を実行します。Cisco Unified Videoconferencing ゲートウェイにより、H.323、H.320、SCCP、または SIP エンドポイントを使用した会議が可能になります。

• ゲートキーパー ― 呼処理コンポーネントと連動して、H.323 エンドポイントの管理を行います。呼処理コンポーネントがすべてのコール シグナリングおよびメディア ネゴシエーションを処理する一方で、ゲートキーパーはすべての Registration, Admission, and Status（RAS）シグナリングを処理します。

• コンファレンス ブリッジ ― 3 人以上の参加者の会議を可能にします。ビデオ エンドポイントは、一般的にポイントツーポイント デバイスで、会議あたり 2 人しか参加できません。コンファレンス ブリッジまたは Multipoint Conference Unit（MCU）は、ビデオ会議を 3 人以上の参加者に拡大する場合に必要です。

• ビデオ対応エンドポイント ― スタンドアロン型のビデオ端末、統合ビデオ機能付きの IP フォン、PC のビデオ会議ソフトウェアが含まれます。これらのエンドポイントは、H.323、H.320、SCCP、または SIP のいずれかをサポートします。

ビデオ会議に関する追加情報については、『 IP Videoconferencing Solution Reference Network Design 』ガイドを参照してください。

Fax over IP

Fax over IP により、パケットベース ネットワーク上で標準的なファックス機の相互作用が可能になります。Fax over IP を使用すると、ファックス画像がアナログ信号から抽出されて、IP ネットワーク上で送信できるようにデジタル データに変換されます。

Cisco Unified Communications Systemのコンポーネントは、Fax over IP について、リアルタイム ファックス、ストアアンドフォワード ファックス、ファックス パススルーの 3 つの伝送方式をサポートしています。

• リアルタイム ファックスの場合、シスコでは、Cisco ファックス リレーおよび Ｔ.38 ファックス リレー（International Telecommunications Union［ITU-T; 国際電気通信連合］より）をサポートしています。この方式を使用すると、DSP が送信元ファックス機からのファックス トーンを特定のフレームに分割して（復調）、ファックス リレー プロトコルを使用して IP ネットワークで情報を送信し、受信側でビットをトーンに変換し戻します（変調）。両端のファックス機は、PSTN 上でやりとりするようにトーンを送受信し、実際には情報が IP ネットワーク上で送信されていることは認識しません。

• ストア アンド フォワード ファックスの場合、シスコでは T.37（ITU-T より）をサポートしています。この方式を使用すると、オンランプ ゲートウェイが従来型のファックス装置からファックスを受信し、これを Tagged Image File Format（TIFF）形式の添付ファイルに変換します。次に、ゲートウェイが標準 Multipurpose Internet Mail Extension（MIME; 多目的インターネット メール拡張）E メール メッセージを作成し、TIFF ファイルをその E メールに添付します。ゲートウェイが E メール（これをファックス メールと呼びます）とその添付ファイルを、専用の Simple Mail Transport Protocol（SMTP; シンプル メール転送プロトコル）サーバのメッセージング インフラストラクチャに転送します。

ストア アンド フォワード ファックスにより、パケットベース ネットワーク上でファックス送信をまとめて保存および転送できるようになります。これにより、ファックスが最小コスト ルーティングを使用することができ、通信料が適切な場合に保存したファックスを転送することができます。ただし、ストア アンド フォワード ファックスを使用する場合、特定の構成に応じて、数秒から数時間の範囲でファックスの遅延が発生します。

• ファックス パススルーの場合、ファックス データはパケット ネットワーク上を通過するために復調や圧縮はされません。この方式を使用すると、G.711 コーデックと類似した非圧縮形式を使用してファックス トラフィックが RTP パケット内で 2 つのゲートウェイ間を搬送されます。ゲートウェイは、ファックス コールと音声コールを区別しません。

QoS

QoS（Quality of Service）は、伝送品質とサービスのアベイラビリティを反映した伝送システムのパフォーマンス基準として定義されています。ネットワークの伝送品質は、以下の要因で決定されます。

• 損失 ― パケット損失とも呼ばれ、伝送された合計数と比較して、正確に伝送および受信されたパケット数の基準です。損失は、廃棄されたパケットの割合で表現されます。

損失は、一般的にアベイラビリティの機能です（ハイ アベイラビリティ参照）。ネットワークのアベラビリティが高い場合、（輻輳していない期間の）損失は基本的にゼロです。ただし、輻輳している期間では、QoS メカニズムが採用されて、廃棄するのに最適なパケットが選択的に決定されます。

• 遅延 ― パケットが送信エンドポイントから伝送されてから受信エンドポイントに到達するまでかかった有限の時間です。音声の場合、これは音が話者の口から聞き手の耳に到着するまでの時間に等しくなります。この期間は、「エンドツーエンド遅延」と呼ばれます。

遅延には次の 3 つのタイプがあります。

–パケット化遅延 ― アナログ音声信号をサンプリングおよびエンコードし、パケットにデジタル化するまでに必要な時間

–シリアル化遅延 ― パケット ビットを物理メディアに配置するのに必要な時間

–伝搬遅延 ― パケット ビットを物理メディアで伝送するのに必要な時間

• 遅延変動 ― インターパケット遅延とも呼ばれ、パケット間のエンドツーエンド遅延の差です。たとえば、あるパケットが送信元エンドポイントから宛先エンドポイントまでのネットワークを通過するのに 100 ms 必要で、その後のパケットが同じ経路で 125 ms 必要な場合、遅延変動は 25 ms と計算されます。

VoIP または Video over IP 通話の各エンド ステーションには、ジッタ バッファがあります。ジッタ バッファは、音声を含むデータ パケットの到着時間の違いを平準化するのに使用されます。ジッタ バッファは動的で適応性があり、パケットの到着時間の平均変動を 30 ms まで調整可能です。ジッタ バッファの補正能力を超えるような、パケットの到着時間の変動が瞬間的に発生した場合、ジッタ バッファ オーバーランまたはアンダーランが発生します。

–ジッタ バッファ アンダーランは、パケットの到着時間が遅れたためにジッタ バッファがパケットを排出しきってしまい、次の音声またはビデオを再生する時間になっても、DSP で処理するパケットがないときに発生します。

–ジッタ バッファ オーバーランは、ジッタ バッファがパケットを収容するために動的にサイズ変更するよりも早く音声またはビデオを含むパケットが到着した場合に発生します。これが発生した場合、音声または映像サンプルの再生時にはパケットが廃棄され、音声品質が低下することになります。

シスコでは、ネットワーク管理者が損失、遅延、遅延変動を最小化することのできる QoS ツールセットを提供しています。これらのツールセット（図A-1 参照）により、トラフィックの分類、スケジューリング、ポリシング、およびシェーピングが可能になり、音声およびビデオ トラフィックを優先的に扱うことができます。

図A-1 Cisco QoS ツールキット

• 分類ツールは、フレームやパケットに特定の値をマークします。このマーキング（またはリマーキング）は、スケジューリング ツールで使用する信頼境界を確立します。

• スケジューリング ツールは、トラフィックから装置が送出される方法を決定します。トラフィックが送出される速度よりも速い速度で装置に入るたびに（速度の不一致）、輻輳点が発生します。スケジューリング ツールは、さまざまなバッファを使用してプライオリティの高いトラフィックをプライオリティの低いトラフィックよりも先に送出します。この動作は、キューイング アルゴリズムによって制御されます。アルゴリズムは、装置が輻輳を検出したときにのみ有効になり、輻輳が解消されたときに無効になります。

• ポリサーおよびシェイパは古い形の QoS メカニズムです。これらのツールの目的は同じで、トラフィック違反を特定し対応することです。ポリサーおよびシェイパは、同じ方法でトラフィック違反を特定しますが、これらの違反に対して異なる対応をします。ポリサーは一般的にトラフィックを廃棄し、シェイパは一般的に、送信元のデータ レートが予想よりも高い場合に、パケットを保持してフローを成形するためにバッファを使用して、超過トラフィックを遅延させます。

QoS の考慮事項とツールの詳細については、『 Enterprise QoS Solution Reference Network Design Guide 』を参照してください。

ハイ アベイラビリティ

ハイ アベイラビリティの目的は、ネットワークの停止を回避または最小限にすることです。これは、音声およびビデオを搬送するネットワークで特に重要です。ハイ アベイラビリティは、単一の技術ではなく、ポリシー、技術、および相互関係のあるツールの混合体を実装する手法で、サービス、クライアント、セッションのエンドツーエンドでのアベイラビリティを保証します。ハイ アベイラビリティは、ネットワークの冗長性とソフトウェアのアベイラビリティに深く関わっています。

ネットワークの冗長性は、冗長ハードウェア、プロセッサ、ラインカード、リンクに依存しています。ネットワークは、重要なハードウェア（コア スイッチ等）のシングルポイント障害がないように設計されます。カードなどのハードウェア要素は、「ホットスワップ可能」で、ネットワークの中断なく交換可能になっています。電源装置および電源も冗長化されています。

ソフトウェアのアベイラビリティは、スパニング ツリー プロトコルや Hot Standby Router Protocol（HSRP）などの、信頼性に基づくプロトコルに依存しています。スパニング ツリーや HSRP などのプロトコルは、障害発生時にどのように動作するのかをネットワークやネットワーク コンポーネントに指示します。このような障害には、停電、ハードウェア障害、ケーブル切断などがあります。これらのプロトコルは、パケットの再ルーティングやパスの再設定のルールを提供します。これらのルールが適用される速度をコンバージェンスと呼びます。コンバージェンスが完了したネットワークは、ユーザの視点からは、障害から復旧して命令や要求を処理することができるようになっています。

ハイ アベイラビリティの詳細については、『 Designing a Campus Network for High Availability 』を参照してください。

セキュリティ

重要なデータ トラフィックと同様に、IP ネットワーク上の音声（またしばしばビデオ）トラフィックもセキュリティ保護されていなければいけません。場合によっては、データ ネットワークをセキュリティ保護するのに使用できるものと同じ技術が VoIP ネットワークにも採用されています。さらに、独自の技術を実装しなければいけない場合もあります。いずれの場合でも、主な目的の 1 つが、品質に影響を与えずに音声およびビデオ ストリームを保護することです。

ネットワークをセキュリティ保護する際に、脆弱性が疑われるすべての領域を考慮することが重要です。つまり、内部および外部の脅威からネットワークを保護し、内部およびリモート接続をセキュリティ保護し、信頼できる装置、アプリケーション、ユーザにネットワーク アクセスを制限します。包括的なセキュリティは、まずネットワーク自体をセキュリティ保護することで、次にセキュリティをエンドポイントとアプリケーションに広げていくことです。音声およびビデオ通信の場合、セキュリティでは次の 4 つの重要な要素を保護する必要があります。

• ネットワーク インフラストラクチャ ― すべての IP データ、音声、ビデオ トラフィックを搬送する基盤ネットワークを構成するスイッチ、ルータ、接続リンク。これらの保護には、次のツールの使用が含まれています。

–ファイアウォール

–ネットワーク侵入検知および防止システム

–音声およびビデオ対応 VPN

–VLAN セグメント化

–ポート セキュリティ

–アクセス コントロール サーバ/ユーザ認証および許可

–ダイナミック Address Resolution Protocol（ARP; アドレス解決プロトコル）インスペクション

–IP ソース ガードおよび Dynamic Host Configuration Protocol（DHCP）スヌーピング

–Wired Equivalent Privacy（WEP）や Lightweight Extensible Authentication Protocol（LEAP）などのワイヤレス セキュリティ技術

• 呼処理システム ― 呼の管理、制御、および課金用のサーバおよび関連装置。これらの保護には、次のツールの使用が含まれています。

–デジタル証明書

–署名付きのソフトウェア イメージ

• エンドポイント ― IP フォン、ソフトフォン、ビデオ端末、および IP コミュニケーション ネットワークに接続されるその他の装置。これらの保護には、次のツールの使用が含まれています。

–デジタル証明書

–エンドポイント認証

–セキュア RTP ストリーム暗号化

–スイッチ ポート セキュリティ

–ウイルス防止および統合 Cisco Security Agent

• アプリケーション ― ユニファイド メッセージング、会議、カスタマー コンタクト、IP コミュニケーション システムの機能を拡張するカスタム ツールなどのユーザ アプリケーション。これらの保護には、次のツールの使用が含まれています。

–セキュア管理

–マルチレベル アドミニストレーション

–メディア暗号化

–Ｈ.323 および SIP シグナリングの使用

–堅牢なプラットフォーム

–ウイルス防止および統合 Cisco Security Agent

IP マルチキャスト

IP マルチキャストにより、通信教育など、同じデータを同時に受信する必要のある複数のホストにデータを合理的に配信できます。IP マルチキャストを使用すると、音声およびビデオ ストリームを単一のサーバから複数のエンドポイントへ送信することができます。次の例を参考にしてください。

• IP マルチキャスト サービスを設定した場合、Music-on-Hold（MoH）では、同じ音声ファイルを複数の IP フォンに流すことが可能で、保留中の各電話に対してそのストリームをそれぞれ複製する必要はありません。

• IP/TV により、ネットワークを介して同時に数千の受信者に対して音声、ビデオ、およびスライドのストリーミングが可能になります。通常は低速 WAN リンクが混雑するような高レート IP/TV ストリームをローカル キャンパス ネットワーク上にとどまるようにフィルタリングすることができます。

個別のストリームを各受信者に送信するユニキャストと比べて、IP マルチキャストは情報の単一ストリームを数千の受信者に同時に配信するので、図A-2 で示すように、帯域幅の消費が少なくなります。

図A-2 IP マルチキャスト

マルチキャスト パケットは、Protocol Independent Multicast（PIM）およびその他のサポート対象マルチキャスト プロトコルに対応したシスコ ルータおよびスイッチによってネットワーク内で複製されます。これらのルータは、トラフィックを全受信者に配信するために、IP マルチキャスト トラフィックがネットワーク内で通過するパスを制御する「配信ツリー」を作成します。

IP マルチキャストの詳細については、『 Cisco Network Infrastructure IP Multicast Design Guide 』を参照してください。