Протокол H.323. Сравнительный анализ протоколов Н.323 и SIP

Игорь Масленников ,
директор по развитию бизнеса компании CompTek
[email protected]

Короткая, но богатая событиями история развития IP-телефонии привела к тому, что сегодня в реальных сетях VoIP сосуществуют и конкурируют между собой три основных семейства протоколов - H.323, SIP и MGCP. Протоколы всех трех перечисленных семейств регламентируют управление мультимедиа-вызовами и передачу медиа-трафика в IP-сетях, но при этом реализуют три различных подхода к построению систем телефонной сигнализации. Попробуем разобраться, почему сложилась такая ситуация, что представляют собой эти протоколы и каковы перспективы развития каждого из них.

Исторически первый и самый распространенный в настоящее время - это введенный Международным союзом электросвязи (МСЭ) набор рекомендаций Н.323 (для простоты будем называть его протоколом). Н.323 стал плодом деятельности разработчиков протоколов мультимедийной связи в сетях ISDN (H.320). Соответствующие работы велись еще c начала 90-х годов, когда никакой IP-телефонии и в помине не было. Первая версия этого протокола была принята МСЭ в 1996 г. и по сути была попыткой перенести телефонную сигнализацию ISDN Q.931 на IP-соединения, т. е. как бы "наложить" традиционную телефонию на сети передачи данных. Рекомендации H.323 достаточно подробно описывают способы организации мультимедийных конференций, охватывая сервисы передачи голоса, видео и компьютерных данных в пакетных сетях с негарантированной доставкой. К настоящему времени принята уже четвертая версия этого набора рекомендаций. К основным компонентам набора относятся описанные ниже протоколы.

H.225 - полный аналог протокола Q.931 в сетях ISDN; описывает процесс установления, поддержки и завершения соединения. Обмен сообщениями происходит по протоколу TCP.

RAS (Registration, Admission, Status) - отвечает за регистрацию устройств в сети, контроль доступа к ресурсам, контроль полосы пропускания, необходимой для сеанса связи, и контроль состояния устройств в сети. Работает по протоколу UDP.

H.245 - отвечает за обмен информацией, необходимой для согласования параметров логических каналов для передачи медиа-потоков, т. е. собственно голоса или видео. Сюда входит, к примеру, согласование кодеков, номеров UDP-портов и т. д. Обмен происходит по протоколу TCP.

H.450.x (появившийся в четвертой версии H.323) - отвечает за обеспечение таких дополнительных или интеллектуальных функций, как Hold, Transfer и т. д.

Архитектура H.323 (рис. 1) весьма проста и состоит всего из четырех функциональных компонентов, ни один из которых не является обязательным.

Терминал (H.323 Terminal) - абонентское устройство, способное обеспечивать связь (голосовую, видео- и т. д.) с другими терминалами, шлюзами или устройствами многопользовательских конференций.

Шлюз (H.323 Gateway) - центральное понятие сегодняшней IP-телефонии. Данное устройство обеспечивает взаимное сопряжение телефонной сети с IP-сетью. При этом предоставляется поддержка разных протоколов и интерфейсов сетей обоих типов. Если выход в телефонную сеть не требуется, то данный компонент не нужен, а терминалы могут связываться друг с другом напрямую.

Привратник (H.323 Gatekeeper, GK) - управляющий элемент, "интеллект" H.323 сети, обеспечивающий ее масштабируемость, централизацию управления и настроек, а также трансляцию телефонных префиксов и идентификаторов (H.323 ID) в IP-адреса шлюзов или H.323 терминалов. Кроме того, привратник отвечает за управление доступом (Admission Сontrol) при регистрации шлюзов и терминалов, авторизацию звонков (Call Admission Control), управление полосой пропускания и маршрутизацию вызовов. Привратник управляет подчиненной ему частью сети (зоной) через RAS - протокол общения шлюзов с ним. Предусмотрено объединение привратников в группы, управлять которыми можно с помощью выделенного привратника - Directory Gatekeeper.

Устройство многопользовательских конференций (H.323 Multipoint Conference Unit, MCU) - управляет проведением многопользовательских конференций, согласует параметры соединения всех участников в режиме централизованной, децентрализованной или комбинированной конференции. Возможно переключение или смешивание медиа-потоков.

Обмен сообщениями между компонентами сети H.323 происходит в двоичном формате (ASN.1), для анализа которого нужен транслятор из двоичного формата в текстовый (ASN parser). Что же касается способов адресации, то в рекомендациях H.323 на этот счет определено несколько вариантов:

• телефонные номера в формате E.164, т. е. только символы из набора "0123456789#*,";
• H.323-идентификатор (H323-ID) - произвольный набор символов Unicode;
• универсальный идентификатор ресурса в формате URL (URL-ID);
• IP-адрес с номером порта, например, 10.2.3.4:1720;
• адрес электронной почты (Email-ID).

В наиболее общей форме сценарий соединения по протоколу H.323 выглядит как ряд последовательных шагов (рис. 2). Вначале для установления соединения терминал обнаруживает привратника и регистрируется у него по протоколу RAS. Затем происходит установление сигнального канала по протоколам RAS и H.225. На следующем этапе выполняется согласование параметров оборудования, обмен информацией о его функциональных возможностях и открытие логических каналов по протоколу H.245. Только после этого происходит передача медиа-трафика по протоколам RTP/RTCP, а по ее окончании - завершение соединения.

Протокол SIP

Следующий по распространенности протокол IP-телефонии называется SIP (Session Initiation Protocol); он описан в рекомендациях RFC 2543. SIP регламентирует установление и завершение мультимедийных сессий - сеансов связи, в ходе которых пользователи могут говорить друг с другом, обмениваться видеоматериалами и текстом, совместно работать над приложениями и т. д. SIP и сопутствующие ему протоколы родились и развиваются в рамках IETF - главного органа стандартизации Интернета. Первая версия протокола SIP была принята в марте 1999 г., на три года позже, чем H.323, но благодаря интенсивному развитию этого направления сегодня набор рекомендаций RFC (базовых официальных документов IETF), имеющих отношение к SIP-архитектуре, насчитывает десятки, если не сотни документов.

SIP очень похож на протокол HTTP, поскольку разрабатывался по образу и подобию широко известных спецификаций HTTP и SMTP. По сути это клиент-серверный протокол, работа которого состоит из череды запросов и ответов, причем все SIP-заголовки передаются в формате ASCII-текста, а потому легко читаются. Наверняка коды возврата 200 (OK), а особенно 404 (Not found) хорошо знакомы всем пользователям Интернета. SIP позволяет использовать логическую адресацию (URL) на базе протокола TCP или UDP. Проще всего в качестве адреса в сети SIP задавать адреса электронной почты, к примеру, sip:[email protected] - это самый естественный URL, адекватно понимаемый SIP. При этом допускается применение разнообразных параметров, определяющих функциональность SIP-адреса или тип протокола связи. Например, можно указать, что соединение осуществляется с обычным телефонным номером сети общего пользования - sip:tel:+70957852525, и дополнить его добавочным номером postd=pp521, или определить параметры модемной связи - modem:+70957852526;type=v32b?7e1;type=v110.

SIP имеет несколько комплементарных протоколов, которые служат для реализации дополнительных возможностей. Наиболее важный из них - SDP (Session Description Protocol, RFC 2327), протокол согласования таких параметров сеанса связи, как виды кодеков, номера UDP-портов и т. д. SDP обеспечивает изменение параметров сеанса связи "на ходу", во время сеанса. Перенос сообщений SDP основан на протоколе Session Announcement Protocol (SAP, RFC 2974).

Другой пример комплементарного протокола - SIMPLE (SIP for Instant Messaging and Presence Levering Extension). Фактически это расширение SIP, служащее для предоставления информации о событиях (presence) и для рассылки "мгновенных" сообщений (instant messaging).

Следует также упомянуть SIP-T (Trunk) - протокол переноса сообщений SS7 в виде MIME-объектов между контроллерами сигнализации, а также SIGTRAN (Signaling Transport) - протокол переноса сообщений сигнализации SS7 через IP-сеть.

Архитектура SIP (рис. 3) также очень проста и состоит из нескольких необязательных компонентов.

Рис. 3. Архитектура SIP.

Клиент SIP (SIP user agent) - может быть представлен как устройством (IP-телефон, шлюз или другой пользовательский терминал), так и программным приложением для ПК, PDA и т. д. Обычно SIP-клиент содержит и клиентскую, и серверную часть (User Agent Client, или UAC, и User Agent Server, или UAS). Основные функции данного компонента - инициирование и завершение вызовов.

Прокси-сервер SIP - управляет маршрутизацией вызовов и работой приложения. Прокси-сервер не может инициировать или терминировать вызовы.

Redirect-сервер SIP - перенаправляет звонки согласно заданным условиям.

Сервер регистрации SIP (registrar/location) - осуществляет регистрацию пользователей и ведет базу соответствия имен пользователей их адресам, телефонным номерам и т. д.

Еще один важный компонент реальных SIP-сетей, хотя и не входящий формально в архитектуру SIP, - Back-to-Back User Agent (B2BUA). Это своеобразный сервер, представляющий собой два соединенных друг с другом SIP-клиента и поэтому способный инициировать и завершать вызовы.

Из этих компонентов, как из функциональных "кирпичиков", можно строить сети VoIP любой топологии, сложности и масштаба, вплоть до сетей, полностью замещающих функции современных АТС. Можно также создавать совершенно новые сервисы - интеграцию Интернет- и бизнес-приложений, программируемые службы, многоадресный поиск абонента, мультимедийные сервисы, уведомления о событиях и т. д.

В наиболее общей форме сценарий соединения по протоколу SIP с участием прокси-сервера показан на рис. 4. Абонент посылает на прокси-сервер запрос на соединение, отправляя сообщение Invite. Прокси-сервер возвращает сообщение Trying и передает сообщение Invite вызываемому абоненту. Вызываемая сторона отвечает сообщением Ringing, которое прокси-сервер пересылает вызывающей стороне. После того как вызываемый абонент снимет трубку, вызывающей стороне отправляется сообщение ОК, которое транслируется прокси-сервером. Вызываемому абоненту возвращается подтверждающее сообщение Ack.

C этого момента соединение считается установленным и начинается обмен медиа-трафиком по протоколам RTP/RTCP. Сторона, желающая завершить соединение, посылает сообщение Bye, и после получения подтверждающего ОК соединение разрывается.

Этот сценарий очень прост, в нем не участвуют никакие другие серверы (Redirection, Registrar, Location), но он дает представление о схеме взаимодействия функциональных элементов SIP-сети.

Протокол MGCP

Последний из рассматриваемых протоколов IP-телефонии - MGCP (Media Gateway Control Protocol). Точнее, речь здесь идет не об одном протоколе, а о целой группе - SGCP, IPDC, MGCP, MEGACO, H.248. Эти спецификации не только очень схожи концептуально, но и являются "близкими родственниками".

История формирования MGCP началась с создания двух протоколов - SGCP (Simple Gateway Control Protocol, разработка Bellcore и Cisco Systems) и IPDC (Internet Protocol for Device Control, разрабатывался компанией Level 3 при участии многих производителей). Затем SGCP и IPDC были объединены в один протокол, получивший название MGCP. В дальнейшем эволюция MGCP привела к появлению протоколов MEGACO (в рамках IETF) и H.248 (в рамках МСЭ).

Первая версия протокола MGCP (RFC 2705) датирована октябрем 1999 г. Интересно отметить, что MGCP - единственный из трех описываемых здесь протоколов, в работе над которым IETF и МСЭ сотрудничают; именно в результате этого взаимодействия и были созданы протоколы MEGACO и H.248. В то же время существуют и другие реализации MGCP-подобных протоколов, например, фирменный протокол Cisco Systems SSCP (Skinny Station Control Protocol), с помощью которого УАТС Cisco Call Manager управляет IP-телефонами.

Основная идея MGCP очень проста. Она состоит в том, что управление сигнализацией (Call Control) сосредоточено на центральном управляющем устройстве, называемом контроллером сигнализаций (Call Agent, CA), и полностью отделено от медиа-потоков (bearer). Эти потоки обрабатываются "тупыми" шлюзами или абонентскими терминалами, которые способны исполнять лишь ограниченный набор команд, исходящих от управляющего устройства. Архитектура протокола MGCP-сети также очень проста (рис. 5), в ней выделяются всего два функциональных компонента. Первый может быть представлен шлюзом (Media Gateway, MG) или IP-телефоном, а второй - устройством управления вызовами, которое может называться контроллером сигнализаций (CA), контроллером шлюза (Media Gateway Controller, MGC) или программным контроллером (Softswitch, SS). Иногда контроллер сигнализаций представляют в виде двух компонентов - собственно контроллера (Call Agent), выполняющего функции управления шлюзами, и шлюза сигнализации (Signaling Gateway), обеспечивающего обмен сигнальной информацией и согласование между традиционной телефонной сетью и сетью IP.

Рис. 5. Архитектура MGCP.

Контроллеры обмениваются со шлюзами (или IP-телефонами) данными в простом текстовом формате (в случае H.248 возможен и бинарный обмен), а функциональное назначение каждого шлюза определяется набором команд, которые он "понимает". Манипулируя наборами команд, можно получать специализированные шлюзы: транковые (Trunking gateways, TGW), абонентские (Residential gateways, RGW), шлюзы доступа (Access gateways, AGW) и т. д.

Контроллер сигнализаций CA воспринимает сеть как набор двух логических элементов - устройств (end-points) и соединений (connections) между ними. Устройства могут быть физическими (например, IP-телефоны или линии на шлюзах) или виртуальными (например, линии к серверам голосовых сообщений). Соединения могут быть ориентированы на передачу голоса, факс-сообщений или данных. Управление этими элементами, т. е. организация соединений между устройствами, происходит путем посылки команд в виде текстовых (ASCII) сообщений по протоколу UDP - при этом может использоваться уже знакомый нам протокол SDP. Как правило, управляющие воздействия контроллера СА инициируются какими-то событиями (events).

Простейший сценарий соединения в концепции MGCP (рис. 6) будет выглядеть следующим образом. Пользователь телефона, подключенного к MGCP-шлюзу, снимает трубку, после чего шлюз сообщает контроллеру об этом событии, а СА дает команду шлюзу включить в телефонную линию сигнал готовности (dial-ton). Теперь пользователь слышит в трубке непрерывный гудок. Набор телефонного номера - тоже последовательность событий для контроллера. Анализируя эти события, СА может установить соединение с другим абонентом в IP-сети или в телефонной сети. Кстати, централизованная обработка сигнализации дает возможность контроллеру прозрачно транслировать сигнализацию SS7 или ISDN из телефонной сети в IP-сеть и, наоборот, получать соответствующие сигнальные сообщения, упакованные в IP-пакеты, а затем анализировать их и манипулировать голосовыми каналами на шлюзах.

Резюме

Сравнивая "биографические данные" и функциональные особенности трех видов протоколов (см. таблицу), мы видим, что их различия обусловлены историческими причинами, в частности, изменениями представлений о пути развития телекоммуникаций в разное время. При этом H.323 - это технологически устоявшийся, широко распространенный протокол IP-телефонии для операторских сетей и межоператорского обмена, можно сказать, "транзитный" протокол. В свою очередь, SIP - протокол предоставления расширенных голосовых услуг в IP-сетях, который продолжает быстро развиваться, иначе говоря, "абонентский" протокол. Что касается MGCP, то он ориентирован прежде всего на организацию больших операторских узлов сопряжения IP-сетей с ТфОП и сетями SS7.

Сравнение протоколов VoIP-сети

Эволюция H.323 позволяет предположить, что будущее развитие IP-телефонии связано не столько с замещением традиционной телефонии, сколько с появлением новых сервисов, которые невозможны в рамках обычной телефонной сети. Однако создавать такие сервисы, используя лишь семейство протоколов H.323, достаточно сложно по сравнению, например, с Интернет-сервисами. Сам процесс разработки на базе H.323, доступный только "телефонным гуру", подчиняется традиционным канонам мира обычной телефонии.

Поэтому весьма вероятно, что протокол SIP, гораздо более понятный и удобный для инженеров-сетевиков и программистов, через некоторое время превратится в протокол некоей новой службы, функции которой далеко выходят за пределы передачи голоса по пакетным сетям. Термин "IP-коммуникации" сейчас можно услышать все чаще. Отличие IP-коммуникаций от телефонии (в том числе от сегодняшней IP-телефонии) как раз и будет состоять в обилии сервисов, о возможности которых мы пока просто не догадываемся.

Как сложится судьба представителей семейства MGCP, пока сказать трудно. Эти протоколы, очевидно, будут востребованы на протяжении переходного периода - от сетей с коммутацией каналов и TDM-сетей к сетям пакетной коммутации (точнее, к IP-сетям). В первую очередь такая востребованность обусловлена возможностью прозрачной интеграции телефонных сетей (особенно SS7) с сетями IP-телефонии. Но дальнейшая перспектива развития протоколов семейства MGCP будет зависеть от того, по какому пути пойдет процесс конвергенции телекоммуникаций - по "интернетному", подразумевающему равноправие сетевых узлов, наличие "умных клиентов" и инновационных сервисов, или по "телефонному", с жесткой иерархией, при которой новые сервисы вводятся только централизованно, и неписаным правилом: чем "тупее" клиент, тем проще жить оператору.

Но в любом случае нас ожидает довольно долгий переходный период, в течение которого и Н.323, и SIP, и MGCP, и какие-то новые, еще не родившиеся протоколы будут сосуществовать в реальных операторских и корпоративных сетях. Практика их использования может меняться со временем, и мы обязательно увидим много интересного и неожиданного на телекоммуникационной сцене в ближайшие годы.

терминал;

gatekeeper (контроллер зоны);

устройство управления многоточечной конференцией (MCU).

Рис.4.2. Базовая архитектура стандарта H.323

Терминал (Terminal) - оконечное мультимедийное (голос, видео, данные) устройство, предназначенное для участия в конференции. Под терминалом стандарт понимает оборудование конечных точек сети, которое позволяет пользователям общаться друг с другом в реальном времени. H.323-терминал должен обеспечивать поддержку следующих протоколов:

H.245 для установления возможностей терминалов и создания канала обмена аудио информацией;

H.225 для сигнализации вызова и установки параметров связи;

RAS для регистрации терминала пользователя и установки дополнительных параметров управления контроллером зоны,

RTP/RTCP для упорядочивания звуковых и видео пакетов.

H.323-терминал должен также поддерживать звуковой кодер-декодер в соответствии с G.711.

Протокол H.225 RAS используется между H.323-оконечными точками (терминалами и шлюзами) и контроллером зоны для обеспечения для:

Обнаружения контроллера зоны (GRQ);

Регистрации оконечной точки;

Определения расположения оконечной точки;

Управление аутенфикацией;

Задание маркера доступа.

RAS-сообщения передаются через ненадежные RAS-каналы, вследствие этого, при обмене сообщениями возможны потери, задержки и повторные передачи.

Обнаружение контроллера зоны (GRQ)

Процесс обнаружения контроллера зоны используется H.323-оконечными точками, в которых оконечная точка должна зарегистрироваться. Обнаружение контроллера зоны может быть выполнено статически или динамически. В статическом режиме, оконечная точка знает транспортный адрес контроллера априорно. В динамическом режиме обнаружения контроллера, оконечная точка посылает многоадресное сообщение (multicasts GRQ) поиска контроллера на групповой адрес поиска контроллера содержащее вопрос: - "Кто мой контроллер?". Один или большее количество контроллеров могут отвечать GCF-сообщением: "Я могу быть вашим контроллером".

Регистрация оконечной точки

Регистрация - процесс, используемый оконечными точками, чтобы соединить зону и сообщать контроллеру параметры несущей сети зоны, обеспечивающей транспорт и один из псевдонимов своего адреса. Все оконечные точки регистрируются в контроллере зоны.

Определение положения оконечной точки

Определение положения оконечной точки это процесс привязки ее сетевого адреса (адреса в сети транспортировки) к ее H.323-псевдониму или адресу E.164 (телефонному номеру).

Другие функции управления

RAS-канал используется и для других видов механизмов управления, таких как контроль аутенфикации для ограничения входа конечной точки в зону, управление шириной полосы пропускания, и управление процессами разъединения (отключения), когда оконечная точка отключается от текущего контроллера зоны и выходит из зоны.

Стандарты H.225 сигнализация вызова и H.245 сигнализация управления

H. 225 сигнализация вызова

H.225-сигнализация вызова используется, для установления соединения между H.323- оконечными точками (терминалами и шлюзами), через которые будут транспортироваться данные в реальном масштабе времени. Сигнализация вызова включает обмен H.225- сообщениями протокола через надежный канал, используемый для этой цели (канал сигнализации вызовов).

Если в H.323-сети нет контроллера зоны, то конечные точки обмениваются сигналами вызовов непосредственно друг с другом. Если контроллер зоны есть, то возможно использование двух методов вызовов. Обмен сигналами непосредственно между конечными точками, так называемый «метод прямых вызовов», и обмен между оконечными точками только после обращения к контроллеру зоны и маршрутизации вызова, такой метод называется «методом с маршрутизацией вызовов в контроллере зоны». Выбор используемого метода осуществляется при регистрации конечной точки в контроллере зоны.

Метод с маршрутизацией вызовов в контроллере зоны

Сигналы вызовов между оконечными точками и контроллером зоны передаются на RAS-каналах. Контроллер зоны получает сообщение вызова через канал сигнализации из одной оконечной точки и направляет его к другой оконечной точке через канал сигнализации другой оконечной точки.

H.245 сигнализация управления

H.245-сигнализация управления состоит из сквозного обмена H.245-сообщеними между H.323-оконечными точками. H.245-сообщения управления передаются через H.245-каналы управления. H.245-канал управления представляет из себя логический канал, который постоянно открыт, в отличие от каналов обмена мультимедиа потоков. Сообщения сигнализации управления можно разделить на две группы: обмен терминалов H.323 своими параметрами и сообщения управления.

Сообщения обмена параметрами

Обмен параметрами позволяет терминалам выбрать такие режимы обмена данными и форматы кодирования, которые они могут использовать при совместной работе друг с другом. Уточняются возможности терминалов: как на прием, так и на передачу.

Сообщения управления процессами логическими каналами между конечными точками.

Логический канал несет информацию от одной оконечной точки до другой оконечной точки (в случае двухточечной конференции) или множественных оконечных точек (в случае отметки на многоточечную конференцию). Протокол H.245 предоставляет набор сообщений, обеспечивающих открытие и закрытие этих каналов. Логический канал всегда однонаправлен.

Мультимедиа шлюз (Gateway) - устройство, предназначенное для преобразования мультимедийной и управляющей информации при сопряжении разнородных сетей.

Шлюз не входит в число обязательных компонентов сети H.323. Он необходим только в том случае, когда требуется установить соединение с терминалом другого стандарта. Эта связь обеспечивается трансляцией протоколов установки и разрыва соединений, а также форматов передачи данных. Согласно H.323, мультимедиа шлюз - это опциональный элемент в конференции H.323. Он может выполнять много различных функций. Типичной его функцией, например, является задача преобразования форматов протоколов передачи (например, H.225.0 и H.221). Шлюзы H.323 широко применяются в IP-телефонии для сопряжения IP-сетей и цифровых или аналоговых коммутируемых телефонных сетей (ISDN или PSTN). На Рис.4.3. показан шлюз H.323/PSTN. При отсутствии в сети Gatekeeperдолжна быть реализована еще одна функция шлюза - преобразование номера ТфОП в транспортный адрес IP-сети. Со стороны сетей с маршрутизацией пакетов IP, так же, как и со стороны ТфОП, шлюз может участвовать в соединениях в качестве терминала или устройства управления конференциями

Устройство управления многоточечными конференциями (Multipoint Control Unit - MCU) - предназначено для организации конференций с участием трех и более участников. Устройство MCU предназначено для поддержки конференции между тремя и более участниками. В этом устройстве должен присутствовать контроллер Multipoint Controller (MC), и, возможно, процессоры Multipoint Processors (MP). Контроллер MC поддерживает протокол Н.245 и предназначен для согласования параметров обработки аудио- и видеопотоков между терминалами. Процессоры занимаются коммутированием, микшированием и обработкой этих потоков.

Конфигурация многоточечной конференции может быть централизованной, децентрализованной, гибридной и смешанной.

Рис. 4.4. Схемы централизованной и децентрализованной организаций конференции в H.323.

Централизованная многоточечная конференция требует наличия устройства MCU. Каждый терминал обменивается с MCU потоками аудио, видео, данными и командами управления по схеме "точка-точка". Контроллер MC, используя протокол H.245, определяет возможности каждого терминала. Процессор MP формирует необходимые для каждого терминала мультимедийные потоки и рассылает их. Кроме того, процессор может обеспечивать преобразования потоков от различных кодеков с различными скоростями данных. Децентрализованная многоточечная конференция использует технологию групповой адресации. Участвующие в конференции H.323 терминалы осуществляют многоадресную передачу мультимедиа потока остальным участникам без посылки на MCU. Передача контрольной и управляющей информации осуществляется по схеме "точка-точка" между терминалами и MCU. В этом случае контроль многоточечной рассылки осуществляется контроллером MC. Гибридная схема организации конференцсвязи является комбинацией двух предыдущих. Участвующие в конференции H.323 терминалы осуществляют многоадресную передачу только аудио- или только видеопотока остальным участникам без посылки на MCU. Передача остальных потоков осуществляется по схеме "точка-точка" между терминалами и MCU. В этом случае задействуются как контроллер, так и процессор MCU.

Рис. 4.5. Схемы децентрализованной и смешанной организаций конференции в H.323.

В смешанной схеме организации конференцсвязи одна группа терминалов может работать по централизованной схеме, а другая группа - по децентрализованной.

Контроллер зоны (или Gatekeeper) - рекомендуемое, но не обязательное устройство, обеспечивающее сетевое управление и исполняющее роль виртуальной телефонной станции.

Контроллер зоны обеспечивает услуги управления вызовами для H.323-оконечных точек, типа трансляции адреса и управления шириной полосы пропускания в соответствии с протоколом RAS. Контроллер зоны в H.323 сети не обязательный компонент. Однако если он присутствует в сети, то терминалы, и шлюзы должны использовать его услуги. H.323-стандарт определяет как обязательные услуги контроллера зоны, так и дополнительные (факультативные) функциональные возможности, которые он может обеспечивать.

Факультативной возможностью контроллера зоны является маршрутизация сигналов вызова. Оконечные точки посылают сообщения сигналов вызова контроллеру зоны, который направляет их к оконечным точкам адресатов. Поочередно, оконечные точки могут посылать сообщения сигнализации вызова непосредственно друг другу. Эта возможность ценна, для текущего контроля обращений и управления обращениями в сети. Маршрутизация обращений через контроллер зоны обеспечивает лучшую эффективность работы сети, поскольку контроллер может принимать решения о маршрутизации, основанных на ряде факторов, например, балансировка загрузки среди шлюзов.

Услуги, предлагаемые контроллером зоны определены в RAS, и включают трансляцию адреса, управление приемов, управление ширины полосы частот, и зональное управление. H.323-сети; не имеющие контроллер шлюза не имеют этих возможностей. H.323-сети, содержащие IP-телефоны и шлюзы должны обязательно содержать контроллер зоны, чтобы транслировать входящие E.164-телефонные адреса в транспортные адреса. Контроллер зоны - логический компонент H.323, но он может быть выполнен как часть шлюза или MCU.

Обязательные функции контроллера зоны

Трансляция адреса

Вызов, порожденный внутри H.323-сети может использоваться для адресования нужного терминала с помощью его псевдонима (краткого названия). Вызов, порожденный вне H.323-сети и полученный через шлюз для адресования терминала получателя может использовать номер телефона в соответствии с рекомендацией E.164 (например, 310-442-9222). Данная рекомендация используется для адресования абонентов сети ISDN. Контроллер зоны преобразует полученный E.164-номер телефона или псевдоним в сетевой адрес (например, 204.252.32.456 для IP-сети) терминала адресата. Оконечная точка адресата может быть достигнута, с использованием этого сетевого адреса.

Управление регистрацией

Контроллер зоны может управлять регистрацией оконечных точек в H.323-сети. При этом используются RAS-сообщения: запрос регистрации (ARQ), подтверждение (ACF), и отклонение (ARJ). Управление регистрацией может быть фиктивной функцией, которая допускает все оконечные точки к H.323-сети.

Управление полосой пропускания

Контроллер обеспечивает управление полосой пропускания, используя RAS-сообщения: запрос ширины полосы пропускания (BRQ), подтверждение (BCF), и отклонение (BRJ). Например, если сетевой диспетчер определил порог для числа одновременных соединений для H.323-сети, контроллер зоны может отказываться устанавливать новые соединения, если только этот порог достигнут. В результате имеется возможность ограничивать общее значение распределенной полосы пропускания некоторой частью общей полосы сети передачи данных, оставляя остающуюся ширину полосы пропускания для приложений передачи данных. Управление полосой пропускания может также быть фиктивной функцией, которая просто получает запросы без их обработки.

Факультативные функции контроллера зоны

Управление вызовами

Контроллер зоны может маршрутизировать вызовы между H.323-оконечными точками. В двухточечной конференции, контроллер зоны может обрабатывать H.225 сообщения сигналов вызовов. В качестве альтернативы, контроллер зоны может разрешать оконечным точкам самостоятельный обмен H.225 сообщениями сигналов вызовов непосредственно друг с другом.

Когда оконечная точка посылает сообщения вызова контроллеру зоны, он, в соответствии со стандартом H.225, может принимать или отклонять вызов. Причинами для отклонения могут быть ограничения по доступу или времени, заданные для конкретных терминалов или шлюзов.

Управление вызовом

Контроллер зоны может отслеживать данные относительно всех активных H.323-соединений, что позволяет управлять зоной, обеспечивая контроль ширины полосы пропускания и обеспечивать балансировку загрузки сети за счет перенаправления вызовов между терминалами и шлюзами.

Характеристика стека протоколов H.323

Стек протоколов стандарта Н.323 разработан международным телекоммуникационным союзом ITU для передачи мультисервисного трафика через пакетные сети. Широко используется при передаче голоса через IP-сети (VoIP).

Рекомендации набора Н.323 определяют основные требования к оборудованию и программному обеспечению для обмена аудио-, видеоинформации, цифровых данных в IP-сетях и обеспечивает совместимость продуктов разных производителей. Разработан набор для поддержки медиа технологий в сетях с негарантированным качеством обслуживания. В соответствии с рекомендациями Н.323 устанавливаются следующие четыре компоненты:

· терминал,

· шлюз GW (Gateway),

· устройство управления доступом GK (Gatekeeper),

· блок управления многоточечными конференциями MCU (Multipoint Conference Unit) (рис. 7.1).

Рисунок 7.1

Терминалом называют любое оконченное сетевое устройство, обеспечивающее возможность двухсторонней связи в реальном масштабе времени.

Устройство управления доступом GK (Gatekeeper) обеспечивает трансляцию имен терминалов в ІР-адреса. Совокупность всех терминалов, шлюзов и блока управления многоточечными конференциями, управляемых с помощью одного GK, называется зоной. Зона независима от топологии сети и может быть составлена из множества сегментов, соединенных с помощью маршрутизаторов. Шлюз обеспечивает функции преобразования информации между ІР-сетями и телефонными станциями общего пользования ТфОП (PSTN). Блок управления многоточечными конференциями MCU обеспечивает возможность общения трех и более терминалов и шлюзов.

Коммуникационный поток в Н323 состоит из видео, аудиосигналов, цифровых данных и сигналов управления. Аудиосигналы – преобразованная в цифровую форму и сжатая по определенному алгоритму речь. Видеосигналы содержат цифровое представление видеоизображений.

Сигналы управления включают: сигнализацию установления соединения, сигнализацию возможностей обмена данными, сигнализацию вызова команд и индикацию их выполнения, сигнализацию открытия и описания логического канала. Стек Н323 включает следующие виды протоколов (рис. 7.2):

Рисунок 7.2

В стеке H323 используется система трех стандартов H225, H235, H245. Стандарт H225 формирует поток данных сетевого уровня и отвечает за упаковку и сортировку данных. Стандарт H235 обеспечивает аутентификацию данных. Стандарт H245 управляет соединениями, по которым будут передаваться аудио и видео данные.

Протоколы (Т122-Т127) входят в семейство Т120. Семейство Т120 представляет собой набор телекоммуникационных и прикладных протоколов для организации и проведения многоточечных конференций в реальном времени. Главная особенность Т120 заключается в организации и поддержании конференций на любой платформе, управлении множеством участников и программ, безошибочном и безопасном обмене данными при всем многообразии возможных сетевых сценариев.

Архитектура Т120 – это двухуровневая архитектура. Протоколы Т122 - Т125 описывают независимый от приложений механизм для организации многоточечной связи, а протоколы верхнего уровня Т126 и Т127 являются прикладными.

Стек Н323 использует как «надежные» (с подтверждением) TCP, так и «ненадежные» UDP. По протоколу ТСР передается управляющая информация (сигналы управления Н245 и сигнализации Q931), по UDP – аудио и видеоданные.

«Надежный» канал на основе протокола ТСР гарантирует доставку сообщений и сборку пакетов на приемной стороне в исходной последовательности, восстановление ошибок, но обладает низкой пропускной способностью и вносит значительные задержки в передачу информации.

Транспортный протокол реального времени RTP (Real-Time Transport Protocol) гарантирует доставку данных одному или более адресатам с задержкой в заданных пределах. В типичной среде реального времени отправитель генерирует пакеты с постоянной скоростью. Они отправляются им через сеть и принимаются получателем. Однако ввиду вариации задержки при передаче по сети пакеты прибывают через нерегулярные интервалы. Для компенсации этого явления пакеты буферизируются, а затем с постоянной скоростью выдаются получателю.

RTP поддерживает передачу данных между несколькими участниками сеанса. Для этого каждый блок данных RTP содержит идентификатор отправителя, указывающий, кому принадлежат генерируемые данные. Каждый пакет RTP содержит основной заголовок, поле типа полезной нагрузки, в котором указывается наличие сжатия и кодирования, поле порядкового номера пакета.

Протокол RTP используется только для передачи пользовательских данных – всем участникам сеанса. Отдельный протокол управления реального времени RTCP (Real-Time Transport Control Protocol) работает с несколькими адресатами для обеспечения обратной связи с отправителем данных. RTCP использует транспортный протокол UDP, но с другим номером порта. Этот протокол является также многоадресным.

Частота передачи этих пакетов зависит от числа участников и снижается с увеличением количества участников. Цель такого решения состоит в том, чтобы трафик RTCP не превышает 5% общего времени трафика сеанса.

Работу набора протоколов Н323 обеспечивает также протокол резервирования ресурсов RSVP (Resource Reservation Protocol). Этот протокол должен поддерживать все компоненты Н323 (терминалы, шлюзы, MCU), а также коммутаторы и маршрутизаторы.

В сегодняшней статье мы поговорим об одном из первых протоколов, получивших широкое применения в сетях VoIP – H.323.

Первая реализация H.323 была представлена ITU-T (International Telecommunication Union - Telecommunications) еще в 1996 и предназначалась для использования в видеоконференциях, ограниченных LAN (Local Area Network). Однако, протокол был быстро адаптирован для передачи голосовых данных в других типах IP сетей, таких как WAN (Wide Are Network) и Интернет.

H.323 чаще всего называют “протоколом”, хотя на самом деле, это целый стек протоколов, которые объединены одной задачей – поддержание передачи аудио- и видео-данных через сеть с коммутацией пакетов.

Как видно из данного рисунка передача аудио и видео осуществляется по стекам G.xxx/RTP/UDP/IP и H.xx/RTP/UDP/IP, за статистическую информацию о сессии отвечает RTCP.

Протокол H.255 RAS (Registration, Admission, Status) отвечает за взаимодействие оконечных устройств с привратником или контроллером зоны.

Протокол H.245 управляет информационными медиа каналами, проводит согласование функциональных возможностей терминалов и осуществляет управление логическими каналами.

Процесс установления и завершения звонков через IP сеть осуществляется по средствам протокола H.255.0, сигнальные сообщения которого, позаимствованы у Q.931, использующегося в ISDN.

Архитектура H.323 имеет клиент-серверную модель и включает в себя следующие элементы:

- Терминал

Это основное устройство в системе H.323, обеспечивающее передачу видео- и аудио данных. Терминал обязательно должен поддерживать все протоколы, входящие в стек H.323, для обеспечения сервисов IP телефонии. Выполняется как в виде простого IP телефона, так и в виде сложного устройства с дополнительными функциями.

- Шлюз (Gateway)

Данный элемент присутствует только тогда, когда необходимо обеспечить сопряжение сети H.323 с сетью другого типа, например ISDN (Integrated Services Digital Network) или PSTN (Public Switched Telephone Network). Стоит отметить, что с помощью шлюзов можно обеспечить взаимодействие H.323 и с сетями мобильной связи третьего поколения (3G), которые используют протокол H.324.

- Привратник (Gatekeeper)

Также как и шлюз, привратник является опциональным элементом сети H.323. В число функций привратника входят: регистрация терминалов, управление полосой пропускания, трансляция адреса, аутентификация пользователей.

Привратник работает в двух режимах: direct routed и gatekeeper routed

Наиболее эффективным и широко распространенным является режим direct routed, поскольку в этом режиме оконечные устройства (терминалы), по средствам протокола RAS узнают IP адрес удаленного устройства и соединение происходит напрямую.

В режиме же gatekeeper routed соединение всегда происходит через привратник, что конечно же требует от него дополнительных вычислительных мощностей.

Совокупность устройств, подключенных к одному привратнику называется зоной (zone), поэтому привратник часто называют контроллером зоны.

- Устройство управления конференциями (Multipoint Control Unit)

Данное устройство является сервером, в функции которого входит поддержание аудио- и видео- конференций между тремя или более H.323 терминалами. Сервер управляет ресурсами конференции, определяет аудио- и видео-потоки, проводит согласование терминалов по возможности обработки аудио- и видео-данных.

Как видно, наличие всех рассмотренных устройств, кроме терминалов, является опциональным. Таким образом, простейшей архитектурой сети H.323 могут являться два, напрямую подключенных терминала, поддерживающих соответствующий стек протоколов.

В следующей статье мы более подробно рассмотрим работу некоторых протоколов из стека H.323 , а также изучим возможные варианты сценариев установления соединения. Кроме того, мы научимся разбираться в сигнальных сообщениях протокола Q.931, что поможет нам в понимании не только H.323, но и ISDN.

Полезна ли Вам эта статья?

Пожалуйста, расскажите почему?

Нам жаль, что статья не была полезна для вас:(Пожалуйста, если не затруднит, укажите по какой причине? Мы будем очень благодарны за подробный ответ. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

Министерство образования Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Реферат по предмету

Управление сетями ЭВМ

«Интернет телефония. Протокол H.323»

Проверил Харламов А.Г.

Исполнитель Группа С-94

Мерчи А. Э.

Москва 2010

Введение

Всего за несколько лет технологии IP-телефонии значительно эволюционировали, и распространенные сегодня решения существенно отличаются от прежних. С одной стороны, это обусловлено развитием аппаратных решений, в частности появлением мощных магистральных и транзитных маршрутизаторов и высокоскоростных телекоммуникационных каналов. С другой стороны, нельзя не отметить и появления таких качественно новых технологий, как динамическая маршрутизация с учетом качества обслуживания в мультисервисных IP-сетях и резервирование ресурсов для контроля качества обслуживания транзитных маршрутизаторов.

Современное оборудование для передачи голоса посредством протокола IP (VoIP) позволяет обеспечивать приоритет передачи голосового трафика над передачей обычных данных, получать приемлемое качество звукового сигнала при сильном сжатии, эффективно подавлять различные шумы.

Сегодня телекоммуникационные операторы, специализирующиеся на предоставлении услуг IP-телефонии, применяют выделенные каналы с приоритетом голосового трафика над трафиком данных, что гарантирует высокое качество передачи речи. При этом используется сразу несколько вариантов маршрутизации голосового трафика для каждого из тысяч направлений, а в случае возникновения каких-либо проблем трафик автоматически перенаправляется на другие каналы.

По мере своего развития IP-телефония претерпевает важные качественные изменения: из дополнительной услуги она постепенно превращается в некий базовый сервис, который в скором времени может стать одним из компонентов мультисервисной технологии.

Важную роль играет протокол для передачи голосового трафика. Активно развиваются, во-первых, Н.323, берущий свое начало от традиционных телефонных протоколов, и, во-вторых, протоколы, созданные на базе IP-технологий, - такие как SIP, MGCP, MEGACO.

Российские операторы IP-телефонии наиболее часто используют протоколы группы Н.323. Это вызвано тем, что данный протокол был первым общепринятым стандартом промышленной реализации IP-телефонии. В настоящее время все большее внимание уделяется SIP. Протокол SIP в этой группе является самым простым видом протокола, более доступным для восприятия и понимания рядовым IT-специалистом. SIP особенно хорош в использовании во внутрикорпоративных сетях. При этом внешним протоколом в сети телекоммуникационного оператора для предприятия, как правило, все равно останется либо Н.323, либо MGCP/MEGACO.

Как было отмечено, IP-телефония становится одним из компонентов решения передачи разнородного мультимедийного трафика с использованием протокола TCP/IP. И вполне естественно, что развитие отдельных инструментов управления мультимедийным трафиком влияет на всю систему технологий пакетной передачи данных.

Следует также иметь в виду, что IP-телефония - это не просто альтернатива обычной телефонии. Актуальность развития решений IP-телефонии обусловлена не только возможностью снижения затрат на телефонные переговоры и техническое обслуживание инфраструктуры (хотя и это, безусловно, имеет значение). В стратегическом плане IP-телефония может стать единой технической платформой, которая позволит объединить решения для передачи данных и голоса, а также для обработки и последующего использования этой информации во всех бизнес-процессах. Таким образом, развитие IP-телефонии в определенном смысле является средством повышения производительности труда и развития бизнеса.

Протокол H .323

В 1990 г. был одобрен первый международный стандарт в области видео-конференц-связи - спецификация H.320 для поддержки видеоконференций по ISDN. Затем ITU-T одобрил еще целую серию рекомендаций, относящихся к видео-конференц-связи. Эта серия рекомендаций, часто называемая H.32x, помимо H.320, включает в себя стандарты H.321-H.324, которые предназначены для различных типов сетей. Во второй половине 90-х годов интенсивное развитие получили IP-сети и Интернет. Они превратились в экономичную среду передачи данных и стали практически повсеместными. Однако, в отличие от ISDN, IP-сети плохо приспособлены для передачи аудио- и видеоданных. Стремление использовать сложившуюся структуру IP-сетей привело к появлению в 1996 г. стандарта H.323, который содержит описания терминальных устройств, оборудования и сетевых служб, предназначенных для осуществления мультимедийной связи в сетях с коммутацией пакетов (например, Intranet или Интернет). Терминальные устройства и сетевое оборудование стандарта H.323 могут передавать данные, речь и видеоинформацию в масштабе реального времени. В рекомендации H.323 не определены: сетевой интерфейс, физическая среда передачи информации и транспортный протокол, используемый в сети. Сеть, через которую осуществляется связь между терминалами H.323, может представлять собой сегмент или множество сегментов со сложной топологией. Терминалы H.323 могут быть интегрированы в персональные компьютеры или реализованы как автономные устройства. Но поддержка речевого обмена - обязательная функция для любого устройства стандарта H.323.

· управление полосой пропускания;

· возможность взаимодействия сетей;

· платформенную независимость;

· поддержку многоточечных конференций;

· поддержку многоадресной передачи;

· стандарты для кодеков;

· поддержку групповой адресации.

Управление полосой пропускания

Передача аудио- и видеоинформации весьма интенсивно нагружает каналы связи, и, если не следить за ростом этой нагрузки, работоспособность критически важных сетевых сервисов может быть нарушена. Поэтому рекомендации H.323 предусматривают управление полосой пропускания. Можно ограничить как число одновременных соединений, так и суммарную полосу пропускания для всех приложений H.323. Эти ограничения помогают сохранить необходимые ресурсы для работы других сетевых приложений. Каждый терминал H.323 может управлять своей полосой пропускания в конкретной сессии конференции.

Межсетевые конференции

Платформенная независимость

H.323 "не привязан" к каким-либо технологическим решениям, связанным с оборудованием или программным обеспечением. Взаимодействующие между собой приложения могут создаваться на основе разных платформ, с разными операционными системами.

Поддержка многоточечных конференций

Рекомендации H.323 позволяют организовывать конференцию с тремя или более участниками. Многоточечные конференции могут проводиться как с использованием центрального контроллера - MCU (устройства многоточечной конференции), так и без него.

Поддержка многоадресной передачи

H.323 поддерживает многоадресную передачу в многоточечной конференции, если сеть поддерживает протокол управления групповой адресацией. При многоадресной передаче один пакет информации отправляется всем необходимым адресатам без лишнего дублирования. Многоадресная передача использует полосу пропускания гораздо более эффективно, поскольку всем адресатам - участникам списка рассылки отправляется ровно один поток.

Стандарты для кодеков

H.323 устанавливает стандарты для кодирования и декодирования аудио- и видеопотоков с целью обеспечения совместимости оборудования разных производителей. Вместе с тем стандарт достаточно гибок. Сформулированы требования, выполнение которых обязательно, и существуют опциональные возможности, в случае использования которых также необходимо строго следовать стандарту. Помимо этого, производитель может включать в мультимедийные продукты и приложения дополнительные возможности, если они не противоречат обязательным и опциональным требованиям стандарта.

Совместимость

Возможны случаи, когда участники конференции хотят общаться друг с другом, не заботясь о вопросах совместимости между собой. Рекомендации H.323 поддерживают выяснение общих возможностей оборудования конечных пользователей и устанавливают наилучшие из общих для участников конференции протоколов кодирования, вызова и управления.