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!

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.

H.323 является одним из старейших стандартов, используемых для организации VoIP-телефонии и видеоконференцсвязи. Это целая система протоколов и элементов, которые позволяют передавать медиаданные по пакетным сетям с негарантированной пропускной способностью. Структура рекомендации H.323 обеспечивает различные возможности коммуникации - от обычной телефонии до видеоконференцсвязи с передачей медиаданных.

Одним из преимуществ стандарта H.323 является его связующая функция, которая позволяет устройствам различных производителей взаимодействовать друг с другом.

До появления протокола H.323 все VoIP-приложения работали на собственных сигнальных протоколах, поэтому связь между ними была невозможна. Однако в 1996 году опубликовали первую версию H.323 и этот стандарт получил широкое распространение.

Эволюция и развитие стандарта

С момента появления стандарта H.323 прошло много лет, и, естественно, он совершенствовался с каждой версией. С 1996 года до сегодняшнего дня было выпущено 7 версий стандарта.

Первая версия была довольно скудной, потому как выпускалась с главной целью - наладить коммуникацию между терминалами различных производителей. О надежности, безопасности и хорошем качестве связи речи пока не шло, к тому же, раннее несовместимые друг с другом, терминалы могли “общаться” только внутри корпоративной сети.

Прорывом стала вторая версия, которая вышла спустя два года и была направлена на активное использование в VoIP-телефонии и многосторонних конференциях. В этот раз ключевым словом стала надежность - подтверждение достоверности конечных точек (участников конференции), неизменность пакетных данных при передаче, защита от несанкционированного взлома данных и, как ни странно, отсутствие отклонения входящих вызовов. Также было ускорено соединение между терминалами и добавлена возможность переадресации звонков.

Третья версия обеспечила передачу сигнализации для большего числа вызовов посредством одного TCP-соединения. Межсетевые шлюзы, которые могли обеспечить до тысячи одновременных вызовов, особенно выиграли тогда.

Изменения в четвертом выпуске коснулись наращивания емкости H.323-терминалов, а выход пятой версии был направлен на общую стабилизацию стандарта. Кстати, решения TrueConf работают на четвертой версии протокола H.323.

В июне 2006 года утвердили шестую версию стандарта с изменениями по части транспортных протоколов H.225 и H.245. Появилась поддержка Assigned Gatekeeper - назначенного привратника, на котором регистрируется конечная точка из списка альтернативных гейткиперов. Помимо этого, были поддержаны документы и ряд приложений, позволяющих использовать кодеки GSM и H.264 в H.323-решениях.

Финальная - седьмая версия H.323 вышла в ноябре 2009 года. Среди множества обновлений следует выделить две важные для пользователей возможности:

• передача информации о пользователях на нескольких языках (это позволило сотрудникам различных международных организаций без труда взаимодействовать друг с другом);
• автоматическая доставка данных о групповой конференции, проходящей на MCU-сервере, всем H.323-терминалам (это позволило пользователям подключаться к конференции без ввода каких-либо данных о ней).

Архитектура

Стандарт H.323 основывается на четырех компонентах для организации видеоконференций типа точка-точка или многоточка:

• терминалы
• шлюзы
• контроллеры зоны (привратник)
• сервер многоточечных конференций (MCU)

Терминал — это по сути инструмент для управления H.323-устройством, этакий пользовательский интерфейс, конечная точка. Терминалы могут связываться друг с другом в режиме VoIP-телефонии либо видеоконференцсвязи. Для связи терминалов из разных сетей - к примеру, H.323 и ISDN, используются шлюзы . Они выполняют следующие функции:

• установка соединения между терминалами;
• конвертация звуковых форматов;
• обмен информацией.

Если терминалы находятся в одной H.323-сети, шлюзы не используются.

Контроллер зоны или гейткипер - это центральная точка H.323-сети, поскольку именно гейткипер отвечает за адресацию вызовов, управляет шириной полосы пропускания и устанавливает подлинность терминалов и шлюзов во время соединения. Хотя рекомендация H.323 не определяет привратник как обязательный элемент, все же без него невозможно использование множества современных функций, которые внедряют в свои решения производители VoIP-приложений и решений видеоконференцсвязи.

Для связи трех и более терминалов используется сервер многоточечных конференций MCU (Multipoint Control Unit). Все терминалы, которые участвуют в конференции, сначала связываются с MCU-сервером, а MCU в свою очередь распределяет видеопотоки по всем терминалам. Само устройство MCU обычно также объединяет в себе роли гейткипера и шлюза.

Протоколы H.323

Каждый H.323-терминал либо устройство, поддерживающее протокол H.323, имеет свой собственный IP-адрес. По нему осуществляется механизм маршрутизации H.323-пакетов внутри сети. Для связи терминалов со шлюзами и гейткипером, а также для передачи медиатрафика используются протоколы UDP. Транспортные протоколы TCP используются только для установления звонка между терминалами и обмена дополнительными возможностями.

1. обнаружение гейткипера и регистрация на нем;
2. установка соединения между двумя и более терминалами;
3. обмен голосом и видео - передача посредством транспортных протоколов;
4. обмен мультимедиа - передача различных графических или текстовых документов, совместная работа над ними;
5. завершение вызова.

Процесс обнаружения нужен для того, чтобы конечные точки (терминалы) могли найти привратник по сетевому адресу и зарегистрироваться на нем. Эта процедура может выполняться автоматически (многоадресная рассылка - обмен сообщениями между конечными точками и гейткипером, если гейткиперов несколько, терминал самостоятельно выбирает, на каком ему регистрироваться) либо вручную (когда сетевой адрес гейткипера известен заранее при конфигурации устройства). Предпочтительнее первый вариант обнаружения гейткипера, поскольку в случае каких-либо неисправностей в его работе терминал (конечная точка) сможет автоматически переключиться на другой гейткипер, без вмешательства в конфигурацию.

Процедура регистрации необходима для того, чтобы конечные точки (терминалы) могли сообщить свои адреса гейткиперу и войти в его зону управления.

Для установки соединения между терминалами и для обмена медиатрафиком используются следующие протоколы:

• H.225 - установка соединения между H.323-устройствами.
• H.245 - обмен информацией о возможностях (поддерживаемые кодеки, например). Один терминал “сообщает” другому терминалу о поддерживаемых возможностях (кодеках), и выбирает кодек для отправки из возможностей другого терминала.

• RAS - используется между терминалами, шлюзами и гейткипером. Отвечает за регистрацию, разрешение на звонки и статусы.
• RTP - используется при передаче медиатрафика в реальном времени.

Для завершения соединения терминалы посылают сообщение гейткиперу, после чего канал закрывается и связь прерывается.

Кодеки H.323

Стандарт H.323 определяет функцию обмена аудиоинформацией как основную свою возможность (так было изначально, ведь H.323 всегда применялся именно в VoIP-телефонии), поэтому каждый терминал должен был поддерживать как минимум один кодек из семейства G.7XX. А вот видеосвязь в отношении H.323 позиционировалась как второстепенная задача, в виду чего поддержка видеокодеков не была обязательной. Однако сегодня, в эпоху существования видеоконференцсвязи и интеграции ее во множество H.323-терминалов, видеокодеки входят в число обязательных. Для кодирования видео в H.323 используются видеокодеки семейства H.26X.

• низкий уровень задержки;
• возможность восстановления потерянных пакетов;
• высокое качество звука;
• малая полоса пропускания (не более 8 kbit/s).

Всем этим требованиям отвечают кодеки семейства G.7XX. Однако если говорить о последнем пункте данного списка, то лишь некоторые из G.7XX соответствуют ему.

По умолчанию в H.323 используется кодек G.711, который обладает довольно высоким коэффициентом полосы пропускания - 64 kbit/s. К тому же, G.711 на сегодняшний день считается устаревшим кодеком, ведь его частота дискретизации (преобразования аналогового сигнала в цифровой) составляет всего 8 kHz, в то время, как у другого кодека - более современного G.722.1 эта цифра в два раза больше (16 kHz). Кстати, для интернет-соединений раньше использовались низкочастотные кодеки G.723 (5.3/6.3 kbps) и G.729 (8 kbps).

Что касается видеокодеков, тут всё просто: стандартом уже много лет является видеокодек H.264. Его последователь H.265 пока не обрел популярности и поддержан только на новых устройствах, поэтому мы не думаем что он будет массово использоваться ранее 2022 года.

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.

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:

1. H.245 для установления возможностей терминалов и создания канала обмена аудиоинформацией.
2. H.225 для сигнализации вызова и установки параметров связи.
3. RAS для регистрации терминала пользователя и установки дополнительных параметров управления контроллером зоны.
4. RTP / RTCP для упорядочивания звуковых и видеопакетов.

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

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

• обнаружения контроллера зоны (GRQ);
• регистрации оконечной точки;
• определения расположения оконечной точки;
• управления аутентификацией;
• задания маркера доступа.

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

4.2. Стек протоколов H.323

Стандарт H.323 определяет широкие требования для многих различных протоколов, которые составляют полный стек протоколов H.323.

Стек H.323 составляют 7 групп протоколов:

1. управление и сигнализация;
2. обработка звуковых сигналов;
3. обработка видеосигналов;
4. конференц-связь;
5. передача мультимедийной информации;
6. обеспечение информационной безопасности;
7. дополнительные услуги;

1. Управление соединением и сигнализация:
   • 1.а. H.225.0: протоколы сигнализации и пакетирования мультимедийного потока (использует подмножество протокола сигнализации Q.931).
   • 1.б. H.225.0/ RAS : процедуры регистрации, допуска и состояния.
   • 1.в. H.245: протокол управления для мультимедиа.
2. Обработка звуковых сигналов:
   • 2.а. G.711: импульсно-кодовая модуляция тональных частот.
   • 2.б. G.722: кодирование звукового сигнала 7 кГц в 64 кбит/с.
   • 2.в. G.723.1: речевые кодеры на две скорости передачи для организации мультимедийной связи со скоростью передачи 5.3 и 6.3 кбит/с.
   • 2.г. G.728: кодирование речевых сигналов 16 кбит/с с помощью линейного предсказания с кодированием сигнала возбуждения с малой задержкой.
   • 2.д. G.729: кодирование речевых сигналов 8 кбит/с с помощью линейного предсказания с алгебраическим кодированием сигнала возбуждения сопряженной структуры.
3. Обработка видеосигналов:
   • 3.а. H.261: видеокодеки для аудиовизуальных услуг со скоростью 64 кбит/с.
   • 3.б. H.263: кодирование видеосигнала для передачи с малой скоростью.
4. Конференц-связь для передачи данных:
   • 4.а. T.120: это стек протоколов (который включает T.123, T.124, T.125) для передачи данных между оконечными пунктами. Он может использоваться для разных приложений в области совместной работы ( Collaboration Work), такой как коллективное редактирование растровых изображений, совместное использование приложений и совместная организация документов. В T.120 применяется многоуровневая архитектура, подобная модели OSI.
5. Мультимедийная передача:
   • 5.а. RTP : транспортный протокол реального времени.
   • 5.б. RTCP : протокол управления передачей в реальном времени.
6. Обеспечение безопасности:
   • 6.а. H.235: обеспечение безопасности и шифрование для мультимедийных терминалов сети H.323.
7. Дополнительные услуги:
   • 7.а. H.450.1: обобщенные функции для управления дополнительными услугами в H.323.
   • 7.б. H.450.2: перевод соединения на телефонный номер третьего абонента.
   • 7.в. H.450.3: переадресация вызова.
   • 7.г. H.450.4: удержание вызова.
   • 7.д. H.450.5: парковка вызова ( park ) и ответ на вызов ( pick up ).
   • 7.е. H.450.6: уведомление о поступившем вызове в состоянии разговора.
   • 7.ж. H.450.7: индикация ожидающего сообщения.
   • 7.з. H.450.8: служба идентификации имен.
   • 7.и. H.450.9: служба завершения соединения для сетей H.323.

4.3. Установление соединения по Н.323

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 (

Другие функции управления

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

Стандарты H.225 - сигнализации вызова и H.245 - сигнализации 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, задействованный 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 ("метод 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 по RAS -каналам. 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 однонаправленный.