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.
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:
Стандарт H.323 основывается на четырех компонентах для организации видеоконференций типа точка-точка или многоточка:
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:
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.
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.
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:
TCP:Для завершения соединения терминалы посылают сообщение гейткиперу, после чего канал закрывается и связь прерывается.
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.
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.
В данном разделе приведено описание Протокола инициирования сеансов связи - SIP, его принципы, адресация, архитектура, приведено сравнение с протоколом H323. За основу взята 7 глава книги Б.С. Гольдштейн IP-Телефония .
Сравнительный анализ протоколов Н.323 и SIP
Прежде чем начать сравнение функциональных возможностей протоколов SIP и Н.323, напомним, что протокол SIP значительно моложе своего соперника, и опыт его использования в сетях связи несопоставим с опытом использования протокола Н.323. Существует еще один момент, на который следует обратить внимание. Интенсивное внедрение технологии передачи речевой информации по IP-сетям потребовало постоянного наращивания функциональных возможностей как протокола Н.323 (к настоящему времени утверждена уже четвертая версия протокола), так и протокола SIP (утверждена вторая версия протокола). Этот процесс приводит к тому, что достоинства одного из протоколов перенимаются другим.И последнее. Оба протокола являются результатом решения одних и тех же задач специалистами ITU-T и комитета IETF. Естественно, что решение ITU-T оказалось ближе к традиционным телефонным сетям, а решение комитета IETF базируется на принципах, составляющих основу сети Internet.
Перейдем непосредственно к сравнению протоколов, которое будем проводить по нескольким критериям.
Дополнительные услуги . Набор услуг, поддерживаемых обоими протоколами, примерно одинаков.
Дополнительные услуги, предоставляемые протоколом Н.323, стандартизированы в серии рекомендаций ITU-T H.450.X. Протоколом SIP правила предоставления дополнительных услуг не определены, что является его серьезным недостатком, так как вызывает проблемы при организации взаимодействия оборудования разных фирм-производителей. Некоторые специалисты предлагают решения названных проблем, но эти решения пока не стандартизированы.
Примеры услуг, предоставляемых обоими протоколами:
Рассмотрим последнюю услугу несколько более подробно. Протокол SIP предусматривает три способа организации конференции: с использованием устройства управления конференциями MCU, режима многоадресной рассылки и соединений участников друг с другом. В последних двух случаях функции управления конференциями могут быть распределены между терминалами, т.е. центральный контроллер конференций не нужен. Это позволяет организовывать конференции с практически неограниченным количеством участников.
- Перевод соединения в режим удержания (Call hold);
- Переключение связи (Call Transfer);
- Переадресация (Call Forwarding);
- Уведомление о новом вызове во время связи (Call Waiting);
- Конференция.
Рекомендация Н.323 предусматривает те же три способа, но управление конференцией во всех случаях производится централизованно контроллером конференций МС (Multipoint Controller), который обрабатывает все сигнальные сообщения. Поэтому для организации конференции, во-первых, необходимо наличие контроллера МС у одного из терминалов, во-вторых, участник с активным контроллером МС не может выйти из конференции.Кроме того, при большом числе участников конференции МС может стать. Правда, в третьей версии рекомендации ITU-T Н.323 принято положение о каскадном соединении контроллеров, однако производители эту версию в своем оборудовании пока не реализовали. Преимуществом протокола Н.323 в части организации конференций являются более мощные средства контроля конференций.
Протокол SIP изначально ориентирован на использование в IP-сетях с поддержкой режима многоадресной рассылки информации (примером может служить сеть Mbone, имеющая тысячи постоянных пользователей). Этот механизм используется в протоколе SIP не только для доставки речевой информации (как в протоколе Н.323), но и для переноса сигнальных сообщений. Например, в режиме многоадресной рассылки может передаваться сообщение INVITE , что облегчает определение местоположения пользователя и является очень удобным для центров обслуживания вызовов (Call-center) при организации групповых оповещений.
В то же время, протокол Н.323 предоставляет больше возможностей управления услугами, как в части аутентификации и учета, так и в части контроля использования сетевых ресурсов. Возможности протокола SIP в этой части беднее, и выбор оператором этого протокола может служить признаком того, что для оператора важнее техническая интеграция услуг, чем возможности управления услугами.
Протокол SIP предусматривает возможность организации связи третьей стороной (third-party call control). Эта функция позволяет реализовать такие услуги, как набор номера секретарем для менеджера и сопровождение вызова оператором центра обслуживания вызовов. Подобные услуги предусмотрены и протоколом Н.323, но реализация их несколько сложнее.
В протоколе SIP есть возможность указывать приоритеты в обслуживании вызовов, поскольку во многих странах существуют требования предоставлять преимущества некоторым пользователям. В протоколе Н.323 такой возможности нет. Кроме того, пользователь SIP-сети может регистрировать несколько своих адресов и указывать приоритетность каждого из них.
Персональная мобильность пользователей . Протокол SIP имеет хороший набор средств поддержки персональной мобильности пользователей, в число которых входит переадресация вызова к новому местоположению пользователя, одновременный поиск по не- скольким направлениям (с обнаружением зацикливания маршрутов) и т.д. В протоколе SIP это организуется путем регистрации на сервере определения местоположения, взаимодействие с которым может поддерживаться любым протоколом. Персональная мобильность поддерживается и протоколом Н.323, но менее гибко. Так, например, одновременный поиск пользователя по нескольким направлениям ограничен тем. что привратник, получив запрос определения местоположения пользователя LRQ, не транслирует его к другим привратникам.
Расширяемость протокола . Необходимой и важной в условиях эволюционирующего рынка является возможность введения новых версий протоколов и обеспечение совместимости различных версий одного протокола. Расширяемость (extensibility) протокола обеспечивается:
Протокол SIP достаточно просто обеспечивает совместимость разных версий. Поля, которые не понятны оборудованию, просто игнорируются. Это уменьшает сложность протокола, а также облегчает обработку сообщений и внедрение новых услуг. Клиент может запросить какую-либо услугу с помощью заголовка Require . Сервер, получивший запрос с таким заголовком, проверяет, поддерживает ли он эту услугу, и если не поддерживает, то сообщает об этом в своем ответе, содержащем список поддерживаемых услуг.
- согласованием параметров;
- стандартизацией кодеков;
- модульностью архитектуры.
В случае необходимости, в организации IANA (Internet Assigned Numbers Authority) могут быть зарегистрированы новые заголовки. Для регистрации в IANA отправляется запрос с именем заголовка и его назначением. Название заголовка выбирается таким образом, чтобы оно говорило об его назначении. Указанным образом разработчик может внедрять новые услуги.
Для обеспечения совместимости версий протокола SIP определено шесть основных видов запросов и 6 классов ответов на запросы. Так как определяющей в кодах ответов является первая цифра, то оборудование может указывать и интерпретировать только ее. а остальные цифры кода только дополняют смысл и их анализ не является обязательным.
Более поздние версии протокола Н.323 должны поддерживать более ранние версии. Но возможна ситуация, когда производители поддерживают только одну версию, чтобы уменьшить размер сообщений и облегчить их декодирование.
Новые функциональные возможности вводятся в протокол Н.323 с помощью поля NonStandardParameter . Оно содержит код производителя и, следом за ним, код услуги, который действителен только для этого производителя. Это позволяет производителю расширять услуги, но сопряжено с некоторыми ограничениями. Во-первых, невозможно запросить у вызываемой стороны информацию о поддерживаемых ею услугах, во-вторых, невозможно добавить новое значение уже существующего параметра. Существуют также проблемы, связанные с обеспечением взаимодействия оборудования разных производителей.
На расширение возможностей протокола, как и на совместимость оборудования, его реализующего, оказывает влияние и набор кодеков, поддерживаемый протоколом. В протоколе SIP для передачи информации о функциональных возможностях терминала используется протокол SDP. Если производитель поддерживает какой-то особенный алгоритм кодирования, то этот алгоритм просто регистрируется в организации IANA, неоднократно упоминавшейся в этой главе.
В протоколе Н.323 все кодеки должны быть стандартизированы. Поэтому приложения с нестандартными алгоритмами кодирования могут столкнуться с проблемами при реализации их на базе протокола Н.323.
Протокол SIP состоит из набора законченных компонентов (модулей), которые могут заменяться в зависимости от требований и могут работать независимо друг от друга. Этот набор включает в себя модули поддержки сигнализации для базового соединения, для регистрации и для определения местоположения пользователя, которые не зависят от модулей поддержки качества обслуживания (QoS). работы с директориями, описания сеансов связи, развертывания услуг (service discovery) и управления конфигурацией.
Архитектура протокола Н.323 монолитна и представляет собой интегрированный набор протоколов для одного применения. Протокол состоит из трех основных составляющих, и для создания новой услуги может потребоваться модификация каждой из этих составляющих.
Масштабируемость сети (scalablllty) . Сервер SIP, по умолчанию, не хранит сведений о текущих сеансах связи и поэтому может обработать больше вызовов, чем привратник Н.323, который хранит эти сведения (statefull). Вместе с тем, отсутствие таких сведений, по мнению некоторых специалистов, может вызвать трудности при организации взаимодействия сети IP-телефонии с ТФОП.
Необходимо также иметь в виду зоновую архитектуру сети Н.323, позволяющую обеспечить расширяемость сети путем увеличения количества зон.
Время установления соединения . Следующей существенной характеристикой протоколов является время, которое требуется, чтобы установить соединение. В запросе INVITE протокола SIP содержится вся необходимая для установления соединения информация, включая описание функциональных возможностей терминала. Таким образом, в протоколе SIP для установления соединения требуется одна транзакция, а в протоколе Н.323 необходимо производить обмен сообщениями несколько раз. По этим причинам затраты времени на установление соединения в протоколе SIP значительно меньше затрат времени в протоколе Н.323. Правда, при использовании инкапсуляции сообщений Н.245 в сообщения Н.225 или процедуры Fast Connect время установления соединения значительно уменьшается.
Кроме того, на время установления соединения влияет также и нижележащий транспортный протокол, переносящий сигнальную информацию. Ранние версии протокола Н.323 предусматривали использование для переноса сигнальных сообщений Н.225 и Н.245 только протокол TCP, и лишь третья версия протокола предусматривает возможность использования протокола UDP. Протоколом SIP использование протоколов TCP и UDP предусматривалось с самого начала.
Оценка времени установления соединения производится в условных единицах - RTT (round trip time) - и составляет для протокола SIP 1,5+2,5 RTT, а для протокола Н.323 6-7 RTT
Адресация . К числу системных характеристик, несомненно, относится и предусматриваемая протоколами адресация. Использование URL является сильной стороной протокола SIP и позволяет легко интегрировать его в существующую систему DNS-серверов и внедрять в оборудование, работающее в IP-сетях. Пользователь получает возможность переправлять вызовы на Web-страницы или использовать электронную почту. Адресом в SIP может также служить телефонный номер с адресом используемого шлюза.
В протоколе Н.323 используются транспортные адреса и alias-адреса. В качестве последнего может использоваться телефонный номер, имя пользователя или адрес электронной почты. Для преобразования alias-адреса в транспортный адрес обязательно участие привратника.
Сложность протокола . Протокол Н.323, несомненно, сложнее протокола SIP. Общий объем спецификаций протокола Н.323 составляет примерно 700 страниц. Объем спецификаций протокола SIP составляет 150 страниц. Протокол Н.323 использует большое количество информационных полей в сообщениях (до 100), при нескольких десятках таких же полей в протоколе SIP. При этом для организации базового соединения в протоколе SIP достаточно использовать всего три типа запросов (INVITE , BYE и АСК ) и несколько полей (То , From , Call-ID , CSeq ).
Протокол SIP использует текстовый формат сообщений, подобно протоколу HTTP. Это облегчает синтаксический анализ и генерацию кода, позволяет реализовать протокол на базе любого языка программирования, облегчает эксплуатационное управление, дает возможность ручного ввода некоторых полей, облегчает анализ сообщений. Название заголовков SIP-сообщений ясно указывает их назначение.
Протокол Н.323 использует двоичное представление своих сообщений на базе языка ASN.1, поэтому их непосредственное чтение затруднительно. Для кодирования и декодирования сообщений необходимо использовать компилятор ASN. 1. Но, в то же время, обработка сообщений, представленных в двоичном виде, производится быстрее.
Довольно сложным представляется взаимодействие протокола Н.323 с межсетевым экраном (firewall). Кроме того, в протоколе Н.323 существует дублирование функций. Так, например, оба протокола Н.245 и RTCP имеют средства управления конференцией и осуществления обратной связи.
Выводы . На основе проведенного выше сравнения можно сделать вывод о том, что протокол SIP больше подходит для использования Internet-поставщиками, поскольку они рассматривают услуги IP-телефонии лишь как часть набора своих услуг.
Операторы телефонной связи, для которых услуги Internet не являются первостепенными, скорее всего, будут ориентироваться на протокол Н.323, поскольку сеть, построенная на базе рекомендации Н.323, представляется им хорошо знакомой сетью ISDN, наложенной на IP-сеть.
Не стоит также забывать, что к настоящему времени многие фирмы-производители и поставщики услуг уже вложили значительные средства в оборудование Н.323, которое успешно функционирует в сетях.
Таким образом, ответ на вопрос, какой из протоколов предпочтительнее использовать, будет зависеть от целей бизнеса и требуемых функциональных возможностей. Скорее всего, эти варианты не следует рассматривать как конкурирующие, а как предназначенные для разных областей рынка услуг, поскольку они могут работать параллельно и взаимодействовать через специальный шлюз. Проиллюстрируем это утверждение следующим примером. В настоящее время рынок услуг все больше нацеливается на услуги с доплатой за дополнительные возможности (value added), и простота их предоставления дает реальные преимущества. Так, использование SIP в каком-либо частном домене дает возможность более гибкого предоставления услуг, а наличие средств, обеспечивающих переход от прото- кола SIP к протоколу Н.323, гарантирует взаимодействие с областями, использующими другие решения. В таблице 6 приведен вариант возможного обмена сообщениями.
Таблица 6. Алгоритм установления соединения с участием шлюза Н.323/SIP
Шаг Н.323-сторона шлюза SIP-сторона шлюза
И если H.323 можно сравнить с ванилью, то протокол Session Initialization Protocol (SIP) вполне уместно в таком случае считать клубникой. Он не лучше и не хуже, чем H.323; он просто другой.
Действительно, SIP - часть предложений IETF, призванных заменить H.323. В то время как H.323 является набором протоколов, SIP - лишь один из нескольких протоколов, взаимодействующих друг с другом с целью организации сеансов передачи голоса по IP-сетям.
SIP - это протокол прикладного уровня, предназначенный для установления, изменения и окончания сеансов с одним или несколькими участниками. Эти сеансы могут включать в себя мультимедиа-конференции, дистанционное обучение, телефонные звонки по Internet и распространение мультимедийного информационного наполнения. Для участия в сеансе SIP способен «пригласить» людей или «роботов», таких, например, как службы хранения мультимедиа-информации.
Данный протокол может применяться для инициации сеансов, для приглашения к участию в сеансах, «объявленных» с помощью иных средств, для организации голосовых конференций с использованием устройств, поддерживающих звонки с участием многих абонентов. SIP поддерживает службы отображения имен и перенаправления, позволяя реализовать такие услуги для абонентов интеллектуальной сети, как обеспечение мобильной связи.
Этот протокол не предоставляет возможностей управления конференциями и не указывает, каким именно образом должно осуществляться это управление. SIP не резервирует адреса для многоадресной рассылки и не захватывает ресурсы, но может передавать «приглашенной» системе необходимую для этого информацию.
Абоненты, как инициирующие звонок, так и принимающие его, идентифицируются с помощью адресов SIP. Звонящий сначала определяет местонахождение соответствующего сервера, затем передает запрос SIP. В идеальном случае запрос передается адресату, который возвращает код ответа SIP, равный 200. Как и в случае с другими кодами ответа TCP/IP, двойка в начале свидетельствует об отсутствии ошибки.
Затем инициатор звонка посылает подтверждение получателю, что несколько необычно, потому что станция, которая инициировала звонок, также посылает подтверждение.
SIP позволяет взаимодействовать в рамках многоадресной рассылки, в сети одноадресных связей или посредством сочетания много- и одноадресных связей.
Объекты, к которым обращаются посредством SIP, являются пользователями на хостах, которые идентифицируются с помощью URL-адресов SIP. Пользовательская часть - это имя пользователя или номер телефона. Хостовая часть - это имя домена или IP-адрес.
SIP использует разнообразные серверы, каждый из которых служит для определенной цели. Среди них имеются серверы с пользовательскими агентами, proxy-серверы, серверы перенаправления и регистраторы. Существует также сервер, занимающийся определением местонахождения абонента, причем этот сервер может быть объединен с сервером SIP.
Транзакция SIP состоит из запроса и соответствующего ответа. В парных запросах и ответах имеются несколько полей, содержащих идентичные значения. К таким полям относятся поле с идентификатором звонка, номер командной последовательности, поле получателя, поле отправителя и тег (если присутствует). Поля отправителя и получателя идентичны в обоих направлениях. Это необычно, но отнюдь не ново в отличие от метода, применяемого в High-Level Data Link Control. Это помогает решить возникающие проблемы при использовании анализатора протокола для поиска и устранения аномалий в сети.
Запрос на приглашение представляет собой обращение к абоненту с просьбой присоединиться к конференции или принять участие в двустороннем звонке. Такое приглашение включает в себя описание сеанса, где перечисляются типы носителей и форматы. Если вызываемый абонент дает свое согласие, звонящий посылает подтверждение и возвращает описание с указанием носителя, который он хочет использовать.
Если говорить очень упрощенно, IETF создала SIP и связанные с ним протоколы потому, что убеждена в недостаточной масштабируемости H.323. Пока же совершенно очевидно, что H.323 опережает SIP в этой гонке. Но каков будет финиш?
Протокол Session Initialization Protocol (SIP) - это протокол обмена сигналами для создания, изменения и прекращения телефонных сессий, в том числе телефонных звонков по Internet и мультимедийных конференций. SIP - это только один из целого числа протоколов, которые служат для замены фрагментов протокола H.323
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
H.323 конференция может включать участников, конечное оборудование которых обладает различными возможностями. Например, один из участников может использовать терминал только с аудио возможностями, в то время как остальные участники конференции могут обладать возможностями передачи/приема также видео и данных.
· терминал;
· контроллер зоны;
· шлюз (gateway);
· устройство управления многоточечной конференцией (MCU).
Рис. 1. Структурная схема сети IP-телефонии по стандарту 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:
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.
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.
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 сообщить контроллеру параметры несущей сети зоны, которая обеспечивает 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 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.
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.
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 - 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.
Мультимедиа шлюз (Gateway)
Представляет из себя устройство, предназначенное для преобразования мультимедийной и управляющей информации при сопряжении разнородных сетей (рис. 2).
Рис. 2. Шлюз H.323/PSTN
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). При отсутствии в сети шлюза должна быть обязательно реализована одна из его функций - преобразование номера ТфОП в транспортный адрес IP-сети с помощью других средств. 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.
Контроллер управления многоточечными конференциями (Multipoint Control Unit - MCU) предназначен для организации конференций с участием трех и более участников. 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. 3. 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 MCU, 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 MCU.
Гибридная схема организации конференц-связи 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. Схемы децентрализованной и смешанной организаций конференции в H.323
В смешанной схеме организации конференц-связи 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, основанные на ряде факторов, например, о балансировке загрузки среди шлюзов.
Услуги, предлагаемые контроллером зоны, определены в RAS и включают трансляцию адреса, управление приемами, управление шириной 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 и как часть шлюза.
· 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 терминалу 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, 204.252.32.156 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.
Рассмотрим по шагам сценарий установления соединения между двумя терминалами H.323 без использования контроллера зоны (рис. 5).
1. Оконечный пункт A (вызывающая сторона) соединяется с оконечным пунктом B (вызываемая сторона) и посылает сообщение Setup (установка, как определено в H.225.0), включающее тип вызова (например, только звуковые сигналы), номер вызываемой и вызывающей стороны и адрес.
Рис. 5. Сценарий установки соединения по протоколу H.323
2. Оконечный пункт B откликается сообщением уведомления (Alerting ). Оконечный пункт A должен принять это сообщение прежде, чем истечет время, отведенное на установку.
3. Когда пользователь в оконечном пункте B отвечает на вызов (снимает трубку), сообщение Connect (соединение) передается в оконечный пункт A .
4. Оба терминала передают информацию о своих возможностях (типы среды, выбор кодека и информация о мультиплексировании) в сообщении TerminalCapabilitySet (установка возможностей терминала).
5. Каждый терминал отвечает сообщением TerminalCapabilitySetAck (подтверждение установки возможностей терминала). В случае если удаленный оконечный пункт не обладает какими-то возможностями, будет передано сообщение TerminalCapabilitySetReject (отклонение установки возможностей терминала), и терминалы продолжат передавать эти сообщения, пока не определят, что устанавливаемые возможности поддерживаются обоими оконечными пунктами.
6. Каждый терминал передает сообщение H.245 OpenLogicalChannel (открыть логический канал), позволяющее открыть логический канал с удаленным оконечным пунктом, чтобы настроить речевые каналы, по которым будет производиться обмен мультимедийными потоками.
7. В случае готовности к приемке данных каждый терминал передает OpenLogicalChannelAck (подтверждение открытия логического канала) в удаленный оконечный пункт, определяя номер порта, на который удаленному оконечному пункту следует передавать данные RTP, и номер порта, на который следует передавать данные RTCP удаленному оконечному пункту.
8. Оконечные пункты обмениваются информацией в пакетах RTP. Во время этого обмена передаются пакеты RTCP для контроля качества передачи данных.
9. Когда оконечный пункт A дает отбой (вешает трубку), он должен передать сообщение H.245 CloseLogicalChannel (закрыть логический канал) для каждого канала, открытого с оконечным пунктом B .
10. Оконечный пункт B отвечает сообщением CloseLogicalChannelAck (подтверждение закрытия логического канала).
11. Оконечный пункт А посылает команду H.245 EndSessionCommand (команда завершения сеанса) и закрывает канал после приема такого же сообщения от оконечного пункта B .
12. Оба терминала посылают сообщение H.225.0 ReleaseComplete (освобождение завершено) по каналу сигнализации вызова, которое закрывает канал и завершает соединение.
Характеристики шлюзов IP-телефонии
В общем случае IP-телефония опирается на две основных операции: преобразование двунаправленной аналоговой речи в цифровую форму внутри кодирующего/декодирующего устройства (кодека) и упаковку в пакеты для передачи по IP-сети. Эти функции чаще всего выполняют автономные шлюзы, которые имеют несколько разновидностей. Это могут быть выделенные устройства или совмещенные маршрутизаторы/коммутаторы со встроенным аппаратным и программным обеспечением шлюза. Другой тип - когда шлюз объединен с оборудованием удаленного доступа и пулом модемов.
Независимо от способа аппаратной реализации шлюзы IP-телефонии должны обладать рядом необходимых свойств.
· Совместимость со стандартом H.323.
Базовым протоколом для работы IP-оборудования подавляющим большинством производителей был принят протокол, описанный МСЭ-Т в рекомендации H.323v2, которая стандартизирует мультимедийную связь в сетях с коммутацией пакетов
Пользователи мультимедийных персональных компьютеров с программным обеспечением H.323 могут подключиться к такой системе шлюзов. Вызовы при этом могут быть направлены на поддерживающие H.323 шлюзы других производителей. В результате данная система будет обеспечивать интеграцию речи, видео и данных в реальном масштабе времени (как, например, система Microsoft NetMeeting).
Рис. 6. Положение шлюза в сети IP-телефонии
· Наличие механизмов резервирования ресурсов.
Поддержка какой-либо схемы приоритезации (протокол резервирования RSVP или байт дифференциации услуг - DS byte ) для осуществления возможности выбора приоритета между передаваемой речью или данными является важной характеристикой шлюза. При этом протокол RSVP позволяет маршрутизаторам резервировать часть полосы пропускания для организации голосового трафика.
· Поддержка основных телефонных интерфейсов и типов сигнализаций.
Важным критерием при оценке характеристик шлюзов является возможно большее разнообразие телефонных интерфейсов, поддерживаемых IP-шлюзом (E1, PRI, BRI), и аналогового в частности, а также поддержка основных типов телефонной сигнализации: CAS, DTMF, PRI и ОКС № 7. Существенную роль играет поддержка оборудованием механизмов безопасности в соответствии с упомянутой рекомендацией Н.235.
· Транспортные архитектуры.
Диапазон транспортных архитектур, с которыми работают современные шлюзы, достаточно широк: выделенные линии, ISDN, Frame Relay, ATM, Ethernet.
· Масштабируемость.
Важной характеристикой шлюза является его масштабируемость, что обеспечивается модульным построением оборудования. На первом этапе развертывания сети IP-телефонии возможно использование неполного ресурса имеющихся портов при постепенном дальнейшем увеличении числа задействованных голосовых портов. При этом число портов соответствует количеству одновременных вызовов, которые может сделать шлюз, поскольку каждый его порт оснащен собственным цифровым сигнальным процессором (DSP - Digital Signal Processor) для оцифровки голосовых сигналов.
· Обеспечение факс-связью.
Подавляющее большинство производимых шлюзов имеют возможность обеспечивать факсимильную связь на базе протокола IP. Она опирается на два основных стандарта, предложенных МСЭ-Т. Стандарт Т.37 сводит передачу факсов к доставке с промежуточным хранением, так как изображения факсов передаются в виде вложений электронной почты. Благодаря Т.37 факс-аппараты и факс-серверы могут взаимодействовать друг с другом так же согласованно, как и традиционные факсы. Еще один стандарт Т.38 описывает передачу факсов в реальном масштабе времени либо посредством имитации соединения с факс-аппаратом, либо с помощью метода модуляции под названием FaxRelay. Т.38 может использоваться для реализации функциональности, более схожей с традиционной факсимильной связью, например, для немедленного подтверждения.
· Управление шлюзом.
Шлюзы могут отличаться предусмотренными средствами управления. Данные средства управления имеют своей функцией маршрутизацию вызовов между шлюзами и перекодировки телефонных номеров в IP-адреса. Они конструктивно могут быть интегрированы со шлюзом либо представлять собой отдельный "мультимедийный менеджер конференций" или "многоголосовый менеджер доступа". Одним из решений является использование единого пакета, включающего в себя средства биллинга, маршрутизации вызовов и сетевого администрирования.
· Возможность установки различных алгоритмов кодирования речи.
На показатели качества передаваемого голоса по IP-сети существенно влияет схема кодирования, используемая в шлюзе VoIP при сжатии голосовой информации. Самой распространенной является схема, обеспечивающая наибольшую степень сжатия информации и соответствующая спецификации G.723.1 (до 5.3 кбит/с). Применяются и другие схемы - G.729a, G.711, G.726, G.728. При этом чрезвычайно важно оснащение шлюза дополнительной установкой используемой схемы сжатия голоса.
По масштабности применения их можно разделить на два основных типа: шлюзы, ориентированные на корпоративное применение, и шлюзы, предназначенные для операторов и поставщиков услуг связи. Продукты последнего типа отличаются большой емкостью и масштабируемостью, присутствием средств аутентификации и мониторинга, а также дополнительных возможностей биллинга.
По исполнению шлюзы могут быть:
· Автономные.
Большинство производителей шлюзов предлагает автономные IP-шлюзы, которые обычно состоят из серверов на базе персональных компьютеров с комплектом голосовых плат. Голосовые платы не предназначены для компрессии/декомпрессии звука, поэтому данная операция должна выполняться главным процессором ПК.
· Маршрутизаторы-шлюзы.
В мире производителей оборудования телекоммуникаций наметилась тенденция к тому, что крупные компании традиционное сетевое оборудование оснащают узлами, отвечающими за IP-телефонию. Эта продукция - маршрутизаторы и устройства доступа к распределенным сетям со встроенными шлюзами IP-телефонии - занимает отдельную важную нишу на рынке сетевого оборудования.
· RAS-шлюзы.
Свою часть рынка оборудования для IP-телефонии занимают шлюзы для VoIP, которые состоят из плат, устанавливаемых в серверы дистанционного доступа (RAS). Установка устройств данного типа при построении IP-сетей оправдана при работе с приложениями с множеством голосовых портов.
· Шлюзы-модули для УПАТС.
В настоящее время получили распространение шлюзы IP-телефонии, конструктивно представляющие собой модули для классических учрежденческих АТС. Подобная система перед тем, как установить соединение через IP-сеть, проверяет качество связи. В случае достаточного ее качества (норма устанавливается администратором системы) соединение устанавливается. Если дело обстоит иначе, вызов направляется по традиционным линиям связи. Таким образом, налицо стремление фирм-производителей постепенно заменять транспортную среду, не затрагивая при этом телефонный сервис, предоставляемый конечным пользователям.
· Шлюзы с интеграцией бизнес-приложений.
По мере развития систем IP-телефонии на ведущие роли выходят сервис-функции. При этом оборудование должно ориентироваться не только на интеграцию трафика, но и на интеграцию бизнес-приложений, позволяющую повысить продуктивность работы предприятий. Она позволяет реализовать службу типа "щелкни и говори", например, для установления телефонной связи между посетителями Web-узла компании и ее сотрудниками.
· Учрежденческие АТС на базе шлюзов.
Еще одно направление развития оборудования IP-телефонии - построение учрежденческих телефонных систем на базе инфраструктур ЛВС. В случае, когда нецелесообразна установка отдельного сервера для преобразования телефонных сигналов в IP-пакеты, используются сетевые устройства, подключаемые напрямую к сети 10BaseT (по типу концентраторов Ethernet). При этом каждый концентратор представляет, по сути, небольшую УАТС с голосовой почтой и автоматическим секретарем, подключаемую через разъем RJ-14 к внешним и внутренним телефонным линиям и через соединители RJ-45 к локальной сети Ethernet. Обладая простотой управления и наличием встроенных средств компьютерно-телефонной интеграции, эти системы в состоянии составить конкуренцию обычным учрежденческим АТС.
· Сетевые платы с функциями телефонии.
Одним из решений IP-телефонии являются многоцелевые сетевые платы с функциями телефонии. Такие устройства оборудованы портами RJ-11 для подключения обычного телефонного аппарата.
· Автономные IP-телефоны.
Представляют собой решение "все в одном" для одной линии. По внешнему виду и базовым сервисным возможностям аппаратные реализации IP-телефонов ничем особо не отличаются от обычных телефонов, но их электронная "начинка" позволяет существенно уменьшить нагрузку на персонал, отвечающий за телефонную связь.
Помимо аппаратной существуют и программные реализации IP-телефонов. В этом случае персональный компьютер (ПК), оборудованный телефонной гарнитурой или микрофоном и акустическими системами, превращается в многофункциональный коммуникационный центр. Пользователь ПК, кроме доступа к обычному телефонному сервису, получает набор дополнительных возможностей: получение информации о звонящем клиенте (благодаря наличию стандартного интерфейса TAPI к другим программам), контроль телефонных вызовов и работу с речевой почтой. Недостатками таких систем является неполная совместимость с H.323 версии 2, а также отсутствие поддержки функций по обеспечению безопасности в работе с gatekeeper.
Достоинства
Стандарт H.323 является всеобъемлющим и гибким. Его можно использовать при разработке решений для аудио или для полных сетей конференц-связи для передачи сигналов видео/аудио/данных. Существует множество выгод от реализации конференц-связи с помощью H.323:
· Технология H.323 обеспечивает высококачественную наращиваемую конференц-связь на базе мультимедиа. Мультимедийная конференц-связь H.323 может поддерживать такие приложения, как коллективное редактирование растровых изображений, совместная работа по передаче данных или видеоконференция.
· Технология H.323 допускает возможность взаимодействия оборудования на базе H.320 и H.323 от разных производителей.
· Технология H.323 использует с выгодой имеющиеся капиталовложения в инфраструктуру корпоративной сети.
· Технология H.323 может применяться для организации междугородных и международных телефонных соединений для снижения их стоимости.
· Технология H.323 позволяет более эффективно использовать технологию ISDN с применением шлюзов H.320 и меньшего числа линий ISDN.
· В корпоративной интрасети H.323 может обеспечивать более надежные соединения и уменьшать проблемы поддержки.
· Технология H.323 предлагает и более сложные возможности управления конференц-связью в сети.
· Технология H.323 не зависит от аппаратного обеспечения и операционной системы.
Технология SIP в некоторой степени близка к компонентам Q.931 и H.225 технологии H.323. Есть некоторые недостатки H.323 по сравнению с SIP:
· Технология H.323 расходует больше времени на установку соединения.
· Технология H.323 требует около 12 пакетов для установки соединения (тогда как для SIP требуется около 4 пакетов).
· Технология H.323 требует и TCP, и UDP во время установки соединения.
· Реализация H.323 намного сложнее реализации SIP.
· В настоящее время с помощью H.323 недоступно управление вызовом третьей стороны.
Список литературы
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/H.323
2. http://www.protocols.ru/files/Protocols/H323.pdf
3. http://www.ericsson.com/hr/etk/revija/Br_2_2005_RU/protokol.pdf
4. http://www.bytemag.ru/articles/detail.php?ID=6653
5. http://mobile.asterisk.ru/knowledgebase/H.323
6. http://www.intuit.ru/department/network/iptele/
