Протокол Н.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.

Рекомендации H.323 предусматривают:

• 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

Рекомендации H.323 предлагают средства соединения участников видеоконференции в разнородных сетях (например, IP и ISDN, IP и PSTN).

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.

Гибкость

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.

4.1. Архитектура стандарта H.323

В рекомендации H.323 устанавливается четыре основных компонента VoIP- соединения ( рис. 4.1):

• терминал;
• контроллер зоны;
• шлюз (gateway);
• устройство управления многоточечной конференцией (MCU).

увеличить изображение
Рис. 4.1. 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.

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 (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.

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.