IP-телефония и основы мобильной связи

Существуют две разновидности кодека:

* G.729;

* Упрощенный вариант G.729A.



Таблица 3.1. Основные характеристики кодеков

Кодек	Метод компрессии	Скорость кодирования	Сложность реализации	Качество	Задержка
G.726	ADPCM	32/24/16 кбит/с	Низкая (8 MIPS)	Хорошее (32 К), плохое (16 К)	Очень низкая (0,125 мс)
G.729	CS-ACELP	8 кбит/с	Высокая (30 MIPS)	Хорошее	Низкая (10 мс)
G.729A	CA-ACELP	8 кбит/с	Умеренная (20 MIPS)	Среднее	Низкая (10 мс)
G.723.1	MP-MLQ	6.4/5.3 кбит/с	Умеренная (16 MIPS)	Хорошее (6,4), среднее (5,3)	Высокая (37 мс)
G.728	LD-CELP	16 кбит/с	Очень высокая (40 MIPS)	Хорошее	Очень низкая (3-5 мс)

Количественными характеристиками ухудшения качества речи являются единицы QDU (Quantization Distortion Units): 1 QDU соответствует ухудшению качества при оцифровке с использованием стандартной процедуры ИКМ; значения QDU для основных методов компрессии приведены в таблице 3.2.

Дополнительная обработка речи всегда ведет к дальнейшей потере качества. Согласно рекомендациям МСЭ-Т; для международных вызовов величина QDU не должна превышать 14, причем передача разговора по международным магистральным каналам ухудшает качество речи, как правило, на 4 QDU. При передаче разговора по национальным сетям должно теряться не более 5 QDU. Поэтому для качественной передачи речи процедуру компрессии/декомпрессии желательно применять в сети только один раз. В некоторых странах это является обязательным требованием регулирующих органов по отношению к корпоративным сетям, подключенным к сетям общего пользования.



Таблица 3.2. Единицы ухудшения качества речи QDU для различных методов компрессии

Метод компрессии	QDU
ADPCM 32 кбит/с	3,5
ADPCM 24 кбит/с	7
LD-CELP 16 кбит/с	3,5
CS-CELP 8 кбит/с	3,5

Современная аппаратура IP-телефонии применяет разные кодеки, как стандартные, так и нестандартные. Конкурентами являются кодеки GSM (13,5 кбит/с) и кодеки МСЭ-Т серии G, использование которых предусматривается стандартом Н.323 для связи по 1Р-сети.

* Оценка качества воспринимаемой информации

Значения MOS для различных стандартов кодеров приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Средние субъективные оценки качества различных методов кодирования

Кодек	Скорость передачи, кбит/с	MOS	Размер кадра, мс
G.711PCM	64	4,3	0,125
G.726 Multi-rate ADPCM	16-40	2-4,3	0,125
G.723 MP-MLO ACELP	5.3; 6.3	3,7; 3,8	30
G.728 LD-CELP	16	4,1	0,625
G.729 CS-ACELP	8	4,0	10
G.729A CA-ACELP	8	3,4	10
GSM RPE-LPC	13	3,9	30

В каналах Интернета важными для IP-телефонии параметрами являются следующие:

* действительная пропускная способность, определяемая наиболее «узким местом» в виртуальном канале в данный момент времени;

* трафик, также являющийся функцией времени;

* временная задержка пакетов, которая определяется трафиком, числом маршрутизаторов, реальными физическими свойствами каналов передачи, образующими в данный момент времени виртуальный канал, задержками на обработку сигналов, возникающими в речевых кодеках и других устройствах шлюзов;

* потеря пакетов, обусловленная наличием «узких мест», очередями;

* перестановка пакетов, пришедших разными путями.



ЛЕКЦИЯ 4. ПРОТОКОЛ Н.323

В 1990 г. был одобрен первый международный стандарт в области видео-конференц-связи -- спецификация Н.320 для поддержки видеоконференций по ISDN. Затем ITU-T одобрил еще целую серию рекомендаций, относящихся к видео-конференц-связи. Эта серия рекомендаций, часто называемая Н.32х, помимо Н.320, включает в себя стандарты Н.321--Н.324, которые предназначены для различных типов сетей. Во второй половине 90х 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 Н.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 Н.323 могут передавать данные, речь и видеоинформацию в масштабе реального времени. В рекомендации Н.323 не определены: сетевой интерфейс, физическая среда передачи информации и транспортный протокол, используемый в сети. Сеть, через которую осуществляется связь между терминалами Н.323, может представлять собой сегмент или множество сегментов со сложной топологией. Терминалы Н.323 могут быть интегрированы в персональные компьютеры или реализованы как автономные устройства. Но поддержка речевого обмена -- обязательная функция для любого устройства стандарта Н.323.

Рекомендации Н.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 Н.323 предусматривают управление полосой пропускания. Можно ограничить как число одновременных соединений, так и суммарную полосу пропускания для всех приложений Н.323. Эти ограничения помогают сохранить необходимые ресурсы для работы других сетевых приложений. Каждый терминал Н.323 может управлять своей полосой пропускания в конкретной сессии конференции.

Межсетевые конференции

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

Платформенная независимость

Н.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 Н.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

Н.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

Н.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 Н.323 поддерживают выяснение общих возможностей оборудования конечных пользователей и устанавливают наилучшие из общих для участников конференции протоколов кодирования, вызова и управления.

Гибкость

Н.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.

* Архитектура стандарта Н.323

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

* терминал;

* контроллер зоны;

* шлюз (gateway);

устройство управления многоточечной конференцией (MCU).

Рис. 4.1. Структурная схема сети IP-телефонии по стандарту Н.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.

Н.323-терминал должен обеспечивать поддержку следующих протоколов:

* Н.245 для установления возможностей терминалов и создания канала обмена аудиоинформацией.

* Н.225 для сигнализации вызова и установки параметров связи.

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

* RTP/RTCP для упорядочивания звуковых и видеопакетов.

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

Протоколы Н.225 и RAS используются между Н.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 Н.323

Стандарт Н.323 определяет широкие требования для многих различных протоколов, которые составляют полный стек протоколов Н.323. Стек Н.323 составляют 7 групп протоколов:

* управление и сигнализация;

* обработка звуковых сигналов;

* обработка видеосигналов;

* конференц-связь;

* передача мультимедийной информации;

* обеспечение информационной безопасности;

* дополнительные услуги;

* Управление соединением и сигнализация:

* a. Н.225.0: протоколы сигнализации и пакетирования мультимедийного потока (использует подмножество протокола сигнализации Q.931).

* H.225.0/RAS: процедуры регистрации, допуска и состояния.

* в. Н.245: протокол управления для мультимедиа.

* Обработка звуковых сигналов:

2.a. G.711: импульсно-кодовая модуляция тональных частот.

* G.722: кодирование звукового сигнала 7 кГц в 64 кбит/с.

* в. G.723.1: речевые кодеры на две скорости передачи для организации мультимедийной связи со скоростью передачи 5.3 и 6.3 кбит/с.

* 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 ли линейного предсказания с алгебраическим кодированием сигнала возбуждения сопряженной структуры.

* Обработка видеосигналов:

* а. Н.261: видеокодеки для аудиовизуальных услуг со скоростью 64 кбит/с.

* Н.263: кодирование видеосигнала для передачи с малой скоростью.

* Конференц-связь для передачи данных:

* а. Т. 120: это стек протоколов (который включает Т. 123, Т. 124, Т. 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 Т. 120 применяется многоуровневая архитектура, подобная модели OSI.

* Мультимедийная передача:

* a. RTP: транспортный протокол реального времени.

* RTCP: протокол управления передачей в реальном времени.

* Обеспечение безопасности:

* а. Н.235: обеспечение безопасности и шифрование для мультимедийных терминалов сети Н.323.

* Дополнительные услуги:

7.а. Н.450.1: обобщенные функции для управления дополнительными услугами в Н.323.

* Н.450.2: перевод соединения на телефонный номер третьего абонента.

7.в. Н.450.3: переадресация вызова.

7.г. Н.450.4: удержание вызова.

7.д. Н.450.5: парковка вызова (park) и ответ на вызов (pick up).

7.е. Н.450.6: уведомление о поступившем вызове в состоянии разговора.

7ж. Н.450.7: индикация ожидающего сообщения.

7.3. Н.450.8: служба идентификации имен.

* и. Н.450.9: служба завершения соединения для сетей Н.323.

* Установление соединения по Н.323

Обнаружение контроллера зоны (GRQ)

Процесс обнаружения контроллера зоны используется Н.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 Н.323-псевдониму или адресу Е.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 Н.225 -- сигнализации вызова и Н.245 -- сигнализации управления

Н. 225 -- сигнализация вызова

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

Если в Н.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.

Н.245 -- сигнализация управления

Н.245 -- сигнализация управления -- состоит из сквозного обмена

Н.245-сообщеними между Н.323-оконечными точками. Н.245-сообщения управления передаются через Н.245-каналы управления. Н.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 Н.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 Н.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. 4.2).

Шлюз не входит в число обязательных компонентов сети Н.323. Он необходим только в том случае, когда требуется установить соединение с терминалом другого стандарта. Эта связь обеспечивается трансляцией про

Рис. 4.2. Шлюз H.323/PSTN

Шлюз H.323/PSTN протоколов установки и разрыва соединений, а также форматов передачи данных. Согласно Н.323, мультимедиа шлюз -- это опциональный элемент в конференции Н.323. Он может выполнять много различных функций. Типичной его функцией, например, является задача преобразования форматов протоколов передачи (например, Н.225.0 и Н.221). Шлюзы Н.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.



Рис. 4.3. Схемы централизованной и децентрализованной организаций конференции в Н.323

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 (МС) и, возможно, процессоры Multipoint Processors (МР). Контроллер МС 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.

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 Н.245, определяет возможности каждого терминала. Процессор МР 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 Н.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.

Рис. 4.4. Схемы децентрализованной и смешанной организаций конференции в Н.323

Гибридная схема организации конференц-связи является комбинацией двух предыдущих. Участвующие в конференции Н.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.

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 Н.323-оконечных точек, типа трансляции адреса и управления шириной полосы пропускания в соответствии с протоколом RAS. Контроллер зоны в Н.323-сети не обязательный компонент. Однако если он присутствует в сети, то терминалы и шлюзы должны использовать его услуги. Н.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. Н.323-сети, не имеющие контроллер шлюза, не имеют этих возможностей. Н.323-сети, содержащие IP-телефоны и шлюзы, должны обязательно содержать контроллер зоны, чтобы транслировать входящие Е.164-телефонные адреса в транспортные адреса. Контроллер зоны -- логический компонент Н.323, но он может быть выполнен и как часть шлюза.

Обязательные функции контроллера зоны

* Трансляция адреса

Вызов, порожденный внутри Н.323-сети, может использоваться для адресования нужного терминала с помощью его псевдонима (краткого названия). Вызов, порожденный вне Н.323-сети и полученный через шлюз для адресования терминалу получателя, может использовать номер телефона в соответствии с рекомендацией Е.164 (например, 310-4429222). Данная рекомендация используется для адресования абонентов сети ISDN. Контроллер зоны преобразует полученный Е. 164-номер телефона или псевдоним в сетевой адрес (например, 204.252.32.456 для 1Р-сети) терминала адресата. Оконечная точка адресата может быть достигнута с использованием этого сетевого адреса.

* Управление регистрацией

Контроллер зоны может управлять регистрацией оконечных точек в Н.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 Н.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

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

Авторизация вызова

Когда оконечная точка посылает сообщения вызова контроллеру зоны, он, в соответствии со стандартом Н.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 Н.323-соединений, что позволяет управлять зоной, обеспечивая контроль ширины полосы пропускания, и обеспечивать балансировку загрузки сети за счет перенаправления вызовов между терминалами и шлюзами.

Рис. 4.5. Сценарий установки соединения по протоколу Н.323



Процедура соединения по Н.323

Рассмотрим по шагам сценарий установления соединения между двумя терминалами Н.323 без использования контроллера зоны (рис. 4.5).

* Оконечный пункт А (вызывающая сторона) соединяется с оконечным пунктом В (вызываемая сторона) и посылает сообщение Setup (установка, как определено в Н.225.0), включающее тип вызова (например, только звуковые сигналы), номер вызываемой и вызывающей стороны и адрес.

* Оконечный пункт В откликается сообщением уведомления (Alerting). Оконечный пункт А должен принять это сообщение прежде, чем истечет время, отведенное на установку.

* Когда пользователь в оконечном пункте В отвечает на вызов (снимает трубку), сообщение Connect (соединение) передается в оконечный пункт А.

* Оба терминала передают информацию о своих возможностях (типы среды, выбор кодека и информация о мультиплексировании) в сообщении Terminal Capability Set (установка возможностей терминала).

* Каждый терминал отвечает сообщением Terminal Capability Set Ack (подтверждение установки возможностей терминала). В случае если удаленный оконечный пункт не обладает какими-то возможностями, будет передано сообщение Terminal Capability Set Reject (отклонение установки возможностей терминала), и терминалы продолжат передавать эти сообщения, пока не определят, что устанавливаемые возможности поддерживаются обоими оконечными пунктами.

* Каждый терминал передает сообщение Н.245 Open Logical Channel (открыть логический канал), позволяющее открыть логический канал с удаленным оконечным пунктом, чтобы настроить речевые каналы, по которым будет производиться обмен мультимедийными потоками.

* В случае готовности к приемке данных каждый терминал передает Open Logical Channel Ack (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.

* Оконечные пункты обмениваются информацией в пакетах RTP. Во время этого обмена передаются пакеты RTCP для контроля качества передачи данных.

* Когда оконечный пункт А дает отбой (вешает трубку), он должен передать сообщение Н.245 Close Logical Channel (закрыть логический канал) для каждого канала, открытого с оконечным пунктом В.

* Оконечный пункт В отвечает сообщением Close Logical Channel Ack (подтверждение закрытия логического канала).

* Оконечный пункт А посылает команду Н.245 End Session Command (команда завершения сеанса) и закрывает канал после приема такого же сообщения от оконечного пункта В.

* Оба терминала посылают сообщение Н.225.0 Release Complete (освобождение завершено) по каналу сигнализации вызова, которое закрывает канал и завершает соединение.

* Характеристики шлюзов 1Р-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 1Р-телефонии должны обладать рядом необходимых свойств.

* Совместимость со стандартом Н.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 Н.323 могут подключиться к такой системе шлюзов. Вызовы при этом могут быть направлены на поддерживающие

Н.323 шлюзы других производителей. В результате данная система будет обеспечивать интеграцию речи, видео и данных в реальном масштабе времени (как, например, система Microsoft NetMeeting).

* 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.

Рис. 4.6. Положение шлюза в сети 1Р-телефонии

* Поддержка основных телефонных интерфейсов и типов сигнализаций.

Важным критерием при оценке характеристик шлюзов является возможно большее разнообразие телефонных интерфейсов, поддерживаемых 1Р-шлюзом (El, PR1, 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 Fax Relay. 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 \ЫР 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 -- 729a, G.711, G.726, G.728. При этом чрезвычайно важно оснащение шлюза дополнительной установкой используемой схемы сжатия голоса.

Классификация шлюзов 1Р-телефонии

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 1Р-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 фирмпроизводителей 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 l O Base T (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 1Р-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 1Р-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

Н.323 версии 2, а также отсутствие поддержки функций по обеспечению безопасности в работе с gatekeeper.

* Достоинства и недостатки Н.323

Достоинства

Стандарт Н.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 Н.323:

* Технология Н.323 обеспечивает высококачественную наращиваемую конференц-связь на базе мультимедиа. Мультимедийная конференцсвязь Н.323 может поддерживать такие приложения, как коллективное редактирование растровых изображений, совместная работа по передаче данных или видеоконференция.

* Технология Н.323 допускает возможность взаимодействия оборудования на базе Н.320иН.323 от разных производителей.

* Технология Н.323 использует с выгодой имеющиеся капиталовложения в инфраструктуру корпоративной сети.

* Технология Н.323 может применяться для организации междугородных и международных телефонных соединений для снижения их стоимости.

* Технология Н.323 позволяет более эффективно использовать технологию ISDN с применением шлюзов Н.320 и меньшего числа линий ISDN.

* В корпоративной интрасети Н.323 может обеспечивать более надежные соединения и уменьшать проблемы поддержки.

* Технология Н.323 предлагает и более сложные возможности управления конференц-связью в сети.

* Технология Н.323 не зависит от аппаратного обеспечения и операционной системы.

Технология SIP в некоторой степени близка к компонентам Q.931 и Н.225 технологии Н.323. Есть некоторые недостатки Н.323 по сравнению с SIP:

* Технология Н.323 расходует больше времени на установку соединения.

* Технология Н.323 требует около 12 пакетов для установки соединения (тогда как для SIP требуется около 4 пакетов).

* Технология Н.323 требует и TCP, и UDP во время установки соединения.

* Реализация Н.323 намного сложнее реализации SIP.

* В настоящее время с помощью Н.323 недоступно управление вызовом третьей стороны.



ЛЕКЦИЯ 5. ПРОТОКОЛ ИНИЦИИРОВАНИЯ СЕАНСОВ СВЯЗИ (SIP)

* Принципы построения протокола SIP

Протокол инициирования сеансов (Session Initiation Protocol -- SIP) является протоколом прикладного уровня и предназначается для организации, модификации и завершения сеансов связи (например, мультимедийных конференций, телефонных соединений). Пользователи могут принимать участие в существующих сеансах связи, приглашать других пользователей и быть приглашенными ими к новому сеансу связи.

Протокол SIP разработан группой MMUSIC комитета IETF, а спецификации протокола представлены в документе RFC 2543. В основу протокола заложены следующие принципы:

* Персональная мобильность пользователей. Пользователи могут перемещаться без ограничений в пределах сети. Пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи вне зависимости от того, где он находится.

* Масштабируемость сети. Она характеризуется, в первую очередь, возможностью увеличения количества элементов сети при ее расширении. Серверная структура сети, построенная на базе протокола SIP, отвечает этому требованию.

* Расширяемость протокола. Она характеризуется возможностью дополнения протокола новыми функциями при введении новых услуг и его адаптации к работе с различными приложениями. Расширение функций протокола SIP может быть произведено за счет введения новых заголовков сообщений, которые должны быть зарегистрированы в организации IANA. При этом если SIP-сервер принимает сообщение с неизвестными ему атрибутами, то он просто игнорирует их. Для расширения возможностей протокола SIP могут быть также добавлены и новые типы сообщений.

* Интеграция в стек существующих протоколов Интернета, разработанных IETF. Протокол SIP является частью глобальной архитектуры мультимедиа, разработанной IETF. Эта архитектура включает в себя также и другие протоколы: резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol -- RSVP, RFC 2205), транспортный протокол реального времени (Real-Time Transport Protocol -- RTP, RFC 1889), протокол передачи потоковой информации в реальном времени (Real-Time Streaming Protocol -- RTSP, RFC 2326), протокол описания параметров связи (SDP, RFC 2327). Однако функции самого протокола SIP не зависят ни от одного из этих протоколов.

* Взаимодействие с другими протоколами сигнализации. Протокол SIP может быть использован совместно с протоколом Н.323.

* Интеграция протокола SIP с 1Р-сетями

Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. Но в то же время предпочтение отдается технологии маршрутизации пакетов IP и протоколу UDP. Следует оговориться, что для этого необходимо создать дополнительные механизмы надежной доставки сигнальной информации. К таким механизмам относятся повторная передача информации при ее потере, подтверждение приема и др.

Сигнальные сообщения могут переноситься как протоколом транспортного уровня UDP, так и протоколом TCP. Протокол UDP позволяет быстрее, чем TCP, доставлять сигнальную информацию (даже с учетом повторной передачи неподтвержденных сообщений), а также вести параллельный поиск местоположения пользователей и передавать приглашения к участию в сеансе связи в режиме многоадресной рассылки. В свою очередь, протокол TCP упрощает работу с межсетевыми экранами (firewall), а также гарантирует надежную доставку данных. При использовании протокола TCP разные сообщения, относящиеся к одному вызову, могут либо передаваться по одному TCP-соединению, либо для каждого запроса и ответа на него может открываться отдельное ТСР-соединение. На рисунке 5.1 показано место, занимаемое протоколом SIP в стеке протоколов TCP/IP.

Рис. 5.1. Место протокола SIP в стеке протоколов TCP/IP

По сети с маршрутизацией пакетов IP может передаваться пользовательская информация практически любого вида: речь, видео и данные, а также любая их комбинация. При организации связи между терминалами пользователей необходимо сообщить встречной стороне, какого рода информация может приниматься (передаваться), алгоритм ее кодирования и адрес, на который следует передавать информацию. Таким образом, од ним из обязательных условий организации связи при помощи протокола SIP является обмен между сторонами данными об их функциональных возможностях. Для этой цели чаще всего используется протокол описания сеансов связи -- SDP (Session Description Protocol). Поскольку в течение сеанса связи может производиться его модификация, предусмотрена передача сообщений SIP с новыми описаниями сеанса средствами SDP.

Для передачи речевой информации комитет IETF предлагает использовать протокол RTP, рассмотренный выше, но сам протокол SIP не исключает возможность применения для этих целей и других протоколов.

Протокол SIP предусматривает организацию конференций трех видов:

* в режиме многоадресной рассылки (multicasting), когда информация передается на один multicast-адрес, откуда затем доставляется сетью конечным адресатам;

* при помощи контроллера управления конференции (MCU), к которому участники конференции передают информацию в режиме «точка-точка», а контроллер обрабатывает информацию (т. е. смешивает или коммутирует) и рассылает ее участникам конференции;

* путем соединения каждого пользователя с каждым в режиме «точка-точка».

Протокол SIP дает возможность присоединения новых участников к уже существующему сеансу связи, т. е. двусторонний сеанс может перейти в конференцию.

* Адресация

Для организации взаимодействия с существующими приложениями IP-сетей и для обеспечения мобильности пользователей протокол SIP использует адрес, подобный адресу электронной почты. В качестве адресов рабочих станций используются специальные универсальные указатели ресурсов -- так называемые SIP URL (Universal Resource Locators).

SIP-адреса бывают четырех типов:

* имя@домен;

* имя@хост;

* имя@1Р-адрес;

* №телефона@шлюз.

Таким образом, адрес состоит из двух частей. Первая часть -- это имя пользователя, зарегистрированного в домене или на рабочей станции. Если вторая часть адреса идентифицирует какой-либо шлюз, то в первой указывается телефонный номер абонента.

Во второй части адреса указывается имя домена, рабочей станции или шлюза. Для определения IP-адреса устройства необходимо обратиться к службе доменных имен -- Domain Name Service (DNS). Если же во второй части SIP-адреса размещается IP-адрес, то с рабочей станцией можно связаться напрямую.

В начале SIP-адреса ставится слово «sip:», указывающее, что это именно SIP-адрес.

Примеры SIP-адресов: sip: alsHYPERLINK "mailto:als@rts.loniis.ru"@HYPERLINK "mailto:als@rts.loniis.ru"rtsHYPERLINK "mailto:als@rts.loniis.ru".HYPERLINK "mailto:als@rts.loniis.ru"loniisHYPERLINK "mailto:als@rts.loniis.ru".HYPERLINK "mailto:als@rts.loniis.ru"ru sip: HYPERLINK "mailto:user1@192.168.100.152"userlHYPERLINK "mailto:user1@192.168.100.152"@192.168.100.152 sip: 294-75-47@HYPERLINK "mailto:294-75-47@gateway.ru"gatewayHYPERLINK "mailto:294-75-47@gateway.ru".HYPERLINK "mailto:294-75-47@gateway.ru"ru

* Архитектура сети SIP

На рисунке 5.2 представлена упрощенная схема действия протокола.

Рис. 5.2. Архитектура «клиент-сервер»

Клиент выдает запросы, в которых указывает, что он желает получить от сервера. Сервер принимает запрос, обрабатывает его и выдает ответ, который может содержать уведомление об успешном выполнении запроса, уведомление об ошибке или информацию, затребованную клиентом.

Управление процессом обслуживания вызова распределено между разными элементами сети SIP. Основным функциональным элементом, реализующим функции управления соединением, является терминал. Остальные элементы сети отвечают за маршрутизацию вызовов, а в некоторых случаях предоставляют дополнительные услуги.

В протоколе SIP устанавливаются следующие основные компоненты:

* Терминал.

В случае, когда клиент и сервер взаимодействуют непосредственно с пользователем, они называются, соответственно, клиентом агента пользователя -- User Agent Client (UAC) и сервером агента пользователя -- User Agent Server (UAS).

* Прокси-сервер.

Прокси-сервер принимает запросы, обрабатывает их и, в зависимости от типа запроса, выполняет определенные действия. Это может быть поиск и вызов пользователя, маршрутизация запроса, предоставление услуг и т. д. Прокси-сервер состоит из клиентской и серверной частей, поэтому может принимать вызовы, инициировать собственные запросы и возвращать ответы. Прокси-сервер может быть физически совмещен с сервером определения местоположения или существовать отдельно от него.

Предусмотрено два типа прокси-серверов -- с сохранением состояний (stateful) и без сохранения состояний (stateless).

Сервер первого типа хранит в памяти входящий запрос, который явился причиной генерации одного или нескольких исходящих запросов. Эти исходящие запросы сервер также запоминает. Все запросы хранятся в памяти сервера только до окончания транзакции, т. е. до получения ответов на запросы. Он позволяет предоставить большее количество услуг, но работает медленнее, чем сервер второго типа. Он может применяться для обслуживания небольшого количества клиентов, например, в локальной сети. Прокси-сервер должен сохранять информацию о состояниях, если он:

* использует протокол TCP для передачи сигнальной информации;

* работает в режиме многоадресной рассылки сигнальной информации;

* размножает запросы.

Последний случай имеет место, когда прокси-сервер ведет поиск вызываемого пользователя сразу в нескольких направлениях, т. е. один запрос, который пришел к прокси-серверу, размножается и передается одновременно по всем этим направлениям.

Сервер без сохранения состояний просто ретранслирует запросы и ответы, которые получает. Он работает быстрее, чем сервер первого типа, так как ресурс процессора не тратится на запоминание состояний, вследствие чего сервер этого типа может обслужить большее количество пользователей. Недостатком такого сервера является то, что на его базе можно реализовать лишь наиболее простые услуги. Впрочем, прокси-сервер может функционировать как сервер с сохранением состояний для одних пользователей и как сервер без сохранения состояний -- для других.

Алгоритм работы пользователей с прокси-сервером выглядит следующим образом. Поставщик услуг IP-телефонии сообщает адрес прокси сервера своим пользователям. Вызывающий пользователь передает к проксисерверу запрос соединения. Сервер обрабатывает запрос, определяет местоположение вызываемого пользователя и передает запрос этому пользователю, а затем получает от него ответ, подтверждающий успешную обработку запроса, и транслирует этот ответ пользователю, передавшему запрос. Прокси-сервер может модифицировать некоторые заголовки сообщений, которые он транслирует, причем каждый сервер, обработавший запрос в процессе его передачи от источника к приемнику, должен указать это в SIP- запросе для того, чтобы ответ на запрос вернулся по такому же пути.

* Сервер переадресации.

Сервер переадресации предназначен для определения текущего адреса вызываемого пользователя. Вызывающий пользователь передает серверу сообщение с известным ему адресом вызываемого пользователя, а сервер обеспечивает переадресацию вызова на текущий адрес этого пользователя. Для реализации этой функции сервер переадресации должен взаимодействовать с сервером определения местоположения.

* Сервер определения местоположения пользователей.

Пользователь может перемещаться в пределах сети, поэтому необходим механизм определения его местоположения в текущий момент времени.

Для хранения текущего адреса пользователя служит сервер определения местоположения пользователей, представляющий собой базу данных адресной информации. Кроме постоянного адреса пользователя, в этой базе данных может храниться один или несколько текущих адресов.

Этот сервер может быть совмещен с прокси-сервером или быть реализован отдельно от прокси-сервера, но иметь возможность связываться с ним.

* Пример SIP-сети

Сети SIP обычно строятся из элементов трех основных типов: терминалов, прокси-серверов и серверов переадресации. На рис. 5.3 приведен пример возможного построения сети SIP.



Рис. 5.3. Пример построения сети SIP

Терминалы могут быть двух типов:

* Персональный компьютер со звуковой платой и программным обеспечением SIP-клиента.

* SIP-телефон, подключающийся непосредственно к ЛВС Ethernet.

Путем программирования сервер можно настроить на разные алгоритмы работы: он может обслуживать часть пользователей по одним правилам, а другую часть -- по иным.

В протоколе SIP определены два вида сигнальных сообщений -- запрос и ответ. Они имеют текстовый формат и базируются на протоколе HTTP. В запросе указываются процедуры, вызываемые для выполнения требуемых операций, а в ответе -- результаты их выполнения. Определены шесть процедур:

...