Стандарт мультимедийной связи H.323

До его появления компании, которые хотели иметь базирующуюся на стандартах конференц-связь, использовали оборудование, совместимое с рекомендацией МСЭ Н.320. Хотя этот стандарт во многом способствовал распространению телеконференций, поскольку обеспечивал стыкуемость продуктов различных производителей, он налагал и некоторые ограничения. Большинство Н.320-совместимых систем работает только на линиях базового доступа ISDN (BRI), поэтому компаниям приходилось дополнять существующую у них сетевую инфраструктуру каналами ISDN.

Рекомендации МСЭ, входящие в стандарт Н.323, обеспечивают проведение мультимедийных конференций в пакетных сетях, в том числе в ЛВС Ethernet. Они определяют порядок функционирования абонентских терминалов в сетях с разделяемым ресурсом, не гарантирующих качества обслуживания (QoS). Стандарт Н.323 не связан с протоколом IР, однако, по-видимому, большинство реализаций Н.323 будет основано на этом протоколе, поскольку он широко применяется в корпоративных сетях. Многие известные производители, в том числе корпорации Intel (в семействе продуктов ProShare) и Microsoft (в продукте NetMeeting), обеспечивают поддержку Н.323.

Что такое H.323?

Набор рекомендаций МСЭ H.323 определяет сетевые компоненты, протоколы и процедуры, позволяющие организовать мультимедиа-связь в пакетных сетях. Под последними понимаются сети, в основу функционирования которых заложен принцип коммутации пакетов.

Пакет — это небольшой фрагмент данных, снабженный заголовком, который содержит адрес и другие служебные данные. Пакеты от различных пользователей передаются через один канал связи в режиме статистического разделения времени, что обеспечивает очень высокий коэффициент использования пропускной способности канала связи. Классическим примером пакетных сетей являются IP-сети (включая Internet). H.323-совместимые устройства могут применяться для телефонной связи (IP-телефония), передачи звука и видео (видеотелефония), а также звука, видео и данных (мультимедийные конференции).

Версии H.323

Стандарт H.323 утвержден 16-й исследовательской группой МСЭ. Его первая версия, принятая в октябре 1996 г., определила требования к аудиовизуальным системам и оборудованию ЛВС.

В связи с появлением множества аппаратно-программных средств организации телефонной связи по протоколу IP потребовалось внести изменения в спецификации H. 323, так как эти средства зачастую оказывались несовместимыми друг с другом. В частности, понадобилось обеспечить взаимодействие телефонных устройств на базе ПК и обычных телефонов для сетей, функционирующих по принципу коммутации каналов. Вторая версия H.323, учитывающая новые требования, была принята в январе 1998 г.

Сейчас готовится следующая версия стандарта. В ней будут описаны создание пакетных сетей факсимильной связи и организация связи между H.323-шлюзами. Речь идет и о таких функциях, распространенных в современной телефонии, как уведомление о поступлении второго вызова и режим справки. Некоторые компании добиваются включения в H.323 поддержки мультимедиа-возможностей, основанных на предложенном IETF протоколе Session Initiation Protocol. Помимо «телефонных» функций новая версия будет дополнена средствами, позволяющими учитывать параметры сеансов для целей тарификации, а также поддержкой каталогов — вместо цифровых IP-адресов можно будет пользоваться именами абонентов.

Стандарты семейства H.32x

Стандарт H.323 входит в семейство рекомендаций H.32x, описывающих порядок организации мультимедиа-связи в сетях различных типов:

H.320 — узкополосные цифровые коммутируемые сети, включая ISDN;
H.321 — широкополосные сети ISDN и АТМ;
H.322 — пакетные сети с гарантированной полосой пропускания;
H.324 — телефонные сети общего пользования (ТфОП).

Одна из основных целей разработки стандарта H.323 — обеспечение взаимодействия с другими типами сетей мультимедиа-связи. Данная задача реализуется с помощью шлюзов, осуществляющих трансляцию сигнализации и форматов данных.

Основные компоненты H.323

Стандарт H.323 определяет четыре основных компонента, которые вместе с сетевой структурой позволяют проводить двусторонние (точка—точка) и многосторонние (точка—много точек) мультимедиа-конференции.

Терминал H.323 может представлять собой ПК или автономное устройство, способное выполнять мультимедиа-приложение. Он обязан обеспечивать звуковую связь и может дополнительно поддерживать передачу видео или данных. Вследствие того, что основной функцией терминала H.323 является передача звука, он играет ключевую роль в предоставлении сервиса IP-телефонии.

H.323-терминал должен поддерживать протоколы H.245, Q.931, RAS, RTP/RTCP и семейство протоколов Н.450, а также включать в себя аудиокодек G.711. Его дополнительными компонентами могут быть другие аудиокодеки (см. ниже) и видеокодеки H.261 и/или H.263. Необязательной является поддержка протокола совместной работы над документами T.120.

Шлюз (gateway) 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. Шлюзы H.323 широко применяются в IP-телефонии для сопряжения IP-сетей и цифровых или аналоговых коммутируемых телефонных сетей (ISDN или ТфОП).

Рис. 1. Зона H.323

Контроллер зоны (gatekeeper) — важнейший компонент H.323-сети и центральная точка для всех обращений внутри одной зоны. H.323-зона — это совокупность терминалов, шлюзов и серверов MCU, управляемых одним контроллером. В зоне присутствует по крайней мере один терминал, а кроме того, она может включать сегменты ЛВС, объединенные маршрутизаторами (рис. 1).

Контроллер зоны — необязательный компонент сети H.323, однако если он присутствует в сети, то терминалы и шлюзы должны использовать его услуги. Отметим, что он может быть выполнен как часть шлюза или сервера MCU.

Стандарт H.323 определяет основные (обязательные) и дополнительные функции контроллера зоны (см. таблицу). К первой группе относятся трансляция адресов, контроль за установлением соединений между терминалами, а также последних с шлюзами и серверами MCU, управление полосой пропускания и др. Во вторую группу входит, в частности, такая важная функция, как маршрутизация вызовов. Она позволяет повысить эффективность работы сети, поскольку контроллер способен выбирать маршрут соединения на основе, например, данных о загрузке шлюзов своей зоны. Эта функция может служить и для переадресации вызова при отсутствии возможности установить соединение с вызываемым абонентом.

Функции контроллера зоны

Функции	Описание
Основные
Трансляция адресов	Преобразование внутренних адресов ЛВС и телефонных номеров формата E.164 (применяются в сетях ISDN) в транспортные адреса протоколов IP или IPX
Управление доступом	Авторизация доступа в H.323-сеть путем обмена RAS-сообщениями «запрос регистрации» (ARQ), «удовлетворение запроса» (ACF) и «отклонение запроса» (ARJ). Например, если сетевой администратор установил лимит числа одновременных соединений, то при достижении этого порога контроллер зоны будет отклонять новые запросы на доступ. Параметру данной функции может быть присвоено значение «0», что означает допуск всех оконечных точек в H.323-сеть
Управление полосой пропускания	Используются RAS-сообщения «запрос ширины полосы пропускания» (BRQ), «удовлетворение запроса» (BCF) и «отклонение запроса» (BRJ). Параметру данной функции может быть присвоено значение «0», что означает автоматическое удовлетворение всех запросов на изменение полосы пропускания
Дополнительные
Управление процессом установления соединений	При двусторонней конференции контроллер способен обрабатывать служебные сообщения протокола сигнализации Q.931. Контроллер может служить и простым ретранслятором таких сообщений от оконечных точек
Авторизация соединения	В соответствии со спецификациями Q.931 допускается отклонение контроллером запроса на установление соединения. Среди оснований — ограничение прав или времени доступа, а также другие критерии, находящиеся вне рамок стандарта Н.323
Управление вызовами	Контроллер зоны может отслеживать состояние всех активных соединений, что позволяет управлять вызовами, обеспечивая выделение необходимой полосы пропускания и баланс загрузки сетевых ресурсов за счет переадресации вызовов на другие терминалы и шлюзы

Сервер многосторонней конференции (MCU) обеспечивает связь трёх или более H.323-терминалов. Все терминалы, участвующие в конференции, устанавливают соединение с MCU. Сервер управляет ресурсами конференции, согласовывает возможности терминалов по обработке звука и видео, определяет аудио- и видеопотоки, которые необходимо направлять по многим адресам.

Другие компоненты и протоколы

Рис. 2. Совокупность

рекомендаций H.323

Видеоконференции стандарта H. 323 не зависят от типа сети пакетной коммутации и транспортных протоколов, используемых для их проведения. Однако стандарт определяет компоненты и протоколы, без которых мультимедийная конференция с применением программно-аппаратных средств от разных производителей становится невозможной (рис. 2). Такими обязательными элементами являются аудио- и видеокодеки, протоколы RAS, Q.931, H.245, RTP, RTCP, семейство рекомендаций Н.450.

Аудиокодек предназначен для оцифровки аналогового звукового сигнала и сжатия полученного цифрового сигнала, а также проведения обратной операции. Стандартом H.323 предусмотрена возможность использования пяти кодеков — G.711 (преобразование 3,1-кГц аналогового сигнала для передачи в цифровой форме на скоростях 48, 56 или 64 кбит/с), G.722 (7 кГц; 48, 56 или 64 кбит/с), G.723 (3,1 кГц; 5,3 или 6,3 кбит/с), G.728 (3,1 кГц; 16 кбит/с) и G.729 (3,1 кГц; 8 кбит/с). Каждый терминал должен поддерживать по крайней мере один аудиокодек.

Видеокодек предназначен для кодирования/раскодирования кадров видеопотока. Хотя стандарт H.323 определяет поддержку видео как необязательную услугу, каждый видеотерминал должен включать в себя кодек H.261. Он обеспечивает передачу оцифрованного видеопотока по одному или множеству каналов с пропускной способностью 64 кбит/с. Особенность этого кодека заключается в том, что часть кадров кодируется полностью, а в остальных кадрах — только их изменения.

Кроме того, H.323 допускает применение кодека H.263. Он обеспечивает передачу более качественного видео, но на меньших скоростях (передаются лишь коды изменений кадров). Взаимодействие между терминалами H.261 и H.263 возможно, поскольку те и другие поддерживают формат разрешения QCIF (176x144 пиксела).

Протокол сигнализации RAS (регистрации, подтверждения и состояния) применяется для передачи служебных сообщений между терминалами и контроллером зоны. RAS-сообщения служат для регистрации терминалов, допуска их к сеансу связи, изменения используемой полосы пропускания, информирования о состоянии сеанса и его прекращении. В отсутствии контроллера зоны протокол RAS не задействуется.

Протокол сигнализации Q.931 используется для установления и разрыва соединений между двумя терминалами H.323, а также между терминалом и шлюзом. Служебные сообщения этого протокола передаются поверх TCP.

Протокол управления мультимедийной конференцией H.245 обеспечивает:

согласование возможностей компонентов;
установление и разрыв логических каналов;
передачу запросов на установление приоритета;
управление потоком (загрузкой канала);
передачу общих команд и индикаторов.

Сообщения протокола H.245 передаются по H.245-каналу управления. Это логический канал «0», который, в отличие от каналов обмена мультимедиа-потоками, постоянно открыт. Межтерминальный обмен параметрами позволяет согласовывать режимы работы и форматы кодирования информации, что обеспечивает взаимодействие терминалов от разных производителей. В процессе обмена сообщениями о параметрах уточняются возможности терминалов принимать и передавать различные виды трафика.

Протокол RTP (RFC 1889) обеспечивает в IP-сетях доставку адресатам аудио- и видеопотоков в масштабе реального времени. Согласно стандарту H.323, в сетях с негарантированной полосой пропускания с целью минимизации задержек и максимального использования имеющейся полосы пропускания для передачи аудио- и видеопотоков, а также сигнализации RAS применяется протокол User Datagram Protocol (UDP). Этот протокол задействует механизм многоадресной рассылки (IP Multicast) для негарантированной доставки звука и видео определенному числу пользователей. Поверх IP Multicast работает RTP, который создает необходимые условия для нормального воспроизведения полученных потоков на абонентских терминалах.

RTP идентифицирует тип и номер пакета, устанавливает в него метку синхронизации. На основе этой информации приемный терминал синхронизирует звук, видео и данные, осуществляет их последовательное и непрерывное воспроизведение. Корректное функционирование RTP возможно при наличии в абонентских терминалах механизмов буферизации принимаемой информации.

Транспортный протокол управления передачей в режиме реального времени RTCP (RFC 1889) контролирует реализацию функций RTP. Он также отслеживает качество обслуживания и снабжает соответствующей информацией компоненты, участвующие в конференции.

Рис. 3. Сопряжение IP-телефонной сети и ТфОП

Дополнительные услуги в сетях Н.323 определяет семейство рекомендаций Н.450. Так, 450.1 описывает протокол сигнализации между двумя компонентами сети, позволяющий предоставлять дополнительные услуги, а Н.450.2 — механизмы услуги трансформации вызова (Call Transfer), благодаря которой соединение между терминалами А и Б преобразуется в соединение между Б и В. Дополнительная услуга Call Diversion, которую определяет рекомендация Н.450.3, предоставляет возможность переадресовать вызов в тех случаях, когда вызываемый абонент занят, не отвечает или когда предварительно установлен соответствующий параметр.

Взаимодействие с другими типами мультимедиа-сетей

Стандарт H. 323 определяет также порядок взаимодействия с оконечными устройствами других стандартов. Наиболее часто такая задача возникает при сопряжении телефонных сетей с коммутацией пакетов и коммутацией каналов (рис. 3). Сети стандарта H.323 совместимы и с другими типами H.32x-сетей. Межсетевое взаимодействие различных H.32x-сетей определяет рекомендация H.246.

ОБ АВТОРАХ

С Александром Осадчуком и Сергеем Матвеевым можно связаться: (095) 303-4372 (раб.); E-mail: comnet@aha.ru

Универсальный стандарт

Телекоммуникационный мир охвачен процессом конвергенции сетей телефонной связи и передачи данных. Internet-телефония, центры телефонного обслуживания на базе Web и некоторые другие приложения, которым прочат большое будущее, обеспечивают передачу речи и видео одновременно с данными и опираются на один и тот же стандарт — Н.323. Он определяет все — от процедур установления связи до различных услуг, которые могут предоставлять ПК, серверы, шлюзы и прочие устройства, образующие новую инфраструктуру универсальной связи.

Если речевые и видеосигналы объединяются с данными в одном приложении, то для его реализации требуется оборудование, поддерживающее ряд обязательных функций. Осознав необходимость такой поддержки, Международный союз электросвязи (МСЭ) утвердил в 1996/98 гг. стандарт Н.323, регламентирующий проведение видеоконференций в сетях с коммутацией пакетов.

МСЭ рассматривал Н.323 скорее как объединение различных спецификаций «под одной крышей», а не как базовый стандарт, поэтому в него вошли (в некоторых случаях — в расширенном виде) уже известные стандарты. Так, под крылом Н.323 разместились пять спецификаций, определяющих работу аудиокодеков, два стандарта на видеокодеки, один стандарт мультиплексирования данных, три стандарта сигнализации, а также версия протокола передачи в режиме реального времени (Real-Time Transport Protocol, RTP) речевых и видеопакетов.

Средства универсальной связи, соответствующие Н.323, не должны поддерживать каждую входящую в него спецификацию. Эти продукты обеспечивают лишь определенное подмножество функций, выбор которых зависит от роли конкретного устройства в Н.323-системе. Таких ролей всего четыре, поэтому все оборудование универсальных сетей подразделяется на четыре типа: терминалы, шлюзы, контроллеры зон и серверы многосторонней конференции.

Реализация Н.323 выгодна корпоративным пользователям, потому что позволяет объединить разные сетевые инфраструктуры. Компании получат интегрированные сети для передачи речи и данных, с которыми намного проще работать и эксплуатация которых обойдется им значительно дешевле. Стандарт Н.323 принесет выгоду и конечному пользователю, поскольку послужит катализатором для появления всевозможных приложений, использующих универсальные возможности сетей связи. Это, например, приложения для совместной работы или универсальная система сообщений, в которой один и тот же почтовый ящик сможет служить для получения как электронной, так и звуковой почты.

В деловой среде все большую популярность завоевывают основанные на стандарте Н.323 «бесплатная» междугородная и международная телефонная связь, а также ЛВС-телефония. В первом случае шлюз, удовлетворяющий рекомендациям Н.323, принимает вызовы из телефонной сети компании, преобразует речевые сигналы в пакеты данных и отправляет их по глобальному IP-соединению к месту назначения. Там, в свою очередь, шлюз Н.323 выполняет обратное преобразование пакетов в аналоговые сигналы, которые поступают в телефонную сеть другой организации, а затем — к абонентам.

ЛВС-телефония развивает эти возможности: подобно АТС, локальная сеть предоставляет услуги передачи речи, которые активизируются телефонными серверами, встроенными в учрежденские АТС или реализованными на базе Windows NT. Для того чтобы передавать вызовы в пределах ЛВС, телефонный сервер создает соединения между пользовательскими ПК и IP-телефонами, управляет ими и разрывает их в пределах пакетной сети. Соединения с пользователями, находящимися вне локальной сети, осуществляются с помощью шлюза Н.323.

Оба способа позволяют сократить расходы на телефонную связь. Кроме того, они создают базу для легкого перехода к поддержке видеоконференций. И это — лишь начало.

Многие обозреватели и аналитики считают Н.323 важнейшим компонентом, стимулирующим процесс конвергенции сетей. Организации, которые занимаются стандартами, входящими в Н.323, стремятся ускорить процесс их окончательного утверждения, дабы пользователи сумели как можно быстрее воспользоваться этими спецификациями в реальных проектах.

По предположению специалистов из компании 3Com на следующем этапе развития IP-телефонии к спецификациям Н.323, соответствующим нижним уровням ЭМВОС, будут добавлены новые. Они зафиксируют возможности обеспечения классов (class-of-service, CоS) и качества обслуживания (quality-of-service, QoS), т. е. услуг, относящихся, соответственно, ко второму (канальному) и третьему (сетевому) уровням. Разработкой спецификаций CоS/QoS занимается ряд организаций, в том числе рабочие группы IEEE 802.1p и IETF Diff-Serv, а также Европейский институт стандартизации в области электросвязи (ETSI), который включил продукты Н.323 в свой проект Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks.

Установление соединения между терминалами Р.323

Рассмотрим последовательность шагов по установлению связи между двумя мультимедийными H.323-терминалами (T1 и Т2), соединенными с контроллером зоны. Последнее условие не исключает прямых вызовов.

Прохождение запроса на установление соединения

1. T1 посылает контроллеру зоны сообщение ARQ по RAS-каналу и запрашивает разрешение на использование прямого канала сигнализации с Т2.

2. Контроллер зоны удовлетворяет запрос T1 сообщением ACF.

3. T1 посылает терминалу Т2 Q.931-сообщение «setup».

4. T2 отвечает Q.931-сообщением «call proceeding».

5. T2 регистрируется у контроллера зоны, отправляя ему сообщение ARQ по RAS-каналу.

6. Контроллер зоны подтверждает регистрацию RAS-сообщением ACF.

7. T2 уведомляет T1 о своей регистрации (а следовательно, о разрешении установить соединение) Q.931-сообщением «alerting».

8. После установления соединения T2 информирует Т1 о завершении процедуры Q.931-соообщением «connect».

Установление соединения по протоколу H.245

1. T1 посылает сообщение «TerminalCapabilitySet» терминалу T2.

2. T2 подтверждает начало сеанса согласования возможностей сообщением «TerminalCapabilitySetAck».

3. T2 информирует терминал T1 о своих параметрах сообщением «TerminalCapabilitySet».

4. T1 завершает процесс согласования возможностей сообщением «TerminalCapabilitySetAck».

5. T1 открывает канал передачи мультимедиа-информации в направлении T2 сообщением «openLogicalChannel» (в него входит транспортный адрес RTCP-канала).

6. T2 подтверждает открытие однонаправленного логического канала от T1 сообщением «openLogicalChannelAck» (оно включает также RTP-адрес терминала T2 и RTCP-адрес, полученный от T1).

7. T2 открывает мультимедиа-канал в направлении T1, информируя об этом сообщением «openLogicalChannel» (в его составе — RTCP-адрес).

8. T1 подтверждает установление однонаправленного логического канала от T2 сообщением «openLogicalChannelAck» (оно включает RTP-адрес терминала T1 и RTCP-адрес, полученный от T2). На этом процесс установления двунаправленного соединения завершается.

Прекращение сеанса связи

1. T2 инициализирует разъединение, посылая H.245-сообщение «EndSessionCommand».

2. T1 завершает обмен данными и подтверждает разъединение сообщением «EndSessionCommand».

3. T2 разрывает соединение после отправки Q931-сообщения «release complete».

4. T1 и T2 инициализируют свое отключение от контроллера зоны RAS-сообщениями DRQ.

5. Контроллер зоны отключает T1 и T2, предварительно оповестив их об этом сообщениями DCF.