VOIP стандарты H.323 и SIP

ВЫСШАЯ ШКОЛА МАЙНОР
ИНСТИТУТ ИНФОТЕХНОЛОГИИ
 
 
 
 
 
 
 
Vadim Nironen
IT-2-V-Õ-tal
 
VOIP, СтандартыH.323/SIP
Работа по предмету
 
 
 
 
 
 
Руководитель: V. TombergMSc 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Таллинн 2010


 
Введение. 3 
1      Протокол H.323. 5 
1.1       Архитектура системы на базе стандарта Н.323. 5 
1.2       Терминал H.323. 5 
1.3       Шлюз. 6 
1.4       Контроллер зоны… 6 
1.5       Устройство управления конференциями. 7 
2      Сигнализация по стандарту H.323. 8 
2.1       Стек протокола H.323. 8 
2.2       Протокол RAS. 8 
2.3       Сигнальный канал Н.225.0. 9 
2.4       Управляющий канал Н.245. 10
3      Процедура соединения по H.323. 11
4      Протокол инициирования сеансов – SIP. 13
4.1       Принципы построения протокола SIP. 13
4.2       Интеграция протокола SIP с IPсетями. 14
4.3       Адресация. 15
4.4       ЭлементысетиSIP. 16
4.5       Сигнализация протокола SIP. 18
4.6       Установления соединения через сервер переадресации. 21
5      Заключение. 23
6      Используемая литература. 26
7      Приложение 1. 27

Введение
«Концепция передачи голоса по сети с помощью персонального компьютера зародилась в Университете штата Иллинойс (США). В 1993 г. Чарли Кляйн выпустил в свет Maven, первую программу для передачи голоса по сети с помощью PC. Одновременно одним из самых популярных мультимедийных приложений в сети стала CU-SeeMe, программа видеоконференций для Macintosh (Mac), разработанная в Корнельском университете.
Апрель 1994 г. Во время полета челнока Endeavor NASA передало на Землю его изображение с помощью программы CU-SeeMe. Одновременно, используя Maven, попробовали передавать и звук. Полученный сигнал из Льюисовского исследовательского центра поступал на Maven, соединенный с Интернет, и любой желающий мог услышать голоса астронавтов. Потом одну программу встроили в другую, и появился вариант CU-SeeMe с полными функциями аудио и видео как для Maven, так и для PC. Февраль 1995 г. Израильская компания VocalTec предложила первую версию программы Internet Phone, разработанную для владельцев мультимедийных PC, работающих под Windows. Это стало важной вехой в развитии Интернет-телефонии!» (А.В. Росляков, М.Ю. Самсонов & И, В, Шибаева 2003:16)
«Под IP телефонией (VOIPVoiceoverIP) понимают технологию передачи голоса  через сети протокола IP в режиме реального времени. Такой протокол используется как в сети Интернет, так и в локальных сетях. Обычный телефонный звонок можно разбить на две фазы: набор номера (и все что при этом происходит) и разговор. Точно так же и задача передачи телефонных звонков по сетям ip практически разбивается на две фазы: коммутация (маршрутизация) вызовов и передача данных (кодированного голоса). Коммутация вызовов осуществляется передачей сигнальных сообщений, а данный процесс упрощенно называется сигнализацией». (Б. С. Гольдштейн, А. А. Зарубин, В. В. Саморезов 2005:15) Сигнализация решается средствами специальных протоколов H.323, SIP и др. по мнению автора это на сегодняшний день 2 основных стандарта, которые будут рассмотрены ниже.
Данная работа предназначена для общего ознакомления со стандартами H.323 и SIP, и будет полезна как для начинающих, так и продвинутых пользователей, которых интересует VOIP. По мнению автора, эта технология в настоящее время бурно развивается, и является актуальной для её рассмотрения. Тема эта очень большая, и в данном реферате невозможно изложить все детали этих стандартов, каждая область этого вопроса, изложена в отдельных книгах. Таким образом, целью автора являлось ознакомить и дать некоторое знание об этих двух стандартах: Узнать, как работают эти стандарты, чем они отличаются, перспективы этих протоколов.1           Протокол H.3231.1     Архитектура системы на базе стандарта Н.323
«Основными устройствами сети являются: терминал, контроллер зоны (Gatekeeper), шлюз и устройство управления конференциями (MCU). Все перечисленные компоненты организованы в так называемые зоны Н.323. Одна зона состоит из контроллера зоны и нескольких оконечных точек, причем контроллер зоны управляет всеми оконечными точками своей зоны. Зоной может быть и вся сеть поставщика услуг IP-телефонии или ее часть, охватывающая отдельный регион. Деление на зоны Н.323 не зависит от топологии пакетной сети, но может быть использовано для организации наложенной сети Н.323 поверх пакетной сети, используемой исключительно в качестве транспорта. » ( А.В. Росляков, и др. 2003:37)1.2     Терминал H.323
«Терминал Н.323 представляет собой оконечное устройство пользователя сети IP-телефонии, способное передавать и принимать трафик в масштабе реального времени, взаимодействуя с другими терминалами Н.323, шлюзом или устройством управления конференциями. Для обеспечения этих функций терминал включает в себя:
·        элементы аудио (микрофон, акустические системы, телефонный микшер
·        система акустического эхоподавления)
·        элементы видео (монитор, видеокамера)
·        элементы сетевого интерфейса
·        интерфейс пользователя
Н.323-терминал должен поддерживать протоколы Н.245, Q.931, RAS, RTP/RTCP и семейство протоколов Н.450, а также включать в себя аудиокодек G.711. Также немаловажна поддержка протокола совместной работы над документами Т.120» (А.В. Росляков, и др. 2003:38) Определения протоколов смотри в приложении 1.1.3     Шлюз
«Технология передачи речи по IP-сети вместо классической сети с коммутацией каналов предусматривает конфигурацию с установкой шлюзов. Шлюз обеспечивает сжатие информации (голоса), конвертирование ее в IP-пакеты и направление в IP-сеть. С противоположной стороны шлюз осуществляет обратные действия: расшифровку и расформирование пакетов вызовов. В результате обычные телефонные аппараты без проблем принимают эти вызовы.
Такое преобразование информации не должно значительно исказить исходный речевой сигнал, а режим передачи обязан сохранить обмен информацией между абонентами в реальном масштабе времени. Более полно функции, выполняемые шлюзом, состоят в следующем:
·        реализация физического интерфейса с телефонной и IP-сетью
·        детектирование и генерация сигналов абонентской сигнализации
·        преобразование сигналов абонентской сигнализации в пакеты данных и обратно
·        преобразование речевого сигнала в пакеты данных и обратно
·        соединение абонентов
·        передача по сети сигнализационных и речевых пакетов
·        разъединение связи
 
Большая часть функций шлюза в рамках архитектуры TCP/IPреализуется в процессах прикладного уровня.
При отсутствии в сети контроллера зоны должна быть реализована еще одна функция шлюза – преобразование номера PSTN(public switched telephone network) в транспортный адрес IP-сети.
В случае, когда терминал Н.323 связывается с другим терминалом Н.323, расположенным в той же самой IP-сети, шлюз в этом соединении не участвует…. (А.В. Росляков, и др. 2003:39)1.4     Контроллер зоны
Контроллер зоны выполняет функции управления зоной сети IP-телефонии, в которую входят терминалы, шлюзы и устройства управления конференциями, зарегистрированные у этого контроллера зоны. Функции, выполняемые контроллером зоны:
·        регистрация оконечных и других устройств
·        преобразование alias-адреса (имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др. ) в транспортный адрес сети с маршрутизацией пакетов IP(IPадрес и номер порта TCP)
·        контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии
·        контроль, управление и резервирование пропускной способности сети
·        определение местоположения оконечного оборудования в сети
·        маршрутизация сигнальных сообщений между терминалами, расположенными в одной зоне
·        опрос и индикация текущего состояния оконечного оборудования
 
Контроллер зоны упрощает процесс вызова, позволяя использовать легко запоминающиеся alias-адреса. Функции контроллера зоны могут быть встроены в шлюзы, устройства управления конференциями, а также в терминалы Н.323. (А.В. Росляков, и др. 2003:41)1.5     Устройство управления конференциями
Устройство управления конференциями обеспечивает связь трех и более терминалов Н.323. Все терминалы, участвующие в конференции, устанавливают соединение с устройством управления конференциями (MCUMultipointControlUnit). Устройство управляет ресурсами конференции, согласовывает возможности терминалов по обработке звука и видео, определяет аудио и видеопотоки, которые необходимо направлять по многим адресам.
Рекомендация Н.323 предусматривает три вида конференций:
1. Централизованная конференция, в которой оконечные устройства соединяются в режиме точка-точка с устройством управления конференциями MCU, контролирующим процесс создания и завершения конференции, а также обрабатывающим потоки пользовательской информации.
2. Децентрализованная конференция, в которой каждый ее участник соединяется с остальными участниками в режиме точка-группа точек, и оконечные устройства сами обрабатывают (переключают или смешивают) потоки информации, поступающие от других участников конференции.
3. Смешанная конференция, т.е. комбинация двух предыдущих видов.
Контролер конференций должен использоваться для организации конференций любого вида. Он определяет режим конференции, который может быть общим для всех участников конференции или отдельным для каждого из них. (А.В. Росляков, и др. 2003:42)2           Сигнализация по стандарту H.3232.1     Стек протокола H.323
«Семейство протоколов Н.323 включает в себя три основных протокола: протокол взаимодействия оконечного оборудования с контроллером зоны – RAS, протокол управления соединениями – Н.225 и протокол управления логическими каналами – Н.245. Для переноса сигнальных сообщений H.225 и управляющих сообщений H.245 используется протокол с установлением соединения и с гарантированной доставкой информации – TCP. Сигнальные сообщения RAS переносятся протоколом с негарантированной доставкой информации – UDP. Для переноса речевой и видеоинформации используется протокол передачи информации в реальном времени – RTP. Контроль переноса пользовательской информации производится протоколом RTCP.
Эти три протокола  и другие, совместно с Интернет протоколами TCP/IP,UDP, RTP и RTCP» (Wikipedia.org) можно увидеть на рисунке 1.
 
/>
Рисунок 1.Стек протокола H.323 (http://www.voiceip.com.ua/articles/h323_stek.jpg)2.2     Протокол RAS
«H.225 Registration, Admission, andStatus(RAS)
RAS — это протокол, обеспечивающий сигнализацию между оконечными устройствами (терминалами и шлюзами) и контроллером зоны. RASиспользуется для:
1.      Обнаружение контроллера зоны
2.      Регистрация оконечного оборудования у контроллера зоны
3.      Контроль доступа оконечного оборудования к сетевым ресурсам
4.      Определение местоположения оконечного оборудования в сети
5.      Изменение полосы пропускания в процессе обслуживания вызова
6.      Опрос и индикация текущего состояния оконечного оборудования
7.      Оповещение контроллера зоны об освобождении полосы пропускания, ранее занимавшейся оборудованием.» (Соколов О.В. Слободской Н.В.online)
«Выполнение первых трех процедур, предусмотренных протоколом RAS, является начальной фазой установления соединения с использованием сигнализации Н.323. Далее следуют фаза сигнализации Н.225.0 (Q.931) и обмен управляющими сообщениями Н.245. Разъединение происходит в обратной последовательности: в первую очередь закрывается управляющий канал Н.245 и сигнальный канал Н.225.0, после чего по каналу RASконтроллер зоны оповещается об освобождении ранее занимавшейся оконечным оборудованием полосы пропускания.
Для переноса сообщений протокола RASиспользуется протокол негарантированной доставки информации UDP.
Данный канал сигнализации открывается перед установлением любого другого канала, так как является управляющим для всех типов каналов». (Гольдштейн Б.С., Пинчук А.В., Суховицкий А.Л.2006:48)2.3     Сигнальный канал Н.225.0
«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 происходит следующим образом. 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».(Соколов О.В. Слободской Н.В. 2006:70)2.4     Управляющий канал Н.245
«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.» (Соколов О.В. Слободской Н.В. 2006:75)
 3           Процедура соединения по H.323
«Сценарий установления соединения между двумя терминалами H.323 без использования контроллера зоны ( рисунок 2)
/>
  Рисунок 2.Установка соединения H.323 (http://www.voiceip.com.ua/articles/h323_h323_signaling_0001.gif)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.Оконечный пункт B откликается сообщением уведомления (Alerting). Оконечный пункт A должен принять это сообщение прежде, чем истечет время, отведенное на установку.Когда пользователь в оконечном пункте B отвечает на вызов (снимает трубку), сообщение Connect (соединение) передается в оконечный пункт A.Оба терминала передают информацию о своих возможностях (типы среды, выбор кодека и информация о мультиплексировании) в сообщении TerminalCapabilitySet (установка возможностей терминала).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.Каждый терминал передает сообщение H.245 OpenLogicalChannel (открыть логический канал), чтобы 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 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.Оконечные пункты обмениваются информацией в паке