Мультисервисные сети2

Рис. 5.5. Схема терминала H.323

Не менее важное значение имеют служебные протоколы передачи управляющей информации, например, протокол H.245, который используется для передачи различного рода служебной информации во время сеансов H.323. К таким служебным параметрам относятся: согласование параметров при установке сеанса с терминалами, команды на инициализацию и закрытие логических каналов, передачи сообщений управления потоками и т.д.

Для установки и закрытия соединения между двумя устройствами H.323 служит протокол сигнализации вызова Q.931, а для контроля за пропускной способностью и состоянием устройств используется протокол RAS.

Непосредственная передача данных в сеть осуществляется посредством протокола RTP, который представляет собой сетевой транспорт для приложений, передающих чувствительные к задержкам

мультимедийные данные. Протокол RTP не содержит встроенных механизмов резервирования полосы пропускания и не обеспечивает гарантируемое качество обслуживания QoS для приложений реального времени. Для усиления эффективности контроля передачи данных используется протокол RTCP. Оба эти протокола являются независимыми от протоколов сетевого и транспортного уровней. Ключевыми параметрами, используемыми для доставки данных, являются: идентификация передаваемых данных; уникальная нумерация передаваемых фрагментов; назначение временных меток и мониторинг доставки. Как правило, в качестве протокола транспортного уровня, используемого RTP, служит UDP, однако он может работать и через другие протоколы.

Рассмотрим процедуру установления соединения при использова-

нии H.323 (рис. 5.6).

1.Оконечное оборудование с помощью широковещательного запроса осуществляет поиск Softswitch (привратника) посылкой сооб-

щения GRQ (Gatekeeper Request).

2.Получив от оконечного оборудования сообщение GRQ, Softswitch отвечает сообщением GCF (Gatekeeper Confirm), если он готов обслуживать оконечное оборудование, и сообщением GRJ (Gatekeeper Reject) в противном случае. При отказе в обслуживании указывается причина отказа и дополнительная информация (например, адрес альтернативного

Softswitch).

3.Оконечное оборудование сообщением RRQ (Registration Request) отправляет Softswitch свой сетевой и мнемонический адрес.

4.В ответ Softswitch посылает сообщение RCF при успешной регистрации и сообщение RRJ (Registration Reject) в противном случае.

5.После регистрации оконечное оборудование может осуществить вызов определенного абонента передачей сообщения ARQ (Admission Request), в котором указывается скорость передачи (кратная 100 бит/с) и число каналов, необходимых для передачи речевой информации.

6.Softswitch отвечает сообщением ACF (Admission Confirm), если сеть может обеспечить запрашиваемые параметры, и сообщением

ARJ (Admission Reject) в противном случае.

7.После этого между вызывающим и вызываемым оборудованием устанавливается логический канал в соответствии с сигнализацией Q.931, причем запросы и ответы могут передаваться как через Softswitch, так и непосредственно.

8.После передачи сообщений Q.931 Setup и Connect между вызывающим и вызываемым оборудованием устанавливается канал управления в соответствии с протоколом H.245.

9.Вызываемое и вызывающее оборудование обмениваются информацией об адресах и номерах сеансов для протоколов RTP/RTCP,

Рис. 5.6. Процедура установления соединения при использовании H.323

после чего между ними создается определенное число каналов транспортировки RTP и каналов управления RTCP.

На этом процедура установления соединения заканчивается. Необходимо заметить, что в процессе рассмотренного выше взаимодействия участвуют и другие сообщения, управляющие параметрами регистрации, например, сообщение IRQ (Information Request), периодически отправляемое Softswitch оконечному оборудованию для проверки состояния соединения, сообщения URQ (Unregistered Request), UCF (Unregistered Confirm) и URJ (Unregistered Reject), служащие для отмены регистрации.

Протокол SIP. В качестве альтернативы H.323 может использо-

ваться протокол SIP (Session Initiation Protocol), представляющий со-

бой протокол прикладного уровня, являющийся частью архитектуры, предложенной IETF [5]. Архитектура сама по себе включает протоколы резервирования ресурсов (RSVP), транспортный протокол реального времени (RTP), протокол передачи потоков реального времени (RTCP), протокол описания параметров связи (SDP) и протокол уведомления о связи (SAP). Протокол SIP имеет общие черты с протоколом HTTP, такие как синтаксис и архитектура «клиент-сервер». В силу этого все взаимодействия в сети использующей протокол SIP построены через отправку запросов клиентом, а также прием, обработку и формирование ответов со стороны сервера.

Сеть, построенная на основе протокола SIP, включает в себя следующие узлы:

агенты пользователя, являющиеся приложениями терминалов и состоящие из клиентской и серверной частей (клиентская часть инициирует SIP-запросы, серверная принимает запросы и возвращает ответы);

прокси-сервер интерпретирует (и может перезаписывать) заголовки поступивших от клиентов запросов перед отправкой их другим серверам. Ответы клиенту SIP также поступают не напрямую, а через обслуживающий его прокси-сервер;

сервер переадресации определяет текущее местоположение вызываемого абонента и сообщает его вызывающему пользователю. Стек протоколов, используемый при осуществлении взаимодейст-

вия по протоколу SIP, включает в себя следующие протоколы:

Сообщения-ответы протокола SIP бывают шести видов:

запрос в процессе выполнения (код возврата 1хх);

успешный запрос (2хх);

переадресация (3хх);

неправильный запрос (4хх);

отказ сервера (5хх);

глобальный отказ (6хх).

Общая схема сети, построенной для использования в ней протокола SIP, представлена на рис. 5.7 [2].

Рассмотрим процедуру установления соединения при взаимодействии узлов по протоколу SIP.

Рис. 5.7. Общая схема сети, построенной для использования

вней протокола SIP

1.Клиент агента пользователя-отправителя SIP посылает проксисерверу SIP сообщение INVITE, служащее для установления нового соединения.

2.Прокси-сервер осуществляет поиск вызываемого абонента, для чего обращается к серверу адресов.

3.Сервер адресов возвращает серверу запросов ответ, содержащий адрес вызываемого абонента.

4.Прокси-сервер пересылает запрос INVITE серверу агента поль- зователя-адресата.

5.Сервер агента пользователя-адресата возвращает прокси-серверу ответ.

6.Прокси-сервер пересылает ответ клиенту агента пользователяотправителя.

7.Клиент агента пользователя-отправителя отправляет прокси-сер- веру сообщение АСК, свидетельствующее об успешном установлении соединения.

8.Прокси-сервер перенаправляет сообщение АСК серверу агента пользователя-адресата.

9. Клиенты отправителя и адресата начинают обмениваться мультимедийными данными между собой.

На приведенной схеме сети (рис.5.7) отсутствует элемент, предусмотренный стандартом SIP, – сервер определения местоположения. Наличие этого сервера связано с необходимостью обеспечения мобильности пользователей в пределах сети IP-телефонии. При перемещении пользователя в пределах сети он с помощью сообщения REGISTER информирует все остальные элементы сети. За хранение актуального на текущий момент адреса пользователя отвечает как раз сервер определения местоположения. Кроме постоянного адреса пользователя в его базе может храниться еще несколько адресов. В регламентирующем документе RFC-2543 [5] сервер определения местоположения представлен как отдельный элемент, а конкретные технологии, обеспечивающие его работу, не указаны. В реальных сетях для этого обычно используются протоколы LDAP, rwhois и др. Также стоит обратить внимание на то, что любой пользователь никогда не обращается к серверу определения местоположения напрямую, а взаимодействует с ним только через прокси-сервер SIP [1].

Протокол MGCP. Более современный подход к построению сетей IP-телефонии заключается в использовании протокола MGCP [6]. Преимущества этого протокола состоит в том, что при построении сети IP-телефонии он предусматривает совместное использование как имеющихся устройств H.323, так и устройств SIP. В сущности, MGCP не предлагает модели построения системы IPтелефонии «сверху донизу», а лишь определяет средства управления шлюзами. Эта модель оперирует компонентами двух видов – портами и подключениями. В качестве портов могут выступать физические порты – аналоговые или цифровые интерфейсы, поддерживающие одно телефонное соединение, или виртуальные порты – программное обеспечение, являющееся источником речевой информации на сервере. Под соединением понимают наличие подключения порта к одному из концов канала, которое создается между ним и другим портом. При подключении порта с другой стороны канала будет создано еще одно соединение.

Для описания процесса обслуживания вызова используется специально разработанная модель организациисоединения (Connection Model).

ВпротоколеMGCP определяютсяследующиетипы устройств(рис. 5.8):

транспортный шлюз – Media Gateway (MG) – выполняет прием речевой информации, поступающей от «классической» телефонной сети (PSTN), и преобразует ее в вид, пригодный для транспортировки по IP-сетям;

контроллер шлюзов – Gall Agent – выполняет функции управления несколькими шлюзами; в сети может находиться несколько контроллеров, синхронизированных между собой;

Рис. 5.8. Схема сети с использованием протокола MGCP

шлюз сигнализации – Signaling Gateway (SG) – обеспечивает пе-

ремещение сигнальной информации между телефонной сетью и контроллером шлюзов, выполняет роль транзитного узла по отношению к сети сигнализации ОКС № 7 (т.е. к ТфОП).

Шлюз сигнализации должен принимать сигнальные сообщения верхнего уровня, поступающие из телефонной сети общего пользования, и отправлять их к контроллеру шлюзов, а также передавать по IP-сети сигнальные сообщения формата Q.931.

Протокол MGCP, используемый контроллерами шлюзов, является внутренним протоколом для обмена информацией между распределенными блоками распределенного шлюза и подразумевает явное одностороннее управление, при котором контроллер шлюзов является ведущим устройством, а шлюз – ведомым, выполняющим все команды контроллера шлюзов.

К наиболее значимым преимуществам протокола MGCP относятся поддержка сигнализации ОКС № 7 и других видов телефонной сигнализации, возможность прозрачной трансляции сигнальной информации по сети IP-телефонии без необходимости кодирования.

Протокол MEGACO/H.248. Развитием протоколов управления шлюзами стал протокол MEGACO/H.248, более функциональный, чем протокол MGCP [7]. Для переноса транспортных сообщений этот протокол может использовать как классические протоколы TCP/UDP, так и новый разработанный SIGTRAN протокол SCTP или транспортную технологию АТМ. Его сообщения могут кодироваться либо текстовым спосо-

бом – тогда для кодирования сигнальной информации используется обычный текст, а для описания сеанса связи используется протокол

SDP (Session Description Protocol), либо бинарным способом – тогда для кодирования сигнальной информации используется нотация

ASN.1, а для описания сеанса связи – схема TLV (Tag-Length Value).

Внутри транспортного шлюза протокол оперирует двумя понятиями – портами и контекстами. Понятие физических портов не отличается от принятого в протоколе MGCP. Виртуальные порты существуют только в пределах разговорной сессии и являются портами RTP, через которые ведется прием и передача информации. Каждый порт имеет свой уникальный номер и набор приписываемых ему свойств, каждое из которых, в свою очередь, характеризуется уникальным идентификатором.

Контекст – это отображение связи между несколькими портами. Особым случаем является нулевой контекст, означающий, что порт свободен. В случае организации видеоконференции контекст определяет возможные потоки данных, циркулирующих между портами [1].

Соответственно, множество команд протокола MEGACO/H.248 содержит в себе команды добавления порта к контектсу, удаления порта из контекста и т.д.

Достаточно полное описание протоколов SIP, SIP-T, H.248 и SIGTRAN приведено в [8].

Сравнение протоколов IP-телефонии. Говоря о сравнении про-

токолов IP-телефонии, обычно имеют в виду сравнение протоколов H.323 и SIP. Это обусловлено тем, что только эти два протокола представляют собой законченные решения по построению реально работающих сетей IP-телефонии. В области управления транспортными шлюзами также существуют два основных управляющих протокола – MGCP и MEGACO/H.248, хотя они и имеют между собой больше общих черт, чем H.323 и SIP.

Архитектура. Для протокола SIP представляет собой набор независимых модулей, взаимодействующих между собой. Непосредственно в стандарте предусмотрено описание только трех разделов – сигнализации базового звонка (basic call signaling), определения местоположения пользователя (user location) и регистрации (registration). Остальные функции, например, QoS или службы каталогов, описываются внешними по отношению к стандарту протоколами. Вместе с тем стандарт H.323 предоставляет готовый набор протоколов для описания и реализации всех возможных служб (достаточно большое число протоколов).

Формат описания сообщений и кодирование сообщений. Для про-

токола H.323 предусмотрен формат описания ASN.1, причем сообщения имеют двоичный формат, в то время, как SIP описывается с помощью усиленной формы Бэкуса-Науэра и его сообщения имеют тек-

стовый формат. С точки зрения написания и отладки программ протокол SIP имеет перед H.323 несомненное преимущество, так как двоичные сообщения крайне тяжелы для восприятия. Кроме того, объем описания стандарта SIP (виды запросов, типы полей) занимает в несколько раз меньше страниц, чем аналогичное описание H.323. Для сравнения, описание базовой спецификации H.323 занимает 736 страниц (и это без ASN.1 и правил кодирования пакетов), аналогичное описание для SIP – 128 страниц; в описание H.323 входят сотни элементов, в описание SIP – только 37 заголовков, каждый из которых содержит весьма небольшое число полей.

Транспортная среда. Хотя в описании стандартов для обоих протоколов в настоящий момент в качестве транспорта предусмотрено использование как ТСР, так и UDP, однако подавляющее большинство существующих реализаций использует транспорт ТСР (квитируемый) для H.323 и транспорт UDP (неквитируемый) для SIP. Применение квитируемого протокола очень сильно влияет на время установления соединения – если для SIP это время в среднем составляет 1.5 RTT, то для H.323 – до 7 RTT (хотя с использованием механизмов Fast Start это время можно существенно уменьшить).

Система адресации. Протокол SIP поддерживает имена в формате URL, в том числе адреса электронной почты, адреса HTTP; протокол H.323 поддерживает адреса формата Е.164.

Мобильность пользователей. В стандарте H.323 не обеспечива-

ется вообще в силу отсутствия необходимых механизмов, в SIP – обеспечивается при наличии в сети сервера определения местоположения.

Число одновременно поддерживаемых сессий. При использовании

H.323 процесс прохождения сессии происходит с обязательным участием контроллера зоны, что создает значительную нагрузку на аппаратные ресурсы. При использовании SIP сервер, передав запрос на соединение вызываемому абоненту, «забывает» о нем. Наличие такой возможности связано с тем, что передаваемые запросы и ответы содержат достаточные механизмы контроля состояния сессии. Как следствие, при одинаковых аппаратных средствах использование протокола SIP с точки зрения числа поддерживаемых сессий предпочтительнее, чем использование H.323.

Сопряжение с ТфОП. Для сопряжения с существующими телефонными сетями общего пользования (ТфОП) H.323 поддерживает сигнализацию Q.931. Протокол SIP стандартными средствами с классическими телефонными сетями общего пользования не сопрягается (недавно именно в целях обеспечения сопряжения с ТфОП был разработан адаптивный протокол SIP-Т, являющийся модификацией SIP и позволяющий инкапсулировать сообщения Q.931 непосредственно в тело сообщения SIP).