IP-телефония I часть

Передача голоса и
видео через
Internet
•Определения и цели IP-телефонии
•Основные характеристики телефонных сетей
•Проблемы пакетизированной передачи голоса и
видео
•Стадии развития и схемы построения систем IPтелефонии
•Кодеки G.711, G.723, G.729 и роль DSP
•Протоколы передачи потоковых данных RTP и
RTCP
•Стандарты H.323 как основа мультимедийных
Internet-систем
Terminals, gateways, gatekeepers - элементы системы H.323
Адресация в системах IP-телефонии
Регистрация оконечного оборудования с помощью протокола
•Распределенные коммутаторы (Soft switches) на основе
протоколов MGCP и Megaco/H.248
•Архитектура сетей SIP:
–Терминал, прокси-сервер, сервер переадресации, сервер
определения местоположения пользователей
•Установление мультимедийных сессий с помощью
протоколов SIP и SDP
• Сравнение систем IP-телефонии, построенных на основе
H.323 и SIP
•Трансляция адресов E.164 в DNS-имена с помощью схемы
ENUM
•Реализация систем IP-телефонии
•Трансляция протоколов сигнализации SS7 и SIP, передача
SS7 по SCTP
Определения: IP-телефония, Internet-телефония,
Voice over IP (VoIP)
Определение форума ITU «World Telecommunication Policy Forum
(WTPF 2001, 7-9 March 2001)», полностью посвященного IPтелефонии:
«IP-телефония» - это общий термин, обозначающий передачу
голоса и факса (а также связанные с этим сервисы) частично или
полностью через пакетные сети на основе протокола IP.
Понятие «IP-телефония» распространяется также и на те случаи,
когда голос и факс передаются вместе с другими видами
информации, в частности с текстом и изображением.
«VoIP» - синоним термина «IP-телефония»
«Internet-телефония» - более узкий термин, соответствующий
случаю, когда услуги IP-телефонии частично или полностью
осуществляются через Internet.
Voice is easy, telephony is hard… Nortel
Принципы определений IP телефонии группы ETSI TIPHON
(Telecommunication and Internet Protocol Harmonization over
Networks, основана в 1997 г.)

Определения телекоммуникационных понятий прежде всего должны
базироваться на услугах, а не на технологиях - главная цель определений и
правил регулирования - защита и поддержка пользователей, а для пользователя
не имеет значения, на основе какой технологии реализуется предоставляемая
ему услуга.
 Отказ различать предоставление услуг через частную IP-сеть и
Internet -разницу между публичным Internet и частной IP-сетью зачастую
обнаружить непросто
 Три критерия классификации: тип трафика, способ идентификации
абонента и технология передачи. Несмотря на то, что TIPHON считает,
что технология – это вторичный аспект, полностью игнорировать его в
данном случае они не смогли.
Определения TIPHON
Voice over IP – общий термин для любого сервиса, передающего голос и
использующего для этого IP-сеть в форме Internet или частной сети.
IP-телефония – это сервис телефонии, то есть сервис,
обеспечивающий коммутируемые голосовые соединения
преимущественно по схеме один-ко-одному, который
обеспечивается сетью, использующей протоколы IP в форме
общедоступного Internet или частной IP-сети
Public Telephony - сервис, обеспечивающий коммутируемые
голосовые соединения преимущественно по схеме один-ко-одному,
который использует адресацию E.164
+371 776 13 80
Это расширение области действия традиционного названия Телефонная
сеть Общего Пользования, ТфОП
(Public Switched Telephony Network, PSTN – более узкий термин)
Internet Telephony - сервис, обеспечивающий коммутируемые
голосовые соединения преимущественно по схеме один-ко-одному, который
использует доменные имена Internet:
 robert@ibm.com
Адресация E.164 с префиксами ISO-7498
AFI
Initial
Part
(до 15 цифр)
(Authority and Format
Inentifier)
E.164
X.25
PSTN
Geographical
Intern. Org
Domain
Country
44
Sity
207
DSP
(до 40 цифр)
Number
333-44-55
Extensions
567
Цели IP-телефонии
•Снижение себестоимости (для провайдера) и
стоимости (для пользователя) междугородных и
международных звонков (тактическая цель)
IP-инфраструктура дешевле PSTN
Стоимость дальней связи часто завышена – источник
развития инфраструктуры PSTN и стремление к
сверхприбылям монополиста
•Легкость начала бизнеса для небольших
компаний
•Введение новых услуг за счет интеграции
телефонии и обработки данных
(стратегическая цель)
Снижение стоимости дальней связи
ГТС
ГТС
Провайдер IP-tel
Америка
Провайдер IP-tel
Европа
Internet
Голос по телефонным
коммутируемым каналам
Голос в IP пакетах
Для начинающего провайдера:
•Нужно подключиться к ГТС
•Нужно заключить договор с Internet-провайдером
•Нужно заключить договоры с другими IPtelпровайдерами (IPTP)
Новые услуги
Пример: вторая виртуальная линия для абонента
(Internet Call Waiting)
Соединение с
Internet
Занято
1
2
Шлюз IPтелефонии
Перемаршрутизация
ТфОП
3
Internet
3
Направление вызова по IP-телефонии через
Internet и ГТС – если компьютер оснащен
средствами IP-телефонии
Сервер
удаленного
доступа
Пакетная передача голоса в сценарии
«компьютер-компьютер» (без промежуточной сети ТфОП)
Микрофон
АЦП
3.
1.
Setup bob.att.com
Ответ
DNS - 2.Запрос
4.8.7.
6.
Setup
Open
Речь
Ack DNS
channel
open
в пакетах
channel
192.100.15.106
bob.att.com
192.100.15.105
RTP
RTP
RTP
Наушники,
динамики
ЦАП
Компрессия
речевой
информации
Пакетизация
4.
Управление
и
5. Setup
Connect
сигнализация
192.100.15.105
192.100.15.105
Декомпрессия
речевой
информации
Депакетизация
7.
Ack
open
channel
6.
4.
Open
Setup
channel
5.
Connect
8.
Речь
в пакетах
IP
RTP
RTP
192.100.15.105
192.100.15.105
RTP
Микрофон
АЦП
8. Речь в пакетах
RTP
Наушники,
динамики
Компрессия
речевой
информации
Пакетизация
4.
6.Setup
Open channel
Управление и
5.
Connect
7.
Ack open
channel
сигнализация
192.100.15.105
RTP
192.100.15.105
RTP
ЦАП
Декомпрессия
речевой
информации
Депакетизация
IP-телефония в сочетании с телефонией
традиционной
Branch Office
Analog
Voice
VoIP Gateway
“Resident side”
Digital IP
Voice
Gatekeeper
“Connection Management”
IP
PBX or
KTS
Fax
VoIP Gateway
“Trunk side”
Digital
Voice
Analog
Voice
Headquarters
Схемы и этапы развития IP-телефонии
1-й критерий классификации – сеть подключения абонентов (IP или
PSTN) и наличие транзитной сети другой технологии
2-й критерий классификации – инициатор вызова (при разных
сетях у абонентов)
2-й критерий классификации – корпоративные или массовые
абоненты
Схемы в зависимости от сети подключения абонентов
и транзитной сети
1. IP – IP без промежуточной сети PSTN (будущее)
NGN с IP
транспортом
или
или
Станция IP-tel
провайдера услуг - IPTP
IP phone
IP phone
2. IP – IP c промежуточной сетью PSTN – корпоративные абоненты,
установившие IP PBX, но не имеющие частную IP сеть,
обеспечивающую нужный уровень QoS
IP PBX Softswitch ITG
PSTN
IP-telephony
Адреса конечных абонентов – E.164
Нужна система отображения – E.164 <-> DNS
3. PBX – IP Private – PBX: корпоративная IP-телефония
А. Корпоративные сети без VoIP
Headquarters
Branch Office
$
PCs
WAN
File
Server
Remote
Bridge/Router
$
Phone/Fax Calls
PBX
Remote
Bridge/Router
B. Корпоративные сети с обычными PBX и шлюзами ITG – предприятие
имеет частную сеть IP с нужным уровнем QoS
Branch Office
Headquarters
PBX
IP
Phone
IP Router
IP Router
IP WAN
IP Phone
IP Tel
Gateway
IP Tel
Gateway
Gatekeeper
Branch Office
PBX
PBX
IP Router
IP Phone
IP Tel
Gateway
IP Эволюция бизнес-применения IP-телефонии
Интегрированные доступ, сети и системы
Интегрированный доступ
Сети
Системы
Персонал
IP Telephony Gateway
Traditional
Phone
PSTN
IP
Telephony
Gateway
V
P
S
Automated
Agents
Switch
V
P
S
Customer
Information
Router
Voice &
Fax Mail
Router
IP
Telephony
Gateway
Management
Systems
Video
Internet
Data
IP Telephony Gateway
IP Telephony Gateway
Web
Каждая сеть резервирует другую!
E-Commerce
E-mail
4. Phone-PSTN-IP-PSTN-Phone
IP Telephony для операторов - сегодня
Узел
IPTP
Узел
IPTP
Узел
IPTP
5. IP – Phone c промежуточными сетями IP и PSTN
А) Инициатор соединения – IP-телефон -> похоже на схему 2
IP
ITG
Softswitch
PSTN
IP-telephony
По такой схеме оказываются услуги компаниями
Net2Phone и DotDialer
Адреса конечных абонентов – E.164
Cистема отображения – E.164 <-> DNS ?
5. IP – Phone c промежуточными сетями IP и PSTN
B) Инициатор соединения – Phone
IP
ITG
Softswitch
IP-telephony
Адреса конечных абонентов – DNS
Cистема отображения – E.164 <-> DNS ?
PSTN
Телефония через сети передачи данных

Возможности телефонии

WAN




Frame Relay
IP
W
A
N
LAN




Кодирование голоса
Транспортировка голоса
Управление вызовами
ATM
Транспортировка голоса
Терминалы с поддержкой голоса
Управление вызовами
Приложения



Интегрированный уровень
представления
Интегрированные бизнесприложения
Интегрированное управление
(directory, policy)
L
A
N
A
P
P
S
Преимущества IP-телефонии
Кратковременные
Fax
Private IP network
Private IP network
Internet
(Internet)
Toll Bypass &
Consolidation
Экономия
Долговременные
Voice Mail
E-mail
Unified Messaging
Новые
приложения
E-Commerce
Бизнес-применение
Этапы развития IP-телефонии
<1998
Переходный период
Телефония с коммутацией
каналов
>2002
Гибридная пакетнаяканальная телфония
IP-телефония
PBX +Apps
Distributed
Gatekeeper
KS +Apps
KS
PSTN
Apps
Dist. Apps Svrs
IP Phones
PBX
Unified
Mgmt
Directory
Policy
VoIP
IP Appliances
QoS+
QoS
IP LAN/WAN
IP LAN/WAN
ATM/FR
Integrated
Management
Directories
PSTN
PBX / KS
Apps Svr
VoIP, Router
Integrated Mgmt
Small Site
Physical
Integration
Call Svr, Apps Svr
Router, Mgmt Svcs
Directory Svcs *
Policy Svcs *
IP LAN/WAN
Ethernet
IP Phones
Legacy
Access
Modules
Small Site
Physical
Integration
Особенности PSTN – их нужно эмулировать в IP
Телефонная сеть – простые терминалы, сложные
коммутаторы, сложные процедуры установления
соединений между абонентами в реальном времени
FXS
FXS
Телефонный коммутатор запоминает все соединения между абонентами,
проходящие через него (statefull) – причина высокой стоимости
IP-сеть: сложные терминалы (компьютеры) и
простые коммутаторы (IP-маршрутизаторы)
Традиционная IP-сеть (без новых
свойств) не обеспечивает
качества обслуживания
Только IP
Маршрутизаторы – устройства «без памяти» - они
обрабатывают каждый пакет отдельно, не запоминая
соединений между конечными пользователями
Mainframe
Основная проблема IP-телефонии: новые
сервисы IP-сети должны эмулировать
обработку телефонных соединений в PSTN
Только IP
Новые элементы IPсети:
•Шлюз ITG
•Привратник
(softswitches)
•Система биллинга
•Серверы приложений
Mainframe
Базовая процедура установления вызова в телефонной
сети по протоколу Q.931
Разговор
Дополнительные услуги ISDN
•Direct dialing-in – позволяет непосредственно звонить другому пользователю,
подключенному к ISDN-совместимой PBX, без посредничества секретаря
•Calling line identification presentation – предоставление вызываемой стороне номера
вызывающей стороны
•Calling line identification restriction – ограничение предоставления вызываемой стороне
номера вызывающей стороны
•Call transfer – перевод принятого вызова третьей стороне
•Call forwarding busy, no reply, unconditional – переадресация вызова по занятости
вызываемого абонента, его не ответу или безусловная
•Line hunting – распределение звонков на определенный номер по группе интерфейсов или
терминалов.
•Call waiting, hold – уведомление пользователя, уже соединенного с кем-то, о приходе
нового вызова. Пользователь имеет возможность принять или отклонить вызов.
•Conference call – возможность нескольким пользователям одновременно участвовать в
разговоре
•Closed user group (VPN)– члены группы могут взаимодействовать только между собой,
один или несколько членов могут общаться с внешним миром
IP телефония должна обеспечить тот же набор услуг!
Стек протоколов SS7/IN
MAP
MUP
HUP
OMAP
INAP
ISUP
TCAP
SCCP
3 уровня MTP
TUP
Базовая процедура установления вызова в телефонной
сети по протоколу ISUP/SS7
Интеллектуальная сеть – отделение дополнительных услуг
от базовой коммутации
555-10-34
SSP
Переключение
сервиса
800-236-450
SCP
SSP – Service Switching Point
Логика услуг
SCP – Service Control Point
SMP – Service Management Point
SCEP – Service Creation Environment
Point
SMP
SCEP
236-450
555-10-34
236-451
310-23-69
Модель процесса обслуживания вызова
Триггерные точки инициации
обращения к SCP
SСP
Процесс
обслуживания
вызова
Накопленная
информация
Адрес назначения
SSP
Состояния процесса:
•Трубка снята
•Накопление цифр номера
•Анализ номера
•Маршрутизация
•…
Логика
услуг
Набор услуг CS-1 интеллектуальной сети
•Automatic Alternative Billing – вызов с любого аппарата, плата относится на счет
абонента, который определен для этой услуги и не принадлежит к вызываемой или
вызывающей стороне
•Abbreviating Dialing – сокращенный набор, (функции VPN)
•Credit Card Calling – вызов по кредитной карте. Абонент должен набрать номер своей
карты и PIN, затем – номер вызываемого абонента
•Conference call – возможность нескольким пользователям одновременно участвовать в
разговоре
•Call Distribution – распределение входящих вызовов:
•равномерное
•процентное
•приоритетное
•Call forwarding – безусловная переадресация вызова на другой номер
•Call Rerouting Distribution – при определенных условиях (абонент занят, не отвечает,
переполнена очередь и др.) вызов направляется на другой номер, либо подключается к
средствам воспроизведения речевого сообщения, либо ставится на ожидание.
Набор услуг CS-1 интеллектуальной сети
(продолжение)
•Destination Call Routing – маршрутизация вызовов на разные терминальные устройства
по условию:
•Время дня, день недели и т.п.
•Географическое положение вызывающего абонента
•Стоимостные коэффициенты
•Коэффициенты распределения нагрузки, устанавливаемые абонентом.
•Follow Me Diversion – переадресация «вслед за собой». Абонент может назначать новый
номер для переадресации звонков на его постоянный номер
•Freephone – бесплатный вызов. Плата за вызов относится на счет заказчика услуги.
Абоненты получают доступ по единому номеру к ближайшему офису заказчика.
•Premium Rate – услуга с дополнительной оплатой. Абоненту начисляется плата как за
полученную связь, так и за дополнительную информацию, предоставляемую заказчиком
услуги. Доход распределяется между оператором сети и заказчиком.
•Televoting – телеголосование. Опрос общественного мнения с помощью сети. Для разных
вариантов ответов используются разные номера.
Технологические
составляяющие IP Telephony





Алгоритмы компрессии/декомпрессии (codec на
основе Digital Signal Processor,DSP )
Протоколы транспортировки речи – RTP, RTCP
Протоколы сигнализации IP Telephony H.323 и
SIP
Распределенные шлюзы MGCP, MEGACO
Обеспечение Quality of Service (QoS)
Стандарты IP-телефонии
ANSI
IAB
IETF
(Internet Engineering
Task Force)
Transport Area
DiffServ
(Differentiated Services)
IntServ
(Integrated Services)
IPTel
(IP Telephony)
MEGACO
(Media Gateway Control)
MGCP (Media Gateway
Control Protocol)
Committee T1
T1A1
Performance and Signal
Processing
T1A1.7 Report No. 56
Performance Guidelines for
Voiceband Services Over Hybrid
Internet/PSTN Connections
T1A1.5
Multimedia Communications
Coding and Performance
RSVP
(Resource Reservation Setup
Protocol)
UN
EU
TIA (Telecommunications
Industry Association)
ITU-T (International
Telecommunication
Union - Telecom)
ETSI (European
Telecommunications
Standards Institute)
Q
TR-41
User Premises
Telephone Equipment
Requirements
Q
SG12
End-to-end Transmission
Performance of
Networks & Terminals
TR-41.1.2
IP/SCN End-to-End Voice
Transmission Requirements
Q
TIPHON
(Telecommunications &
Internet Protocol
Harmonization Over
Networks)
G.107 E-Model
Working Group 5 QoS
TR-101 329
General Aspects of
Quality of Service (QoS)
TR-41.3
Analog and Digital
Wireline
TR-41.3.3 PN-4352
Transmission Requirements for
Voice over IP and Voice over
PCM Digital Wireline Telephones
MMUSIC
(Multiparty Multimedia Session
Control)
SIP
(Session Initiation Protocol)
Q
Key in
Voice Quality
TR-41.3.4 PN-4462
Performance and Interoperability
Requirements for VoIP
Telephone Terminals
G.109
Definition of categories of speech
transmission quality
G.177
Transmission planning for
voiceband services over
Internet/PSTN connections
Question 23/12 *
Study Group 16
Multimedia Services and
Systems
Working Group 6
Verification and Demonstration
Q
STQ
Speech processing,
Transmission and
Quality aspects
H.323
Packet-based multimedia
communication system
G.7XX Vocoders
* Transmission performance considerations for voiceband services carried on networks that use Internet Protocol
Кодеки и DSP
Алгоритмы codec’ов
Bandwidth
PCM (ITU G.711)
(Pulse Code Modulation)
CS-ACELP (ITU G.729)
(Conjugate-Structure Algebraic Code-Excited Linear-Predictive)
MP-MLQ/ACELP (ITU G.723.1)
(Multipulse Maximum Likelihood Quantization/ Algebraic Code-Excited
Linear-Predictive)
5.3/
6.3 Kbps*
Speech
DSP
Analog
Voice
Compression
Available
Bandwidth
64 Kbps
Voice
Digital
Voice
8 Kbps Voice
Available
Bandwidth
ADPCM
(ITU G.726)
- Adaptive Differential PCM – не применяется в пакетной телефонии
из-за чувствительности к потерям кадров
16 /24
Kbps
Пакетизация потоковых данных
t
DSP
Available
64 Kbps
Voice
8 Kbps Voice
Available
Bandwidth
IP
Задержка
пакетизации =
Nxt
При передаче голоса задержка пакетизации д.б. < 20 - 30 мс
Размер пакета < 160 - 240 байт (1 байт – 125 мкс > 160/8)
Размер пакета определяется не только желанием уменьшить задержку, но и
размером кадра алгоритма компрессии – кадр не может быть меньше
периода анализа данных, т.е. > 80 –160 байт
Передача сигналов DTMF в IP-телефонии
Кодирование тоновых сигналов DTMF при использовании G.711 не вносит
никаких искажений
Узкополосные кодеки при компрессии учитывают особенности спектра и
инерционности человеческой речи – искажения тонов DTMF – нельзя
передавать через сеть IP-телефонии
Решение
1.
Обязательный метод – помещение кодов сигналов DTMF (0, 1, …,9, *, #) в
специальное сообщение управляющего протокола
2.
Нестандартный метод форума VoIP – открытие специальной сессии по
протоколу RTP – позволяет переносить отметки времени нажатия клавиш,
помогает при организации интерактивного взаимодействия с
пользователем
Влияние задержек на качество
голоса
Воспринимаемое
абонентом качество
Задержка
100
150
200
300
мс
Два шлюза ITG вносят задержку 60-70 мс (данные ЛОНИИС) – остается 90 мс для
задержек сети
Элементы VoIP, повышающие
качество голоса
1. Подавление эхо
2. Подавление пауз (Voice Activity Detection)
3. Генерация «комфортного» шума вместо пауз
(Comfort Noise Generator)
Мощность сигнала
(dB)
Порог сигнал/шум
(dB)
Усечение разговора
Кодирование речи
Удержание речи
ITU codec Standards
Business Quality Voice
Gateway
Gateway
IP Network
PSTN
PSTN
100
Satisfied
Some
dissatisfaction
90
80
70
High
dissatisfaction
60
50
40
Extreme
dissatisfaction
30
20
10
0
Internet
Now Typical
short Haul
Intranet
Now Typical
Short Haul
Premium IP
Short Haul
Internet
Now Typical
Long Haul
Intranet
Now Typical
Long Haul
Premium IP
Long Haul
PSTN
Reference
G.723.1
200ms delay
2% pk lost
G.723.1
150ms delay
1.5% pk lost
G.729
55ms delay
0% pk lost
G.723.1
285ms delay
4% pk lost
G.723.1
235ms delay
3% pk lost
G.729
70ms delay
0% pk lost
G.711
Кадр 30мс, 16
MIPS
Quality of Voice over Premium Quality IP network approaches PSTN
Кадр 10 мс, 20
MIPS
Quality of Service (QoS)
Network QoS
IntServ/DiffServ
IP LAN
IP WAN
Application QoS
RTP/RTCP
RTP
RTCP
Intserv
DiffServ
Real Time Protocol (RFC 1889)
Real Time Control Protocol (RFC 1890)
Resource Reservation Protocol (RSVP)
Differentiated Services (Packet Prioritization)
IP LAN
Протоколы передачи потоковой информации в реальном
времени:
RTP и RTCP
Назначение:
- идентификация типа данных
- нумерация последовательности данных
- временные отметки
- мониторинг доставки
- сведения об участниках конференции
Не предназначен для:
- обеспечения своевременной доставки данных
- предоставления услуг QoS
Формат пакета RTP
0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|V=2|P|X|
CC
|M|
PT
|
sequence number
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
timestamp
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
synchronization source (SSRC) identifier
|
+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+
|
contributing source (CSRC) identifiers
|
|
....
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Назначение полей RTP:
P - признак заполнения (padding’а) - требуют некоторые протоколы компрессии
(последний байт заполнения содержит число байт заполнения)
PT - тип данных (Payload Type), например аудио G.729
SSRC - идентификатор источника синхронных данных
CSRC - идентификатор дополнительного источника (например, конвертора
кодирования)
Sequence Number - последовательный номер пакетав RTP-сессии,
начальное значение - случайное (для защиты при шифрации)
Timestamp -временная отметка первого байта данных, начальное значение случайное, разрешение таймера д.б. достаточно для данного приложения
(аудио, видео)
Функции протокола RTCP
1. Получении информации обратной связи от приемников о качестве
доставки •служебные сообщения посылаются приемниками периодически
•особенно важно при групповой доставке
2. Доставляет каноническое имя отправителя приемнику
(e-mail, номер телефона, географическое расположение)
3. Контроль количества участников сессии для определения частоты
отправки служебных сообщений - масштабируемость
4. Рассылка информации о сессии всем участникам - полезно при
«свободной» организации сессии
Типы пакетов RTCP
SR (Sender Report) - статистика от активных отправителей (jitter и т.п.)
RR (Receiver Report) - статистика от получателей
SDES - дескриптор сессии, включающий каноническое имя отправителя,
требуемую пропускную способность для качественного приема данных и
т.п.
BYE - индикатор завершения участия в сессии
APP - специфические для приложения функции
Протоколы сигнализации IPтелефонии

H.323 v2





Стандарт ITU-T – первый стандарт IP-telephony
Изначально разработан для видео и аудио конференций через
LAN
Session Initiation Protocol, SIP – стандарт IETF
Media Gateway Control Protocol (MGCP) – стандарт IETF
MEGACO/H.248 - совместный стандарт IETF/ITU-T
Элементы архитектуры
H.323 v2
Gatekeeper
Gatekeeper
•
•
•
•
Terminals
• PC, IP phones, settop boxes
Трансляция адресов (IP, telephone)
Контроль доступа
Связь с систпмой биллинга
Не генерирует или терминирует
звонки
Endpoints
MCU
Gateway
• Могут звонить и
принимать звонки
(вызовы)
Terminal
Multipoint Control Unit (MCU)
Gateway
• Поддержка многоточечных конференций
• Взаимодействие с терминалами
других типов и PSTN
Архитектура H.323
Scope of
H.323
H.323 Architecture
H.323
Terminal
H.323
MCU
Packet Based Network
(NOTE)
H.323
Gateway
H.323
Gatekeeper
Guaranteed
QOS
GSTN
H.323
Terminal
H.323
Terminal
N-ISDN
B-ISDN
H.310
terminal
operating in
H.321 mode
LAN
V.70
Terminal
H.324
Terminal
Speech
Terminal
H.322
Terminal
Speech
Terminal
H.320
Terminal
H.321
Terminal
NOTE – A gateway may support one or more of the GSTN, N-ISDN and/or B-ISDN connections.
H.321
Terminal
T1604210-97
H.323 v2 Operations
H.323
Gatekeeper
H.323
Endpoint
Call Setup,
Capability Exchange,
Connection Establishment, and
Call Status
RTP Audio
H.323
Endpoint
Уровни IP-телефонии в модели
TIPHON
Статическая информация, относящаяся к сервисам (базы
Services профилей пользователей, таблицы маршрутизации вызовов и т.п.)
Service
Control
Активные функции, связанные с предоставлением сервисов
(регистрация терминалов, маршрутизация вызовов, …)
Call
Control
Связывание группы пользователей и информационных каналов,
запоминание состояния вызова
Bearer
Control
Управление информационными каналами (выбор типа
кодирования, пакетизация, выбор уровня)
Media
Control
Передача по определенной сетевой среде (Media stream
transmission and reception)
QoS Characterization & Control
TIPHON Acronyms










SCN - Switched Circuit Networks
SC - Service Control
CC - call control
BC - bearer control
MC - media control
ICF - interconnect function
TF - transport function
TRM - transport resource manager
TPE - transport policy entity
TU- transport usage
Meta-protocol
Previous
domain
IP
MC
1
4
6
10
Call
Report
{Alerting}
Bearer
Request
Call
Request
BC200
Transport
MC200
CapRequest
Media
BC200
CapRequest
Transport
MC201
CapConfirm
Media
BC201
CapConfirm
5
Transport MC202
EstRequestt
9
Transport
MC203
EstConfirm
Media
BC202
EstReqeust
Media
EstConfirm
BC203
CC200
12
Transport
MC204
Indication
Media
BC204
Indication
Bearer
Request
CC203
Bearer
Establ.
Report
TransportRel MC205
Request
Transport Rel.MC206
Confirm
SC201
Validate
Route
Confirm
Access
Routing
Request
Access &
Routing SC202
Confirm
Validate
Route
Confirm
7
Bearer
Establ.
Confirm
Release
Indication
Next
domain
3
Call
Request
Bearer
Request
8
Bearer
Confirm
Bearer
Services
Access
Routing
Request
CC204
CC209
CC211
ACTIVE PHASE
15
SC200
4
Indication
Call
Confirm
Access &
Routing
Request
2
CC210
13
SC
CC
BC
CC212
MediaRel
Request BC206
BearerRelease
Request
MediaRel.
BC207
Confirm
BearerRelease
Confirm
Call
Report
{Alerting}
Call
Confirm
11
14
Release
Indication
H.323 Protocol Stack


Аудио кодеки (G.711, G.723.1, G.729, G.728, и т.п.) и видео кодеки
(H.261, H.263) компрессируют и декомпрессируют потоки данных
Потоки данных транспортируются с помощью RTP/RTCP




RTP переносит данные
RTCP переносит статусную информацию
RTP/RTCP работает через UPD
Сигнализация - через надежный транспорт TCP



RAS - registration, admission, status
Q.931 - установление и завершение соединения (call setup and
termination) - но не сессий RTP
H.245 - обмен возможностями и управление сессиями RTP
H.323 Protocol Stack
59
Терминалы H.323




Конечный узел LAN
Поддерживает двусторонее взаимодействие в реальном
времени с другими элементами H.323
Должен поддерживать:
 Голосовые (аудио) кодеки (G.711 - как минимум)
 Сигнализацию - Q.931, H.245, RAS
Опционально:


Video
Data
Терминалы H.323
H.323 Gateway





Интерфейс между LAN и сетью с коммутацией каналов (Switched
Circuit Network)
Транслирует коммуникационные процедуры и форматы между двумя
типами сетей
Установление и разрыв соединений
Компрессия и пакетизация голоса
Пример: шлюз IP/PSTN
H.323 Gateway
H.323 Gatekeepers





Опциональный элемент (напимер, Netmeeting не
использует gatekeeper’ов)
Управляет зоной (zone - набор устройств под
управлением одного привратника)
Обычно в зоне имеется один gatekeeper;
алтернативный gatekeeper может существовать для
резервирования или баланса нагрузки
Обычно представляет собой программный компонент,
работающий на компьютере, но может быть
интегрирован с шлюзом или терминалом
(элемент Cisco IOS )
H.323 Gatekeepers
 Обязательные функции:
Трансляция адресов и маршрутизация (routing - TRIP)
john.smith@abc.com -> IP, 371-712-67-85
 Контроль доступа (административный)
 Минимальный контроль пропускной способности - обработка запросов
 Управление зоной
Опциональные функции:
 Управление вызовами - непосредственная обработка команд Q.931
между конечными точками
 Авторизация вызовов, управление полосой пропускания, применение
политики к обработке вызовов
 Передача данных в систему биллинга
 Поддержание Gatekeeper management information (MIB)
 Сервисы справочной службы (directory services)


65
H.323 MCU
 MCU - Multipoint Control Unit
 Конечная точка, поддерживающая конференции между
3-мя и более конечными точками
 Может быть отдельным устройством или интегрирована
в gateway, gatekeeper или terminal
 Обычно состоит из multi-point controller (MC) и multi-point
processor (MP)
 MC - управляет конференцией - присоединением и
т.п.
 MP - получает потоки данных от конечных точек и
распределяет их между участниками конференции
Централизованные и децентрализованные конференции



Централизованные - MCU управляет конференцией (MC) и
обрабатывает потоки данных (MP)
Децентрализованные - MCU обрабатывает только сигнализацию, а
потоки данных протекают непосредственно между конечными
точками
В последнем случае MCU работает без MP
В сетях с коммутацией пактов организовать конференцию проще:
•Проблема смешивания голосовых каналов от разных абонентов в одном
канале приема решается за счет передачи смеси пакетов – в том темпе, в
котором они приходят от абонентов
67
Модели сигнализации




Определяют, какие протокольные сообщения передаются через
gatekeeper, а какие - непосредственно между двумя конечными
точками
Чем больше сообщений передается через gatekeeper, тем больше
его нагрузка и ответственность (управляемость соединениями)
Только gatekeeper решает - какую модель сигнализации выбрать
Потоки данных никогда не передаются через gatekeeper
Direct Endpoint Call Signalling
Gatekeeper Routed Call Signalling (Q.931)
Gatekeeper Routed Call Signalling (Q.931/H.245)
71
Пример взаимодействия между клиентами A и B
по модели
Gatekeeper Routed Call Signalling (Q.931)
А
72
Взаимодействие клиентов А и В
Этапы установления соединения:





Обнаружение и регистрация на gatekeeper”е - RAS канал
Маршрутизация запроса между конечными точками через
gatekeeper - Q.931 call signalling
Начальное взаимодействие и обмен возможностяыми H.245 call control
Установление мультимедийных сессий - H.245 call control
Завершение соединения - H.245 call control & Q.931 call
signalling
Обнаружение - Discover Gatekeeper (RAS)
 Клиент передает пакет Multicast Gatekeeper Request
packet (кто мой gatekeeper?)
 Gatekeeper отвечает пакетом Gatekeeper Confirmation
или пакетом Gatekeeper Reject
74
Обнаружение - Discover Gatekeeper (RAS)
Абонент А
Привратник
GRQ 224.0.1.41
GCF - адрес RAS
Абонент B
GRQ 224.0.1.41
Регистрация у Gatekeeper’а (RAS)
 Клиент Клиент передает запрос Gatekeeper Registration
Request, сообщая gatekeeper’у свой адрес или
псевдонимы
 Gatekeeper отвечает - Registration Confirmation или
Registration Rejection
 В примере оба клиента - А и В -регистрируются у
gatekeeper’а A
76
Регистрация у gatekeeper’а
Абонент А
Привратник
GRQ 224.0.1.41
Абонент B
GRQ 224.0.1.41
GCF - адрес RAS
RRQ/URQ
RCF/RRJ/UCF
RRQ/URQ
RCF/RRJ/UCF
Call Admission (RAS)
 Клиент A посылает запрос Admission Request (могу я
сделать этот вызов по адресу 134-57-30 ?);
запрос включает величину максимальной
пропускной способности, требуемую для вызова
 Gatekeeper отвечает пакетом Admission Confirmation:


Пропускная способность для вызова подтверждается или
уменьшается
Адрес для установления канала сигнализации вызова
Разрешение вызова
Абонент А
Привратник
GRQ 224.0.1.41
Абонент А
GRQ 224.0.1.41
GCF - адрес RAS
RRQ/URQ
RCF/RRJ/UCF
ARQ
ACF
RRQ/URQ
Call Setup через Gatekeeper (Q.931)
 Клиент A посылает сообщение “Call setup” gatekeeper’у
 Gatekeeper маршрутизирует это сообщение клиенту B
 Если клиент B приниамaет вызов, то он посылает запрос «Admission
request” gatekeeper’у
 Если gatekeeper “одобряет” прием вызова, то клиент B посылает
сообщение “Connect” клиенту A , определяя в нем адрес канала
H.245 call control channel для обмена возможностями
Установление соединения
Абонент А
Привратник
Абонент А
ARQ
ACF
Setup
Call Proceeding
Setup
Call Proceeding
ARQ
ACF/ARJ
Alerting
Connect
Alerting
Connect
Обмен возможностями (H.245)
 Клиенты обмениваются сообщениями Terminal Capability Set с
параметрами, описывающими их возможности по передаче
мультимедийной информацией, то есть поддержкой аудио/видео
кодеков
 При установлении конференции выбирается MCU
 После обмена возможностями клиенты могут выбрать
совместимый метод обмена потоками данных
 Открываютчя каналы обмена мультимедийной информацией
82
Установление мультимедийных каналов
 Для открытия логического канала для потока данных
клиент передает сообщение Open Logical Channel (H.245)
 Принимающий клиент отвечает сообщением Open Logical
Channel Acknowledgement (H.245)
 Потоки данных передаются через ненадежные каналы,
управляющие сообщения - через надежные каналы
 После установления каналов клиент или привратник
может с помощью сервисов вызова увеличить или
уменьшить полосу для вызова
Установление мультимепдийных каналов
Абонент А
Привратник
Абонент А
H.245
Открывается
однонаправленный
канал
Разговор
Завершение вызова
 Любая сторона может завершить вызов
 Пусть клиент А завершает вызов
 Клиекнт A завершает передачу данных и закрывает логические
каналы:
 Клиент A передает команду End Session (H.245)
 Клиент B закрывает логические каналы передачи данных и
передает команду End Session
 Клиент A закрывает управляющий канал H.245
 Если канал сигнализации вызова еще открыт, то
передается сообщение Release Complete между клиентами
для закрытия этого канала (Q.931)
Завершение вызова
Абонент А
Привратник
Разговор
Абонент А
Новые свойства H.323 Version 2



H.235 - безопасность и аутентификация, например,
пароль для регистрации у gatekeeper’а
H.450.x - дополнительные сервисы, например
перенаправление вызова
Быстрое установление вызова:


Обход некоторых сообщений
Инициируется сообщением Q.931 Fast Start, которое содержит
базовые параметры возможностей – сообщения
OpenLogicalChannel
Развитие H.323



Взаимодействия Inter - Gatekeeper:
Текущий стандарт H.323 не предусматривает
межзонной модели, которая необходима для больших
сетей
Протоколы класса Inter-gatekeeper обсуждаются:
обнаружение друг друга и маршрутизация вызовов к
не-локальным адресам (TRIP - аналог BGP)
Иерархические соглашения между gatekeeper’ами
“clearing house” - центров обмена между
провайдерами - (OPS группы TIPHON)