Обзор

Стандарт H.323 был принят международным союзом электросвязи (МСЭ) для обеспечения совместимости (компонентов, протоколов и процедур) при двухточечной и многосторонней передаче в режиме реального времени звуковых сигналов, видеосигналов и данных по сетям с пакетной коммутацией, таким как Интернет.

H.323 - является частью совокупности стандартов (H.32x), которые рассматривают возможности организации мультимедийной связи по множеству сетей:

• H.310 - для организации мультимедийной связи по сети B-ISDN (широкополосная цифровая сеть с интеграцией служб).
• H.320 - для организации мультимедийной связи по сети узкополосной ISDN.
• H.321 - для организации мультимедийной связи по сети с асинхронным режимом переноса (ATM)
• H.322 - для организации мультимедийной связи по локальным сетям (LAN)
• H.324 - для организации мультимедийной связи по коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN)

Стандарт H.323, как минимум, определяет протоколы для двухточечной передачи звуковых сигналов в режиме реального времени между двумя терминалами в сети с коммутацией пакетов, которая не обеспечивает гарантированного качества обслуживания. Полный охват H.323 намного шире, в нем рассматриваются вопросы межсетевой конференц-связи между множеством терминалов, которые поддерживают не только передачу звуковых сигналов, но также видео и данных.

Архитектура H.323

Для общей реализации H.323 требуется четыре логических объекта или компонента: терминал, шлюзы (GW), гейткипер (gatekeeper, GK) и блоки управления многосторонней связью (MCU):

Рисунок 1. Архитектура H.323

Терминал H.323

Терминал или клиент - это оконечный пункт, являющийся источником и получателем потоков данных H.323 и сигнализации. Это может быть мультимедийный ПК с H.323-совместимым стеком протоколов или автономное устройство, такое как IP-телефон с USB (универсальная последовательная шина), который предусматривает двухстороннюю связь в реальном времени с другим терминалом H.323, шлюзом или MCU.

Между оконечными пунктами могут устанавливаться только телефонные соединения, телефонные соединения и передача данных, телефонные соединения и видео, или телефонные соединения, передача данных и видео.

Шлюз (GW)

Шлюз является дополнительным компонентом в сети с возможностями H.323. Когда требуется организовать связь между разными сетями (например, между сетью на базе IP и сетью PSTN), шлюз на интерфейсе необходим.

Шлюз H.323 является оконечным пунктом H.323, который обеспечивает двухстороннюю связь в реальном времени между терминалами, относящимися к сетям с разными стеками протоколов. Например, есть возможность настроить для терминала H.323 конференц-связь с терминалами на базе H.320 или H.324 через соответствующий шлюз.

Шлюз обеспечивает трансляцию формата данных, трансляцию управления-сигнализации, трансляцию аудио и видео кодеков, а также настройку соединения и функции завершения на обеих сторонах сети. В зависимости от типа сети, в которой требуется трансляция, шлюз может поддерживать оконечные пункты H.310, H.320, H.321, H.322 или H.324.

Гейткипер (GK)

Гейткипер - очень полезный, но необязательный компонент сети с возможностями H.323. Гейткипер обеспечивает трансляцию адресов и управляет доступом к сетевым ресурсам для терминалов H.323, GW и MCU.

Оконечный пункт сам регистрируется в GK. Все оконечные пункты H.323, зарегистрированные в одном GK, образуют зону H.323. Гейткипер предоставляет несколько услуг для всех оконечных пунктов в этой зоне. К этим услугам относятся следующие:

• Трансляция адресов - GK транслирует псевдонимы H.323 в IP-адреса сигнализации соединения (особенно полезно для оконечных пунктов с динамическими IP-адресами). Гейткипер поддерживает базу данных для трансляции между псевдонимами (такими как международные телефонные номера) и сетевыми адресами.
• Управление допуском и доступом оконечных пунктов - это управление может основываться на данных о наличии пропускной способности, ограничениях на количество одновременных вызовов H.323 или о преимуществах оконечных пунктов при регистрации.
• Управление пропускной способностью - администраторы сети могут управлять пропускной способностью, определяя ограничения на число одновременных вызовов и ограничивая авторизацию конкретных терминалов на посылку вызовов в определенное время.
• Возможности маршрутизации - GK может маршрутизировать все входящие или исходящие вызовы в своей зоне. Таким образом, можно сохранять учетную информацию о вызовах для выписывания счетов (биллинга) и обеспечения безопасности. Гейткипер может перенаправить вызов в соответствующий шлюз, основываясь на сведениях о наличии пропускной способности. Перемаршрутизацию можно использовать для развертывания дополнительных услуг, таких как мобильная адресация, переадресация вызова и переадресация голосовой почты.

Блок управления многосторонней связью (MCU)

Заботой MCU, как дополнительного компонента сети с возможностями H.323, является организация многосторонних конференций. Он включает в себя:

• Обязательный Контроллер многосторонней связи (MC) - используется для сигнализации установки соединения и управления конференцией
• Дополнительный Процессор многосторонней связи (MP) - используется для коммутации/смешивания мультимедийных потоков, а иногда для транскодирования в реальном времени принимаемых потоков аудио/видео

Хотя MCU является отдельным логическим блоком, он может объединяться с терминалом, шлюзом или гейткипером.

MCU необходим в централизованной многосторонней конференции, где каждый терминал организует непосредственное соединение с MCU. MCU определяет возможности каждого терминала и передает каждому смешанный мультимедийный поток. В децентрализованной модели многосторонней конференции MCU гарантирует возможности организации связи, но мультимедийные потоки транслируются по множеству адресов и смешивание производится в каждом терминале.

Рисунок 2. Стек протоколов H.323

Стек протоколов H.323

Стандарт H.323 определяет широкие требования для многих различных протоколов, которые составляют полный стек протоколов H.323 (Рисунок 2).

Стек H.323 составляют следующие протоколы:

• Управление соединением и сигнализация:
  • H.225.0: Протоколы сигнализации и пакетирования мультимедийного потока (использует подмножество протокола сигнализации Q.931).
  • H.225.0/RAS: Процедуры регистрации, допуска и состояние
  • H.245: Протокол управления для мультимедиа
• Обработка звуковых сигналов:
  • G.711: Импульсно-кодовая модуляция тональных частот.
  • G.722: Кодирование звукового сигнала 7 кГц в 64 кбит/с
  • G.723.1: Речевые кодеры на две скорости передачи для организации мультимедийной связи со скоростью передачи 5.3 и 6.3 кбит/с.
  • G.728: Кодирование речевых сигналов 16 кбит/с с помощью линейного предсказания с кодированием сигнала возбуждения с малой задержкой
  • G.729: Кодирование речевых сигналов 8 кбит/с с помощью линейного предсказания с алгебраическим кодированием сигнала возбуждения сопряженной структуры
• Обработка видеосигналов:
  • H.261: Видеокодеки для аудиовизуальных услуг со скоростью P 64 кбит/с
  • H.263: Кодирование видеосигнала для передачи с малой скоростью
• Конференц-связь для передачи данных:
  • T.120: Это стек протоколов (который включает T.123, T.124, T.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 T.120 используется многоуровневая архитектура подобная модели OSI.
• Мультимедийная передача:
  • RTP: Транспортный протокол реального времени
  • RTCP: Протокол управления передачей в реальном времени
• Обеспечение безопасности:
  • H.235: Обеспечение безопасности и шифрование для мультимедийных терминалов сети H
• Дополнительные услуги:
  • H.450.1: Обобщенные функции для управления дополнительными услугами в H.323.
  • H.450.2: Перевод соединения на телефонный номер третьего абонента
  • H.450.3: Переадресация вызова
  • H.450.4: Удержание вызова
  • H.450.5: Парковка вызова (park) и ответ на вызов (pick up).
  • H.450.6: Уведомление о поступившем вызове в состоянии разговора
  • H.450.7: Индикация ожидающего сообщения
  • H.450.8: Служба идентификации имен
  • H.450.9: Служба завершения соединения для сетей H.323

Установка соединения H.323

Далее по шагам будет рассмотрен сценарий установления базового соединения между двумя терминалами H.323 без использования гейткипера:

1. 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.
2. Оконечный пункт B откликается сообщением уведомления (Alerting). Оконечный пункт A должен принять это сообщение прежде, чем истечет время, отведенное на установку.
3. Когда пользователь в оконечном пункте B отвечает на вызов (снимает трубку), сообщение Connect (соединение) передается в оконечный пункт A.
4. Оба терминала передают информацию о своих возможностях (типы среды, выбор кодека и информация о мультиплексировании) в сообщении TerminalCapabilitySet (установка возможностей терминала).
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. Оконечные пункты обмениваются информацией в пакетах RTP. Во время этого обмена передаются пакеты RTCP для контроля качества передачи данных.
9. Когда оконечный пункт A дает отбой (вешает трубку), он должен передать сообщение H.245 CloseLogicalChannel (закрыть логический канал) для каждого канала, открытого с оконечным пунктом B.
10. Оконечный пункт B отвечает сообщением CloseLogicalChannelAck (подтверждение закрытия логического канала).
11. Оконечный пункт A посылает команду H.245 EndSessionCommand (команда завершения сеанса) и закрывает канал после приема такого же сообщения от оконечного пункта B.
12. Оба терминала посылают сообщение H.225.0 ReleaseComplete (освобождение завершено) по каналу сигнализации вызова, которое закрывает канал и завершает соединение.

Рисунок 3. Установка соединения H.323

Приложения H.323

Множество приложений может воспользоваться преимуществом технологии H.323 как в среде корпоративных пользователей, так и в среде домашних пользователей.

IP-телефония - область, в которой H.323 играет значительную роль. Стандарт H.323 обеспечивает хорошую основу для организации универсальной телефонной связи IP в больших объединенных сетях. Вторая редакция рекомендации H.323 с дополнениями еще более подходит для IP-телефонии.

Одно из очевидных применений - организация видеоконференции между двумя и более пользователями в сети. В этом приложении пользователь ожидает таких же услуг, как и услуги, предоставляемые по телефону. Обеспечиваемое качество обслуживания (QoS) должно быть сравнимо или превышать показатели POTS. Интернет пока не готов решать эти проблемы; однако проводится работа на уровне корпоративной интрасети по улучшению качества мультимедийной связи.

Центры обработки мультимедийных вызовов - еще одна область применения технологии H.323. Центр обработки вызовов H.323 обеспечивает хорошо интегрированную среду для Web-доступа и других коммерческих приложений передачи данных/телефонии. Центры обработки вызовов используются банками для обслуживания клиентов, магазинами для дополнительных розничных торговых точек и т.д. Центр обработки вызовов может быть терминалом H.323 или MCU, а также может быть представлен оконечным пунктом, интегрированным с возможностями гейткипера, шлюза и MCU. В качестве входного устройства традиционного центра обработки вызовов может использоваться шлюз, который позволяет установленным системам работать с минимальным нарушением.

Другой областью применения H.323, заслуживающей внимания, является осуществление дистанционного доступа. Дистанционные пользователи могут присутствовать на совещаниях, проверять свой почтовый ящик или разговаривать с кем-либо из сотрудников компании, находясь в дороге или дома.

Технология H.323 является центральной в решениях VoIP и может быть интегрирована в следующие устройства:

• Гейткипер H.323
• Мультимедийный шлюз
• Корпоративные PBX с возможностью коммутации пакетов.
• Гибкие коммутаторы уровня оператора связи, агенты вызовов и др.
• Блок видеоконференц-связи H.323 между несколькими пунктами
• Испытательные инструменты и анализаторы H.323
• Программофоны и IP-телефоны
• Стационарные устройства, устанавливаемые в помещении пользователя (CPE)
• Кодеки
• Системы голосовой почты

Преимущества/недостатки H.323

Стандарт H.323 - не только всеобъемлющий, но и гибкий. Его можно использовать при разработке решений только для аудио или для законченных сетей конференц-связи для передачи сигналов видео/аудио/данных. Существует множество выгод от реализации конференц-связи H.323:

• Технология H.323 обеспечивает высококачественную наращиваемую конференц-связь на базе мультимедиа. Мультимедийная конференц-связь H.323 может поддерживать такие приложения, как коллективное редактирование растровых изображений, совместная работа по передаче данных или видеоконференция.
• Технология H.323 допускает возможность взаимодействия оборудования на базе H.320 и H.323 от разных производителей.
• Технология H.323 использует с выгодой имеющиеся капиталовложения в инфраструктуру корпоративной сети.
• Технология H.323 может использоваться для организации междугородных и международных телефонных соединений для снижения их стоимости.
• Технология H.323 позволяет более эффективно использовать технологию ISDN с применением шлюзов H.320 и меньшего числа линий ISDN.
• В корпоративной интрасети H.323 может обеспечивать более надежные соединения и уменьшать проблемы поддержки.
• Технология H.323 предлагает более сложные возможности управления конференц-связью в сети.
• Технология H.323 не зависит от аппаратного обеспечения и операционной системы.

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

• Технология H.323 расходует больше времени на установку соединения.
• Технология H.323 требует около 12 пакетов для установки соединения (тогда как для SIP требуется около 4 пакетов).
• Технология H.323 требует и TCP, и UDP во время установки соединения.
• Реализация H.323 намного сложнее реализации SIP.
• В настоящее время в H.323 не доступно управление вызовом третьей стороны.

Решение IxVoice

Ключевые функции

• IxVoice охватывает все фазы испытаний средств связи на соответствие H.323 версии 4 (v4).
• IxVoice имитирует множество телефонов и шлюзов H.323.
• IxVoice генерирует трафик H.323 v4 большой емкости.
• IxVoice генерирует и принимает сообщения H.323 нижних уровней.
• IxVoice предоставляет предопределенные (стандартные) сценарии испытаний для тестирования функциональных возможностей и QoV.
• IxVoice организует межсетевой обмен RTP и генерирует библиотеки испытаний T.38 для тестирования сигнализации с потоком речевых сигналов и факса.

Типы испытаний

Наиболее важные вопросы испытаний, которые можно решить с помощью IxVoice:

• Тестирование функциональных возможностей - проверяет, что испытываемое устройство (DUT) способно правильно обработать все действительные значения и поток параметров, описанных в стандарте.
• Тестирование соответствия:
  • Нормальные значения параметров и поток - проверка отклика DUT в условиях неправильных воздействий и проверка того, что DUT способно правильно обработать сценарии наихудших случаев.
  • Отрицательное тестирование - проверка DUT в ситуации, которая не должна иметь место, с использованием контрольных случаев с сообщениями H.323, имеющими ошибочные параметры, и с неправильным потоком.
  • Наихудший случай - проверка того, что DUT способно обрабатывать сценарии наихудших случаев.
  • Устойчивость - проверка поведения DUT во времени путем выполнения повторяющихся сценариев испытаний на соответствие по каждому каналу для определенной длительности или числа итераций (повторов)
• Возможность взаимодействия - проверка совместимости с существующими реализациями.
• Тестирование нагрузки (BHCC) - проверка возможности устройства поддерживать необходимый уровень нагрузки путем генерации большого объема одновременных активных вызовов.
• Тестирование в условиях воздействия - проверка того, что DUT способно правильно обрабатывать преднамеренно продолжительный максимальный уровень (один или более) независимых исполнений предельных типов, используя следующие случаи:
  • Имитация очень коротких или очень продолжительных соединений.
  • Имитация неправильного входа пользователя.
  • Генерация неправильного потока.

Тестирование H.323 проводится IxVoice с помощью сценариев имитации потока реальных вызовов и выполнения тестирования нагрузки, вынуждая систему к работе на пределе, оказывая воздействия на ее функциональные характеристики с помощью сценариев вызовов наихудших случаев и оценивая отклик системы, с использованием следующих библиотек:

• Библиотека массивов данных H.323 - реализует набор функций, обращенных к требованиям сигнализации, определенным в протоколе H.323 МСЭ-Т версии 4. Набор функций обращен к обобщенному уровню функциональных возможностей H.323. По выполненному соединению H.323 с использованием испытательных функций библиотеки можно генерировать/принимать мультимедийный поток с использованием функций RTP.
• Библиотека RAS H.323 - реализует функции протокола RAS для сообщений регистрации, допуска и состояния, которыми обменивается оконечный пункт/ шлюз H.323 и гейткипер.
• Библиотека соответствия H.323 - реализует требования протоколов нижнего уровня H.323 МСЭ-Т версии 4. Функция обеспечивает доступ к транспортному уровню (позволяющему пользователям создавать/удалять средства переноса), а также доступ к уровню сигнализации, где можно смоделировать поток сообщений H.323 с помощью передачи/приема сообщений H.225, H.245 или H.450.

С набором функций нижнего уровня H.323 пользователь может получить всесторонний доступ к структурам H.323 и настроить их:

• Начав установку соединения путем передачи/приема сообщений H.225.
• Выполняя согласование управления соединением путем передачи/приема сообщений H.245.
• Передавая информацию пользователь-пользователь во время соединения VoIP.
• Управляя потоком сообщений VoIP с помощью определения структур нижнего уровня и изменения параметров сообщения.
• Изменяя разрешение PASSED/FAILED (соответствует/не соответствует) на функциональном уровне в зависимости от оценки содержимого сообщения.
• Дистанционно подключаясь к терминалу VoIP и создавая новое транспортное средство RTP.

Испытываемые устройства

• IP PBX
• Серверы связи
• Шлюзы VoIP
• Гейткиперы H.323
• IP-телефоны

Приложения

• Тестирование с одного конца или сквозное тестирование IP PBX, серверов связи, шлюзов VoIP, гейткиперов H.323 и IP-телефонов.
• Тестирование функциональных возможностей в нормальных условиях и в условиях повышенной нагрузки.
• Оценка функциональных возможностей новых устройств и IP-сети.

Обобщенная архитектура IxVoice H.323

Рисунок 4. Обобщенная архитектура IxVoice H.323

Словарь

Кодек (codec) - Механизм кодирования/декодирования речевого сигнала. Кодеки используются для сжатия речевого сигнала в пакеты данных. Каждый кодек имеет разные требования к пропускной способности.

Оконечный пункт (endpoint) - Терминал H.323, шлюз или блок управления многосторонней связью (MCU). Оконечный пункт может посылать или принимать вызов, может генерировать или принимать потоки информации.

Шлюз (gateway) - Шлюз, по существу, является преобразователем протоколов, т.е. пункт сети, который соединяет сети, использующие разные протоколы, так что обмен данными между оконечными пунктами может проходить без помех.

Гейткипер (gatekeeper) - Обеспечивает регистрацию устройств в мультимедийной сети. Устройства регистрируются в гейткипере при начальном запуске и запрашивают у гейткипера разрешение на соединение.

H.225.0 - Сигнализация - Этот протокол используется для организации соединений между двумя терминалами. Этот протокол выполняется поверх TCP.

H.225 RAS (Регистрация, допуск и состояние) - Этот протокол используется терминалами и гейткиперами для организации связи. Используется для обмена сигналами регистрации, допуска и завершения соединений. Этот протокол выполняется поверх UDP.

H.245 - Рекомендация МСЭ-Т, в которой описывается, как оконечные пункты в сети H.323 выполняют функции коммутации и обмена, такие как поддержка кодека с помощью набора возможностей терминала.

H.320 - Стандарт МСЭ-Т для организации видеоконференции по сетям с коммутацией пакетов, таким как ISDN.

H.321 - Стандарт МСЭ для адаптации видеоконференции H.320 к цифровым сетям, таким как B-ISDN.

H.323 - Стандарт МСЭ для организации видеоконференции по сетям с коммутацией пакетов, таким как LAN и Интернет.

ISDN - цифровая сеть с интеграцией служб - Полностью цифровая телефонная сеть, позволяющая организовать услуги телефонии и передачи данных по одной и той же линии.

B-ISDN - широкополосная ISDN - Позволяет передавать по оптическому волокну сигналы телефонии и данных видеоконференции с большой скоростью.

IP - межсетевой протокол - Один из большого семейства протоколов, определяющих возможность передачи информации по сетям данных. Он отслеживает Интернет-адреса узлов, маршрутизирует исходящие сообщения и распознает входящие сообщения.

IP-телефония (телефония по межсетевому протоколу, также известная как передача речи по протоколу IP) - Общий термин для технологий, использующих соединения с коммутацией пакетов межсетевого протокола для обмена речевыми сигналами, сигналами факсимильной связи и другими формами информации, которая традиционно передавалась по выделенным соединениям с коммутацией каналов коммутируемой телефонной сети общего пользования (PSTN).

Сети с коммутацией пакетов - Сети, в которых сообщение, прежде чем отправиться в пункт назначения, разбивается на меньшие по размеру пакеты. Каждый пакет включает адрес пункта назначения, так что нет необходимости отправлять все пакеты одного сообщения по одному и тому же пути. Компьютер пункта назначения собирает пакеты в надлежащую последовательность.

PSTN - коммутируемая телефонная сеть общего пользования - Всемирная телефонная сеть, которая традиционно организует телефонные соединения между двумя пунктами, расположенными в разных местах.

RTP - транспортный протокол реального времени - Данный протокол выполняется поверх протокола передачи дейтаграмм пользователя (UDP) и предоставляет приоритет пакетов видеосигналов над пакетами данных.

SIP - Протокол инициации сеанса - Протокол на базе ASCII, который обеспечивает услуги телефонии наподобие H.323, но проще и с использованием меньшего объема ресурсов. Он создает, модифицирует и завершает сеансы с одним или более участником. SIP является протоколом типа запрос-ответ, занимаясь запросами от клиентов и откликами от серверов.

UDP - Протокол передачи дейтаграмм пользователей - Протокол транспортного уровня, который не имеет механизма контроля ошибок, управления потоком или обеспечения надежности. Это наилучший способ транспортирования речи, видео и данных без организации соединения. UDP используется в качестве быстрого средства транспортирования для телефонных соединений.

VoIP - передача речи по протоколу IP - Возможность передачи обычного речевого сигнала по линиям Интернета или данных на базе IP с функциональными возможностями, надежностью и качеством сигнала традиционной POTS. Технология VoIP позволяет маршрутизатору передавать голосовой трафик (например, телефонные вызовы и факсы) по сети IP.