Система протоколов H.323

H.323 это одна из первых спецификаций протоколов, используемых в интернет-телефонии. Представленная широкой общественности в 1996 году,  H.323 является системой передачи мультимедийной информации в реальном времени. Предназначенная для сетей, использующих пакетную передачу данных, система включает в себя стек следующих протоколов:

• H.225.0 — для сигнализации о соединении;
• Q.931 — для управления соединениями;
• H.245 — для согласования параметров соединения;
• H.235 — для обеспечения безопасности соединения:
• RTP — для передачи данных в режиме реального времени;
• H.450.x — для обеспечения дополнительных функций, таких как переадресация вызовов и т.п.

Архитектура системы

H.323 подразумевает для своей работы наличие следующих составляющих элементов  сети: терминалов, многоточечных блоков управления (MCU), шлюзов и гейткиперов. Терминалы и MCU являются необходимыми составляющими и, вместе со шлюзами, носят название конечных точек сети. Гейткиперы реализуют роль контроллеров сети, осуществляют регистрацию терминалов, а также некоторые дополнительные функции. Наличие шлюзов не является обязательным для функционирования системы. Совокупность конечных точек, управляемый одним гейткипером называется зоной. Рассмотрим подробно роль каждого из узлов системы:

• Терминал — устройство, либо программный продукт, осуществляющий передачу мультимедийных данных непосредственно абоненту.
• Шлюз — сетевое устройство, обеспечивающее двусторонний обмен данными между сетями либо терминалами различных стандартов (например H.323 — SIP).
• Многоточечные блоки управления (MCU) — аппаратно-программные устройства, используемые для создания многопользовательских конференций. Формально MCU разделяются на блоки многоточечного контроллера (MC) и многоточечные процессоры (MP).  Блоки MC отвечают за согласование мультимедийных потоков между терминалами, в то время как процессоры MP занимаются микшированием, коммутированием и обработкой потоков данных.
• Гейткиперы — вспомогательные устройства, выполняющие ряд дополнительных функций, таких как аутентификация пользователей, регистрация конечных точек и обеспечение связи между ними.

Взаимодействие между устройствами инфраструктуры H.323

Мы разобрались в том, какие типы узлов используются в протоколе H.323, теперь подробно рассмотрим каким образом происходит взаимодействие между этими узлами.

Для связи терминал-гейткипер и гейткипер-гейткипер используется  реализация протокола H.225.0. Эта реализация так же носит название RAS: Registry/Accept/Status. RAS описывает сообщения для регистрации и отмены регистрации терминала на гейткипере, приема вызова, завершения вызова и поиска ближайшего гейткипера. В качестве транспорта для сообщений в RAS используется протокол UDP, гейткипер прослушивает порт 1719 (в случае одноадресной передачи сообщений), либо 1718 (при многоадресной передаче).

Основные типы сообщений RAS:

• GRx — гейткипер запрашивает, подтверждает, либо отклоняет запрос;
• RRx — терминал запрашивает регистрацию, подтверждает, либо отклоняет запрос;
• URx — запрос на отмену регистрации;
• ARx —  запрос на подключение;
• LRx — запрос местоположения в сети;
• BRx — запрос пропускной способности;
• IRx — запрос информации.

Когда терминал подключается к сети, он отправляет широковещательный запрос GRQ чтобы обнаружить ближайшего к себе гейткипера, готового предоставить свои услуги. Гейткипер обязан подтвердить возможность подключения терминала, ответив сообщением GCF, после чего происходит установление связи. Возможен также вариант, при котором терминалам статически указываются гейткиперы для подключения и в таком случае им не нужно отправлять запросы GRQ.

Для связи между терминалами и сигнализации вызовов H.323 использует заимствованный из технологии ISDSN, протокол Q.931. Данный протокол связи управляет созданием, настройкой и разрывом соединения, но не управляет потоком и не осуществляет переподключение в случае разрыва связи. Сообщения в протоколе Q.931 представляют собой типичные данные в телефонии (например, вызывающий и вызываемый номер). Однако, Q.931 не имеет возможности для передачи медиаинформации.

Для управления вызовами и согласования параметров связи в системе H.323 задействован протокол H.245. Данная спецификация является весьма обширной и описывает различные функции для создания многопользовательских сообщений, хотя чаще всего она используется для передачи мультимедиа лишь между двумя абонентами. Тем самым H.245 поддерживает как однопользовательскую, так и многопользовательскую связь. Этот протокол описывает также возможности управления потоками, управление конференциями, определение главного/подчиненного, согласование параметров конечных точек. Из этого перечня, наиболее значимым пунктом  является согласование параметров конечных точек, т.к. позволяет устройствам производить обмен данными, не имея предварительных сведений о параметрах удаленного устройства.Процесс определения главного/подчиненного также весьма важен, так как устройство, назначенное “главным” разрешает ситуации по управлению потоками данных. Например, если несколько терминалов пытаются осуществить передачу данных по несовместимым потокам, то именно “главное” устройство принимает решение об отклонении несовместимых потоков.

После того, как параметры устройств согласованы и определены “главные” и “подчиненные” устройства, узлы могут инициализировать потоки передачи данных. Это происходит путем отправки сообщения OLC (Open Logical Channel) и получения сообщения о подтверждении. После получения подтверждения устройства могут начинать передачу данных. Сама передача данных происходит по протоколу RTP.

Поток вызовов в протоколе H.323

Мы достаточно подробно  рассмотрели роли отдельных узлов в стеке протоколов H.323 и их взаимодействие, теперь же разберемся в том, как происходят вызовы в данной системе.

Допустим, что инфраструктура сети состоит из двух абонентских терминалов и гейткипера. Терминалы зарегистрированы на гейткипере с номерами 100 и 101. Рассмотрим, как происходит звонок с номера 100 на номер 101:

• Терминал под номером 100, с которого происходит инициализация вызова, знает вызываемый номер (101), но не знает IP-адрес терминала, связанного с этим номером. В то же время, поскольку он зарегистрирован на гейткипере, он должен запросить у гейткипера разрешение на выполнение вызова.100 отправляет гейткиперу сообщение ARQ целью разрешить IP-адрес пункта назначения.

• Гейткипер проверит по своей БД, содержит ли она запись для номера 101.Если он обнаружит информацию об этом терминале, то затем он проверит, разрешено ли 100 звонить на 101 и так же проверит разрешение на прием вызова 101. Если все условия оказываются положительными, то гейткипер отправит сообщение ACF (Admission Confirm) c IP-адресом терминалу 100. Если в данной сети используется модель вызовов, маршрутизируемая гейткипером, то терминал 100 получит IP-адрес гейткипера, в случае прямой маршрутизации сообщение будет содержать IP-адрес конечного терминала (101).
• Терминал 100 инициализирует канал связи по IP-адресу, полученному в сообщении от гейткипера и отправляет сообщение о настройке канала по протоколу Q.931. В случае, если вызовы маршрутизируются гейткипером, то он проверяет передаваемые параметры настройки канала и отслеживает их корректность. Затем он открывает канал связи к терминалу 101.

• Терминал 101 ответит гейткиперу сообщением с указанием того, что он начал инициализацию логического канала (Q.931) и гейткипер, обработав его, отправит сообщение терминалу, инициализировавшему вызов. После этого 101 запросит у гейткипера разрешение на вызов (ARQ) и последний ответит сообщением ACF.

• Терминал 100 начинает звонить, и , когда на 101 терминале поднимают трубку происходит отправка сообщения connect (Q.931). При этом происходит согласование параметров передачи медиаданных по протоколу H.245.

Терминалы начинают обмен сообщениями H.245. Происходят следующие процессы:

• Определение ведущих/ведомых элементов сети (Более актуально для многопользовательских сетей).
• Синхронизация конфигураций.
• Синхронизация логических каналов: определение IP-адресов и портов передачи данных, кодеков.

Происходит обмен RTP-пакетами с медиаданными.

Завершение вызова:

1. Терминалы прекращают отправку потоков RTP. Они объявляют о закрытии логических каналов (H.245 CloseLogicalChanel).
2. Закрывается канал H.245.
3. Закрывается канал Q.931
4. Каждый терминал посылает гейткиперу сообщение о закрытии H.225 сессии.