Стеки протоколов

Стеки протоколов

Игорь Иванцов

Технология Voice over IP (VoIP), называемая также IP-телефонией, предусматривает взаимодействие сети TDM с коммутацией каналов и сети IP с коммутацией пакетов, а также обеспечивает эволюционное движение телекоммуникационных сетей TDM к сетям IP. Появившись немногим более десяти лет назад, она считается самой перспективной телекоммуникационной технологией, а группу протоколов VoIP можно без преувеличения назвать ключевой среди других телекоммуникационных протоколов.

Согласно принятому определению, IP-телефония — это передача речевого сигнала по сети с пакетной коммутацией в режиме реального времени. При этом телефонный номер преобразуется в IP-адрес, а аналоговый речевой сигнал — в цифровую форму.

Годом рождения Internet-телефонии считают 1995-й - когда компания Vocaltec опубликовала программное обеспечение Internet Phone для системы телефонной передачи с использованием протокола IP. Для сетевой реализации Internet Phone до середины 1990-x были доступны только телефонные модемы, поэтому передача речи посредством Internet Phone значительно уступала по качеству традиционной телефонной связи. Однако первый камень в основание здания VoIP был тем не менее заложен.

Между тем события стали развиваться столь стремительно, что сейчас реальные возможности технологии VoIP значительно шире ее формального названия. По существу эта технология представляет собой средство для передачи не только речи, но и произвольной информации с использованием протокола IP, а обобщающим термином стало определение «мультимедийная». Соответствующая структура данных может включать речь, изображение и данные в любых комбинациях. Эту триаду обычно называют Triple Play.

Архитектура сети VoIP может быть представлена в виде двух плоскостей. Нижняя отображает транспортный механизм негарантированной доставки мультимедийного трафика в виде иерархии протоколов RTP/UDP/IP, а верхняя — механизм управления обслуживанием вызовов. Ее ключевыми протоколами являются 11.323 ITU-T, SIP, MGCP и MEGACO, представляющие собой различные реализации обслуживания вызовов в сетях IP-телефонии.

Транспортный протокол реального времени (Real-time Transport Protocol, RTP) предоставляет транспортные услуги мультимедийным приложениям. Он не гарантирует доставку и правильный порядок пакетов, но позволяет приложениям обнаружить потерю или нарушение порядка следования пакетов за счет присвоения каждому из них номера. Протокол предназначен для работы в режимах передачи «точка-точка» или «точка-множество точек» и не зависит от транспортного механизма. Однако в качестве такового обычно используется протокол UDP.

RTP работает совместно с протоколом управления реального времени (Real Time Control Protocol, RTCP), обеспечивающим управление потоком данных и контроль перегрузки канала. Участники сеанса RTP периодически обмениваются пакетами RTCP со статистическими данными (количество отправленных пакетов, число потерянных и т. д.), которые могут быть использованы отправителем мультимедиа, например, для динамической коррекции скорости передачи и даже изменения типа нагрузки.

Среди мультимедийных стандартов наиболее освоен стандарт Н.323 ITU-T, к тому же он постоянно совершенствуется и имеет пять версий. Рекомендация Н.323, исторически первый способ осуществления вызовов в сети IP, предусматривает следующие виды информационного обмена:

• «цифровизованное» аудио; 

• «цифровизованное» видео; 

• данные (обмен файлами или изображениями);

• управление соединением (обмен информацией о поддерживаемых функциях, управление логическими каналами и т. д.);

• управление установлением и разъединением соединений и сеансов связи.

Основными элементами сети стандарта 11.323 являются терминалы (terminal), шлюзы (gateway), привратники (gatekeeper) и устройства управления конференциями (Multipoint Control Units, MCU).

Терминал обеспечивает двухстороннюю связь в реальном времени с другим терминалом Н.323, шлюзом или MCU.

Шлюзы устанавливают соединение между терминалами сети Н.323 и терминалами, находящимися в сетях, где используются другие протоколы. Главная задача шлюзов заключается во взаимном преобразовании информации между сетями разных протоколов (например, IP и ТфОП).

Привратники участвуют в управлении соединением, отвечая за взаимное преобразование телефонных номеров и IP-адресов.

Еще один элемент сети Н.323, называемый proxy-сервером (т. е. посредником), работает на прикладном уровне, он определяет тип приложения и выполняет нужное соединение.

Плоскость обслуживания вызовов стандарта Н.323 включает три основных протокола (см. Рисунок 1): протокол взаимодействия оконечного оборудования с привратником RAS (Registration, Admission and Status), протокол управления соединениями Н.225 и протокол управления логическими каналами Н.245. Для передачи сигнальных сообщений RAS используется протокол UDP, а для передачи сигнальных сообщений Н.225 и Н.245 — протокол TCP с гарантированной доставкой информации. UDP не обеспечивает гарантированной доставки информации, поэтому, если подтверждение не было получено в установленное время, сообщение передается повторно.

Процесс установления соединения состоит из трех этапов. На первом решаются задачи обнаружения привратника, регистрации привратником терминалов, контроля доступа терминалов к сетевым ресурсам, для чего привлекается протокол RAS. На двух следующих этапах выполняются процессы сигнализации Н.225 и обмен управляющими сообщениями Н.245.

Рекомендация Н.225 регламентирует процедуры управления соединением в сетях Н.323 с использованием ряда сигнальных сообщений из рекомендации Q.931 ITU-T.

Рекомендация Н.245 описывает процедуры управления информационными каналами: определение ведущего и ведомого устройств, а также обмен данными о функциональных возможностях терминалов и открытии и закрытии однонаправленных и двунаправленных каналов, вносимой задержке, режиме обработки информации, состоянии информационных каналов путем организации шлейфов.

Этот обмен сигнальными сообщениями между взаимодействующими устройствами сети Н.323 осуществляется по логическим каналам Н.245, пРичем нулевой логический канал, по которому передаются управляющие сообщения, должен быть открыт в течение всего времени существования соединения.

Второй способ обслуживания вызовов в сети VoIP предполагает использование протокола инициирования сеансов (Session Initiation Protocol, SIP), его спецификации представлены в документе RFC 2543 комитета IETF. Как протокол прикладного уровня, он предназначен для организации мультимедийных конференций, распределения мультимедийной информации и телефонных соединений. SIP менее приспособлен для взаимодействия с ТфОП, но проще в реализации. Он лучше подходит провайдерам Internet для организации услуги IP-телефонии в рамках предлагаемого ими пакета услуг.

Ключевыми особенностями протокола SIP являются поддержка персональной мобильности пользователя, обеспечение масштабируемости сети, возможность дополнения новыми функциями, интеграция в стек существующих протоколов Internet, взаимодействие с другими протоколами сигнализации (например, Н.32з), организация доступа пользователей сетей VoIP к услугам интеллектуальных сетей, независимость от транспортных технологий.

Следует отметить, что поддержка мобильности пользователя уже не является прерогативой исключительно SIP. Теперь это характерно и для Н.323 (см. Н.510 ITU-T «Mobility for H-323 Multimedia Systems and Services»).

Сеть SIP содержит агенты пользователя (User Agents или SIP Clients), proxy-серверы и серверы переадресации.

Агенты пользователя — это приложения терминального оборудования, они включают собственно клиент (User Agent Client, UAC) и сервер (User Agent Server, UAS). UAC инициирует запрос услуги, a UAS выступает в качестве вызывающей стороны.

Proxy-сервер (Proxy Server) объединяет в себе функции UAC и UAS. Он интерпретирует и, если надо, перезаписывает заголовки запросов перед отправкой их другим серверам.

Сервер переадресации (Redirect Server) определяет положение вызываемого абонента и сообщает его вызывающему пользователю.

Третий способ построения сети IP-телефонии опирается на протокол Media Gateway Control Protocol (MGCP), предложенный рабочей группой MEGACO комитета IETF. Архитектура этого протокола, пожалуй, наиболее проста с точки зрения функциональности. Сеть MGCP содержит шлюз (Media Gateway, MG), выполняющий преобразование речевой информации между сетями ТфОП и IP-телефонии, шлюз сигнализации (Signaling Gateway, SG), обеспечивающий обработку сигнальной информации, а также схожий с привратником сети Н.323 контроллер шлюзов (Call Agent), осуществляющий функции управления шлюзами.

Протокол MGCP, подобно Н.323, удобен для организации совместимых с ТфОП сетей IP-телефонии. Вместе с тем, по своим функциональным возможностям MGCP превосходит Н.323. Так, Call Agent сети MGCP поддерживает сигнализацию ОКС-у и прозрачную передачу сигнальной информации по сети IP-телефонии. В сети же Н.323 любая сигнальная информация должна преобразовываться шлюзом в сигнальные сообщения Н.225 (Q. 931). Сообщения протокола MGCP передаются в текстовом формате.

Четвертый способ построения сети IP, представляющий собой усовершенствование MGCP, разработан группой MEGACO комитета IETF вместе с 16 SG ITU-T, поэтому его называют протоколом MEGACO/H.248. От своего старшего брата он отличается прежде всего иной схемой организации связи. Благодаря ей контроллер MEGACO/H.248 способен изменять топологию связи портов, что позволяет гибко управлять конференциями. Протокол MEGACO поддерживает два способа бинарного кодирования.

Более подробно протоколы мультимедиа мы обсудим в следующем выпуске рубрики. 

Игорь Иванцов — менеджер отдела «Инструменты и приборы для монтажа и обслуживания телекоммуникационных систем» компании «СвязьКомплект». 

Список литературы

Журнал сетевых решений, февраль 2007