Стеки протоколів

Ігор Іванцов

Технологія Voice over IP (VoIP), що також називається IP-телефонією, передбачає взаємодію мережі TDM з комутацією каналів і мережі IP з комутацією пакетів, а також забезпечує еволюційний рух телекомунікаційних мереж TDM до мережах IP. З'явившись трохи більше десяти років тому, вона вважається самою перспективною телекомунікаційної технологією, а групу протоколів VoIP можна без перебільшення назвати ключовою серед інших телекомунікаційних протоколів.

Згідно прийнятим визначенням, IP-телефонія - це передача мовного сигналу по мережі з пакетної комутацією в режимі реального часу. При цьому телефонний номер перетвориться в IP-адресу, а аналоговий мовний сигнал - в цифрову форму.

Роком народження Internet-телефонії вважають 1995-й - коли компанія Vocaltec опублікувала програмне забезпечення Internet Phone для системи телефонного передачі з використанням протоколу IP. Для мережевої реалізації Internet Phone до середини 1990-x були доступні тільки телефонні модеми, тому передача мови за допомогою Internet Phone значно поступалася за якістю традиційної телефонного зв'язку. Однак перший камінь у фундамент будівлі VoIP був тим не менш закладений.

Між тим події стали розвиватися настільки стрімко, що зараз реальні можливості технології VoIP значно ширше її формального назви. За суті ця технологія є засіб для передачі не тільки мовлення, але й довільної інформації з використанням протоколу IP, а узагальнюючим терміном стало визначення «мультимедійна». Відповідна структура даних може включати мова, зображення і дані в будь-яких комбінаціях. Цю тріаду зазвичай називають Triple Play.

Архітектура мережі VoIP може бути представлена у вигляді двох площин. Нижня відображає транспортний механізм негарантованій доставки мультимедійного трафіку у вигляді ієрархії протоколів RTP/UDP/IP, а верхня - механізм управління обслуговуванням викликів. Її ключовими протоколами є 11.323 ITU-T, SIP, MGCP і MEGACO, що представляють собою різні реалізації обслуговування викликів в мережах IP-телефонії.

Транспортний протокол реального часу (Real-time Transport Protocol, RTP) надає транспортні послуги мультимедійних додатків. Він не гарантує доставку і правильний порядок пакетів, але дозволяє додаткам виявити втрату або порушення порядку проходження пакетів за рахунок присвоєння кожному з них номери. Протокол призначений для роботи в режимах передачі «точка-точка» або «Точка-багато точок» і не залежить від транспортного механізму. Однак у якості такого зазвичай використовується протокол UDP.

RTP працює разом з протоколом управління реального часу (Real Time Control Protocol, RTCP), що забезпечує керування потоком даних і контроль перевантаження каналу. Учасники сеансу RTP періодично обмінюються пакетами RTCP з статистичними даними (кількість відправлених пакетів, число втрачених і т. д.), які можуть бути використані відправником мультимедіа, наприклад, для динамічної корекції швидкості передачі і навіть зміни типу навантаження.

Серед мультимедійних стандартів найбільш освоєно стандарт Н.323 ITU-T, до того ж він постійно вдосконалюється і має п'ять версій. Рекомендація Н.323, історично перший спосіб здійснення дзвінків в мережі IP, передбачає наступні види інформаційного обміну:

• «Ціфровізованное» аудио;

• «Ціфровізованное» відео;

• Розташування (обмін файлами, або зображеннями);

• управління з'єднанням (обмін інформацією про підтримувані функції, управління логічними каналами і т. д.);

• управління встановленням і роз'єднанням з'єднань та сеансів зв'язку.

Основними елементами мережі стандарту 11.323 є термінали (terminal), шлюзи (gateway), придверні (gatekeeper) і пристрою управління конференціями (Multipoint Control Units, MCU).

Термінал забезпечує двосторонній зв'язок у реальному часі з іншим терміналом Н. 323, шлюзом або MCU.

Шлюзи встановлюють з'єднання між терміналами мережі Н.323 і терміналами, що знаходяться в мережах, де використовуються інші протоколи. Головне завдання шлюзів полягає у взаємному перетворенні інформації між мережами різних протоколів (наприклад, IP і ТфЗК).

Придверних беруть участь в управлінні з'єднанням, відповідаючи за взаємне перетворення телефонних номерів та IP-адрес.

Ще один елемент мережі Н.323, званий proxy-сервером (тобто посередником), працює на прикладному рівні, він визначає тип програми і виконує потрібне з'єднання.

Площина обслуговування викликів стандарту Н.323 включає три основні протоколу (див. Малюнок 1): протокол взаємодії кінцевого обладнання з придверний RAS (Registration, Admission and Status), протокол управління з'єднаннями Н.225 і протокол управління логічними каналами Н.245. Для передачі сигнальних повідомлень RAS використовується протокол UDP, а для передачі сигнальних повідомлень Н.225 і Н.245 - протокол TCP з гарантованою доставкою інформації. UDP НЕ забезпечує гарантованої доставки інформації, тому, якщо підтвердження не було отримано у встановлений час, повідомлення передається повторно.

Процес підтримання зв'язку складається з трьох етапів. На першому вирішуються завдання виявлення воротаря, реєстрації придверний терміналів, контролю доступу терміналів до мережевих ресурсів, для чого залучається протокол RAS. На двох наступних етапах виконуються процеси сигналізації Н.225 і обмін керуючими повідомленнями Н.245.

Рекомендація Н.225 регламентує процедури управління з'єднанням в мережах Н.323 з використанням ряду сигнальних повідомлень з рекомендації Q.931 ITU-T.

Рекомендація Н.245 описує процедури управління інформаційними каналами: визначення ведучого і веденого пристроїв, а також обмін даними про функціональні можливості терміналів і відкритті і закритті односпрямований і двонаправлених каналів, що вноситься затримці, режим обробки інформації, стані інформаційних каналів шляхом організації шлейфів.

Цей обмін сигнальними повідомленнями між взаємодіючими пристроями мережі Н.323 здійснюється за логічним каналах Н.245, причому нульовий логічний канал, по якій передаються керуючі повідомлення, повинен бути відкритий протягом усього часу існування з'єднання.

Другий спосіб обслуговування викликів в мережі VoIP припускає використання протоколу ініціювання сеансів (Session Initiation Protocol, SIP), його специфікації представлені в документі RFC 2543 комітету IETF. Як протокол прикладного рівня, він призначений для організації мультимедійних конференцій, розподілу мультимедійної інформації та телефонних з'єднань. SIP менше пристосований для взаємодії з ТфОП, але простіше в реалізації. Він краще підходить провайдерам Internet для організації послуги IP-телефонії в рамках пропонованого ними пакету послуг.

Ключовими особливостями протоколу SIP є підтримка персональної мобільності користувача, забезпечення масштабованості мережі, можливість доповнення новими функціями, інтеграція в стек існуючих протоколів Internet, взаємодія з іншими протоколами сигналізації (наприклад, Н.32з), організація доступу користувачів мереж VoIP до послуг інтелектуальних мереж, незалежність від транспортних технологій.

Слід зазначити, що підтримка мобільності користувача вже не є прерогативою виключно SIP. Тепер це характерно і для Н.323 (див. Н.510 ITU-T «Mobility for H-323 Multimedia Systems and Services »).

Мережа SIP містить агенти користувача (User Agents або SIP Clients), proxy-сервери і сервери переадресації.

Агенти користувача - це додатки термінального обладнання, вони включають власне клієнт (User Agent Client, UAC) і сервер (User Agent Server, UAS). UAC ініціює запит послуги, a UAS виступає як викликає сторони.

Proxy-сервер (Proxy Server) об'єднує в собі функції UAC і UAS. Він інтерпретує і, якщо треба, перезаписує заголовки запитів перед відправленням їх до інших серверів.

Сервер переадресації (Redirect Server) визначає положення абонента, що викликається і повідомляє його викликає користувачеві.

Третій спосіб побудови мережі IP-телефонії спирається на протокол Media Gateway Control Protocol (MGCP), запропонований робочою групою MEGACO комітету IETF. Архітектура цього протоколу, мабуть, найбільш проста з точки зору функціональності. Мережа MGCP містить шлюз (Media Gateway, MG), що виконує перетворення мовної інформації між мережами ТМЗК та IP-телефонії, шлюз сигналізації (Signaling Gateway, SG), що забезпечує обробку сигнальної інформації, а також схожий з придверний мережі Н. 323 контролер шлюзів (Call Agent), який здійснює функції управління шлюзами.

Протокол MGCP, подібно Н.323, зручний для організації сумісних з ТфОП мереж IP-телефонії. Разом з тим, за своїми функціональними можливостями MGCP перевершує Н. 323. Так, Call Agent мережі MGCP підтримує сигналізацію ОКС-у і прозору передачу сигнальної інформації по мережі IP-телефонії. У мережі ж Н.323 будь-яка сигнальна інформація повинна перетворюватися шлюзом в сигнальні повідомлення Н.225 (Q. 931). Повідомлення протоколу MGCP передаються у текстовому форматі.

Четвертий спосіб побудови мережі IP, що представляє собою удосконалення MGCP, розроблений групою MEGACO комітету IETF разом з 16 SG ITU-T, тому його називають протоколом MEGACO/H.248. Від свого старшого брата він відрізняється перш всього іншою схемою організації зв'язку. Завдяки їй контролер MEGACO/H.248 здатний змінювати топологію зв'язку портів, що дозволяє гнучко управляти конференціями. Протокол MEGACO підтримує два способи бінарного кодування.

Більше докладно протоколи мультимедіа ми обговоримо в наступному випуску рубрики.

Ігор Іванцов - менеджер відділу «Інструменти і прилади для монтажу та обслуговування телекомунікаційних систем »компанії« СвязьКомплект ».

Список літератури

Журнал мережевих рішень, лютий 2007