Передача мультимедийного трафика в сетях без гарантии QoS.

Спецификация H.320 для поддержки видеоконференций по ISDN и другим типам сетей с коммутацией каналов была одобрена еще в 1990 г. Однако в силу ряда объективных причин технология ISDN не получила, как ожидалось, широкого распространения. Тем временем Internet и сети IP стали практически повсеместными. В результате многие стали рассматривать их как альтернативную экономичную среду передачи, причем не только для данных. Однако по своей природе сети IP не оптимизированы для передачи мультимедийного трафика, что потребовало разработки нового стандарта, каким и стал H.323.

Стандарт H.323 был одобрен ITU в 1996 году, а в начале 1998 года эта организация приняла его вторую версию. Вообще говоря, это не один стандарт, а целая серия стандартов для поддержки мультимедийных коммуникаций по сетям без обеспечения качества услуг. Он охватывает множество вещей, в том числе спецификации для аудио- и видеокодеков, протоколы установления и управления соединениями, меры для обеспечения передачи в реальном времени, интерфейсы с другими сетями и т. д. H.323 не привязан к какому-либо конкретному типу сети и протоколу транспортного уровня. Нижележащая сеть может представлять собой Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring и др., а транспортным протоколом может быть не обязательно TCP/IP, а, например, IPX. Однако H.323 нашел применение преимущественно именно в сетях на базе IP, поэтому ниже мы по умолчанию будем иметь в виду именно последние.

При том, что он сам включает множество стандартов, H.323 входит в еще более крупную серию коммуникационных стандартов на видеоконференции для сетей разных типов. Известная как H.32x, эта серия включает также уже упомянутый стандарт H.320 для видеоконференций по сетям ISDN, и аналогичные стандарты H.321 для B-ISDN и ATM, и H.324 для телефонных сетей общего пользования.

БОЛЬШАЯ СЕМЬЯ

Как уже говорилось, H.323 состоит в действительности из нескольких стандартов (см. Рисунок 1). В том, что касается аудио, H.323 поддерживает стандарт на сжатие голоса G.711. В соответствии с G.711 голос передается по пакетным сетям со скоростями 56 Кбит/с или 64 Кбит/с. Помимо этого, H.323 включает также такие стандарты для аудиоинформации, как G.722, G.723, G.728 и G.729. Мы выделили среди них G.711 потому, что, как увидим ниже, его поддержка обязательна для всех конечных устройств H.323. Несмотря на обязательность применения G.711 и достаточную пропускную способность локальных сетей для поддержки предусматриваемых им скоростей передачи, эксперты предсказывают широкую популярность другому стандарту на сжатие аудиоинформации, а именно G.723, так как ему требуется очень небольшая скорость передачи, а это обстоятельство становится очень важным при коммуникациях по глобальным сетям.

Что касается видео, то H.323 поддерживает два основных стандарта на видеокодеки - это H.261 и более новый H.263. Кроме H.323 кодек H.261 поддерживается и другими стандартами из серии H.32x. H.261 предусматривает кодирование полностью только отдельных кадров, например, когда изображение диктора сменяется на комментируемый сюжет, и передачу только последовательных изменений между данным и предыдущим кадрами. Второй кодек, H.263, обратно совместим с H.261 благодаря обязательной поддержки им формата кадра QCIF с разрежением 176*44, но при этом он обеспечивает более высокое качество изображения за счет применения методики прогнозирования движения и оптимизации для более низких скоростей передачи (для поддержки H.261 канал должен иметь пропускную способность не ниже 64 Кбит/с).

При всей важности стандартов на аудио- и видеокодеки не меньшее значение для передачи мультимедийной информации имеет и подгруппа стандартов для контроля вызовов, в том числе для установления соединения, управления потоками, контроля доступа, передачи служебных сообщений и т. п. Ключевым компонентом этой подгруппы является так называемый протокол управляющего канала H.245 для передачи разного рода служебной информации во время сеансов H.323. Он применяется для согласования взаимоприемлемых параметров конечными точками, открытия и закрытия логических каналов, передачи сообщений для управления потоками и других необходимых команд и запросов.

Соединение же между двумя устройствами H.323 устанавливается и закрывается с помощью другого протокола данной подгруппы - протокола сигнализации вызова Q.931, а регистрация и контроль доступа, контроль за доступной пропускной способностью и статусом устройств H.323 осуществляются посредством третьего протокола этой подгруппы - RAS (в его названии перечислены основные выполняемые им функции - регистрация (Registration), контроль доступа (Admission) и мониторинг статуса (Status)).

Сам по себе H.323 не поддерживает конференции документов. Для этих целей он рекомендует использовать другой стандарт ITU - T.120. Последний предусматривает поддержку и сеансов между двумя участниками, и конференций между тремя и более людьми.

H.323 использует транспорт как с гарантией доставки, так и без оной. Первая применяется для передачи служебных сообщений и данных, так как в этом случае потери информации недопустимы, а вторая - для аудио и видео, поскольку запоздавший пакет вряд ли будет полезен соответствующему приложению. В случае TCP/IP доставка с гарантией осуществляется с помощью протокола TCP, а доставка без гарантии - посредством UDP.

Для передачи информации сразу всем участникам конференции вместо того, чтобы повторять ее для каждого в отдельности, H.323 поддерживает многоадресную рассылку IP Multicast. Качество услуг в случае мультимедийных потоков обеспечивается H.323 с помощью таких средств, как протокол передачи в реальном времени (Real-Time Transport Protocol, RTP) и протокол управления передачей в реальном времени (Real-Time Control Protocol, RTCP). Вообще говоря, в своем первоначальном варианте H.323 не предусматривал поддержку протокола резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol, RSVP), поэтому только некоторые из H.323-совместимых продуктов поддерживают в настоящее время этом метод резервирования необходимой пропускной способности.

БАЗОВАЯ АРХИТЕКТУРА

Стандарт H.323 определяет четыре основных компонента для систем коммуникаций по сети: терминалы, шлюзы, привратники и устройства управления конференциями с несколькими участниками (Multipoint Control Unit, MCU). Примерная архитектура H.323 приведена на Рисунке 2.

Терминалы H.323 - это конечные точки сети, с помощью которых пользователи могут взаимодействовать друг с другом в реальном времени. Типичными примерами терминалов могут служить клиентские ПК с программным обеспечением аудио- или видеоконференций типа NetMeeting от Microsoft; в последнее время их число пополнили так называемые Internet-телефоны. В обязательном порядке все терминалы должны поддерживать сжатие голоса по алгоритму G.711, H.245 - для согласования параметров соединения, Q.931 - для установления и контроля соединения, канал RAS - для взаимодействия с привратником, а также RTP/RTCP - для оптимизации доставки потокового аудио (видео). Кроме этого, терминалы могут поддерживать и другие аудиокодеки помимо G.711, а также видеокодеки и конференции документов по протоколу T.120.

Другим архитектурным компонентом H.323 является шлюз. Его основная функция состоит в преобразовании форматов и протоколов передачи. Шлюз позволяет связать терминалы H.323 с другими, не поддерживающими данный стандарт конечными устройствами, в частности с обычными телефонами, а также с терминальными устройствами ISDN. Терминалы передают шлюзам необходимую информацию с помощью протоколов H.245 и Q.931.

Как правило, шлюз состоит из нескольких частей. Во-первых, это интерфейс с сетью коммутации каналов в виде платы линии T-1/E-1 или ISDN PRI. Во-вторых, сетевая плата, например Ethernet для взаимодействия с другими устройствами H.323 по локальной сети. В-третьих, процессоры цифровой обработки сигналов (Digital Signal Processor, DSP) для сжатия речи и подавления пауз. В-четвертых, управляющий процессор для координации действий всех остальных компонентов шлюза. Помимо этих аппаратных элементов шлюз должен, естественно, иметь соответствующее программное обеспечение для выполнения своих функций.

Шлюз является необязательным компонентом и применяется только в случае необходимости организации взаимодействия с другими сетями. Многие функции шлюзов оставлены на усмотрение разработчика. Например, стандарт не оговаривает, сколько терминалов, соединений, конференций должен поддерживать шлюз и какие преобразования форматов и протоколов он обязан выполнять.

При необходимости организации конференций между тремя и более участниками сеть должна содержать устройство управления конференцией с несколькими участниками (Multipoint Control Unit, MCU). Этот третий компонент архитектуры H.323 состоит, в свою очередь, из обязательного контроллера (Multipoint Controller, MC) и одного или более необязательных процессоров (Multipoint Processor, MP). Контроллер обслуживает переговоры между терминалами по выяснению и согласованию возможностей и параметров обработки аудио- и видеосигналов. Он не имеет непосредственного отношения к каким-либо аудио- или видеопотокам. С ними работает процессор. Он микширует, коммутирует и обрабатывает аудио, видео и данные.

Четвертый, и наиболее важный, компонент любой сети H.323 - это привратник (gatekeeper). Он выступает в качестве центра обработки вызовов внутри своей зоны и выполняет важнейшие функции управления вызовами. (Зона определяется как совокупность всех терминалов, шлюзов и MCU под юрисдикцией данного привратника.)

Прежде всего, это преобразование псевдонимов (имен) терминалов и шлюзов в IP-адреса (или IPX-адреса в сетях Novell). Затем контроль пропускной способности. Например, при задании администратором сети максимально допустимого числа одновременно проводимых конференций в локальной сети привратник может отказать в открытии дополнительных соединений при достижении данного значения. Это позволяет ограничить занимаемую конференциями долю пропускной способности сети определенным значением и предоставить таким образом оставшуюся ее часть другим приложениям. Кроме того, привратник выполняет контроль доступа, т. е. идентификацию вызовов с помощью RAS. Все три перечисленные функции привратник должен выполнять для всех терминалов, шлюзов и MCU в своей зоне, и они объединяются под общим названием управления зоной.

Помимо перечисленных функций привратник выполняет несколько вспомогательных. Так, привратник может выступать в качестве посредника для всех сигнальных сообщений о вызовах Q.931 между двумя конечными точками. Эта функция была введена в интересах провайдеров услуг для упрощения биллинга. Далее привратник может осуществлять авторизацию вызовов, т. е. разрешение или блокирование вызова в зависимости от таких критериев, как день недели или время суток, запрошенная услуга, отсутствие пропускной способности и т. п. Затем это может быть интеллектуальное управление вызовами для контроля за тем, какие терминалы свободны/заняты в данный конкретный момент времени. И, наконец, это управление (не контроль, как выше!) пропускной способностью, в частности привратник может попросить участников конференции снизить потребляемую пропускную способность, если ее не хватает другим конференциям или приложениям.

НОВЫЕ ФУНКЦИИ

Как уже говорилось выше, в 1998 году ITU утвердил вторую версию H.323, предусматривающую как усовершенствование старых, так и введение новых функций. Наиболее значительными из них стали поддержка качества услуг с помощью RSVP, возможность дублирования привратника на случай его отказа, оповещение шлюзом привратника об имеющихся у него ресурсах, обеспечение защиты, конфиденциальности и целостности информации, быстрое установление соединения.

Так, стандарт H.325 решает такие вопросы защиты, как идентификация сторон, целостность и конфиденциальность информации, а также фиксация факта участия. Процедура Fast Call Setup значительно сокращает начальную задержку до того, как участники могут действительно услышать друг друга. Протокол H.450 позволяет преобразовать установленное соединение между конечными точками А и Б в соединение между точкой А и третьей точкой В с помощью функции перевода вызова и т. д.

СТАНДАРТЫ - ДВИГАТЕЛЬ ПРОГРЕССА

Как и всякий стандарт, H.323 играет важную роль в деле обеспечения совместимости приложений и устройств разных производителей. Предложение же совместимых устройств способствует расширению рынка, росту конкуренции и снижению цен. Как результат, с 1997 года число предлагаемых на рынке H.323-совместимых продуктов значительно увеличилось. Так, все большую популярность в мире приобретают шлюзы IP-телефонии. И хотя далеко немногие из нас участвовали когда-нибудь в видеоконференциях или звонили по IP-телефону, наличие стандарта увеличивает общие шансы, что эти приложения когда-нибудь станут применяться и в вашей компании.

Дмитрий Ганьжа - ответственный редактор LAN. С ним можно связаться по адресу: diga@lanmag.ru.


Ресурсы Internet

Популярное введение в Н.323 имеется на http://www.databeam.com/h323/h323primer.html.

Текущее положение дел при разработке стандарта отражено на Web-сервере ITU по адресу: http://www.itu.ch.

Подробную информацию о функциях шлюзов и привратников можно найти на http://www.elemedia.com.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями