Передача голоса и видео через Internet

Передача голоса и видео через

Internet

•Определения и цели IP-телефонии•Основные характеристики телефонных сетей•Проблемы пакетизированной передачи голоса и видео•Стадии развития и схемы построения систем IP-телефонии•Кодеки G.711, G.723, G.729 и роль DSP•Протоколы передачи потоковых данных RTP и RTCP•Стандарты H.323 как основа мультимедийных Internet-систем

Terminals, gateways, gatekeepers - элементы системы H.323Адресация в системах IP-телефонииРегистрация оконечного оборудования с помощью протокола RASСпособы установления соединений с помощью протоколов H.225.0 и H.245

•Распределенные коммутаторы (Soft switches) на основе протоколов MGCP и Megaco/H.248

•Архитектура сетей SIP:

–Терминал, прокси-сервер, сервер переадресации, сервер определения местоположения пользователей

•Установление мультимедийных сессий с помощью протоколов SIP и SDP

• Сравнение систем IP-телефонии, построенных на основе H.323 и SIP

•Трансляция адресов E.164 в DNS-имена с помощью схемы ENUM

•Реализация систем IP-телефонии

•Трансляция протоколов сигнализации SS7 и SIP, передача SS7 по SCTP

•Интеллектуальные телефонные сети IN и их интеграция с IP-сетями

«IP-телефония» - это общий термин, обозначающий передачу голоса и факса (а также связанные с этим сервисы) частично или полностью через пакетные сети на основе протокола IP.

Понятие «IP-телефония» распространяется также и на те случаи, когда голос и факс передаются вместе с другими видами информации, в частности с текстом и изображением.

«VoIP» - синоним термина «IP-телефония»

«Internet-телефония» - более узкий термин, соответствующий случаю, когда услуги IP-телефонии частично или полностью осуществляются через Internet.

Определения: IP-телефония, Internet-телефония, Voice over IP (VoIP)

Определение форума ITU «World Telecommunication Policy Forum (WTPF 2001, 7-9 March 2001)», полностью посвященного IP-телефонии:

Voice is easy, telephony is hard… Nortel

Определения телекоммуникационных понятий прежде всего должны базироваться на услугах, а не на технологиях - главная цель определений и правил регулирования - защита и поддержка пользователей, а для пользователя не имеет значения, на основе какой технологии реализуется предоставляемая ему услуга.

Отказ различать предоставление услуг через частную IP-сеть и Internet -разницу между публичным Internet и частной IP-сетью зачастую обнаружить непросто

Три критерия классификации: тип трафика, способ идентификации абонента и технология передачи. Несмотря на то, что TIPHON считает, что технология – это вторичный аспект, полностью игнорировать его в данном случае они не смогли.

Принципы определений IP телефонии группы ETSI TIPHON(Telecommunication and Internet Protocol Harmonization over Networks, основана в 1997 г.)

Определения TIPHON

Voice over IP – общий термин для любого сервиса, передающего голос и использующего для этого IP-сеть в форме Internet или частной сети.

IP-телефония – это сервис телефонии, то есть сервис, обеспечивающий коммутируемые голосовые соединения преимущественно по схеме один-ко-одному, который обеспечивается сетью, использующей протоколы IP в форме общедоступного Internet или частной IP-сети

Public Telephony - сервис, обеспечивающий коммутируемые голосовые соединения преимущественно по схеме один-ко-одному, который использует адресацию E.164

+371 776 13 80

Это расширение области действия традиционного названия Телефонная сеть Общего Пользования, ТфОП

(Public Switched Telephony Network, PSTN – более узкий термин)

Internet Telephony - сервис, обеспечивающий коммутируемые голосовые соединения преимущественно по схеме один-ко-одному, который использует доменные имена Internet:

[email protected]

AFI(Authority and Format

Inentifier)

Initial Domain (до 15 цифр)

Part DSP(до 40 цифр)

E.164X.25PSTNGeographicalIntern. Org

Country

44

Sity

207

Number

333-44-55

Extensions

567

Адресация E.164 с префиксами ISO-7498

Цели IP-телефонии

•Снижение себестоимости (для провайдера) и стоимости (для пользователя) междугородных и международных звонков (тактическая цель)

IP-инфраструктура дешевле PSTN

Стоимость дальней связи часто завышена – источник развития инфраструктуры PSTN и стремление к сверхприбылям монополиста

•Легкость начала бизнеса для небольших компаний

•Введение новых услуг за счет интеграции телефонии и обработки данных(стратегическая цель)

Голос по телефоннымкоммутируемым каналам

Голос в IP пакетах

Снижение стоимости дальней связи

ГТС ГТС

Internet

Провайдер IP-telЕвропа

Провайдер IP-tel

Америка

Для начинающего провайдера:

•Нужно подключиться к ГТС

•Нужно заключить договор с Internet-провайдером

•Нужно заключить договоры с другими IPtel-провайдерами (IPTP)

Новые услуги

Пример: вторая виртуальная линия для абонента (Internet Call Waiting)

Занято

ТфОП

Internet

Сервер удаленного доступа

Шлюз IP-телефонии

1

Соединение с Internet

2Перемаршрутизация

3

3 Направление вызова по IP-телефонии через Internet и ГТС – если компьютер оснащен средствами IP-телефонии

Пакетная передача голоса в сценарии «компьютер-компьютер» (без промежуточной сети ТфОП)

МикрофонАЦП Компрессия

речевой информации

Пакетизация

Управление и сигнализация

ЦАП Декомпрессия речевой информации

ДепакетизацияНаушники, динамики

IP

МикрофонАЦП Компрессия

речевой информации

Пакетизация

Управление и сигнализация

ЦАП Декомпрессия речевой информации

ДепакетизацияНаушники, динамики

1. Setup bob.att.com2.Запрос DNS - bob.att.com

3. Ответ DNS - 192.100.15.1064. Setup

192.100.15.1054. Setup 192.100.15.105

4. Setup 192.100.15.105

4. Setup 192.100.15.1055. Connect 192.100.15.105

5. Connect 192.100.15.105

5. Connect 192.100.15.105

6. Open channel RTP

6. Open channel RTP

6. Open channel RTP7. Ack open channel

RTP

7. Ack open channel RTP

7. Ack open channel RTP

8. Речь в пакетах RTP



VoIP Gateway“Resident side”

Gatekeeper“Connection Management”

AnalogVoice

Fax

PBX orKTS

VoIP Gateway“Trunk side”

Branch Office

Headquarters

Digital IPVoice

DigitalVoice Analog

Voice

IP-IP-телефония телефония в сочетании с телефониейв сочетании с телефонией традиционнойтрадиционной

IP

Схемы и этапы развития IP-телефонии

1-й критерий классификации – сеть подключения абонентов (IP или PSTN) и наличие транзитной сети другой технологии

2-й критерий классификации – инициатор вызова (при разных сетях у абонентов)

2-й критерий классификации – корпоративные или массовые абоненты

Схемы в зависимости от сети подключения абонентов и транзитной сети

1. IP – IP без промежуточной сети PSTN (будущее)

Станция IP-tel провайдера услуг - IPTP

NGN с IP транспортом

илиили

IP phone IP phone

2. IP – IP c промежуточной сетью PSTN – корпоративные абоненты, установившие IP PBX, но не имеющие частную IP сеть, обеспечивающую нужный уровень QoS

IP-telephony

PSTN

IP PBX - Softswitch ITG

Адреса конечных абонентов – E.164

Нужна система отображения – E.164 <-> DNS

$$

$$

3. PBX – IP Private – PBX: корпоративная IP-телефония А. Корпоративные сети без VoIP

HeadquartersHeadquarters Branch OfficeBranch Office

Phone/Fax CallsPhone/Fax CallsPBX

FileServer

WANWANPCs

Remote Bridge/Router

Remote Bridge/Router

HeadquartersHeadquarters Branch OfficeBranch Office

Branch OfficeBranch Office

Gatekeeper

PBX

PBX

IP Router IP Router

PBX

IP TelGatewayIP Tel

Gateway

IP TelGateway

IP Router

IP WAN

B. Корпоративные сети с обычными PBX и шлюзами ITG – предприятие имеет частную сеть IP с нужным уровнем QoS

IP Phone

IP Phone

IP Phone

CustomerInformation

ManagementSystems

Automated Agents

IP Telephony Gateway

Switch

IP TelephonyGateway

Интегрированный доступ ПерсоналСети Системы


PSTN

VPS

VPS

Data

RouterRouter



TraditionalPhone

Voice & Fax Mail

Video

Web E-Commerce E-mail

IP Эволюция бизнес-применения IP-телефонииИнтегрированные доступ, сети и системы

Internet

Каждая сеть резервирует другую!

Глобальная телефонная сеть (GSTN)

I n t e r n e t

FaxFax

ПрограммныйIP-телефон

VoIP Gateway

VoIP Gatekeeper

Консоль управленияIP-телефонией

Системабиллинга

АТСКонцентратор

удаленного доступа

Голос по телефоннымкомму тиру емым каналам

Голос в IP пакетах

Управление

4. Phone-PSTN-IP-PSTN-Phone

IP Telephony для операторов - сегодня

Узел IPTP

Узел IPTP

Узел IPTP

5. IP – Phone c промежуточными сетями IP и PSTN

А) Инициатор соединения – IP-телефон -> похоже на схему 2

IP-telephony

PSTNIP ITG

Адреса конечных абонентов – E.164

Cистема отображения – E.164 <-> DNS ?

Softswitch

По такой схеме оказываются услуги компаниями Net2Phone и DotDialer

5. IP – Phone c промежуточными сетями IP и PSTN

B) Инициатор соединения – Phone

IP-telephony

PSTNIP ITG

Адреса конечных абонентов – DNS

Cистема отображения – E.164 <-> DNS ?

Softswitch

ATM Frame Relay IP

W

A

N

L

A

N

A

P

P

S

Телефония через сети передачи данных

Возможности телефонии

WAN Кодирование голоса Транспортировка голоса Управление вызовами

LAN Транспортировка голоса Терминалы с поддержкой голоса Управление вызовами

Приложения Интегрированный уровень

представления Интегрированные бизнес-

приложения Интегрированное управление

(directory, policy)

FaxVoice Mail

Unified Messaging

E-mail

E-CommerceНовые

приложенияToll Bypass & Consolidation

Private IP networkInternet

Private IP network (Internet)

Кратковременные Долговременные

Экономия Бизнес-применение

Преимущества IP-телефонии

>2002

UnifiedMgmt

DirectoryPolicy

IP-телефония

Small SitePhysical

Integration

LegacyAccess

Modules

Dist. Apps SvrsDistributedGatekeeper

IP Phones

IP Phones

IP Appliances

<1998

Телефония с коммутацией каналов

Гибридная пакетная-канальная телфония

PBX

KSApps

Small SitePhysical

Integration

Integrated Management

Directories

Ethernet

Переходный период

PBX +Apps

ATM/FR

IP LAN/WAN

PSTN

KS +Apps

Call Svr, Apps SvrRouter, Mgmt Svcs

Directory Svcs * Policy Svcs *

VoIP

PSTN

IP LAN/WAN

QoSIP LAN/WAN

QoS+

PBX / KSApps Svr

VoIP, RouterIntegrated Mgmt

Этапы развития IP-телефонии

Телефонная сеть – простые терминалы, сложные коммутаторы, сложные процедуры установления соединений между абонентами в реальном времени

Telephone

FXS

FXS

Q.931

UNI NNI

SS7SS7

Телефонный коммутатор запоминает все соединения между абонентами, проходящие через него (statefull) – причина высокой стоимости

Особенности PSTN – их нужно эмулировать в IP

MainframeМаршрутизаторы – устройства «без памяти» - они обрабатывают каждый пакет отдельно, не запоминая соединений между конечными пользователями

Только IP

IP-сеть: сложные терминалы (компьютеры) и простые коммутаторы (IP-маршрутизаторы)

Традиционная IP-сеть (без новых свойств) не обеспечивает качества обслуживания

Mainframe

Только IP

Основная проблема IP-телефонии: новые сервисы IP-сети должны эмулировать обработку телефонных соединений в PSTN

Новые элементы IP-сети:

•Шлюз ITG

•Привратник (softswitches)

•Система биллинга

•Серверы приложений

Базовая процедура установления вызова в телефонной сети по протоколу Q.931

Telephone TelephoneНаборSet up

Set up

ЗвонокAlerting

AlertingГудки

Снятие

трубкиConnectНачало

оплатыConnectСнятие гудков

Разговор

Трубка на

рычагеDisconnect

Окончание

оплаты

SS7 messages

Call proceeding

Connect ack

Release

complete

Release

Release

complete

Disconnect

ReleaseТрубка на

рычаге

Дополнительные услуги ISDN

•Direct dialing-in – позволяет непосредственно звонить другому пользователю, подключенному к ISDN-совместимой PBX, без посредничества секретаря

•Calling line identification presentation – предоставление вызываемой стороне номера вызывающей стороны

•Calling line identification restriction – ограничение предоставления вызываемой стороне номера вызывающей стороны

•Call transfer – перевод принятого вызова третьей стороне

•Call forwarding busy, no reply, unconditional – переадресация вызова по занятости вызываемого абонента, его не ответу или безусловная

•Line hunting – распределение звонков на определенный номер по группе интерфейсов или терминалов.

•Call waiting, hold – уведомление пользователя, уже соединенного с кем-то, о приходе нового вызова. Пользователь имеет возможность принять или отклонить вызов.

•Conference call – возможность нескольким пользователям одновременно участвовать в разговоре

•Closed user group (VPN)– члены группы могут взаимодействовать только между собой, один или несколько членов могут общаться с внешним миром

IP телефония должна обеспечить тот же набор услуг!

3 уровня MTP

SCCP

TCAP MUP

HUP TUP

ISUP INAP OMAP MAP

Стек протоколов SS7/IN

Базовая процедура установления вызова в телефонной сети по протоколу ISUP/SS7

Telephone

Set up

Alerting

Connect

Disconnect

Telephone

Set up

Alerting

Connect

Release

Disconnect

Initial Address Message (IAM)



Change band/rate

(optional)

Optional end-to-end

interchange

Address Complete

(AC)Address Complete

(AC)Address Complete

(AC)

Answer Answer

Answer

Release Release Release

Release

Released Released ReleasedRelease compl. Release compl.

Release compl.

Интеллектуальная сеть – отделение дополнительных услуг от базовой коммутации

Telephone

SS7

Логика услуг

SCP

SSP

Переключение сервиса

INAP-запрос

INAP-ответ

800-236-450

555-10-34

236-450 555-10-34

236-451 310-23-69SMP SCEP

SSP – Service Switching Point

SCP – Service Control Point

SMP – Service Management Point

SCEP – Service Creation Environment Point

Модель процесса обслуживания вызова

Состояния процесса:

•Трубка снята

•Накопление цифр номера

•Анализ номера

•Маршрутизация

•…

SSP

Накопленная информация

Адрес назначения

Триггерные точки инициации обращения к SCP

Процесс обслуживания вызова

Логика услуг

SСP

•Automatic Alternative Billing – вызов с любого аппарата, плата относится на счет абонента, который определен для этой услуги и не принадлежит к вызываемой или вызывающей стороне

•Abbreviating Dialing – сокращенный набор, (функции VPN)

•Credit Card Calling – вызов по кредитной карте. Абонент должен набрать номер своей карты и PIN, затем – номер вызываемого абонента

•Conference call – возможность нескольким пользователям одновременно участвовать в разговоре

•Call Distribution – распределение входящих вызовов:

•равномерное

•процентное

•приоритетное

•Call forwarding – безусловная переадресация вызова на другой номер

•Call Rerouting Distribution – при определенных условиях (абонент занят, не отвечает, переполнена очередь и др.) вызов направляется на другой номер, либо подключается к средствам воспроизведения речевого сообщения, либо ставится на ожидание.

Набор услуг CS-1 интеллектуальной сети

•Destination Call Routing – маршрутизация вызовов на разные терминальные устройства по условию:

•Время дня, день недели и т.п.

•Географическое положение вызывающего абонента

•Стоимостные коэффициенты

•Коэффициенты распределения нагрузки, устанавливаемые абонентом.

•Follow Me Diversion – переадресация «вслед за собой». Абонент может назначать новый номер для переадресации звонков на его постоянный номер

•Freephone – бесплатный вызов. Плата за вызов относится на счет заказчика услуги. Абоненты получают доступ по единому номеру к ближайшему офису заказчика.

•Premium Rate – услуга с дополнительной оплатой. Абоненту начисляется плата как за полученную связь, так и за дополнительную информацию, предоставляемую заказчиком услуги. Доход распределяется между оператором сети и заказчиком.

•Televoting – телеголосование. Опрос общественного мнения с помощью сети. Для разных вариантов ответов используются разные номера.

Набор услуг CS-1 интеллектуальной сети (продолжение)

Технологические составляяющие IP Telephony

Алгоритмы компрессии/декомпрессии (codec на основе Digital Signal Processor,DSP )

Протоколы транспортировки речи – RTP, RTCP Протоколы сигнализации IP Telephony H.323 и

SIP Распределенные шлюзы MGCP, MEGACO Обеспечение Quality of Service (QoS)

Key inVoice Quality

Q

* Transmission performance considerations for voiceband services carried on networks that use Internet Protocol

TR-41User Premises

Telephone Equipment Requirements

TR-41.1.2IP/SCN End-to-End Voice

Transmission Requirements

TR-41.3.4 PN-4462Performance and Interoperability

Requirements for VoIP Telephone Terminals

TR-41.3.3 PN-4352Transmission Requirements for Voice over IP and Voice over

PCM Digital Wireline Telephones

T1A1Performance and Signal

Processing

T1A1.7 Report No. 56Performance Guidelines for

Voiceband Services Over Hybrid Internet/PSTN Connections

ANSI

TIA (Telecommunications Industry Association)

Committee T1

T1A1.5Multimedia Communications

Coding and Performance TR-41.3Analog and Digital

Wireline

Q SG12End-to-end

Transmission Performance of

Networks & Terminals

TIPHON (Telecommunications &

Internet Protocol Harmonization Over

Networks)

EU

Working Group 6Verification and Demonstration

Working Group 5 QoSTR-101 329

General Aspects ofQuality of Service (QoS)

STQSpeech processing, Transmission and Quality aspects

Study Group 16Multimedia Services and

Systems

H.323Packet-based multimedia communication system

UN

G.109Definition of categories of speech

transmission quality

G.177Transmission planning for voiceband services over

Internet/PSTN connections

Question 23/12 *

G.107 E-Model

G.7XX Vocoders

ETSI (European Telecommunications Standards Institute)

ITU-T (International Telecommunication Union - Telecom)

Q Q

Q

IETF(Internet Engineering

Task Force)

Transport Area

MEGACO (Media Gateway Control)MGCP (Media Gateway

Control Protocol)

DiffServ(Differentiated Services)

IntServ(Integrated Services)

IPTel(IP Telephony)

RSVP(Resource Reservation Setup

Protocol)

IAB

SIP(Session Initiation Protocol)

MMUSIC(Multiparty Multimedia Session

Control)

Стандарты IP-телефонии

64 Kbps

8 KbpsCS-ACELP (ITU G.729)(Conjugate-Structure Algebraic Code-Excited Linear-Predictive)

Алгоритмы codec’ов Bandwidth

PCM (ITU G.711)(Pulse Code Modulation)

5.3/

6.3 Kbps*

MP-MLQ/ACELP (ITU G.723.1)(Multipulse Maximum Likelihood Quantization/ Algebraic Code-Excited Linear-Predictive)

DSPCompressionCompression

SpeechSpeech

64 KbpsVoice

8 Kbps Voice8 Kbps Voice

AvailableBandwidth

AvailableBandwidth

AnalogVoice

DigitalVoice

Кодеки и DSP

ADPCM (ITU G.726) - Adaptive Differential PCM – не применяется в пакетной телефонии из-за чувствительности к потерям кадров

16 /24

Kbps

Пакетизация потоковых данных

DSP

64 KbpsVoice 8 Kbps Voice8 Kbps Voice

Available

AvailableBandwidth

IP

Задержка пакетизации =

N x

При передаче голоса задержка пакетизации д.б. < 20 - 30 мс

Размер пакета < 160 - 240 байт (1 байт – 125 мкс > 160/8)

Размер пакета определяется не только желанием уменьшить задержку, но и размером кадра алгоритма компрессии – кадр не может быть меньше периода анализа данных, т.е. > 80 –160 байт

Передача сигналов Передача сигналов DTMF DTMF в в IP-IP-телефониителефонии

Кодирование тоновых сигналов DTMF при использовании G.711 не вносит никаких искажений

Узкополосные кодеки при компрессии учитывают особенности спектра и инерционности человеческой речи – искажения тонов DTMF – нельзя передавать через сеть IP-телефонии

Решение

1. Обязательный метод – помещение кодов сигналов DTMF (0, 1, …,9, *, #) в специальное сообщение управляющего протокола

2. Нестандартный метод форума VoIP – открытие специальной сессии по протоколу RTP – позволяет переносить отметки времени нажатия клавиш, помогает при организации интерактивного взаимодействия с пользователем

Влияние задержек на качество Влияние задержек на качество голосаголоса

100 150 200 300 мс

Задержка

Воспринимаемое абонентом качество

Два шлюза ITG вносят задержку 60-70 мс (данные ЛОНИИС) – остается 90 мс для задержек сети

Элементы Элементы VoIP, VoIP, повышающие повышающие качество голосакачество голоса1. Подавление эхо

2. Подавление пауз (Voice Activity Detection)

3. Генерация «комфортного» шума вместо пауз (Comfort Noise Generator)

Мощность сигнала (dB)

Порог сигнал/шум (dB)

Усечение разговора

Кодирование речи

Удержание речи

Gateway Gateway

Quality of Voice over Premium Quality IP network approaches PSTNQuality of Voice over Premium Quality IP network approaches PSTN

Extremedissatisfaction

Highdissatisfaction

Somedissatisfaction

Satisfied

%o

f u

sers

wit

h g

oo

d o

r ex

celle

nt

rati

ng

PSTNReference

G.711

IntranetNow TypicalShort Haul

G.723.1150ms delay1.5% pk lost

Internet Now Typicalshort Haul

G.723.1200ms delay2% pk lost

Premium IP Short Haul

G.72955ms delay0% pk lost

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Premium IPLong Haul

G.72970ms delay0% pk lost

Internet Now TypicalLong Haul


IntranetNow TypicalLong Haul


ITU codec StandardsBusiness Quality Voice

PSTNPSTN IP NetworkIP Network PSTNPSTN

Кадр 30мс, 16 MIPS

Кадр 10 мс, 20 MIPS

RTP Real Time Protocol (RFC 1889)RTCP Real Time Control Protocol (RFC 1890)Intserv Resource Reservation Protocol (RSVP)DiffServ Differentiated Services (Packet Prioritization)

Quality of Service (QoS)

IP LANIP WAN

Application QoSRTP/RTCP

Network QoSIntServ/DiffServ

IP LAN

Протоколы передачи потоковой информации в реальном времени:

RTP и RTCP

Назначение:

- идентификация типа данных

- нумерация последовательности данных

- временные отметки

- мониторинг доставки

- сведения об участниках конференции

Не предназначен для:

- обеспечения своевременной доставки данных

- предоставления услуг QoS

0 1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|V=2|P|X| CC |M| PT | sequence number |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| timestamp |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| synchronization source (SSRC) identifier |

+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+

| contributing source (CSRC) identifiers |

| .... |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Формат пакета RTP

Назначение полей RTP:

P - признак заполнения (padding’а) - требуют некоторые протоколы компрессии (последний байт заполнения содержит число байт заполнения)

PT - тип данных (Payload Type), например аудио G.729

SSRC - идентификатор источника синхронных данных

CSRC - идентификатор дополнительного источника (например, конвертора кодирования)

Sequence Number - последовательный номер пакетав RTP-сессии, начальное значение - случайное (для защиты при шифрации)

Timestamp -временная отметка первого байта данных, начальное значение - случайное, разрешение таймера д.б. достаточно для данного приложения (аудио, видео)

Функции протокола RTCP

1. Получении информации обратной связи от приемников о качестве доставки -

•служебные сообщения посылаются приемниками периодически

•особенно важно при групповой доставке

2. Доставляет каноническое имя отправителя приемнику (e-mail, номер телефона, географическое расположение)

3. Контроль количества участников сессии для определения частоты отправки служебных сообщений - масштабируемость

4. Рассылка информации о сессии всем участникам - полезно при «свободной» организации сессии

Типы пакетов RTCP

SR (Sender Report) - статистика от активных отправителей (jitter и т.п.)

RR (Receiver Report) - статистика от получателей

SDES - дескриптор сессии, включающий каноническое имя отправителя, требуемую пропускную способность для качественного приема данных и т.п.

BYE - индикатор завершения участия в сессии

APP - специфические для приложения функции

Протоколы сигнализации IP-телефонии

H.323 v2 Стандарт ITU-T – первый стандарт IP-telephony Изначально разработан для видео и аудио конференций через

LAN

Session Initiation Protocol, SIP – стандарт IETF Media Gateway Control Protocol (MGCP) – стандарт IETF MEGACO/H.248 - совместный стандарт IETF/ITU-T

Gatekeeper

MCU Gateway

Endpoints• Могут звонить и

принимать звонки (вызовы)

Gatekeeper• Трансляция адресов (IP, telephone)• Контроль доступа• Связь с систпмой биллинга•Не генерирует или терминирует звонки

Gateway• Взаимодействие с терминалами

других типов и PSTN

Multipoint Control Unit (MCU)• Поддержка многоточечных конференций

Terminals• PC, IP phones, set-

top boxes

Terminal

Элементы архитектурыH.323 v2

H.323 Architecture

T1604210-97

H.323

Scope of

GatekeeperH.323 H.323

GatewayH.323

TerminalH.323

Terminal

(NOTE)

N-ISDN B-ISDN

H.320Terminal

H.321Terminal

H.321Terminal

H.310 terminal

operating inH.321 mode

H.323Terminal

GSTN

H.324Terminal

H.322Terminal

Guaranteed

QOS

LAN

SpeechTerminal

SpeechTerminal

H.323MCU

V.70Terminal

NOTE – A gateway may support one or more of the GSTN, N-ISDN and/or B-ISDN connections.

Packet Based Network

Архитектура H.323

H.323Gatekeeper

H.323Endpoint

H.323Endpoint

Locatio

n, Call

Admission, a

nd

Registratio

n

Call Setup,Capability Exchange,

Connection Establishment, and Call Status

Location, Call

Admission, and

Registration

RTP Audio

H.323 v2 Operations

Уровни IP-телефонии в модели TIPHON

Статическая информация, относящаяся к сервисам (базы

профилей пользователей, таблицы маршрутизации вызовов и т.п.)Services

ServiceControl

Активные функции, связанные с предоставлением сервисов

(регистрация терминалов, маршрутизация вызовов, …)

Call Control

Связывание группы пользователей и информационных каналов, Связывание группы пользователей и информационных каналов,

запоминание состояния вызовазапоминание состояния вызова

BearerControl

Управление информационными каналами (выбор типа Управление информационными каналами (выбор типа

кодирования, пакетизация, выбор уровнякодирования, пакетизация, выбор уровня))

MediaControl

Передача по определенной сетевой среде (Передача по определенной сетевой среде (Media stream Media stream

transmission and receptiontransmission and reception))

QoS Characterization & ControlQoS Characterization & Control

TIPHON Acronyms SCN - Switched Circuit Networks SC - Service Control CC - call control BC - bearer control MC - media control ICF - interconnect function TF - transport function TRM - transport resource manager TPE - transport policy entity TU- transport usage

Meta-protocolPreviousdomain

IP MC BC CC ServicesSC

CallRequest CC200

Nextdomain

ACTIVE PHASE

Access &Routing Request SC200

Access Routing Request

TransportCapConfirm

MediaCapConfirm

BearerEstabl.Report

CallRequest

BearerRequest

CallReport{Alerting}

CallReport{Alerting}

Bearer

Indication

Access &RoutingConfirm

MediaCapRequest

TransportCapRequest

CallConfirm

MediaIndication

TransportIndication

CallConfirm

CC203

CC204

CC210

CC211

BC200

BC201

BC204

MC200

MC201

MC204

SC202Validate Route

Confirm

Access Routing Request

Validate Route

ConfirmSC201

BearerConfirm

TransportEstConfirm

MediaEstConfirm

MediaEstReqeust

TransportEstRequestt

BearerEstabl.

Confirm

CC209BC203

BC202

MC203

MC202

BearerRequest

BC200

BearerRequest

ReleaseIndication

ReleaseIndication

BearerReleaseRequest

BearerReleaseConfirm

MediaRelRequest

Transport Rel.Confirm

BC206

BC207

MC205

MC206MediaRel.Confirm

TransportRelRequest

CC212

1

2

3

4

4

56

910

11

14

15

7

8

1213

H.323 Protocol Stack Аудио кодеки (G.711, G.723.1, G.729, G.728, и т.п.) и видео кодеки

(H.261, H.263) компрессируют и декомпрессируют потоки данных Потоки данных транспортируются с помощью RTP/RTCP

RTP переносит данные RTCP переносит статусную информацию

RTP/RTCP работает через UPD Сигнализация - через надежный транспорт TCP

RAS - registration, admission, status Q.931 - установление и завершение соединения (call setup and

termination) - но не сессий RTP H.245 - обмен возможностями и управление сессиями RTP

59

H.323 Protocol Stack

Терминалы H.323

Конечный узел LAN Поддерживает двусторонее взаимодействие в реальном

времени с другими элементами H.323

Должен поддерживать: Голосовые (аудио) кодеки (G.711 - как минимум) Сигнализацию - Q.931, H.245, RAS

Опционально: Video Data

Терминалы H.323

H.323 Gateway

Интерфейс между LAN и сетью с коммутацией каналов (Switched Circuit Network)

Транслирует коммуникационные процедуры и форматы между двумя типами сетей

Установление и разрыв соединений Компрессия и пакетизация голоса Пример: шлюз IP/PSTN

H.323 Gateway

H.323 Gatekeepers

Опциональный элемент (напимер, Netmeeting не использует gatekeeper’ов)

Управляет зоной (zone - набор устройств под управлением одного привратника)

Обычно в зоне имеется один gatekeeper; алтернативный gatekeeper может существовать для резервирования или баланса нагрузки

Обычно представляет собой программный компонент, работающий на компьютере, но может быть интегрирован с шлюзом или терминалом

(элемент Cisco IOS )

65

H.323 Gatekeepers Обязательные функции:

Трансляция адресов и маршрутизация (routing - TRIP) [email protected] -> IP, 371-712-67-85

Контроль доступа (административный) Минимальный контроль пропускной способности - обработка запросов Управление зоной

Опциональные функции: Управление вызовами - непосредственная обработка команд Q.931

между конечными точками Авторизация вызовов, управление полосой пропускания, применение

политики к обработке вызовов Передача данных в систему биллинга Поддержание Gatekeeper management information (MIB) Сервисы справочной службы (directory services)

H.323 MCU

MCU - Multipoint Control UnitКонечная точка, поддерживающая конференции между

3-мя и более конечными точкамиМожет быть отдельным устройством или

интегрирована в gateway, gatekeeper или terminalОбычно состоит из multi-point controller (MC) и multi-

point processor (MP) MC - управляет конференцией - присоединением и

т.п. MP - получает потоки данных от конечных точек и

распределяет их между участниками конференции

67

Централизованные и децентрализованные конференции

Централизованные - MCU управляет конференцией (MC) и обрабатывает потоки данных (MP)

Децентрализованные - MCU обрабатывает только сигнализацию, а потоки данных протекают непосредственно между конечными точками

В последнем случае MCU работает без MP

В сетях с коммутацией пактов организовать конференцию проще:

•Проблема смешивания голосовых каналов от разных абонентов в одном канале приема решается за счет передачи смеси пакетов – в том темпе, в котором они приходят от абонентов

Модели сигнализации

Определяют, какие протокольные сообщения передаются через gatekeeper, а какие - непосредственно между двумя конечными точками

Чем больше сообщений передается через gatekeeper, тем больше его нагрузка и ответственность (управляемость соединениями)

Только gatekeeper решает - какую модель сигнализации выбрать Потоки данных никогда не передаются через gatekeeper

Direct Endpoint Call SignallingDirect Endpoint Call Signalling

Gatekeeper Routed Call Signalling (Q.931)Gatekeeper Routed Call Signalling (Q.931)

71

Gatekeeper Routed Call Signalling (Q.931/H.245)Gatekeeper Routed Call Signalling (Q.931/H.245)

72

Пример взаимодействия между клиентами A Пример взаимодействия между клиентами A и и B B по по моделимодели Gatekeeper Routed Call Signalling (Q.931) Gatekeeper Routed Call Signalling (Q.931)

А

Взаимодействие клиентов А и ВВзаимодействие клиентов А и В

Этапы установления соединения: Обнаружение и регистрация на gatekeeper”е - RAS канал Маршрутизация запроса между конечными точками через

gatekeeper - Q.931 call signalling Начальное взаимодействие и обмен возможностяыми -

H.245 call control Установление мультимедийных сессий - H.245 call control Завершение соединения - H.245 call control & Q.931 call

signalling

74

Обнаружение - Discover Gatekeeper (RASОбнаружение - Discover Gatekeeper (RAS)

Клиент передает пакет Multicast Gatekeeper Request packet (кто мой gatekeeper?)

Gatekeeper отвечает пакетом Gatekeeper Confirmation или пакетом Gatekeeper Reject

Обнаружение - Discover Gatekeeper (RASОбнаружение - Discover Gatekeeper (RAS)Абонент А Абонент BПривратник

GRQ 224.0.1.41

GCF - адрес RAS

GRQ 224.0.1.41


76

Регистрация у Gatekeeper’а (RAS)Регистрация у Gatekeeper’а (RAS)

Клиент Клиент передает запрос Gatekeeper Registration Request, сообщая gatekeeper’у свой адрес или псевдонимы

Gatekeeper отвечает - Registration Confirmation или Registration Rejection

В примере оба клиента - А и В -регистрируются у gatekeeper’а A

Регистрация у Регистрация у gatekeeper’gatekeeper’ааАбонент А Абонент BПривратник

GRQ 224.0.1.41


GRQ 224.0.1.41


RRQ/URQ

RCF/RRJ/UCF

RRQ/URQ

RCF/RRJ/UCF

Call Admission (RAS)Call Admission (RAS)

Клиент A посылает запрос Admission Request (могу я сделать этот вызов по адресу 134-57-30 ?); запрос включает величину максимальной пропускной способности, требуемую для вызова

Gatekeeper отвечает пакетом Admission Confirmation: Пропускная способность для вызова подтверждается или

уменьшается Адрес для установления канала сигнализации вызова

Разрешение вызоваРазрешение вызоваАбонент А Абонент АПривратник

ARQ

ACF

GRQ 224.0.1.41


GRQ 224.0.1.41


RRQ/URQ

RCF/RRJ/UCF

RRQ/URQ

Call Setup через Gatekeeper (Q.931)Call Setup через Gatekeeper (Q.931)

Клиент A посылает сообщение “Call setup” gatekeeper’уGatekeeper маршрутизирует это сообщение клиенту BЕсли клиент B приниамaет вызов, то он посылает запрос «Admission

request” gatekeeper’уЕсли gatekeeper “одобряет” прием вызова, то клиент B посылает

сообщение “Connect” клиенту A , определяя в нем адрес канала H.245 call control channel для обмена возможностями

Установление соединенияУстановление соединения

Абонент А Абонент АПривратник

ARQ

ACF

Setup

SetupCall Proceeding Call

ProceedingARQ

ACF/ARJ

AlertingAlerting

Connect Connect

TerminalCapabilitySet TerminalCapabilitySet

TerminalCapabilitySetAck TerminalCapabilitySetAck

82

Обмен возможностями (H.245)Обмен возможностями (H.245)

Клиенты обмениваются сообщениями Terminal Capability Set с параметрами, описывающими их возможности по передаче мультимедийной информацией, то есть поддержкой аудио/видео кодеков

При установлении конференции выбирается MCUПосле обмена возможностями клиенты могут выбрать

совместимый метод обмена потоками данныхОткрываютчя каналы обмена мультимедийной информацией

Установление мультимедийных каналовУстановление мультимедийных каналов

Для открытия логического канала для потока данных клиент передает сообщение Open Logical Channel (H.245)

Принимающий клиент отвечает сообщением Open Logical Channel Acknowledgement (H.245)

Потоки данных передаются через ненадежные каналы, управляющие сообщения - через надежные каналы

После установления каналов клиент или привратник может с помощью сервисов вызова увеличить или уменьшить полосу для вызова

Установление мультимепдийных каналовУстановление мультимепдийных каналов


TerminalCapabilitySet TerminalCapabilitySet

TerminalCapabilitySetAck TerminalCapabilitySetAck

MasterSlaveDetermination

MSDAck MSDAck

OpenLogicalChannel

Разговор

MasterSlaveDetermination

OpenLogicalChannel

OpenLogicalChannelAckOpenLogicalChannelAck

Открывается однонаправ-ленный канал

H.245

Завершение вызоваЗавершение вызова

Любая сторона может завершить вызовПусть клиент А завершает вызовКлиекнт A завершает передачу данных и закрывает логические

каналы: Клиент A передает команду End Session (H.245) Клиент B закрывает логические каналы передачи данных и

передает команду End Session Клиент A закрывает управляющий канал H.245 Если канал сигнализации вызова еще открыт, то

передается сообщение Release Complete между клиентами для закрытия этого канала (Q.931)

Завершение вызоваЗавершение вызова


EndSessionCommand

DisengageRequest

Release Complete

Разговор

EndSessionCommand

Release Complete

DisengageRequest

DisengageConfirm DisengageConfirm

Новые свойства H.323 Version 2Новые свойства H.323 Version 2

H.235 - безопасность и аутентификация, например, пароль для регистрации у gatekeeper’а

H.450.x - дополнительные сервисы, например перенаправление вызова

Быстрое установление вызова: Обход некоторых сообщений Инициируется сообщением Q.931 Fast Start, которое содержит

базовые параметры возможностей – сообщения OpenLogicalChannel

Развитие H.323Развитие H.323

Взаимодействия Inter - Gatekeeper: Текущий стандарт H.323 не предусматривает

межзонной модели, которая необходима для больших сетей

Протоколы класса Inter-gatekeeper обсуждаются: обнаружение друг друга и маршрутизация вызовов к не-локальным адресам (TRIP - аналог BGP)

Иерархические соглашения между gatekeeper’ами “clearing house” - центров обмена между провайдерами - (OPS группы TIPHON)

Documents

Передача голоса и видео через Internet