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:
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
8. Речь в пакетах 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
IP Telephony Gateway
PSTN
VPS
VPS
Data
RouterRouter
IP Telephony Gateway
IP Telephony Gateway
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-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)
Initial Address Message (IAM)
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
G.723.1285ms delay4% pk lost
IntranetNow TypicalLong Haul
G.723.1235ms delay3% pk lost
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
GCF - адрес RAS
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
GCF - адрес RAS
GRQ 224.0.1.41
GCF - адрес RAS
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
GCF - адрес RAS
GRQ 224.0.1.41
GCF - адрес RAS
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
Абонент А Абонент АПривратник
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
Абонент А Абонент АПривратник
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)