Protokół H.323

Protokół H.323 pozwala elastycznie konfigurować aplikacje przesyłające głos przez sieci IP, oferując wiele standardów wspierających to zadanie. H.323 jest promowany przez największych producentów sprzętu i oprogramowania, w tym Cisco Systems, Microsoft i Intel. Jest rozwiązaniem niezależnym od platformy, co w praktyce oznacza, że wdrażając H.323, nie trzeba stosować konkretnego systemu operacyjnego czy ściśle określonego sprzętu. Opcje zarządzające przepustowością pozwalają unikać bądź likwidować przeciążenia, gdyż administrator może przypisywać poszczególnym sesjom H.323 określone przepustowości, zapewniając w ten sposób wystarczającą przepływność innym aplikacjom uruchamianym w tym samym środowisku sieciowym. Administrator może konfigurować punkty końcowe, które realizują różne zadania. Przykładowo, terminal wspierający tylko dane audio może brać udział w konferencji, którą obsługują terminale przesyłające zwykłe dane i wspierające dane wideo. Multimedialny terminal zgodny z H.323 może współdzielić tę część konferencji wideo, która dotyczy zwykłych danych, z terminalem wspierającym tylko przesyłanie danych (standard T.120) i jednocześnie współdzielić zwykłe dane i dane audio-wideo z innymi terminalami H.323.

Podstawowe specyfikacje wchodzące w skład H.323 to: kodeki audio, H.225 (rejestrowanie, kontrola uprawnień i status, RAS), H.225 - w części, w której obsługuje sygnalizację kontrolującą wywołania, H.245 (kontrola sygnalizacji podczas trwania sesji), RTP i RTCP. H.225 RAS obsługuje komunikację między punktami końcowymi (terminalami i bramami) a nadzorcami w części dotyczącej rejestrowania i kontrolowania uprawnień użytkowników, kontrolowania dostępnej przepustowości i wymiany komunikatów RAS. Zanim zostanie ustanowiony jakikolwiek inny kanał, RAS zawsze najpierw otwiera kanał sygnalizacyjny między punktem końcowym a nadzorcą.

Standard H.323 pozwala uruchamiać konferencje, w których biorą udział użytkownicy pracujący w lokalnej sieci komputerowej i sieciach odległych. Oparty na protokole RTP/RTCP może też z powodzeniem przesyłać obrazy wideo przez Internet. Podstawowe kodeki audio stosowane w środowiskach VoIP to: G.711 (3,1 kHz przy 48, 56 i 64 kb/s), G.722 (7 kHz przy 48, 56 i 64 kb/s), G.728 (3,1 kHz przy 16 kb/s), G.723 (5,3 i 6,3 kb/s) i G.729. Głos obsługiwany przez standard H.323 ma oczywiście postać cyfrową i jest skompresowany. Protokół H.323 wspiera także kodeki audio rekomendowane przez ITU (w tym G.711, 56 lub 64 kb/s). Do dyspozycji są też inne kodeki (G.722, G.723, G.728, G.729). Wybór kodeka zależy od tego, jakie są wymagania dotyczące jakości dźwięku i jaką przepustowość oferuje konkretne środowisko sieciowe.

Podstawowe cechy protokołu H.323 v.2 to: wykorzystanie protokołu RTP (Real Time Protocol), który zapewnia utrzymanie kolejności pakietów, dołącza do pakietów znaczniki czasu, oraz protokołu RTCP (Real Time Control Protocol), obsługującego połączenia punkt-wiele punktów. Ponadto zawiera opis odpowiednio wydajnych kodeków audio, dzięki którym przepływność strumieni audio na wyjściu kodeka wynosi 5,6 kb/s. Strumienie audio są transportowane przez protokoły RTP/RTCP (usytuowane w modelu OSI poniżej protokołu H.323), protokół RTP odpowiada za transport danych audio, a RTCP zarządza sygnałami kontrolnymi. Protokół H.225.0 RAS rejestruje zgłoszenia i zarządza uprawnieniami. Protokół H.245 otwiera i zamyka kanały, a H.235 uwierzytelnia klientów i odpowiada za bezpieczeństwo.

Użytkownicy aplikacji VoIP/H323 mogą między sobą komunikować się w następujących konfiguracjach:

1. . Komputer PC - sieć IP - komputer PC.
2. . Komputer PC - sieć IP - bramka PSTN/IP - publiczna sieć telefoniczna - telefon.
3. . Telefon - publiczna sieć telefoniczna - bramka PSTN/IP - sieć IP - bramka PSTN/IP - publiczna sieć telefoniczna - telefon.

W topologii VoIP opartej na protokole H.323 można wyróżnić cztery podstawowe elementy: terminal, brama (gateway), nadzorca (gatekeeper) i serwer MCU (Multipoint Control Unit - wielopunktowy serwer konferencyjny).

Terminal to klient, który może otwierać i zamykać sesje VoIP. Terminale to najczęściej komputery PC, a właściwie specjalne oprogramowanie zainstalowane na komputerze (może to też być telefon internetowy lub inne wyspecjalizowane urządzenia), które jest zgodne ze standardem H.323 (przetwarzanie dźwięku na postać cyfrową i kompresja). Terminal może obsługiwać dwukierunkowe strumienie zawierające dane audio. W topologii, w której zwykły telefon nawiązuje przez sieć IP łączność z drugą stroną (może to być też zwykły telefon albo komputer multimedialny), taki telefon zawsze komunikuje się z bramą (łączność telefon-brama jest wtedy realizowana przez publiczną sieć telefoniczną). Ważnym elementem każdego terminalu obsługującego protokół H.323 jest oprogramowanie wspierające protokół H.225 RAS, dzięki któremu terminal może nawiązywać łączność z nadzorcą. Protokół ten jest też stosowany do nawiązywania łączności między bramą a nadzorcą. H.225 RAS realizuje następujące zadania: odnajdywanie nadzorcy (GRQ) oraz rejestrowanie i lokalizowanie punktów końcowych. Komunikaty RAS są przesyłane przez kanał RAS, który musi pracować absolutnie niezawodnie. Dlatego wymiana komunikatów RAS odbywa się z udziałem rozwiązań, takich jak limity czasu i liczniki ponawianych prób.

Punkty końcowe H.323, wykorzystując standard H.225 RAS, uruchamiają na początku procedurę odnajdywania nadzorcy, u którego następnie się rejestrują. Zadanie odnajdywania nadzorcy może być wykonywane dynamicznie lub statycznie. Przy odnajdywaniu statycznym punk końcowy zna adres nadzorcy. Przy odnajdywaniu dynamicznym punkt końcowy rozsyła specjalne pakiety rozgłoszeniowe, pytając w następujący sposób: „Kto jest moim nadzorcą?”. Nadzorca (jeśli zostanie zidentyfikowany) odpowiada: „To ja będę twoim nadzorcą”. Kolejny krok to rejestracja punktu końcowego w określonej strefie i jego lokalizowanie (wtedy jest określany adres transportowy punktu końcowego i nadaje mu się nazwę aliasu lub adres E.164).

Brama (gateway) łączy dwa różne środowiska sieciowe oparte na standardzie H.3233 z wykorzystaniem innej technologii. W aplikacjach VoIP brama jest odpowiedzialna za połączenie standardowej sieci telefonicznej (komutacja obwodów) z siecią IP (komutacja pakietów). Brama jest odpowiedzialna za ustanawianie i rozłączanie połączeń. Jest stosowana wszędzie tam, gdzie istnieje styk między standardową telefonią i sieciami IP. Realizująone takie funkcje jak: kompresja głosu, translacja procedur używanych do ustanawiania, utrzymania i rozłączania połączeń oraz przeformatowywanie transmitowanej informacji. Bramy nie są implementowane w tych architekturach, w których nie używa się tradycyjnych telefonów (np… Gdy stacjami końcowymi są komputery multimedialne, które komunikują się bezpośrednio z siecią IP). Urzadzemnie składa się z dwóch części: MGC (Media Gateway Controller) i MG (Media Gateway). MCG obsługuje zawsze sygnalizację H.225.0 RAS, a nieraz dodatkowo sygnalizację H.323 i SS7. MG dysponuje fizycznymi interfejsami obsługującymi zarówno sieci oparte na komutacji kanałów, jak i pakietowe. Po stronie H.323 brama obsługuje protokoły H.245, H.225 i H.225 RAS. Po drugiej stronie (tradycyjna telefonia oparta na komutacji obwodów) brama obsługuje protokół stosowany w tym środowisku (np… ISDN i SS7). Terminale komunikują się z bramą za pomocą protokołów H.245 i H.225. Brama konwertuje te protokoły w przezroczysty sposób na standardy obowiązujące w drugiej sieci. Jest też odpowiedzialna za ustanawianie i kończenie połączeń po obu stronach, tj. w sieci H.323 i sieci nieobsługującej tego protokołu.

Nadzorca (gatekeeper) jest opcjonalnym elementem, ale jeśli jest obecny w danej sieci, to terminale są zobowiązane go używać. Nadzorcy pełnią funkcję kontrolną nad połączeniami, tzn. zajmują się translacją adresów, identyfikacją terminali w sieci, kontrolowaniem szerokości pasma i kontrolą dostępu. Nadzorca zarządza określoną strefą, która jest zbiorem terminali, bram i serwerów MCU. Standard H.323 dzieli sieć na takie właśnie strefy. Zgłoszenia generowane wewnątrz strefy są zarządzane przez nadzorcę. Nadzorca kontroluje przebieg wszystkich rozmów przeprowadzanych w danej strefie. Podstawowe zadania nadzorcy to: kontrola dostępnego pasma, rutowanie zgłoszeń oraz przyjmowanie i odrzucanie zgłoszeń pojawiających się w danej strefie oraz autoryzacja użytkowników. Nadzorca pełni też rolę interfejsu komunikującego się z innymi sieciami H.323. Protokół H.323 może realizować jeden z dwóch scenariuszy. Pierwszy zakłada, że cała sygnalizacja jest obsługiwana przez nadzorcę, a samo połączenie odbywa się poza nadzorcą. Najczęściej jednak mamy do czynienia z drugim scenariuszem, w którym obie części sesji (sygnalizacja i połączenie) są obsługiwane przez nadzorcę. Standard H.323 określa format adresu URL, który identyfikuje urządzenia H.323. I tak na początku znajduje się ciąg „h323:”, a kolejne elementy adresu zawierają identyfikator użytkownika i adres urządzenia. Adresem urządzenia może być numer IP albo ciąg domen oddzielonych kropkami (tak jak w DNS).

Funkcje realizowane przez nadzorcę można podzielić na dwie grupy: w pierwszej znajdują się funkcje obligatoryjne, w drugiej - opcjonalne. Funkcje obligatoryjne to: translacja adresów, kontrola uprawnień użytkowników, kontrola przepustowości i zarządzanie strefą. Funkcje opcjonalne to: kontrola sygnalizacji w części dotyczącej wywołań, autoryzacja wywołań i zarządzanie nimi.

Serwer MCU (Multipoint Control Unit) obsługuje połączenia głosowe w sesjach typu multicast lub unicast. Serwer jest niezbędny jedynie wtedy, gdy trzeba obsługiwać scentralizowane telekonferencje. Służy do rozdzielania strumieni i przekazywania ich do odpowiednich terminali. W skład serwera MCU wchodzą: (MC) Multipoint Controller i opcjonalnie kilka elementów (MP) Multipoint Processors. MC odpowiada za wymianę informacji, MP natomiast zajmują się obsługą strumieni danych. Terminale w sieci wysyłają swoje strumienie z zakodowanym głosem do MCU, który rozprowadza je do uczestników telekonferencji.