H.323 представляет собой скорее общий обзор архитектуры систем интернет-телефонии, чем конкретный протокол. В данном документе можно найти множество ссылок на различные специализированные протоколы кодирования речи, установления вызова, сигнализации, передачи данных и т.п., однако их описание не приводится. Общая модель изображена на илл. 7.36. В центре находится шлюз (gateway), соединяющий интернет с телефонной сетью. Он поддерживает протоколы стандарта H.323 на стороне интернета и протоколы телефонной сети общего пользования на «телефонной» стороне. Коммуникационные устройства называются терминалами. В LAN может быть привратник (gatekeeper), управляющий конечными узлами, находящимися в ее «юрисдикции», которая называется зоной.

Илл. 7.36. Модель архитектуры H.323 для интернет-телефонии

Работу телефонной сети обеспечивает множество протоколов. Во-первых, необходим протокол кодирования и декодирования аудио и видео. Стандартное телефонное представление одного голосового канала кодируется как цифровое аудио с потоком 64 Кбит/с (8000 сэмплов, 8 бит/с), что определено в рекомендации МСЭ G.711. Все системы H.323 обязаны поддерживать G.711. Поддержка других протоколов кодирования речи разрешена (но необязательна). Они используют иные алгоритмы сжатия и дают другое соотношение между качеством и пропускной способностью. Для сжатия видео выбран формат MPEG, который мы обсуждали ранее (он поддерживается в том числе в H.264).

Поскольку разрешено несколько алгоритмов сжатия, необходим отдельный протокол, который позволил бы терминалам договориться об использовании одного из них. Такой протокол называется H.245. Также он позволяет согласовать другие параметры соединения, например битрейт.

RTCP требуется для управления каналами RTP. Кроме того, нужен протокол для установления и разрыва соединений, обеспечения тонального вызова, генерирования звуков звонков и других стандартных функций телефонной системы. Для этого используется стандарт МСЭ Q.931. Терминалам требуется протокол для ведения переговоров с привратником (если он есть). Для этого разработан протокол H.225. Он управляет каналом между ПК и привратником, который называется каналом RAS (Registration/Admission/Status — Регистрация/Доступ/Статус). Помимо прочего, RAS позволяет терминалам входить в зону и покидать ее, запрашивать и освобождать полосу пропускания, обновлять данные о состоянии и т.п. Наконец, нужен протокол для непосредственной передачи данных. На этом участке работает RTP на основе UDP, и управляется он, как обычно, RTCP. Иерархия всех этих протоколов показана на илл. 7.37.

Аудио

Видео

Управление

G.7xx

H.26x

RTCP

H.225 (RAS)

Q.931

(Передача сигналов)

H.245

(Управление вызовами)

RTP

UDP

TCP

IP

Протокол канального уровня

Протокол физического уровня

Илл. 7.37. Стек протоколов H.323

Чтобы понять, как эти протоколы взаимодействуют между собой, рассмотрим следующий пример. Допустим, ПК (терминал LAN с привратником) совершает вызов на удаленный телефон. Вначале компьютеру нужно найти привратника, поэтому он рассылает специальный широковещательный UDP-пакет через порт 1718. В ответ привратник сообщает свой IP-адрес. Теперь ПК должен у него зарегистрироваться путем отправки RAS-сообщения в пакете UDP. После регистрации компьютер отсылает привратнику RAS-сообщение допуска (запрос на резервирование полосы). Только после выделения этого ресурса можно устанавливать соединение. Предварительное резервирование пропускной способности позволяет привратнику ограничить число соединений на исходящей линии, что обеспечивает необходимое качество обслуживания.

Строго говоря, телефонные системы выполняют ту же работу. Когда вы поднимаете трубку, на местный абонентский пункт отсылается сигнал. Если на пункте достаточно мощности для обработки еще одного звонка, он генерирует непрерывный гудок. В ином случае вы ничего не услышите. На сегодняшний день размер системы настолько велик, что вы практически всегда слышите непрерывный гудок, но раньше, когда телефония только зарождалась, на это обычно требовалось несколько секунд. Так что если ваши внуки когда-нибудь спросят, зачем нужны непрерывные гудки до начала набора, теперь вы знаете, что им ответить. Хотя к тому времени стационарных телефонов, скорее всего, не останется.

Теперь ПК устанавливает TCP-соединение с привратником, чтобы осуществить телефонный звонок. Для этого используются существующие протоколы телефонной сети, ориентированные на установление соединения (поэтому и требуется TCP). Для сравнения, в телефонной системе нет RAS, которые позволяли бы телефонным аппаратам заявлять о своем присутствии. Разработчики H.323 могли выбрать для передачи RAS-сообщений как UDP, так и TCP. Они остановились на UDP — протоколе с наименьшими издержками.

Когда терминалу уже выделена пропускная способность, он может отослать по TCP-соединению сообщение SETUP (стандарт Q.931). В нем указывается номер вызываемого абонента (или IP-адрес и порт, если вызывается удаленный компьютер). Привратник отвечает Q.931-сообщением CALL PROCEDING, подтверждая корректный прием запроса. Затем он пересылает сообщение SETUP на шлюз.

Шлюз (наполовину компьютер, наполовину — телефонный коммутатор) осуществляет стандартный звонок на обычный телефон. Оконечная телефонная станция вызываемого абонента выполняет привычную работу (у абонента раздается звонок), а также отсылает обратно Q.931-сообщение ALERT, извещая ПК о том, что началась серия звонков. Когда абонент поднимает трубку, оконечная телефонная станция отправляет сообщение CONNECT, сообщая компьютеру, что соединение установлено.

После установления соединения привратник перестает принимать участие в этом процессе, хотя шлюз, конечно, продолжает работать, обеспечивая двустороннюю связь. Пакеты идут в обход привратника и направляются напрямую по IP-адресу шлюза. Такую ситуацию можно сравнить с обычным каналом между двумя сторонами. Это просто соединение физического уровня, по которому передаются биты, не больше. Ни одна из сторон ничего не знает о другой.

Для переговоров о параметрах звонка применяется протокол H.245. Он использует всегда открытый управляющий канал H.245. Прежде всего, стороны сообщают о своих возможностях, например о поддержке видео (H.323 может это делать), конференц-связи, используемых кодеках и т.п. После этого создаются два однонаправленных канала, с которыми ассоциируются определенные кодеки и которым присваиваются заданные параметры. Поскольку на каждой из сторон может быть разное оборудование, возможна ситуация, когда каждый однонаправленный канал использует свой кодек. После достижения договоренности по всем вопросам можно начинать передачу данных (по протоколу RTP). Управление производится RTCP, контролирующим перегрузку. Если передаются видеоданные, RTCP занимается синхронизацией аудио- и видеоряда. На илл. 7.38 показаны различные виды логических каналов. Когда на одной из сторон вешают трубку, по каналу Q.931 передается сигнал окончания связи, чтобы высвободить ресурсы, которые больше не нужны после завершения звонка.