Видеоконференцсвязь. Часть 2: Основные протоколы связи

Лирическое отступление

Данный материал я хочу начать с пояснения, чего бы мне НЕ хотелось достичь. Этой статьёй я не собираюсь заменять официальные документы с описанием стандартов связи – Request For Comments, или попросту RFC, — а также прочие умные книжки и материалы, в которых даны самые исчерпывающие пояснения. В настоящее время существует огромное количество материалов, с которыми необходимо ознакомиться для познания той или иной технологии. Особенно в области ИТ.

Цель, которая преследуется созданием этого небольшого материала, является лишь включение зажигания двигателя вашего любопытства, который способен осилить многие материалы по данной теме. Побочным эффектом данного намерения выступит более лёгкое вхождение в область ip-коммуникаций, и видеоконференцсвязь в частности. Поехали!

В настоящее время осуществление ВКС возможно поверх трёх протоколов связи:

  • ISDN
  • H.323
  • SIP

 

ISDN

ISDN (с англ. Integrated Services Digital Network) является наиболее старым. Спецификация была сформирована в начале 80-х годов прошлого столетия. Основными преимуществами данного протокола на момент принятия стандарта являлись предоставление множества услуг (телефония, факс и пр.) по уже существующей телефонной сети, а также возможность наращивания скорости передачи данных с использованием типовых каналов связи.

ISDN является технологией с внеканальной сигнализацией. Это значит что вся сигнальная информация передаётся отдельно от передаваемых данных. Для целей передачи этой информации выделен канал D (16 Кбит/с). Основной поток данных передаётся по каналам B (64 Кбит/с).

Интерфейс доступа – ещё одно важное понятие, – это способ подключения к оборудованию провайдера связи, или, иными словами, набор каналов, предоставляемых провайдерам нам, как клиентам. Существует два основных интерфейса доступа:

  • BRI (с англ. Basic Rate Interface) – интерфейс базового доступа. Состоит из двух B-каналов и одного D-канала (сокращённо 2B+D). Эффективная скорость соединения при этом составляет 2*64=128 кбит/с. Не забываем, что D-канал используется для передачи сигнальной (служебной) информации, поэтому “плюсовать” его при расчёте полосы пропускания канала связи не следует).
  • PRI (с англ. Primary Rate Interface) – интерфейс первичного доступа. Состоит из 30B+D каналов. Эффективная пропускная способность составляет 30*64=1920 кбит/с.

PRI обычно используется для высокоскоростного подключения организаций, в которых уже “разделяется” на более мелкие BRI в гнёзда оборудования связи. В качестве примера можно привести аппаратный терминал Edge95 от Cisco, который допускает подключение по ISDN со скоростью до 512 кбит/с и имеет, соответственно, 4 физических интерфейса BRI, показанных на рисунке 1:

Рисунок 1 / Интерфейсы BRI на аппаратном терминале ВКС

Рисунок 1 / Интерфейсы BRI на аппаратном терминале ВКС

Всё в мире преходяще, что же тогда говорить про область ИТ? :) Несмотря на всю революционность для своего времени, ISDN имеет кучу недостатков по сравнению с применением тех же H.323 и SIP, основными из которых являются:

  • высокая стоимость соединения (сеть с коммутацией каналов, требуется проведение отдельных линий связи);
  • ограниченная пропускная способность и, как следствие, невысокое качество связи (не делать же аппаратный терминал с интерфейсной панелью на 16 интерфейсов BRI для поддержки HD и FullHD видео, хотя было бы интересно взглянуть на такое решение).

Однако когда-то ISDN являлся прорывной технологией, и поэтому даже в начале второго десятилетия XXI века всё ещё находятся компании, использующие его в качестве основного для ВКС. Как следствие, другим компаниям, желающим связаться с данными поклонниками старины, приходится закупать/арендовать аналогичные решения. Однако уже сейчас очевидно, что доля ISDN-решений на мировом рынке ВКС неуклонно снижается, поэтому не будем останавливаться подробно на данном “ископаемом монстре” и перейдём к более актуальным протоколам.

 

H.323

Тут следует оговориться, что H.323 хоть и стоит в ряду протоколов связи, строго говоря им не является. Это рекомендация Международного союза электросвязи (МСЭ), более известного как ITU (с англ. International Telecommunication Union), определяющая набор стандартов для передачи мультимедиа-данных по сетям с пакетной передачей. В данной рекомендации не уточняется конкретный протокол сетевого уровня, но в наше время стандартом де-факто является применение протокола IP, поэтому реализация H.323 абсолютного большинства поставщиков сетевого оборудования “заточена” именно под IP.

H.323 часто называют зонтичной спецификацией (стеком), т.к. под ней скрываются другие, более точные, рекомендации того же ITU, определяющие передачу видео, звука, данных и информации управления, часть которых отражена на рисунке 2:

Рисунок 2 / Стек протоколов H.323

Рисунок 2 / Стек протоколов H.323

Как правило, терминалы видеоконференцсвязи поддерживают несколько однотипных протоколов, и в процессе установления связи “договариваются” об использовании тех или иных из них. В более старых терминалах часто использовался ручной выбор используемых кодеков, что, на мой взгляд, было более удобно при устранении проблем соединения. Современные терминалы часто устраняют эти “излишки демократии” и не позволяют пользователю вмешаться в управление выбором стандартов. Возможно, это и хорошо, т.к. упрощает управление, но с точки зрения инженера это почему-то не радует :).

В отличие от установления связи в ISDN-сетях, где преимущественно использовалась связь точка-точка, возможности, предоставляемые H.323, уже подразумевали наличие некоторой архитектуры сети ВКС. Наверняка возникает вопрос, почему же существовало такое ограничение в ISDN? На самом деле технического ограничения не было. Участники конференции делали вызов специального устройства, которое собирало на себе потоки от всех участников конференции, обрабатывало их и раздавало соответствующим образом. Но стоит обратить внимание на стоимость соединения. ISDN является сетью с коммутацией каналов, что подразумевает оплату за время соединения вне зависимости от объёма передаваемой информации. И такое соединение всегда было недешёвым. Вот сейчас я погуглил запрос “многоточечная видеоконференцсвязь isdn”, и в результате нашёл несколько компаний, предлагающих свои услуги. Стоимость соединения – чуть больше 100$ в час. Это сейчас, в 2013 году. На одну точку. Не учитывая стоимость оборудования. На заре развития технологий ВКС лет, эдак, 20 назад стоимость была в разы, если не на порядки больше. Думаю, можно было бы сравнить с годовым бюджетом не самых маленьких стран типа Зимбабве или иных. В виду этого факта примем, что многоточечной связи ISDN как распространённого явления никогда не существовало :).

Возвращаемся к нашим баранам. H.323 в сетях IP-телефонии определяет четыре основных устройства, которые вместе с общей сетевой структурой позволяют реализовать двусторонние (точка-точка) и многосторонние (многоточка) мультимедийные сеансы связи. К ним относятся:

  • терминал (с англ. Endpoint);
  • шлюз (с англ. Gateway);
  • привратник (с англ. Gatekeeper);
  • устройство управления многоточечными конференциями (с англ. Multipoint Control Unit, или MCU).

Шлюз используется для звонков на внешние сети. Если необходимо сделать аудиозвонок с терминала ВКС на некий внешний номер, то звонок пойдёт именно через шлюз.

Привратник… Не знаю как вы, а меня такие названия устройств приводят в замешательство. Скорее всего это 100501 фобия к списку 100500 известных человеческих фобий – боязнь неуместных переводов. Тем не менее, перевод буквален. Поэтому буду стараться использовать его для обозначения ни в чём не повинного устройства. Итак, привратник, согласно самого своего понятия, стоит на страже сети видеоконференцсвязи: доступ к любому терминалу внутри сети ВКС осуществляется исключительно с его разрешения (т.е. через пароль/PIN/код, если он, конечно, установлен). Также привратник следит за порядком внутри сети ВКС, разрешая активность только определённым терминалам. Основные функции привратника:

  • преобразования alias-адреса в транспортный адрес IP сети (IP-адрес и номер порта TCP);
  • управление доступом абонентов к услугам IP-телефонии при использовании сигнализации RAS (с англ. Registration, Admission and Status или H.225.0);
  • управление пропускной способностью сети (распределение общего ресурса или его части между терминалами);
  • обмен сигнальной информацией между абонентскими терминалами в одной зоне (могут организовываться отдельные сигнальные каналы между терминалами или же ретранслировать сигнальные сообщения);
  • предоставление доступа абоненту к услугам и сервисам в любой точке сети
  • идентификация данного абонента при его перемещении в сети.

Привратник не является обязательным узлом в сети ВКС, однако предоставляемые им функции оказываются востребованными при её развитии и выходе за пределы организации.

Управление многоточечными конференциями может быть реализовано в следующих вариантах:

  • Выделенное устройство – MCU, на котором, собственно, и организуются конференции (либо заранее, либо по запросу). Данный вариант предоставляет большую гибкость в выборе необходимого функционала и имеет достаточный запас аппаратных ресурсов для выполнения поставленных задач в полном объёме.
  • Встроенная функция/опция на существующем аппаратном терминале. Это можно представить, как «урезанный» выделенный MCU: максимальное количество устройств, которые могут принять участие в такой конференции, как правило, составляет от 4 до 9 (включая сам кодек-MCU) и зависит от производителя и заявленных параметров качества конференций. Основное преимущество данного решения состоит в относительно низких начальных затратах на первоначальную реализацию многоточечных конференций.

Существуют также программные MCU (в составе программных серверов ВКС). Однако они не рассматривались в данной классификации в виду того, что мне ещё не приходилось иметь с ними дело. Считаю нужным лишь отметить, что решения на базе ПО достаточно требовательны к «железу», на котором они будут работать. На это стоит обратить внимание при выборе подходящего решения.

 

SIP

SIP (с англ. Session Initiation Protocol) – протокол сигнализации, используемый для управления сессиями связи, работающий на основе IP. Это значит, что при выполнении возложенных на него функций он опирается на протоколы нижележащих уровней: TCP, UDP, SCTP и др. Данный протокол используется для создания (инициации), изменения и завершения двусторонних или многосторонних сессий связи. Этот момент очень важен, т.к. показывает, что SIP не отвечает за передачу видео- и аудио-информации – это уже зона ответственности других протоколов.

Из вышесказанного следует, что SIP не позволяет гарантированно установить видеосоединение по одной простой причине: SIP-терминалы могут поддерживать разные кодеки аудио- и видеосжатия. Таким образом, если мы позвоним на какой-либо SIP-терминал, то может оказаться так, что это не кодек ВКС, а какой-нибудь IP-телефон. И даже если в ответе на запрос соединения он сообщит, что поддерживает аудиокодек G.711, то не факт, что этот кодек поддерживает наш терминал ВКС (хотя это тяжело представить, т.к. G.711 распространён очень широко), и даже в положительном случае мы, скорее всего, ограничимся только аудио-связью.

Сетевая архитектура сети ВКС, построенной для связи по SIP, включает:

  • Сервер-регистратор;
  • прокси-сервер

Данные устройства, строго говоря, не являются обязательными, однако упрощают пользование системами. Например, звонки между sip-терминалами осуществляются по URI (с англ. Unified Resource Identifier, или уникальный идентификатор ресурса). При отсутствии сервера регистрации звонки можно осуществлять по ip в следующем виде:

<любое_имя>@<ip-адрес>

В данной схеме значащим будет только часть с ip-адресом, однако формат данного имени определяется использованием URI, точнее подгоном ip-адреса под этот формат.

Использование сервера регистрации даёт возможность создания более красивых идентификаторов. Например: v.pupkin@domain.by. В данном обозначении сервер регистратор отвечает за sip-терминалы в домене domain.by, и одним из этих терминалов будет терминал Василия Пупкина.

Применение прокси-серверов даёт возможность перенаправления запросов на регистрацию того или иного терминала на нужный сервер регистрации. Данный функционал, как правило, востребован в распределённых сетях ВКС.

 

Стоит заметить, что большинство из приведённых функций, как для H.323, так и для SIP может быть представлено в «одной коробке». Это значит, что нет жёсткой привязки к использованию того или иного протокола: часть сети может работать по SIP, другая по H.323. Так, например, Cisco Video Communication Server сочетает в себе следующее:

  • SIP: регистратор, прокси-сервер, сервер присутствия (+ агент);
  • H.323-привратник;
  • Обеспечение межсетевого взаимодействия H.323 и SIP;
  • Управление зонами и полосой пропускания;
  • Интеграция с Microsoft Lync и пр.

Таким образом, одним устройством можно закрыть несколько потребностей.

В данном материале были кратко рассмотрены основные протоколы связи, используемые при организации ВКС в наши дни, описаны основные элементы структуры сети ВКС, а также аппаратные реализации описанного функционала. Владение представленной информацией поможет тебе сделать осознанный выбор необходимых устройств при планировании сети ВКС в организации.

Автор статьи — Александр Трацевский, спасибо ему за предоставленный интересный материал.


Комментарии:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Hide me
Получать регулярно свежие материалы, лабораторные и вебинары
Email Имя
Show me