Мультимедийные приложения
Также как и традиционные приложения компьютерных сетей, аудио и видеоприложения нуждаются в своих протоколах прикладного уровня.
Как правило, мультимедийные приложения используют в качестве транспортного протокола RTP, а стек протоколов выглядит следующим образом (рис.7.8).
|
Приложения реального времени |
|
RTP |
|
UDP |
|
IP |
|
Подсети |
Рис.7.8. Стек протоколов мультимедийных приложений, использующих RTP
Мультимедийные протоколы прикладного уровня предназначены для управления обменом информацией в процессе мультимедийной сессии. На сегодняшний день выделяются два основных протокола прикладного уровня для передачи мультимедийного трафика: Н.323 и SIP (Session Initiation Protocol). Эти протоколы позволяют организовать видео и аудиоконференции через компьютерные сети.
Сейчас H.323 - один из важнейших стандартов из этой серии, это рекомендации ITU-T для мультимедийных приложений в вычислительных сетях, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (QoS). Такие сети включают в себя сети пакетной коммутации IP и IPX на базе Ethernet, Fast Ethernet и Token Ring. Стандарт H.323 содержит описания терминальных устройств, оборудования и сетевых служб, предназначенных для осуществления мультимедийной связи в сетях с коммутацией пакетов. Терминальные устройства и сетевое оборудование стандарта H.323 могут передавать данные, речь и видеоинформацию в масштабе реального времени. В рекомендации H.323 не определены: сетевой интерфейс, физическая среда передачи информации и транспортный протокол, используемый в сети. Сеть, через которую осуществляется связь между терминалами H.323, может представлять собой сегмент или множество сегментов со сложной топологией. Терминалы H.323 могут быть интегрированы в персональные компьютеры или реализованы как автономные устройства. Но поддержка речевого обмена - обязательная функция для любого устройства стандарта H.323.
Рекомендации H.323 предусматривают:
управление полосой пропускания;
возможность взаимодействия сетей;
платформенную независимость;
поддержку многоточечных конференций;
поддержку многоадресной передачи;
стандарты для кодеков;
поддержку групповой адресации.
Рекомендации Н.323 дают общее представление об архитектуре систем Интернет-телефонии. Иерархия протоколов рекомендации Н.323 показана на рис.7.9.
|
Речь |
управление |
|||
|
G.7xx |
RTCP |
H.225 (RAS) |
Q.931 (Сигналы о вызове) |
H.245 (Управление вызовами) |
|
RTP |
||||
|
Протокол UDP |
Протокол TCP |
|||
|
Протокол IP |
||||
|
Подсети |
||||
Рис.7.9.Стек протоколов Н.323
Из приведенного рисунка видно, что передача мультимедийного трафика согласно рекомендациям Н.323 обеспечивается множеством различных протоколов. Все множество протоколов можно разделить на две части: протоколы, которые обеспечивают непосредственно передачи речи (стек протоколов RTP/ G.7xx) и протоколы, обеспечивающие управление связью (протоколы RTCP, H.225, Q.931, H.245). Рекомендации G.7xx описывают алгоритмы кодирования и декодирования речи. Поскольку в рекомендациях Н.323 разрешено использование различных алгоритмов кодирования речи, необходим протокол, который обеспечивает возможность выбора одного из этих протоколов. В рекомендации Н.323 для этих целей используется протокол Н.245. Этот протокол предназначен для согласования совокупности мультимедийных параметров соединения, таких как выбор кодека для передачи речи (протоколы G.7xx). Для установления соединения и разрыва соединений, обеспечения тонального вызова, генерирования звуков звонков и других стандартных функций телефонной системы используется стандарт ITU Q.931. Обеспечение доступа абонентов к услугам Интернет-телефонии описано в протоколе Н.225.
Передача аудио- и видеоинформации весьма интенсивно нагружает каналы связи, и, если не следить за ростом этой нагрузки, работоспособность критически важных сетевых сервисов может быть нарушена. Поэтому рекомендации H.323 предусматривают управление полосой пропускания. Можно ограничить как число одновременных соединений, так и суммарную полосу пропускания для всех приложений H.323. Эти ограничения помогают сохранить необходимые ресурсы для работы других сетевых приложений. Каждый терминал H.323 может управлять своей полосой пропускания в конкретной сессии конференции.
Протокол H.323 не привязан ни к каким технологическим решениям, связанным с оборудованием или программным обеспечением. Взаимодействующие между собой приложения могут создаваться на основе разных платформ, с разными операционными системами.
Рекомендации H.323 позволяют организовывать конференцию с тремя или более участниками. Многоточечные конференции могут проводиться как с использованием центрального MCU (устройства многоточечной конференции), так и без него.
Поддерживает многоадресную передачу в многоточечной конференции, если сеть поддерживает протокол управления групповой адресацией (такой, как IGMP). При многоадресной передаче один пакет информации отравляется всем необходимым адресатам без лишнего дублирования. Многоадресная передача использует полосу пропускания гораздо более эффективно, поскольку всем адресатам - участникам списка рассылки отправляется ровно один поток.
Рекомендации H.323 устанавливает стандарты для кодирования и декодирования аудио- и видеопотоков с целью обеспечения совместимости оборудования разных производителей. Вместе с тем стандарт достаточно гибок. Существуют требования, выполнение которых обязательно, и существуют опциональные возможности, в случае использования которых также необходимо строго следовать стандарту. Помимо этого, производитель может включать в мультимедийные продукты и приложения дополнительные возможности, если они не противоречат обязательным и опциональным требованиям стандарта.
Обобщенная модель стандарта Н.323 изображена на рис.7.10.
Рис.7.10. Модель архитектуры Н.323
Терминалы Н.323 являются устройствами коммуникации. Они могут обмениваться речевой информацией непосредственно друг с другом. Либо использовать узел привратник, который управляет конечными узлами, находящимися в его зоне. Кроме того, привратник выполняет множество других функций, таких как трансляция адресов из одного формата в другой, управляет количеством звонков в зоне и т.п. Протокол Н.323 включает в себя концепцию шлюза. Под шлюзом понимается устройство, которое обеспечивает соединение Н.323 сети с другими сетями, в частности, с телефонной сетью общего назначения. Одной из полезных функций привратника является поиск для терминала Н.323 ближайшего шлюза.
Протокол SIP позволяет устанавливать и двухсторонние, и многосторонние, и широковещательные. Во время сеанса связи могут передаваться аудио-, видео- или другие данные. Протокол SIP предназначен только для установки, управления и разрыва соединений. Для передачи данных используются другие протоколы, например, RTP/RTCP. Этот протокол прикладного уровня, работающий поверх TCP или UDP.
Он предоставляет разнообразные услуги, включая поиск вызываемого абонента, определение его возможностей, поддержку механизмов установки и разрыва телефонного соединения. В простейшем случае протокол SIP устанавливает сеанс связи между компьютерами звонящего и вызываемого абонентов.
Протокол SIP является текстовым, он построен по модели НТТР. Одна из сторон посылает сообщение, в котором первая строка содержит имя метода, а далее следуют дополнительные строки, содержащие заголовки для передачи параметров запроса. В протоколе определены основные методы, которые представлены в табл.7.3.
Табл.7.3
|
Метод |
Описание |
|
Invite |
Запрос на запуск сеанса связи |
|
ACK |
Подтверждение запуска сеанса |
|
BYE |
Запрос окончания сеанса |
|
OPTIONS |
Опрос возможностей хоста |
|
CANSEL |
Отмена запроса |
|
REGISTER |
Информация сервера переадресации о текущем местоположении пользователя |
Для установки сеанса связи звонящий должен либо создать TCP-соединение с вызываемым абонентом и послать по нему сообщение Invite, либо послать это же сообщение в UDP-пакете. В обоих случаях заголовки, содержащиеся во второй и последующих строках, описывают структуру тела сообщения, содержащего информацию о возможностях звонящего, типах мультимедиа и форматах. Если вызываемый абонент принимает звонок, он посылает в качестве ответа трехразрядный код ответа типа НТТР (код 200, что означает прием вызова). Следом за строкой с кодом результата вызываемый абонент может также сообщить данные о своих возможностях, типах мультимедиа и форматах.
Соединение устанавливается путем тройного рукопожатия, звонящий высылает ACK как для окончания работы протокола, так и для подтверждения приема кода 200.
Любая из сторон может послать запрос окончания сеанса связи, для этого используется метод BYE. Сеанс считается законченным после получения подтверждения от противоположной стороны.
Метод OPTIONS применяется для опроса возможностей машины. Обычно это делается перед запуском сеанса связи для того, чтобы определить, поддерживается ли тип сеанса, на который рассчитывает вызывающая сторона.
Метод REGISTER относится к возможностям протокола SIP разыскивать пользователя и соединяться с ним, даже если его нет дома. Сообщение. Содержащее данный метод. Отправляется на поисковый сервер SIP, хранящий данные о том, кто где находится в данный момент. Впоследствии с помощью этого сервера можно попробовать найти абонента. Операция переадресации показана на рис.7.11. на этом рисунке видно, что звонящий отправляет сообщение INVITE на прокси-сервер. Это делает возможную переадресацию незаметной. Прокси-сервер пытается разыскать абонента и посылает сообщение INVITE по найденному адресу. Дальнейшее общение представляет собой коммутацию последовательности сообщений при «тройном рукопожатии». Сообщения LOOKUP и REPLY не входят в протокол SIP; на этой стадии может использоваться любой подходящий протокол в зависимости от типа поискового сервера.
Рис.7.11 Установление сеанса связи между абонентами в протоколе SIP
Протокол SIP обладает также множеством других свойств. Среди них есть функции ожидания вызова, отображения звонка, шифрования и идентификация звонящего. Кроме того, есть возможность звонить с компьютера на обычный телефон, если есть доступ к соответствующему шлюзу между Интернетом и телефонной сетью.