Сеть на базе MGCP и MEGACO. Сравнение подходов к построению сетей IP-телефонии

Третий подход к построению сетей IP-телефонии, основан на использовании протокола MGCP (протокол управления шлюзами). Он хорошо подходит для развертывания глобальных сетей IP-телефонии, приходящих на смену традиционным телефонным сетям.

При разработке этого протокола рабочая группа MEGACO опиралась на сетевую архитектуру, содержащую основные функциональные блоки трех видов (рисунок 8.1):

– шлюз – Media Gateway (MG), который выполняет функции преобразо- вания речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью передачи, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP (кодирование и упаковку речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование);

– контроллер шлюзов – Call Agent, которой выполняет функции управ- ления шлюзами;

Рисунок 8.1 – Архитектура сети на базе протокола MGCP

– шлюз сигнализации – Signaling Gateway (SG), который обеспечивает доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТфОП, к контроллеру шлюзов и перенос сигнальной информации в обратном направлении.

Весь интеллект функционально распределенного шлюза сосредоточен в контроллере, функции которого могут быть распределены между несколькими компьютерными платформами.

Шлюз сигнализации выполняет функции STP (сетевой протокол, работающий на втором уровне модели OSI, протокол связывающего дерева) – транзитного пункта сети сигнализации ОКС7. Сами шлюзы выполняют только функции преобразования речевой информации. Один контроллер управляет одновременно несколькими шлюзами. В сети могут присутствовать несколько контроллеров. Предполагается, что они синхронизованы между собой и согласованно управляют шлюзами, участвующими в соединении. Вместе с тем, MEGACO не определяет протокола для синхронизации работы контроллеров. Сообщения протокола MGCP переносятся протоколом без гарантированной доставки сообщений UDP.

Шлюз сигнализации должен принимать поступающие из ТфОП пакеты трех нижних уровней системы сигнализации ОКС7 (уровней подсистемы переноса сообщений МТР) и передавать сигнальные сообщения верхнего, пользовательского, уровня к контроллеру шлюзов. Шлюз сигнализации также должен уметь передавать по IP-сети приходящие из ТфОП сигнальные сообщения Q.931.

Отметим, что протокол MGCP является внутренним протоколом для обмена информацией между функциональными блоками распределенного шлюза, который извне представляется одним шлюзом. Протокол MGCP является master/slave протоколом. Это означает, что контроллер шлюзов является ведущим, а сам шлюз – ведомым устройством, которое должно выполнять все команды, поступающие от контроллера Call Agent. Вышеописанное решение обеспечивает масштабируемость сети и простоту управления сетью через контроллер шлюзов. Шлюзы не должны быть интеллектуальными устройствами, требуют меньшей производительности процессоров и, следовательно, становятся менее дорогими. Кроме того, очень быстро вводятся новые протоколы сигнализации или дополнительные услуги, так как эти изменения затрагивают только контроллер шлюзов, а не сами шлюзы.

Протокол MGCP, являясь протоколом управления шлюзами, не предназначен для управления соединениями с участием терминального оборудования пользователей (IP-телефонами). Это означает, что в сети, построенной на базе протокола MGCP, для управления терминалами должен присутствовать привратник или сервер SIP.

Рабочей группой MEGACO предложена следующая классификация транспортных шлюзов (Media Gateways):

– Trunking Gateway – шлюз между ТфОП и сетью с маршрутизацией пакетов IP, ориентированный на подключение к телефонной сети посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тысяч) с использованием системы сигнализации ОКС 7;

– Voice over ATM Gateway – шлюз между ТфОП и АТМ-сетью, который также подключается к телефонной сети посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тысяч);

– Residential Gateway – шлюз, подключающий к IP-сети аналоговые, кабельные модемы, линии xDSL и широкополосные устройства беспроводного доступа;

– Access Gateway – шлюз для подключения к сети IP-телефонии небольшой учрежденческой АТС через аналоговый или цифровой интерфейс;

– Business Gateway – шлюз с цифровым интерфейсом для подключения к сети с маршрутизацией IP-пакетов учрежденческой АТС при использовании, например, системы сигнализации DSS1;

– Network Access Server – сервер доступа к IP-сети для передачи данных;

– Circuit switch или packet switch – коммутационные устройства с интерфейсом для управления от внешнего устройства.

Модель организации связи. Базой модели являются компоненты двух основных видов: порты (Endpoints) и подключения (Connections).

Endpoints – это порты оборудования, являющиеся источниками и прием- никами информации. Существуют порты двух видов: физические и виртуальные. Физические порты – это аналоговые интерфейсы, поддержива- ющие каждый одно телефонное соединение, или цифровые каналы, также поддерживающие одно телефонное соединение и мультиплексированные по принципу временного разделения каналов в тракт Е1. Примером виртуального порта является источник речевой информации в интерактивном речевом сервере, т. е. некое программное средство.

Connection – означает подключение порта к одному из двух концов соединения, которое создается между ним и другим портом. Такое соединение будет установлено после подключения другого порта к его второму концу. Соединение может связывать порты разных шлюзов через сеть с маршрутизацией пакетов IP или порты внутри одного шлюза.

В ходе установления, поддержания и разрушения соединения при помощи протокола MGCP устройство управления и шлюз обмениваются командами и ответами, которые представляют собой набор текстовых строк.

Рабочая группа MEGACO комитета IETF продолжает работу по усовершенствованию протокола управления шлюзами, в рамках которой разработан более функциональный, чем MGCP, протокол MEGACO. Сообщения протокола MEGACO отличаются от сообщений протокола MGCP, но процедуры установления и разрушения соединений с использованием обоих протоколов идентичны.

Основные особенности протокола MEGACO/ H.248. Для переноса сигнальных сообщений MEGACO/H.248 могут использоваться протоколы UDP, TCP, SCTP или транспортная технология ATM. Поддержка для этих целей протокола UDP – одно из обязательных требований к контроллеру шлюзов. Протокол TCP должен поддерживаться и контроллером, и транспортным шлюзом, а поддержка протокола SCTP, так же, как и технологии ATM, является необязательной. Еще одной особенностью протокола MEGACO/H.248 является то, что сообщения этого протокола могут кодироваться двумя способами. Комитет IETF предложил текстовый способ кодирования сигнальной информации, а для описания сеанса связи предложил использовать протокол SDP. ITU-T предусматривает бинарный способ представления сигнальной информации - ASN. 1, а для описания сеансов связи рекомендует специальный инструмент - Tag-length-value (TLV). Контроллер шлюза должен поддерживать оба способа кодирования, в то время как шлюз - только один из этих способов.

Модель процесса обслуживания вызова. Протокол MEGACO оперирует с двумя логическими объектами внутри транспортного шлюза: порт (termination) и контекст (context), которыми может управлять контроллер шлюза. Пример модели процесса обслуживания вызова приведен на рисунке 8.2.

Порты являются источниками и приемниками речевой информации. Определено два вида портов: физические и виртуальные. Физические порты, существующие постоянно с момента конфигурации шлюза, это аналоговые телефонные интерфейсы оборудования, поддерживающие одно телефонное соединение, или цифровые каналы, также поддерживающие одно телефонное соединение и сгруппированные по принципу временного разделения каналов в тракт Е1. Виртуальные порты, существующие только в течение разговорной сессии, являются портами со стороны IP сети (RTP-порты), через которые ведутся передача и прием пакетов RTP.

Виртуальные порты создаются шлюзом при получении от контроллера команды Add и ликвидируются при получении команды Subtract, тогда как физические порты при получении команды Add или Subtract, соответственно, выводятся из нулевого контекста или возвращаются обратно в нулевой контекст.

Рисунок 8.2 – Примеры модели процесса обслуживания вызова

Порт имеет уникальный идентификатор (Termination ID), который назначается шлюзом при конфигурации порта. Например, идентификатором порта может служить номер тракта Е1 и номер временного канала внутри тракта. Иногда команды могут относиться ко всему шлюзу, тогда используется специальный идентификатор порта (Termination ID) - «Root».

Порты обладают рядом свойств (properties), каждое из которых имеет уникальный идентификатор (propertylD). Например, порты могут обладать свойствами генерировать речевые подсказки, акустические и вызывные сигналы, а также детектировать сигналы DTMF.

При создании портов некоторые свойства присваиваются им по умолчанию. При помощи протокола MEGACO контроллер может изменять свойства портов шлюза. Свойства портов группируются в дескрипторы, которые включаются в команды управления портами.

Контекст – это отображение связи между несколькими портами, то есть абстрактное представление соединения двух или более портов одного шлюза. В любой момент времени порт может относиться только к одному контексту, который имеет свой уникальный идентификатор. Существует особый вид контекста – нулевой. Все порты, входящие в нулевой контекст, не связаны ни между собой, ни с другими портами. Например, абстрактным представлением свободного (не занятого) канала в модели процесса обслуживания вызова является порт в нулевом контексте.

В общем случае для присоединения порта к контексту служит команда Add. При этом, если контроллер не специфицирует существующий контекст, к которому должен быть добавлен порт, то шлюз создает новый контекст.

Если шлюз поддерживает конференцию, то контекст определяет топологию связей между портами, участвующими в конференции, то есть возможные направления потоков информации для каждой пары портов.

Сравнение подходов к построению сети IP-телефонии. Подход, основанный на использовании протокола MGCP, обладает весьма важным преимуществом перед подходом в рекомендации Н.323: поддержка контроллером шлюзов сигнализации ОКС7 и других видов сигнализации, а также прозрачная трансляция сигнальной информации по сети IP-телефонии. В сети, построенной на базе рекомендации Н.323, сигнализация ОКС7, как и любая другая сигнализация, конвертируется шлюзом в сигнальные сообщения Н.225.0 (Q.931).

Протокол MGCP является протоколом управления шлюзами, но не предназначен для управления соединениями с участием терминального оборудования пользователей (IP-телефонов). Это означает, что в сети, построенной на базе протокола MGCP, для управления терминальным оборудованием должен присутствовать привратник или сервер SIP.

Стоит также отметить, что в существующих приложениях IP-телефонии, таких как предоставление услуг международной и междугородной связи, использовать протокол MGCP (как и протокол SIP) нецелесообразно в связи с тем, что подавляющее количество сетей IP-телефонии сегодня построено на базе протокола Н.323. Оператору придется строить отдельную сеть IP-телефонии на базе протокола MGCP (или SIP), что связано со значительными капиталовложениями. В то же время, оператор связи, имеющий оборудование стандарта Н.323, может присоединиться к существующим сетям IP-телефонии.

Н.323 и SIP — конкуренты или соратники? Протокол SIP имеет хороший набор средств поддержки персональной мобильности пользователей, таких, как переадресация вызова к новому местоположению пользователя, одновременный поиск по нескольким направлениям и т. д. Организуется это путем регистрации на сервере определения местоположения, взаимодействие с которым может поддерживаться любым протоколом. Персональная мобильность поддерживается и протоколом Н.323, но менее гибко. В частности, одновременный поиск пользователя по нескольким направлениям ограничен, так как устройство управления шлюзом, получив запрос на определение местоположения пользователя, не передает его по цепочке другим устройствам управления шлюзами.

Протокол SIP обеспечивает совместимость разных своих версий: оборудование более ранней версии просто игнорирует те поля сообщения, которые ему не понятны. Это существенно упрощает сам протокол, обработку текущих сообщений и внедрение новых услуг. Разработчики протокола Н.323 пошли по другому пути. В соответствии с требованиями стандарта все версии протокола Н.323 должны поддерживать более ранние версии. Это вполне разумное требование, однако оно заметно увеличивает размер сообщений и усложняет их декодирование. Здесь также существуют проблемы взаимо- действия оборудования различных производителей.

На расширение возможностей протокола, как и на совместимость реализующего его оборудования, оказывает влияние и набор кодеков, поддерживаемый протоколом. В SIP для передачи информации о функциональных возможностях терминала используется протокол SDP. В протоколе Н.323 все кодеки должны быть стандартизированными. Поэтому при реализации на базе Н.323 приложений с нестандартными алгоритмами кодирования могут возникнуть определенные трудности.

Протокол SIP состоит из набора законченных компонентов (модулей), которые могут заменяться в зависимости от требований и работать независимо друг от друга.

Архитектура протокола Н.323 монолитна и представляет собой интегрированный набор протоколов для одного применения. Протокол состоит из трех основных составляющих, и для создания новой услуги может потребоваться модификация каждой из них.

Сервер SIP по умолчанию не хранит сведений о текущих сеансах связи, поэтому способен обработать больше вызовов, чем устройство управления шлюзом Н.323, который хранит все сведения о состоянии текущих вызовов. Вместе с тем, отсутствие таких сведений может вызвать трудности при организации взаимодействия IP-сети с ТфОП.

Зоновая архитектура сети Н.323 позволяет расширять сеть, увеличивая количество зон.

Время установления соединения — одна из ключевых характеристик любых протоколов. В запросе на установление соединения протокола SIP содержится вся необходимая информация, в том числе описание функциональных возможностей терминала, т. е. для установления соединения понадобится только одна транзакция. В протоколе Н.323 процедура установления соединения требует неоднократного обмена сообщениями. Таким образом, затраты времени на установление соединения в протоколе SIP значительно меньше, чем в протоколе Н.323. Кроме того, на время установления соединения влияет протокол транспортировки, применяемый для передачи информации сигнализации. В обоих протоколах предусмотрено использование протоколов ТСР, и лишь третья версия протокола предусматривает возможность реализации протокола датаграмм пользователя (UDP).

К системным характеристикам, несомненно, относится и предусматриваемая протоколами адресация. Использование URL является сильной стороной протокола SIP и позволяет легко интегрировать его в существующую систему DNS-серверов и внедрять в оборудование, работающее в IP-сетях. Пользователь получает возможность переправлять вызовы на веб-страницы или использовать электронную почту. Адресом в SIP может также служить телефонный номер с адресом задействованного шлюза. В протоколе Н.323 используются транспортные адреса и адреса-псевдонимы (это может быть телефонный номер, имя пользователя или e-mail-адрес). Преобразование адреса-псевдонима в транспортный адрес выполняет устройство управления шлюзом.

Протокол Н.323, несомненно, сложнее протокола SIP. Общий объем его спецификаций приближается к 1000 страниц. Объем спецификаций протокола SIP не превышает 200 страниц. В сообщениях протокола Н.323 применяется до 100 информационных полей, а в протоколе SIP их всего несколько десятков. Подобно НТТР, в протоколе SIP используется текстовый формат сообщений. Это облегчает синтаксический анализ и генерацию кода, позволяет реализовать протокол на базе любого языка программирования, упрощает его управление в процессе эксплуатации, а также анализ сообщений, дает возможность вручную вводить некоторые поля.

В протоколе Н.323 сообщения представлены в двоичном коде ASN.1, поэтому их обработка производится намного быстрее, однако человек с «невооруженным глазом» их прочесть не сможет. Для их кодирования и декодирования требуется компилятор ASN.1.

На основе проведенного сравнения можно сделать вывод о том, что протокол SIP больше подходит для использования провайдерами услуг Интернета, поскольку для них услуги IP-телефонии являются лишь дополнением к набору «чисто компьютерных» услуг. Иная картина для операторов телефонной связи, чьи сети «заточены» под телефонию, а Интернет и все прочие «цифровые игрушки» — лишь дань прихотям абонента. Эти операторы, вероятно, остановят свой выбор на протоколе Н.323, поскольку сеть, построенная на его основе, будет выглядеть для них «старой знакомой» — ISDN, наложенной на IP-сеть.