[科普中國]-H.323

在傳統(tǒng)電話系統(tǒng)中，一次通話從建立系統(tǒng)連接到拆除連接都需要一定的信令來配合完成。同樣，在IP電話中，如何尋找被叫方、如何建立應(yīng)答、如何按照彼此的數(shù)據(jù)處理能力發(fā)送數(shù)據(jù)，也需要相應(yīng)的信令系統(tǒng)，一般稱為協(xié)議。在國際上，比較有影響的IP電話方面的協(xié)議包括ITU-T提出的H.323協(xié)議和IETF提出的SIP協(xié)議，本節(jié)主要介紹用得最廣泛H.323協(xié)議。1

誕生及發(fā)展第一階段：1996年10月，H.323由ITU-T第十六研究小組頒布并成為一種多媒體通信的標(biāo)準(zhǔn)。在第一版本的H.323建議書中，主要描述了包交換網(wǎng)中的基本多媒體業(yè)務(wù)，即語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。由于處于初期實驗階段，當(dāng)時只為傳統(tǒng)的電話交換網(wǎng)和局域網(wǎng)的多媒體業(yè)務(wù)制定了內(nèi)容，對于服務(wù)質(zhì)量（QoS）應(yīng)達到的水平?jīng)]有嚴(yán)格的定義

第二階段：隨著近年來IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及VoIP的應(yīng)用，支持新業(yè)務(wù)尤其是多媒體通信的需求加速了對H.323的修改。1998年1月，H.323的第二個版本出現(xiàn)了，它的改進之處在于，從功能定義上極大地支持計算機網(wǎng)上的電話業(yè)務(wù)，使我們利用包交換網(wǎng)實現(xiàn)高質(zhì)量語音傳遞成為可能（VoIP）

第三階段：ITU-T繼續(xù)進行H.323的研究與發(fā)展，在H.323的第三個、第四個版本中加入了很多基于包交換網(wǎng)的其他類業(yè)務(wù)，例如傳真業(yè)務(wù)、快速連接等。

體系結(jié)構(gòu)H.323系統(tǒng)的組成部件稱為H.323實體(entity)，**包括： 終端、 網(wǎng)關(guān)（GW）、 網(wǎng)守(GK)、多點控制器（MC）、多點處理器（MP）、多點控制單元（MCU）。其中，**終端、網(wǎng)關(guān)和MCU統(tǒng)稱為端點，端點可以發(fā)起呼叫，也可以接受呼叫，媒體信息流就在端點生成或終結(jié)。網(wǎng)守、MC和MP則不可呼叫，但網(wǎng)守參與呼叫的控制，具有運輸層地址，是可尋址的H.323實體。MC****和MP執(zhí)行多點呼叫信息流的處理和控制，是系統(tǒng)的功能實體，物理上總是位于某個端點之中，因此沒有獨立的運輸層地址，是既不可呼叫又不可尋址的H.323實體。網(wǎng)守又稱為網(wǎng)閘或關(guān)守，為H.323端點提供地址翻譯和PBN接入控制服務(wù)，還可以提供帶寬管理和網(wǎng)關(guān)定位等服務(wù)。網(wǎng)守是網(wǎng)絡(luò)管理點，一個網(wǎng)守管理的所有終端、網(wǎng)關(guān)和MCU的集合稱為一個管理區(qū)（Zone），一個管理區(qū)至少包含一個終端，可以有也可以沒有MCU和網(wǎng)關(guān)，有且僅有一個網(wǎng)守。網(wǎng)守完成的主要功能包括：地址翻譯、呼叫接納控制、帶寬控制、區(qū)域管理、呼叫控制信令、呼叫權(quán)限、帶寬管理、呼叫管理、網(wǎng)絡(luò)管理、其它功能如終端帶寬預(yù)留、目錄服務(wù)、管理信息庫等。

網(wǎng)關(guān)是提供H.323終端和廣域網(wǎng)上其它ITU終端之間實時二方通信的端點設(shè)備 。

H.323規(guī)定的視頻會議系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，其中虛線框的內(nèi)容為H.323協(xié)議內(nèi)的內(nèi)容。2

H.323終端：終端提供了在點對點或者多點會議中音視頻、數(shù)據(jù)和信令的通信能力。

H.323 MCU：MCU可以分解為MC（Multipoint Controller，多點控制器）和MP（Multipoint Processor，多點處理器），其中MC處理多點的信令，MP負(fù)責(zé)多點通信的媒體處理。

H.323網(wǎng)關(guān)：是H.323系統(tǒng)中的一個可選組件。網(wǎng)關(guān)最重要的作用就是協(xié)議轉(zhuǎn)換。通過網(wǎng)關(guān)，兩個不同協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)就可以得以通信。例如，有了網(wǎng)關(guān)，一個H.323終端能夠與PSTN終端語音通信。

H.323網(wǎng)守：主要負(fù)責(zé)認(rèn)證控制、地址解析、帶寬管理和路由控制等。當(dāng)H.323網(wǎng)絡(luò)中不存在網(wǎng)守時，兩個端點是不需要經(jīng)過認(rèn)證就能直接通信的。但是這樣不利于運營商開展計費服務(wù)、擴展新功能等。

通信原理在H.323多媒體通信系統(tǒng)中，控制信令和數(shù)據(jù)流的傳送利用了面向連接的傳輸機制。在IP游戲棧中，IP與TCP協(xié)作，共同完成面向連接的傳輸?？煽康膫鬏敱ＷC了數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包傳輸時的流量控制、連續(xù)性以及正確性，但也可能引起傳輸時延以及占用網(wǎng)絡(luò)寬帶。H.323將可靠的TCP用于H.245控制信道、T.120數(shù)據(jù)信道，呼叫信令信道。而視頻和音頻信息采用不可靠的、面向非連接的傳輸方式，即利用用戶數(shù)據(jù)協(xié)議UDP（User Datagram Protocol）。UDP無法提供很好的QoS，只提供最少的控制信息，因此傳輸時延較TCP小。 在有多個視頻流和音頻流的多媒體通信系統(tǒng)中，基于UDP和不可靠傳輸利用IP多點廣播和由IETF實時傳輸協(xié)議RTP處理視頻和音頻信息。IP多播是以UDP方式進行不可靠多點廣播傳輸?shù)膮f(xié)議。RTP工作于IP多播的頂層，用于處理IP網(wǎng)上的視頻和音頻流，每個UDP包均加上一個包含時間戳和序號的報頭。若接收端配以適當(dāng)?shù)木彌_，那么它就可以種用時間戳和序號信息復(fù)原，再生數(shù)據(jù)包、記錄失序包、同步語音、圖像和數(shù)據(jù)以及改善邊接重放效果。實時控制協(xié)議RTCP用于RTP的控制。RTCP監(jiān)視服務(wù)質(zhì)量以及網(wǎng)上傳送的信息，并定期將包含服務(wù)質(zhì)量信息的控制信息包發(fā)分給所有通信節(jié)點。

在大型分組網(wǎng)絡(luò)如因特網(wǎng)中，為一個多媒體呼叫保留點足夠的寬帶是很重要的，也是很困難的。另一個IETF協(xié)議--資源預(yù)流協(xié)議RSVP允許接收端為某一特殊的數(shù)據(jù)流申請一定數(shù)量的寬帶，并得到一個答復(fù)，確認(rèn)申請是否被許可。雖然RSVP不是H.323標(biāo)準(zhǔn)的正式組成部份，但大多數(shù)H.323產(chǎn)品都必須支持他，因為寬帶的預(yù)流對IP網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信的成功至關(guān)重要，RSVP需要得到終端、網(wǎng)關(guān)、裝有多點處理器的MCU以及中間路由器或交換機的支持。

H.225.0適用于不同類型的網(wǎng)絡(luò)，其中包括以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等。H.225.0被定義在諸如TCP/IP，SPX/IPX傳輸層。H.225.0通信的范圍是在H.323網(wǎng)關(guān)之間，并且是在同一個網(wǎng)上，使用同一種傳輸協(xié)議。如果在整個因特網(wǎng)上使用H.323協(xié)議，通信性能將會下降。H.323試圖把H.320擴展到無質(zhì)量保證的局域網(wǎng)中，通過使用強大的認(rèn)可控制會議控制，使一個專門會議的參加者從幾人到幾千人。

H.225.0建立了一個呼叫模型，在這個模型中，呼叫建立和性能協(xié)商沒有使用RTP傳輸?shù)刂?，呼叫建立之后才建立若干個RTP/RTCP連接。呼叫建立之前，終端可以向某個關(guān)守（Gatekeeper）注冊。如果終端要向某個關(guān)守注冊，它必須知道這個關(guān)守的年限（Vintage）。正因為如此，發(fā)現(xiàn)（discovery）和注冊(registion)結(jié)構(gòu)都包含了一個H.245類型的對象標(biāo)志，它提供了H.323應(yīng)用版本的年限。這些結(jié)構(gòu)還包含了可選擇的非標(biāo)準(zhǔn)消息，它允許終端建立非標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系。在這些結(jié)構(gòu)的末尾，還包括了版本號的非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。其中：版本號是必須的，非標(biāo)準(zhǔn)信息是可選的。非標(biāo)準(zhǔn)信息用來在兩個終端之間相通知其年限及非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。雖然所有的Q.931消息在用戶到用戶信息中具有可選的非標(biāo)準(zhǔn)信息，但在所有的RAS通道信息中還是具有可選的非標(biāo)準(zhǔn)信息。另外，在任何時候都能發(fā)送一個非標(biāo)準(zhǔn)RAS消息。進行注冊、認(rèn)可和狀態(tài)通信的不可靠通道稱為RAS通道。開始一個呼叫一般必須首先發(fā)送一個認(rèn)可請求消息，接著發(fā)送一個初始建立消息，這個過程以收到連接消息為結(jié)束。

當(dāng)可靠的H.245控制通道建立之后，音頻、視頻以及數(shù)據(jù)的傳輸通道都可以相應(yīng)建立。多媒體會議的有關(guān)設(shè)置也可以在這里設(shè)置。當(dāng)使用可靠的H.245控制通道傳送消息后，H.225終端可以通過不可靠通道發(fā)送音頻、視頻數(shù)據(jù)。錯誤隱藏和其它一些信息是用來處理發(fā)生丟包的情況。一般情況下，音頻、視頻數(shù)據(jù)包不會重發(fā)，因為重發(fā)將引起網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)上的延時。假設(shè)底層已經(jīng)處理了對位出錯的檢測，而且錯誤的包不會傳給H.225。音頻、視頻數(shù)據(jù)和呼叫信號不會在同一個通道里傳輸，并且不使用同樣的消息結(jié)構(gòu)。H.225.0有能力使用不同的傳輸?shù)刂?，在不同的RTP實例當(dāng)中發(fā)送和接收音頻、視頻數(shù)據(jù)，以確保不同媒體幀的序列號和每種媒體的服務(wù)質(zhì)量。ITU正在研究如何把音頻、視頻數(shù)據(jù)包混合在同一個傳輸?shù)刂分型粠校m然音頻、視頻數(shù)據(jù)能夠憑錯傳輸層服務(wù)訪問點標(biāo)識來共享同一個網(wǎng)絡(luò)地址，但是制造商還是選擇使用不同的網(wǎng)絡(luò)地址來分別傳輸音頻、視頻數(shù)據(jù)。在網(wǎng)關(guān)、多點控制單元和關(guān)守中可以使用動態(tài)傳輸層服務(wù)訪問點標(biāo)識來代替固定傳輸層服務(wù)訪問點標(biāo)識。

一個可靠的傳輸?shù)刂酚糜诮K端與終端之間的呼叫建立，也可以用于關(guān)守之間，可靠的呼叫信號連接必須按照下例規(guī)則進行。在終端與終端的呼叫信號傳輸中，每個終端都可以打開或關(guān)閉可靠呼叫信號通道。對于關(guān)守的呼叫信號傳輸，終端必須保證在整個過程中打開可靠端口。雖然關(guān)守能夠選擇是否關(guān)閉信號通道，但是對于網(wǎng)關(guān)正在使用的呼叫通道，關(guān)守必須保證它打開。諸如顯示信息等Q.931信息可以在端到端之間傳輸。如果由于傳輸層的某個原因使得可靠的連接被斷開，這個連接必須重建，此次呼叫不認(rèn)為是失敗。除非H.245通道被關(guān)閉。呼叫狀態(tài)和呼叫參考值不受關(guān)閉可靠連接的影響。同一時間可以打開多個H.245通道，因此同一個終端可以同時參加多個會議。在一個會議中，一個終端甚至可以同時打開多種類型的通道，例如，同時打開兩個音頻通道來得到立體聲效果。但是在一個點對點的呼叫中只能打開一個H.245控制通道。

H.245協(xié)議定義了主從判別功能，當(dāng)在一個呼叫中的兩個終端同時初始化一個相同的事件時，就產(chǎn)生了沖突。例如，資源只能被一個事件使用。為了解決這個問題，終端必須判斷誰是主終端，誰是從終端，主從叛別過程用來判斷哪個終端是主終端，哪個是從終端。終端的狀態(tài)一旦決定，在整個呼叫過程期間都不會改變。性能交換過程用來保證傳輸?shù)拿襟w信號是能夠被接收端接收的，也就是接收端必須能夠解碼接收數(shù)據(jù)。這要求每一個終端的接收和解碼能力必須被對方終端知道。終端不需具備所有的能力，對于不能理解的要求可以不予理睬。終端通過發(fā)送它的性能集使對方知道自己的接收和解碼能力。接收性能描述了終端接收和處理信息流的能力。發(fā)送必須確保所發(fā)送的性能集的內(nèi)容是自己能夠做到的。發(fā)送性能給接收方提供了操作方式的選擇集，接收方可以從中選擇某種方式。如果缺省了發(fā)送性能集，這說明了發(fā)送方?jīng)]有給接收方選擇，但這并不說明發(fā)送方不會向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)。這些性能集使得終端可以同時提供多種媒體流的處理。例如，一個終端可以同時接收兩路不同的H.262視頻信號和兩路不同的H.722音頻信號。性能消息描述的不僅僅是終端具有的固有能力，還描述了它可以同時具有哪些模型。它也可能表示了發(fā)送性能和接收性能之間的一種折中。終端可以使用非標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)結(jié)構(gòu)來發(fā)送非標(biāo)準(zhǔn)性能和控制消息。非標(biāo)準(zhǔn)消息是制造商或其它組織定義的，用來表明其終端所具有的特殊能力。

邏輯通道信號過程確保在邏輯通道打開時，終端就具有接收和解碼數(shù)據(jù)的能力。打開邏輯通道消息包含了關(guān)于傳送數(shù)據(jù)的描述。邏輯通道必須在終端有能力同時接收所有打開通道的數(shù)據(jù)時才通被打開。一個邏輯通道由傳送方打開。接收方可以向傳送方請求關(guān)閉邏輯通道，傳送方可以接受請求，也可以拒絕請求。當(dāng)性能交換結(jié)束時，雙方終端通過交換的性能描述符都知道了對方的性能。終端不需要知道描述符中所有性通，只要知道它使用的性能即可。終端知道自己與對方終端的環(huán)型延時是很有用的。環(huán)型延時判別就是用來測試環(huán)型延時的，它還可以用來測試遠方終端是否存在。命令和說明可以用來傳送一些特殊的數(shù)據(jù)。命令和說明不會得到遠程終端的響應(yīng)消息。命令用于強迫遠程終端執(zhí)行一個動作，說明用于提供信息。

H.323協(xié)議規(guī)定，音頻和視頻分組必須被封裝在實時協(xié)議RTP中，并通過發(fā)送端和接收端的一個UDP的Socket對來進行承載。而實時控制協(xié)議RTCP用來評估會話和連接質(zhì)量，以及在通信方之間提供反饋信息。相應(yīng)的數(shù)據(jù)及其支持性的分組可以通過TCP或UDP進行操作。H.323協(xié)議還規(guī)定，所有的H.323終端都必須帶一個語音編碼器，最低要求是必須支持G.711建議。3

323標(biāo)準(zhǔn)H323標(biāo)準(zhǔn)提供了基于IP網(wǎng)絡(luò)（包括Internet）的傳送聲音、視頻和數(shù)據(jù)的基本標(biāo)準(zhǔn)，它是一個框架協(xié)議。

下圖可以清晰地描述出H.323協(xié)議及其與PBN協(xié)議的關(guān)系：

H.323標(biāo)準(zhǔn)主要包括的協(xié)議參見下表。

H.323系列標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容4

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本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李嘉騫 - 博士 - 同濟大學(xué)