Vorwort

Für sowohl die Sprach- als auch die Datenkommunikation wurden in der Vergangenheit stets separate Übertragungsmedien benutzt, wodurch ein kostspieliger Aufbau von getrennten Infrastrukturen notwendig war. Die Konvergenz beider Kommunikationsformen soll diesen Umstand beheben. Mit dem Internet Protokoll (IP), über das verschiedenste Informationen in unterschiedlichsten Netzwerkstopologien transportiert werden können, wird eine Konvergenz von Sprache und Daten ermöglicht.

Lange Zeit mangelte es an Standards für di e gemeinsame Sprach- und Datenkommunikation in IP -Netzen. Im Jahr 1996 behob die International Telecommunication Union mit dem H.323-Standard dieses Defizit und bereitete somit den Weg für eine Vielzahl von Kommunikationsanwendungen für IP. Aus diesem Grund sollen die theoretischen Grundlagen des H.323-Standards in dieser Diplomarbeit erläutert werden.

Für die Unterstützung bei der Erstellung dieser Diplomarbeit sei den Betreuern Herrn Dipl. Ing. Jürgen Hempel und Herrn Dipl. Ing. Michael Maruschke sowie dem Support der Siemens AG, im Speziellen Herrn Timo Richter, gedankt.

Hierbei handelt es sich um eine gekürzte Fassung. Es Copyright -Gründen wurde die

Beschreibung des Siemens HiNet RC3000 entfernt.

I

Inhalt

Inhalt   

Vorwort................................   3

Inhalt   I

Abbildungsverzeichnis.   III

Tabellenverzeichnis.   IV

Abk  ürzungsverzeichnis.  V

1  Einführung in die Problematik.  2

2  Der Videokonferenzstandard H.323  4

2.1  Was ist H.323?  4

2.2  Warum ist H.323 so wichtig?  6

2.3  Welchen Nutzen bietet H.323?  7

2.4  Überblick über die Architektur  9

2.5  Überblick über die Funktionsweise von H.323  10

3  Die Komponenten des H.323-Standards.  12

3.1  Ein kurzer Überblick über die H.323-Komponenten  12

3.2  Terminal.  12

3.3  Gateway  14

3.4  Gatekeeper  16

3.5  Multipoint Control Unit.  19

4  Die Multipoint-Konferenzen mit H.323.  21

4.1  Kategorien der H.323-Multipoint-Konferenzen  21

4.2  Zentralisierte Multipoint-Konferenz  21

4.3  Dezentralisierte Multipoint-Konferenz  22

4.4  Hybride Multipoint-Konferenz  22

4.5  IP-Multicasting  24

5  Der H.323 Protokoll Stack  25

5.1  H.323 im Schichtenmodell  25

5.2  Die Kontrollprotokolle des H 323-Standards  26

II

Inhalt

5.2.1  Das Call Control Protokoll H.225  26

5.2.2  Der Registration, Admission and Status-Channel RAS  28

5.2.3  Das Transportprotokoll RTP.  30

5.2.4  Das RTP-Kontrollprotokoll RTCP.  32

5.2.5  Das Sicherheitsprotokoll H.235  33

5.2.6  Das Media Control Protocol H.245.  33

5.2.7  Das Protokoll zur Unterstützung zusätzlicher Leistungsmerkmale H.450.  35

5.3  Die Audiostandards der G.7xx-Serie  36

5.4  Die H.26x-Videostandards von H.323  37

5.4.1  Überblick über die H.26x-Videostandards  37

5.4.2  Der Videostandard H.261  38

5.4.3  Der Videostandard H.263  39

5.5  Der Datenkonferenzstandard T.120  40

6  Die Vorschläge zum Laborversuch.  42

6.1  Zielstellung für den Laborversuch  42

6.2  Mögliche Versuchsinhalte  42

6.2.1  Vorstellung der Sprachdienste  42

6.2.2  Vorstellung der Datendienste.  43

6.2.3  Vorstellung der Videoanwendungen  43

6.2.4  Vorstellung zusätzlicher Leistungsmerkmale  43

6.2.5  Einweisung in das Systemmanagement.  44

7  Zusammenfassung und Ausblick.  46

Anhang   1

Trace  eines H.323-Calls  1

Literaturverzeichnis.   XII

Hilfsmittelverzeichnis   XV

Ansprechpartnerverzeichnis   XVI

III

Abbildungsverzeichnis   

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  2-1: H323-Protokollstack /32/  

Abbildung  2-2: Der Überblick über die H.323-Architektur /43/  

Abbildung  3-1: Funktionen eines H.323-Terminals /29/  

Abbildung  3-2: Konferenz zwischen H.323- und PSTN-Terminal über ein Gateway /31/  

Abbildung  3-3: Mögliche Verbindungen für H.323-Gateway /31/  

Abbildung  3-4: Die H.323-Zone /31/  

Abbildung  4-1: dezentralisierte und zentralisierte Multipoint-Konferenz /31/  

Abbildung  4-2: Die hybride Multipoint-Konferenz /31/  

Abbildung  5-1: H.323 im OSI-Schichtenmodell /40/  

Abbildung  5-2: Grundsätzlicher Ablauf für den Aufbau einer H.323-Verbindung /34/  

Abbildung  5-3: Der Aufbau des festgelegten RTP-Headers /40/  

Abbildung  5-4: Der Aufbau des RTCP-Headers /40/  

IV

Tabellenverzeichnis   

Tabellenverzeichnis   

Tabelle 2-1:  Videokonferenzstandards der H.32x-Serie im Überblick /12/  5

Tabelle 3-1:  minimale Gatekeeper-Funktionalität im Überblick /31/  18

Tabelle 3-2:  optionale Gatekeeper-Funktionen im Überblick /31/  19

Tabelle 5-1:  von H.225 vorgeschlagenen Methoden zur Einhaltung des QoS  27

Tabelle 5-2:  Die RAS-Messages  29

Tabelle 5-3:  Übersicht über die RTP-Headerfelder.  31

Tabelle 5-4:  Überblick über die RTCP-Headerfelder  32

Tabelle 5-5:  Sicherheitsfunktionen von H.235.  33

Tabelle 5-6:  Die H.245 Messagetypes  34

Tabelle 5-7:  Die G.7xx-Sprachcodecs von H.323 /40/  36

Tabelle 5-8:  ITU-T Bildformate für Videokonferenzen /31/  38

Tabelle 5-9:  zusätzliche H 263-Optionen  40

Abkürzungsverzeichnis

AAL ATM Adaption Layer ACD Automatic Call Distribution ARC Admission Confirm ARJ Admission Reject ARQ Admission Request ATM Asynchronous Transfer Mode ASN.1 Abstract Syntax Notation One BCF Bandwidth Confirm B-ISDN Breitband-ISDN BRJ Bandwidth Reject BRQ Bandwidth Request CDR Call Detail Record CIF Common Intermediate Format DCT Dicrete Cosine Transform DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DID Direct Inward Dialing DNS Domain Name System DTMF Dual-Tone-Multi-Frequency GSTN Global Switched Telephone Network GOB Group of Block FTP File Transfer Protocol IEEE Institute of Electric and Electronic Engineers IETF Internet Engineering Task Force IP Internet Protocol IPv6 Internet Protocol Version 6 ISDN Integrated Services Digital Network ITU-T International Telecommunication Union IVR Interactive Voice Response LAN Local Area Network LDAP Lightweight Directory Access Protocol MAP Multicast Adaptation Protocol

MB Macroblock MC Multipoint Controller MCU Multipoint Control Units MFV Mehrfrequenzwählverfahren N-ISDN Narrowband-ISDN OSI Open System Interconnection PBX Private Branch Exchange PSTN Public Switched Telephone Network Q-CIF Quater-Common Intermediate Format QoS Quality of Service QSIG Q-Interface Signalling RAS Registration Admission Status RIP Request in Progress RSVP Resource Reservation Protocol RTCP Real-Time Control Protocol RTP Real-Time Protocol SCN Switched Circuit Networks SNTP Simple Network Time Protocol SNMP Simple Network Management Protocol SQL Structured Query Language TCP Transmission Control Protocol WAN Wide Area Network UDP User Datagramm Protocol UNA User-Not-Available

1

Teil   1

Der  Einstieg  

1 Einführung in die Problematik

Schon seit geraumer Zeit existiert der Wunsch, Daten und Sprache über ein Medium und aus einer Quelle zu beziehen. Wer würde nicht gern an einem einzigen Gerät telefonieren, Videokonferenzen abhalten, das Telefonbuch durchsuchen, Faxe versenden oder Tex te editieren?

Mit dem Internet Protokoll (IP) wurde vor einiger Zeit eine Voraussetzung für diese Entwicklung geschaffen. IP erweist sich als ideale Technologie für diese Anforderungen, da es Informationen zwischen unterschiedlichsten Hardware - und Softwa re-Plattformen

austauschen kann. Für die Übertragung von Echtzeitanwendungen ergeben sich mit IP allerdings Schwächen, da dieses Protokoll keinen Quality of Service (QoS) garantiert. Die Einhaltung von Parametern, wie dem Durchsatz oder der Übertragungszei t, kann vom IP demzufolge nicht sichergestellt werden.

Um die IP -Technologie für die Übertragung von zeitkritischen Sprach -, Video - und

Simulationsinformationen nutzbar zu machen, müssen dementsprechende Mechanismen entwickelt werden, die diese Nachteile ausgleichen. Weiterhin ist es zur Gewährleistung der Interoperabilität zwischen IP -Kommunikationssystemen verschiedener Hersteller notwendig, entsprechende Standardisierungen vorzunehmen.

Mit diesen Maßnahmen beschäftigt sich die vorliegende Diplomarbeit, wobei die

theoretischen und praktischen Aspekte der Sprach - und Datenkommunikation in IP -Netzen besondere Berücksichtigung findet.

Anschließend an den einleitenden Teil werden dazu die theoretischen Grundlagen des Videokonferenzstandards H.323 erläutert. Die praktische Fortsetzung des Themas erfährt die Arbeit durch die Vorstellung des Realtime Communication Systems von Siemens und dessen Integration in einen Versuchsaufbau. Dazu werden die Funktion, Installation und Konfiguration der einzelnen Systemkomponenten beschrieben. Für die Versuchsdurchführung werden verschiedene Vorschläge unterbreitet.

Die Technik der Sprach- und Datenkommunikation

in IP-Netzen

2 Der Videokonferenzstandard H.323

2.1 Was ist H.323?

Der H.323 -Standard bildet die Grundlag e für Audio -, Video- und Datenkommunikation über IP-basierte Netzwerke. Durch diesen Standard wird gewährleistet, dass Multimediaprodukte und -anwendungen von verschiedenen Herstellern ohne Kompatibilitätsprobleme miteinander kommunizieren können.

H.323 i st eine Dachempfehlung der International Telecommunications Union (ITU -T), die mehrere Unterempfehlungen, z.B. zur Audio -, Video - und Datenübertragung sowie zur Signalisierung, in sich vereinigt. Die H.323 -Empfehlung standardisiert die multimediale Kommunikation über Local Area Networks (LAN), die keinen QoS , also keine

Einhaltung von Parametern wie Bandbreite und Übertragungszeit, garantiert. Diese Netzwerke basieren vorwiegend auf paketvermittelnden Technologien wie TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) über Ethernet, Fast Ethernet oder Token Ring, und werden heutzutage fast überall zur Koppelung von Computern eingesetzt.

H.323 ist ein Teil der H.32x -Serie (siehe Tabelle 2-1), die sich mit dem Thema der

Videokonferenzübertragung über verschiedenartige Netzwerkstechnologien beschäftigt. Weiter enthalten in dieser Serie sind z.B. H.320 für die Kommunikation über ISDN (Integrated Services Digital Network) und H.324 für die Kommunikation über PSTN (Public Switched Telephone Network).

Die H.323 -Spezifikation wurde 1996 von der ITU -T Study Group 16 verabschiedet. Dieser Standard ist sehr weit gefasst und umfasst Technologien für stand -alone Geräte sowie für

Anwendungen auf PC. In H.323 werden Konferenzen sowohl von Point-to-Point als auch für Multipoint-Verbindungen behandelt. Die H.323 -Empfehlung beinhaltet auch Informationen zu Signalisierung, Multimedia- und Bandbreitenmanagement sowie zu den Schnittstellen mit anderen Netzwerken.

Tabelle 2-1: Videokonferenzstandards der H.32x-Serie im Überblick /12/

Die H.323 -Spezifikation wurde 1996 von der ITU -T Study Group 16 verabschiedet. Dieser Standard ist sehr weit gefasst und umfasst Technologien für stand -alone Geräte sowie für

Anwendungen auf PC. In H.323 werden Konferenzen sowohl von Point -to-Point als auch für Multipoint-Verbindungen behandelt. Die H.323 -Empfehlung beinhaltet auch Informationen zu Signalisierung, Multimedia- und Bandbreitenmanagement sowie zu den Schnittstellen mit anderen Netzwerken.

Die Version 2 des Standards H.323 wurde im Januar 1998 verabschiedet. Sie behebt die Schwachstellen (z.B. bei Rufaufbau und Sicherheit) der Version 1, führt neue Protokolle ein (z.B. T.120) und erweitert die Funktionalität der bereits vorhandenen Protokolle (z.B. Q.931, H.245, H.225). Die wichtigsten Neuerungen sind in den Bereichen, Sicherheit, Beschleunigung des Rufaufbaus, Einführung zusätzlicher Dienste und Integration des T.120 -Standards zu finden.

In den folgenden Kapiteln von Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. werden die Funktion, die Architektur und Anwendungsmöglichkeiten von H.323 behandelt.

2.2 Warum ist H.323 so wichtig?

Die H.323-Empfehlung ist trotz ihres Umfangs sehr flexibel und bietet die optimale Ba sis zur Entwicklung von verschiedensten, zu anderen Herstellern kompatiblen Softwareprodukten. So ist es möglich, den Standard, sowohl in Headsets, die nur Sprache übertragen, als auch in komplette Multimedia-Systeme zu implementieren. H.323 ermöglicht es, dass das Headset und das Multimedia -System trotz unterschiedlichen Aufbaus und Funktionsumfangs miteinander kommunizieren können. Aus folgenden Gründen wird H.323 in Zukunft große Bedeutung erlangen:

bestehenden Infrastrukturen (z.B. I P-basierte Netzwerke) • H.323 kann auf den

eingesetzt werden, da es die oft sehr unterschiedlichen Latenzzeiten ausgleicht.

• IP-basierte LANs werden immer leistungsfähiger. Die Übertragungsbandbreiten der Ethernet-Technologie vergrößert sich von 10 Mbit/s über 100 Mbit/s auf 1 Gbit/s.

• H.323 ermöglicht die Interoperabilität mit unterschiedlichen Anwendungen, Geräten und Herstellern.

• H.323 standardisiert die Interoperabilität zwischen LANs und anderen Netzen (z.B. ISDN, PSTN).

• Die Leistungsfähigkeit der PCs im Bereich Multimedia h at sich aufgrund der schnelleren Prozessoren und der neuen Technologien zur Multimediaunterstützung verbessert.

• H.323 ermöglicht Bandbreitenmanagement. Damit kann die für eine Konferenz zur Verfügung stehende Bandbreite begrenzt werden. Die Unterstützung v on Multicast dient, bei Konferenzen mit mehreren Teilnehmern, zur Einsparung von Bandbreite.

• H.323 wird von vielen Computer - und Telekommunikationsunternehmen, z.B. Cisco (2600er Serie), Intel (Internet Phone), Microsoft (Netmeeting) und Siemens (HiNet), bereits eingesetzt und unterstützt.

2.3 Welchen Nutzen bietet H.323?

In der H.323 -Empfehlung sind Codec-Standards zur Kompression und Dekompression von Audio- und Video -Informationen enthalten. Dadurch wird zum einen die Einsparung von Bandbreite ermöglicht, und zum anderen gewährleistet, dass H.323 -Produkte verschiedener Herstellern die gleichen Codec-Technologien unterstützen.

Zur Sicherung der Interoperabilität verwendet H.323 gemeinsame Call -Setup- und Call -Control-Protokolle. Hinzu kommen Methoden, die es dem Empfänger ermöglichen, dem Sender die verfügbaren Kapazitäten mitzuteilen.

Wie Abbildung 2-1 verdeutlicht, benutzen die Protokolle des H.323 -Standards für ihren

Informationsaustausch TCP und UDP (User Datagramm Protocol) aus der TCP/IP -Familie, und sind infolgedessen oberhalb der Transportschicht im OSI -Schichtenmodell (OSI, Open System Interconnection; siehe dazu Fachbücher /1/, /3/) angeordnet. Damit stellen sie die von den netzspezifischen anwendungsorientierte Kommunikation dar, und sind Gegebenheiten unabhängig.

Auch ist H.323 an keine Hardware und kein Betriebssystem gebunden. H.323 -basierte

Lösungen können demzufolge in unterschiedlichsten Ausführungen entwickelt werden.

Mögliche Einsatzbereiche reichen beispielsweise vom videofähigen PC über IP -fähige

Telefone bis hin zu Videokonferenzterminals.

Abbildung 2-1: H323-Protokollstack /32/

Mit H.323 besteht die Möglichkeit, drei oder mehr Endpunkte in eine Konferenz einzubeziehen. Dafür werden keine speziellen Kontrollmechanismen benötigt. Allerdings wird durch die Verwendung von Multipoint Control Units (MCU) eine leistungsfäh igere und flexiblere Architektur solcher Multipoint-Konferenzen ermöglicht. Für Multipoint-Konferenzen unterstützt H.323 die Verwendung von Multicasts (siehe Kapitel 4.5). Der entscheidende Vorteil von Multicast -Verbindungen i st, dass im Vergleich zu

Unicast- und Broadcast -Übertragungen die Bandbreite viel effizienter ausgenutzt wird, da unnötige Kopien und die Bestätigungen von Paketen entfallen.

Mit dem Bandbreiten-Management bietet H.323 eine Möglichkeit an, bandbreitenintensiven Audio- und Videoverkehr zu kontrollieren. Es kann die maximale Anzahl von H.323 -Verbindungen bzw. ihre zur Verfügung stehende Bandbreite begrenzt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass es zu keiner Beeinträchtigung des kritischen Verkehrs kommt.

An einer H.323 -Konferenz können Endpunkte mit verschiedenen Fähigkeiten beteiligt sein. So ist es möglich, dass ein Nur -Audio-Terminal in einer Konferenz mit Terminals, die