Protocolo H323

Fonte: http://www.rnp.br/newsgen/0111/h323.html

Resumo

Alguns dos artigos sobre vídeo publicados em edições anteriores do NewsGeneration citaram rapidamente o padrão H.323, mas nenhum deles abordou o assunto em detalhes. Este artigo apresenta uma visão geral sobre o H.323 e seus componentes.
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1. Introdução

O padrão H.323 [3] é parte da família de recomendações ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization sector) H.32x, que pertence a série H da ITU-T, e que trata de "Sistemas Audiovisuais e Multimídia". A recomendação H.323 tem o objetivo de especificar sistemas de comunicação multimídia em redes baseadas em pacotes e que não provêem uma Qualidade de Serviço (QoS) garantida. Além disso, estabelece padrões para codificação e decodificação de fluxos de dados de áudio e vídeo, garantindo que produtos baseados no padrão H.323 de um fabricante interopere com produtos H.323 de outros fabricantes.
Redes baseadas em pacotes incluem as redes IP (Internet Protocol) como a Internet, redes IPX (Internet Packet Exchange), as redes metropolitanas, as redes de longa distância (WAN) e ainda conexões discadas usando PPP.
O padrão H.323 é completamente independente dos aspectos relacionados à rede. Dessa forma, podem ser utilizadas quaisquer tecnologias de enlace, podendo-se escolher livremente entre as que dominam o mercado atual como Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, ou Token Ring. Também não há restrições quanto à topologia da rede, que pode consistir tanto de uma única ligação ponto a ponto, ou de um único segmento de rede, ou ainda serem complexas, incorporando vários segmentos de redes interconectados. A figura 1 [7] ilustra a comunicação entre dois terminais H.323 em uma rede baseada em pacotes.

Figura 1 - Terminais H.323 numa rede baseada em pacotes

O padrão H.323 especifica o uso de áudio, vídeo e dados em comunicações multimídia, sendo que apenas o suporte à mídia de áudio é obrigatório. Mesmo sendo somente o áudio obrigatório, cada mídia (áudio, vídeo e/ou dados), quando utilizada, deve seguir as especificações do padrão. Pode-se ter uma variedade de formas de comunicação, envolvendo áudio apenas (telefonia IP), áudio e vídeo (videoconferência), áudio e dados e, por fim, áudio, vídeo e dados.
Em um artigo anterior do NewsGeneration, "Modelos de Comunicação para Videoconferência", foi abordado o padrão H.323 dentro de um dos modelos de comunicação apresentado, o modelo centralizado. Neste artigo, o H.323 será retomado por ser um padrão amplamente utilizado em sistemas de videoconferência e sistemas de comunicação multimídia de maneira geral. Serão apresentados os benefícios de sua utilização, seus componentes, sua relação com os outros padrões da família H.32x, algumas de suas características e as padronizações que estendem suas funcionalidades, fornecendo ao leitor um conhecimento básico sobre a recomendação ITU-T H.323.
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2. Benefícios da adoção do padrão H.323

A adoção do padrão H.323 para aplicações multimídia em redes traz uma série de benefícios, entre os quais podemos citar [1] [2] [6]:

• Independência da rede
  O padrão H.323 é projetado para utilização em redes baseada em pacotes, como as redes IP. Na atualidade, a maioria das redes utilizadas hoje possui uma infra-estrutura com protocolo de transporte baseado em pacotes, assim a adoção do padrão H.323 permite a utilização de aplicações multimídia sem requerer mudanças na estrutura de redes. Por outro lado, à medida que as tecnologias de enlace de redes evoluem e proporcionam maiores limites de velocidade e largura de banda, seus benefícios serão imediatamente incorporados e usufruídos pelas aplicações H.323.
  
  
• Interoperabilidade de equipamentos e aplicações
  O H.323 permite interoperabilidade entre dispositivos e aplicações de diferentes fabricantes. Por isso, vários fornecedores de porte como Intel, Microsoft, Cisco e IBM investem em linhas de produtos H.323.
  
  
• Independência de plataforma
  O H.323 não determina o hardware ou sistema operacional a ser usado. Desse modo, as aplicações H.323 podem ser de naturezas diversas voltadas para mercados específicos, que vão desde software de videoconferência executado em PCs, a telefones IP, adaptadores para TV a cabo, sistemas dedicados, etc.
  
  
• Representação padronizada de mídia
  O H.323 estabelece codificadores para compressão e descompressão de sinais de áudio e vídeo. Ele também prevê mecanismos de negociação dos codificadores a serem utilizados numa conferência a fim de que os seus participantes encontrem um subconjunto comum entre si.
  
  
• Flexibilidade nas aplicações clientes
  Uma conferência H.323 pode envolver aplicações clientes com capacitações multimídia diferentes. É possível que um terminal com suporte apenas para áudio participe de uma conferência com terminais que tenham suporte adicional de vídeo e/ou dados.
  
  
• Interoperabilidade entre redes
  É possível estabelecer conferências entre participantes localizados numa LAN e em outras redes completamente diferentes, como a rede telefônica pública ou ISDN. O H.323 prevê o uso de codificadores que são comuns a vários tipos de redes. Isto é possível através da utilização do componente gateway.
  
  
• Suporte a gerenciamento de largura de banda
  O tráfego dos fluxos de vídeo e áudio é caracteristicamente consumidor de largura de banda em uma rede. O padrão provê mecanismos de gerenciamento que permitem delimitar a quantidade de conferências simultâneas e a quantidade de largura de banda destinada às aplicações H.323. Além do mais, o H.323 também prevê facilidade de contabilidade de uso dos recursos da rede que podem ser usadas para fins de cobrança. Isto é possível através da utilização do componente gatekeeper.
  
  
• Suporte a conferências multiponto
  O H.323 suporta conferências com três ou mais participantes simultâneos.
  
  
• Suporte a multicast
  O H.323 suporta técnicas de multicast nas conferências multiponto. Uma mensagem multicast envia um único pacote a todo um subconjunto de destinatários na rede sem replicação. Esse tipo de transmissão usa a largura de banda de uma forma muito mais eficiente que as transmissões unicast.

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3. Componentes H.323

O padrão H.323 especifica quatro tipos de componentes que, juntos, possibilitam a comunicação multimídia [2]. São eles:

• Terminais
  São os computadores pessoais utilizados na rede, a qual provê comunicação em tempo real. Todos os terminais devem suportar voz. O suporte à vídeo e dados é opcional.
  
  
• Gateways
  São elementos opcionais em conferências H.323, que têm como função prover a comunicação de terminais H.323 com outros terminais de padrões diferentes (H.310, H.321, H.322).
  
  
• Gatekeepers
  Componentes mais importantes. Atuam como ponto central para todas as chamadas dentro de sua zona (Zona é oconjunto de todos terminais, gateways e MCUs gerenciados por um único gatekeeper. Uma zona deve incluir, pelo menos, um terminal e pode incluir segmentos de LAN conectados usando roteadores) e provêem serviços de controle de chamada para registrar participantes. Dentre outras coisas, são também responsáveis pelo gerenciamento da largura de banda em conferências H.323.
  
  
• Multipoint Control Units (MCUs)
  Suporta conferências entre três ou mais participantes. Sob H.323, um MCU consiste de um Multipoint Controller (MC) e zero ou mais Multipoint Processors (MP). O MC manipula as negociações entre todos os terminais para determinar capacidades comuns para processamento de áudio e vídeo. Já o MP é o responsável por mesclar, chavear e processar os bits de áudio, vídeo e/ou dados.
  

Um sistema que utiliza o padrão H.323 e as recomendações ITU-T associadas provê uma forma útil e flexível para comunicação multimídia, e o fato de ser executado sobre diversas plataformas o torna escalável. As recomendações relacionadas ao padrão H.323 continuam a evoluir e a serem adaptadas a novas situações através de um esforço contínuo do grupo de estudo da ITU-T [6]. Muitas dificuldades que surgem na utilização do H.323 são decorrentes de outros problemas relacionados, como por exemplo, a garantia de qualidade de serviço durante toda a sessão.
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4. O H.323 em relação a outros padrões da família H.32x

A família H.32x de recomendações da ITU-T especifica serviços de comunicação multimídia entre uma variedade de redes distintas, são elas [1]:

• H.320 sobre Redes Digitais de Serviços Integrados (Integrated Services Digital Network - ISDN);
• H.321 e H.310 sobre Redes Digitais de Serviços Integrados de Banda larga (Broadband Integrated Services Digital Networks - B-ISDN);
• H.322 sobre LANs que provêem serviço com garantia de QoS;
• H.324 sobre Redes de Comutação por Circuito (Switched Circuit Network - SCN).
  

Uma das principais motivações para o desenvolvimento do padrão H.323 foi a interoperabilidade com outras redes de serviços multimídia. Esta interoperabilidade foi alcançada através do uso de gateway, possibilitando, por exemplo, o estabelecimento de conferências entre participantes da Internet, da ISDN, da rede telefônica e de uma rede ATM.
Na figura 2, podem ser observados os componentes do padrão H.323 e a interoperabilidade com outros padrões da família H.32x.

Figura 2 - Componentes do padrão H.323 e a interoperabilidade com outros terminais da família H.32x

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5. Algumas características do padrão H.323

Os algoritmos de codificação de áudio suportados pelo H.323 são todos provenientes de padrões ITU. Terminais H.323 devem suportar o padrão G.711 para codificação de áudio, sendo o suporte aos outros padrões opcional. O G.711 geralmente transmite áudio em 56 ou 64 Kbps.
Qualquer terminal H.323, habilitado com vídeo, deve suportar o codec H.261.O suporte a H.263 é opcional. Geralmente, o H.261 é usado em canais de comunicação que são múltiplos de 64 Kbps. O H.263 possui a qualidade de imagem um pouco melhor que o H.261, dentre vários fatores, por requerer uma técnica de estimativa de movimento de meio (1/2) pixel e uma tabela otimizada de codificação de Huffman para transmissões a baixas taxas de bit. A comunicação entre os padrões é facilitada porque ambos devem suportar QCIF. A tabela 1 mostra uma comparação dos padrões H.261 e H.263 quanto a compatibilidade com padrões de imagem da ITU [2].

Formato da imagem de videoconferência	Tamanho da imagem em Pixels	H.261	H.263
Sub-QCIF	128x96	Não especificado	Requerido
QCIF	176x44	Requerido	Requerido
CIF	352x288	Opcional	Opcional
4CIF	702x576	N/A	Opcional
16CIF	1408x1152	N/A	Opcional

Tabela 1 - Formatos ITU-T para videoconferência

O suporte a transmissão de dados durante uma conferência é uma capacidade opcional do padrão H.323 mas, quando suportado, habilita a colaboração através de aplicações como whiteboard compartilhado, aplicações de compartilhamento e transferência de arquivos. Este recurso é possível baseando-se na especificação do padrão ITU-T T.120, o qual endereça tanto conferências de dados ponto-a-ponto quanto multiponto. Na maioria das vezes, o suporte a dados está incorporado nas aplicações clientes ou MCUs.
O H.323 usa tanto comunicação confiável (Transport Control Protocol - TCP) quanto não confiável (User Datagram Protocol - UDP). Os sinais de controle e dados requerem transporte confiável porque devem ser recebidos na ordem que eles foram enviados e não podem ser perdidos. Por outro lado, o fluxo de áudio e vídeo perde sua qualidade com o tempo, sendo mais eficiente quando enviado por transporte não confiável.
Em conferências com múltiplos fluxos de áudio e vídeo, o transporte não confiável, via UDP, usa IP multicast e o Real-Time Protocol (RTP), desenvolvido pelo Internet Engineering Task Force (IETF) para manusear fluxo de áudio e vídeo. O IP multicast é um protocolo para transmissão de multicast não confiável em UDP. O RTP trabalha sobre o topo do IP multicast e foi projetado para manusear os requerimentos de fluxo de áudio e vídeo sobre a Internet. Um cabeçalho contendo um time-stamp e um número de seqüência é adicionado a cada pacote UDP. Com uma "bufferização" apropriada na estação de recebimento, as informações de tempo e seqüência permitem à aplicação, por exemplo, eliminar pacotes duplicados; reordenar pacotes fora de ordem; e sincronizar som, vídeo e dados.
Devido ao H.323 ser baseado em RTP, ele pode operar sobre o Mbone. Para controle do RTP é utilizado o Real-Time Control Protocol (RTCP) que monitora a qualidade de serviço, transporta informações sobre os participantes da sessão e, periodicamente, distribui pacotes de controle, contendo informações de qualidade para todos participantes da sessão.
Em videoconferências, de maneira geral, a quantidade de largura de banda é um fator crítico. O H.323 e alguns produtos que o suportam usam o Resource Reservation Protocol (RSVP), apesar deste não ser oficialmente parte do padrão. O RTP precisa ser suportado pelos terminais, gateways e MCUs com Multipoint Processor, e o RSVP pode ser suportado pelos mesmos componentes e quaisquer switches ou roteadores.
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6. Padronizações que estendem as funcionalidades do padrão H.323

O ITU-T também desenvolve outras recomendações que estendem as funcionalidades do H.323 ou adicionam novos serviços. São elas:

• H.235 Security and Encryption for H-Series (H-323 and other H.245-based) Multimedia Terminals [4],
  
  Essa recomendação introduz um ambiente de segurança para o H.323, provendo serviços de autenticação, integridade, privacidade e não repudiação [6]. Ela usa os mecanismos de criptografia dos protocolos de suporte à segurança IPSEC (Internet Protocol Security) ou TLS (Transport Layer Security). A autenticação é a garantia de que os participantes de uma conferência sejam realmente quem eles dizer ser. A integridade valida se os dados recebidos não foram alterados. A privacidade dos dados impossibilita que intrusos consigam decifrar dados interceptados da rede e é garantida por mecanismos de criptografia. A não repudiação evita que alguém sistematicamente bloqueie a participação de um determinado elemento na conferência.
  
  
• Série H.450.x, para introduzir alguns serviços suplementares ao H.323 que são comuns aos sistemas telefônicos. Eles adaptam o H.323 à Telefonia IP.
  
  Essa série constitui-se de recomendações para: protocolos genéricos (H.450.1), transferência de chamadas (H.450.2), desvio de chamadas (H.450.3), retenção de chamadas (H.450.4), retenção e retomada de chamadas (H.450.5), espera de chamadas (H.450.6), indicação de mensagens em espera (H.450.7), identificação de nomes (H.450.8) e procedimentos de completar chamadas se ocupado (H.450.9), oferta de chamada (H.450.10), intrusão em chamadas (H.450.11) e características de informações comuns adicionais de rede (H.450.12).

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7. Considerações finais

A recomendação H.323 consiste em uma solução baseada em padrões para sistemas de comunicação que inclui, desde uma simples telefonia ponto-a-ponto, até uma sofisticada conferência multimídia com compartilhamento de dados. Ele tem sido amplamente utilizado em aplicações de voz sobre IP, videoconferência em desktop, computação colaborativa, ensino a distância, aplicações de helpdesk e suporte, e shopping interativo.
O H.323 é um padrão recente. Sua primeira versão foi divulgada em 1996, provendo um serviço sem garantia de QoS para ser utilizado em LANs e sistemas multimídia audiovisuais. Devido à necessidade de um padrão para voz sobre IP, o H.323 foi revisado e surgiu a versão 2. Na versão 3, foi adicionado suporte à comunicação gatekeeper-gatekeeper, ao fax sobre redes de pacotes e aos mecanismos de conexão rápidos. E, a mais recente, a versão 4, teve como foco importantes áreas, tais como confiabilidade, escalabilidade e flexibilidade. Através de esforços contínuos do grupo de estudo ITU-T, a recomendação H.323 continua evoluindo e adaptando-se a novas situações. O endereçamento coordenado globalmente e a consistência de QoS são duas áreas onde espera-se ver grandes melhoramentos no futuro.
A complexidade e a flexibilidade existentes no padrão H.323 dificulta sua implementação, pois vendedores de produtos e serviços H.323 freqüentemente escolhem implementar um subconjunto do mesmo que atenda seus requerimentos imediatos. Além disso, o ITU-T não provê um guia que possa ajudar assegurar a compatibilidade e interoperabilidade. O International Multimedia Teleconferencing Consortium (IMTC), uma organização que conduz testes de compatibilidade e interoperabilidade de produtos e serviços, tem estabelecido um objetivo para assegurar que vendedores de produtos e serviços sejam interoperáveis.
Existe uma alternativa ao H.323 que é o Session Initiation Protocol (SIP), o qual foi concebido na Universidade de Columbia e depois submetido para aprovação do IETF. Assim como outros protocolos dominantes na Internet (HTTP, FTP, SMTP), o SIP é baseado em texto. O SIP foi aprovado como Request For Comment (RFC) e publicado como RFC 2543, em março de 1999. Um artigo de comparação entre os dois pode ser encontrado em um dos sites selecionados, o Packetizer.
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8. Sites relacionados

Equivalence Pty Limited - Projeto OpenH323: http://www.openh323.org/
Free H.323: http://www.h323.org/
Packetizer - A resource for packet-switched conversational protocols: http://www.packetizer.com/
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Referências bibliográficas

[1] Chandra, S. & Mathur, M., "Multimedia Standards - H.323 for Audio Visual Conferencing", 2000.
Disponível em http://www-personal.ksu.edu/~mohit/multimedia.html .
[2] DataBeam Corporation, "A Primer on the H.323 Series Standard", 1998.
Disponível em http://www.lotus.com/products/sametime/sametime.nsf/standards .
[3] H.323, International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector ITU-T, "Packet Based Multimedia Communications Systems", novembro de 2000.
[4] H.245, International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector ITU-T, "Security and Encryption for H-Series (H-323 and other H.245-based) Multimedia Terminals", novembro de 2000.
[5] Karim, A., "H.323 and Associated Protocols", 1999.
Disponível em http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/h323/index.html .
[6] Toga, J., Elgebaly, H. Demystifying Multimedia Conferencing Over the Internet Using the H.323 Set of Standards, Intel Architecture Labs, Intel Corporation, 1998.
Disponível em http://www.intel.com.tw/technology/itj/ q21998/articles/art4.htm .
[7] Trillium, H.323 Tutorial, International Engineering Consortium, 2001.
Disponível em http://www.iec.org/online/tutorials/h323/topic01.html .
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