Videoconferência: H.323 versus SIP

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1 Videoconferência: H.323 versus SIP Este tutorial apresenta uma avaliação técnica e as tendências que envolvem os serviços providos pela pilha de protocolos do padrão H.323, especificados pelo ITU-T, e os serviços providos pelo padrão SIP (Session Initiation Protocol) para os serviços de videoconferência. Este artigo não tem a finalidade de apresentar os detalhes de especificação dos dois protocolos, envolvendo as pilhas, camadas, sub protocolos associados, procedimentos de call setup, etc., mas sim de apresentar uma análise comparativa e de tendências de utilização dos mesmos. O detalhamento de funcionamento dos dois protocolos pode ser encontrado na bibliografia indicada. Fábio Lúcio Soares Gomes Engenheiro eletrônico e de telecomunicações (PUC-MG, 1981), pós-graduação em sistemas de telecomunicações (IEC/PUC-1988). Residiu na Itália por três meses, onde se especializou em sistemas eletrônicos de informação para aeroportos. Trabalhou na Comissão Coordenadora do Projeto Aeroporto Internacional de Confins (Belo Horizonte) como engenheiro responsável pela implantação dos sistemas eletrônicos do Terminal de Passageiros. Foi professor da cadeira de Eletrônica do curso de Engenharia Elétrica do CEFET-MG, tendo também ministrado treinamentos nas áreas de Lógica digital, sistemas de captura e distribuição de imagens. Atuou na área de desenvolvimento de sistemas para supervisão e controle integrados a sistemas de satélites de baixa órbita. Atualmente, trabalha na Vice Presidência de Tecnologia da Informação (VITEC) da Caixa Econômica Federal, onde participou dos projetos de comunicação via satélite para o Programa Bolsa Escola, e do Programa de Colaboração Visual (Videoconferência na Caixa Econômica Federal). Hoje integra a equipe responsável pelo projeto e implantação dos dois complexos Datacenter da CAIXA, pertencentes ao Programa Ambiente de Alta Disponibilidade de TI. É autor do livro Videoconferência Sistemas e Aplicações. Categoria: Banda Larga 1

2 Nível: Intermediário Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 28/05/2007 2

3 Videoconferência: Introdução A videoconferência começou efetivamente a ser realizada por volta da década de 1960 através de conexões ponto a ponto, de elevado custo, com o objetivo de se prover a comunicação entre pessoas em diversos locais geográficos com recursos de áudio e vídeo. Foi a partir de 1956, que testes envolvendo sistemas de videoconferência começaram a ser realizados. Foi neste ano que a AT&T testou seu PicturePhone, o qual foi posteriormente lançado em 1964 em uma feira mundial em Nova York. 3

4 Videoconferência: H Conceitos Inicialmente, os serviços de videoconferência começaram a ser realizados através da Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI) e dentro deste âmbito o CCITT (posteriormente nomeado ITU-T) elaborou, em 1990, a recomendação H.320 que definia os critérios e especificações para videoconferência neste ambiente. Com a multiplicação das redes locais e o elevado crescimento da internet, o protocolo IP foi se tornando gradativamente um padrão de facto de convergência de serviços. Desta forma, entre 1993 a 1996, foi preparada pelo Grupo de Estudo 15 da ITU-T, e aprovada pela resolução no 1 em 8 de Novembro de 1996, a recomendação H.323. A recomendação H.323 define um arcabouço (guarda-chuva) para a estruturação dos diversos padrões e protocolos para transmissão de vídeo, áudio e dados para aplicações em videoconferência. O H.323 nasceu então da necessidade de se estabelecer um padrão para a realização de serviços de videoconferência, envolvendo a definição de protocolos, interoperabilidade entre sistemas e criação de um ambiente padronizado para o usuário final. O padrão H.323 compreende um conjunto de especificações que define várias entidades, protocolos e procedimentos para comunicação multimídia sobre rede de pacotes. Figura 1: Videoconferência em rede mista ISDN e IP. A figura 1 ilustra uma rede mista ISDN (H.320) e IP (H.323) para serviços de videoconferência. As entidades definidas pelo H.320 e H.323 são apresentadas a seguir. Endpoints (Terminais) Os endpoints constituem uma entidade H.323 que provêm comunicação em tempo real para serviços de multimídia. 4

5 Gatekeepers O padrão H.323 define o gatekeeper, em um serviço multimídia, como um servidor de nível de administração, o qual provê serviços para os endpoints (um endpoint pode ser um terminal, um gateway ou mesmo uma Unidade de Controle multiponto). Os serviços providos pelos gatekeepers compreendem: Gateways Resolução de endereços; Controle de admissão; Gerenciamento de banda; Gerenciamento de zona. Os gateways constituem endpoints que provêm a translação de protocolos, como por exemplo, a conversão do protocolo H.320 para o protocolo H.323. Os serviços providos pelos gateways compreendem basicamente: Interoperabilidade entre padrões de áudio/vídeo e redes (H.320/H.323); Conversão de protocolos (procedimentos de comunicação e formatos de transmissão); Conversão de formatos de áudio e vídeo. MCU Multipoint Control Unit (Unidade de Controle Multiponto) Uma MCU (Multipoint Control Unit) ou Unidade de Controle Multiponto é um endpoint de uma rede local que provê recursos para que 3 ou mais endpoints participem de uma conexão multiponto. Uma Unidade de Controle Multiponto é formada por duas entidades H.323: MC: Multipoint Controller ou Controladora Multiponto a qual constitui um componente mandatório na MCU e realiza todo o controle de conexões em uma sessão multiponto; MP: Multipoint Processor ou Processador Multiponto, de caráter opcional. O MC tem a finalidade de prover controle para a realização de conferências multiponto em uma rede, enquanto que o MP (Multipoint Processor) tem a finalidade de prover recursos para uma conferência multiponto através do processamento dos fluxos de áudio e vídeo para distribuição aos endpoints. A recomendação H.323 compreende, portanto, um padrão de jure definido pelo ITU-T e que por ser normalizada, agrega alguns importantes benefícios: Habilidade para integrar comunicações multimídia com outras aplicações IP: O padrão H.323 permite a integração de dados através do padrão T.120, criando novos caminhos para a colaboração com o mundo corporativo; Proteção do investimento das aplicações anteriores: O H.323 permite, através de um gateway, a conversão de protocolos de outros sistemas, tais como H.320 (ISDN) e H.324 (POTS), garantindo a integração destes sistemas com as aplicações H.323; Escalabilidade: O H.323 não limita o crescimento de uma rede. O padrão permite o crescimento do sistema de videoconferência dentro de regras e recomendações seguras para interoperabilidade entre os equipamentos; Interoperabilidade de equipamentos: O H.323 possibilita a interoperabilidade entre equipamentos de vários fabricantes; 5

6 Cross Plataform : O padrão H.323 pode ser utilizado em um ambiente operacional de qualquer plataforma; Gerenciamento de largura de banda: No H.323, a largura de banda ocupada pelos tráfegos de áudio e vídeo é gerenciável, de forma que as conferências podem ser ou não ativadas dependendo da largura de banda disponível na rede ou no segmento de rede dos equipamentos envolvidos. 6

7 Videoconferência: SIP - Conceitos O SIP constitui um protocolo alternativo ao H.323, tendo sido desenvolvido na Universidade de Columbia e posteriormente submetido à aprovação do IETF (Internet Engineering Task Force). Foi aprovado e emitido como RFC 2543 em março de O protocolo SIP é baseado em texto, com características muito similares ao HTTP. Utiliza algumas características do HTTP, tais como regras de codificação e cabeçalhos. O objetivo do SIP é de estabelecer uma sessão entre usuários, oferecendo recursos para localização de usuários, controle de chamada e gerência de participantes em uma conferência. O SIP é um protocolo do tipo cliente-servidor, com sintaxe e semântica similar ao HTTP. As requisições geradas por uma entidade cliente são enviadas para uma entidade do tipo servidor. O servidor processa a mensagem e devolve ao cliente uma resposta. Componentes SIP Tendo como base uma estrutura alicerçada na topologia cliente-servidor, o SIP possui dois componentes: User Agent Client (UAC) O UAC que, como o próprio nome indica, está residente no cliente e tem a finalidade de dar início às chamadas e enviar as requisições. O User Agent pode originar ou terminar uma sessão SIP. O UAC pode ser um telefone SIP, um cliente PC (softphone) ou até mesmo um gateway SIP. User Agent Server (UAS) O UAS, residente no servidor, é responsável pela resposta das requisições feitas pelo UAC. Aplicação SIP Uma aplicação SIP possui basicamente três tipos de servidores distribuídos pela rede: Servidores de Registro Compreende uma entidade que armazena a localização lógica dos UAS dentro dos domínios e dos subdomínios. Os servidores de registro recebem as atualizações sobre a localização corrente de cada usuário e efetuam a resolução dos nomes. Funcionam da mesma forma que os servidores DNS para uma rede web. Utilizam mensagens de registro (Register Messages) para este fim. Servidores Proxy Cabe aos servidores Proxy a tarefa de receber as requisições e enviá-las aos outros servidores. Os outros servidores são denominados next-hop Servers. O servidor next-hop pode ser outro servidor Proxy, um UAS (User Agent Server) ou ainda um servidor de redirecionamento. Servidor de Redirecionamento 7

8 Compreende uma entidade de controle de chamada que provê informação de roteamento ao UAS, concedendo uma URI (Uniform Resource Identifier) alternativa, quando necessário. Basicamente, um servidor de redirecionamento recebe as requisições e determina um servidor next-hop. 8

9 Videoconferência: H.323 versus SIP As principais diferenças entre os protocolos H.323 e SIP são apresentadas a seguir. Filosofia H.323: A filosofia do H.323 foi baseada em padrões bem definidos para comunicação em rede IP com recursos de multimídia. SIP: O protocolo SIP foi desenvolvido para estabelecer uma sessão entre dois pontos. Não estabelece um padrão rígido para o estabelecimento da chamada, não possui suporte para conferência multimídia e a integração com os diversos outros padrões normalmente é deixada à cargo de cada fornecedor. Confiabilidade H.323: Define um número de características para gerenciar falhas de entidades intermediárias da rede. Como exemplo, se um gatekeeper falha, o protocolo está preparado para utilizar um gatekeeper alternativo. Os endpoints H.323 podem se registrar a outro gatekeeper. SIP: O SIP não dispõe de procedimentos para gerenciamento de falhas nos dispositivos. Se um agente SIP falha, não existe meios para que o Proxy venha detectar a falha, exceto se o Proxy enviar mensagens Invite para o dispositivo e aguardar o retorno dentro de um time-out determinado. Além disto, caso o Proxy falhe, o Agente SIP não possui mecanismos para detectar a falha. Definição de Mensagem H.323: Utiliza o padrão ASN.1 (Abstract Syntax Notation 1), extremamente preciso e de fácil entendimento e utilizado por vários sistemas. SIP: Utiliza o padrão ABNF (Augmented Backus-Naur Form) como notação sintática. Codificação das Mensagens H.323: O H.323 codifica as mensagens em um formato compacto binário, adequado para conexões de banda estreita ou de banda larga. SIP: As mensagens SIP são codificadas no formato texto ASCII, adequadas para a leitura. Como conseqüência, as mensagens são maiores e menos adequadas à redes que envolvem requisitos piores para processamento e largura de banda. Protocolos de Transporte Utilizados H.323: RTP/RTCP. SIP: RTP/RTCP. Load Balancing 9

10 H.323: Possui habilidade para efetuar load balance entre endpoints ao longo de um número de gatekeepers alternativos. Em adição, os endpoints reportam sua disponibilidade e capacidade total, de forma que chamadas endereçadas para um conjunto de gateways poderão por exemplo ser melhor distribuídas através dos mesmos. SIP: Não possui recursos para load balancing. Escalabilidade na Sinalização de Chamada H.323: Quando um gatekeeper é utilizado, ele pode prover uma resolução de endereço através de uma troca de mensagens RAS ou ele pode rotear todo o tráfego de sinalização. Em grandes redes, o modelo de conexão direta (canal H.245 aberto entre os dois endpoints) pode ser utilizado, de forma a reduzir a carga de processamento de um gatekeeper. SIP: Não possui estes recursos. Todas as chamadas SIP são endereçadas a um Proxy. Ao Proxy é requerido no mínimo a troca de 3 mensagens para cada chamada. Escalabilidade na Resolução de Endereços H.323: Define uma interface entre o endpoint e o gatekeeper para fins de resolução de endereço. O gatekeeper deve utilizar um determinado protocolo para descobrir o endereço do endpoint de destino, podendo inclusive efetuar um questionamento a outros gatekeepers. SIP: Utiliza o UAS (User Agent Server) para efetuar a resolução de endereço e estes agentes utilizam a primitiva Invite para verificação do endereço nos Proxies. Endereçamento H.323: Possui mecanismos de endereçamento flexíveis os quais incluem URL e padrão de numeração E.164. O H.323 suporta os seguintes aliases: Numeração E.164; ID H.323; URL; Transport Address; Endereços de ; Party number. SIP: Somente permite o endereçamento através de URL. Requisitos Administrativos H.323: O H.323 não requer um gatekeeper. Uma chamada pode ser feita diretamente entre dois endpoints (chamada ponto a ponto). SIP: Não requer um Proxy. Uma chamada pode ser efetuada diretamente entre dois agentes. 10

11 CODEC H.323: O H.323 suporta qualquer CODEC, seja ele padronizado ou proprietário. SIP: Suporta qualquer CODEC registrado na IANA ou outro CODEC cujo nome faz parte de um acordo de atualização. Suporte para Firewall H.323: O H.323 permite a utilização de um Proxy H.323, na verdade um gateway H.323/H.323, onde pode ser instalado um Firewall. SIP: Provido pelo Proxy SIP. Protocolo de Transporte H.323: Pode utilizar um protocolo na camada de transporte com serviço de conexão confiável ou não confiável. As conexões de admissão e registro são feitas através de protocolo UDP, enquanto que o canal H.245 é aberto pelo protocolo TCP. SIP: A maioria das entidades SIP utiliza uma camada de transporte com serviço não orientado à conexão. 11

12 Videoconferência: Considerações Finais O cenário atual para os sistemas de videoconferência está dividido em aplicações H.323 e SIP. O SIP possui a vantagem de ter, como fundamento, os protocolos internet, facilitando a integração de serviços com os serviços web, como o Instant Message. Com as raízes fundadas na tecnologia internet, e grande simplicidade, o protocolo SIP facilita a interoperabilidade para as redes de telefonia tradicionais e as aplicações web. Observa-se um crescimento crescente de aplicações SIP voltadas para telefonia VoIP. Os grandes fabricantes mundiais de sistemas de telefonia já têm implementado o SIP para permitir as aplicações de VoIP em suas plataformas. O SIP é um protocolo leve (ligthweight) que permite assim uma convergência mais simplificada dos serviços de telefonia tradicional para os sistemas de voz baseados em internet. Por outro lado, o H.323, apesar de compreender um padrão mais pesado, e de implementação mais detalhada, carrega uma pilha de especificações que, além de garantir a interoperabilidade entre os sistemas, agrega uma gama de serviços adicionais, voltados para aplicações de voz, vídeo e dados. A movimentação do mercado hoje pode ser percebida de uma forma bem peculiar. As implementações para VoIP estão, em sua maioria, sendo realizadas através do SIP, emergindo dos grandes fabricantes de plataformas de telefonia. Estas implementações SIP, além de oferecer as facilidades naturais para a comunicação de voz e interoperabilidade com os protocolos de comunicação entre centrais estão se voltando para em um caminho de busca de convergência para as aplicações de vídeo. Por outro lado, as implementações de videoconferência, iniciaram fundamentadas no H.32x. A partir dos anos 90, os principais fabricantes mundiais, consolidaram suas implementações no guarda-chuva H.323, oferecendo serviços de elevada qualidade para vídeo e voz. Observa-se hoje que a maioria dos fabricantes de equipamentos de videoconferência continua investindo em H.323, face aos recursos providos e apostando na consolidação deste padrão. Infelizmente, tanto o H.323 quanto o SIP possuem fabricantes que têm construído seus produtos e serviços baseados em um dos dois protocolos. As empresas de telecomunicações e desenvolvedores estão dividindo seus recursos em investimentos em ambas as direções até que um dos dois protocolos possa se firmar definitivamente no mercado para as aplicações convergentes de vídeo e voz, ou ainda que um novo protocolo venha surgir. A escolha de um ou outro protocolo compreende um debate que reside basicamente nas necessidades e anseios que o usuário espera de uma rede convergente. É natural que hoje, várias empresas estão oferecendo em seus produtos, a possibilidade de uso do H.323 ou do SIP. Entretanto, vários fabricantes, dentro deste contexto de dúvida, estão oferecendo ao mercado soluções de coexistência entre os dois padrões, com soluções para a interoperabilidade entre os mesmos. Mas ainda não é a solução definitiva que os usuários esperam. Referências Gomes, Fábio Lúcio Soares. Videoconferência, Sistemas e Aplicações. Editora Visual Books. 328 pp

13 SIP: The Promise becomes reality CISCO White Paper. Delivering SIP-H323 Converge and Co-existence using a vídeo PBX Architecture VICOM White Paper. Disponível em: 13

14 Videoconferência: Teste seu Entendimento 1. A entidade H.323 responsável pela translação de protocolos em uma rede H323/H320 é: Proxy. Gatekeeper. Gateway. MCU. 2. Além de ser um protocolo baseado em texto, com arquitetura do tipo cliente-servidor, o SIP tem particularidades similares ao protocolo: RTP. HTTP. IP. ICMP. 3. Quanto aos mecanismos de endereçamento, a forma comum de endereçamento, presente nos protocolos H.323 e SIP é: Numeração E.164. URL. Transport Address. Party Number. 14