H.323: Um padrão para sistemas de comunicação multimídia baseado em pacotes

Graciela Machado Leopoldino <graciela@rnp.br>
Rosa Cristina Martins de Medeiros <rosa.cristina@socinfo.org.br>

Serviço de Suporte a Operações (SSO)
Grupo de Trabalho Projetos Especiais
Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP)
Programa Sociedade de Informação (SocInfo)

Resumo
1. Introdução
2. Benefícios da adoção do padrão H.323
3. Componentes H.323
4. O H.323 em relação a outros padrões da família H.32x
5. Algumas características do padrão H.323
6. Padronizações que estendem as funcionalidades do padrão H.323
7. Considerações finais
8. Sites relacionados
Referências bibliográficas

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].

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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