Arquitectura y Protocolos de Señalización en Redes H.323: Entidades Funcionales y Modelos de Llamada

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1. Estructura de la Jerarquía Funcional de las Redes H.323

La jerarquía funcional de las redes H.323 se estructura mediante diversas entidades funcionales, cada una con roles específicos:

1.1. Endpoints

Son los puntos finales de la comunicación.

  • User Agents (UA, terminales): Desarrollan funciones relativas a:
    • Interfaz de usuario (mediante transductores de medios, pantalla, teclado).
    • Manejo de flujos de medios (audio, vídeo, datos).
    • Señalización.
  • Gateways (GW):
    • Gestión de llamadas entre las redes que interconecta.
    • Conversión de formatos de transmisión, transcodificación y traducción de señalización.
    • Manejan medios e información de control (señalización).
  • Multipoint Control Units o MultiConference Units (MCU): Entidades opcionales para soporte y gestión de comunicaciones con más de dos participantes. Manejan medios e información de control (señalización).

1.2. Gatekeepers (GK)

Son servidores de señalización. En principio opcionales, pero el servicio es muy limitado si no están presentes. Se utilizan para el control de llamadas y servicios de los endpoints en zonas H.323. Sus funciones específicas incluyen:

  1. Registro de entidades (UA, GW, MCU) y control de acceso (autenticación, autorización).
  2. Traducción de direcciones (p. ej., número telefónico a dirección IP, alias a dirección IP, etc.).
  3. Gestión y registro de llamadas. Encaminamiento y monitorización de la señalización.
  4. Localización de pasarelas (GW).
  5. Control de estado y uso de los recursos (GW, MCU).
  6. Gestión y control del ancho de banda y servicios suplementarios.

1.3. Border Elements (BE)

Entidades de control que actúan como GK a nivel de un dominio administrativo H.323. Centralizan, controlan y autorizan las comunicaciones entre diferentes dominios H.323. Conforman un nivel superior en la jerarquía de direccionamiento y gestión de rutas. Disponen de las tablas de rutas de todos los GK de su dominio. Hay uno por cada dominio administrativo.

2. Funciones y Nivel Organizativo de los Gatekeepers (GK)

El Gatekeeper (GK) es la entidad de control que gestiona las comunicaciones en una zona H.323. Sus funciones principales son las detalladas en el punto 1.2.

2.1. Nivel de Intervención del GK

El nivel de intervención del GK depende de la estructura organizativa de la red:

  • Si se produce una llamada entre dos terminales de la misma zona, solo interviene el GK de la zona.
  • Cuando hay una llamada entre dos terminales dentro del mismo dominio, pero de distintas zonas, los GK de cada zona intervienen interactuando entre ellos.
  • Cuando son de dominios distintos, interactúan los GK y los BE de cada dominio.

3. Limitaciones de Servicio sin la Funcionalidad del Gatekeeper

¿Es correcto plantear que sin la funcionalidad GK las posibilidades de servicio en redes H.323 son muy limitadas? ¿Por qué?

Sí, es correcto. Mediante el GK se conoce la dirección IP de los usuarios llamados, lo que implica que el usuario está registrado. Los GK brindan un servicio de registro y traducción de nombre de usuario a dirección de red, ambas cosas imprescindibles para un servicio público. Al estar registrado un usuario (con una IP asignada), este puede ser contactado por otros usuarios a través del GK.

4. Protocolos de Señalización en Redes H.323

4.1. Protocolos de Señalización y sus Funciones

Protocolo RAS (Registration, Admission and Status)

(Solo en presencia de GK)

  • Porta la señalización del protocolo RAS entre endpoints y GK, y entre dos GK.
  • Utilizado por los endpoints para:
    • Descubrir un GK y registrarse en él previa autenticación.
    • Solicitar a la red (GK) autorización para hacer/recibir llamadas.
    • Traducir un “alias” en una dirección IP.
    • Modificar el ancho de banda de una llamada, etc.
    • Notificar a la red el fin de llamada.
  • Utilizado por los GK para:
    • Controlar el acceso a la red y el ancho de banda por llamada.
    • Abrir un canal de señalización de llamada.
    • Solicitar a otro GK traducir un “alias” en una dirección IP.
    • Liberar llamadas por parte de la red, etc.

Protocolo Q.931 (Subconjunto de la Recomendación Q.931 de ITU-T)

  • Permite el primer intercambio de control (señalización) entre dos endpoints.
  • Se establece de manera indirecta o directa (dos endpoints con GK en medio o no).
  • Porta la señalización de llamada mediante protocolo Q.931 de H.225.0 para:
    • Control básico de llamada (establecimiento y liberación).
    • Control de servicios suplementarios.
    • Obtener la dirección de transporte del canal de control de medios (canal H.245, donde va la información de usuario).

4.2. Asignación de Direcciones de Transporte (Puertos)

La asignación de direcciones de transporte (puertos) para los protocolos de señalización en redes H.323 es la siguiente:

  • RAS: Protocolo de transporte UDP. Puertos por defecto: 1719 para unicast y 1718 para multicast.
  • Q.931: Protocolo de transporte TCP. Puerto por defecto: 1720.

5. Protocolo RAS (Registration, Admission and Status)

5.1. ¿Por qué es opcional pero esencial?

En clase se planteó: “en principio es opcional, no utilizarlo conlleva a servicios muy limitados”. ¿Por qué esta afirmación?

Los GK son las entidades que brindan un servicio de registro y traducción de nombre de usuario a dirección de red, ambas cosas imprescindibles para un servicio público. Esto es, al estar registrado un usuario (con una IP asignada), ese usuario puede ser contactado por otros usuarios a través del GK.

5.2. Entidad Central del Protocolo RAS

¿Qué entidad funcional H.323 es el centro “gravitacional” de este protocolo? ¿Por qué?

El Gatekeeper (GK), por lo explicado anteriormente y porque actúa de intermediario en mayor o menor grado en la señalización para establecer una comunicación.

5.3. Uso por Entidades Funcionales H.323

¿Qué entidades funcionales H.323 lo utilizan, para qué y cuándo?

Lo utilizan los Endpoints y el GK.

  • Utilizado por los endpoints para: Descubrir un GK y registrarse en él previa autenticación; solicitar a la red (GK) autorización para hacer/recibir llamadas; traducir un “alias” en una dirección IP; modificar el ancho de banda de una llamada, etc.; notificar a la red el fin de llamada.
  • Utilizado por los GK para: Controlar el acceso a la red y el ancho de banda por llamada; abrir un canal de señalización de llamada; solicitar a otro GK traducir un “alias” en una dirección IP; liberar llamadas por parte de la red, etc.

6. Protocolo Q.931 (Según Recomendación H.225.0)

6.1. Requerimiento en el Contexto H.323

¿Para qué se requiere en el contexto H.323?

Para la gestión de llamadas e invocar un servicio adicional si es necesario (por ejemplo, transferir la llamada a otro usuario).

6.2. Obtención de Direcciones de Transporte H.245

¿Es correcto plantear que mediante este protocolo los endpoints involucrados en una sesión H.323 pueden obtener las direcciones de transporte para el canal H.245? ¿Por qué?

La respuesta es sí. Esto se debe a que una de las características de las que dispone Q.931 es la obtención de la dirección de transporte del canal de control (canal H.245).

6.3. Intercambio de Mensajes

¿Entre qué entidades H.323 se desarrollan los intercambios de mensajes de este protocolo según el modelo específico de llamada?

Se establece entre dos endpoints:

  • De manera directa.
  • De manera indirecta a través de un GK.

7. Protocolo H.245: Gestión del Canal de Medios

7.1. Requerimiento en el Contexto H.323

¿Para qué se requiere en el contexto H.323?

Porta la señalización para la gestión y negociación del canal o canales de medios en base al protocolo H.245. Sus funciones incluyen:

  • Intercambio de capacidades (audio, vídeo, datos, códecs), preferencias y puertos.
  • Apertura/cierre de la sesión de medios, modificación de parámetros, control de flujo.
  • Autenticación y cifrado opcional (Rec. H.235).
  • Establecimiento de la relación master-slave.

7.2. Intercambio de Mensajes

¿Entre qué entidades H.323 se desarrollan los intercambios de mensajes de este protocolo según el modelo específico de llamada?

Se establece directamente entre los endpoints (opcionalmente a través del GK).

7.3. Obtención de Direcciones de Transporte

¿De qué manera los endpoints involucrados en una sesión H.323 pueden obtener las direcciones de transporte para el canal H.245?

El protocolo de transporte es TCP, con un puerto asignado de manera dinámica, notificándose:

  • A la parte llamante en mensajes Q.931 (CALPRC, ALERT, CONN).
  • A la parte llamada en el mensaje de apertura del canal lógico H.245 (de manera opcional en el mensaje SETUP).

8. Canal de Medios en Redes H.323

8.1. Protocolo de Establecimiento

¿A través de qué protocolo se establece este canal lógico?

Protocolo RTP (Real-time Transport Protocol).

8.2. Intercambio de Paquetes

¿Entre qué entidades H.323 se desarrollan los intercambios de paquetes sobre este canal según el modelo específico de llamada?

Entre los sistemas que están comunicándose (los endpoints origen y destino).

8.3. Obtención de Direcciones de Transporte

¿De qué manera los endpoints involucrados en una sesión H.323 pueden obtener las direcciones de transporte (puertos) para este canal y mediante qué protocolo?

A través del protocolo H.245 (protocolo de negociación), y la manera es mediante la negociación del canal de medios.

9. Modelos de Llamadas con Gatekeeper (GK)

9.1. Modelos Posibles

¿Cuáles son los modelos posibles?

  • Modelo de llamada directo con GK.
  • Modelo de llamada indirecto con GK.

9.2. Protocolos de Señalización Intervinientes

¿Qué protocolos de señalización (Sx) intervienen en cada modelo de llamada, en qué momento y para qué?

  • Para establecer la comunicación:
    • RAS: Para la admisión de llamada.
    • Q.931: Para el control y gestión de llamadas.
    • H.245: Para gestionar el canal de medios.
  • Para liberar la comunicación, el proceso sería inverso.

9.3. Control Operacional

¿En cuál o cuáles el operador puede tener más control sobre las llamadas y servicios? ¿Por qué?

En el modelo indirecto, porque el GK interviene en más fases que en el modelo directo (en el directo solo interviene el GK en la fase RAS, mientras que en el indirecto interviene también en Q.931 y opcionalmente en H.245).

10. Procedimientos de Descubrimiento del Gatekeeper (GK)

10.1. Requerimiento

¿Para qué se requiere el “descubrimiento” del GK?

Para tener localizado, mediante su nombre, dirección IP y puerto, al GK correspondiente (o varios). Esto es necesario para que el endpoint pueda registrarse y, por lo tanto, pueda ser llamado y comunicarse con otros usuarios.

10.2. Procedimientos Especificados

¿Cuáles son los procedimientos especificados para ello?

  • Procedimiento DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).
  • Procedimiento H.323.

10.3. Procedimiento H.323

Respecto al procedimiento H.323: ¿en qué se basa, cómo se lleva a cabo, con qué protocolo de señalización?

Se basa en el protocolo de señalización RAS y se lleva a cabo de la siguiente manera:

  • El Endpoint envía el mensaje RAS Gatekeeper Request (GRQ):
    • A la dirección multicast 224.0.1.41, puerto UDP 1718, o
    • A una dirección unicast conocida, puerto UDP 1719 (o 1718).
  • El mensaje GRQ contiene información del endpoint (tipo, alias, dirección IP y puerto).
  • El GK responde con el mensaje RAS Gatekeeper Confirm (GCF) o Gatekeeper Reject (GRJ).
  • El GCF contiene el nombre, la dirección IP y el puerto del GK (o de varios GK).
  • El GRJ indica al endpoint que no recibirá servicio del GK, no que se le niegue el acceso a la red.

11. Registro y Desregistro de Endpoints en el GK

11.1. Entidades y Requerimiento

¿Entre qué entidades H.323 se desarrollan y para qué se requieren estos procedimientos?

Se desarrollan entre el Endpoint y el Gatekeeper. Se requieren para que el endpoint pueda comunicarse y para que otros usuarios puedan comunicarse con él.

11.2. Base y Protocolo

¿En qué se basan, cuándo y cómo se llevan a cabo y mediante qué protocolo de señalización?

Se basan en el protocolo de señalización RAS.

  • Registro en GK: El Endpoint envía al GK el mensaje RAS Registration Request (RRQ):
    • A la dirección IP del GK, puerto UDP 1719 usualmente.
    • Contiene la identidad y tipo de endpoint solicitante.
    • Contiene la dirección de transporte del endpoint para la señalización de llamada Q.931.
    • Contiene el tipo de registro, permanente o temporal con parámetro KeepAlive (requiere mensajes RRQ periódicos con TTL explícitos).
  • El GK responde con el mensaje Registration Confirm (RCF) o Registration Reject (RRJ).

11.3. Información Intercambiada

¿Qué información básica se intercambia durante estos procedimientos de señalización?

  • Mensaje RRQ (Enviado por el Endpoint):
    • Identidad y tipo de endpoint solicitante.
    • Dirección de transporte del endpoint para la señalización de llamada Q.931.
    • Tipo de registro (permanente o temporal con KeepAlive).
  • Mensaje RCF (Enviado por el GK):
    • Identificador único (y alias) que el GK asigna al endpoint, a utilizar en subsiguientes mensajes RAS.
    • El GK puede asignar o modificar el tiempo del registro especificando el TTL (Time To Live) en el mensaje RCF.

12. Procedimiento de Admisión de Llamada (Admission Request)

12.1. Entidades y Propósito

¿Entre qué entidades H.323 se desarrolla y para qué?

Se desarrolla entre el Endpoint y el GK. Para iniciar o responder llamadas se requiere la autorización del GK mediante el mensaje RAS Admission Request (ARQ) del endpoint al GK.

12.2. Base y Protocolo

¿En qué se basa, cuándo y cómo se lleva a cabo y mediante qué protocolo de señalización?

Se basa en el protocolo RAS. El endpoint envía el mensaje ARQ. Si el GK acepta la solicitud ARQ, responde con el mensaje Admission Confirm (ACF). Posteriormente, se utiliza el protocolo Q.931 para la señalización de llamadas.

12.3. Información Básica Intercambiada

¿Qué información básica se intercambia a través de este procedimiento?

  • Mensaje ARQ (Para hacer una llamada):
    • Tipo de llamada (audio, vídeo, o ambos).
    • Modelo de llamada preferido (directo o indirecto).
    • Identidad de la parte llamada (p. ej., número telefónico, alias, dirección de correo electrónico, etc.).
    • Identificador local de llamada (CRV, Call Reference Value). Con validez solo entre el endpoint y el GK. Debe ser copiado en el mensaje SETUP.
    • Identificador global de llamada (Call ID).
    • Identificador del endpoint asignado por el GK en el proceso de registro.
    • Número de secuencia.
    • Estimado del ancho de banda bidireccional para los flujos de medios (excluyendo cabeceras).
  • Mensaje ACF:
    • Modelo de llamada a utilizar, con independencia del modelo solicitado por el endpoint.
    • Ancho de banda permitido para la llamada.
    • Dirección IP y puerto para la señalización de llamada Q.931.
    • Para modelo de llamada directo: IP del endpoint llamado.
    • Para modelo de llamada indirecto: IP del GK.

12.4. Obligatoriedad del Procedimiento

¿Para toda llamada siempre tiene que ser desarrollado? Argumente la respuesta.

No necesariamente. La fase de admisión de llamada (mensajes ARQ y ACF):

  • Es redundante si se utiliza el modelo de llamada indirecto (el GK tiene todo el control de llamada, toda la señalización pasa a través de él).
  • Puede ser obviada si el GK otorga este derecho al endpoint durante la fase de registro.
  • Es posible obviarla a partir de H.323v2 (procedimiento SETUP directo) o si el endpoint está pre-admitido.