Teknillinen Korkeakoulu S-38.128 Teletekniikan erikoistyö Puhelun muodostuminen IP-ISDN rajapinnassa Tekijä: Ohjaaja: jonas.malmstrom@hut.fi Vesa Kosonen 23.03.1999
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 2 Tiivistelmä IP -verkkoa käytetään yhä enenevässä määrin myös puheen siirtoon. Jotta IP - puheluista olisi todellista hyötyä, on niitä voitava soittaa myös tavallisen puhelinverkon tilaajille. Tässä työssä esitellään esimerkin avulla tapa, jossa puhelu muodostetaan ja puretaan H.323 ja SIP -protokollan avulla. Työssä käy ilmi, että H.323 puhekanavia tulisi avata eri tavalla, eri suuntiin, riippuen kummalta puolelta verkkoa puhelu muodostetaan. Puhelinverkossa merkinanto on hyvin suojattu. IP - verkossa merkinantosanomat tulisi suojata kryptografisilla menetelmillä väärinkäytön estämiseksi.
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 3 Sisällysluettelo 1 LYHENNE- JA KÄSITELUETTELO... 4 2 JOHDANTO... 5 3 STANDARDOINTI... 5 3.1 ITU-T... 5 3.2 ETSI... 6 3.3 IETF... 6 4 H.323 VERKKOELEMENTIT... 6 4.1 H.323 PÄÄTELAITE... 6 4.2 YHDYSKÄYTÄVÄ... 7 4.3 PORTINVARTIJA... 7 4.4 H.323 VERKON RAKENNE... 7 5 H.323 -VERKON JA PUHELINVERKON YHTEENSOPIVUUS... 8 5.1 NUMERON ESITYS... 8 5.2 EN-BLOC SENDIG... 9 5.3 OVERLAP SENDING... 9 5.4 DTMF -ÄÄNET... 9 5.5 LASKENTA... 9 5.6 FAST CONNECT... 10 6 H.323 -PUHELUN MUODOSTUMINEN... 11 6.1 SANOMAKAAVIO IP-ISDN -PUHELUSSA... 11 6.2 SANOMAKAAVIO ISDN-IP -PUHELUSSA... 13 7 H.323 -PUHELUN PURKU... 14 7.1 YLEISTÄ... 14 7.2 ISDN -PÄÄTELAITE PURKAA PUHELUN... 14 7.3 H.323 -PÄÄTELAITE PURKAA PUHELUN... 15 8 H.323 PROTOKOLLAN TURVALLISUUS... 16 9 SESSION INITIATION PROTOCOL... 17 9.1 YLEISTÄ... 17 9.2 PUHELUN MUODOSTUS JA PURKU SIP -ASIAKKAALTA PUHELINVERKKOON... 18 9.3 PUHELUN MUODOSTUS JA PURKU PUHELINVERKOSTA SIP -ASIAKKAALLE... 19 10 YHTEENVETO... 21 11 LÄHTEET... 22
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 4 1 Lyhenne- ja käsiteluettelo ACF AdmissionConfirm (RAS sanoma) ARJ AdmissionReject (RAS sanoma) ARQ AdmissionRequest (RAS sanoma) A-tilaaja Tilaaja, joka soittaa puhelun B-tilaaja Tilaaja, jolle soitetaan BCF BandwidthConfirm (RAS sanoma) BRJ BandwidthReject (RAS sanoma) BRQ BandwidthRequest (RAS sanoma) DCF DisengageRequest (RAS sanoma) DRQ DisengageConfirm (RAS sanoma) DTMF Dual-tone Multifrequency, monitaajuusääni ETSI European Telecommunications Standards Institute Gatekeeper Portinvartija Gateway Yhdyskäytävä H.323 entity H.323 yksikkö IAB Internet Activites Board IETF Internet Engineering Task Force IP Internet Protocol IPSEC Internet Protocol Security ISDN Integrated Services Digital Network ITSP Internet Telephony Service Provider ITU Kansainvälinen televiestintäliitto IVR Interactive Voice Response LAN Local Area Network, lähiverkko MMUSIC Multiparty MUltimedia SessIon Control NNI Network-to-Network Interface PGP Pretty Good Privacy PoP Point of Precence, soittosarja joka tarjoaa Internet -yhteyttä. PDU Protocol Data Unit PoP Point of Presence, soittosarja RAS Registration, Admission and Status RTP Real-time Transport Protocol RTCP Real-Time Transport Control Protocol SDP Session Description Protocol SIP Session Initiation Protocol TCP Transmission Control Protocol TIPHON Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks, ETSI:n standardointikomitea TLS Transport Level Security UDP User Datagram Protocol UNI User-to-Network Interface VoIP Voice over IP Zone Vyöhyke; Yhden portinvartijan hallinnassa oleva alue
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 5 2 Johdanto Tämän erikoistyön tavoitteena on selvittää mitä tapahtuu puhelinverkon ja Internetin (IP-verkko) välisessä rajapinnassa kun sen yli muodostetaan puhelu. Tässä erikoistyössä tarkastellaan verkkojen välistä rajapintaa IP puhelu- ja ISDN merkinannon osalta. IP -verkkoa käytetään yhä enenevässä määrin myös puheen siirtoon. IP -puhelut eivät enää ole pelkästään pienimuotoisia kokeiluja, vaan varteenotettava tekniikka, jolla pyritään helpottamaan ihmisten välistä kommunikaatiota, sekä saamaan aikaan kustannussäästöjä. IP -puheluita soitetaan nykyään enimmäkseen PC:ltä toiselle. Perinteinen puhelin tulee kuitenkin säilyttämään asemansa suurella osalla maailman väestöä pitkään. Jotta IP -puheluista olisi todellista hyötyä, on niitä voitava soittaa myös tavallisen puhelinverkon tilaajille. Vastaavasti tavalliselta puhelimelta on voitava soittaa IP-puheluja. Tässä työssä käydään läpi kaksi tapaa muodostaa ja purkaa IP-ISDN puhelu. Aluksi esitellään esimerkein tapa, jossa puhelu muodostetaan H.323 versio 2 Fast Connectin avulla. H.323 -standardi on jättänyt monet asiat valmistajan päätettäväksi, joten tässä on pyritty tulkitsemaan standardia käyttäen hyväksi TIPHON työryhmän vedoksia, sekä TIPHON sähköpostiryhmässä käytävää keskustelua. Työssä käydään myös lyhyesti läpi puhelun muodostus ja purku tekeillä olevan SIP - protokollan avulla. H.323:sta on haukuttu raskaaksi ja hankalaksi toteuttaa sen perustuessa laajaan Q.931 ISDN laitemerkinantoprotokollaan. SIP pyrkii auttamaan asiaa olemalla ASCII -protokolla, jolloin implementointi ja testaus helpottuu. H.323 on kuitenkin saavuttanut aika vankan tuen Microsoftin ilmaisen Netmeeting ohjelman johdosta ja paljon riippuu siitä, tuleeko hyviä SIP-yhteensopivia asiakasohjelmia ilmaiseen jakeluun lähiaikoina. Työ on rajattu koskemaan kahden tilaajan välistä merkinantoa, joten tässä työssä ei käydä läpi konferenssipuheluita. 3 Standardointi 3.1 ITU-T Kansainvälinen televiestintäliitto ITU on YK:n alainen televiestintäasioita hoitava järjestö. ITU:n toiminta jakaantuu kolmeen sektoriin joista yksi on telestandardointisektori ITU-T. ITU-T:n suomalaiset jäsenet ovat Liikenneministeriö, Telehallintokeskus, Oy Finnet International Ab, Helsingin Puhelin Oyj, Tellabs Oy, Nokia Group ja Sonera Oy. ITU-T laatii suosituksia, joilla käytännössä on maailmanlaajuisten standardien asema. [1] H.323 on ITU-T:n standardi, josta valmistui ensimmäinen versio 1996. Tämän jälkeen standardia on paranneltu, ja tuorein versio on tammikuussa 1998 valmistunut H.323 versio 2. Parasta aikaa ollaan tekemässä kolmatta versiota standardista.
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 6 H.323 on standardiperhe, joka kerää alleen joukon muita ITU-T:n laatimia standardeja. H.323 käyttää puhelun ohjaukseen standardia H.245, merkinantoon standardia H.225.0, joka perustuu ISDN laitemerkinantostandardiin Q.931. Tämän lisäksi H.323 viittaa eri data, video ja äänikodekkeihin. 3.2 ETSI ETSI (European Telecommunications Standards Institute) on eurooppalainen telealan standardeja hoitava järjestö. Siihen kuuluu jäseniä 32 Euroopan maasta. ETSI:n suomalaiset jäsenet ovat Benefon Oy, Tellabs Oy, Nokia Group, Finnet-Liitto r.y., Setec Oy, Tecnomen Oy, Sonera Oy, VTT Tietotekniikka ja Teleste Oy. [2] ETSI:n TIPHON (Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks) projekti kehittää parasta aikaa standardia, jonka avulla IP verkon käyttäjät voisivat kommunikoida tavallisen puhelin- ja GSM-verkon käyttäjien kanssa. TIPHON projektiin kuuluu myös skenaario, jossa puhelinverkon liittymästä soitetaan toiseen liittymään käyttäen IP-verkkoa välissä. TIPHON standardointiryhmän työ on vielä keskeneräistä, mutta sen tekemien standardien draft -versiot ovat yleisesti saatavilla ETSI:n palvelimelta 3.3 IETF IETF (Internet Engineering Task Force) ei ole standardointielin sanan perinteisessä merkityksessä. Se koostuu vapaaehtoisista jäsenistä, jotka ovat ottaneet tehtäväkseen ehdottaa ratkaisuja Internettiin liittyviin teknisiin ongelmiin. Nämä ehdotukset menevät IAB:lle (Internet Activites Board), joka tekee niistä standardeja harkintansa mukaan. IETF:n MMUSIC (Multiparty MUltimedia SessIon Control ) työryhmä on kehittänyt H.323 standardin kanssa kilpailevan SIP standardin, jonka avulla tehty puhelu käydään läpi työn loppuosassa. SIP on lyhenne sanoista Session Invitation Protocol ja sen avulla voidaan muodostaa ja purkaa multimedia yhteyksiä kahden, tai useamman osanottajan kesken. 4 H.323 verkkoelementit 4.1 H.323 Päätelaite H.323 -päätelaite voi olla tietokone, tai LAN -verkossa oleva IP-puhelin. Yhteistä päätelaitteille on, että ne tarjoavat tosiaikaisen, kaksisuuntaisen yhteyden toisen H.323 yhteensopivan päätelaitteen, tai yhdyskäytävän kanssa. Päätelaitteella on ainakin tuettava seuraavia protokollia [3]: H.245, jota käytetään kanavien muodostukseen ja siirtokyvyn neuvotteluun Q.931, joka on ISDN laitemerkinanto standardi, jota käytetään puhelun muodostukseen ja merkinantoon. RAS, jonka avulla päätelaite keskustelee portinvartijan kanssa RTP, jota käytetään koodatun puhe- ja videodatan siirtoon UDP:n yli RTCP, jota käytetään RTP-vuon ohjaukseen UDP:n yli
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 7 4.2 Yhdyskäytävä Yhdyskäytävä yhdistää IP-verkon ja puhelinverkon toisiinsa. Se tarjoaa tosiaikaisen, kaksisuuntaisen yhteyden H.323 päätelaitteen ja puhelinverkon päätelaitteen välille. Yhdyskäytävän on osattava muodostaa ja purkaa puheluita molemmissa verkoissa sekä huolehtia puheen koodauksen mahdollisesta muutoksesta verkkojen välillä. 4.3 Portinvartija Portinvartija on H.323 yksikkö, joka valvoo H.323 päätelaitteiden ja yhdyskäytävien yhteyksiä. Portinvartija ei ole pakollinen, mutta jos sellainen on verkossa, on sen kyettävä ainakin seuraaviin palveluihin [4]: Osoitteen muunnos alias -osoitteesta verkko-osoitteeseen (esim. +999 358 9 451 1234 -> 192.123.123.123) Pääsynvalvonta verkkoon käyttäen ARQ/ACF/ARJ H.225.0 RAS -sanomia Kaistanleveyden valvonta BRQ/BRJ/BCF -sanomilla Oman vyöhykeen hallinta yllämainittujen palvelujen osalta 4.4 H.323 verkon rakenne Kuvassa 1 nähdään miten H.323 -verkko rakentuu verkkoelementeistä. Kuvassa on kaksi vyöhykettä A ja B, joita molempia hallitsee oma portinvartijansa. Jokaisen H.323 päätelaitteen on rekisteröidyttävä jollekin portinvartijalle. Yhdyskäytävä on tyypillisesti kytketty puhelinverkkoon ison puhelinvaihteen tavoin T1 -johdoilla. Jokainen T1 mahdollistaa 30 samanaikaista puhelua ja vaatii yleensä oman kortin yhdyskäytävän raamiin. Netspeak on rakentanut Webphone Gateway Exchange yhdyskäytävänsä sisään IVR (Interactive Voice Response) yksikön, jonka skriptikielen avulla tavallisesta puhelimesta soittavaa tilaajaa voidaan pyytää näppäilemään tunnuslukunsa. Järjestelmän avulla tavallisesta puhelimesta voidaan soittaa esimerkiksi kaukopuheluja Internetin yli. [5]
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 8 LAN Yhdyskäytävä A N x T1 Puhelinkeskus A Reititin Portinvartija A Puhelin Internet H.323 päätelaite A Vyöhyke Yhdyskäytävä B Puhelinkeskus B PoP Soittosarja H.323 päätelaite Reititin Portinvartija B Puhelin B Vyöhyke Kuva 1. H.323 verkon rakenne 5 H.323 -verkon ja puhelinverkon yhteensopivuus 5.1 Numeron esitys Jokaisella H.323 -yksiköllä on oltava vähintään yksi verkko-osoite, joka on yksikäsitteinen ja ainutlaatuinen omassa verkossa. Tämä osoite on tyypillisesti IPosoite. Verkko-osoitetta tarvitaan sanomien lähetykseen verkkotasolla. H.323 päätelaitteella voi olla yksi tai monta alias-osoitetta helpottamaan tunnistamista. Alias-osoite voi olla tavallisen puhelinnumeron tapainen E.164- numero, sähköpostiosoite tai mikä vain osoite, joka on uniikki alueen sisällä. [4] Kun H.323 päätelaite soittaa puhelinverkossa olevalle tilaajalle, voidaan A-tilaajan E.164 alias-numero lähettää eteenpäin samalla tavalla kuin puhelinverkossakin. Jos
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 9 yhdyskäytävällä on NNI liityntä verkkoon ja numero näyttää oikealta, lähetetään A- numero tiedolla: user provided, verified and passed verkkoon. Jos yhdyskäytävän liityntä on UNI lähetetään Setupista saatu numero sellaisenaan verkkoon merkinnällä user provided, not verified. [6] 5.2 En-bloc sendig En-bloc sending tarkoittaa, että Setupissa saadaan kaikki puhelun muodostukseen tarvittavat numerot. Tällöin Setupissa lähetetään Informaatio Elementti Sending Complete tai vaihtoehtoisesti # -merkki osoittaakseen, että lisää numeroita ei ole luvassa [7]. H.323:n ensimmäisessä versiossa oli tuki vain En-bloc menetelmälle. Puhelinverkossa Setupiin vastataan Call Proceeding -sanomalla, jos puhelu voidaan kytkeä, tai Release- Complete sanomalla jos puhelua ei jostakin syystä ole voitu kytkeä [7]. H.323 yksikkö ei saa koskaan lähettää Release tai Disconnect -sanomaa, vaan sen pitää aina purkaa puhelu Release Complete sanomalla, mikäli merkinantokanava on päällä. Disconnect/Release/Release Complete sanomakierrosta ollaan luovuttu, sillä Release sanomassa oleva Network-to-user -kenttä, joka on ainoa ero Release Complete:n verrattuna, ei LAN ympäristössä ole tarpeen [4]. 5.3 Overlap sending H.323 versiossa 2 on lisätty tuki Overlap sending numerovalinta menetelmälle. Tämä tarkoittaa, että puhelun reititys voidaan aloittaa ennen kuin saadaan täydellinen B- numero. Puhelun muodostus tapahtuu siis samaan aikaan, kun tilaaja näppäilee numeroita. Koska Setupissa ei saada tarpeeksi numeroita, vastataan siihen Setup Ack., jolloin A- tilaaja lähettää portinvartijalle tai yhdyskäytävälle tarvittavat loppunumerot Information sanomissa. 5.4 DTMF -äänet DTMF -ääniä käytetään usean palvelun ohjaamiseen puhelinverkossa. Näitä laitteita ovat esimerkiksi kauko-ohjatut puhelinvastaajat, tai Call Centerin puhelunohjausjärjestelmät. H.245 yhteyden avulla voidaan lähettää userinputindication PDU, joka sisältää tiedon DTMF -äänestä ja sen pituudesta [8]. 5.5 Laskenta Puhelinverkkopuolella laskenta hoidetaan normaalisti verkon käytön mukaan. A- tilaajaa laskutetaan muodostuneista puheluista. Yhdyskäytävä on kytketty puhelinverkkoon kuten puhelinvaihde, joten puhelinoperaattori voi laskuttaa Internet - puhelupalvelun tarjoajaa (ITSP) yhdyskäytävän käytöstä samalla tavalla kuin normaalisti lähtevästä liikenteestä.
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 10 Internet -puhelupalvelun tarjoaja, jolla on yhdyskäytävä voi tarjota asiakkailleen palvelua, jossa asiakas voi mistä päin maailmaa tahansa soittaa paikallispuheluja yhdyskäytävän alueelle kaukopuheluja huomattavasti halvemmalla hinnalla. Laskutus voidaan hoitaa ainakin kolmella eri tavalla: Erillinen sopimus, jossa palvelun käyttäjää laskutetaan jälkikäteen tehdyistä puheluista. Etukäteismaksu, jossa soittaja tallentaa rahaa palvelun tarjoajan tilille ja saa vastaavasti käyttää palvelua tilin puitteissa. Palvelunumero, jolloin soittaja maksaa laskun normaalin puhelinlaskun yhteydessä. Palvelunumero voisi olla muotoa *33 + B-numero tai ihan oma operaattoritunnus. Mikäli järjestelmässä on portinvartija, on sen pidettävä huolta siitä, mihin puhelu muodostetaan. Portinvartijan on siis tiedettävä missä vyöhykkeessä B-tilaaja on. 5.6 Fast Connect H.323 -versio 2 tuo mukanaan mahdollisuuden käyttää Fast Connect menettelytapaa puhelun muodostamiseen. Tämä lyhentää oleellisesti puhelun muodostumisaikaa. Ensimmäisessä H.323 versiossa puhelun muodostuminen saattoi kestää hyvinkin kauan B-tilaajan vastauksen jälkeen, kun käytettävistä kanavista piti neuvotella. Alla olevassa esimerkissä (kuva 2) on avattu puhekanava ennen Connect -sanomaa, jotta H.323 -päätelaitetta käyttävä A-tilaaja kuulisi puhelinverkosta mahdollisesti tulevat tiedotukset.
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 11 6 H.323 -puhelun muodostuminen 6.1 Sanomakaavio IP-ISDN -puhelussa Seuraavassa esimerkissä käydään läpi puhelun muodostus, kun H.323 -päätelaite soittaa tavallisessa puhelinverkossa olevaan puhelimeen. Tämä on vain yksi monista esimerkeistä, sillä onnistuneen puhelun voi muodostaa usealla tavalla ja merkinanto riippuu monesti valmistajan valinnoista ja päätelaitteiden ominaisuuksista. Kuva 2 perustuu TIPHON -työryhmän draftiin [6] tulleeseen korjausehdotukseen [10]. Korjausehdotuksessa oli kuitenkin puutteita Q.931 mekinannon suhteen, jotka on pyritty korjaamaan. H.323 Päätelaite Portinvartija Yhdyskäytävä Puhelinverkko ARQ ACF Setup + faststart Element Setup Call Proceeding Call Proceeding Puhekanava Alert Alert Connect + faststart Element Connect Puhekanava Kuva 2. Suoraan reititetty IP-puhelu yleiseen puhelinverkkoon Päätelaite pyytää portinvartijalta lupaa yhteydenottoon ARQ (Admissions Request) - sanomalla. Portinvartija voi myöntää luvan ACF (Admissions Confirm) sanomalla tai evätä sen vastaamalla ARJ (Admissions Reject).
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 12 Jos portinvartija valitsee puhelun reitityksen suoraan yhdyskäytävälle, se lähettää ACF -sanoman yhteydessä yhdyskäytävän Call Signal Channel siirto-osoitteen (kuva 2). Vaihtoehtoisesti sanomareititys voi tapahtua portinvartijan kautta, jolloin A- tilaaja saa ACF sanomassa portinvartijan Call Signal Channel siirto-osoitteen. Nyt päätelaite voi muodostaa puhelun lähettämällä Setupin yhdyskäytävälle. Setupissa on määritelty mihin numeroon yhteys halutaan muodostaa. Lisäksi tässä tapauksessa on Setup:iin lisätty faststart pyyntö User-to-User elementissä. Tämä mahdollistaa puhekanavan kytkemisen heti taaksepäin ja soittaja voi kuulla puhelinverkosta tulevat mahdolliset tiedotukset. Yhdyskäytävän tulee lähettää eteenpäin saamansa sanomat joten puhelinverkosta tuleva Alert, joka ilmaisee että B-tilaajan päätelaite soi, lähetetään suoraan A- tilaajalle. Kun B-tilaaja vastaa, lisää yhdyskäytävä Connect sanomaan faststart elementin, jossa on tarvittavat tiedot puhekanavan avaamiseen myös toiseen suuntaan ja puhelu voidaan muodostaa. Connect sanoma käynnistää laskutuksen. Jossakin tapauksissa on puhekanava avattava ennen Connect sanomaa. Näin voidaan menetellä, jos puhelu ohjataan operaattorille eikä laskutusta haluta tämän takia käynnistää.
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 13 6.2 Sanomakaavio ISDN-IP -puhelussa Alla olevassa kuvassa käydään läpi esimerkki puhelusta, joka soitetaan tavallisesta puhelinverkosta H.323 päätelaitteelle. Puhelinverkko Yhdyskäytävä Portinvartija H.323 Päätelaite Setup Call Proceeding Setup + faststart & mediawaitforconnect Elements Call Proceeding ARQ ACF Alerting Alerting Connect Connect + faststart Element Connect Ack. Puhekanava Kuva 3. Suoraan reititetty IP-puhelu yleisestä puhelinverkosta Puhelinverkosta tulee puhelu yhdyskäytävälle, joka lähetää Setupin eteenpäin H.323 päätelaitteelle. Setupissa on määritelty mihin alias-numeroon yhteys halutaan muodostaa. Tässä tapauksessa on Setup:iin lisätty faststart pyyntö User-to-User elementissä, jotta puhelukanavien muodostus nopeutuisi. Yhdyskäytävä on myös lisännyt mediawaitforconnect pyynnön, jotta puhekanavat muodostuisivat molempiin suuntiin vasta kun B-tilaaja vastaa, sillä B-tilaajan verkosta ei ole odotettavissa mitään tiedotuksia. Mahdolliset tiedotukset tulevat siis ennen yhteyden muodostumista päätelaitteelle. Päätelaite vastaa Setup -sanomaan Call Proceeding -sanomalla, sillä puhelinverkko katkaisee yhteyden kun 10 sekunnin ajastin laukeaa, ellei Call Proceeding -sanomaa saada takaisin [9].
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 14 Jos päätelaite on aikeissa vastata kutsuun, se pyytää portinvartijalta lupaa yhteydenottoon ARQ (Admissions Request) -sanomalla. Portinvartija voi myöntää luvan ACF (Admissions Confirm) -sanomalla tai evätä sen vastaamalla ARJ (Admissions Reject). Jos portinvartija valitsee puhelun reitityksen suoraan yhdyskäytävälle, se lähettää ACF sanoman yhteydessä yhdyskäytävän Call Signal Channel siirto-osoitteen (kuva 3). Vaihtoehtoisesti sanomareititys voi tapahtua portinvartijan kautta, jolloin A-tilaaja saa ACF sanomassa portinvartijan Call Signal Channel siirto-osoitteen. Tämän jälkeen päätelaitteen on lähetettävä Alert sanoma, sillä ilman Alert sanomaa puhelinkeskus ei aloita soittoäänen lähetystä A-tilaajalle [9]. Kun käyttäjä lopulta hyväksyy puhelun, H.323 päätelaite lähettää Connect sanoman faststart elementtin kanssa, joka kertoo yhdyskäytävälle tarvittavat tiedot puhekanavan avaamiseen. Connect sanoman tullessa puhelinverkkoon, se vastaa Connect Acknowledge sanomalla käynnistäen laskennan A-tilaajalle. 7 H.323 -puhelun purku 7.1 Yleistä Puhelun purku voidaan käynnistää puhelinverkon puolelta tai H.323 -verkon puolelta. Kaikki päätelaitteiden välillä olevat pisteet voivat käynnistää puhelun purkamisen. Yleensä purkamisen käynnistää kuitenkin toinen tilaajista. Jos jokin muu, kuin tilaaja, käynnistää puhelun purkamisen, on tämä yleensä seurausta jostakin virheestä tai ongelmasta. Disconnect sanomalla pyydetään puhelun purkua. Vasta Release sanoma ilmaisee, että puheluun käytetyt resurssit, kuten B-kanava, ovat taas vapaita. Puhelun purkuun on monta tapaa, ja joissakin tapauksissa puhelu puretaan ja laskenta katkaistaan suoraan Release -sanomalla. [7] H.323 -verkossa ei käytetä Disconnect/Release/Release Complete sanomasekvenssiä, sillä sen ainoa lisäarvo on mahdollisuus liittää Network-to-user - informaatioelementti Release sanomaan. Tämä ei LAN-verkossa ole tarpeen [11]. 7.2 ISDN -päätelaite purkaa puhelun Kun puhelu puretaan puhelinverkon puolelta (kuva 4), lähettää ISDN -päätelaite Disconnect sanoman, johon yhdyskäytävä vastaa Release sanomalla. Tämän jälkeen puhekanava puretaan molempiin suuntiin. ISDN -päätelaite kuittaa vielä Release sanoman Release Complete sanomalla. Release Complete sanomassa on oltava purkamisen syykoodi [11], joka tavallisesti on normal call clearing. Yhteys on nyt täysin purettu puhelinverkon suuntaan. H.323 verkon puolella puhelu puretaan katkaisemalla puhekanava ja lähettämällä H.245 endsessioncommand sanoma toiselle osapuolelle, joka tässä tapauksessa on H.323 -päätelaite. [4]
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 15 Puhelinverkko Yhdyskäytävä Portinvartija H.323 Päätelaite Disconnect Release Puhekanava Puretaan Release Complete EndSessionCommand (H.245) EndSessionCommand (H.245) Release Complete DRQ DCF Kuva 4. ISDN -päätelaite purkaa puhelun H.323 -päätelaite vastaa H.245 endsessioncommand sanomalla ja H.245 kontrollikanava voidaan sulkea. Lopuksi yhdyskäytävä sulkee signalointikanavan lähettämällä Release Complete sanoman H.323 -päätelaitteelle. [4] Portinvartijalle on myös kerrottava puhelun purkamisesta. H.323 -päätelaite lähettää portinvartijalle RAS sanoman DRQ (Disengage Request), johon portinvartija vastaa DCF (Disengage Confirm). Nyt puhelu on täysin purettu. [4] 7.3 H.323 -päätelaite purkaa puhelun Puhelun purku H.323 verkon puolelta aloitetaan purkamalla puhekanava (kuva 5). Tämän jälkeen H.323 -päätelaite lähettää yhdyskäytävälle H.245 EndSessionCommand sanoman, johon yhdyskäytävä vastaa samalla sanomalla. Kun yhdyskäytävä saa H.323 -päätelaitteelta EndSessionCommand sanoman, se pyytää puhelinverkkoa purkamaan yhteyden Disconnect sanomalla. Kun puheluun liittyvät resurssit on vapautettu, vastaa puhelinverkko Release sanomalla, jonka yhdyskäytävä kuittaa Release Complete sanomalla.
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 16 Aivan kuten edellisessäkin esimerkissä, on myös portinvartijalle kerrottava puhelun purusta ja H.323 -päätelaitteen uudesta tilasta. H.323 -päätelaite lähettää portinvarijalle RAS sanoman DRQ (Disengage Request), johon portinvartija vastaa DCF (Disengage Confirm). Nyt puhelu on täysin purettu. [4] H.323 Päätelaite Portinvartija Yhdyskäytävä Puhelinverkko Puhekanava Puretaan EndSessionCommand (H.245) EndSessionCommand (H.245) Disconnect Release Release Complete Release Complete DRQ DCF Kuva 5. H.323 päätelaite purkaa puhelun 8 H.323 protokollan turvallisuus Puhelinverkossa puhe on perinteisesti hyvin suojattu. Laiton salakuuntelu on teknisesti vaikeaa muualla kuin aivan tilaajaliittymän läheisyydessä. Puheen siirtyessä avoimeen Internettiin, on salakuunteluun aivan toiset mahdollisuudet. On siis lähdettävä siitä, että Internet on täysin turvaton verkko ja tietoturvan aikaansaamiseksi tarvitaan kryptografiaa. H.323 -protokollaperheeseen kuuluu suositus H.235, joka määrittelee miten kryptografiaa voidaan käyttää hyväksi H.323 -puheluissa. Tietoturva on laaja alue, joka on monen tekijän summa. Tässä luvussa otetaan esille tietoturva vain puhelun muodostuksen osalta. Itse puhe, ja siihen liittyvät kontrollikanavat, on myös syytä salata. Puhelua muodostettaessa on tietoturvaan kiinnitettävä huomiota ainakin kahdesta syystä. Ensinnäkin, puheluun osallistuvien osapuolten on voitava varmistua toistensa henkilöllisyydestä ennen puhelun muodostamista, olettaen, ettei numeronäytön esto
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 17 ole käytössä. Toiseksi, puheluun osallistuvien osapuolten on saatava käyttää palvelun tarjoajan resursseja, ja palvelun tarjoajan on voitava laskuttaa puhelusta oikeaa tilaajaa. [8] Merkinantokanavan suojaus voidaan toteuttaa esimekiksi TLS -protokollalla. Tällöin TLS -protokolla neuvottelee käytettävän salausmenetelmän sekä istuntoavaimen ennen kuin merkinantosanomia lähetetään. Toinen vaihtoehto merkinantokanavan suojaukseen olisi IPSEC. Merkinannon on tapahduttava turvatussa yhteydessä, sillä jos esimeksiksi Connect sanoma hukkuu, laskutus ei käynnisty. H.323 käyttää dynaamisia UDP portteja äänidatan lähetykseen. Tämä aiheuttaa ongelmia palomuureissa, jotka yleensä on asetettu hyväksymään vain joitakin tarpeellisia ja tunnettuja portteja. Jos H.323 IP -puheluita halutaan tehdä palomuurin yli, on palomuuriin tehtävä muutoksia, jotka saattavat heikentää tietoturvaa. Palomuuri proxy saattaa myös aiheuttaa ylimääräistä viivettä yhteydelle. 9 Session Initiation Protocol 9.1 Yleistä SIP (Session Initiation Protocol) on merkinantoprotokolla, jonka avulla voidaan muodostaa, ja purkaa multimediayhteyksiä kahden, tai useamman osanottajan kesken. SIP on HTML tyylinen protokolla, jossa kaikki sanomat ovat ASCII muodossa. Tämä helpottaa protokollan käsittelyä erityisesti palomuureissa. Yhteyden parametrien neuvotteluun SIP käyttää SDP:tä (Session Description Protocol). Alla on esitetty SIP -yhdyskäytävän malli toiminnallisella tasolla [12]. Merkinanto ja puhe on erotettu vastaamaan ISDN -puhelua. Tässä työssä tarkastellaan vain yhdyskäytävän merkinantopuolta. D-kanava Merkinanto Yhdyskäytävä SIP Asiakas SIP SIP Palvelin tai Asiakas B-kanava Media Yhdyskäytävä RTP Asiakas RTP SIP Asiakas Kuva 6. SIP -yhdyskäytävän rakenne [12] SIP käyttää PGP:tä (Pretty Good Privacy) merkinantosanomien kenttien salaukseen. Jokaisen SIP -asiakkaan on tuettava PGP:tä. Sanomaliikenne voidaan myös salata
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 18 kuljetustasolla SIP -protokollan ulkopuolella esimerkiksi TLS- ja IPSEC-protokollilla. [12] DTMF ääniä tarvitaan monessa puhelinverkon palvelussa. SIP protokollaan on ehdotettu laajennusta, jossa tiedot DTMF äänistä lähetettäisiin erillisessä INFO sanomassa. [13] Toinen puute SIP -protokollassa on proxy-palvelimen kyvyttömyys muuttaa tilaansa BYE-sanoman hukkuessa verkon ongelmien takia. Korjausehdotus lisäisi ajastimen, jonka laukeaminen aiheuttaisi puhelun katkeamisen. Ajastin asetettaisiin puhelun alussa ja sitä voitaisiin päivittää puhelun aikana. [14] 9.2 Puhelun muodostus ja purku SIP -asiakkaalta puhelinverkkoon Tässä tapauksessa SIP -yhdyskäytävä tarjoaa IP-verkossa oleville SIP -asiakkaille pääsyä puhelinverkkoon. Kun SIP -asiakas haluaa soittaa esimerkiksi numeroon +358-09-500500, hän voisi muodostaa kutsun: sip:+358-9-500500@sipgateway.fi;user=phone. Puhelun muodostus alkaa (kuva 7), kun SIP -asiakas lähettää INVITE sanoman SIPyhdyskäytävälle. Yhdyskäytävä muodostaa sanomasta Setup sanoman, ja lähettää sen puhelinverkkoon. Samalla yhdyskäytävä vastaa SIP -asiakkaalle 100 TRYING, sillä yhteyden muodostus B-tilaajalle voi kestää yli 200ms. Puhelinverkosta tulee Call Proceeding, jonka jälkeen yhdyskäytävä saa Alert sanoman, kun B-tilaajan päätelaite on löytynyt. Alert sanoma lähetetään A-tilaajalle 180 RINGING sanomana. Kun yhdyskäytävä saa Connect sanoman, se lähettää A- tilaajalle 200 OK sanoman, jonka A-tilaaja kuittaa ACK sanomalla. Kun SIP -asiakas haluaa purkaa puhelun, hän lähettää BYE sanoman, jonka yhdyskäytävä välittää eteenpäin puhelinverkkoon Disconnect sanomana. Puhelinverkosta tulee Release sanoma ja puhekanava puretaan. Yhdyskäytävä kuittaa puhelun purkamisen 200 OK sanomalla SIP -asiakkaalle ja Release Complete sanomalla puhelinverkon suuntaan.
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 19 SIP asiakas SIP Yhdyskäytävä Puhelinverkko INVITE Setup 100 TRYING Call Proceeding 180 RINGING Alert Connect 200 OK ACK Puhekanava BYE Disconnect Puhekanava Puretaan 200 OK Release Release Complete Kuva 7. SIP asiakas muodostaa ja purkaa puhelun yleiseen puhelinverkkoon 9.3 Puhelun muodostus ja purku puhelinverkosta SIP -asiakkaalle Tässä esimerkissä SIP -yhdyskäytävä tarjoaa puhelinverkon asiakkaille SIP puheluita. Palvelua voitaisiin käyttää esimerkiksi IP-puhelun muodostamiseen puhelinliittymällä Internetissä varattuna olevalle B-tilaajalle. B-tilaajan puhelinkeskuksessa tarvitaan kutsunsiirto varattu-tapauksessa SIP -yhdyskäytävälle, joka yhdistää puhelun B-tilaajalle SIP -protokollalla. SIP -yhdyskäytävän näkemä merkinanto on kuvattu alla (kuva 8). Puhelinverkosta tulee Setup sanoma, josta yhdyskäytävä tekee INVITE kutsun SIP -asiakkaalle ja kuittaa puhelinverkkoon Call Proceeding -sanomalla. Kun SIP -asiakasohjelmisto on
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 20 vastaanottanut kutsun, se vastaa 180 RINGING sanomalla, joka vastaa Q.931 Alert sanomaa. Tämän jälkeen SIP -asiakas vastaa puheluun 200 OK sanomalla, jonka SIP -yhdyskäytävä kuittaa ACK sanomalla SIP -asiakkaalle ja Connect sanomalla puhelinverkkoon. Näin puhelu on muodostunut. Disconnect -sanomalla lähdetään purkamaan puhelua puhelinverkon suunnalta. Tämä vastaa BYE sanomaa SIP -asiakkaan puolella. Puhekanava puretaan SIP -asiakkaan lähetettyä 200 OK sanoman yhdyskäytävälle ja yhdyskäytävän lähetettyä Release sanoman puhelinverkon suuntaan. Lopuksi ISDN tilaaja kuittaa puhelun purkamisen Release Complete sanomalla. Puhelinverkko SIP Yhdyskäytävä SIP asiakas Setup INVITE Call Proceeding 180 RINGING Alert 200 OK Connect Connect Ack. ACK Puhekanava Disconnect BYE Puhekanava Puretaan Release 200 OK Release Complete Kuva 8. Puhelinverkosta muodostetaan ja puretaan puhelu SIP asiakkalle
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 21 10 Yhteenveto Puhelun muodostus IP-ISDN rajapinnan yli ei ole niin yksinkertaista kuin miltä se kuulostaa. IP -verkko poikkeaa hyvin paljon puhelinverkosta, ja tästä aiheutuu ongelmia, jotka voivat ilmetä yhteensopivuusongelmina tai heikkona turvallisuutena. Standardoinnilla pyritään parantamaan yhteensopivuutta, mutta standardointityö on vielä kesken. Tässä työssä on esitetty esimerkein puhelun muodostus IP-ISDN rajapinnassa. Työssä kävi ilmi, että H.323 -puhelua muodostettaessa puhekanavat tulisi avata eri tavalla eri suuntiin riippuen siitä, miltä puolelta verkkoa puhelu muodostetaan. ETSI:n TIPHON Draftiin on tehty muutosehdotuksia [10], joten asia saanee selkeyttä TIPHON standardointityön edetessä. Puhelun muodostus näyttää sujuvan hyvin paperilla myös SIP protokollalla. Nyt tarvittaisiin nopeasti ilmaisia ohjelmia, jotka tukisivat sitä. H.323 protokollan suureen suosioon vaikuttaa jo pitkään ilmaisessa jakelussa oleva Microsoft Netmeeting. Yksi mahdollinen kehityspolku on näiden molempien protokollien hybridi. Tällöin voitaisiin käyttää SIP -protokollaa käyttäjän löytämiseksi ja H.323:sta puhelun muodostamiseksi. [12] Oli protokolla mikä tahansa, ei puhelinverkossa oleva tilaaja parhaassa tapauksessa edes huomaa puhekumppaninsa olevan IP -verkossa. Puheen laatu on loistava, viiveet minimaaliset, A-numero siirtyy verkon läpi oikein ja laskutus hoituu turvallisesti. Perinteiseltä puhelulta vaaditaan turvallisuutta ja suurta toimintavarmuutta. Samaa on voitava vaatia myöskin IP puhelulta. Mielestäni parhaaseen lopputulokseen päästään, kun puhelinkeskuksiin lisätään VoIP ominaisuudet.
Teknillinen Korkeakoulu Sivu 22 11 Lähteet [1] Anonymous, ITU-T suositukset ja standardit, http://www.thk.fi/suomi/tele/itu.htm Telehallintokeskus 29.12.1998. [2] Anonymous, ETSI standardit ja raportit, http://www.thk.fi/suomi/tele/etsi.htm Telehallintokeskus 07.09.1998. [3] Sam Kotha, Deploying H.323 Applications in Cisco Networks, Cisco Systems Inc 1998. [4] ITU-T Recommendation H.323 (02/98), Packet-based multimedia communications systems, 1998. [5] Andrew Cray, Voice Over IP Here's How, Data Communications April 1998. [6] ETSI TIPHON, DTS/03002 Draft V1.6.4 Signaling for basic calls from an H.323 Terminal to a terminal in a Switched-Circuit Network (SCN), September 1998. [7] ITU-T Recommendation Q.931 (03/93), DSS1 - ISDN user-network interface layer 3 specification for basic call control, 1993. [8] ITU-Y Recommendation H.235 (02/98), Security and encryption for H-Series (H.323 and other H.245 based) multimedia terminals, 1998. [9] Jan Holm, Sähköposti ETSI TIPHON sähköpostilistalla. LM Ericsson 5.11.1998. [10] Gur Kimchi, Correction to flow-diagram in DTS/03002 V1.6.4 section C.1.1, ETSI TIPHON 10, Temporary Document 24. September 1998. [11] ITU-T Recommendation H.225.0, Version 2 Draft (4.2.1998), Call Signaling Protocols and Media Stream Packetization for Packet Based Multimedia Communications Systems, 1998. [12] Handley, Schulzrinne, Schooler, Rosenberg, SIP: Session Initiation Protocol, Internet Engineering Task Force, MMUSIC WG, Internet Draft 15.1.1999. [13] Steven R. Donovan, The SIP INFO Method, Internet Engineering Task Force, Internet Draft 8.2.1999. [14] Steven R. Donovan, SIP Session Timer, Internet Engineering Task Force, Internet Draft 10.2.1999.