10036.簡評多媒體協定H.323和SIP

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簡評多媒體協定H.323和SIP

www.aspsky.net  2004-3-30  動網先鋒

摘 要：業界對分組網上多媒體業務的兩大技術——H.323和SIP已有近7～8年的探讨和實踐。本文就其協定标準化的發展和進化進行了回顧、評述和比較。最後，本文簡要地展望了其未來的前景。

關鍵字：H.323 SIP 多媒體 IP電話

一、前言

下一代IP分組網技術的一個主要挑戰是如何提供實時的多媒體業務，這包括在IP分組網提供電話和視訊業務。目前，下一代IP分組網上多媒體業務技術的發展有兩大方向，一是遵循國際電聯ITU-H.323協定标準，另一個是遵循網際網路工程任務組IETF的SIP協定标準。這兩種多媒體技術的觀念和标準幾乎都是在上個世紀90年代中期提出的，并很快伴随着IP電話市場的成功流行而受到人們的普遍重視。盡管人們習慣用VoIP這個術語來描述H.323和SIP協定标準，但是這兩種技術代表的概念和架構所能夠提供的多媒體業務遠比建立一個呼叫要多。作為IP分組網上多媒體業務的技術，它們有不少共同的特點，例如，它們都是對等通信協定，都倡導分布控制和智能終端，都采用了同樣的實時媒體協定。人們對它們的要求不僅是提供熟悉的傳統電話業務和功能，更期待着提供支援實作和內建新業務和功能的能力。

然而，這兩個協定體系原本目的相同，起步時間相近，但卻由于分屬于不同領域的标準組織,在不同标準化傳統以及對未來網絡業務模型的不同理念的指導下，其内容、進展和發展方向已有很大不同。在經過近7～8年的探讨、修訂和實踐，兩個協定體系都變得非常複雜。另外，長期以來，由于不同背景和利益因素的影響，造成人們對标準的一些誤解而以訛傳訛。從不同的角度對兩個協定的審視可能産生非客觀的看法和偏見，再加上兩個協定體系都還在不斷地發展、進化和完善，是以，有必要對這兩個多媒體協定進行回顧、評述和比較。

二、關于H.323協定體系

國際電聯ITU-T從1995年5月開始制訂多媒體會議業務的信令協定标準，1996年12月,負責多媒體信令的第16研究組（SG16）通過了第一版H.323-v1。H.323協定群标準描述了在分組網上由端點EP和其它網元（網守GK、網關GW和多點控制單元MCU）組成的多媒體網絡的系統架構，它是指一組多媒體的協定群，包括負責呼叫控制信令H.225和負責媒體控制信令H.245。媒體控制信令是負責能力交換，媒體通道建立/釋放和會議控制協定。H.323系統架構還包括資料會議T.120協定和傳真T.38協定，以及實時媒體流協定RTP和其控制協定RTCP。H.323支援語音編解碼G.711、G.723、G.729和視訊編解碼H.261、H.263等。H.323不僅系統地規範了分組語音會議标準而且也包括了完整的資料和視訊會議标準。盡管H.323-v1原本是為分組區域網路LAN上設計的多媒體會議系統，但人們從一開始就将H.323用于廣域網際網路，結果H.323取得了成功并馬上受到廣泛重視。H.323标準從一開始就重視與傳統公共電話PSTN網完整互聯互通，其中H.225中呼叫控制部分和H.245是借用了已有的ITU的窄帶視訊H.320、H.324協定群H.221和H.242。但H.225中的注冊Registration、準許Admission、狀态Status和位址解析機制(RAS)則不得不完全從頭開始設計。基本呼叫程式由RAS信令(端點注冊、準許控制和位址解析)和呼叫信令(連接配接建立、能力交換、打開邏輯通道)組成。H.323會議是通過多點控制單元MCU來進行的。H.323的實時媒體流協定和其分别采用了已有的IETF标準RTP和RTCP。

1998年1月,第二版H.323v2克服和完善了第一版的一些不足，增加了快速連接配接機制FAST-CONNECT和H.245的隧道機制。提出了補充業務架構H.450系列協定和安全架構H.235協定,以及其它PSTN互聯信令機制的改善。1999年9月,第三版H.323-v3隻有小規模的增添和修正。增加了支援UDP、附件G和一些H.323/H.245的附件以及H.450.4-H.450.7協定。2000年11月,第四版H.323-v4增加了一系列電信營運所要求的重要功能：這包括H.323系統的可靠性、可擴充性和靈活性。附件M和附件R提供了SS7消息的透傳和穩健性。這使H.323系統以第四版為标志在完整性和系統性上走向了成熟。2003年9月，第五版H.323-v5的目标是追求協定穩定和通用擴充的平衡。第五版沿用第四版的通用擴充架構GEF模型來擴充新的功能，H.460系列标準正是這種通用擴充能力的展現。

國際電聯的H.323體系基本上是一種既兼顧傳統PSTN呼叫流程和IP網特點而發展成熟的開放标準體制，代表着電信多媒體業務的大潮流。它的特别之處是吸取了許多電信網的組網，互聯和營運經驗，能與PSTN網，與窄帶視訊業務以及其它資料業務和應用網互聯互通。這正是自1996年以來，多媒體業務幾乎都用H.323标準在全世界廣泛使用的一個重要原因。采用H.323技術體制，VoIP營運商可以基本上繼承傳統營運商的管理和運維模式，這對中國、東南亞等國家組建VoIP大網特别重要。在中國，營運商組建的H.323 VoIP和視訊業務網都是全國性大網，而且對網絡的擴充性和穩定性要求極高，組網必須多層多域，涵蓋城市多達數百，每個月的話務量在幾億分鐘以上。對于組建這樣的大網，H.323技術是适合和成功的。

二、關于SIP标準

SIP是Session Initiation Protocol的縮寫，國内文獻多譯為會話啟動協定或會話初始協定。SIP的概念最早出現在1996年在網際網路的應用中并由IETF的多方多媒體會話控制（MMUSIC）首先提出。經過多年研究、探讨和協定雛形的開發試驗，1999年3月，MMUSIC工作組正式提出了RFC2543有關SIP基本原則和機理的建議，供各網際網路業界的廠商和研究機構讨論。MMUSIC工作組是IETF一個有相當曆史和聲譽的研究小組,這個工作組還同時提出過RFC2327會話描述協定SDP和SIP的MIME類型格式。1999年9月，介于大量的興趣和工作，IETF将SIP的研發工作從MMUSIC中分離并獨立出來，成立了SIP工作組，并于2000年7月發表了SIP的草案。随後,由成立了SIPPING工作組和SIMPLE工作組來特别關注SIP的擴充和多媒體系統應用和SIP的即時消息和線上業務。2002年6月，ITEF的SIP工作組又發表了更新版的SIP基本骨架和機理标準RFC3261建議，以取代RFC2543。

SIP的概念一經提出并立刻在網際網路和電信業内受到了廣泛重視和追捧。IETF在1999年RFC2543中提出的是在一個基于IP網絡中，特别是在Internet這樣一種結構的網絡環境中，實作實時多媒體通信應用的一種信令協定。而所謂的會話（Session）就是指在應用層面使用者之間的資料交換，SIP是會話的操作協定。SIP标準規定了建立、修改和終結多媒體會話的基本機制。這些多媒體會話包括多媒體會議、遠端教育、IP電話和其它相類似的應用。在基于SIP協定的應用中，每一個會話可以是各種不同類型的應用内容，可以是普通的文本資料，也可以是經過數字化處理的音頻、視訊資料，還可以是諸如遊戲等應用的資料，是以，SIP的應用具有巨大的靈活性和潛力空間。

SIP标準定義了多媒體通信及會議的信令機制，并借用到了以下IETF協定：消息的格式HTTP 1.1，媒體描述 (SDP)，SIP消息的編碼基于ASCII 文本格式以便于應用及糾錯，應用編碼(MIME)，SIP的媒體流及其控制協定分别是RTP 和 RTCP。SIP建議與WWW相似利用Internet結構，通過智能SIP終端提供業務，SIP 可利用URI來動态組網。通常SIP終端同時包括UAC (使用者代理用戶端) 和 UAS (使用者代理服務端), UAC用于發起請求，UAS用于落地請求。SIP的終端的注冊和定位可用網絡資源：注冊伺服器、代理伺服器和重定位伺服器。SIP的終端名稱和位址解析可采用網絡資源：定位伺服器、DHCP、ENUM、 TRIP 和 DNS伺服器。

SIP的主要功能是會話對象和資源的定位及應用的啟動，以及和會話參數的約定。為了實作這一功能，SIP提供了在SIP網會話中對等體(使用者終端EP的使用者代理UA)間一組文本消息的獨立操作交換。這樣，SIP的基本呼叫可以用一個SIP的INVITE(邀請)請求消息的信令操作和其它的操作來提供。會話本身包括二層含義，SIP協定包括對象的位址和協定處理的特征，其的本身與其建立的會話内容并無必然關聯。會話對象間的多媒體流描述的交換是由另一個規範來限定。IETF建議采用會話描述協定SDP,嚴格地說，SDP并不是協定，而是SIP消息裡包含的一個文本格式結構化的媒體描述。SIP消息所傳送的會話描述對于SIP而言是透明的，是以，SIP可支援的會話應用不隻局限于電話或會議的能力，取決于是會話的描述，SIP還可支援資訊的提取，廣播或預訂性會話。

SIP的基準骨架和原理是RFC3261建議，除此之外，還有一系列的RFC和浩瀚的與SIP相關草案來完善和補充SIP應用、業務、程式設計、會議、路由、監管和互聯的結構問題。從這個意義上講，SIP的IP電話和會議标準還處于“待完成”狀态，ITEF的一系列工作組還在加緊修訂和完成基準RFC，其它RFC和擴充草案。

三、兩種協定的比較

H.323和SIP是兩大标準陣營（電信領域與Internet領域）沿襲各自傳統和理念的結果。H.323是國際電聯提出來的，它注重把IP電話與衆所周知的傳統電話業務的相容性；而SIP則偏重于将IP電話作為Internet上的一個應用。

表1 H.323和SIP體系架構的比較

體系架構 H.323 SIP

标準組織 ITU國際電信聯盟SG16主導 IETF網際網路工程任務組SIP工作組主導

設計理念 根據電信網的經驗和要求,系統性地設計IP網上多媒體的語音、視訊和資料會議及通信所需的元件、協定和規程。 根據網際網路的經驗和要求,子產品性地設計IP網上建立“會話”通信所需的元件、協定和規程。

協定架構 協定體系架構包括多媒體會議及通信的各個業務領域,例如,端點的能力交換、會議控制、信令互操作、QoS控制、注冊和業務發現。 協定體系以子產品的形式包括基本信令、使用者注冊和位置。通過其他相關和獨立的協定體系提供其他相關和獨立的功能和業務。

架構組成 端點EP、網關GW和網守GK

多點控制單元MCU 使用者代理UA和各類伺服器

主要标準 H.323 v1-v5體系架構

H.225 v1-v5RAS和呼叫信令、

H.245 v2-v9多媒體控制協定

H.235 v1-v3安全機制協定

H.350 多媒體會議的目錄架構

H.450 補充業務架構系列協定

H.460 通用擴充架構系列協定

H.246 互操作系列協定

H.248 媒體網關控制協定

RFC3261以取代RFC2543。

RFC2327（SDP）

RFC3266(SDP　的模型)

RFC2068 HTTP

RFC2045 MIME

RFC2396 URI

RFC2234 ABNF

2002年，有300多個SIP相關建議草案等待讨論通過。

國際電聯ITU-T采用從上至下的方法來制定标準，由整體宏觀的統一規則來限定具體的内容範圍。從IP電話和多媒體通信的體系來言，H.323标準更為相對系統的、相對完整的和相對周密的規範了多媒體通信協定、狀态機制和消息流程的架構。這個體系還包括了一些跨專題範圍的專門的解決方案，如QoS和移動性。而另一方面，IETF的SIP更趨向于從下向上的方法來制定标準。由簡單基本的要求來抽象和推演通信操作的一般性模型。因為，IETF推崇這樣的理念：系統和應用是由基本的操作子產品所組合而成的，IETF所制定的協定對特定的應用都是透明的，是以，嚴格地說，RFC3261隻是SIP的基準骨架和子產品原理，而不是SIP應用或業務的完整系統體系，SIP的應用或業務還需要其他RFC和許多SIP的擴充RFC及待成熟的建議草案組合而成。這種依賴通用标準子產品組合操作而生成應用和業務的觀念優勢不僅在于基本的應用會非常簡單易用，更在于這種方式會更開放、更靈活、更有利于創新和更富有生命力。但它的不足也很明顯：标準子產品及其操作是否具有多媒體通信的通用性和一般性？标準過程過長，标準範疇容易缺乏系統和完整性，分布的多元的複雜化的網絡應用和業務的相容和互操作性不易保證。2002年是SIP協定标準化任務艱巨的年，共有300多個SIP相關建議草案等待讨論通過。IETF最近坦言：SIP協定标準的完善期可能還需要6～7年時間。SIP協定标準所需要完善的領域主要還是與傳統PSTN互聯時協定一緻性，計費的手段，以及緊急呼叫的處理。

表2 H.323和SIP系統體系的比較

系統體系 H.323 SIP

系統可靠性

網元容錯 定義了一些機制,如備份網元(網守、端點)。 暫無。

負荷均衡 端點可以注冊到一組GK中的機制 。 SIP本身暫無。但可以借用DNS伺服器或HTTP的負荷均衡機制。

系統可擴充性

多域/多管域 網守和附件G互聯支援位址解析、互聯授權和呼叫使用報告。 通過重定位伺服器支援位址解析/尋址。

無狀态保持 支援,直接呼叫模式的網守組網。 支援,非分叉SIP代理人伺服器可以是無狀态。

位址解析 LRQ或附件G、TRIP、ENUM或DNS。 重定位伺服器、或TRIP、ENUM或DNS伺服器。

網關分離 H.323v4定義H.248。 暫無。

商用規模　 大規模商業4～5年 小規模商業1～2年

系統安全性

鑒權 支援,采用H.235 支援,采HTTP,SSL,PGP,S/MIME或其它。

加密 支援,采用H.235 支援,采用SSL,PGP,S/MIME或其他。

許多人認為H.323标準的做法是太傳統的思維，使得H.323協定變得太複雜，而SIP就簡單的多。但支援H.323的人們認為通信系統本身就不簡單，SIP将通信簡單化其實是短視和對電信營運商的需求缺乏充分認識。H.323協定複雜但它能滿足要電信營運商諸多的要求。當然，如果不考慮傳統PSTN的互操作和電信營運商已有的商業模式或者不用于IP電話與PSTN的應用，SIP的簡單和易用應該是受歡迎的, 例如，PC到PC的通話和通信。但如将SIP用于電信營運商IP電話或多媒體通信業務，現實将使SIP面臨挑戰。SIP協定定義本身不如H.323那種嚴密系統。SIP結構許多方面的開放靈活使得任意解釋的空間較大，基于SIP協定網絡的一些功能還需要許多補充協定。SIP的擴充标準和草案有數以百計，這不僅使SIP“系統”協定變得不簡單，更為嚴重的是由于擴充标準和草案進展的不同步，互操作性面臨極大的挑戰。SIP倡導的模式組合式的應用設計靈活開放，但也有時帶來問題，複雜的通信系統如果沒有較好的整體架構和“統一”的标準，網元元件怎能很好地協調工作？另外，H.323能力交換和協商的機制有利于多媒體業務的控制:如打開或關閉任意媒體通道(語音、視訊或資料)而不影響其它通道的正常工作。

表3 H.323和SIP協定特征的比較

協定特征 H.323 SIP

擴充和相容性 通過ITU标準定期版本釋出,新功能采用通用擴充架構GEF來擴充新功能,保障後向相容。 通過IETF的不定期獨立RFC的釋出,來增添新的擴充子產品。保障基本功能後向相容。

廠商特定功能 設計廠商保留字段以避免沖突。 可用添加SIP的不同header line來為廠商所用。但有互操作相容風險。

消息定義 ASN.1 ABNF-RFC2234

消息編碼 緊湊型二進制 ASCII文本格式

消息包長 較短 較長

呼叫建立 RAS/H225/Q.931 RFC3261

媒體控制 H.245 SDP RFC2327 1998.4

傳輸協定 多數TCP或UDP 多數UDP或TCP

媒體傳輸 RTP/RTCP RTP/RTCP

編解碼CODEC 支援所有的标準或非标準的編解碼。可靜态或動态設定。 IANA注冊的編解碼或互相約定的編解碼名。可靜态或動态設定。

業務加載 語音、視訊電話業務以及語音、視訊和資料會議及通信。 語音、視訊電話業務以及綜合網際網路的即時消息、線上交談業務。

消息種類 RAS-ARQ/RRQ/LRQ

SETUP/ALERT/PROGRESS

CONNECT/

RELEASECOMPLETE INVITE

OK

ACK/PRACK

BYE

尋址方式 支援多種形式,E.164或H H.225 H.323别名或URI,其中E164可以是H323ID,傳輸位址,EMAIL位址或被叫号。 隻支援URI格式,E.164可以轉為URI格式。

基本呼叫建立 ->SETUP

<-ALERT

->CONNECT/ACK

 ->INVITE

<-200 OK

->ACK



呼叫拆線 與PSTN方式相仿。 BYE消息可用于拆線,但拆線流程不夠完整。

與PSTN互通 借用PSTN協定,互通處理較好。 非正常情況處理較弱,依賴新增協定子產品來改善。

SS7透傳能力 附加M SIP-T/SIP-I

計費能力 采用迂回方式網守和網關方式可計費。 采用保持呼叫狀态的代理伺服器可計費。

傳真 T38 T38

DTMF雙音多頻 支援基準規範的二種H.245帶外和附加帶内RFC2833。 隻支援帶内RFC2833。帶外規範還草案, 暫無基準規範。

能力協商 網元可靈活地交換和協商其能力:如打開或關閉任意媒體通道(語音、視訊或資料)而不影響其它通道的正常工作。 網元不進行能力交換和協商,而簡而代之為“建議/接受”的模型。

正因為如此，盡管H.323和SIP的觀念和标準幾乎在同一時間起步，解決同樣的多媒體通信的應用和業務，但因為其理念不同，其剛開始的着手點不同，其結果和市場作用、效應也明顯不同。H.323将注意力放在多媒體業務的基本功能，補充業務，互聯互通(如PSTN)，是以，H.323很快就能在多媒體通信中提供多種縱向的解決方案并進入商用市場。例如，H.323 IP電話和視訊和資料會議及通信方案完整。但是，對于簡單的呼叫，H.323的流程不必要地複雜了，H.323的後續版本增加了fast-connect/start的流程，使H.323簡裝呼叫流程與SIP的類似。目前，H.323由将注意力轉移到解決諸如安全，移動和QoS問題的方案上。而SIP走了另一條路，SIP一開始将注意力放在抽象和定義業務會話的通用協定，SIP的基準骨架對于IP電話業務可能隻完成了基本呼叫。由于IP電話必須面臨傳統PSTN的負擔，是以，目前SIP也不得不花精力來考慮在基準SIP的模式增加SIP的擴充子產品及其操作來解決IP電話的應用，這包括補充業務和與傳統PSTN網的互聯。是以，從這個角度來看，盡管在IP電話和視訊和資料會議及通信應用上H.323領先SIP，H.323和SIP的标準化方式不同，但H.323和SIP工作方向是互相融合的。例如，H.323是對每個補充業務進行标準化，而SIP是将協定的操作進行标準化使其用來支援補充業務。另外，H.323對視訊電話和視訊會議，以及資料會議業務都能很好地支援，而SIP還沒有完整的協定草案。

表4 H.323和SIP補充業務能力的比較

補充業務能力 H.323 SIP

呼叫轉移 H.450.2 可用RFC3515組建

呼叫前轉 H.450.3 可用RFC3261組建

呼叫保持 H.450.4 可用RFC3264組建

呼叫代答/

呼叫擱置 H.450.5 可用RFC3515組建

呼叫等待 H.450.6 可用RFC3261組建

待收消息顯示 H.450.7 草案待讨論

姓名顯示/限制 H.450.8 暫無

遇忙回呼 H.450.9 草案待讨論

遇忙訊呼 H.450.10 暫無

遇忙插入 H.450.11 暫無

進階功能

多點傳播信令 可以,用LRQ和GRQ。 可以,用一組INVITE送發。

第三方呼控 可以,用H.323的暫停和重路由功能。複雜的功能可用H.450的有關标準和擴充。 可以,采用額外的SIP擴充标準草案。

呼叫分岔 标準沒有描述，但若需要，網守可以支援。 SIP代理伺服器可同時将呼叫分岔送發至任意多個網元上。

電話會議 支援。 支援。

視訊會議 完整支援。包括窄帶視訊會議 部分支援。無同步和操控機制。

資料會議 用T.120完整支援。 暫無。

點選撥号 支援。 支援。

回路監測 支援。需用迂回網守監查LRQ。 支援。監查Via header。

開放源代碼 有,如OpenH323。 有,如思科的Vovida.org。

四、結束語

正因為H.323和SIP标準的理念和進度的不同，它們的應用前景可能會有所不同，SIP的設計目标是通用會話建立和拆線的通用操作協定。IP電話和多媒體通信隻是SIP的兩種應用之一，SIP的其他應用可以不是IP電話和多媒體通信，那樣的話，SIP的會話過程會非常簡單。另一方面，H.323的設計目标是專注多媒體通信應用的系統控制協定群。H.323的IP電話和多媒體通信的功能體系會更為完備和全面。是以，H.323的發展會趨向系統的專用性，而SIP的發展會更具有通用性。特别值得一提的是，盡管簡單的SIP視訊電話之間的媒體通信完整可行，但SIP視訊與H.323視訊和窄帶視訊還不能相容互通。SIP還沒有完整的視訊會議和資料會議系統協定架構。是以，H.323可能會在相當長的時期内主導視訊電話和視訊會議以及資料會議的多媒體業務。而SIP在控制非IP電話類型的業務中能發揮其簡單高效的優勢，可以靈活與PC的其它應用結合，例如與即時消息和線上，Email相結合可形成更富有創造性的新型業務。

雖然H.323和SIP的标準正逐漸融合，但它們的作用在相當長的時期内仍然是互相補充，現在還看不出其中一種标準會完全取代另一種标準的迹象。在未來相當長的時間裡，在不同的環境和實踐中，H.323和SIP的标準将在業界共存共榮。

文章所缺圖表請參見本期雜志。