Protocolos para Videoconfer

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Protocolos para Videoconferência

• H.323 vs. SIP

Aluno Henrique Fassi Lobão
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H.323 vs. SIP

• Histórico
• Arquitetura e funcionamento
• Análise comparativa para o uso no 3GSM

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Conceitos importantes

• VoIP
• Unicast
• Multicast
• Broadcast

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H.323 vs. SIP

• Histórico

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H.323 - Histórico

• Conjunto de recomendações da ITU (International
  Telecommunications Union) para comunicações
  multimídia em ambientes LAN que não garantam QoS
  (Quality of Service).
• Tem sua primeira versão aprovada em 1996 pelo
  Study Group 16.
• Atualmente encontra-se na versão 5, aprovada
  oficialmente em Julho de 2003.

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H.323 - Histórico

• É parte de um conjunto maior de padrões para
  videoconferência (H.32X)
• H.320 (ISDN) Integrated Services Digital Network
• H.324 (PSTN) Public Switched Telephone Network

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SIP - Histórico

• Surgiu em 1990 de pesquisas de Henning
  Schulzrinne, no Departamento de Ciência da
  Computação da Universidade de Columbia
• Em 1996 foi enviado um rascunho contendo os
  elementos chave do SIP para o IETF
• Em 1999 após algumas alterações o IETF submeteu a
  primeira especificação do SIP (RFC 2543)
• Muitas empresas ficaram receosas em investir no
  SIP, pois já existiam protocolos difundidos no
  mercado (H.323 e MGCP (Media Gateway Control
  Protocol))

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SIP - Histórico

• O IETF continua o trabalho com o SIP e em 2001
  libera outra especificação (RFC 3261)
• Ainda em 2001 várias empresas começam a lançar
  produtos e serviços baseados no SIP
• Hoje, apoiado por várias empresas como Sun e
  NortelNetworks acredita-se que o SIP se tornará
  um protocolo tão significativo quanto o HTTP e o
  SMTP

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H.323 - Características

• Principais características
• Padronização de codecs
• Interoperabilidade
• Independência da rede utilizada
• Independente de plataforma e aplicação
• Suporte a conferência multiponto
• Administração de banda utilizada
• Suporte a multicast
• Flexibilidade

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SIP - Características

• Principais características
• Simplicidade
• Extensibilidade
• Escalabilidade
• Conferência multiponto
• Suporte a multicast

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H.323 vs. SIP

• Arquitetura

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H.323 - Arquitetura

• Principais componentes
• Terminais
• Gateways
• Gatekeepers
• Multipoint Control Units (MCUs)

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H.323 Arquitetura (Terminais)

• São os clientes que provém comunicação
  bi-direcional em tempo real com outros terminais
  H.323, gateways ou MCUs.
• Essa comunicação pode consistir apenas de voz,
  voz e dados, voz e vídeo, ou voz, vídeo e dados.

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H.323 - Arquitetura (Terminais)

• Elementos obrigatórios
• Voz
• H.245 Usado para negociar o uso do canal e
  capacidades
• H.225.0 Usado para sinalização e
  estabelecimento da chamada
• RAS Protocolo para comunicação com Gatekeepers
• RTP/RTCP Sequenciamento de pacotes de áudio e
  vídeo
• Elementos opcionais
• Video
• T.120 Comunicação de dados (chat, flip chart)

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H.323 - Arquitetura (Gateways)

• São tradutores entre terminais H.323 e outros
  tipos de terminais.
• Podem traduzir
• Formatos de transmissão (ex. H.225.0 para H.221)
• Procedimentos de comunicação (ex. H.245 para
  H.242)
• Codecs de áudio e video

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H.323 - Arquitetura (Gateways)

• Aplicações mais comuns
• Link com terminais PSTN análogos
• Link com terminais ISDN (H.320)
• Link com terminais PSTN (H.324)

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H.323 - Arquitetura (Gateways)

• Algumas funções/características são deixadas a
  cargo do projetista. Ex.
• O número de terminais H.323 que podem se
  comunicar através do gateway
• O número de conferencias independentes e
  simultâneas
• As funções de conversão de audio, video e dados
  etc.

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H.323 - Arquitetura (Gatekeepers)

• É o componente mais importante em um ambiente
  H.323
• Atua como ponto central para chamadas efetuadas
  dentro de uma zona
• Zona conjunto de todos os terminais, gateways e
  MCUs administrados por um gatekeeper (zona H.323)
• Provem serviços de controle de chamadas
• Tradução de endereços
• Administração da largura de banda utilizada

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H.323 - Arquitetura (Gatekeepers)

• Uma característica opcional mas muito valiosa é a
  capacidade de rotear chamadas
• Provedores de serviço utilizam essa habilidade
  para tarifar as chamadas que passem por suas
  redes
• As funcionalidades de getekeeper podem ser
  incorporadas em implementações de gateways e MCUs

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H.323 - Arquitetura (Gatekeepers)

• Funções requeridas
• Tradução de endereços
• Controle de admissões
• Controle de largura de banda
• Administração de zona
• Funções opcionais
• Sinalização de controle de chamada
• Autorização de chamadas
• Administração de largura de banda
• Administração de chamadas

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H.323 - Arquitetura (Gatekeepers)
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H.323 - Arquitetura (MCUs)

• Os MCUs (Multipoint Control Units) suportam
  conferências entre 3 ou mais dispositivos
• São constituídos de
• Um Multipoint Controller (MC), que é requerido
• Zero ou mais Multipoint Processors (MP)

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H.323 - Arquitetura (MCUs)

• O MC manipula negociações H.245 entre todos os
  terminais para determinar capacidades em comum
• O MC também controla recursos da conferência
  determinando qual, se alguma, das streams de
  áudio e vídeo usarão multicast
• O MC não lida diretamente com nenhuma das streams
  de mídia
• É função do MP mixar, chavear e processar bits de
  áudio, vídeo e dados
• As capacidades de MC e MP podem existir em um
  componente dedicado ou como parte de outros
  componentes H.323

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H.323 - Arquitetura (MCUs)
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H.323 - Arquitetura (MCUs)

• Conferencias multiponto podem ser centralizadas,
  descentralizadas ou hibridas
• Centralizadas
• Requerem a existência de um MCU
• Todos os terminais enviam as streams de áudio,
  vídeo, dados e controle para o MCU em um esquema
  ponto a ponto
• Um MCU típico que suporta conferencias multiponto
  centralizadas é consistido de um MC e um MP de
  áudio, vídeo e/ou dados

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H.323 - Arquitetura (MCUs)

• Descentralizadas
• Podem fazer uso da tecnologia de multicast
• Os terminais H.323 participantes enviam áudio e
  vídeo para os outros terminais sem enviar os
  dados para o MCU
• A comunicação multiponto de dados ainda é
  controlada de forma centralizada pelo MCU
• As informações do canal de controle H.245 ainda
  são enviadas para um MC de forma ponto a ponto
• Os terminais de destino são responsáveis por
  processar as múltiplas streams de áudio e vídeo
  que chegam
• Os terminais usam o canal de controle H.245 para
  informar a um MC quantas stream simutaneas de
  áudio e vídeo ele pode decodificar

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H.323 - Arquitetura (MCUs)

• Hibridas
• Utiliza uma combinação de características
  centralizadas e descentralizadas
• Os sinais H.245 e ou a stream de áudio ou de
  vídeo são processadas através de mensagens ponto
  a ponto para o MCU
• A stream restante (áudio ou vídeo) é enviada aos
  outros participantes por multicast

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H.323 - Arquitetura (MCUs)
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H.323 - Arquitetura (MCUs)
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H.323 Arquitetura (visão geral)
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H.323 Arquitetura (componentes)
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SIP - Arquitetura

• Componentes
• User Agents
• Registrar Servers
• Proxy Servers
• Redirect Servers

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SIP Arquitetura (User Agents)

• São os dispositivos de usuário final como
  telefones celulares, PDAs, PCs, etc. usados para
  criar a administrar sessões SIP. O User Agent
  Client inicia a mensagem e o User Agent Server a
  responde.

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SIP Arquitetura (Registrar Servers)

• São bases de dados que contém as locações de
  todos os User Agents em um domínio. Esses
  servidores resgatam e enviam endereços IP e
  outras informações pertinentes dos participantes
  para os Proxy Servers.

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SIP Arquitetura (Proxy Servers)

• Aceitam requisições de sessão feitas por uma UA e
  consultam o Registrar Server para obter as
  informações de endereçamento do UA de destino.
  Ele então encaminha o convite de sessão
  diretamente para o UA de destino se este estiver
  no mesmo domínio ou para outro Proxy Server se
  estiver em outro domínio.

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SIP Arquitetura (Redirect Servers)

• Permite aos Proxy Servers direcionarem os
  convites de sessão SIP para domínios externos. Os
  Redirect Servers podem residir no mesmo hardware
  que os Proxy Servers e os Registrar Servers.

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H.323 - Arquitetura (Protocolos)

• Conjunto interno de protocolos
• H.245
• H.225.0
• RAS
• T.120
• H.261
• G.711
• Etc...

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H.323 - Arquitetura (Protocolos)
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H.323 - Arquitetura (Protocolos)RAS

• As mensagens RAS são codificadas usando ASN.1
  (Abstract Syntax Notation One)
• As mensagens RAS são usadas para
• Descoberta de gatekeeper (frequentemente feita
  manualmente)
• Registro no gatekeeper
• Resolução de nomes
• (apelido H.323 ? endereço IP)
• Controle de admissão
• Controle de largura de banda
• Requisição de estado
• Portas UDP
• 1718 (descoberta de GK)
• 1719

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H.323 - Arquitetura (Protocolos)H.225.0, H.245

• H.225.0
• H.225.0 x Q.931
• Protocolo de sinalização de chamada
• Codificado em ASN.1
• H.245
• Determinação mestre/escravo
• Troca de capacidades
• Administração de stream de mídia e dados
• Codificado em ASN.1
• Portas
• H.225.0 (CS) TCP, porta 1720
• H.245 TCP, dinâmica (gt1024)

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H.323 - Arquitetura (Protocolos)Video codecs

• H.261
• Compressão de imagem intra-Frame (similar à JPEG,
  I-Frames) e inter-frame compensação de movimento
  (P-Frames)
• H.263
• Sucessor do H.261
• Mesma qualidade de vídeo mas com taxa de bits
  mais baixa
• H.264
• MPEG-4
• RTP (Real Time Transport Protocol)
• Função de transporte ponto a ponto
• Portas
• UDP dinâmicas (gt1024)
• RTP portas pares
• RTCP portas impares

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H.323 - Arquitetura (Protocolos)Audio codecs

• G.711
• PCM, 64kbits, qualidade de voz boa
• G.722
• 16kbits, qualidade de voz baixa
• G.723.1
• 5.3kbits, qualidade de voz baixa
• G.729
• 8kbits, qualidade de voz boa
• RTCP (RTP Control Protocol)
• Retorno de qualidade
• Controle da sessão RTP
• Portas
• UDP dinâmicas (gt1024)
• RTP portas pares
• RTCP portas impares

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H.323 - Arquitetura (Protocolos)V.150, T.120 e
T.38

• T.120
• Usado para conferência de dados
• Compartilhamento de imagem, quadro branco (T.127)
• Transferênia de arquivos (T.128)
• Chat (T.134)
• V.150 Modem sobre IP (MoIP)
• T.38 Fax sobre IP (FoIP)
• Portas
• T.120 TCP 1503

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SIP Arquitetura (Protocolos)

• SDP Encapsulado nas mensagens
• INVITE sipbob_at_b.org SIP/2.0
• Via SIP/2.0/UDP h.a.com5060
• From Alice ltsipalice_at_a.comgt
• To Bob ltsipbob_at_b.comgt
• Call-ID 1234_at_a.com
• CSeq 1 INVITE
• Contact ltsipalice_at_h.a.comgt
• Content-Type application/sdp
• Content-Length 147
• v0
• oalice 2890844526 2890844526 IN IP4 a.com
• cIN IP4 100.101.102.103
• t0 0
• maudio 49170 RTP/AVP 0

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H.323 Arquitetura(estabelecimento de conexão)

• Criação da chamada H.323
• Estabelecimento do meio de comunicação
• Liberação da chamada
• Para o exemplo a seguir
• Dois terminais (T1 e T2)
• Conectados a um gatekeeper
• Sinalização direta de chamada

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H.323 Arquitetura(estabelecimento de conexão)
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H.323 Arquitetura(estabelecimento de conexão)
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H.323 Arquitetura(estabelecimento de conexão)
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H.323 Arquitetura(estabelecimento de conexão)
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H.323 Arquitetura(estabelecimento de conexão)
GK
Terminal
Terminal
RAS H.225.0 H.245 Mídia (RTP)
EC
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SIP Arquitetura(estabelecimento de conexão sem
proxy)
52
SIP Arquitetura(estabelecimento de conexão
mesmo domínio)
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SIP Arquitetura(estabelecimento de conexão
domínios distintos)
54
H.323 vs. SIPAnalise comparativa dos protocolos

• Fatores importantes a considerar para a escolha
  de um protocolo

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H.323 vs. SIP

• Critérios de comparação utilizados
• Complexidade
• Capacidade de extensão
• Escalabilidade
• Utilização e manutenção de recursos
• Serviços

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Complexidade(Conjunto de mensagens)
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Complexidade(Conjunto de mensagens)
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Complexidade(Tamanho das mensagens)
59
Complexidade(Tamanho das mensagens)
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Complexidade(Geração e codificação)

• H.323
• Processos separados
• Overhead
• Problemas da geração direta
• SIP
• Não há codificação, apenas geração
• Tokenização não gera overhead

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Complexidade(Decodificação e parser)

• H.323
• Operações de mapa de bits
• Comparação de strings
• SIP
• Comparação de strings
• Funções hash
• Uso de tokenização o torna mais eficiente

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Complexidade(Debugging)

• H.323
• Codificação binária exige ferramentas especias
  para análise das mensagens
• SIP
• Mensagens textuais facilitam o entendimento humano

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Capacidade de Extensão

• H.323
• Possui uma estrutura para acréscimo de
  características específicas do fabricante
  (NonStandardParameter)
• Qualquer outro tipo de extensão pode implicar em
  lançamento de uma nova versão do protocolo
• SIP
• Pode ser estendido apenas com a definição de
  novas informações do cabeçalho
• As extensões podem ser publicadas em RFC separada
  ou atualizadas na RFC principal do SIP

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Escalabilidade

• H.323
• Originalmente definido para LANs
• Vários conceitos foram adicionados para
  acomoda-lo em grandes ambientes
• SIP
• Projetado visando o uso em WANs e grande massa de
  usuários

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Utilização e Manutenção de Recursos

• Consumo de Banda (Air-link)
• É esperado que não haja muita diferença no número
  de mensagens e de bytes trocados no link durante
  uma conferência
• CPU e memória
• H.323
• O uso de PER (Packed Encoding Rules) torna a
  mensagem mais eficiente para o armazenamento
• O grande número de protocolos internos gera
  complexidade de interação
• SIP
• As mensagens textuais são menos eficientes para
  armazenamento
• A simplicidade no tratamento das mesmas torna o
  protocolo muito mais leve

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Serviços

• H.323
• São definidos na série H.450 de especificações no
  entanto o suporte aos serviços é específico à
  implementação
• Muitos deles não são desenvolvidos largamente e
  existem dúvidas no mercado se algum dia eles
  serão largamente implementados
• SIP
• A RFC do SIP não define rigorosamente os
  serviços. Eles são específicos de implementação.

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Recomendação
Criteria H.323 SIP Choice/Reason
Complexity Very complex Simple SIP TTM / reduced complexity of development
Message Set Complex, many messages for similar functionality Logically numbered responses for extension, smaller set of messages for same funcitonality SIP TTM and extensibility
Debugging Have to alter tools on each extension. Simple Tool developed once SIP TTM / reduced complexity of development
Re-use of code H.323 and H.32x SIP and Web SIP more modular
Service and Protocol Interactions H.323 and H.32x SIP and Web - more modular SIP more modular
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Recomendação
Methods for implementing services Can support all Can support all Equivalent.
Distributed Call Signaling Can Support Can Support SIP TTM / reduced complexity
Extensibility Extensible More Extensibility SIP more options for extension
Version Compatability YES YES the Requires, Supported and Proxy-Require headers provide more flexibility than H.323 SIP more flexibility to support for multiple variants co-existing.
Feature Evolution Same as above Same as above Same as above
Operators in charge of own services Less Ability more complex ASN.1 Higher Ability text formats and extension headers. SIP Operators will be less dependent on vendors to add new services.
Modularity Umbrella Standard designed for limited feature set. Modular designed around other web technologies and can do GSTN services too. SIP built for web. H.323 originally derived from circuit world.
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Recomendação
Codecs Equivalent Equivalent Equivalent
3rd party CC Facility redirect Also header Equivalent
Scalability Installed base designed for reliable transport Designed for it Equivalent1
Wide Area Support YES YES Equivalent
Large Number of Calls YES YES Equivalent
Call States Can do both Can do both Equivalent
Elements that must maintain states Clients, MC, MGCF CSCF optional UA, MC, MGCF, CSCF optional Equivalent
Msg processing More processor overhead, smaller messages Less processor overhead, larger messages Comparable bandwidth vs. component complexity decision
Conferencing All modes H.224 floor control All modes GCCP, SCCP or even H.224 floor control Comparable No RFC exists saying which to use for SIP.

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Recomendação
Conferencing All modes H.224 floor control All modes GCCP, SCCP or even H.224 floor control Comparable No RFC exists saying which to use for SIP.
DCS Would have to be altered more than SIP A closer original design fit SIP TTM
Resources No opinion No opinion Comparable
Air-link bandwidth Smaller Messages Larger Messages H.323 smaller messages
CPU More processing Less processing SIP less processing
QOS/RRM Interactions Same Issues Same Issues Equivalent
Services High TTM Low TTM SIP long term lower TTM and complexity
Supported Services H.323 more explicitly defined SIP defined in whitepapers/drafts Equivalent but H.323 better standardization
Delay Times Equivalent still issues with use of UPD and reliability which are related Equivalent Equivalent
Billing Needs work consortia defined imbedded in protocol Needs work consortia defined separate protocol Comparable
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Recomendação
GSTN services YES YES SIP TTM / less code
Capabilities Exchange Better for media worse for signaling extensibility Worse for media better for signaling extensibility SIP signaling is more of an issue.
Personal Mobility Added nomadicity later v3 location based services still ongoing Designed for nomadicity location based services still ongoing Comparable
Legacy interoperability H.246 Draft status H.323
IP telephony interoperability Monolithic / OS bundled client DCSGROUP/ MGCP/ SDP SIP
Security H.235 added later. Worse for firewall traversal using UDP. Designed for it originally. Better for firewall traversal. Comparable
OAM Equivalent consortia defined Equivalent consortia defined Equivalent
Procedures available Loop Back Invite with SDP loopback media value and no alerting option Comparable both have MIBs defined by consortia.
Fault Detection See above See above See above
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Referencias

• Packetizer www.packetizer.com
• OpenH323 www.openh323.org
• SIP www.cs.columbia.edu/sip/
• SIPCenter www.sipcenter.com
• 3GPP www.3gpp.org
• GSM World www.gsmworld.com
• CDMA D.G. www.cdg.org