Q.931¶

Q.931 — это протокол сигнализации, используемый в сетях цифровой связи с интеграцией услуг (ISDN) для установления, поддержания и разъединения соединений на пользовательском интерфейсе (между абонентским терминалом и станцией). Он определён в рекомендации ITU-T Q.931 (ранее CCITT) и является частью стека протоколов DSS1 (Digital Subscriber Signalling System No. 1). Q.931 работает на третьем (сетевом) уровне модели OSI, обеспечивая управление вызовом в базовом (BRI) и первичном (PRI) доступах ISDN.

¶История и стандартизация

Разработка протокола Q.931 началась в 1980-х годах в рамках усилий Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (CCITT, ныне ITU-T) по стандартизации цифровых телефонных сетей. Первая версия рекомендации была опубликована в 1988 году (Q.931 «Blue Book»). Впоследствии стандарт неоднократно обновлялся, чтобы поддерживать новые услуги ISDN, такие как передача данных, видеоконференции и дополнительные функции (удержание вызова, перевод вызова, конференц-связь). Последняя редакция (Q.931 (05/98)) включена в серию Q.930–Q.939.

В России и странах бывшего СССР протокол Q.931 использовался в сетях ISDN, развёрнутых в 1990-х — начале 2000-х годов, в основном для подключения корпоративных абонентов и организации цифровых каналов связи. С массовым переходом на IP-телефонию и VoIP (например, SIP) роль Q.931 снизилась, однако он остаётся важным элементом legacy-оборудования и некоторых специализированных систем (например, в телекоммуникационных шлюзах).

¶Архитектура и место в модели OSI

Q.931 функционирует на сетевом уровне (уровень 3) и использует услуги канального уровня (уровень 2), предоставляемые протоколом LAPD (Q.921). LAPD обеспечивает надёжную передачу кадров между оконечным оборудованием (TE — Terminal Equipment) и сетевым окончанием (NT — Network Termination). Q.931 инкапсулирует свои сообщения в информационные поля LAPD-кадров.

¶Стек протоколов ISDN (пользовательский интерфейс)

¶Сообщения и процедуры

Q.931 определяет набор сообщений, которыми обмениваются абонентское устройство (например, ISDN-телефон, маршрутизатор с интерфейсом BRI) и станция (коммутатор ISDN). Сообщения делятся на несколько категорий:

¶Основные типы сообщений

1. Установление вызова:

• SETUP — запрос на установление соединения (содержит номер вызываемого абонента, тип носителя, скорость передачи).
• SETUP ACKNOWLEDGE — подтверждение приёма SETUP (опционально).
• CALL PROCEEDING — станция сообщает, что вызов обрабатывается.
• ALERTING — вызываемый абонент оповещается (звонок).
• CONNECT — вызываемый абонент отвечает.
• CONNECT ACKNOWLEDGE — подтверждение приёма CONNECT.

1. Разъединение:

• DISCONNECT — запрос на разъединение (с указанием причины).
• RELEASE — освобождение канала.
• RELEASE COMPLETE — подтверждение освобождения.

1. Информационные сообщения:

• INFORMATION — передача дополнительной информации (например, номера вызывающего абонента, DTMF-сигналы).
• STATUS — запрос/ответ о состоянии вызова.
• STATUS ENQUIRY — запрос статуса.

1. Сообщения для дополнительных услуг:

• HOLD / RETRIEVE — удержание/восстановление вызова.
• TRANSFER — перевод вызова.
• CONFERENCE — организация конференц-связи.

¶Формат сообщения

Каждое сообщение Q.931 имеет следующий формат:

• Discriminator протокола (1 байт) — идентифицирует протокол (для Q.931 значение 0x08).
• Call reference (1–2 байта) — идентификатор вызова (уникальный в рамках интерфейса).
• Message type (1 байт) — код типа сообщения (например, 0x05 для SETUP).
• Information elements (переменная длина) — параметры вызова (номер вызываемого абонента, тип носителя, кодировка и т.д.).

¶Классификация и варианты

Хотя Q.931 является стандартом для ISDN, существуют его модификации и адаптации:

• Q.931 (ISDN BRI) — используется на базовом доступе (2B+D, 144 кбит/с). Канал D (16 кбит/с) служит для сигнализации.
• Q.931 (ISDN PRI) — используется на первичном доступе (30B+D в Европе, 23B+D в США). Канал D (64 кбит/с) для сигнализации.
• Q.931 (VoIP-шлюзы) — некоторые производители (Cisco, AudioCodes) адаптировали Q.931 для работы в IP-сетях, инкапсулируя его в UDP/TCP (например, в протоколах MGCP, H.323 или в виде «Q.931 over IP»).
• Q.931 (DSS1) — синоним, обозначающий реализацию протокола в системах DSS1.

¶Применение

¶В сетях ISDN

Основное применение Q.931 — управление голосовыми и цифровыми вызовами в сетях ISDN. Он обеспечивает:

• Прозрачное соединение «точка-точка» для голоса, факса, передачи данных (например, через протоколы X.25, Frame Relay).
• Поддержку дополнительных услуг (CLIP, CLIR, Call Waiting, Call Forwarding).
• Совместимость с аналоговыми телефонными сетями через шлюзы.

¶В VoIP и телекоммуникационных шлюзах

При переходе от TDM-сетей к IP-сетям Q.931 часто используется как протокол сигнализации на интерфейсе между шлюзом и коммутатором ISDN. Например, в архитектуре «Softswitch» шлюз может эмулировать Q.931 для взаимодействия с legacy-оборудованием. Также Q.931 применяется в протоколе H.323 (как часть стека для управления вызовами).

¶В специализированных системах

• В системах экстренной связи (например, в диспетчерских службах).
• В оборудовании для организации выделенных каналов (например, в модемах ISDN).
• В некоторых системах видеоконференцсвязи (H.320).

¶Пример работы протокола

Рассмотрим типичный сценарий установления вызова от абонента A к абоненту B через ISDN-коммутатор:

1. A отправляет сообщение SETUP (содержит номер B, тип носителя «голос»).
2. Коммутатор проверяет доступность канала и отправляет CALL PROCEEDING.
3. Коммутатор передаёт SETUP к абоненту B.
4. B отвечает сообщением ALERTING (звонок).
5. B снимает трубку — отправляет CONNECT.
6. Коммутатор подтверждает CONNECT ACKNOWLEDGE.
7. Установлен речевой канал (B-канал). После завершения разговора:

• A отправляет DISCONNECT (причина «нормальное завершение»).
• Коммутатор освобождает канал и отправляет RELEASE.
• A подтверждает RELEASE COMPLETE.

¶Критика и ограничения

• Сложность и избыточность — Q.931 разработан для TDM-сетей и содержит множество элементов, неэффективных в IP-средах.
• Зависимость от канального уровня — протокол не работает без LAPD, что усложняет интеграцию с современными сетевыми технологиями.
• Ограниченная масштабируемость — Q.931 ориентирован на соединения «точка-точка» и не поддерживает сложные топологии (например, маршрутизацию через несколько коммутаторов без дополнительных протоколов).
• Устаревание — с массовым переходом на VoIP (SIP, H.323) и отказом от ISDN-сетей во многих странах (включая Россию, где ISDN практически вытеснен IP-телефонией) Q.931 используется в основном на legacy-оборудовании.

¶Интересные факты

• Q.931 послужил основой для протокола Q.931 (SIP) — некоторые элементы сообщений (например, Call Reference) были заимствованы в SIP.
• В России сети ISDN на базе Q.931 активно использовались в 1990-х годах для подключения к Интернету через модемы ISDN (скорость до 128 кбит/с).
• Протокол поддерживает до 126 одновременных вызовов на одном интерфейсе BRI (теоретически, при использовании всех каналов D).

¶Источники

• ITU-T Recommendation Q.931 (05/98) — «Digital Subscriber Signalling System No. 1 (DSS 1) — ISDN user-network interface layer 3 specification for basic call control».
• ITU-T Recommendation Q.921 (09/97) — «ISDN user-network interface — Data link layer specification».
• «ISDN: Concepts, Facilities, and Services» — William Stallings, 1997.
• «Сети ISDN: архитектура, протоколы, услуги» — В. А. Гольдштейн, 2001.
• Материалы конференций по телекоммуникациям (1990-е — 2000-е годы).