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1 VoIP / ToIP La VOix sur IP Auteur Jean-François Casquet Editeur AZERTY Microsystem 2004 - 2017 © Tous droits réservés copie interdite www.65120.net

La VOix sur IP - AZERTY Formation, votre formation … VOIP... · 2017-02-12 · 2 VoIP / ToIP Introduction Quelles sont les raisons de partir vers la voix sur IP ? le prix Souvent

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1 VoIP / ToIP

La VOix sur IP

Auteur

Jean-François Casquet

Editeur

AZERTY Microsystem

2004 - 2017 © Tous droits réservés

copie interdite

www.65120.net

2 VoIP / ToIP

Introduction

Quelles sont les raisons de partir vers la voix sur IP ?

� le prix

Souvent il y a une confusion entre la téléphonie "gratuite familiale" et

la professionnelle qui nécessite un standard téléphonique.

"Chez soi", nous avons une téléphonie illimitée et nous souhaitons

l'avoir aussi au bureau … mais avons-nous les mêmes besoins ?

Le prix des communications serait intéressant.

Les prix internationaux.

Les prix des communications entre sites externes.

� l'homogénéisation des appareils – et réseaux

Pour ne plus parler de "réseau téléphonique" et "réseau informatique".

Les deux réseaux peuvent fusionner.

D'ailleurs, certains téléphones VoIP (ToIP) se branchent sur le même

réseau que l'informatique (HUB intégré au téléphone) – pas besoin de

retirer des câbles.

� la mode – effet "mode"

Les fournisseurs de téléphonie ne parlent plus que de VoIP ! Difficile

de passer outre. De plus, les appareils téléphoniques présentent tous

les avantages (prix / fonctionnalité).

� les nouvelles fonctionnalités

Dans certains cas, nous choisissons la VoIP pour les fonctionnalités et

souplesses que ne propose pas (ou mal) la téléphonie classique.

Facturation par "client", aller sur la fiche cliente dès qu'il appelle,

répondeur et messagerie intégrée, transfert d'appel simplifiés, le

système de la "table tournante" …

D'autres fonctionnalités sont utilisées dans la VoIP comme :

le serveur vocal

la conférence à plusieurs

appels illimités d'agence à agence (en liaison VPN)

la mise sur écoute transmise en mp3

3 VoIP / ToIP

Introduction

à la

Téléphonie

4 VoIP / ToIP

Rappels sur la téléphonie classique____________________________________

Historique

En 1832, Samuel Morse crée le télégraphe.

En 1854, les premières utilisations du Télégraphe.

L'invention du téléphone date de 1876 par Bell. L'arrivée en France du

Téléphone automatique (relais téléphonique commuté) en 1913 jusque 1970

– date à laquelle toute la France est branchée sur commutateur automatique

(PTT). Les numéros de téléphones sont entre 5 et 6 chiffres jusque 1985 qui

fait passer les numéros à 8 chiffres. Dès 1995, la France est passée à 10

chiffres.

Voix analogique et PABX (Private Automatic Branch eXchange)

Les premiers PABX arrivent autour des années 70.

France TelecomCEGETEL …

P.A.B.X. Un PABX est appelé "concentrateur"

ou "commutateur" ou "Autocom" ou

"standard téléphonique"…

Il permet les appels "internes" et les

appels "externes" (vers France

Telecom).

France TelecomCEGETEL …

P.A.B.X. appels simultanés

Appelssimultanés

Afin de communiquer avec le monde

extérieur, il est nécessaire d'avoir

une liaison "France Telecom" (par

exemple) avec un dimensionnement

qui permette la concomitance

d'appels.

Aujourd'hui, les "autocom"

analogiques n'existent plus.

Aujourd'hui, tout passe par le RNIS.

5 VoIP / ToIP

Rappel RNIS (Réseau Numérique à Intégration de Services) – ISDN (Integrated Services Digital Network) – Numéris

Couches RNIS - ISDN

Q.931 quelques commandesALERTING (alerte)

CALL PROCEEDING (appel en cours)

CONNECT (connexion)

CONNECT ACKNOWLEDGE

DISCONNECT (déconnexion)

INFORMATION (information)

NOTIFY (notification)

PROGRESS (progression)

RELEASE (libération)

RELEASE COMPLETE (fin de libération)

RESTART (réinitialisation)

RESTART ACKNOWLEDGE

RESUME (reprise)

RESUME ACKNOWLEDGE (acceptation de reprise)

RESUME REJECT (refus de reprise)

SETUP (établissement)

SETUP ACKNOWLEDGE

STATUS (état)

STATUS ENQUIRY (demande d'état)

SUSPEND (suspension)

SUSPEND ACKNOWLEDGE

SUSPEND REJECT (refus de suspension)

PABX Numéris ou RNIS

France TelecomCEGETEL …

P.A.B.X. RNIS appels simultanés

Appelssimultanés

Un PABX RNIS fonctionne de la

même manière – tout au moins

en apparence.

Grâce à un abonnement

numérique, il est possible d'y

faire passer des liaisons

téléphoniques "normales" : il

s'agit du RNIS.

6 VoIP / ToIP

Dimension des connexions RNIS S0 / T0ISDN : BRI

Canal D : 16kb/s signalisation

Canal B : 64kb/s voix et données

Canal B : 64kb/s voix et données

Première taille de RNIS : le T0

("T zéro")

2 communications simultanées

sur les canaux B.

Canal D : informations pour les

appels (numéro appelant,

appels …)

Dimension des connexions RNIS S2 / T2ISDN : PRI

Canal D : 64kb/s signalisation

30 Canaux B : 64kb/s voix et données

RNIS de type T2 (E1) possède

30 lignes simultanées + 1 canal

de signalisation + 1 canal de

synchronisation.

Quelques débits utilisés en Europe :

E0 : 64kb/s

E1 : 32 lignes E0 (soit 2Mb/s) – canaux D compris

E2 : 128 lignes E0 (soit 8Mb/s) – canaux D compris

E3 : 16 lignes E1 (soit 34Mb/s) – canaux D compris

E4 : 64 lignes E1 (soit 140Mb/s) – canaux D compris

7 VoIP / ToIP

ADSL ou SDSL ?

Aujourd'hui, pour se connecter à internet (pour la VoIP par exemple), nous

avons plusieurs choix :

@

ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line

2Mb/s

256kb/s

Avantages : Peu cher, installation sur ligne téléphonique

Inconvénient : bande passante sortante beaucoup plus faible !

Pourquoi y a-t-il une différence de débit ?

@

SDSL - Symmetric Digital Subscriber Line

2Mb/s

2Mb/s

Avantages : bandes passantes identiques (sortante et rentrante)

Inconvénient : Installation d'une ligne supplémentaire obligatoire (T2) – coût

élevé

8 VoIP / ToIP

Séquence d'appel

Nous voyons la séquence d'appel en téléphonie "normale" car elle nous

permet de voir les étapes nécessaires à la connexion entre les

correspondants. Or, ces étapes seront strictement identiques en VoIP.

2. info : décroché

InterfaceTéléphonique

1.je décroche

3. info : décroché

4. vérif autorisation

5. ordre : tonalité

6. envoi tonalité

Séquence de Tonalité

Commutateurde circuits

Unité Centrale

2. info : décroché

InterfaceTéléphonique

1.je décroche

3. info : décroché

4. vérif autorisation

5. ordre : refus

6. Tonalité de refus

Séquence de Tonalité : refus de composer

Commutateurde circuits

Unité Centrale

Signal de refus ou signal étrange pour préciser qu'il y a des messages en attente.

En VoIP, la tonalité n'est pas un "LA" comme en téléphonie "normale".

Certains appareils téléphoniques ne vont donc pas reconnaître la porteuse, et ne

vont donc pas se déclencher.

9 VoIP / ToIP

8. décodage du numéroInterfaceTéléphonique

7. je compose le N°

9. info : N°

10. vérification des autorisationset commutation

11. ordre de commutation

Séquence d’appel

Commutateurde circuits

Unité Centrale

12. routage de l’appel

13. ça sonne

14. prévient que ça sonne

InterfaceTéléphonique

16. info pour “facturation”

Séquence de conversation

Commutateurde circuits

Unité Centrale

15. conversation

15. conversation

10 VoIP / ToIP

Trames de signalisation RNIS lors d'un Appel

RNIS

Séquence d’appel RNIS

CALL SETUP

CALL PROCEEDING

CALL ALERTING (sonne)

CALL CONNECT (décroché)

ACK (ok pour parler)

FLUX VOIX

CANAL D

CANAL B

Le rôle de Q.931 est de gérer l'établissement et la fin de l'appel :

CALL SETUP : construction et dimensionnement du canal pour la

communication

CALL PROCEEDING : Réponse si la connexion et acheminement sont possibles

CALL ALERTING : Indique que le téléphone destinataire sonne

CALL CONNECT : le destinataire a décroché – le coût de la communication

commence.

ACK : communication peut commencer

CANAL B : voix

En VoIP, nous retrouverons les mêmes signaux. Et, de la même manière qu'en

téléphonie classique, nous trouverons la séparation du canal D et canal B. En Voip,

le canal D sera en TCP-IP et le canal B en UDP-IP.

11 VoIP / ToIP

VoIP

Téléphonie

12 VoIP / ToIP

La voix en paquets – mise en paquets

La VOIP (Voice Over IP) consiste à transporter des flux audio au travers d'un réseau

IP. Pourtant :

� IP n'est pas conçu pour transporter de la voix.

� Les réseaux IP ne sont pas conçu pour le temps réel

Les méthodes d'implémentation de VOIP vont donc se consacrer à pallier à ces 2

difficultés.

D'une part, grâce à la mise en place d'un protocole encapsulé dans IP qui permettra

la simulation du temps réel.

D'autre part, grâce aux méthodes de "priorisation" des paquets IP dédiés à la Voix.

Passage de la voix analogique à la voix numérique ________________________

Mise en paquet de la voix numérisée

Pour numériser de la voix, nous utilisons un algorithme appelé "codec"

(codeur/décodeur)

� Le codec convertit un signal analogique en numérique (et le contraire)

� Les codecs utilisés en VoIP sont à échantillonnage (en temps réel)

� Le codage sera réalisé par intervalles réguliers

� Pour le décodage, le signal est reconstruit par intervalles réguliers aussi

� Il existe plusieurs codecs – ils ont chacun leurs particularités

“Codecisation”

13 VoIP / ToIP

Lissage et échantillonnage de la voix __________________________________

La fréquence utilisée pour la voix est comprise entre 300 Hz

et 3400 Hz.

Généralement, l'échantillonnage est réalisé à 4kHz

D'après la loi de Shannon, la fréquence d'échantillonnage

doit être 2 fois supérieure à la fréquence maximale à

échantillonner.

Ici, pour la voix, on utilise généralement une fréquence

d'échantillonnage à 8kHz. Soit, 8000 échantillons à la

seconde.

La Quantification ou Numérisation est la valeur de

l'amplitude du signal à chaque échantillon.

Cette valeur est numériser en binaire – c'est qui nous

permettra de reconstruire le signal à l'arrivée.

Codecs utilisés en VoIP _____________________________________________

Avant tout, il est bon de souligner que tous les codecs ne sont pas adaptés à la voix

sur IP, puisqu'il nous faut un codage d'échantillon.

Le MP3 ne convient pas.

PCM (Pulse Code Modulation), numérise sans compression à 8kHz sur 8 bits

d'amplitude (signaux entre –127 et 128).

Bande passante nécessaire pour le PCM : 8 bits x 8kHz = 64 kb/s

CODEC Débit MoS pour la VoIP tmps/paquet

GSM 13kb/S 4 / 5

G.711 64kb/s 4,2 / 5 10ms

G.722 entre 48kb/s et 64kb/s 3,6 /5 15ms

G.723.1 entre 5.3kb/s et 6.3kb/s entre 3,9 et 3,7 30ms

G.726 entre 16 et 40 kb/s

G.728 16kb/s

G.729 8kb/s 4 / 5 10ms

14 VoIP / ToIP

bande passante

Puissance CPU

64kb/s

8kb/sG.729

G.711

40kb/sG.726

Codecs mis en équation Presque tous les codecs

font de la compression –

ils demandent donc une

puissance CPU de

compression.

Quelques codecs à titre comparatif

15 VoIP / ToIP

Contraintes de la VoIP ______________________________________________

Garantie Temporelle

délai de transmission au travers du réseau

Décalage de transmission (gigue ou jitter)

Garantie de fiabilité moindre que les données standard

Garantie de bande passante disponible

Garantie d'un signal audible au moins équivalent au téléphone "normal"

La GIGUE ________________________________________________________

Il s'agit de la solution contre la coupure des mots durant les conversations.

En fait, l'appareil récepteur stocke suffisamment de paquets à jouer afin de,

en cas de lenteur, ne pas présenter de coupure.

GIGUE - sans problème

GIGUE - AVEC problème

TROU de communication

Si le buffer se

vide AVANT que

le paquet suivant

n'arrive, la carte

son répètera le

dernier paquet

sans fin … ce qui

provoque un

écho.

Solution apportée porte le nom de : Jitter Buffer ou Playback Buffer ou

tampon suivant les appareils actifs.

16 VoIP / ToIP

FAX sur IP (FoIP) __________________________________________________

La difficulté rentrée se situe maintenant autour du fax. En effet, ses

fréquences passent dans le G.711 mais il faudra imposer de ne perdre AUCUN

paquet, sinon, la communication est perdue.

MEILLEUR QUALITE

MOINS BONNE QUALITE

fax

directeur

commerciaux

service client

téléphone en interne

interphone

Pyramide des besoins de qualité Les fax ont trouvé leur parade aujourd'hui :

le T38.

Le boîtier ATA-T38 permet de récupérer les

informations du fax en 14.400 b/s (trafic de

fax) plutôt qu'en 64kb/s (PCM). De plus, ce

protocole envoie les mêmes trames

plusieurs fois afin d'éviter toute perte de

données.

Les directeurs ont besoin d'une qualité

importante à cause de leur "main libre" dite

"pieuvre".

Solution SAGEM – T.38

Aujourd'hui, les IpBX présentent toutes ces fonctions "sans fax" – avec

transformation directe en PDF par Email.

Pour envoyer un Fax, envoyez un Email à la boîte FAX de l'IpBX avec le

numéro du correspondant dans l'Objet ainsi que le document en pièce jointe.

17 VoIP / ToIP

QoS

18 VoIP / ToIP

Introduction à la QoS _______________________________________________

Devant la problématique des contraintes liées à la VoIP, il nous faut résoudre

le problème d'acheminement le plus rapide possible des communications

entre les correspondants. Or, en IP, nous ne pouvons pas donner de priorité.

Voici donc des mécanismes de gestion des priorité … voire même : de

destruction d'information !

Définition de la QoS _______________________________________________

La QoS (Quality Of Services) est la capacité que possède une réseau de

permettre à une application donnée de fonctionner sans perte de

performances ou de fonctionnalités.

La QoS concerne généralement les applications critiques qui nécessite une

priorité dans le transport réseau.

La QoS constitue un ensemble de fonctionnalités avancées de gestion des

ressources du réseau.

Mécanisme de la QoS _______________________________________________

� La classification des paquets par application ou ressource.

� Le marquage des paquets pour son transport de bout en bout.

� Gestion des congestions et effets d'entonnoir.

� Prévention des congestions grâce aux audits et contrat de service.

� Le policing du trafic avec mécanisme de re routage ou bufferisation

� Gestion des flux réseaux plus efficacement (segmentation des paquets…)

La QoS est avant tout une manière d'appréhender le réseau et la gestion des flux.

Après avoir déterminer les besoins, nous pourrons alors paramétrer nos éléments

actifs et appareils téléphoniques en conséquence.

Eléments que nous devons considérer (et quantifier) pour définir une QoS :

� La bande passante disponible et dimensionnement

� Les délais de transmission

� La Gigue – le décalage de conversation tolérable

� Le taux de perte de paquet acceptable

� La disponibilité du service rendu

19 VoIP / ToIP

La "priorisation"___________________________________________________

Nous rencontrons la problématique sur

nos routes de France. En fait, la

problématique est :

comment faire passer de la voix plus

vite que le reste ?

Plusieurs méthodes connues (elles sont

utilisées dans la vie courante) : les

"véhicules prioritaires".

étranglement

Comparaison entre le Réseau Informatique et Routier

Réservation d’une route (B.A.Urgence) Laisser passer le véhicule d’Urgence

20 VoIP / ToIP

Régulation de Flux Ne faire partir les véhicules urgents QUE s’ilsn’arrivent pas trop tard.

Augmentation de la taille des routes prioritaires

Nous allons rencontrer toutes ces

solutions dans le cadres du QoS –

sachant que chacune d'elles présente

une difficulté s'il y a trop de véhicules

prioritaires.

21 VoIP / ToIP

Les mécanismes de congestion __________________________________

Il s'agit d'un moment de crise où l'usage de l'élément actif IP est utilisé plus

qu'il ne peut (par rapport à l'accès externe) : Qui laisser passer en premier ?

@W

ord

SQ

L

La congestion

La congestion : délais de transmission

La taille des données sorties= la taille des données totales

22 VoIP / ToIP

la PERTE de PAQUETS ______________________________________________

Avant même d'entrer dans le sujet de la perte de paquet, il faut noter que

cette notion est "absurde" dans le cadre de réseaux informatiques !

Pourtant, à quoi servirait-il de transmettre un paquet de voix s'il arrive trop

tard ?

Sur cette base même, les protocoles de communication de voix sur IP vont

implémenter une notion d'horodatage de paquet et de destruction s'ils

partent ou arrivent trop tard.

De même, si un élément de voix sur IP envoie des paquets IP qui ne

réussissent pas à partir (à cause d'une surcharge), pourquoi les bufferiser

puisqu'ils partiront trop tard ?

IP nous permet de toucher à cette notion grâce au protocole UDP-IP (mode

non-connecté) – La QoS vient nous aider dans ce travail à plusieurs niveau

afin que les paquets soient perdus "volontairement".

Par ailleurs, c'est l'occasion de compter aussi les paquets perdus (ou non lus

par le destinataire) puisque nous sommes en UDP-IP.

La congestion : perte de paquets - seulement en VoIP !!!

La taille des données sorties= la taille des données totales

23 VoIP / ToIP

Quelques modèles de QoS implémentables : FIFO_________________________

Le premier modèle de QoS est le modèle le plus rencontré : FIFO (First In

First Out) – premier arrivé, premier sorti

QoS FIFO

premier arrivé - premier servi

Avantages : simple à implémenter, très peu de CPU

Inconvénients : Aucune garantie de service, pas de différentiation de service

La plupart des routeurs internet fonctionnent comme cela. Pas de priorité,

pas de contrôle d'horodatage de trame VoIP.

D'ailleurs, beaucoup de fournisseurs de VoIP (pour les particuliers)

présentent cette anomalie. Lorsque l'abonné téléphone à un correspondant

et qu'il Surf sur Internet en même temps, la conversation (chez le

correspondant) est sérieusement dégradée.

La bande passante sortante n'étant pas suffisante !

24 VoIP / ToIP

InterServ (Integrated Services) _______________________________________

Le principe est de réserver de la Bande passante pour un service. Utilisé ou

pas, dès que le service démarre, les éléments actifs lui réserve une

ressource bloquée.

Le fonctionnement d'InterServ est simple à mettre en place et réserve la

bande passante de bout en bout.

Il fonctionne avec le protocole RSVP (ReSerVation Protocol) qui indique aux

éléments actifs le besoin en bande passante afin de liaison à bande passante

bloquée.

C'est un peu comme la bande d'arrêt d'urgence – utilisée ou pas, elle est

bloquée pour le trafic prioritaire.

Ainsi, le taux de perte de paquets est très faible, la Gigue est donc très

faible aussi.

RTP

RTP

RTPRTCP

RTCP

RTCP

RSVP RSVP

RSVP Réservation d’une route (B.A.Urgence)

25 VoIP / ToIP

RSVP PATH et RSVP RESV____________________________________________

RSVP définit une route et réserve la qualité de service au travers des

éléments actifs qu'il traverse (s'ils le permettent).

Ici, nous voyons une fonctionnalité de RSVP : MultiCast (diffusion de paquets

vers plusieurs cibles)

RSVP

RSVP

RSVP

SOURCE

RSVP PATH

Ici, nous pouvons rencontrer ce type de QoS pour la diffusion de TV en

MultiCast (sur plusieurs clients en même temps).

Cela revient à déboubler les paquets IP.

Le RSVP RESV est l'inverse : beaucoup de sources pour 1 seul récepteur.

26 VoIP / ToIP

Le Sceau à jetons__________________________________________________

Le principe est de réguler le trafic par application ou par métier.

Ce régulateur fonctionne grâce à un nombre de paquets émettables dans un

temps imparti.

Les données doivent prélever un jeton pour pouvoir accéder au réseau.

Les jetons sont générés à un rythme de "p" par seconde

Il s'accumulent jusqu'à "r" jetons inutilisés

��

SCEAU à JETONS

La réserve de jeton s'épuise si le trafic est plus important que la création de

la réserve. Dans ce cas, les paquets envoyés ne sont plus émis jusqu'à la

regénération du stock de jeton.

Méthode utilisée dans la LiveBox (ORANGE) pour le trafic de VoIP.

27 VoIP / ToIP

DiffServ _________________________________________________________

Il s'agit d'une méthode de classification du trafic en utilisant un champ dans

la trame réseau "TOS / DSCP" (l'activité liée à la trame est numéroté)

Utilisation de classes de services.

La classification et le conditionnement sont réalisés à l'entrée du

réseau.

Les éléments actifs du réseau se contente de faire transiter les

données en tenant compte des paramètres de QoS.

Méthode de marquage des paquets

paquetsmarqués

paquetsPrioritaires

DiffServ

paquetsmarquéspar ToIP

Cette méthode fait penser à une priorité comme celle des véhicules avec

gyrophare.

Avantages de DiffServ

hautement évolutif car il dépend du service déclaré directement dans

IP. Par de signalisation entre les éléments du réseau. Cohabite avec

les éléments non marqués.

28 VoIP / ToIP

Marquage des paquets ______________________________________________

Il est possible de marquer des paquets à partir de beaucoup de variables :

Interface (port du switch)

adresse IP source ou destination

Port IP destination

Valeurs de ToS

Le champ MPLS EXP

Le marquage utilise les champs :

Tos - DSCP

IEEE 802.1P (Cos)

Le champ MPLS EXP

Marquages en utilisant les codes Tos :

Diffentiated Services Code Point (DSCP)

64 services définissables

Nous y définissons le Bit de suppression de paquets en excès, la

garantie de bande passante minimum …

Marquage en utilisant le champ "user priority" de 802.1:

COS User priority PRIORITE APPLICATION

7 network RESERVED

6 INTERNET RESERVED

5 CRITICAL VOICE BEARER

4 FLASH-OVERRIDE VIDEOCONFERENCING

3 FLASH CALL SIGNALING

2 IMMEDIATE HIGH PRIORITY DATA

1 PRIORITY MEDIUM PRIORITY DATA

0 ROUTINE BEST EFFORT DATA

29 VoIP / ToIP

QoS WFQ (Weighted Fair Queuing) / CB-WFQ (class-Based WFQ) _____________

Il s'agit de prioriser les flux les moins gourmands tout en équilibrant la

charge. En clair, il s'agit d'une régulation des flux d'une manière équitable.

� Pondération équitable des flux

� Accès équitable à la bande passante par entrelacement des flux

� simule le fonctionnement du multiplexage temporel

� Chaque flux est associé à une file d'attente via une ACL

� Le poids donné à chaque file d'attente peut dépendre d'une classe

d'application (CB-WFQ)

Buffers

WFQ

Régulation des flux – permet aux services sensibles de ne pas avoir

d'interruption en cas de surcharge du réseau WAN (client TSE par exemple).

30 VoIP / ToIP

QoS PQ (priority Queuing) ___________________________________________

Le principe est de faire la même chose que le WFQ en y indiquant des flux

avec des priorités.

Nous donnons les niveaux de priorité des flux par ACL (Access List Control).

Le fonctionnement est très simple : tant que la file d'attente prioritaire n'est

pas vide, la file de priorité moindre n'est pas gérée.

Buffers

PQ

priorités

Inconvénient : certains flux non prioritaire peuvent avoir des trous temporels

long sans accès au réseau.

31 VoIP / ToIP

QoS CQ (Custom Queuing) ___________________________________________

le principe du CQ est de donner des priorités pondérées à chaque file.

Chaque file reçoit un poids proportionnel à son niveau de priorité.

Chaque file est gérée avec priorité proportionnelle.

L'avantage est de pouvoir donner, quand même, accès au réseau aux

applications non prioritaire – peu, mais un accès quand même.

Nous pourrons gérer aussi des plusieurs flux prioritaires sans imposer une

priorité absolue.

Buffers

Custom Queuing

priorités

Inconvénient : complexité de configuration. Les flux prioritaires maximaux

seront coupés par des flux non prioritaires.

32 VoIP / ToIP

QoS LLQ (Low Latency Queuing) ______________________________________

Le principe est de mélanger les QoS de file d'attente de telle manière que la

VoIP soit prioritaire absolue tout en hiérarchisant les autres flux.

Il s'agit de PQ avec 2 files d'attente : 1 prioritaire et l'autre en WFQ.

Les flux sont associés via l'usage d'ACL (Access List Control)

Avantage : les flux prioritaires ont usage de toute la bande passante tant

que son buffer n'est pas vide – ainsi, ils bénéficient d'un accès "garanti" au

réseau.

Buffers PQ

Low Latency Queuing

Buffers WFQ

Inconvénients : Complexité de la configuration – application critique limité à

la VoIP

33 VoIP / ToIP

QoS RED (Random Early Detection) / WRED ______________________________

Le principe est de supprimer les paquets qui arrivent quand la file d'attente

est pleine.

Les paquets supprimés seront quantifiés afin de remonter des statistiques de

bon fonctionnement de la VoIP.

La probabilité de suppression de paquets est directement liée à la saturation

de la bande passante.

Buffers

RED / WRED

Cet algorithme de QoS est souvent utilisé dans la voix sur IP car, de toute

manière, les paquets "en retard" ne seront pas joués par le destinataire à

cause de l'horodatage.

34 VoIP / ToIP

RTP / RTCP

35 VoIP / ToIP

L'une des contraintes de la voix sur IP est la gestion du temps réel que ne

permet pas le protocole IP.

Il s'agit donc de simuler un protocole temps réel en lui incorporant les

informations de gestion temporels et de contrôle de flux.

RTP (Real Time Protocol)____________________________________________

Le protocole RTP est utilisé pour transporter les données audio, vidéo et

jeux vidéo (3D) sur IP.

2 fonctions principales sont incluses dans RTP : séquencement des données

et l'horodatage.

� RTP n'est qu'un conteneur d'informations : il peut transporter plusieurs

sources.

� RTP ne fournit pas de garantie temporelle – c'est le travail de la QoS.

� RTP utilise généralement le port 5004 UDP-IP en général (modifiable)

� Norme RTP : RFC 1889

� RTP permet la négociation de Codec en cours de connexion

� TimeStamp : horodatage lié à NTP

Contenu du RTP :

version du RTP en cours

sequence number (pour compter les paquets perdus)

Payload Type : le type de codec en cours

audio : PCM, G.711, G.722, G.723, G.728, G.729

vidéo : H.263, H.261

Quelques points sur les Codecs Vidéos :

H.261 : visioconférence H320 sur 2 canaux RNIS, 30 img/s, bande

passante de 40kb/s jusque 20 Mb/s

H.263 : identique au H.261 avec grosse compression : 50% bande

passante en moins.

H.264 : de 192kb/s jusque 384kb/s – inclus dans les specs MPEG4

SQCIF 128x96 utilisé dans : H261, H263, H264

QCIF 176x144 utilisé dans : H261, H263, H264

CIF 352x288 utilisé dans : H261, H263, H264

4CIF 704x576 utilisé dans : H263, H264

16CIF 1408x1152 utilisé dans : H263, H264

36 VoIP / ToIP

� version V : 2 bits, V=2

� padding P : 1 bit, si P=1 le paquet contient des octets additionnels de bourrage

(padding) pour finir le dernier paquet.

� extension X : 1 bit, si X=1 l'entête est suivie d'un paquet d'extension

� CSRC count CC : 4 bits, contient le nombre de CSRC qui suivent l'entête

� marker M : 1 bit, son interprétation est définie par un profil d'application (profile)

� payload type PT : 7 bits, ce champ identifie le type du payload (audio, vidéo, image,

texte, html, etc.)

� sequence number : 16 bits, sa valeur initiale est aléatoire et il s'incrémente de 1 à

chaque paquet envoyé, il peut servir à détecter des paquets perdus

� timestamp : 32 bits, reflète l'instant d'échantillonnage du premier octet du paquet

� SSRC: 32 bits, identifie de manière unique la source, sa valeur est choisie de manières

aléatoire par l'application

� CSRC : 32 bits, identifie les sources contribuant.

Mixer et Translateur _______________________________________________

Le Mixer est une relais RTP utilisé pour concentrer plusieurs flux audio et

vidéo. En effet, IP possède des fonctions de routage, mais RTP se sert d'IP

pour être routé mais, pour router le SON et l'IMAGE, il est nécessaire

d'utiliser un Mixer RTP. Ainsi, dans une conférence à plusieurs, nous aurons

tous les SONS des correspondants synchronisés sur les destinataires.

MIXEUR et TRANSLATEUR

MIXEUR SSRC=1

SSRC=2

SSRC=3

SSRC=MSSRC=1SSRC=2SSRC=3

SSRC=M

TRANSLATEUR

Codec PCM

G.729

37 VoIP / ToIP

RTCP (Real-time Transfert Control Protocol)_____________________________

Ce protocole correspond au canal D de RNIS. Il s'agit de la signalisation en

cours de conversation (communication). Dans ce protocole, nous allons

trouver les informations sur la qualité de service rendu.

Informations transmises :

� Qualité de transmission

� Statistiques

� Participants de la session

� Contrôle des informations

RTP

RTP

RTPRTCP

RTCP

RTCP

RTCP Real-time Transport Control Protocol

RR : stats surréception

SR : horodatage pour synchro

5 types de paquets RTCP :

� SR (Sender Report) : émis par tous les participants, indique les

volumes d'informations entrantes et sortantes + horodatage.

� RR (Receiver Report) : émis par le destinataire des RTP – donne des

stats de reception (paquets perdus …)

� SDES (Source DEScription) : envoyé par l'émetteur, il permet au

destinataire de calculer le TimeStamp et adapter la GIGUE.

� BYE : indique qu'un participant quitte la communication.

� APP : trame interne gérée pour des fonctions spécifiques.

Un paquet UDP peut contenir plusieurs paquets RTCP.

38 VoIP / ToIP

H.323

39 VoIP / ToIP

La VoIP est, aujourd'hui, coupée en 2 mondes opposés : H323 et le SIP.

Standard H323 ____________________________________________________

Ce standard de VoIP est un standard "propriétaire" soumis à licence.

Composants de ce standard :

H225 : signalisation d'appel très proche de Q.931 (RNIS)

H245 : contrôle et retour d'information durant la communication

RTP : transport de la voix

T.120 : échange des données concernant l'appel

T.38 : fax

Utilise les ports : UDP 1718, UDP 1719 et TCP 1720

Codecs audio : G.711, G.722, G.723, G.728, G.729

Codecs vidéo : H.261, H.263

GateKeeper

MCU

RTCRNIS

GSMATM

Media GateWay

Architecture H323

Terminaux : téléphones ToIP ou éléments H323.

GateKeeper : localisateur des utilisateurs, gestion et contrôle des appels.

GateWay : passerelle d'interconnexion entre la VoIP et les autres.

MCU (MultiPoint Control Unit) : gestionnaire de conférences à partir de 3

usagers.

40 VoIP / ToIP

GateWay H323 ____________________________________________________

Il s'agit de la passerelle qui permet l'interconnexion tant en interne que vers

l'externe.

Il nous sera possible de connecter notre standard H323 vers un T2 (externe)

ou vers des téléphones RNIS (que l'on souhaite garder) en interne.

GateKeeper

MCU

RTCRNIS

GSMATM

Media GateWay

Architecture H323 Hybride

FAX

Tél. RTCTél. RNIS

GateKeeper

MCU

Media GateWay

Architecture H323 Hybride

FAX

Tél. RTCTél. RNIS

Tél. RTCTél. RNISTél. RTC

Tél. RNIS

T2Appelsexternes

GSMAppelsexternes

VoIPAppelsexternes

41 VoIP / ToIP

MCU H323 (Multipoint Control Unit) ___________________________________

Cet appareil (logiciel) sert à mettre en relation plusieurs correspondants afin

de réaliser une téléconférence à plusieurs.

C'est lui qui lancera n'initialisation de Mixage RTP, de translation RTP et le

multicast.

MCU

MCU Centralisé

Dans beaucoup de cas, les communications intersite se font sans visibilité

"LAN" entre les Terminaux – de ce fait, nous avons le MCU qui fait office de

PROXY.

MCU

MCU Centralisé

Dans le cas où les terminaux "se voient" dans le LAN, le MCU ne tient plus

qu'un Rôle de contrôle de conversation.

42 VoIP / ToIP

GateKeeper H323 (Call Center) _______________________________________

Le GateKeeper sert de Unité Centrale du réseau téléphonique :

� Contrôle d'admission des appels

� Contrôle de bande passante

� Administration Centralisée

� Conversion numéro de téléphone en adresse VoIP et vice versa :

Annuaire

� Utilise le protocole RAS (Registration / Admission / Status) H.225

� Gère les terminaux, les passerelles et les MCUs H.323

� Filtrage des appels / Transfert d'appels / Renvoi d'appels

� Routage des appels en fonction de l'heure, de la congestion réseau ou

interface moins chère (GSM quand on appelle un portable)

Pile H323 : structure protocolaire_____________________________________

Les connexions TCP sont celles qui correspondent au canal D de RNIS. Les

connexions UDP sont celles qui correspondent au canal B de RNIS

43 VoIP / ToIP

Procédure d'appel H323 ____________________________________________

Séquence d’appel H323 sans GateKeeper

CALL SETUP

CALL PROCEEDING

CALL ALERTING (sonne)

CALL CONNECT (décroché)

Flux RTP

TCP 1720

UDP

@destinataire : [email protected]

TCP 5000

TCP 5000

Flux RTCP RRFlux RTCP SR

UDP 7000 UDP 9001

Séquence d’appel H323 AVEC GateKeeper

Travaux.Pratiques

1. localisation d'un GateKeeper (breakCoast sur le port UDP1718) – 2. enregistrement du

terminal – 3 demande d'appel N°… - 4. GateKeeper donne la position du correspondant – 5.

demande d'autorisation d'appel – 6. autorisation d'appel transmis (+réservation bande

passante) – 7. GateKeeper prévient la GateWay + appel – 8. Si "OK", retransmission des flux

(CANAL D) vers le Terminal – 9. le correspondant décroche : communication directe pour la

voix entre le terminal et la GateWay + signalisation de facturation en plus vers le

GateKeeper.

44 VoIP / ToIP

Relâchement d'appel H323 __________________________________________

Séquence de décrochement H323 AVEC GateKeeper

Travaux.Pratiques

1. le correspondant raccroche (en connexion avec la GateWay) – 2. la GateWay prévient le

Terminal – 3. le Terminal confirme le décrochage – 4. la gateWay prévient le GateKeeper de

l'arrêt de la communication pour arrêter la "facturation" – le GateKeeper Clôt la

conversation vers la GateWay et prévient le Terminal.

45 VoIP / ToIP

SIP

46 VoIP / ToIP

Le protocole SIP est une protocole de Voix sur IP libre.

SIP (Session Initiation Protocol) _______________________________________

Le protocole SIP :

� est un protocole de signalisation téléphonique end-to-end

� est un protocole simple et évolutif

� permet la gestion des conférences

� échange des informations en ASCII (lisibles)

� utilise les ports TCP 5060 et UDP 5060

Il fonctionne avec les standards :

� RTP / RTCP

� RTSP (Real Time Streaming Protocol)

� SAP (Session Advertisement Protocol) : pour le multicast

� SMTP / MIME : pour la description de contenu

� RSVP : pour la réservation de bande passante

� HTTP : il est possible d'appeler une adresse SIP dans une page WEB

� DNS : serveur de Nom – pour retrouver les usagers et serveurs

� MGCP (Media GateWay Control Protocol) : communication inter-

GateWays

REGISTRAR REDIRECT LOCATION

CLIENTS SIP

CLIENTS SIP

CLIENTS non-SIP

Architecture SIP

UAS UAS UAS

UAC UAC UAC

SIP Media GateWay

47 VoIP / ToIP

Composants SIP ___________________________________________________

Les USERS AGENTS :

UAC : User Agent Client – Logiciel intégré dans les Terminaux

UAS : User Agent Server – Services sur les serveurs SIP

Ces agents fonctionnent sous forme transactionnelle :

"Requête/Réponse".

Serveur PROXY :

Le serveur PROXY permet de mettre en relation des Terminaux qui ne

pouvaient pas se voir (au niveau IP) – il sert de PROXY.

Serveur redirect :

Service qui est interrogé lors de demande de connexion afin de faire

suivre des appels ou de les faire passer d'un système VoIP à un autre.

Serveur Registrar :

il s'agit du service qui permet aux Terminaux de s'identifier. Au même

temps, ils seront référencés (adresse IP, quel proxy permet de le

joindre …) pour un appel.

Location Serveur :

service qui permet de stocker les localisations des Terminaux SIP.

Communication directe _____________________________________________

Pour que cela soit possible, il faut que l'appelant connaisse l'adresse IP du

correspondant.

Communication directe

UASUAC

Appela

nt A

ppelé

invite

trying (100)

ringing (183)

ok (200)

ACK

RTP

RTP

RTCP

48 VoIP / ToIP

Communication via proxy ___________________________________________

Communication via PROXYBA

Appela

nt A

ppelé

invite

trying (100)

ringing (183)

ok (200)

ACK

RTP

RTP

RTCP

Localisationde B ?

invite

trying (100)

Localisationde B ?

invite

trying (100)

ringing (183)ringing (183)

ok (200)ok (200)

Proxy Statefull : le proxy mémorise ses actions de localisation et de mise en

relation. (il s'agit du schéma ci-dessus) le ACK passe par les proxy pour qu'ils

sachent que la communication commence… ils stockent l'information pour

des statistiques.

Proxy StateLess : le proxy ne mémorise pas ses actions de localisation et de

mise en relation. le ACK ne passe pas par les proxy, il est envoyé

directement vers l'appelé.

Messageries, transfert d'appel et serveur vocal __________________________

Aujourd'hui, les IpBX sont équipés de serveurs de messagerie qui stockent les

messages en MP3 prêts à être écoutés au téléphone ou reçus par Email.

Les transferts d'appels les messageries ou numéros externes fonctionnent de

la même manière qu'un appel normal.

La fonction serveur vocal est très souvent incluse dans les packages VoIP

(attention par chez tous les opérateurs).

49 VoIP / ToIP

Procédure d'enregistrement d'un Terminal_________________________

Dans la configuration SIP, nous avons une variable "serveur PROXY" car c'est

celui qui connaît le Terminal et le moyen de le joindre.

Le Registrar va l'enregistrer dans la base de données du Localisateur – et il

contient l'information "connecté".

Enregistrement d’un Terminal

REGISTRER

ok (200)

PROXY REGISTRAR LOCALISATION

REGISTRER

Enregistrementdans la Base

ok (200)

Souvent les services PROXY, REGISTRAR, LOCATION, REDIRECT sont sur le

même serveur.

Adressage et Enregistrement_________________________________________

La méthode utilisée est assez simple et pratique : le format d'une adresse

Email : sip: [email protected]

Lien sip se note sip:[email protected]

C'est à la connexion que le Terminal d'identifie avec son identifiant – ce qui

permettra de le retrouver.

50 VoIP / ToIP

Messages, requêtes et ordres SIP______________________________________

Le protocole SIP est en mode ASCII, donc les requêtes et les réponses sont

facilement exploitables.

REQUETES REPONSES

INVITE initialisation 1xx informations

ACK Confirmation 200 OK

BYE fermeture 3xx redirection

CANCEL arrêt connexion 4xx erreur

OPTIONS applic. privée 5xx erreur serveur

REGISTER enregistrement 6xx erreur système

Quelques réponses SIP

100______ traitement en cours

180______ sonnerie en cours

181______ appel transféré

182______ mise en attente (queue)

183______ attente réseau propagation

200______ OK

300______ plusieurs destinataires possibles (car adresse incomplète)

301______ utilisateur a bougé et n'est plus localisé correctement

302______ adresse provisoire (de secours)

305______ destinataire joignable au travers d'un Proxy

400______ requête erronée

401______ droits insuffisant pour la requête

402______ paiement attendu pour continuer

403______ interdit

404______ destination introuvable

405______ méthode non autorisée

406______ méthode non acceptable

407______ le proxy réclame une authentification

408______ requête a expiré – attente trop longue

482______ boucle détectée

483______ trop de sauts

500______ erreur interne au serveur

502______ mauvaise passerelle

600______ occupé partout !

ORDRES

INFO info + tonalités

PUBLISH info sur état serveur

UPDATE redirection

PRACK sécurisation provisoire

MESSAGE message CHAT

51 VoIP / ToIP

Appel direct via des passerelles ______________________________________

Communication RTC en passant par SIP pour téléphonie “Gratuite”

BA

ACK

RTP

RTP

RTCP

Localisationde B ?

invite

trying (100)

ringing (183)

ok (200)

RTC RTC

Nous sommes dans le cas de la téléphonie "gratuite". Appel de RTC

vers RTC en passant par SIP.

Fonctionnement des passerelles ______________________________________

Une passerelle est une GateWay. Elle peut (comme en H323) se brancher sur

du RTC, RNIS, ATM, Voip gateway, GSM, PABX, xDSL, …

Le Call Agent _____________________________________________________

permet de créer un compte, le modifier, le supprimer, il donne les ordres de

sonneries, il appelle.

Le call Agent (Call Manager) est en SIP : le proxy

52 VoIP / ToIP

Fonctionnement et format des en têtes SIP ________________________

� Première ligne : indication du type de message (INVITE) puis adresse SIP de

l'expéditeur et version du protocole utilisé

� La seconde et la troisième ligne indiquent les entités SIP traversées par le

message avec le numéro de port d'écoute, ce champs est important pour

que les réponses puisent emprunter le même chemin (au niveau SIP et pas

nécessairement au niveau des liens physiques).

� Les champs To et From indiquent respectivement l'adresse de l'expéditeur

et celle du destinataire entre "<>" avant l'adresse il est possible (comme

ici) de mettre un nom d'alias pour la personne.

� Le champs Call-ID permet d'identifier de manière unique la

communication.

� CSeq indique le type de message et son numéro de séquence.

� Content-Type : le type d'application.

� Content-Length : taille de l'en-tête.

� "Max-Forwards: 7" nombre de passerelles traversables

� Le second message est un message d'acquittement (200 OK). Dans ce

message, les champs du message qu'il acquitte ont étés recopiés.

53 VoIP / ToIP

Deuxième partie de la trame : le SDP __________________________________

v = version du protocole description du média

o = propriétaire, initiateur, origine m = nom du support + adresse port

s = nom de la session i = titre du support

u = adresse sip propriétaire c = information de connexion

e = Email b = information bande passante

p = numéro de téléphone k = clé de cryptage

z = ajustement horaire de la zone a = autres supports

t = horaire de l'activation de la session

r = zéro ou nombre de tentatives

La trame "RING" – sonnerie __________________________________________

En première ligne : 180 RINGING précise que le correspondant sonne.

54 VoIP / ToIP

Comparaison SIP / H323_____________________________________________

Une grande différence viens du fait que H323 est propriétaire et que SIP

non.

55 VoIP / ToIP

MGCP

56 VoIP / ToIP

MGCP (Media GateWay Control Protocol)________________________________

Il s'agit du protocole de communication entre les GateWay :

� protocole de maître / esclave

� permet l'intégration de Terminaux Stupides

� permet l'intéropérabilité entre les protocoles de signalisation

� permet la signalisation entre les passerelles

� utilise les ports UDP 2427 et UDP 2727

Les éléments gérés par MGCP ne se gèrent pas seul (non autonome).

Il s'agit de protocole à "stymulus" : le Terminal (ou carte d'entrées sorties) se

laisse gérer par son hôte – ceci permet de centraliser la gestion.

H323 et SIP, eux, permettent de communiquer avec des éléments

autonomes.

Graphique à corriger

57 VoIP / ToIP

SECURITE

58 VoIP / ToIP

Sécurité des informations ___________________________________________

SIP et H323 permettent de coder (crypter les flux média)

Possibilité d'authentifier les flux de signalisation (certificats)

Utilisation de numérotation de session pour éviter le Session Replay

Utilisation de VLAN pour séparer les informations VoIP des autres

Le codage se fait durant le paramétrage des ToIP.

Sécurité de l'infrastructure __________________________________________

La question récurrente est : "faut-il brancher les ToIP sur le même réseau

que l'informatique ?"

Sécurisation des Switchs

POE

Routeur

Dans le cadre de connexion intersite, il est fortement conseillé d'utiliser le

VPN.

59 VoIP / ToIP

Quelques acteurs du marché _________________________________________

CISCO

Alcatel

Siemens

Orange Bussiness

Thomson

3CX.com

W3tel

a6telecom.fr

Keyyo (Phone Systems)

Dialpad

Packet 8

Delta Three (iConnecThere)

CallVantage (AT&T)

VoiceWing (Verizon)

Freenet

FWD (Free World Dialup)

GSMbit

IAXTel

SER

SIPPhone

Service VoIP SIP du projet Gizmo.

Switchboard

Telio

TotalTalk (America On Line)

Vling (Earthlink)

VoIPGate

Vonage

Sipgate

BD Multimédia (CallShop Solution)

Plug & Tel

Vista Telecom

Open4ip Conference Call

PhoneWW

Anaxoo

AVAYA

XIVO

60 VoIP / ToIP

conclusion sur les Pièges de la VoIP____________________________________

1. les codecs

2. La bande passante utilisable / utilisée / débit garanti

3. le CPU des éléments actifs (QoS)

4. PoE et risques

5. mauvais téléphones

6. Ne pas changer les plans de numérotation