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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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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