La ToIP/VoIP - IUT de Nice

La ToIP/VoIP
Voix et téléphonie sur IP
Convergence voix et données
Evolution de la ToIP
la téléphonie sur IP
représentait en 2005
8% du parc total des
lignes dans le monde.
VoIP
ou Voice over Internet Protocol
consiste à transmettre une conversation
vocale sur un réseau IP
Challenges
Utiliser un (protocole) réseau orienté “transfert
de données” (asynchrone) et “commutation de
paquets” en mode “Best Effort”
avec une application qui par essence demande à
utiliser une “commutation de circuits”
pour véhiculer des données synchrones (c.f.
réseau téléphonique commuté) dans des délais
déterministes
La téléphonie sur IP
ensemble de fonctions téléphoniques
utilisant le protocole IP pour transmettre de la voix
et gérer les fonctions téléphoniques
La voix est numérisée, compressée et transmise sous forme
de paquets IP routés
Exemple d’applications:
Netmeeting: Implémentation Microsoft de H323
Skype: 3Q2003, propriétaire et fonctions téléphoniques
limitées
Nombreux partenariats aujourd’hui
Offres Triple-play: Freebox utilisait MGCP et permet
maintenant un compte SIP supplémentaire
Asterisk, sipXpbx, openSER
TCP/IP et le temps réel
Challenges techniques
Malgré le temps de latence (temps de
transmission des paquets)
ajouté au temps de compression de la voix
doit permettre permettre un bon MOS (une
conversation naturelle)
en garantissant une QoS (Quality of Service) de
bout en bout
pour prétendre remplacer la téléphonie fixe, il
faudra un ensemble de fonctions beaucoup plus
évoluées
Devra aider à simplifier les tâches de gestion et de
maintenance des réseaux d’entreprise
Qualité de service
Critère différentiateur dans la définition d’un cahier des
charges, le choix, la configuration d’un réseau VoIP
7 critères pour agir sur la qualité de service (QoS) d’un réseau VoIP :
(Bande
Temps de réponse, temps d’attente (latence) pour mesurer le temps écoulé
pour la transmission de la voix.[150-400ms]
Gigue (Jitter) [<<150ms]
délai entre l'émission du signal et la réception de ce même signal en
réverbération produit par les composants électroniques des parties
analogiques
Fiabilité
une communication VoIP peut perdre des paquets.
Le taux de paquets perdus reflète le niveau d’audibilité de la communication.
Traitement du phénomène d’écho
délai entre deux paquets de donnés
permet de mesurer et contrôler l’instabilité du réseau.
Perte de transmission (Packet loss) [1-3%]
passante: dans contexte d’allocation par connexion ou rate-limit)
codecs utilisés (e.g. G711=64kbps)
intensité (Erlang)
offre symétrique
Disponibilité de service
Solution de survie
Sécurité
Confidentialité des conversations
Usurpation d’identité
Les avantages de la VOIP
Appels gratuits en local et national, entres agences et
vers les télétravailleurs
Transfert dess appels du siège de l’entreprise vers les
succursales connectées en réseau
Lignes spécialisées remplacées par lignes SDSL
Economie sur facture téléphonique vers les GSM et
l'international (Centrex IP)
Externalisation des téléphones IP sur un VPN
d'entreprise ou via un simple accès ADSL
Administration simplifiée de votre système téléphonique
Possibilité de conserver le parc de téléphones existants si
solution hybride
En hébergeant l’IPBX chez un opérateur, permet de
relier vos collaborateurs via Internet (Fonction IP
Centrex)..
Architectures séparées
Site distant
Réseau
Inter
Opérateurs
RTC
Opérateur
Local
RTC
Opérateur
Local
Site central
Convergence
Systèmes IPBX HYBRIDES
permet de passer à “la voix sur IP”
sans changer vos téléphones
ni le câblage téléphonique
E.g.
IP OFFICE de AVAYA
CallManager/UCCX de Cisco
Ascotel/NeXspan de AastraMatra
Passer de la téléphonie
traditionnelle à la VoIP
PABX
Elément central de la téléphonie traditionnelle en entreprise
Plusieurs solutions pour le passage en VoIP:
Ajout d’une passerelle IP au PABX déjà présent
Le remplacement du PABX classique par un IP PBX (serveur
d'appel VoIP et serveur d'application)
implique le remplacement des terminaux par des postes IP
l’externalisation vers un IP Centrex, service fourni par un
fournisseur de solution de VoIP, qui gère le service de bout en
bout
location ou vente de terminaux
devenues crédibles grâce à la maturité des technologies de
VoIP d'entreprise et au déploiement à large échelle de lignes
(S)DSL abordables
Marché SOHO: Quid de l’ancien
poste analogique ?
POTS: Plain Old Telephone Service
Service de téléphonie analogique de
base
On peut les récupérer et les connecter
par un petit boîtier avec une interface
dite FXS (Foreign Exchange Station)
fournit le courant d'alimentation
permet le branchement direct sur le
réseau Internet
solution de plus en plus proposée par
les fournisseurs d'accès Internet
comme Free avec la Freebox
Marché SOHO: Quid de la ligne
d'arrivée téléphonique ?
Connexion à une interface dite FXO
(Foreign Exchange Office)
alimentée par l'autocommutateur ou le
réseau opérateur
permet faire par exemple une passerelle
entre le monde SIP et la téléphonie classique
Intérêt: conserver l'installation téléphonique
existante tout en la connectant dans les
deux sens au monde VoIP
Asterisk: www.asterisk.org
PC
Linux
Cartes modem full-duplex
Carte TDM pour utilisation dans Asterisk
Les équipements
IP-Phone
SIP, H323, IAX, propriétaire
Adaptateur ATA (Analog
Telephone Adapter) pour
téléphone ou fax (T.38)
SIP, IAX
SoftPhone
Logiciel sur PC, PDA, Mobile
SIP, H323, IAX, propriétaire
Les équipements
Serveur de communications
(exemple : Call Manager de Cisco)
- gère les autorisations d'appels entre les
terminaux IP ou softphones et les
différentes signalisations du réseau
- possède des interfaces réseaux
opérateurs (RTC ou RNIS), sinon les
appels externes passeront par la
passerelle dédiée (gateway voir plus
loin).
Les équipements
VoIP Gatekeeper (Gestionnaire d’appel)
VoIP Gateway (Passerelle)
assume les fonctions de contrôle d’appels et de gestion des terminaux.
détient l’intelligence du réseau et donne des fonctionnalités de
téléphonie aux terminaux distants.
élément de routage équipé de cartes d'interfaces analogiques et/ou
numériques
s'interconnecte avec d'autres PABX (en QSIG, RNIS) ou opérateurs de
télécommunications local, national ou international.
peut assurer l'interface de postes analogiques classiques qui pourront
utiliser toutes les ressources du réseau téléphonique IP (appels
internes et externes, entrants et sortants).
Router/Firewall
assure la commutation des paquets d'un réseau vers un autre
réseau
Les équipements
Switch
assure la distribution et commutation de dizaines de
port ethernet
il peut intégrer la téléalimentation des ports ethernet
à la norme 802.3af pour l'alimentation des IP-phones
ou des bornes WIFI en 48V (PoE)
sépare et implémente les priorités de QoS entre VLAN
data et VLAN Voix
MCU: (optionnel) qui gère les conférences audiovidéo.
Serveurs d’authentification (Radius)
Serveurs de facturation (CDR/billing)
Serveurs DNS
Les flux
Flux téléphone autres éléments
SIP, H323, …
Enregistrement, signalisation
RTP
Transfer du flux media
(T)FTP
Màj firmware téléphone et configuration
CRL (Certificate Revocation List)
Certificats pour authentification
etc.
Architecture basique pour H323
Architecture basique pour SIP
– SIP Proxy : accès au réseau et relai pour les IP phones & softphones
– SIP redirect proxy : fait la résolution d’adresse SIP en addresse IP
(comme sorte de DNS) avant d’établir la connexion SIP
– SIP registar : identifie et enregistre les clients connectés pour
finalement les associer à une adresse IP pour savoir où les joindre
22
Les protocoles standards
Standard H323
développé par l'ITU-T
Le précurseur
copie les principes de la téléphonie classique
Standard SIP (Session Initiation Protocol)
développé par l'IETF
concurent mieux adapté à l'Internet
permet le développement des fonctions téléphoniques
Nombreux softphones (logiciel sur PC avec casque et micro) disponibles
MMUSIC
MEGACO-H248-MGCP : Media Gateway Control Protocol
SCCP (ou Skinny de Cisco)
IAX/IAX2: Inter Asterisk Protocol
Non standardisé mais ouvert
Avantages et Inconvénients H323,SIP et MGCP
Avantages
SIP
H323
MGCP
Inconvénients
Simple à mettre en œuvre, messages écrits en clair
Interopérabilité très bonne
Grâce à CPL (Call Processing Language) qui utilise
XML, il est très facile d’ajouter des services
intelligents de redirection
Très bonne possibilité de gestion de la mobilité
Utilisé pour la téléphonie 3G (UMTS)
Pas encore de grande référence
Service supplémentaire de téléphonie
inexistant
En pleine maturation
Maturité du protocole: Actuellement version 4 pour la
définition.
Les premières mises en œuvre de V3 commencent
juste à apparaître
Beaucoup de constructeurs utilisent H323
Peut supporter autre chose que IP. Existe aussi sur
ATM
Protocole très complexe, manque
d’inter-opérabilité
Difficultés avec les FireWall
Support des fonctions avancées de la
téléphonie.
Pas dans l’esprit « Internet »
Permet d’utiliser des téléphones « idiots »
Indépendant des protocoles de signalisation
supérieurs (H323,SIP)
Bien pour les opérateurs voulant faire du RTC-IP-RTC
Pas encore de grande référence
Service supplémentaire de téléphonie
inexistant
En pleine maturation
Focus sur le protocole SIP
Protocole similaire à http :
Gestion de sessions entre participants
SIP : signalisation, et
RTP/RTCP/RTSP : données média
Données transportées de toute
nature : voix, images, messagerie
instantanée, échanges de fichiers, etc
Utilise le protocole UDP sur port
5060
Qu’est ce que SIP ?
protocole de signalisation utilisé pour
Une session
un appel téléphonique (en réception et en émission)
ou bien une mise en relation entre plusieurs supports multimédia au même
instant (conférence)
Tout utilisateur peut se connecter à des utilisateurs d’une session déjà
ouverte…
Pour une session, l’utilisateur émet une invitation qui:
ouvrir des sessions dans un environnement IP,
les modifier
et les libérer/fermer
transporte un descripteur de session
permet aux utilisateurs de s’accorder sur la compatibilité de leur média
L’avantage de SIP réside dans le fait qu’il n’est donc pas lié à un
medium spécifique et est indépendant du protocole de
transport.
Fonctions de SIP
possède cinq grandes fonctions pour établir et terminer des
communications multimédia
Adresse de l'utilisateur
pour déterminer le système terminal qui doit être utilisé pour
la communication.
Disponibilité de l'utilisateur
pour déterminer si l'utilisateur a envie de participer à la
communication.
Moyens de l'utilisateur
pour déterminer le média dont dispose l'utilisateur et ses
caractéristiques
La mise en route de la session
"sonnerie" et établissement des paramètres de la session
Gestion de la session
incluant le transfert et la fin de session, la modification des
paramètres de la session ou l'appel de services
Vue globale de SIP
protocole de type requête / réponse
très proche des protocoles http et SMTP
a désormais une place importante dans les télécommunications
ne dispose pas que d’avantages
utilise les URLs pour l’adressage
limites
nécessité d’interagir avec d’autres protocoles pour être pleinement
fonctionnel
disposer d’une adresse SIP c’est :
être constamment joignable
quelque que soit l’endroit où l’on est
si la personne change de bureau, de ville ou même de pays, il lui suffit
de disposer d’une connexion Internet afin qu’elle puisse être joignable
n’importe ou sur le même numéro SIP que lui a attribué son opérateur
VoIP.
Caractéristiques
L’appelant et l’appelé doivent être identifiés via son URL SIP
Les utilisateurs disposant d’un numéro (compte) SIP dispose
d’une adresse ressemblant à une adresse mail.
sip:[email protected]
ici 123456789 est le numéro SIP de l’utilisateur.
Ce numéro SIP est unique pour chaque utilisateur.
SIP dispose des services suivants:
Allocation d’un compte SIP à un utilisateur
Disponibilité de l’utilisateur
Initiation de l’appel
Transfert d’appel (en cas de numéro occupé, aucune réponse)
Numérotation ‘traditionnel’
Portabilité du numéro
Identification de l’appelant et de l’appelé
Invitation de participants à une conférence
Fermeture d’un appel
Architecture de SIP
deux composants dans un système SIP :
UAS (User Agent Server)
représente l’agent de la partie appelée
application de type serveur qui contacte l’utilisateur
lorsqu’une requête Sip est reçue
renvoie une réponse au nom de l’utilisateur
U.A.C (User Agent Client)
représente l’agent de la partie appelante
Le client initie les appels et le serveur répond aux
appels initiés par le client
Un utilisateur peut utiliser des outils tels qu’un
téléphone IP, un PDA, un casque ou même un
logiciel pour effectuer et recevoir ses appels
Architecture de SIP:
réseau de serveur
PS (Proxy Server) ou Relais mandataire
RS (Redirect Server)
réalise simplement une association (mapping) d’adresses vers une ou plusieurs
nouvelles adresses
redirige vers le PS le plus proche pour un appel simple
en mode multicast, le message émis est redirigé vers toutes les sorties auxquelles
sont reliés les destinataires
LS (Location Server)
auquel est relié un terminal fixe ou mobile
agit à la fois comme un client et comme un comme serveur
peut interpréter et modifier les messages qu’il reçoit avant de les retransmettre
fournit la position courante des utilisateurs dont la communication traverse les RS
et PS
RG (Registrar)
gère les comptes SIP alloués aux utilisateurs
accepte les requêtes Register
offre également un service de localisation comme le LS
chaque PS ou RS est généralement relié à un Registrar
Fonctionnement de SIP
Les méthodes de base sont :
INVITE permet à un client de demander une nouvelle
session
ACK confirme l'établissement de la session
CANCEL annule un INVITE en suspens
BYE termine une session en cours
Les codes de réponse sont similaires à HTTP.
100 Trying
200 OK
404 Not Found
Certains codes sont spécifiques à SIP.
180 Ringing
486 Busy
Distinctions
On distingue les serveurs SIP en mode stateful et
stateless :
stateful mémorise l’association entre la requête
entrante et les requêtes sortantes associées
alors que stateless est sans mémoire une fois que les
requêtes sortantes sont générées
On distingue 3 modes d’ouverture de sessions avec
SIP :
Mode Point à point : cas « d’unicast »
qui correspond à la communication entre 2 machines
Mode diffusif : cas « multicast »
(plusieurs utilisateurs via une unité de contrôle MCU –
Multipoint Control Unit)
Combinatoire : combine les deux modes précédents
Téléphone SIP vers Téléphone SIP
SIP Phone A
SIP Phone B
INVITE
100 TRYING - (progress report code)
180 RINGING - (progress report code)
200 OK - (success - user accepted the call)
ACK
Caller confirms receipt of the success code
2 WAY RTP CALL w/ SDP (ESTABLISHED)
BYE (terminates the call)
100 TRYING (progress report code)
200 OK (success)
Flux d’appel SIP avec un serveur Proxy
(Stateless Proxy Server)
PROXY
USER A
USER B
INVITE
100 TRYING
INVITE
180 RINGING
180 RINGING
200 OK
200 OK
ACK
ACK
BOTH WAY RTP CALL (ESTABLISHED)
BYE
200 OK
Flux d’appel SIP avec un serveur Proxy Stateful
(Call Stateful Proxy Server)
PROXY
USER A
USER B
INVITE
100 TRYING
INVITE Record-Route
180 RINGING
180 RINGING F4
200 OK Record Route
200 OK Record Route
ACK
ACK
BOTH WAY RTP CALL (ESTABLISHED)
BYE (Route)
BYE (Route)
200 OK
200 OK
Inconvénients avec SIP
Pare-feu (Firewall)
La majorité des firewalls dans les entreprises bloquent UDP
Les firewalls doivent tenir compte des sessions SIP INVITE
- BYE et ouvrir un « trou » UDP pour accepter l’appel
Le Call Stateful Proxy est obligatoire. Il existe beaucoup de
propositions pour contourner ce problème mais aucune
n’est parfaite!
NAT (Network Address Translation)
Utilise les adresses IPv4 pour cacher les adresses IP
privées
Il est capable de translater une adresse IP privée sur une
plage (pool) d’adresses IP disponibles
Pas de routage pour ce type d’adresses
Solutions envisagées : STUN, TURN, ICE
Solution au problème → IPv6 et pas de NAT!
Le protocole IAX/IAX2
alternative au protocole SIP
utilisé par Asterisk
utilise un port UDP unique (4569,
5036 pour IAX1)
ne rencontre pas le problème du NAT
comme SIP
supporté par de plus en plus
d’opérateurs et de nombreux
équipements
Bibliographie
http://www.voipfr.com
RFC 2543: “SIP: Session Initiation Protocol”
http://www.cis.ohio-state.edu/cgibin/rfc/rfc2543.html
The IETF SIP Working Group home page
http://www.ietf.org/html.charters/sipcharter.html
SIP Home Page
http://www.cs.columbia.edu/~hgs/sip/