Voix et Téléphonie sur IP : Protocoles et Standards

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1 Voix et Téléphonie sur IP : Protocoles et Standards Alex Corenthin Département Génie Informatique Laboratoire de traitement de l Information Ecole Supérieure Polytechnique Université Cheikh Anta Diop de Dakar corenthin@ucad.sn

2 Plan de l exposé Session 1 Architectures Plateformes Session 2 Normes Protocoles 2

3 I. Approches existantes Plusieurs approches existent aujourd hui pour apporter des services de VoIP (plus généralement des services multimédia sur IP). La première approche définie par l ITU-T, s inspirant fortement du RNIS, est décrite dans les recommandations : H.323 (pour les terminaux situés dans un réseau d entreprise); H.324 (pour les terminaux connectés sur une liaison modem, visiophonie 3G). La seconde approche, définie par l IETF s appuie sur SIP. 3

4 I. Approches existantes SIP et H.323 utilisent des protocoles de signalisation (établissement des communications) très différents. SIP et H.323 utilisent la même technologie pour le transport de la voix/vidéo = RTP/RTCP 4

5 Protocoles et Normes Base IP + TCP/UDP RTP + RTCP Différentes visions ITU-T: Recommandation H323 la plus ancienne et la plus déployée IETF: protocole SIP - rfc2543 MGCP, Megaco: Multimedia gateway Control protocol, rfc2705 Des consortiums IMTC: International Multimedia Teleconferencing Consortium TIPHON: Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Network 5

6 les protocoles SIP H.323 IETF /5061 (TLS) - HTTP-like, all in one Extensions propriétaires Protocole qui devient une architecture End-to-end (entre IP PBX) Inter-AS MPLS VPNs Confiance transitive Extensions IM (SIMPLE) Famille de protocoles H.235 (sécurité), Q.931+H.245 (gestion), RTP, CODECs, etc. ASN.1 6

7 MEGACO- H248-MGCP MGCP- Média Gateway Control Protocol Définit des protocoles de commande de passerelles de conversion de flux multimédia Exemple: transformation d une voie téléphonique (RTC) en une voie téléphonique IP. Approche reposant sur la séparation de la logique de contrôle des supports multimédia 7

8 MEGACO- H248-MGCP Media Gateway Controller RTC Flux PCM 64 Kb/s Media Gateway IP Flux RTP 8

9 II. H.323 II.1. Introduction Forte influence du monde de la téléphonie dans les solutions adoptées H.323 définit une architecture réseau (typologie d équipements). Chaque équipement à une fonction particulière vision orientée équipement. Plusieurs protocoles du RNIS ont été adaptés pour H.323 (procédures d appels multimédia, conférences d appels, services supplémentaires) De nouveaux protocoles (par rapport au RNIS) ont été définis pour les procédures d authentification, d enregistrement et de localisation. 9

10 II. H.323 (Historique) H.323 version 1: approuvée en juin Initialement prévue pour transporter des flux multimedia sur un réseau local n apportant pas de garantie de QoS Quelques problèmes en terme de performances et de fonctionnalités H.323 version 2: approuvée in février Sécurité (authentification, mécanismes de chiffrement); Procédure de "fast connect" (possibilité d envoyer des annonces vocales dans les phases initiales de l appel pas de DTMF!); Introduction des premiers services supplémentaires (renvoi d appel, transfert d appel, etc.) H.245 tunneling (possibilité d encapsuler des messages H.245 dans des d appels messages H.225.0). 10

11 II. H.323 H.323 version 3: Approuvée en Transport de différents types de protocoles de signalisations sur la même connexion TCP (Signalisation d appel et signalisation de connexion); Ajout de nouveaux services supplémentaires (CLIR = Calling Line Identity Restriction Service) Possibilité de transporter de la signalisation d appel sur UDP (Annexe E de H.323) H.323 version 4: Approuvée en novembre Décomposition d une passerelle H.323 gateway en MG et MGC ; Parallel launching of the H.245 procedures and of the fast connect (to support DTMF interaction with IN servers) RTP payload pour le DTMF 11

12 II. H.323 H.323 version 5: Approuvée en Juillet Possibilité d utiliser SCTP pour transporter de la signalisation. 12

13 Normes associées H

14 II. H.323 II.3. Les protocoles Signalisation Transport Codecs Services Sécurité Signalisation d enregistrement /contrôle d admission RAS (H.225.0) RTP/RTCP H Audio G.711,G.722, G.723, G.728,G.729 Services supplémentaires H.450.x H.235 Signalisation appel H Vidéo H.261 H.263 Services de conférence H.323 H.332 Signalisation connexion H.245 Data T120 Passerelle H.246 Les principaux standards associés à H.323, d après [4] 14

15 II. H.323 (Notion de zone) Terminal H.323 MCU H.323 Portier H.323 Passerelle H.323 Terminal H.323 Terminal H.323 Zone H.323 RTC QOS LAN RNIS RNIS ATM Autres réseaux Terminal V.70 Terminal H.324 Terminal voix Terminal H.322 Terminal voix Terminal H.320 Terminal H.321 Zone H.323, d après [4] 15

16 Protocoles H323 16

17 Avantages de H323 Codec standards : H.323 établit des standards pour la compression et la décompression des flux audio et vidéo. Ceci assure que des équipements provenant de fabricants différents ont une base commune de dialogue. Interopérabilité : Les utilisateurs veulent pouvoir dialoguer sans avoir à se soucier de la compatibilité du terminal destinataire. En plus d assurer que le destinataire est en mesure de décompresser l information, H.323 établit des méthodes communes d établissement et de contrôle d appel. Indépendance vis à vis du réseau : H.323 est conçu pour fonctionner sur tout type d architecture réseau. Comme les technologies évoluent et les techniques de gestion de la bande passante s améliorent, les solutions basées sur H.323 seront capables de bénéficier de ces améliorations futures. Indépendance vis à vis des plates-formes et des applications : H.323 n est lié à aucun équipement ou système d exploitation. 17

18 Avantages de H323 Support multipoint : H.323 supporte des conférences entre trois points terminaux ou plus sans nécessiter la présence d une unité de contrôle spécialisée. Gestion de la bande passante : Le trafic audio et vidéo est un grand consommateur de ressources réseau. Afin d éviter que ces flux ne congestionnent le réseau, H.323 permet une gestion de la bande passante à disposition. En particulier, le gestionnaire du réseau peut limiter le nombre simultané de connexions H.323 sur son réseau ou limiter la largeur de bande à disposition de chaque connexion. De telles limites permettent de garantir que le trafic important ne soit pas interrompu. Support multicast : H.323 supporte le multicast dans les conférences multipoint. Multicast envoie chaque paquet vers un sous-ensemble des destinataires sans réplication, permettant une utilisation optimale du réseau. 18

19 III. SIP Forte influence des protocoles IETF (HTTP/SMTP). SIP s appuie sur un paradigme client/serveur. Il hérite de la structure protocolaire de HTTP (requête/réponse) et des entêtes de SMTP (From, To, ). SIP définit une architecture logicielle. Deux rôles: Les clients SIP qui envoient ou reçoivent des messages SIP; Les serveurs SIP qui sont chargés de localiser l appelé et de router les messages entre l appelant et l appelé 19

20 III. SIP SIP permet de définir des services de type messagerie instantanée, services de présence, Push to Talk SIP permet également de mettre en oeuvre de la mobilité de terminal (utilisateur joignable via un nom de type 20

21 III. SIP Historique du standard SIP a été initialement défini (en 1996) dans le cadre du groupe MBONE (établissement de sessions multicast IP) Version 1 du protocole sortie en La version 2 de SIP est publiée en mars 1999 (RFC 2543). Depuis juin 2002, une nouvelle version est en vigueur (RFC 3261) 21

22 III. SIP Architecture Contrairement à H.323, SIP ne définit pas une architecture de réseau mais une architecture logicielle basée sur le paradigme clientserveur. Les entités SIP sont incluses dans des domaines DNS (~ zone H.323) Entités SIP : UA or User Agent (Clients SIP): UAC (User agent client): used to initiate sessions SIP (the caller) UAS (User agent server): used to receive requests for entering sessions SIP (the callee) B2BUA (Back to Back user agent) combines the functions of UAC and UAS. Serveurs SIP servers qui facilitent le routage des données SIP. Deux types de serveurs sont définis: Proxy server; (Serveurs caches) Redirect server. (serveurs de redirection) 22

23 III. SIP Proxy server, mode in which a SIP Server acts as an intermediary between SIP clients. Two types of Proxy server (statefull and stateless) Redirect Server, mode in which a SIP server returns the location of the callee to the caller. Registrar: server that takes care of user registration requests. Location server: server that stores location of users. 23

24 III. SIP III.4. protocole (requêtes/réponses) Requêtes SIP: INVITE,BYE,CANCEL,ACK,OPTIONS,R EGISTER,NOTIFY,MESSAGE,REFE R, PRACK, INFO, MESSAGE, SUBSCRIBE SIP requests INVITE ACK BYE Short description of SIP request SIP Session setup Acknowledges the session establishment Close a SIP session 6 familles de réponses SIP : REGISTER User registration 1xx: Information 2xx: Success 3xx: Redirection 4xx: Client error 5xx: Server error 6xx: Global error CANCEL INFO Cancelation of ongoing session establishment procedure Transport information during a session 24

25 Avantages et Inconvénients H323,SIP et MGCP 25

26 H323 Avantages 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 26

27 H323 Inconvénients Protocole très complexe, manque d interopérabilité entre les différentes implémentations (RadVision, Elemedia-Lucent, ) Difficultés avec les FireWall Support des fonctions avancées de la téléphonie. H450.x très peu utilisé. Pas dans l esprit «Internet» 27

28 Où en est la stabilisation? Mise en œuvre en vraie grandeur de solution de VoIP (H323, propriétaire). Offre opérateur naissante (service H323 chez Global One, SIP chez Telia) De plus en plus de demandes des entreprises pour la téléphonie sur IP. 28

29 SIP Avantages Simple à mettre en œuvre, messages écrits en clair Interopérabilité très bonne Grace 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) 29

30 SIP Inconvénients Pas encore de grande référence Service supplémentaire de téléphonie inexistant En pleine maturation 30

31 MGCP Avantages Permet d utiliser des téléphones «idiots» Indépendant des protocoles de signalisation supérieurs (H323,SIP) Bien pour les opérateurs voulant faire du RTC- IP-RTC 31

32 MGCP Inconvénients Pas encore de grande référence Service supplémentaire de téléphonie inexistant En pleine maturation 32

33 H323 SIP MGCP Inspiration Téléphonie HTTP & Nombres d'échanges pour établir la connexion 6 à 7 aller-retour 1 à 5 aller-retour 3 à 4 aller-retour Complexité Elevée Faible Elevée Adaptabilité / Modularité protocolaires Faible Elevée Modérée Implémentation de nouveaux services NON OUI NON Adapté à Internet NON OUI NON Protocoles de transport TCP TCP ou UDP TCP ou UDP Coût Elevé Faible Modéré Avantages Maturité du protocole (Version 4) Beaucoup de constructeurs utilisent H323 - Interopérabilité très bonne - Bonne gestion de la mobilité - Bien pour les opérateurs voulant faire du RTC-IP- RTC ou RNIS-IP-RNIS Inconvénients - Manque d inter-opérabilité entre les différentes implémentations - Difficultés avec les FireWall - Support des fonctions avancées de la téléphonie très complexe - En pleine maturation - Problème avec la translation d adresses - Service supplémentaire de téléphonie inexistant - En pleine maturation 33

34 Protocoles secondaires DNS : Annuaire et localisation DHCP : Attribution IP/DNS/etc TFTP : Configuration & mise à jour HTTP : Administration ENUM : Correspondance adresses SIP / numéros E.164 en utilisant DNS 34

35 ENUM (E164 Number Mapping ) ENUM (RFC 3761) est un protocole qui utilise le système de nommage d Internet (DNS) pour translater les numéros de téléphone (E.164) en des numéros IP permettant l accès aux serveurs VoIP (SIP, H323, ) RFC 3761 replaced RFC 2916 in May

36 La numérotation téléphonique E.164 L organisation de la numérotation téléphonique classique a été définie au niveau international par l UIT dans sa recommandation E.164. Celle-ci décrit la structure des numéros utilisés dans le système de télécommunication international et définit le cadre général et les critères d attribution des codes de pays. L UIT assure la coordination du plan de numérotation international et attribue les codes de pays géographiques aux Etats membres. Au niveau national, chaque Etat membre est souverain pour l allocation et l utilisation des ressources en numérotation sur son territoire. Il s'assure de l intégrité et de la cohérence du plan de numérotation national 36

37 Fonctionnement d ENUM ENUM permet de définir un nom de domaine de l Internet à partir d un numéro de téléphone E.164, et de l associer à des services de communications (service téléphonique, fax, , pager, ). Création du nom de domaine Internet à partir du numéro E.164 Afin de respecter la structure hiérarchique des noms de domaine, la conversion consiste à ajouter le code pays du numéro et à inverser le numéro de téléphone. D'autre part un point (.) dans la chaîne de caractères indique une position où une interrogation de base de données est possible. ENUM a choisi de séparer les chiffres un à un par des points. Ainsi chaque chiffre détermine un domaine dont l administration et la gestion technique peuvent être déléguées. Par exemple, le numéro de téléphone serait converti en " E164.arpa" (ajout du code du Senegal +221 et inversion du numéro), où E164.arpa est le domaine dans lequel sont enregistrés les noms de domaine ENUM. 37

38 ENUM (suite) La spécification ENUM de l IETF établit que les noms de domaine correspondants aux numéros de téléphone E.164 seront situés sous le domaine de premier niveau ".arpa". le nom de domaine associé au numéro (33) (0) serait " e164.arpa". Ce suffixe est aujourd hui utilisé pour l infrastructure d Internet et est administré par l IANA. L IAB, qui est responsable du développement technique de l Internet, a délégué la gestion technique du domaine de deuxième niveau "e164.arpa" au RIPE NCC pour l enregistrement des noms de domaine ENUM. L UIT serait en charge quant à elle de la gestion administrative. Dans cette hypothèse, un Etat membre indiquerait à l UIT sa volonté de recevoir délégation du domaine correspondant à son code pays dans le domaine "e164.arpa". Pour le Senegal, par exemple, il s agirait du domaine «2.2.1.e164.arpa". L UIT notifierait alors au RIPE NCC l autorisation de déléguer le sousdomaine à l entité désignée par l Etat membre. 38

39 Enum : DNS simulation for SN Tier 0 RIPE-NCC e164.arpa Tier 1 NIC.SN e164.arpa Tier 2 Sonatel Sentel. INT ASP Sonatel ASP Sentel ASP. Clients 39

40 Résolution ENUM The PSTN is a multi-service platform To emulate this in IP, IP services associated with a single E.164 may be provided on a collection of different IP service points An ENUM DNS request should return the entire set of service points and the associated service. DNS Selection DNS Connection E.164 address Set of URIs.... URI IP Address TCP/UDP Port Protocol Address 40

41 ENUM (suite) Par ailleurs, certains se prononcent pour laisser les systèmes racines parallèles se développer, à l instar du système de nommage ".gprs" pour les mobiles, en se reposant sur les mécanismes de marché pour l arbitrage entre les différents systèmes. Au contraire, d'autres estiment qu il est important qu ENUM soit mis en œuvre dans le DNS actuellement utilisé dans l Internet et coordonné par l ICANN. Dans ce contexte, il est envisageable que plusieurs systèmes du type ENUM soient développés. Des domaines de second niveau qui s apparentent à des systèmes ENUM parallèles ont déjà été créés, notamment par des sociétés déjà très présentes dans la gestion des noms de domaine : 41

42 ENUM Implémentation on peut citer "enumworld.com" pour la société Vérisign, registry des domaines ".com", ".net" et ".org", "e164.com" déposé par NetNumber ou "enum.org" par la société Neustar qui gère le plan de numérotation pour la zone Amérique du Nord et qui s est vu attribué par l ICANN la délégation du nouveau domaine de premier niveau ".biz". La société Vérisign a par ailleurs initié une phase de tests de services ENUM dans un environnement réel afin d étudier le développement de services ENUM et de résoudre les problèmes de fonctionnement et d interopérabilité qui pourraient apparaître. Pour l'instant, ces systèmes semblent encore en phase expérimentale. Toutefois leur développement parallèle conduit à envisager une multiplicité des systèmes mis en œuvre. L existence de plusieurs domaines de deuxième niveau pourrait être source de confusion pour l utilisateur final. 42

43 ENUM (suite) A côté de ces initiatives, l'uit étudie la faisabilité d'un système public et universel du type ENUM. Le domaine utilisé serait sous l'entière responsabilité de l'uit, celle-ci pouvant déléguer la gestion technique à un prestataire spécialisé. Des domaines du type "e164.int", voire "e164.itu.org", ont par exemple été évoqués. Une autre solution évoquée serait que la gestion du "e164.arpa" lui soit déléguée. Un système développé par l UIT présenterait une garantie de cohérence avec les plans de numérotation E.164 mais aussi de neutralité, de fiabilité et de couverture mondiale. 43

44 44

45 Enregistrements ENUM Ordered list of URIs for E.164 address IP Fax Call to sip:gih@sip.telstra.net 2. mailto:gih@telstra.net fax: imm:gih@irc.telstra.net 6. tel: tel: Initiate PSTN session To

46 References 1) RFC sur IETF, RFC 3350, RFC 3351 IETF, RFC 2327 SDP IETF, RFC 3261 SIP MEGACO RFC ) Voix sur IP - VOIP sur 14 novembre ) Livres & presentations [1] La voix sur IP, Olivier Hersent, David Gurle, Jean Pierre Petit (Editions Dunod) [2] Voice over IP, Ulyss Black, Wiley [3] Principes de commutation numérique, Claude Rigault (Editions Hermès) [4] In depth H.323 overview, Boaz Michaely 46