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5 Plan d usage Jaito-s137 27/10/09-5

6 De type paquet et non circuit En mode asynchrone (entre l envoi et l arrivée d un même paquet) Avec un multiplexage statistiques de plusieurs flux Voix Transfert de fichiers Avec quelques fois des gros paquets, des bursts Sur le temps de transmission de bout en bout Sur la gigue Sur la perte de paquet Sur l écho Jaito-s137 27/10/09-6

7 Web HTM L File Xfer Signaling & Control SUB Mgm T Network & Config. Mgm T VoIP TERM EMUL HTTP FTP SMTP SIP LDAP SNMP RTP Telnet RTCP 10 / 100 Base T PSTN ATM Frame Relay Jaito-s137 27/10/09-7

8 240 ms pour un bond satellite avec des satellites géostationnaires Jaito-s137 27/10/09-8

9 Nécessité de séparer les trafic et de marquer les paquets Le standard 802.1p/Q ajoute un champ de 4 octets à chaque en-tête d une trame MAC (Media Access Control) Ethernet. Utilisation de réseaux locaux virtuels ou VLAN (Virtual LAN IEEE 802.1Q) Sur une même liaison, un PC et un téléphone IP appartiennent à 2 VLAN différents Pour des raisons de sécurité (sauf pour le softphone): le changement de VLAN est sous le contrôle du switch Un terminal ne peut émettre et recevoir que dans son VLAN Permet de marquer le trafic en fonction du numéro de VLAN Le téléphone IP est pourvu d un micro switch pour connecter le PC Utilisation d un champ de 3 bits pour la Classe de Service (CoS) pour prioriser les paquets du service voix (IEEE 802.1p) Positionné par le terminal Contrôlé et géré au niveau des switches pour router les paquets voix en priorité Ethernet Layer 2 Header without 802.1p/Q information Destination Address Source Address 6 bytes 6 bytes Type/Length 2 bytes Payload n bytes CRC 4 bytes Ethernet Layer 2 Header with 802.1p/Q information Destination Address Source Address 6 bytes 6 bytes Tag Control Ifo 4 bytes Type/Length 2 bytes Payload n bytes CRC 4 bytes Tagged Frame Type 8100h For Ethernet 2 bytes 802.1p priority Field 3 bits O 1 bit 802.1Q VLAN Id 12 bits CoS Application Reserved Network control Voice (10 ms) Videoconference (100ms) signaling High priority Low priority Best effort Jaito-s137 27/10/09-9

10 Taille du paquet limité à octets environ Suivant l algorithme de codage de la parole retenu Temps de transit d un nœud pour un paquet ou une trame IP 400 ms pour un paquet d 1 koctets à 19,2 kb/s 32 ms for a un paquet de 256 octets à 64 kb/s 4 ms pour un paquet d 1 koctets à 2 Mb/s Mécanisme TOS Type of Service - IPV4 Version Length ToS 1 Byte Len ID Offset TTL Proto FCS Layer 3 (IPV4) packet IP-SA IP-DA 1B 2B 2B 2B 1B 1B 2B 4B 4B 20 byte Header Data Precedence 111 Network Control 110 Internetwork Ctl 101 Critical 100 Flash Override 011 Flash 010 Immediate 001 Priority 000 Routine Delay 0 Normal 1 Minimize Throughput 0 Normal 1 Maximize Reliability 0 Normal 1 Maximize Monetary cost 0 Normal 1 Minimize Reserved Always 0 Jaito-s137 27/10/09-10

11 Layer 3 (IPV4) packet Version Length ToS 1 Byte Len ID Offset TTL Proto FCS IP-SA IP-DA 1B 2B 2B 2B 1B 1B 2B 4B 4B 20 byte Header Data Differentiated Services Code Point (DSCP) CU (Currently Unused) Jaito-s137 27/10/09-11

12 Accepte ou rejette une nouvelle connexion Le Call Admission Control est utilisé par les routeurs d accès au réseau WAN pour limiter le nombre d appels simultanés en fonction de la bande passante allouée au service voix Class Based Queuing = round robin queuing (tourniquet) Un coefficient est affecté à chaque classe pour sélectionner plus ou moins de paquets dans la file d attente Fair Queuing - Weighted Fair Queuing Partie clé de l architecture INTSERV (Integrated Services) de l IETF L application définit le débit maximal, le débit moyen, la taille maximale d un burst, la taille d un paquet Ceci est transmis vers le point de destination à l aide d un message PATH Les routeurs réservent les ressources correspondantes Au point de destination, un message RESV est transmis dans l autre sens pour réserver des ressources sur le chemin de retour Jaito-s137 27/10/09-12

13 Sur le Wan, plusieurs trafic sont acheminés en multiplexant différents type: voix, données, vidéo Nécessité de transporter les données suivant le type de trafic L offre des Opérateurs: les réseaux VPN MPLS Des routes avec labels ( tagged ) sont définies à travers le réseau de l opérateur en utilisant le protocole MPLS (Multi Protocol Label switching) En plus, des ressources peuvent être réservés. Plusieurs protocoles sont utilisés dont RSVP L Operateur offre plusieurs Classes de Services avec les garanties correspondantes ( SLA ) Données priorité basse / moyenne : haute + voix + vidéo Allocation de bande passante suivant un pourcentage de la bande passante totale Chaque flux de trafic se voit alloué une classe dépendant a) de IP source ou destination, b) du port, c) de l application (Telnet, FTP, HTTP, ) Internet: Pas de garantie De bande passante De délai de transmission En terme de redondance Cependant, Les liaisons sont à très haut débit Internet est complètement maillé, ce qui assure une haute disponibilité Les réseaux sont surdimensionnés Si une fonction de type VPN est nécessaire, on peut utiliser: IPSec L2TP (Level 2 Tunneling Protocol) Jaito-s137 27/10/09-13

14 UDP Header 8 bytes Source port 2 bytes Destination port 2 bytes Length 2 bytes Checksum 2 bytes => Besoin d un protocole spécifique au niveau session Jaito-s137 27/10/09-14

15 RTP Data gram RTP Data gram RTP Data gram IP Header 20 bytes UDP Header 8 bytes RTP Header 12 bytes RTP Payload (the data) n bytes Version 3 bits Padding 1 bit Extension 1 bit CRC 4 bits Marker 1 bit Payload Type 7 bits Sequence # 2 Bytes Time stamp 4 Bytes Source identifier 4 Bytes Jaito-s137 27/10/09-15

16 RTP Data gram RTP Data gram RTP Data gram IP Header 20 bytes UDP Header 8 bytes RTP Header 12 bytes RTP Payload (the data) n bytes Version 3 bits Padding 1 bit Extension 1 bit CRSC 4 bits Marker 1 bit Payload Type 7 bits Sequence # 2 Bytes Time stamp 4 Bytes Source identifier 4 Bytes Version (version 2 = 10) Padding: if 1, the last byte = # of bytes added to fill up the packet Extension: extension of the RTP header CRSC : number of identifier of contributor (often = 0) Marker: see RTP profile; If H.225 is used, set to 1 Payload type: type of information transported (see table) Sequence number: used to detect missing packet Time stamp: the unit is the basic frequency for sampling of the codec (e.g Hz for G.711) Initial values of sequence number or time stamp are random Payload type Codec PCM, µ law PCM, A law G.722 G.723 G.728 G.729 H.263 H.261 Application type Audio Audio Audio Audio Audio Audio Video Jaito-s137 27/10/09-16 Video

17 IETF RFC 1889 (changed in RFC3550) Limité à 5% d overhead Utilise le port RTP + 1 (mais pourrait utiliser le même port) Messages Sender report (SR) Receiver report (DR) Permet de synchroniser l horloge Rapport du taux de perte de paquets et du nombre de paquets perdus Gigue Source description (SDES) Applicative information (APP) Utilisé pour définir les paramètres pour RTP et les changer durant l appel Pas plus d un message toutes les 5 secondes RTCP est en particulier utile pour les communications en multicast Jaito-s137 27/10/09-17

18 Le numéro de séquence permet de vérifier l ordre des paquets ainsi que la perte de paquet En cas de changement dans l ordre, le récepteur peut réordonner les paquets et ainsi restaurer le bon paquet au bon moment En cas de perte de paquet, le récepteur peut combler le trou en calculant un paquet extrapolé et en l insérant L horodatage (horloge) permet de mesurer le délai dans la réception d un paquet. Les tampons mémoire sont dimensionnés suivant la gigue (avec RTCP) Ceci permet de la compenser clock Jaito-s137 27/10/09-18

19 Les en-têtes (IP header, UDP header, RTP header) représentent = 40 octets Mais l analyse du contenu de ces en-tête montre que de nombreuses valeurs ne changent pas pendant toute la durée de la communication Une fonctionnalité appelée RTP header compression ou crtp peut être utilisée Quand crtp est activé, les en-têtes combinés sont compressés jusqu à 2 à 5 octets Ce mécanisme doit être reconnu par les routeurs N est pas utilisé sur les liaisons à haute vitesse car requiert beaucoup de capacité de traitement dans les routeurs; par ailleurs, sur les liaisons à très haut débit la compression n est pas nécessaire RTP Data gram RTP Data gram RTP Data gram IP Header 20 bytes UDP Header 8 bytes RTP Header 12 bytes RTP Payload (the data) n bytes Compressed RTP Header 2-5 bytes Jaito-s137 27/10/09-19

20 Ethernet header (VLAN) 18 octets + 4 octets CRC + 1 octet préambule IP header 20 octets UDP header 8 octets RTP header 12 octets (les 3 en-têtes ci-dessus peuvent être réduites à 2-5 octets avec crtp) Paquets / trame de parole Dépendant de l algorithme de codage Des paquets de x ms introduisent le même retard dans la transmission Début de décodage du paquet après l avoir reçu complètement Exemple: avec G.711 and 20 ms par paquet voix Chaque 20 ms un paquet est produit avec 8 x 8000 (Hz) x 0,02 (20 ms) bits Ou 160 octets 63 octets d en-tête = trame de 223 octets 50 trames par seconde Soit 89,2 kb/s On réserve souvent 100 k/s par voie de communication comme règle d ingénierie Avec 10 ms par paquet voix, 143 octets par trame ou 114,4 kb/s Si, sur un 2 Mb/s, avec de la transmission de données à moins de 40% 99% du temps, la bande passante à allouer à la voix est de 1,2 Mb/s maximum On peut allouer (paramètre Call Admission Control sur le routeur d extrémité) appels simultanés Mais pendant 1% du temps, on est susceptible d avoir de la perte de paquet et il faut ralentir les flux les moins prioritaires (transfert de fichiers par exemple) Jaito-s137 27/10/09-20

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25 Codec = Coder + Decoder Caractéristique d un codec VAD: Voice Activity Detection Sur voix uniquement, pas sur du bruit Buffer : tampon mémoire (=> retard) & DTX: possibilité de transmission discontinue (silences) CNG: Comfort Noise Generation Taille de la trame Lookahead (anticipation) Puissance des DSP (Data Signal Processor) Robusté face à la perte de paquets Avec FEC (Forward Error Correction) Droits d usage (Intellectual Property rights) Bandes passantes de la voix Téléphone: Hz Voix: Hz Musique (Hi-Fi): Hz Stéreo Ultrason: > Hz (= non audible) Codec pour la transmission en temps réel Jaito-s137 27/10/09-25

26 Jaito-s137 27/10/09-26

27 20 ms Jaito-s137 27/10/09-27

28 Excellent Good Medium Poor Bad Jaito-s137 27/10/09-28

29 G.711 (A-Law & μ-law) MOS = 4.2 G.726 ADPCM MOS = 4.2 G Hz Coding in 2 8kHz sub-band such as ADPCM Pour l audioconférence G Hz DCT Discrete Cosine transform 20 ms frame (20 ms delay) No prediction technique => packet loss robustness G (default codec for H.323) 30 ms frame ms lookahead 5,3 & 6,4 kb/s No DTMF VAD, DTX, CNG IP Min delay: 37,5 ms MOS = 3.7 & 3.9 G.728 Low delay CELP 16kb/s MOS = 4.0 Delay < 2.5 ms G ms frame + 5 ms lookahead CELP (CS-ACELP) 8 kb/s VAD, DTX, CNG IP Min delay: 15 ms MOS = 4.0 GSM GSM ms frame 13 kb/s ABS MOS = ilbc Linear LPC-10 Speex Jaito-s137 27/10/09-29

30 Videocodec = Son + image Image: Nombre de pixels par ligne (~800) Nombre de lignes (625 for TV) Nombre d images par seconde (25 / 30) Codage d un pixel sur 3 octets: 3 couleurs: Red-Green-Blue RGB Ou Luminance Y et 2 Chrominance U & V Taux d échantillonnage de base: 250 Mb/s CIF (Common Intermediary Format) : 352 x 288 pixels QCIF (176 x 144 pixels) ; SQCIF (128 x 96 pixels) H.261 Vidéoconférence pour RNIS (plusieurs canaux à 64 kb/s) 1 image sur 2 ou sur 4 codage optionnel en fonction des images adjacentes Chrominance sur 1 pixel sur 2 Algorithme de codage de type JPEG CIF = 256 kb/s QCIF = 64 kb/s Amélioration de H.261: H.263 Vidéocodec à bas débit Techniques similaires à MPEG 2 Vidéoconférence à 384 kb/s H.264 C est un profile de compression particulier de MPEG4 Vidéoconférence à 192 kb/s Jusqu au format 16CIF Jaito-s137 27/10/09-30

31 Jaito-s137 27/10/09-31

32 Packets per sec. Centralized Call Processing # of IP Phones, Gateways (H.323) with crtp with crtp Distributed Call Processing # of Virtual Tie Lines * crtp = compressed RTP Jaito-s137 27/10/09-32

33 Speaker Listener 2 wire H H 2 wire y y 2 wire b b r r i i d d Talker Echo 2 wire Jaito-s137 27/10/09-33

34 Le téléphone n a que 2 fils Il y a réinjection du signal du micro vers le haut parleur sauf dans les lignes parfaitement équilibrées Particulièrement sur des téléphones main-libre Réinjection de la parole à partir du haut parleur On mesure le signal après un aller retour complet Mesure du signal envoyé et du signal reçu avec retard (Finite impulse Response) On obtient une courbe de réponse par auto-corrélation et différence de temps On soustrait ce signal On arrive à réduite l écho à -45 db du signal initial Nécessite beaucoup de puissance calcul Dépend de la profondeur de l écho ( ms) Téléphone main-libre Jaito-s137 27/10/09-34

35 Excellent = moins de 150 ms Bon = 150 to 350 ms Moyen = 350 ms to 500 ms Inaudible > 500 ms Gateway Router voice Gateway Router Voice Serialization delay 3 ms Delay in Queuing 6 ms Propagation delay 8 to 32 ms Jaito-s137 27/10/09-35

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