La ToIP/VoIP. Voix et téléphonie sur IP - Convergence voix et données

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1 La ToIP/VoIP Voix et téléphonie sur IP - Convergence voix et données

2 Evolution de la ToIP la téléphonie sur IP représentait en % du parc total des lignes dans le monde.

3 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

4 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

5 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

6 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 passante: dans contexte d allocation par connexion ou rate-limit) codecs utilisés (e.g. G711=64kbps) intensité (Erlang) offre symétrique Temps de réponse, temps d attente (latence) pour mesurer le temps écoulé pour la transmission de la voix.[ ms] Gigue (Jitter) [<<150ms] délai entre deux paquets de donnés permet de mesurer et contrôler l instabilité du réseau. Perte de transmission (Packet loss) [1-3%] 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 l'émission du signal et la réception de ce même signal en réverbération produit par les composants électroniques des parties analogiques Fiabilité Disponibilité de service Solution de survie Sécurité Confidentialité des conversations Usurpation d identité

7 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)..

8 Architectures séparées Site central Site distant RTC Opérateur Local Réseau Inter Opérateurs RTC Opérateur Local

9 Convergence

10

11 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

12 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

13 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

14 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: PC Linux Cartes modem full-duplex

15 Carte TDM pour utilisation dans Asterisk

16 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

17 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).

18 Les équipements VoIP Gatekeeper (Gestionnaire d appel) 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. VoIP Gateway (Passerelle) 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

19 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

20 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.

21 Architecture basique pour H323

22 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

23 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

24 Avantages et Inconvénients H323,SIP et MGCP Avantages Inconvénients SIP 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 H323 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» MGCP 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

25 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

26 Qu est ce que SIP? protocole de signalisation utilisé pour ouvrir des sessions dans un environnement IP, les modifier et les libérer/fermer 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: 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.

27 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

28 Vue globale de SIP protocole de type requête / réponse très proche des protocoles http et SMTP utilise les URLs pour l adressage a désormais une place importante dans les télécommunications ne dispose pas que d avantages 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.

29 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. ici 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

30 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

31 Architecture de SIP: réseau de serveur PS (Proxy Server) ou Relais mandataire 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 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) 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

32 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

33 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

34 Téléphone SIP vers Téléphone SIP SIP Phone A INVITE 100 TRYING - (progress report code) SIP Phone B 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)

35 Flux d appel SIP avec un serveur Proxy (Stateless Proxy Server) USER A INVITE PROXY USER B 100 TRYING 180 RINGING INVITE 180 RINGING 200 OK ACK 200 OK ACK BOTH WAY RTP CALL (ESTABLISHED) BYE 200 OK

36 Flux d appel SIP avec un serveur Proxy Stateful (Call Stateful Proxy Server) USER A INVITE PROXY USER B 100 TRYING 180 RINGING F4 INVITE Record-Route 180 RINGING 200 OK Record Route ACK 200 OK Record Route ACK BOTH WAY RTP CALL (ESTABLISHED) BYE (Route) 200 OK BYE (Route) 200 OK

37 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!

38 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

39 Bibliographie RFC 2543: SIP: Session Initiation Protocol The IETF SIP Working Group home page SIP Home Page

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