Voice over IP. 14/01/2005 Xavier NOURISSON Adrien ZANCAN

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1 Voice over IP 14/01/2005 Xavier NOURISSON Adrien ZANCAN 1

2 Sommaire 1 Sommaire 1 Sommaire Présentation de VoIP Propriétés de VoIP Interopérabilité Avantages Contraintes rencontrées par VoIP Jitter Suppression des silences Annulation de l'écho Compression de la voix Les protocoles utilisés par VoIP Le protocole SIP Principe de fonctionnement de SIP Entête d'une requête SIP Entête d'une réponse SIP Exemples d'appel SIP Le protocole RTP Entête d'un message RTP Le protocole RSVP Les logiciels VoIP Comparatifs Présentation de PhoneGaim Conclusion Références

3 Présentation de VoIP 2 Présentation de VoIP Afin d'établir une connexion téléphonique entre deux abonnés, la solution classique est d'utiliser des postes fixes et de passer par le réseau téléphonique commuté (RTC). Les téléphones mobiles utilisent le GSM, GPRS et bientôt l'umts. VoIP (Voice over Internet Protocol) apporte une troisième solution. Dans ce cas, deux abonnés appartenant à un même réseau informatique établissent une connexion pendant laquelle les données sont transmises sous forme de paquets. Ceci est réalisé par la numérisation des voix, la segmentation des données en paquets et le transfert via le protocole IP. L utilisateur peut utiliser un poste téléphonique, auquel cas la traduction en flux IP est assurée plus loin dans l acheminement de l appel (au niveau de l opérateur par exemple) ou utiliser un poste multimédia, qui codera la voix en IP soit via un logiciel, soit via l ajout de hardware. VoIP (Voice Over Internet Protocol) représente l'ensemble des technologies destinées à transmettre les données sur un réseau IP. 3

4 Propriétés de VoIP 3 Propriétés de VoIP 3.1 Interopérabilité Les protocoles de signalisation occupent une place très importante dans les systèmes VoIP car ce sont eux qui initialise la communication. En 1996, l'itu (International Telecommunications Union) a définie la norme H.323 pour permettre aux équipements d'être compatibles entre eux. La norme H.323 permet de transférer en temps réel du son, de la video et des données. Cette norme est notamment basée sur les protocoles RTP et RTCP. L'arrivée de cette norme a définie les composants suivants: - les passerelles (Gateway): Permet de passer d'une norme à une autre. - les gardes barrières (Gatekeeper): Contrôle les appels (permission, nombre, ) - MCU (Multipoint.Control Unit): Permet à plusieurs terminaux de se connecter autorisant les conférences. Plus tard, SIP, un protocole équivalent mais plus simple et plus accessible a été définie par l'ietf (Internet Engineering Task Force) pour accélerer le développement de VoIP. Aujourd'hui, les acteurs majeurs de la télécommunication tels que HP, Ericson, 3Com, Alcatel et Cisco ont tous adoptés SIP. 3.2 Avantages La technologie VoIP permet de déplacer le trafic téléphonique du réseau RTC vers un réseau unique IP réduisant par la même occasion les coûts de communication. De plus, cette convergence a crée de nouvelles applications: conversion de fax vers et inversement, courrier vocal, logiciel de téléphone 4

5 Propriétés de VoIP De plus, grâce à la possibilité de diffuser à travers le réseau du son et de la video, les applications comme les vidéo conférences sont devenus accessibles pour tous. Exemple de l'implantation de VoIP dans une entreprise 3.3 Contraintes rencontrées par VoIP Les systèmes VoIP numérisent et transmettent les signaux analogiques de la voix en flux de paquets à travers un réseau de données numériques. VoIP assure la reconstruction correcte des signaux vocaux. Plusieurs techniques sont utilisées pour confronter l'environnement hostile d'un réseau IP et offrir une qualité de service acceptable. Les problèmes rencontrés sont: le délai, le jitter, l'écho, la saturation, la perte de paquets, l'arrivée désordonnées des paquets. 5

6 Propriétés de VoIP Jitter Variation de temps entre l'arrivée des paquets. Ceci produit une voix déformée au lieu d'une voix fluide. Si un paquet n'arrive à temps pour s'insérer dans le flux audio, le paquet précèdent est relu. Ceci dégrade fortement la qualité de la voix. Pour résoudre ce problème, des buffers sont utilisés pour laisser le temps aux paquets d'arriver (VFRAD, MAXcess) Suppression des silences Dans une conversation téléphonique, seulement 50% de la connexion full duplex est utilisée à un instant donné. Cela est dû au fait qu'une seule personne parle pendant que l'autre écoute. De plus, les paquets de voix n'ont pas besoin d'être envoyer pendant les temps de pause entre les mots. Ceci réduit la bande passante nécessaire d'environ 10%. La suppression des silences libère ces 60% de la bande passante Annulation de l'écho L'annulation de l'écho améliore la qualité de la transmission de la voix. L'echo résulte de la réflexion du signal téléphonique vers l'appelant. Plus le signal met de temps à revenir à l'appelant, plus l'echo est perceptible Compression de la voix La compression est essentielle pour VoIP car la transmission passe généralement à travers des connections peu rapide. Certaines entreprises peuvent être reliées au VPN à seulement 28.8kbps. Microsoft Netmeeting, par exemple, supporte la compression de voix G pour la transmission sur modem. La norme ITU G assure une grande qualité de voix pour VoIP. Un test commun utilisé pour déterminer la qualité d'un son produit par un CODEC est le MOS (Mean Opinion Score). Avec MOS, on juge la qualité d'un échantillon de voix sur une échelle de 1 (médiocre) à 5 (excellent). 6

7 Les protocoles utilisés par VoIP 4 Les protocoles utilisés par VoIP 4.1 Le protocole SIP SIP (Session Initiation Protocol) a été développé par Internet Engineering Task Force (IETF) en 1999 pour les communications multimédia. Il est construit autour d'un protocole peer-to-peer. Il est peu gourmand en ressources pour être utilisé sur Internet ou sur des réseaux locaux. SIP est une partie de l'architecture multimédia conçue par IETF. Celle-ci incorpore d'autres protocoles tels que RTP (Real-time Transport Protocol) pour le transport de données en temps réel, RTSP (Real-Time Streaming Protocol) pour contrôler les flux en streaming, MEGACO (Media Gateway Control Protocol) pour contrôler les passerelles vers le réseau RTC ou SDP (Session Description Protocol) pour décrire les sessions multimedia. Associé à ces protocoles, SIP peut alors apporter des services complets à l'utilisateur Cependant, le fonctionnement de SIP ne dépendent pas de ces protocoles. SIP possèdent ses propres méthodes de fiabilité pour établir et terminer des appels. - Emplacement de l'utilisateur: Détermine le système final à utiliser pour la communication (Redirection, Support du proxy). - Disponibilité de l'utilisateur: Détermine si la personne ou le service appelé désire engager la communication. - Capacité de l'utilisateur: Détermine les media et les paramètres à utiliser. - Etablissement de session: sonnerie, établissement des paramètres de la session des deux cotés de la communication. - Contrôle de la session: transfert, fin de la session, modification des paramètres de la session, invocation de services. 7

8 Les protocoles utilisés par VoIP Principe de fonctionnement de SIP Les appelants et les appelés sont identifiés par une adresse SIP. Lors de l'établissement de l'appel SIP, l'appelant localise le serveur approprié et envoie ensuite une requête SIP. L'opération SIP la plus utilisée est l'invitation. Au lieu de parvenir directement à l'appelé, une requête SIP peut être rediriger ou déclencher une série de nouvelles requêtes IP par un proxy. Les messages SIP peuvent être transmis soit par TCP, soit par UDP. Les messages SIP sont des messages textes et la syntaxe et les entêtes des champs ressemblent au http. Les messages peuvent être des demandes ou des requêtes. Ceux-ci sont composés d'une ligne de commande, de l'entête du message, d'une ligne vide et du corps optionnel du message. Exemple de requête SIP INVITE SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP science.uqo.ca From: Sam To: BOB Subject: exemple d'une requête SIP. Content-Type:... Content-Length:... SIP/ OK Exemple de réponse SIP Via: SIP/2.0/UDP pro.intel.ca Via: SIP/2.0/UDP science.uqo.ca From: Sam To: ;tag= Content-Type:... Content-Length:... 8

9 Les protocoles utilisés par VoIP Entête d'une requête SIP Méthode Requête URI version SIP Demande SIP Méthode: Méthode à appliquer à la ressource Command INVITE ACK BYE CANCEL OPTIONS REGISTER Function Lance un appel Confirme la réponse Termine et transfert l'appel Annule la recherche et sonnerie Capacités supportées par l'autre Register with location service Requête URI: C'est l'utilisateur ou le service auquel est destiné la requête (URI). SIP version: La version de SIP utilisée (version 2.0 actuellement) Entête d'une réponse SIP version SIP Status Raison Réponse SIP Version de SIP: La version de SIP utilisée. Status: Nombre de 3 chiffres résultant de la tentative de satisfaire à la demande. Code de la réponse Préfixe 1xx 2xx 3xx 4xx 5xx 6xx Fonction Recherche, Sonne, En Attente Succès Transmission Erreur du client Erreur du serveur Occupé, Refus, Non disponible Raison: Description textuel du code Status 9

10 Les protocoles utilisés par VoIP Exemples d'appel SIP Serveur de localisation (1) INVITE (2) Où est le ClientB? (3) (4) INVITE VIA: (6) 200 OK (7) ACK (5) 200 OK VIA: (8) ACK VIA: Conversation Serveur de localisation (1) INVITE (4) Moved temporarily Contact (2) Où est le ClientB? (3) (5) ACK (6) INVITE (7) 200 OK (8) ACK Conversation 10

11 Les protocoles utilisés par VoIP 4.2 Le protocole RTP RTP (Real-time Tranport Protocol) assure le transport de bout en bout de données temps réelles telles que le son ou la video sur des réseaux en unicast ou multicast. RTP fonctionne généralement sur UDP mais peut être utilisé avec d'autres protocoles de transport. RTP supporte le transport de données vers plusieurs destinations par l'utilisation d'une distribution multicast. RTP ne possède pas de moyen pour assurer le temps de livraison et ne garantit pas une quelconque qualité de service. Il repose cependant sur des sous-couches pour le faire. Il considère que le réseau est fiable et que les paquets sont acheminés dans l'ordre. Les numéros de séquence inclus dans RTP permettent au receveur de reconstruire dans l'ordre la séquence de paquets de l'envoyeur. RTP est donc constitué de deux parties: - Le protocole de transport temps réel (RTP) pour envoyer les données ayant une propriété temps réel. - Le protocole de contrôle RTP (RTCP) qui contrôle la qualité de service et achemine les informations sur les participants pendant une session en cours Entête d'un message RTP V: Version du protocole RTP utilisé. P: Bourrage. Indique la présence d'octets de bourrage. 11

12 Les protocoles utilisés par VoIP X: Bit d'extension. Indique que l'entête est suivi d'une autre entête dans un format défini. Compteur CSRC: Nombre d'identificateur CSRC suivant l'entête. M: Marque. Permet d'autoriser certains évenements particuliers. Type de chargement: Identifie le format du chargement et détermine son interprétation par l'application. Numéro de séquence: Incrémenté de un à chaque paquet RTP envoyé et peut être utilisé par le receveur pour détecter la perte de paquets et restaurer la séquence. Timestamp: Heure à laquelle le premier octet du paquet RTP a été mis. Cette provient d'une horloge qui s'incrémente de façon linéaire pour permettre les calculs de synchronisation et de jitter. La précision de l'horloge doit être suffisante (un tick par une image video n'est pas suffisant). SSRC: Identifie la source de synchronisation. Cette identificateur est choisie aléatoirement. Deux sources d'une même session RTP ont obligatoirement le même identificateur. CSRC: Liste des sources du chargement contenu dans le paquet. 4.3 Le protocole RSVP RSVP est un protocole de réservation de ressource (Resource ReSerVation setup Protocol) conçu pour être utilisé par des services Internet. Il est issu d'un grand effort, celui d'apporter à l'architecture d'internet une qualité de service. Le protocole RSVP est utilisé par un serveur pour demander au réseau une certaine qualité de service pour les données de ses applications. RSVP est aussi utilisé par les routeurs pour transmettre la demande à tous les nœuds sur le chemin pour établir et maintenir la qualité de service. Les demandes RSVP impliquent généralement la réservation de ressources à chaque nœud du chemin emprunté par les données. 12

13 Les protocoles utilisés par VoIP Pour faire une réservation de ressource à un nœud, RSVP communique avec 2 modules: Admission control, qui détermine si le nœud possède suffisament de ressources, et Policy control, qui regarde si l'utilisateur a la permission de faire la réservation. RSVP convient tout à fait aux grandes distributions multicast car les demandes de ressources partent du coté receveur et se rejoignent en remontant l'arbre. De plus, les demandes n'ont pas besoin de remonter jusqu'au sommet de l'arbre mais juste à une branche ayant déjà fait l'œuvre d'une réservation. 13

14 5 Les logiciels VoIP 5.1 Comparatifs De nombreux logiciels utilisant VoIP permettent déjà de téléphoner sur de nombreuses plate-formes (Linux, MacOS X, Windows, PocketPC, ). Certains sont libres, d'autres commerciaux. Cependant, ils n'offrent pas les mêmes possibilités. Par exemple, ils ne prennent pas en compte les mêmes protocoles de signalisation, les mêmes codec audio. Ainsi les logiciels VoIP reste peu interopérables entre eux. Certains logiciels n'offrent pas la possibilité de lien vers le réseau RTC. Ci-dessous, un tableau comparatif de quelque logiciels VoIP: Logiciels Protocole de signalisation Codec audio Skype Aucun isac,ilbc SJPhone SIP, H.323 G.711, G.729 X-Lite SIP ilbc, G.711, GSM, SBX Linphone SIP G.711, GSM, SPEEX NetMeeting H.323 G.711, G.723

15 Logiciels VoIP 5.2 Présentation de PhoneGaim PhoneGaim est plus qu'un simple logiciel de téléphonie. PhoneGaim profite de son prédécesseur à savoir Gaim, logiciel de messagerie instantanée faisant le lien avec de nombreux autres (AIM, MSN, ICQ), pour y ajouter les fonctionnalités de VoIP et permettre de téléphoner avec n'importe qui dans le monde. PhoneGaim est un logiciel open source sous license GPL et donc gratuit. Cependant, l'appel vers un téléphone standard ne peut être fait qu'en achetant des minutes SIP. Parmi les nombreuses possibilités offertes par PhoneGaim, on retrouve un historique de ses appels, la redirection automatiques de ses mails vocaux vers sa boite mail et la participation à des conférences. L'interface simplifiée est la même que de nombreux autres logiciels de messagerie instantanée. Il suffit de choisir un contact dans sa liste pour pouvoir lui parler. Contrairement à d'autre logiciel VoIP comme le très connu Skype, PhoneGaim utilise la norme SIP et permet de téléphoner à n'importe qui dans le monde. 15

16 Conclusion 6 Conclusion VoIP est une technologie nouvelle et prometteuse. Déjà très fiable sur les réseaux locaux où la bande passante n'est pas un problème, la qualité de service peut devenir un problème sur des réseaux comme Internet. Les protocoles de qualité de service sont alors indispensables. L'emploi d'un réseau unique peut-être remis en cause. Les réseaux informatiques son peu sûrs. L'ajout d'un service de téléphonie doit être considéré. Les outils d'espionnage sont à la portée de tout le monde et portent atteinte à la confidentialité de l'appel. Le délai supplémentaire introduit par l'ajout d'un outil de cryptage pourrait alors nuire à la qualité du service. Cependant, VoIP n'a pas encore dévoilé tout son potentiel. De nombreuses utilisations de cette technologie sont encore à découvrir. L'interopérabilité offerte par les protocoles comme H.323 ou SIP ouvre réellement les champs d'application. De plus, la convergence des réseaux n'est pas encore terminée. On parle déjà d'une convergence de VoIP avec le réseau WiFi. On peux alors imaginer à terme une interconnexion entre tous les équipements mobiles et communicants (téléphones portables, PDA, ordinateurs portables). 16

17 Références 7 Références VoIP Protocoles http;//w3.uqo.ca/luigi/inf6083/presprel/chaoui.ppt PhoneGaim 17

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