La telephonie sur IP Tristan Debeaupuis 2 septembre 1997 Le nombre de solutions permettant de mettre en place une liaison telephonique sur IP augmente tres rapidement. Panorama des ores, des performances, des protocoles utilises, des aspects lies a lasecurite, des perspectives. Les experimentations realisees au sein du cabinet HSC seront presentees, ainsi que les lecons a en tirer pour la mise en place d'un service de telephonie pour un ensemble d'utilisateurs. Mots cles : Internet, telephone, telephonie sur Internet, VoIP,, H.324, MIC. 1 Introduction Un son n'est qu'une onde. Pour la convertir en signal numerique, il faut capturer certains points de cette onde que l'on appelle echantillons. Les echantillons rendent compte du mouvement de l'onde. Plus il y a de points, plus la retranscription est dele. On appelle cette technique echantillonnage. Le taux d'echantillonnage s'evalue en kilohertz. Le telephone classique est echantillonne a 8 khz, soit 8.000 echantillons par seconde. D'apres le theoreme de Nyquist, on considere qu'un bon echantillonnage doit ^etre au moins le double de la frequence la plus elevee du signal a echantillonner. Notre cerveau ne percoit par les signaux au-dela de 22 khz. C'est pour cette raison qu'il a ete choisi 44 khz pour la frequence d'echantillonnage des disques laser audio. Aunniveau moindre, les frequences les plus hautes (les sons les plus aigus) tendent a ^etre etoues, tandis que du bruit appara^t dans les frequences les plus basses. Il existe un autre parametre qui caracterise la qualite del'echantillonnage, c'est la resolution, ou le nombre de bits utilises par chaque echantillon. A cela s'ajoute la possibilite d'enregistrer en mono ou en stereo. Pour reprendre l'exemple du CD-audio, il est utilise 16 bits pour coder l'information sonore. Les volumes necessaires a une transcription numerique de qualite d'un signal sonore rendent son stockage possible sur un CD, mais son transport dicile sur Internet. On utilise la compression pour diminuer le nombre de bits necessaires a la qualication de l'information. Nous traiterons dans ce document letelephone sur IP d'utilisateur a utilisateur (IP vers IP), le fax sur IP et les interconnexions entre les reseaux telephoniques classique et l'internet en abordant la normalisation, les societes sur le marche et les produits disponibles. 2 La voix sur IP (Voice over IP) Les points cles de la telephonie sur Internet sont : l'interoperabilite : adoption d'un m^eme ensemble de protocoles communs implementes de maniere analogue, interconnexion avec d'autres types de reseaux la qualite de service, la simplicite,
2. La voix sur IP (Voice over IP) 2 l'espace d'adressage (numerotation) et les annuaires. les legislations et les attaques de certains d'operateurs telephoniques. Le developpement de la telephonie a commence par une recherche de standards. 2.1 2.1.1 Introduction a Le standard fournit depuis son approbation en 1996, un cadre pour les communications audio, video et de donnees sur les reseaux IP. Il aete developpe par l'itu (International Telecommunications Union) pour les reseaux ne garantissant pas une qualite de service (QoS) : IP et IPX sur Ethernet, Fast Ethernet et Token Ring. Adopte par Cisco, IBM, Intel, Microsoft, Netscape, etc, et deja present dans plus de 30 produits, il concerne le contr^ole des appels, la gestion du multimedia, la gestion de la bande passante pour les conferences point-a-point et multipoints. traite egalement de l'interfacage entre le LAN et les autres reseaux. fait partie de la serie H.32x qui traite de la videoconference au travers dierents reseaux. Elle inclue H.320 et H.324 lies aux reseaux ISDN (Integrated Service Data Network) et PSTN (Public Switched Telephone Network). 2.1.2 Les points cles du standard est prevu pour les LAN (connexion de terminal a terminal avec une bande passante importante) et pour l'internet (bande passante faible, delais). Il est la base du groupement IMTC (International Multimedia Teleconfering Consortium) "VoIP Internet Telephony" Voice On IP Internet Telephony. Le trac sur le LAN peut ^etre gere et contr^ole. 2.1.3 Histoire de Mai 1995 : debut des travaux sur, Juin 1996 - decide par l'itu-t, Janvier 1998 - approbation de l'itu-t prevue pour la version 2 (ajout de fonctions). L'ITU apprend a fonctionner a la vitesse de l'internet. 2.1.4 Les elements denis denit plusieurs elements de reseaux : les terminaux (terminals), les gardes-barrieres (gatekeepers) et les passerelles (Gateways vers H.320/H.324/telephones classiques) et les contr^oleurs multipoints (MCUs - MC, Multipoint Controller, MP - Multipoint Processor). Il existe deux types de terminaux, l'un de haute qualite (pour une utilisation sur LAN), l'autre optimisee pour les bandes passantes faibles (28.8/33.6 kbit/s - G.723.1 et H.263). Les capacites multipoints sont contenues dans les terminaux pour des conferences a plusieurs et le multicast (multi-unicast) permet a 3 ou 4 personnes de dialoguer directement, sans tiers centralisateur. Les gardes-barrieres ont pour r^ole de realiser la traduction d'adresse et la gestion des autorisations. La traduction d'adresse n'est pas une translation d'adresse IP classique, mais l'association entre un alias (identiant de l'utilisateur) et une adresse IP issu du referencement du terminal. Les adresses
2. La voix sur IP (Voice over IP) 3 du type "email" sont possibles (Tristan.Debeaupuis@hsc.fr), ainsi que les adresses du type "numero de telephone" (33141409700 ou 192.70.106.33). La gestion des autorisations permet de donner ou non la permission d'eectuer un appel, de limiter la bande-passante si besoin et de gerer le trac sur le LAN. Les garde-barrieres permettent egalement degerer les passerelles H.320, H.324, les telephones classiques, la signalisation d'appel qui permet de router les appels an d'orir des services supplementaires ou de permettre des fonctionnalites de contr^oleur multi-point (MC). Les gardes-barrieres permettent egalement la gestion des appels, la journalisation et la generation d'etats (reporting). Les passerelles assurent l'interconnexion avec les autres reseaux (H.320, H.324, telephones classiques,...). Ils assurent la correspondance de signalisation de Q.931 vers H.225.0, la correspondance des signaux de contr^ole (H.242/H.243 vers H.245) et la cohesion entre les medias (multiplexage, correspondance des debits, transcodage audio, conversion T.123). Le multipoint est gere par les Multipoint Controller (MC) et les Multipoint Processor (MP). Les MC L empilement de protocole Controle Données Audio Video Controle Controle H.225.0 H.245 T.120 H.7xx RTP H.26x RTCP GB Reg Admin Suivi TCP UDP IP Figure 1: Architecture MCU Garde-Barrière Passerelle RTC LAN avec guarantie de QoS N-ISDN B-ISDN V.70 H.324 vocal H.322 vocal H.320 H.321 H.321 H.310 en mode H.321 Figure 2: Architecture
2. La voix sur IP (Voice over IP) 4 Les dierents protocoles utilises dans sont : : System Document H.225.0 : signalisation d'appel, empaquetage, enregistrement au garde-barriere, admission et etat H.245 : contr^ole (egalement utilise dans H.324 et H.310) T.120 : contr^ole des donnees et des conferences, RTP : Real-time Transport Protocol (IETF) RTCP : Real-time Transport Control Protocol (IETF) 2.1.5 G.711 Cette recommandation concerne l'echantillonnage et les lois de compression a employer pour la modulation par impulsion et codage (MIC) des frequences vocales. La bande telephonique etant limitee a fmax = 3400 Hz, la frequence d'echantillonnage sera xe a 8 000 Hz ce qui donne environ Fe = 2,35 fmax (application du theoreme de Shannon). Dans le transport d'une information numerique, la quantication n'est plus sensible aux perturbations qui g^enaient la transmission analogique. L'ecart entre la valeur de quantication et la valeur exacte se traduit par un bruit de quantication. Pour une meilleure qualite, il faut denir le rapport signal/bruit. Le rapport signal/bruit est une fonction lineaire du signal d'entree jusqu'a saturation dans les niveaux forts. Or, il s'avere qu'une telle fonction penalise les signaux faibles. Plus le signal est faible, donc proche du niveau de bruit, plus le rapport signal/bruit est mauvais. On peut arriver a un rapport de 15 db pour les faibles signaux, ce qui est franchement mauvais : L'echelle des valeurs en fonction du rapport signal/bruit nous donne : 50 db = Excellent 40 db = Tres Bon 30 db = Bon 20 db = Moyen 10 db = Inexploitable Pour ameliorer la valeur du rapport signal/bruit, il faut soit rajouter des elements binaires, soit diminuer la taille des echelons lorsque le signal est faible. Pour cela, on a recourt a la compression. Les lois de compression sont toutes logarithmiques mais on considere que pour les echelons les plus faibles, la loi est lineaire. On a donc une loi lineaire jusqu'a une certaine valeur, puis une loi logarithmique. Le taux de compression est la valeur de la pente de l'approximation lineaire. Il existe plusieurs methodes pour calculer cette valeur. La loi et la loi A. Ensuite, on eectue une compression numerique denie par la norme, c'est-a-dire que l'on supprime tous les bits inutiles an d'obtenir un mot de huit bits. On va trouver 32 echelons sur la loi lineaire que l'on va comprimer en 16 echelons pour obtenir la loi A. Cela est realise en laissant tomber le bit de poids 1 qui permettrait de reconna^tre deux echelons consecutifs l'un
2. La voix sur IP (Voice over IP) 5 de l'autre. Il y aura donc la correspondance suivante : a 2echelles de la loi lineaire a 12 bits correspondra 1echelon de la loi logarithmique a 8 bits. Pour le segment de droite suivant, on fera correspondre 4 echelons de la loi lineaire a 12 bits a l'echelon de la loi A, en negligeant les bits de poids 1 et 2. ainsi de suite... L'information est ensuite codee suivant des tables denies dans la norme et peut ^etre transportee. 2.1.6 Une connexion sur IP La connexion s'eectue sur l'initiative du client. Il contacte le serveur en TCP ou UDP. Le serveur contacte alors en TCP ou en UDP le client sur des ports non privilegies. Serveur Connexion TCP Client Figure 3: Ouverture d'une session (1) Serveur Connexions UDP Client Figure 4: Ouverture d'une session (2) Au niveau securite TCP/IP, il est donc necessaire d'ouvrir un ux vers des ports non privilegies depuis l'exterieur vers les machines internes, ce qui peut corrompre la securite dureseau interne. Par exemple, un serveur de base de donnees ou un autre applicatif peut fonctionner sur ces ports. Si l'on veut mettre en place un ltrage IP, il faut qu'il soit dynamique, c'est-a-dire qu'il determine, d'apres les informations contenues dans la premiere connexion du client vers le serveur, sur quels ports se mettent d'accord le client et le serveur pour lancer la connexion du serveur vers le client. La societe Cisco a presente avant l'ete une version de PIX qui permettait cette detection, permettant ainsi de limiter les risques. 2.1.7 Futur De nombreux travaux sont en cours concernant d'une part l'implementation des standards et la verication de la bonne interoperabilite entre les produits d'une part et la redaction des evolutions des standards d'autre
2. La voix sur IP (Voice over IP) 6 part. On notera notamment : : services, redaction d'un guide d'implementation, developpement de la version 2 avec de nouveaux /H.225.0 Version 2 : Redaction de la version 2 avec integration des travaux de l'ietf sur l'empaquetage video (Annexe E) et l'empaquetage audio (annexe F), amelioration de la description des procedures, procedures d'enregistrement sur une passerelle, authentication et securite, mise en cascade de plusieurs MC et transfert entre MC, relations avec T.120 et T.130, gestion de des re-essais et des timeouts. H.245 : version 3, supportera version 2 H.235 ("H.Securise") : Chirement pour les reseaux IP, authentication, echange de cles RSA et DSS, procedures de signalisation. H.246 ("H.Interworking") : interconnexion entre, H.320, H.324, H.310, telephones classiques. Le but initial etait uniquement vers H.320 et vers H.324 H.332 ("H.Loose Multipoint") : conferences multipoints elargies avec potentiellement des centaines de participants avec des procedures permettant des actions d'un vers plusieurs (tableau blanc) H.MediaMIB : denition d'une Management Information Database (MIB) pour les entites (terminaux, garde-barrieres, passerelles et MCUs) et les entites de la serie H. La coordination avec les travaux de l'ietf semble acquise pour cette partie. Les travaux IETF : PINT, RTP compresse : il permet une reduction des ent^etes RTP/UDP/IP d'un facteur 20. QoS enhanced PPP : des extensions a PPP permettant la qualite de service dans PPP avec les extensions ML-PPP et les mecanismes de separation voix/donnees. Tous ces travaux doivent se terminer n 1997. 2.2 La qualite de service, La qualite de service est un point cle dans le developpement de la telephonie et des services temps reel sur Internet. Les travaux concernent notamment la qualite de service sur PPP. 2.3 La simplicite La simplicite d'utilisation n'est pas encore satisfaisante. On trouve beaucoup d'interfaces dierentes. Parfois, l'installation des logiciels n'est pas aisee. Il semble que les fournisseurs logiciels ont compris cela et les developpements futurs vont dans ce sens, sachant que plus le logiciel sera simple d'emploi, plus le public vise sera important, plus les beneces seront importants. 2.4 L'espace d'adressage et les annuaires L'espace d'adressage (numerotation) et les annuaires restent un domaine d'investigation. Pour le moment, les annuaires envisages sont bases sur le Web.
3. Le fax sur IP (Fax over IP) 7 3 Le fax sur IP (Fax over IP) On connaissait les "local deliver agents" du Sendmail de Berkeley permettant d'interfacer le MTA avec un modem/fax. Ceci permettait de benecier de la gratuite des communications locales aux Etats-Unis et donc d'envoyer un fax gratuitement gr^ace aux devouement de nombreux administrateurs systemes. Ces passerelles Email-fax ont tout de m^eme des limitations. Elle ne permettent que d'envoyer des fax depuis Internet vers les reseaux telephoniques. Il n'est pas possible de recevoir un fax dans sa boite aux lettres electronique issu d'un fax. Il n'etait pas non plus possible d'etablir une communication de fax a fax par Internet. Ces limitations font l'objet de nombreux developpements aujourd'hui qui se focalisent sur la gestion temps reel de l'envoi de fax et le support des dierents protocoles de fax. 4 Interconnexion des reseaux telephoniques IP avec les operateurs telephoniques Les premieres connexions telephoniques au travers d'internet ont rassemblees par certains c^otes au debut du radio-amateurisme : le but est de realiser une liaison d'un point Avers un point B tels que les pointsaet B soient les plus eloignes possibles. Petit a petit, on voit appara^tre de veritables solutions professionnelles repondant a d'autres besoins. De la liaison de PC vers PC, on voit appara^tre des solutions d'interconnexion de PC sur Internet vers un poste telephonique standard dans une entreprise. Certains fournisseurs de services IP proposent egalement le transport de la voix sur leurs liaisons. On voit appara^tre un nouveau metier : l'itsp (Internet Telephone Service Provider). M^eme si fournit des protocoles pour interconnecter les reseaux publics avec les reseaux IP, autravers des passerelles, ila ete cree ungroupe de travail sur ce sujet a l'ietf dont l'un des presidents du groupe est Steve Bellovin (smb@research.att.com) : PINT (PSTN and Internet Interfaces - Public Switched Telephone Network and Internet Interfaces). Ce groupe de travail se penche sur les protocoles des applications Internet qui cherchent a utiliser des fonctionnalites avancees des reseaux PSTN. Un exemple de ce type de fonctionnalite est un service de Pages Jaunes sur un Web qui permet d'etablir un appel PSTN entre des clients et des fournisseurs. Le groupe de travail a six objectifs principaux : Etudier l'architecture et les protocoles necessaires pour supporter des services permettant aux utilisateurs de l'internet d'initier des appels vers les reseaux PSTN vers un terminal PSTN (telephone classique, fax, etc). Les premiers services envisages sont : Click-to-Dial, Click-to-Fax, Click-to-Fax-Back etl'acces a des bo^tes aux lettres PSTN au travers du Web. produire un RFC informationnel qui decrit les pratiques courantes pour supporter ces services, A partir de ces pratiques, denir un protocol, SSTP (Service Support Transfert Protocol) entre les applications ou serveurs sur Internet et les equipements sur les reseaux PSTN qui supporteront la fonction de contr^ole de service. Etudier les problemes de securite associes, Developper une MIB associee, Elargir le protocole a plus de services bases sur les PSTN intelligents.
5. Les legislations 8 La premiere reunion a eu lieu au mois d'ao^ut 1997, le premier brouillon de RFC informationel et celui sur SSTP est prevu pour octobre 1997. La MIB est prevue pour mai 1998. 5 Les legislations En 1996, un groupement d'operateurs telephoniques americains (l'acta America's Carriers Telecommunication Association) a depose une plainte a la FCC (organisme de regulation de telecommunication des Etats-Unis) contre les fournisseurs de cartes et logiciels de communication telephoniques sur Internet. Cette plainteaentra^ne une forte reaction de la communaute Internet et de nombreuses petitions ont ete signees. La FCC a tranche enfaveur de la telephonie sur IP. Du c^ote de l'ocde, Jurgen Spaandermann, rapporteur a l'ocde a presente a lavon'97 Spring conference les statistiques suivantes : En janvier 1997, il y avait 19 pays dans lesquels le transport de la voix etait un monopole et 10 pays dans lesquels il y avait competition. En janvier 1998, il y aura 10 pays dans lesquels le transport de la voix sera un monopole et 19 pays dans lesquels il y aura competition. L'OCDE se positionne clairement en faveur de l'ouverture a la concurrence pour tout type de transport (longue distance, inter-urbain et boucle locale). Selon les chires OCDE, en moyenne 9,5 pourcent des revenus des operateurs publics proviennent de l'international. L'OCDE considere que la telephonie sur Internet va dans le sens de l'ouverture a la concurrence. L'OCDE a egalementetudier les freins ou catalyseurs potentiels dans les dierents pays : Nombre de host/habitant (classement du meilleur pays vers le pays le moins dote). La France se place 19/29 Prix du domaine dans l'ocde : (classement du plus cher vers le moins cher) : France 4/29 (environ 150 dollars) (tres mauvaise place, apres l'islande 320 dollars, l'allemagne a 300 dollars et l'irlande a 160 dollars). Prix en dollars sans les taxes et comprenant (l'ouverture du domaine et 3 ans de cotisation) / 3 ans. Reglementations speciques. Dans certains pays, le transport de la voix par Internet est tres reglementee. Au Japon, jusqu'au 30 ao^ut 1997, ce service n'etait pas libre. L'OCDE a publie une statistique du nombre de pays ou ce service etait libre. Le telephone a telephone par Internet et le PC a telephone et inversement (activite commerciale ou gratuite) est libre dans 70 pourcent des pays et reserve aux operateurs dans 30 pourcent des pays. 6 Les acteurs et produits du marche 6.1 Vocaltec Vocaltec est une societe israelienne qui developpe et distribue des logiciels de VoIP pour PC, des passerelles et des systemes de facturation et de suivi du reseau. Son produit le plus connu est Iphone (Internet Phone) qui fonctionne sur PC et permet de faire de la VoIP.
6. Les acteurs et produits du marche 9 6.2 Microsoft Microsoft a developpe NetMeeting qui conna^t deja 2 versions. prochaine. Une version 3 est prevue pour l'annee NetMeeting 1.0 (1996) : T.120 multipoint partage d'applicatifs, audio proprietaire, Windows95 Par interoperable! NetMeeting 2.0 (1997) : pour l'audio et la video, Kits de developpement pour l'audio et la video, LDAP V2 avec extensions dynamiques, Win95 / NT. Dans le NetMeeting 3.0 (1998), il est prevu le multipoint pour l'audio et la video, LDAP V3, RSVP/RTP compresse / MLPPP-x, Multicast, l'integration au butineur. 6.3 Netscape Netscape a developpe CoolTalk avec Navigator 3.0. http://home.netscape.com/comprod/products/navigator/version 3.0/commu nication/cooltalk/index.html CoolTalk utilise la norme de compression GSM. Elle se base sur une serie d'echantillons de 20 millisecondes codes sur 250 bits. L'algorithme utilise alors un systeme predictif pour analyser les redondances entre les echantillons deja transmis an de prevoir les echantillons futurs. CoolTalk est disponible sur PC/Windows, Unix (Solaris, HPUX, pas Linux). 6.4 Alcatel Alcatel n'a pas encore fait d'annonce dans ce domaine. 6.5 ATT ATT a developpe un logiciel de telephonie en interne, Peho. Suite a ladereglementation au Japon, ATT vient de lancer un service commercial d'interconnexion au travers d'internet. Pour le moment, les liaisons peuvent ^etre entre Osaka ettokyo etdetokyo vers l'internationnal. Cette ore s'accompagne de terminaux telephoniques pour Internet dont le prix avoisine les 5000 francs. Il permet a un usager japonais de telephoner a l'etranger depuis son telephone classique vers un autre telephone classique au travers d'internet. Internet est interconnecte avec les reseaux telephoniques publics dans plusieurs pays.
7. Experience utilisateur 10 6.6 Micom V/IP Phone Fax IP Gateway Leur produit permet d'interconnecter deux reseaux telephoniques au travers de liens IP. Il fonctionne avec Un PABX, Un KTS (Key Telephone System), Un systeme Centrex. 6.7 DataBeam DataBeam <http://www.databeam.com/> developpe et commercialise des applications de teleconference avec partage de document pour les utilisateurs et fourni des kits de developpement sous licence pour des developpeurs desirant utiliser. Cette societe, fondee en 1983 et basee a Lexington, Ky. est a capitaux prives. 6.8 ViaDSP ViaDSP propose des solutions completes de 500 dollars a 1,500 dollars par port. Une E1 a 30 ports, co^ute par exemple entre 15 dollars et 45000 dollars. 6.8.1 Produits : PacketTel PacketTel 1000 Gateway est un systeme d'interconnexion de PABX par IP compatible avec VoIP Forum IA 1.0. PacketTel 1000 peut avoir jusqu'a 96 ports. Il possede une carte Ethernet et des sorties T1/E1 et des sorties analogiques (PSTN). Il supporte G.723.1, G.729a, la suppression hybride d'echo, la suppression des silences. 7 Experience utilisateur Une grosse societe francaise basee dans le centre de la France economise 4 heures de telephone par jour avec le sud-est asiatique. La typologie des utilisateurs peut se resumer a la suivante : appels de parents geographiquementeloignes (sans statistique), l'utilisation professionnelle (sans statistique), inter-amateurisme (radio-amateurisme sur Internet) (20 pourcent) sexe (80 pourcent). 8 Conclusion La telephonie sur Internet se developpe rapidement pour plusieurs raisons : Il y a de l'argent a gagner et tout va toujours tres vite sur Internet (sauf certaines liaisons).
9. Glossaire 11 Les responsables marketing ont prevu 16 millions d'utilisateurs dont 60 pourcent pour une utilisation professionnelle en 1999 alors qu'il n'y avait que 2 millions d'utilisateurs du telephone sur Internet en 1996 dont 10 pourcent pour une utilisation professionnelle. 9 Glossaire PSTN : Public Switched Telephone Network, ISDN : Integrated Service Data Network, ML-PPP Multi-Link Point to Point protocol permet de combiner deux canaux B ISDN pour obtenir un debit de 128 kbit/s. VON : Voice On the Net 10 References Spring '97 VON Conference Slides "H.324: Second Generation Multimedia Conferencing for Circuit Switched Networks", by David Lindbergh, Chair, ITU-T H.324 Systems Experts Group, PictureTel, presented at ITCA 1997. http://standards.pictel.com/reference/9706 itca h324/default.htm <http://standards.pictel.com/reference/9706 itca h324/default.htm> Summary Of ITU-T Speech / Audio Codecs Used In The ITU-T Videoconferencing Standards, by A. Crossman, PictureTel http://standards.pictel.com/reference/summary itu codecs.htm <http://standards.pictel.com/reference/summary itu codecs. htm> G.711 : http://www.artemis.jussieu.fr/dess/son/g711.htm Une page sur les standards chez PictureTel <http://standards.pictel.com/> une page de pointeurs divers (tres complet) : http://rpcp.mit.edu/ itel/resource.html Comment interconnecter soi-m^eme son PABX avec Internet ou comment realiser un PABX Internet : http://www.phonezone.com/ip-phone.htm Petition ACTA :http://www.pulver.com/von/vonyes/actapet.htm OCDE : http://www.oecd.org/dsti/sti ict.html Auteur : Tristan Debeaupuis (Tristan.Debeaupuis@hsc.fr) Herve Schauer Consultants - 142, rue de Rivoli - 75039 Paris Cedex 01 Telephone : +33 1 41 40 97 00.