cours voip

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Cours VOIP

Pr MOUGHIT [email protected]

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Objectif du Cours�Comprendre l’infrastructure

téléphonique et comment la téléphonique TDM fonctionne.

�Comprendre comment se fait la Transmission de la voix avec les données

�Comprendre la signalisation IP pour l’interconnexion téléphonique

�Comprendre la QOS dans les réseaux IP

2

3

Plan1 - Introduction2 - Le Réseau Téléphonique Commuté

2.1 - Histoire de la téléphonie2.2 - Principe du Rtc2.3 - Architecture du réseau2.4- Architecture RNIS2.5- Signalisation SS7

3- Codeurs de la voix3-1 Codeur temporel (G711, G722) 3-2 Codeur paramétrique3-3 Codeur hybride( G728, G729)

4 - Les enjeux de la téléphonie sur Ip4.1 - Réduction des coûts4.2 - Standards ouverts et interopérabilitémulti-fournisseurs4.3 - Choix d'un service opéré4.4 - Un réseau voix, vidéo et données (triple play)4.5 - Un service PABX distribué ou centralisé4.6 - Evolution vers un réseau de

téléphonie sur Ip4.7 - Intégration des services vidéo

5- L'Architecture Voip5.1 - Les schémas5.2 - Gateway et Gatekeeper

6-Standards VoIP6.1 - Protocole H3236.1.1 - Introduction6.1.2 - Fonctionnement6.1.3 - H323 dans le modèle Osi6.1.4 - La visioconférence sur Ip6.1.5 - Avantages et

inconvénients6.1.6 - Comparaison avec Sip6.1.7 - Conclusion

6.2 - Protocole Sip6.2.1 - Introduction6.2.2 - Fonctionnement6.2.3 - Sécurité et Authentification6.2.4 - Comparaison avec H3236.2.5 - Conclusion

6.3 - Transport Rtp et Rtcp6.3.1 - Introduction6.3.2 - Les fonctions de Rtp6.3.3 - Entête Rtp6.3.4 - Les fonctions de Rtcp6.3.5 - Entête Rtcp6.3.6 - Conclusion

6.4 - H2616.5 - Audio

7 - Problème et QoS7.1 - Latence7.2 - Perte de paquets7.3 - Gigue

4

Core Packet Core Packet NetworkNetwork

Softswitch

CustomerGateway

DSL or PacketCable

Access

NGN

H323/SIPIP Phones,

PCs

SCP

Class 5 Switch

SS7 Signaling Network

PSTN

MGCPSS7

Gateway

Trunk GatewayVoice Streams

MG

CP

ISUP, TCAP

Architecture des Réseaux VOIP

3

5

Réseau IPRéseau IP

SS7

Links

SP

STP SG

MGC

MG

SS7oIP

MGCP

SS7

Voice stream

s

SS7

Links

SP

STPSG

MGC

MG

SS7oIP

MGCP

SS7

Voic

e str

eams

SS7oIP

Softswitch Softswitch

La téléphonie globale: Architecture d’un futur réseau IP

6

Réseau Téléphonique Commuté

Objectif:Transmettre la voix humaine sans établissement de liaisons permanente entre interlocuteursLe réseau RTC a été créépar Alexandre Graham Belldans le but de faire écouter des pièces de théâtre àdistance.

4

7

�Un commutateur (ou centre de commutation) permet d’éviter les liaisons point à point.

� Les liaisons sont assurés par des câbles coaxiaux, Fibre Optique, Faisceaux hertziens, Satellites….


8

� Au début, les communications étaient établies par des opérateurs et des opératrices, grâce à un système de cordons souples munis de fiches et de tableaux d'arrivée et de départ d'abonnés.

� Puis Les communications sont établies par les systèmes de commutations automatiques.

� d'abord électromécaniques� puis électroniques, � puis numériques et

totalement pilotés par informatique.

Centre de commutation électromécanique


5

9


Centre de commutation- NumériqueCommutation temporelle


10

Commutation Crossbar

�Cette commutation consiste à créer un chemin physique grâce aux matrice de connexion. Un exemple de liaison est indiqué en rouge.

6

11

Commutation temporelle

� La commutation temporelle consiste à commuter dans le temps l’information (voix et données) sous sa forme numérique.

� Elle est basé sur le multiplexage TDM (TimeDivision Multiplexing)

12

Structure du RTC

7

13

Structure du RTC

CAA

CAA

CT

CAA: Centre à Autonomie d’AcheminementCT: Centre de TransitCTU:Centre de Transit UrbainCTN: Centre de Transit NationalCTI: Centre de Transit International

14

Étape d’établissement d’un appel téléphonique

8

15

Réseaux Numériques Intégration de Service

�RNIS: Réseau numérique à intégration de services ou ISDN : Integrated services Digital Network

�Permet l’échange de voix, données et vidéo�Fournit des services à faible débit : de 64Kbps à

2Mbps et des services à haut débit : de 10Mbps à 622Mbps.

� ISDN est une technologie d’accès entièrement numérique

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�Dans un réseau téléphonique analogique, une boucle sur une paire torsadée de fils de cuivre entre le commutateur central et l'abonnésupporte un canal de transmission unique. Ce canal ne traite qu'un seul service simultanément : la voix ou les données.

�Avec un Réseau Numérique àIntégration de Services, la même paire torsadée est divisée en plusieurs canaux logiques.

Réseaux Numériques Intégration de Service

9

17

Nouveauté par rapport à RTC

• Nouvelle signalisation avec l'abonné : Protocole D.

• Nouvelle signalisation dans le réseau : CCITT N°7 ou SS7

• Nouvelle transmission entre l'abonné et le commutateur.

• Réseau unique pour:� Téléphonie� Télécopie G3, G4� Transmission de données.� Son.� Images.

18

� Les canaux logiques RNIS• Les canaux B

transmettent à un débit de 64Kbps en commutation de circuit ou de paquet les informations utilisateur: voix, données, fax.

Les Accès RNIS

10

19

• Les canaux Dtransmettent à un débit de 16Kbps en accès de base et 64Kbps en accès primaire. Ils supportent les informations de signalisation : appels, établissement des connexions, demandes de services, routage des données sur les canaux B et enfin libération des connexions. Cette signalisation hors bande permet des temps d'établissement de connexion rapides(environ 4 secondes) relativement aux réseaux analogiques (environ 40 secondes). Il est aussi possible de transmettre des données utilisateur à travers les canaux D(protocole X.31b).

20

Une interface d'accès à un réseau RNIS est une association de canaux B et D. Il existe deux interfaces standards

oAccès de base ou oAccès primaire.

Elles correspondent à deux catégories d'utilisation distinctes :

oRésidentielle: utilisation simultanée des services téléphoniques et d'une connexion Internet.oProfessionnelle:utilisation d'un commutateur téléphonique (PABX) et/ou d'un routeur d'agence.

Les interfaces standards de RNIS

11

21

� L'accès de base ou Basic Rate Interface (BRI) comprend 2 canaux B et un canal D pour la signalisation : 2B+D.

� L'accès primaire ou Primary Rate Interface (PRI) comprend 30 canaux B et un canal D à 64Kbps en Europe: 30B+D (débit de 2.048Mbps). Aux Etats-Uniset au Japon la définition est différente : 23B+D (débit de 1.544Mbps).


22

� Les équipements non-RNIS n'ont pas nécessairement des débits compatibles avec la définition du canal B: 64Kbps.

�Dans ce cas, les adaptateurs de terminal (TA) réalisent une adaptation en réduisant le débit effectif du canal B jusqu'à une valeur compatible avec le dispositif non-RNIS.

� La bande passante dynamique ou l'allocation de canaux est obtenue par l'agrégation des canaux B.

�On obtient ainsi une bande passante maximale de 128Kbps pour l'accès de base (BRI) et de 1920Mbps pour l'accès primaire en Europe.


12

23

Dispositif de connexion RNIS

24

Dispositif de connexion RNIS

NT2 NT1

TE1

TE2TA

TE1

ISDN2 fils

NT : Network Termination

TE: Terminal Equipment

4 fils

U

R

S

S

T

13

25

o La configuration physique vue du côté de l'utilisateur RNIS est divisée en groupes fonctionnels séparés par des points de référence.

o Un groupe fonctionnel est une association particulière d'équipements qui assurent un ensemble de fonctions RNIS.

o Les points de référence sont les limites qui séparent les différents groupes fonctionnels.

o A chacun de ces points de référence correspond une interface standard à laquelle les fournisseurs d'équipements doivent se conformer.

o Ces interfaces standards ont aussi pour but de permettre àl'utilisateur de choisir son équipement librement.


26

o R, S, T, U : points de références

o TNL-TNR/NT1 : Terminal Numérique de Ligne-Terminal Numérique de Réseau/Network Termination 1

oo TNA/NT2TNA/NT2: Terminal Numérique d'abonné/Network Termination 2

o Terminal RNIS/TE1 : Terminal Equipment 1

oo Adaptateur/TAAdaptateur/TA : Terminal Adapter

oo Terminal Terminal nonnon--RNISRNIS/TE2/TE2 : Terminal Equipment 2


14

27

o U : Ce point de référence est placé entre le groupe NT1 et la boucle de transmission de l'opérateur téléphonique qui fournit une liaison bi-directionnelle (full-duplex) entre l'abonné et le commutateur central sur 2 fils.

o T : Ce point de référence est placé entre le groupe NT2 qui possède des fonctions de niveaux 1 à 3 et le groupe NT1 qui ne possède que des fonctions de niveau 1.

o C'est le point de connexion minimal entre l'abonné et l'opérateur. Il existe plusieurs appellations suivant les types d'accès :

o -T0 : accès de base (BRI) 2B+D. o - T2 : accès primaire (PRI) 30B+D.


28

o S : Cette interface peut être assimilée à un bus passif pouvant supporter 8 terminaux (TE) en série sur le même câble. Dans ce cas, chaque canal B est affecté à un terminal particulier pour la durée d'un appel.

o R : Ce point de référence est la limite conceptuelle entre le terminal non RNIS et l'adaptateur.


15

29

Réseaux de SignalisationPrésentation SS7

� La signalisation concerne tous les échanges d’informations nécessaires pour la fourniture et la maintenance d’un service de télécommunications.

� La signalisation comprend les signaux requis pour la gestion des connexions:– Etablissement et rupture,– Contrôle et facturation,– Supervision et maintenance …– Gestion RNIS, RTC, GSM et IN

communicationétablissement rupture

contrôle

30

User Network Interface (UNI)

- signalisation abonné (DSS1,V5, DTMF)- signalisation RNIS (D)- signalisation PABX (QSIG)

Network Network Interface (NNI)

- signalisation SS7

Types de signalisation

16

31

Caractéristiques de signalisation SS7

o Utilisation de canaux de communication séparés. On parle de signalisation Out-of-Band signaling ou Common Channel signaling (CCS) ou Réseau Sémaphore

o Sur les accès d’abonnés la signalisation analogique emprunte le même canal que les voies de parole.

o Dans RNIS la signalisation va dans des canaux séparés: le canal D. Ceci permet:�Un accès permanent aux informations de

signalisation (signalisation en cours d’appel)�Performance accrue sur un canal dédié (réduction

des délais, réduction des intrusions par la fraude)

32

Architecture du Réseau sémaphore

Liens de signalisation:Réseau SS7

Liens de communication:Voies de parole/data

Canaux de signalisation

COC

Canal D

Canaux B

17

33

Architecture du réseau SémaphoreRéseau de signalisation

Commutateurs et liaisons circuits

CAS

CAS

CAS

CAS

Sw

Sw

Sw

SwTSw TSw

TSw

PTS PTS

PTS PTS

STP = PTS: Signaling Transfer Point

SSP = CAS : Switching Point

TSw : Transit SwitchSw : Local Switch

34

Modes de signalisation SS7

• Signalisation en mode associé– Les canaux de signalisation correspondent point pour

point aux liaisons entre commutateurs circuit véhiculant les voies de parole.

� mise en œuvre simple mais multiplication des nœuds de signalisation

– Ceci exigerait des liens dédiés entre tous les commutateurs….

Signalisation en mode quasi-associé– Ce système permet de minimiser le nombre de nœuds de

signalisation � coût optimalisé et meilleure performance en termes de délais de

transmission. – Le mode quasi-associé est celui qui est préféré pour le SS7.

18

35

Modes de signalisation SS7

CAS2

Mode AssociéVoies de parole

Liens SS7

PTS1

PTS2

PTS3

PTS4

CAS1 CAS3

link

linkset

relation

Mode Quasi-Associé

36

Quelques Messages SS7

ResumeRES0E

SuspendSUS0D

ReleaseREL0C

Reserved0B

Reserved0A

AnswerANM09

Forward TransferFOT08

ConnectCON07

Address CompleteACM06

ContinuityCOT05

InformationINF04

Information RequestINR03

Subsequent Address MessageSAM02

Initial Address MessageIAM01

19

37

Simulation d’appel

PTSPTS

PTS

PTS

PS

PS

PS

PS

IAM1

IAM2IAM3

38

PTSPTS

PTS

PTS

PS

PS

PS

PS

ACM1

ACM2

ACM3


20

39

PTSPTS

PTS

PTS

PS

PS

PS

PS

ANM3

ANM2

ANM1


40

PTSPTS

PTS

PTS

PS

PS

PS

PS

REL1

REL2

REL2


21

41

Simulation d’appel (5)

PTSPTS

PTS

PTS

PS

PS

PS

PS

REL1

REL2

REL2

42

PTSPTS

PTS

PTS

PS

PS

PS

PS

RLC1


22

43

PTSPTS

PTS

PTS

PS

PS

PS

PS

RLC2


44

Simulation d’appel (8)

PTSPTS

PTS

PTS

PS

PS

PS

PS

RLC3

23

45

PTSPTS

PTS

PTS

PS

PS

PS

PS


46

�Le système vocal se compose:o d'une soufflerie o du larynx o du conduit vocal

Système phonatoire

Système Phonatoire

24

47

Appareil phonatoire

Système Phonatoire

48

cavités supraglottiques

source laryngienne

bruits d'occlusion

sou

rces acou

stiqu

es

Parole

Génération de signal de Parole

onde quasi-périodique

25

49

Les types des sons

o Sons voisés : les cordes vocales vibrent, les cartilages aryténoïdes sont rapprochés (80 % du temps de phonation),

o sons non-voisés : les cordes vocales sont écartées, pas de vibration

o Aspiration : courte période non-voisée se produisant pendant et immédiatement après le relâchement articulatoire dans les cavités supra-glottiques,

50

o Murmure :

les cordes vocales vibrent écartées o Chuchotement :

les cordes vocales sont en contact ou assez rapprochées mais le passage entre les aryténoïdes, entre lesquelles va naître un bruit de friction, reste libre

Les types des sons

26

51

o Occlusion glottale :

les cordes vocales sont maintenues en position fermée. La phonation commence par un écartement brutal des cordes vocales et le signal sonore débute par une intensité et une fréquence élevée (Ex. : [p,t,k,b,d,g]).

Les types des sons

52

Tracés d’un signal voisé

27

53

Tracés d’un signal non voisé

54

Le Pitch

� Le pitch est la fréquence de vibration des cordes vocales. Il est aussi appelé fréquence fondamentale Cette fréquence varie :o de 80 à 200hz pour une voix masculine.o de 150 à 450 hz pour une voix féminineo de 200 à 600 hz pour une voix d’enfant

� Le Pitch est un paramètre très important pour la synthèse de la parole. L’oreille est en effet, très sensible à ses variations.

28

55

Codage numérique de la parole

•Il existe 3 grandes familles de codeurs de la parole

o Codeurs temporelso Codeurs paramétriques (vocodeurs)o Codeurs hybrides (mixtes)

56

• Codeurs temporels

oCodeur MIC à 64 Kbit/soCodeur MICDA (Modulation par Impulsion

et Codage Différentiel Adaptatif) à 32 kbits/S


29

57

• Codeurs MIC à 64kbit/so Il était normalisé par l’UIT (Union

Internationale des Télécommunications) sous la recommandation G711

o Ils cherchent à préserver l’allure temporelle du signal

o Il consiste à filtrer le signal de parole dans la bande 300-3400hz, à l’échantillonner à la fréquence 8000 hz et à le quantifier par la loi A (ou µ) sur 8 bits


58


0 1 2 3 4 5 6-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

temps

Signal échantillonné à FS=8000hz, Nbit=16

30

59

• Codeurs MICDA o Le codeur MICDA est normalisé par UIT-T sous la

recommandation G721 o Il fait appel à deux techniques de traitement du signal:

la prédiction et la quantification adaptative


60


31

61

Prédiction linéaire

)()()(1

∑=

−+=m

kk knxanxne

∑=

−−=p

ii inxanx

1

)()(~

)(~ nxu(n)

x(n)

e(n)

Modèle

Critère d'optimisation

Modélisation d’un signal

MSE (Mean Square Error)

22))(( σξ == neE

62

)(

1

....1

1)(

2

2

1

1 ZBZaZaZaZH

m

m

=++++

=−−−

o Ce filtre n'a que des pôles et il est appelé filtre autoregressif(AR).

o Les coefficients ak sont appelés coefficients de prédiction linéaire


32

63

)()()(1

∑=

−+=m

kk knxanxne


Le transformé en Z de cette équation :

X(Z)

)()()(

0

1

∑

∑

=

−

=

−

=

+=

m

k

k

k

m

k

k

k

Za

ZZXaZXZE

H(Z)

E(Z) X(Z)

X(Z) est la sortie du filtre H(Z) excité par l’entrée E(Z)

64

Le critère de minimisation implique:Pour que la fonction soit minimale, ses dérivés par rapport aux coefficients ak doivent s’annuler en ces points.

p)k(1 0 ≤≤=kda

dξ

0)(.2)()(.2

)()(.2)()(2)(

)(.2

00

0

)(

)()()(

=−=−−=

−−=−==

∑∑

∑

==

=

P

ii

P

ii

P

ii

kk

kiRaknxinxEa

knxinxaEknxneEda

ndeneE

da

d

xx

ξ


33

65

∑∑∑===

==−===p

i

i

p

i

i

p

i

i iRanxneEainxaneEneE000

22 )())()(())()(())((σξ

} }xepxxrA

p

R

xxxxxx

xx

xx

xxxxxx

xxxxxx

a

a

RpRpR

pR

R

pRRR

pRRR

=

−

−

−

0

0

1

.

)0(...)1()(

.)1(

..

)0(.

)1()0()1(

)(...)1()0( 2

1

σ444444444 8444444444 76

exxxp rRA .1−

=


66

• Codeurs MICDA


0 1 2 3 4 5 6-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4Codeur M ICDA FS = 8000hz , Nbits= 16

tem ps

34

67

Les Codeurs paramétriques (vocodeurs)

o Les codeurs paramétriques ne cherchent pas àsynthétiser un signal ressemblant temporellement au signal original

o ils tentent plutôt de produire un signal à partir d’un modèle approché de la phonation

o Ils visent à reproduire correctement l’enveloppe spectrale

68

Vocodeurs

35

69

0 1 2 3 4 5 6-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0 1 2 3 4 5 6-0.4

-0.2

0

0.2

0.4Codeur Paramétrique excité par bruit blanc

Temps


70

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

x 104

0

100

200

300

400

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

x 104

0

50

100

Spectre des signaux orignal et synthétisé

Codage paramétrique


36

71

Codeurs Hybrides

o Les codeurs mixtes mettent en jeu les techniques temporelles et paramétriques.

o Ce type de codage consiste à modéliser le conduit vocal sur des tranches de 10 à 30 ms par un filtre autoregressif 1/A(Z).

o Dans une première génération de codeurs hybrides, l’entrée idéale du filtre de synthèse est l’erreur résiduelleobtenue par filtrage du signal de parole original par le filtre A(Z).

o Du fait qu’une grande partie du signal est concentrée dans les coefficients du filtre de synthèse, l’erreur résiduelle a donc moins d’importance et sera présentépar un nombre réduit de bit.

o Ce système est appelé approche LPC excité par le résidu (Résiduel Excited Linear Predictor, RELP).

o Le RELP est caractérisé par un débit aux alentours de 10 kbits/s.

72

�Codeurs CELP (Code Excited Linear Prediction)Dans une nouvelle génération de codeurs hybrides, le signal d'excitation optimal est déterminé par une méthode d'analyse par synthèse: � on cherche dans un ensemble de M formes d'ondes stockées dans un dictionnaire, connu àpriori par l’émetteur et le récepteur, le signal d'excitation qui rend minimale l'énergie de la différence entre le signal à coder et le signal de synthèse.

Codeurs Hybrides

37

73

�CELP

)/(

)()(

λZA

ZAZW =

Signal Original

-+

gainDictionnaire d’excitation

PrédicteurLong-terme

(LTP)

Prédicteurcourt-terme

Filtre perceptuel

Sélection de la forme d’onde

Schéma de principe du CELP

1)( )(1

0

kPm

kkZbZB

+−−

=∑−=

Codeurs Hybrides

74

Codeurs Hybrides

� Le codeur CELP est basé sur le principe de la prédiction linéaire.

� Il est formé par trois filtres : �un filtre prédicteur à court terme 1/A(Z), �un filtre long terme (LTP) 1/B(Z) �un filtre perceptuel W(Z)

38

75

Codeurs Hybrides

�Analyse LPC� Le filtre prédicteur à court terme consiste à

modéliser le conduit vocal par un filtre autoregressif 1/A(z).

� Le filtre LPC ne permet pas d’extraire toute la redondance du signal.

� si l’on filtre le signal de parole original par le filtre A(Z), l’erreur résiduelle obtenue pour les sons voisés présente encore une certaine périodicitéqui correspond à la période de vibration des cordes vocales .

� Pour éliminer cette périodicité on introduit un filtre LTP dans la structure du CELP

76

Codeurs Hybrides

�Analyse LTP

1)()(

1

0

kPm

kkZbZB

+−−

=∑−=

P est le PITCH

l’ordre du filtre LTP

�Un filtre LTP d’ordre élevé permet une modélisation plus fine de la structure périodique mais augmente le débit binaire. �Généralement, un filtre LTP du premier ordre permet d’obtenir des résultats satisfaisants.

39

77

Codeurs Hybrides

• Le Filtre LTP:

• La réduction de la redondance à long terme se ramène à minimiser l’énergie E(b,P) de l’erreur de prédiction à partir de sa valeur provenant de la période précédente.

1)(P

bZZB−−=

∑−

=

−−=1

0

2)]( )( [),(N

n

pnebnepbE

78

Codeurs Hybrides

• Pour une valeur donnée de p, la valeur optimale de b est celle pour laquelle la dérivée de l’énergie E(b,p) par rapport à b est nulle. Elle est donnée par l’expression:

))((

)()(

1

0

2

1

0

∑

∑−

=

−

=

−

−=

N

n

N

n

pne

pnene

b

40

79

Codeurs Hybrides

0 2 4 6 8 10 12 14-5

0

5

0 2 4 6 8 10 12 14-5

0

5

0 2 4 6 8 10 12 14-5

0

5

t(ms)

a- lettre 'a' extrait du mot matlabb- erreur résiduellec- blanchissement de l’erreur résiduelle

(a)

(b)

(c)

80

Codeurs Hybrides

• La méthode CPP ( Correlation PeakPicking) consiste à déterminer la valeur P, comprise entre 16 et 160, qui maximisel’expression E(P) telle que:

)()()(1

0

PnenePEN

n

∑−

=

−=

41

81

Codeurs Hybrides

� Le filtre perceptuel W(z) permet, lors de la recherche du meilleur code d’excitation dans le dictionnaire, d’attribuer moins d’importance aux zones fréquentielles énergétiques.

� En effet, la différence entre le signal originale et le signal synthétique est moins perceptible dans les zones formantiques où le signal a beaucoup d’énergie.

� A la sortie du filtre perceptuel, nous avons un signal résiduel de nature plus aléatoire et de dynamique plus faible que le signal original.

� Dans le dictionnaire, on cherche la forme la plus ressemblante à ce signal résiduel.

� Son indice dans le dictionnaire sera transmis avec les coefficients des filtres de prédiction court terme et long terme au décodeur

82

42

83

84

La Voip:Introduction

• La pratique démontre qu’un réseau IP est théoriquement capable de transporter de la voix. � Les délais d'acheminement sont la plupart du temps ramenés dans

des limites compatibles avec le Full Duplex. Les terminaux récepteurs comblent les pertes d'information et restituent numériquement le signal d'origine.

� Les évolutions techniques, en matière de micro composants, et technologiques (fibres optiques, satellites....) nous laissent entrevoir de possibilités futures de bande passante presque infinie.

� Un protocole comme RTP (Real-time Transport Protocol ) reconnu comme standard par l'IETF(Internet Engineering Task Force ), possède toutes les spécifications requises face aux exigences du temps réel

� � Le protocole IPV6 contient dans son en-tête un champ de prioritépour traiter les informations de temps réel.

43

85

Schéma global du réseau VOIP

86

VOIP et TOIP

• Téléphonie sur IP : ToIP

La téléphonie sur IP fait référence aux services de communication: voix, fax et les applications de messages vocaux. Ceux-ci sont transportés par un réseau IP; ce réseau IP peut être le réseau de l’entreprise par exemple pour les appels internes.

44

87

• Voix sur IP : VoIP

La voix sur IP est la technologie permettant de transporter de la voix numérisée en mode paquets au format TCP/UDP sur une infrastructure IP. La Voix sur IP contrôle la livraison de l’information vocale en utilisant le protocole IP

VOIP et TOIP

88

� Optimisation de la bande passante :- Pour un bon partage de la bande passante, il

faut connaître l'ensemble des flux pouvant avoir une influence importante sur le transport de la voix.

� Délai de transmission :- Il comprend:

� le codage,

� le passage en file d'attente d'émission,

� la propagation dans le réseau, � la bufférisation en réception

� le décodage

Les Contraintes de la ToIP

45

89

� Le phénomène d'écho:

C'est le délai entre l'émission du signal et la réception de ce même signal en réverbération causée par les composants électroniques des parties analogiques


90

�La gigue ou Jitter:Correspond à des écarts de délais de transmission entre des paquets consécutifs. Nécessite la mise en place de buffers en réception qui lissent ces écarts pour retrouver le rythme de l'émission


46

91

o Économiser sur la facture télécomo Simplifier les infrastructureso Faciliter l’administration et la mobilitéo Homogénéiser les services téléphoniques sur un

ensemble de siteso Faciliter l’intégration avec le système

d’informationo Évoluer plus facilemento Regrouper les équipes et se passer d’un

prestataire

Les Avantages de la ToIP

92

VoIP/technique: les protocoles qui enrichissent IP

o RTP: Real-time transport protocol:� assure l ’horodatage des paquets

o RTCP: Real-time transport control protocol:� garantit l ’acheminement des paquets

o RSVP: Ressource reservation protocol:� garantit un délai de transit de bout en bout

o DIFFSERV: gestion des priorités par classes de serviceo MPLS: technique de commutation de label. Avec

l ’habillage des en-têtes un paquet compressé à 8kb/s occupe entre 10 et 16kb/s de bande passante,

47

93

IP: la connexion du réseau commuté et du réseau de données

PASSERELLE

Réseau IP

(réseaux numériques

avec voix paquettisée)

RNIS: accès de

base et accès

primaire

Interfaces

analogiques

Voix sur LS

(G.703)

ETHERNET (LAN)

Frame-

Relay

ATM

Le monde Informatique Le monde Télécoms

réverbération

94

Les passerelles VOIP

• La passerelle réalise les fonctions suivantes:� la translation des formats d ’information (par

exemple: d ’un poste H323 sur IP vers un poste téléphonique analogique),

� la translation des types de compression (par exemple de G.711 vers G.723)

� la translation des procédures de signalisation (H.225, basé sur Q.931 côté réseau local, signalisation d ’usager côté RTC)

48

95

Gateway et Get Keeper

• Le Gateway transporte la communication,• Le Get Keeper assure les fonctions:

– analyse du numéro et recherche de l ’adresse IP distante (gestion de tables),

– analyse du type de flux (voix, fax, data),– choix de l’algorithme de compression et de la taille des

paquets IP,– établissement du circuit virtuel,– éventuellement: facturation et gestion de la bande

passante.

96

Architecture VOIP

49

97

La voix sur le WAN – la voix sur le LAN

La VoIP sur le WAN utilise le réseau IP dùn opérateur pour faire transiter les communications entre deux sites distants par le biais de passerelles (routeurs IP). La VoIP sur le LAN permet de véhiculer lènsemble des communications de lèntreprise sur le réseau de données (IP). Le PCBX IP sert de passerelle avec le réseau téléphonique commuté

98

Architecture PC à PC

Architecture VOIP

50

99

Architecture Téléphone- Ordinateur

Architecture VOIP

100

Architecture Téléphone – Téléphone Via IP

Architecture VOIP

51

101

• Les hardphones: – Prévu pour remplacer les téléphones traditionnels– Disposent d’une connexion LAN

• Les softphones:– Logiciels d’émulation de terminaux téléphoniques sur PC– Numérotation par clicks de souris– L’utilisation est tributaire du PC connecté au réseau IP

• Le Gatekeeper:– Serveur informatique localisé sur le LAN avec les postes IP– Réalise les fonctions H.323 ou SIP

• La Gateway:– Passerelle avec le réseau téléphonique commuté– Contient des cartes d’interface T0, T2 ou analogique

VOIP: Equipement

102

VOIP: Protocole

• H.323 (RFC 2543):– Plus mature et le plus utilisé

• SIP (Session Initiation Protocol, IETF):– Plus récent– Plus souple– Adapté aux réseaux à très grande échelle

• MGCP (Media Gateway Control Protocol):– Standard commun UIT (MEGACO) et IETF (H.248)– Complémentaire à H.323 et SIP– Passerelle entre les réseaux IP et Télécoms

52

103

• Le réseau IP peut être indifféremment un Intranet, un Extranet ou l ’Internet,

• Les accès clients se font par:– le réseau public RTC analogique ou RNIS (accès

primaire T2 ou accès de base T0, accès G.703/E1 LS numérique),

– des réseaux privés de PABX– des accès ADSL – des accès sur le câble (modems-câbles)

• Le protocole de signalisation usager est basé sur une variante de la Q.931(RNIS)

• Le protocole de signalisation réseau est le SS7

VOIP: Protocole

104

Protocole H323� La recommandation H.323 fournit depuis son approbation

en 1996, un cadre pour les communications audio, vidéo et de données sur les réseaux IP.

� Elle a pour objet de définir le mode d'interopérabilité entre P.C. pour partager des séquences audio et vidéo sur des réseaux d'ordinateurs, y compris des intranets (privé) et Internet (public).

� Elle a été développée par l'UIT pour des réseaux ne garantissant pas une qualité de service (QoS).

� La recommandation H.323 est une norme approuvée internationalement, elle est adoptée par Cisco, IBM, Intel, Microsoft, Netscape, etc

53

105

Protocole H323

• Les versions H32X définissent la transmission de média sur les différents réseaux haut débit.

oH320: Multimédia sur RNISoH321: Multimédia sur ATMoH323: Multimédia sur IPoH324: Multimédia sur PSTN

106

Protocole H323

54

107

H323

108

H323: Représentation OSI

55

109

Protocole: H323

H.323 définit quatre composants majeurs pour des systèmes de communications basés sur les réseaux :� Terminaux

�Les terminaux sont les clients finaux sur le LAN qui fournit des communications temps réels à deux voies.

� Gateways ou passerelle�Assure le lien entre d’autres réseaux (RNIS, ATM,

POTS)�Par:

� Adaptation de la signalisation: H225<> Q931,…� Adaptation du contrôle: H245<> H242, H243,…� Adaptation de média: Débit, transcodage…

110

Protocole H323

Fonctions de la Gateway H323

56

111

Protocole H323

Type de Gateway

AGW: Access gatewayTGW: Trunking Gateway

112

H323

� GateKeepers ou garde barrièreIls ont pour rôle de réaliser:� la traduction d'adresse (numéro de téléphone -

adresse Ip).� la gestion des autorisations.

Consiste de donner ou non la permission d'effectuer un appel, de limiter la bande passante si besoin et de gérer le trafic sur le Lan.

�Gestion des téléphones classiques et la signalisation permettant de router les appels afin d'offrir des services supplémentaires.

�Discuter la QOS�Gestion de compression et choix des codecs

57

113

H323

• Implémentation du Gatekeeper� Une application logiciel dans un serveur� Une carte dans un Pabx� Une application dans un DSP

114

�Les unités de contrôle multipoint (MCU, Multipoint

Control Unit)

Les unités de contrôle multipoint peuvent communiquer entre elles pour échanger des informations de conférence.

H323

58

115

� RAS (Registration, Admission and Status) �Ce protocole est utilisé pour communiquer avec un Gatekeeper. �Il sert notamment aux équipements terminaux pour découvrir l'existence d'un Gatekeeper et s'enregistrer auprès de ce dernier.�Il sert pour les demandes de traduction d'adresses. �La signalisation RAS utilise des messages H.225 transmis sur un protocole de transport non fiable (Udp, par exemple).

Trois protocoles de signalisation sont spécifiés dans le cadre de H.323 à savoir :

Les protocoles utilisés par H323

116

� Q.931 - H.323

utilise une version simplifiée de la signalisation

RNIS Q.931 pour l'établissement et le contrôle

d'appels téléphoniques sur Ip

Les protocoles utilisés par H323

59

117

H.245:Ce protocole est utilisé pour l'échange de capacités entre deux équipements terminaux. Par exemple, il est utilisé par ces derniers pour s'accorder sur le type de codec à activer. Il peut également servir à mesurer le retard aller-retour (Round Trip Delay) d'une communication.

Les protocole utilisés par H323

118

Signalisation par H323

60

119

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125

TCS : Terminal Capability SetMSD : Master Salve DeterminationTCSA : TCS AckMSDA: MSD AckOLC : Open Logical ChannelOLCA : OLC AckOLCC : OLC ConfirmESC : End Session Command

Message De signalisation du H245

Les protocole utilisés par H323

126

� H.323 s ’applique à la téléphonie et à la visioconférence sur IP

� H.323 négocie les taux de compression et supporte la signalisation

� Les principaux taux de compression sont:– G.711, PCM à 64kb/s (sans compression)– G.726, ADPCM à 32kb/s– G.728, LD-CELP à 16kb/s– G.729a, CS-ACELP à 8kb/s– G.723.1 à 6.3 ou 5.3kb/s (valeur par défaut H.323)

� Il est évident que H.323 est omniprésent dans la communication temps réel sur IP, lui offrant une grande interopérabilité

H323

64

127

H323: Établissement d’appel

Une communication H.323 se déroule en cinq phases:

� Établissement d'appel� Échange de capacité et réservation éventuelle de la

bande passante à travers le protocole RSVP (Ressource reSerVation Protocol)

� Établissement de la communication audio-visuelle� Invocation éventuelle de services en phase d'appel (par

exemple, transfert d'appel, changement de bande passante, etc.)

� Libération de l'appel

128

Echange des canaux logiques

Transfert des données utiles

Établissement d’une communication en H323

65

129

H323: appel intra réseau IP

Réseau IPRéseau IP

GatekeeperGatekeeper

GatewayGateway

Téléphone H323 Téléphone H323

Téléphone

Sig

nalisa

tion

Signalisation

Données/voix

130

H323: appel intra réseau IP

GatekeeperGatekeeper

GatewayGateway

Téléphone H323 Téléphone H323

Téléphone

Sig

nalisa

tion

Signalisation

Données/voix

66

131

Visioconférence sur H323

De point de vue économique, • la visioconférence sur Ip s'avère moins coûteuse que

celle sur liaison RNIS

o Une liaison RNIS a un coût calculé selon:� la durée d’appel� le débit, � les lieux des conférenciers

• Dans une liaison IP, le prix est forfaitaire selon le débit. • la visioconférence par Ip s'avère souvent moins

onéreuse que par liaison RNIS

132

• La visioconférence sur Ip peut utiliser des débits supérieurs

• Une image et un son meilleurs qu'avec une liaison RNIS ( à cause des débits)

• La visioconférence sur RNIS utilise des débits allant de 128Kb/s à 384Kb/s

• Par Mutualisation de certaines liaisons Ip, on peut obtenir des lignes haut débit allant jusqu'à plusieurs Mb/s.

• le problème majeur de la visioconférence sur Ip est l'absence d'une Qualité de Service (QoS) sur les réseaux Ip (sauf si on utilise les protocoles Rsvp, Diffserv) .


67

133

Visioconférence sur H323Pour pouvoir suivre une visioconférence, il faut un matériel adéquat.

� moniteur, � micro, � caméra vidéo.

Ou � un ensemble matériel et logiciel sur un poste de

travail normal (PC, etc.).

134

Si la visioconférence ne compte que deux interlocuteurs, alors la liaison est point à point comme illustré sur le schéma ci-dessous :


Topologie déployées� Conférence point à point

68

135

Visioconférence sur H323� Conférence multipoint

Dans le cas où il y a plus de deux interlocuteurs, la visioconférence nécessite l'utilisation d'un pont multipoint comme illustré sur le schéma ci-dessous :

136

� La norme T.120 définit le partage d’applications entreplusieurs postes participant à une conférence H.323.

� En utilisant les fonctionnalités de T.120, on peut par exemple montrer des transparents à distance en haute qualité.


69

137

SIP: Session Initiation Protocol

� SIP est un protocole de signalisation point à point utilisant le modèle client - serveur, il permet d'établir rapidement des liaisons téléphoniques sur un réseau informatique.

� Outre le fait de créer des liaisons, il met aussi àdisposition plusieurs services tel que les mise en attente, les transferts et les déviations.

� Il introduit aussi la notion de « personal mobility » soit différents terminaux pour une même personne ex. un téléphone fixe et un portable, il se chargera donc de déterminer l'appareil actuellement utilisé par un utilisateur.

138

SIP: Session Initiation Protocol

� SIP se caractérise comme étant un protocole plus rapide.

� SIP est un protocole indépendant de la couche transport : il peut aussi bien s’utiliser avec TCP que UDP.

� la description de SIP est beaucoup plus simpleque celle d'H.323

� il est plus léger et donc plus facile à mettre en œuvre, sans être moins complet pour autant.

70

139

• User Agent: – usager du réseau SIP

• Registrar (Gatekeeper):– gère les informations relative aux usagers (adresse)

pour un réseau ou segment de réseau

• Proxy: – reçoit, traite et, au besoin, réachemine les messages

de signalisation SIP

• Redirect Server:Serveur qui accepte une requête SIP, change l’adresse

envoyé par le client et la lui faire retourner.

Architecture du SIP

140

Architecture du SIP

71

141

Architecture du SIP

Direct server

142

SIP : Etablissement d’appel

Linda Peter

lts.ncsc.mil telcordia.com

ProxyProxy

DNSLocation

server

Media Streams

INVITE

INVITE

Ringing

Ringing

200 OK

[email protected]

200 OK

ACK

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143

- Une session est établi avec des requêtes et des réponses (principeHTTP)

- Les requêtes sont définis à travers six méthodes:

REGISTER, INVITE, ACK, CANCEL, BYE, OPTIONS.

- Les réponses peuvent être de plusieurs types:

1xx : Information (requête reçue, en progression…)

2xx : Succès (action reçue, compris et accepté)

3xx : Redirection

4xx : Erreur client (mauvaise syntaxe de la requête)

5xx : Erreur Serveur180 Ringing486 Busy

- Utilisation du protocole SDP (Session Description Protocol) pour définir le type de média (audio, vidéo) et le transport (RTP)

Le format des messages SIP

144

Établissement d’un appel SIP

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SIP

SIP ProxySIP Proxy

GatewayGateway

Téléphone SIP Téléphone SIP

Téléphone

Sig

nalisa

tion

Signalisation

Données/voix

146

Communication téléphonique simple

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147

148

Le trafic internationnal sur RTC a diminué de plus que 50% Le marché est dans les entreprises: réseaux intégrés de voix-données-FAX.Les nouveaux opérateurs se sont lancés dans ce marché, pour casser les prix,Les opérateurs historiques sont devant un dilemme:cannibaliser leur propre offre ou manquer le virage de la voix sur IP?

VoIP/ les évolutions du marché

75

149

L ’horizon de nouveaux services

�la guerre des prix va se déplacer vers une guerre des services,

�les combinaisons voix-données-images permettront d ’imaginer de nouvelles applications.

�On peut ainsi vraisemblablement penser que le protocole IP deviendra un jour un standard unique permettant l'interopérabilité des réseaux mondialisés.

�C'est pourquoi l'intégration de la voix sur IP n'est qu'une étape vers EoIP : Everything over IP


150

• Le rève du téléphone gratuit– tous les opérateurs bâtissent des infrastructures

dorsales IP pour supporter la croissance exponentielle du trafic Internet,

– le transport de la voix ne sera plus qu ’une activitéannexe pour l ’opérateur; cela lui permettra de faire des offres de téléphone gratuit.


76

151

Les principaux risques connus liés à l'utilisation de la VoIP en entreprise sont:

• DoS (Denial of Service)

Attaques entraînant l'indisponibilité d'un service ou système pour les utilisateurs légitimes.

� Interruption de la communication en cours

� Empêcher l'établissement de la communication

� Rendre la communication inaudible

� Epuisement de ressources

VOIP: Principaux risques

152

Attaque DoS

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153

Inonder le réseau par des commandes

Attaque DoS

154

• Écoute clandestine

�Attaques permettant d'écouter l'ensemble du trafic de signalisation et/ou de données. �Obtention d'information sur les propriétés de la communication�Obtention d'information sur le contenu de la communication

Interception d’appel

78

155

Détournement du trafic� Attaques permettant de

détourner le trafic au profit de l'attaquant. Le détournement peut consister à: �rediriger un appel vers

une personne illégitime

�ou à inclure une personne illégitime dans la conversation.

156

• IdentitéAttaques basées sur la manipulation d'identité


79

157

Vols de servicesAttaques permettant d'utiliser un service sans avoir àrémunérer son fournisseur.


158

Communications non désiréesAttaques permettant à une personne illégitime d'entrer en communication avec un utilisateur légitime


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159

Solutions pour la sécurité

� Sécurité dans le réseau IP� Sécurité propre à la solution de VoIP

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Sécurité dans le réseau IP

• Liaison� Cloisonnement des VLAN� Filtrage des adresses MAC par port� Protection contre les attaques ARP

• Réseau� Contrôle d'accès par filtrage IP� Authentification et chiffrement

• Transport� Validation du protocole par filtrage� Authentification et chiffrement TLS

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161

H323:Sécurité

• Le protocole H323 est associé avec plusieurs protocole

� H332: conférences larges�H450: Services supplémentaires�H246: Interopérabilité avec les services de

commutation de circuit�H225: signalisation�H245: gestion du flux média�H235: sécurité

162

H323:Sécurité

H235 propose trois types d’authentification des utilisateurs.Elle propose deux mécanismes à base de secret partagé et une troisième à base de signature numérique.Les techniques à base de secret partagé sont:-Le chiffrement avec ce secret partagé de certains champs-Le hachage de certains champs comprenant un timestamp, un nombre aléatoire et le secret partagé.- la signature numérique, chaque entité doit posséder un couple de clés publique/privés. L’entité souhaitant s’authentifier chiffre certains champs

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163

Le protocole SIP possède 3 mécanismes de cryptage :- Cryptage de bout en bout- Cryptage au saut par saut (hop by hop)- Cryptage au saut par saut du champ d'en-tête Via pour dissimuler la route qu'a emprunté la requête.

Sécurité et authentification

164

Cette attaque a pour but de jouer un message préenregistréà la personne décrochant le combiné.

impact sur l’intégrité des données

Appel spam

Cette attaque a pour but d’effectuer des appels gratuits en utilisant les informations d’un utilisateur légitime.

impact sur l’intégritéVol de service en utilisant les accréditations de l’utilisateur légitime

Cette attaque a pour but d’écouter ou d’enregistrer une conversation en cours.

impact sur la confidentialité des données

Ecoute clandestine physique

Cette attaque permet de couper une communication existante entre deux terminaux.

impact sur la disponibilitéDoS en utilisant les messages de requête SIP BYE

DescriptionButNom

Exemples d’attaques potentielles

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XXAppel spam

XXXVol de service en utilisant les accréditations de l’utilisateur légitime

XXEcoute clandestine physique

XXXDoS en utilisant les messages de requête SIP BYE

ChiffrementAuth.Séparation réseaux

DATA/VoIP

Exemples d’attaques - solutions

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Exemple de terminaux VOIP

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Lignes d’entête obligatoire

Via: SIP/2.0/UDP/ station1.iga.fr:5060Max-Forwards: 20From: Mohamed <sip:[email protected]>To: khalid<sip:[email protected]>Call-id: [email protected]: 1INVITEContact: [email protected]

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(Session Description Protocol)

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234NTP: Network time ptotocol

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La VoIP: caractéristiques réseaux et délais

• Le temps de latence: – Correspond au temps de réponse du réseau VoIP– Valeur théorique: ≤ 100ms– Valeur admise: ≤ 200ms

• La gigue: – Correspond à la variation maximale du temps de latence

entre 2 envois consécutifs de paquets par la même source– Valeur théorique: ≤ 40ms– Valeur admise: ≤ 75ms

• Le taux de perte du réseau– Valeur théorique: ≤ 1%– Valeur admise: ≤ 3%

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Les protocoles de NGN

• MEGACO• BICC et SIP-T• SIGTRAN

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Services layer

Control layer

Media layer

Access layer

netw.indep.svcs.

PSTNISDNPLMN

SS7

La VoIP dans les réseaux publics: les NGN

*Next Generation Network

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Le concept de NGN: caractéristiques

• Les NGN se caractérisent par :– une séparation en plusieurs couches de l’accès, du transport, de

la commande et des services – une interopérabilité via des interfaces ouvertes entre ces

différentes couches et les autres réseaux– un contrôle continu des multiples technologies de transport

(ATM, IP, TDM, ...)– une utilisation de composants basés sur des standards

• L’IP demeure le protocole tout-en-un pour les NGN

270

Les NGN: évolution de la commutation fixe

Switching

Call Control

Interfaces

ATM/IP

SoftSwitch

Gateways

Commutateur Composants NGN

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271

Media

Control

Application

Access

Call Servers (SoftSwitches)

Application Servers

TGWTDM

Data

AGW

ATM/IPBackbone

End-Users

Les NGN: composants réseaux

272

La téléphonie globale: Architecture d’un futur réseau IP

SG : Signalling gateway�Passerelle de signalisation entre le réseau PSTN et le

réseau IP

MGC : Media gateway controller�Organe de contrôle et commande des passerelle

données

MG : Media gateway�Passerelle de données entre le réseau PSTN et IP �Permet la retranscription de l’ensemble des données

�Voix�Fax�…

cours voip

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