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La voix sur IP
Exposé: La VoIP
Présenté par: 1-Zerdab Sofiane
2-M’sili Mohamed
Plan de travail
Introduction.
Le réseau Téléphonique Commuté (RTC).
Principe de la VoIP.
Architecture d’un réseau VoIP.
Problèmes Technique et QoS de la VoIP.
Principaux protocoles de la VoIP.
Protocole et Standard de Signalisation pour la VoIP.
Plan de travail
Les avantages du protocole SIP.
Codage et Transport de la voix sur IP.
Protocole de transport temps réel.
Les protocoles RTP et RTCP.
Conclusion.
Introduction:
La voix sur IP, consiste à faire passer la voix en utilisant le protocole
IP. Un réseau fonctionnant sous ce protocole échange des "paquets" à
l’occasion d’une "Session". L’idée et donc de véhiculer, après l’avoir
numérisé, la voix sur la bande passante d’un réseau et de lui
appliquer le même traitement que les autres types de données
circulant sur le réseau, grâce au protocole IP.
La voix sur IP fait appel à deux notions : le réseau IP et la voix
véhiculée traditionnellement par le RTC.
Le réseau Téléphonique Commuté (RTC)
C’est le réseau téléphonique qu’on utilise dans notre vie
quotidiennement (telephonie,fax,AI)
RTC assure la mise en relation momentanée de 2 abonnées
Commutation de circuit (Circuit-Switched).
Une liaison est établie par l’autocommutateur (PBX).
RTC alloue une bande passante de 64Kbps sur un canal fixe
pendant toute la durée de la communication.
Avantage de la VoIP sur le RTC
Quand une ligne du RTC est utilisée, c’est le temps de
communication qui est payé ,plus le temps est long, plus le
prix est cher. De plus, on ne peut s’adresser qu’a une
personne à la fois.
La VoIP permet, au contraire, à tout moment, de parler à la
personne voulue, aussi longtemps qu’on le souhaite (sans
coût supplémentaire), et de plus, une vidéoconférence
devient possible.
Principe de la Voip
Conversion A/N Suppression d’écho Compression G.7xx
Conversion N/A Décompression
Réseau IP
LAN, WAN
IP UDP RTP G.7xx
Destinataire
Utilisateur
Signalisation
Architecture d’un réseau VoIP
Filiale
PC + Application
VoIP
IP Phone Routeur
Poste Analogique et GSM
Serveur
WAN Internet
RTC
IP Phone Serveur PC + Application
VoIP
PC +
Application
VoIP
Passerelle
IP/RTC
Entreprise
Autre
interlocuteurs
Routeur
Télétravailleur
Problèmes liés à la VoIP
La VoIP n’est pas encore devenu un standard qui permet de
remplacer la téléphonie traditionnelle a cause des couts qui
peuvent subvenir, dans le cas d’un passage vers la VoIP.
Elle ne garantit que très peu de QoS :
L’information est envoyée en Best Effort c-à-d l’information
est juste envoyée (sans se soucier de comment et quand elle
sera acheminée vers la destination ).
Qu’est ce qu’une QoS ?
L’utilisateur est exigeant, il ne peut certainement pas accepter
une qualité de communication inferieur à celle obtenue en
utilisant un téléphone analogique
La QoS d’un réseau désigne sa capacité de transmettre les flux
de différentes applications dans les bonnes conditions.
Cette QoS se traduit techniquement par la fiabilité du service,
la bande passante, le délai, la gigue (jitter) et le taux d’erreurs
(packet loss).
Les différents scénarios VoIP qui
existent
Réseau VoIP « Tout IP » : on y trouve
• Scénario 1 : PC to PC
Abonné B
FAI
(Fournisseur d’Accès Internet)
FAI
Réseau accès
Réseau accès
Réseau IP public
Abonné A
Les différents scénarios VoIP qui existent
• Scénario 2 : le PC à Téléphone IP et vis versa :
Abonné B
FAI
(Fournisseur d’Accès Internet)
FAI
Réseau accès
Réseau accès
Réseau IP public
Abonné A
Les différents scénarios VoIP qui
existent Réseau VoIP « IP+RTC » : On y trouve les scénario suivants:
Scénario 3 : Le PC à Téléphone analogique et vis versa :
Passerelle
FAI
(Fournisseur d’Accès Internet)
Réseau accès
Réseau RTC/GSM
Réseau IP public
Les différents scénarios VoIP qui existent Scénario 4 : Téléphone à Téléphone via IP :
Passerelle
Réseau RTC/GSM
Réseau IP public
Passerelle
Réseau RTC/GSM
Protocoles VoIP
En termes de téléphonie sur IP, on distingue deux catégories de
protocoles :
Les protocoles de signalisation tel que: H.323, SIP, IAX , MGCP
…etc.
Les protocoles de transport de la voix tel que :
RTP et RTCP.
Protocole et Standard de Signalisation
pour la VoIP
La signalisation concerne l’échange d’informations entre les nœuds
d’un réseau.
L’utilité de la signalisation repose bien sûr sur le principe de
l’établissement des connexions, mais elle permet également le
transfert d’informations concernant la gestion du réseau et de ses
ressources c à d des informations de controles.
Une signalisation standardisée pour la
VoIP ?
Le manque d’interopérabilité des équipements, l’impossibilité de raccordement au réseau public (seuls les ordinateurs pouvaient communiquer entre eux).
L’absence d’architecture généralisée pour la connexion de n’importe quel type de terminal. Chaque architecture était définie pour deux équipements d’une extrémité spécifique et ne pouvait pas interopérer avec d’autre équipements.
Un système qui est sensé mettre des gens en relation exige une certaine dose de standardisation. C’est pourquoi de nombreuses organisation ont alors prit part à l’élaboration d’un standard suffisamment générale pour décrire toutes les possibilités de service de voix sur IP.
Des protocoles standards sont apparus :
le standard le plus utilisé : SIP.
Définition de protocole SIP
SIP(Session Initiation Protocol): est un protocole de
signalisation appartenant à la couche application
du modèle OSI.
Son rôle est d’ouvrir, modifier et libérer les sessions.
L’ouverture de ces sessions permet de réaliser de l’audio ou
vidéoconférence,et de l’enseignement à distance sur IP.
Les éléments de base du standard SIP
Les UA (User Agent) pouvant être des UAC (User Agent Client)
pour initialiser des sessions SIP, ou UAS (User Agent Server) pour
recevoir des sessions SIP.
Les serveurs de réseau, a savoir le Proxy Server, Redirect Server,
serveur d’enregistrement et serveur de localisation.
Les passerelles (Gateway).
Rôle des serveurs
• Le proxy Server: le serveur de réseau agit comme intermédiaire entre
les agents SIP.
• Le redirect Server: le serveur retourne à l’appelant la localisation du
demandé.
• Le serveur de localisation: serveur recevant les demandes de
localisation des utilisateurs.
• Serveur d’enregistrement: c’est un serveur qui gère les requêtes
REGITER envoyés par les UAs pour signaler leur emplacement courant.
Concept VoIP basé sur SIP
Serveur de
Redirection
(Redirect Server)
Proxy
Serveur d’enregistrement
(Registrar)
Serveur de localisation (Location Server
(Registrar)
Passerelle
(Gateway)
RNIS ou Réseau
Téléphonique
Réseau VoIP avec protocole de signalisation différent (SIP,
MGCP, …etc
Réseau VoIP
SIP
Schéma du réseau VoIP basé sur le standard SIP.
Fonctionnement du protocole SIP
Le protocole SIP repose sur un modèle Client/Serveur.
L’aboutissement d’un appel s’effectue de la manière suivante :
Un utilisateur veut entrer en communication avec un autre via SIP.
Appel au protocole SIP en précisant la nature des échanges. SIP choisit
l’un des protocoles détaillés dans l’architecture en couche (le mieux
adapté en échange) et définit le nombre de session à ouvrir (pour
échanger de la vidéo par exemple, l’ouverture de deux sessions est
nécessaire : une session pour l’image et une autre pour le son.
Modes de fonctionnement du SIP
Mode Point à Point : On parle dans ce cas « d’unicast » qui
correspond à la communication entre deux machines.
Mode diffusif : On parle dans ce cas de « multicast », plusieurs
utilisateurs via une unité de contrôle UC.
Combinatoire : Combine les deux modes précédents.
Plusieurs utilisateurs interconnectés en multicast via un réseau
à maillage complet de connexion.
La pile du protocole SIP
SIP définit un cadre de technologie complet pour la communication multimédia, fondé sur les protocoles suivants :
Le protocole de description de session SDP (Session Description Protocol).
Le protocole d’annonce de session SAP (Session Annoncement Protocol).
Le protocole de transmission de donnée temps réel RTSP (Real Time Streaming Protocol).
Le protocole RSVP pour la réservation de bande passante.
Le protocole RTP.
Pile des protocoles multimédia
SIP
Audio Vidéo Données
RSVP RTP RTCP SAP SDP
IP
UDP TCP
Application Multimédia
La communication dans un environnement SIP :
L’échange de message de signalisation et de contrôle du
protocole SIP est effectué sous la forme de transaction.
Une transaction est composée d’une requête et d’une réponse.
Les requêtes sont toujours émises par un client.
et les réponses par un serveur.
La structure Client/Serveur se retrouve dans les terminaux, le
serveur d’enregistrement, le proxy et le serveur de
redirection.
La communication dans un environnement
SIP :
SIP possède cinq 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 veut
participer à la communication.
Moyens de l’utilisateur : Pour déterminer le média dont dispose
l’utilisateur et ces caractéristiques.
La mise en route de la session et établissement des paramètres de la
session.
Gestion de la session : Incluant le transfert et la fin d’une session, la
modification des paramètres de la session ou l’appel de services.
Schéma globale d’une communication SIP
Utilisateur B Utilisateur A
INVITE
180 RINGING
200 OK
ACK
Session média
BYE
200 OK
Etablissement de la communication
Il y a deux façons pour qu’un appel SIP puisse être établi:
1-Par le biais d’un Proxy : le Proxy aura la tâche de router
l’appel en direction du destinataire. Il se peut que le Proxy ne
sache pas ou se trouve le destinataire, c’est pourquoi dans ce
cas là, il consulte le serveur de localisation.
Etablissement d’un appel SIP dans le mode Proxy Server
(6) 200 OK
(8) ACK jean@bureau
[email protected] [email protected]
(7) ACK [email protected]
(1) INVITE [email protected]
(5) 200 OK
(4) INVITE jean@bureau
Serveur localisation
Proxy Utilisateur B Utilisateur A
(3) jean@bureau (2) [email protected]
Etablissement de la communication
2- Par le biais d’un serveur de redirection : le fonctionnement d’un
tel réseau est le suivant :
L’émetteur de l’appel envoie sa requête au serveur de redirection.
celui-ci lui retourne la position du destinataire s’il la
connaît ; sinon il va consulter le serveur de localisation.
Une fois que la position de destinataire est connue par le serveur de
la redirection, il va la renvoyer à l’émetteur.
Une fois l’émetteur est en possession de l’adresse de destinataire, il
initialise une nouvelle requête directement vers le poste demandé sans
l’intervention du serveur de réseau.
Etablissement d’un appel SIP par le biais d’un
serveur de redirection
(4) 302 contact :
(8) ACK [email protected]
(5) ACK [email protected]
(1) INVITE [email protected]
(7) 200 OK
(6) INVITE [email protected]
Serveur localisation
Utilisateur B Utilisateur A
(3) jean@bureau (2) [email protected]
Redirect Serveur
Les avantages du protocole SIP
La rapidité.
Indépendant de la couche transport (UDP,TCP)il peut sutiliser
avec les deux.
Offre d’autres fonctions comme L’IM (Instant Messaging) (GSM
ou UMTS)
protocole compatible avec les autres protocoles existants sur le
marché.
Codage et Transport de la VoIP
Le codage de la parole permet la réduction de débit de transmission
du signal et des communications dans des canaux .
La largeur de bande d’une transmission devra être minimisée tout en
préservant la qualité de signal vocal reconstruit et en répondant aux
autres exigences liées à l’application.
Dans le cas de la transmission de la voix sur IP, la réduction du débit
limitera le nombre ou la taille des paquets à envoyer sur le réseau.
Le transport de la voix sur le réseau IP à comme conséquence un
doublement du débit, du fait de l’ajout d’un en-tête pour chaque
protocole utilisé.
La mise en paquet de la voix
1001011101011110010110001110101110110000011101010
1110101110110000011101
1110101110110000011101 RTP
1110101110110000011101 RTP TCP et UDP
1110101110110000011101 RTP TCP et UDP IP
Signal Analogique
Signal Numérique
Signal Compressé
Real time Protocol
TCP UDP
Internet Protocol
Généralité sur le codage de la voix
Le terme codec fait souvent appel à la Compression et
Décompression des données (la compression de données est un
codage). Il s’agit d’un procédé permettant de compresser et de
décompresser un signal, de l’audio ou de la vidéo, le plus souvent
en temps réel.
Codage numérique de parole
Pour transporter la voix sur le réseau IP on doit coder ce
signal. Le processus de codage se compose de deux étapes : la
numérisation de la voix, puis la compression numérique.
La numérisation: qui s’effectue par l’échantillonnage et la
quantification.
Compression numérique:
Le signal numérique est compressé pour diminuer le débit nécessaire.
Dans la VoIP on utilise fréquemment les codeurs ITU.
En complément de la compression, un mécanisme appelé VDA
(Détection de l’Activité de la Voix) permet de réduire la bande
passante consommée en détectant les silences produits lors d’une
conversation entre deux personnes qui cèdent la parole à tour de
rôle.
L’activation de ce mécanisme VAD peut procurer jusqu’à 50% de
gain de bande passante.
Le transport de la voix sur IP :
La téléphonie traditionnelle est orientée connexion, utilise la
commutation de circuits pour mettre en relation deux
interlocuteurs. Deux demi-circuits voix sont ouverts en permanence
entre les deux correspondants et le PBX.
La particularité de la VoIP est d’assurer le transport sans logique de
connexion entre deux points(De ce fait on minimisera la bande
passante, protocoles beaucoup plus souples de contrôle et de
gestion de sessions).
Protocole de transport utilisé en voix sur IP
Le transport de la voix sur IP met en jeux de nombreux protocoles de
couches inférieurs à celle qui contient l’information voix. Parmi
lesquels : IP, TCP, UDP …etc.
Les protocoles de transport temps réel
1- Le protocole RTP:
C’est un protocole qui facilite le transport temps réel de bout en bout des
flux de donnée audio et vidéo sur le réseau de paquets.
Il fait partie de la couche application du modèle OSI, et il peut s’appuyer sur
différents protocoles. Dans l’architecture TCP/IP, elle s’appuie sur UDP qui
est mieux approprié aux transmissions temps réel.
RTP permet de :
Reconstituer la base de temps des différents flux multimédia(audio,
vidéo,…etc.).
Détecter les pertes de paquets.
Identifier le contenu des paquets pour leur transmission sécurisée.
Le protocole RTP
Il ne permet pas de :
Réserver des ressources dans le réseau.
Apporter une fiabilité dans le réseau.
Garantir le délai de livraison.
Le rôle principal de RTP consiste à mettre en œuvre
des numéros de séquence de paquets IP pour
reconstituer les informations de voix ou vidéo même
si le réseau sous-jacent change l’ordre des paquets.
L’en-tête RTP
L’en-tête RTP comporte les informations illustrées dans la figure suivante
V P X CC M PT Numéro de séquence
Timestamp (Horodatage)
Identifiant de la source de synchronisation (SSRC)
Identifiants de la source de contribution (CSRC)
Données
Les différents champs de l’en-tête Le champ Version V (2 bits) de longueur indique la version du
protocole.
Le champ Padding P (1 bit) : Si P est égal à 1, le paquet contient des octets additionnels de bourrage (padding) pour finir le dernier paquet.
Le champ extension X (1 bit) : Si X=1 l’en-tête est suivie d’un paquet d’extension.
Le champ CSRC count CC (4 bits) : Contient le nombre de CSRC qui suivent l’en-tête.
Le champ marker M (1 bit) : Son interprétation est définie par un profil d’application (Profile).
Le champ payload type PT (7 bits) : Ce champ identifie le type de payload (audio, vidéo, image, texte, html, …etc.).
Le champ numéro de séquence (16 bits) : Sa valeur initiale est aléatoire et il s’incrémente de 1 à chaque paquet envoyé, il peut servir à détecter des paquets perdus.
Le champ timestamp (32 bits) : Reflète l’instant ou le premier
octet du paquet RTP à été échantillonné. permet la synchronisation
et le calcul de la gigue à la destination.
Le champ SSRC (32 bits) : Identifie de manière unique la source.
Cet identificateur est choisi de manière aléatoire avec l’intérêt qu’il
soit unique parmi toutes les sources d’une même session. La liste des
CSRC identifie les sources (SSRC) qui ont contribués à l’obtention
des données contenues dans le paquet qui contient ces identificateurs.
Le champ CSRC (32 bits) : Identifie les sources contribuant
Dans une session multimédia, chaque média est transporté dans des
sessions RTP distinctes. Cela permet de s’adapter à la bande passante
des destinataires : certains ne peuvent recevoir que l’audio. C’est
grâce à l’identificateur de la source et à l’horodatage des échantillons
que la synchronisation peut être assurée.
Le protocole RTCP
RTCP (Real-time Transport Control Protocol).
Il assure un trafic de contrôle.
Basé sur la transmission périodique de paquets
de contrôle à tous les participants dans une session.
Même mécanisme de distribution (en RTP) que les paquets de
données.
Fonctionnement du RTCP
L’information sur la qualité de la session : RTCP fournit, en
rétroaction des informations sur la qualité de réception de
données transmises dans les paquets RTP. Cette information
est utilisée par l’émetteur pour l’adaptation de type de
codage au niveau des ressources disponibles.
Il garde une trace de tous les participants à une session, tel
que l’information CNAME (Canonical Name) : identifiant
unique et permanent pour un participant.
Types de paquets RTCP
Il ya cinq types de paquets RTCP. Chaque paquet commence par un
en-tête fixe suivi d’élément structurer qui peuvent être de
longueur fixe ou variable selon le type de paquet et de
l’information véhiculée :
1-SR (Sender Report) : Statistique de transmission et de réception
par les participants qui sont des expéditeurs actifs.
2-RR (Receiver Report) : Statistique de réception par les participants
passifs.
3-SDES (Source DEScreption) : Contient l’information concernant
les émetteurs comme le nom canonique CNAME, email, phone
number, localisation géographique,…etc.
Types de paquets RTCP
BYE : Pour quitter une session.
APP : Fonction spécifique à l’application.
L’en-tête RTCP
V P RC ou SC PT Longueur totale
32 bits
Signification des différents champs de l’en-tête
Le champ Version V (2 bits) : Indique la version du RTP,
actuellement V=2.
Le champ Padding P (1 bit) : Si P est égal à 1, le paquet contient
des octets additionnels de bourrage (padding) pour finir le dernier
paquet.
Le champ RC (5 bits) : Nombre de blocs d’information (rapports
ou sources).
Le champ PT (8 bits) : Il donne le type de rapport du paquet.
Le champ longueur (16 bits) : Il indique la longueur totale du
paquet.
RTP, RTCP
Les destinataires du paquet RTP fournissent en retour des informations
sur la qualité de la réception, en utilisant des paquets RTCP dont la
forme varie selon est ce que le destinataire est lui-même un
émetteur de contenu ou pas. Les deux types, SR et RR, contiennent
zéro, un ou plusieurs blocs de rapport de réception, destiné à
chacune des sources de synchronisation desquelles le récepteur a
reçu un paquet de contenu RTP depuis le rapport précèdent.
L’émetteur peut modifier sa transmission en fonction du feed-back
reçu, le récepteur peut comprendre qui les difficultés de réception
qu’il rencontre sont d’origine locale, régionale ou plus globale. Les
éventuels superviseurs ne recouvrent que les paquets RTCP et
pourront évaluer la performance du réseau.
Conclusion
Le monde de la téléphonie sur IP se porte bien, toujours en
plein boum depuis ces dernières années où cette technologie
a révolutionné le monde des télécoms. En effet, la téléphonie
sur IP offre de nouvelles perspectives encore impossibles avec
les systèmes télécoms traditionnels et plus récemment, elle
offre une simplicité d'exploitation par le biais d'interfaces
graphiques intuitives.
Merci de votre attention
