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La ToIP/VoIP

Voix et téléphonie sur IP

-

Convergence voix et données

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Evolution de la ToIP

�la téléphonie sur IP représentait en 2005 8% du parc total des lignes dans le monde.

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VoIP ou Voice over Internet Protocol

� consiste à transmettre une conversation vocale sur un réseau IP

� Challenges� Utiliser un (protocole) réseau orienté “transfert

de données” (asynchrone) et “commutation de paquets” en mode “Best Effort”

� avec une application qui par essence demande àutiliser une “commutation de circuits”

� pour véhiculer des données synchrones (c.f. réseau téléphonique commuté) dans des délaisdéterministes

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La téléphonie sur IP� ensemble de fonctions téléphoniques

� utilisant le protocole IP pour transmettre de la voix� et gérer les fonctions téléphoniques

� La voix est numérisée, compressée et transmise sous formede paquets IP routés

� Exemple d’applications:� Netmeeting: Implémentation Microsoft de H323 � Skype: 3Q2003, propriétaire et fonctions téléphoniques

limitéesNombreux partenariats aujourd’hui

� Offres Triple-play: Freebox utilisait MGCP et permet maintenant un compte SIP supplémentaire

� Asterisk, sipXpbx, openSER

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TCP/IP et le temps réel� Challenges techniques

� Malgré le temps de latence (temps de transmission des paquets)

� ajouté au temps de compression de la voix� doit permettre permettre un bon MOS (une

conversation naturelle)� en garantissant une QoS (Quality of Service) de

bout en bout� pour prétendre remplacer la téléphonie fixe, il

faudra un ensemble de fonctions beaucoup plus évoluées

� Devra aider à simplifier les tâches de gestion et de maintenance des réseaux d’entreprise

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Qualité de serviceCritère différentiateur dans la définition d’un cahier des charges, le choix, la configuration d’un réseau VoIP

� 7 critères pour agir sur la qualité de service (QoS) d’un réseau VoIP :

� (Bande passante: dans contexte d’allocation par connexion ou rate-limit)� codecs utilisés (e.g. G711=64kbps) � intensité (Erlang)� offre symétrique

� Temps de réponse, temps d’attente (latence) pour mesurer le temps écoulépour la transmission de la voix.[150-400ms]

� Gigue (Jitter) [<<150ms]� délai entre deux paquets de donnés� permet de mesurer et contrôler l’instabilité du réseau.

� Perte de transmission (Packet loss) [1-3%]� une communication VoIP peut perdre des paquets. � Le taux de paquets perdus reflète le niveau d’audibilité de la communication.

� Traitement du phénomène d’écho

� délai entre l'émission du signal et la réception de ce même signal en réverbération produit par les composants électroniques des parties analogiques

� Fiabilité� Disponibilité de service� Solution de survie

� Sécurité� Confidentialité des conversations� Usurpation d’identité

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Les avantages de la VOIP

� Appels gratuits en local et national, entres agences et vers les télétravailleurs

� Transfert dess appels du siège de l’entreprise vers les succursales connectées en réseau

� Lignes spécialisées remplacées par lignes SDSL� Economie sur facture téléphonique vers les GSM et

l'international (Centrex IP)� Externalisation des téléphones IP sur un VPN

d'entreprise ou via un simple accès ADSL � Administration simplifiée de votre système téléphonique� Possibilité de conserver le parc de téléphones existants si

solution hybride� En hébergeant l’IPBX chez un opérateur, permet de

relier vos collaborateurs via Internet (Fonction IP Centrex)..

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Architectures séparées Site central Site distant

Réseau Inter

Opérateurs RT

CO

péra

teur

Loca

l

RT

CO

péra

teur

Loca

l

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Convergence

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Systèmes IPBX HYBRIDES

� permet de passer à “la voix sur IP”

� sans changer vos téléphones

� ni le câblage téléphonique

� E.g. � IP OFFICE de AVAYA

� CallManager/UCCX de Cisco

� Ascotel/NeXspan de AastraMatra

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Passer de la téléphonie traditionnelle à la VoIP

� PABX� Elément central de la téléphonie traditionnelle en entreprise

� Plusieurs solutions pour le passage en VoIP:� Ajout d’une passerelle IP au PABX déjà présent� Le remplacement du PABX classique par un IP PBX (serveur

d'appel VoIP et serveur d'application)� implique le remplacement des terminaux par des postes IP

� l’externalisation vers un IP Centrex, service fourni par un fournisseur de solution de VoIP, qui gère le service de bout en bout� location ou vente de terminaux� devenues crédibles grâce à la maturité des technologies de VoIP d'entreprise et au déploiement à large échelle de lignes (S)DSL abordables

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Marché SOHO: Quid de l’ancienposte analogique ?

� POTS: Plain Old Telephone ServiceService de téléphonie analogique de base

� On peut les récupérer et les connecter par un petit boîtier avec une interface dite FXS (Foreign Exchange Station)� fournit le courant d'alimentation

� permet le branchement direct sur le réseau Internet

� solution de plus en plus proposée par les fournisseurs d'accès Internet comme Free avec la Freebox

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Marché SOHO: Quid de la ligned'arrivée téléphonique ?� Connexion à une interface dite FXO

(Foreign Exchange Office)� alimentée par l'autocommutateur ou le

réseau opérateur� permet faire par exemple une passerelle

entre le monde SIP et la téléphonie classique� Intérêt: conserver l'installation téléphonique

existante tout en la connectant dans les deux sens au monde VoIP

� Asterisk: www.asterisk.org� PC� Linux� Cartes modem full-duplex

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Carte TDM pour utilisation dans Asterisk

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Les équipements

� IP-Phone� SIP, H323, IAX, propriétaire

� Adaptateur ATA (AnalogTelephone Adapter) pour téléphone ou fax (T.38)� SIP, IAX

� SoftPhone� Logiciel sur PC, PDA, Mobile

� SIP, H323, IAX, propriétaire

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Les équipements

� Serveur de communications (exemple : Call Manager de Cisco)- gère les autorisations d'appels entre les

terminaux IP ou softphones et les différentes signalisations du réseau

- possède des interfaces réseaux opérateurs (RTC ou RNIS), sinon les appels externes passeront par la passerelle dédiée (gateway voir plus loin).

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Les équipements� VoIP Gatekeeper (Gestionnaire d’appel)

� assume les fonctions de contrôle d’appels et de gestion des terminaux.� détient l’intelligence du réseau et donne des fonctionnalités de

téléphonie aux terminaux distants.

� VoIP Gateway (Passerelle)� élément de routage équipé de cartes d'interfaces analogiques et/ou

numériques � s'interconnecte avec d'autres PABX (en QSIG, RNIS) ou opérateurs de

télécommunications local, national ou international. � peut assurer l'interface de postes analogiques classiques qui pourront

utiliser toutes les ressources du réseau téléphonique IP (appels internes et externes, entrants et sortants).

� Router/Firewall� assure la commutation des paquets d'un réseau vers un autre

réseau

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Les équipements

� Switch� assure la distribution et commutation de dizaines de

port ethernet� il peut intégrer la téléalimentation des ports ethernet

à la norme 802.3af pour l'alimentation des IP-phones ou des bornes WIFI en 48V (PoE)

� sépare et implémente les priorités de QoS entre VLAN data et VLAN Voix

� MCU: (optionnel) qui gère les conférences audio-vidéo.

� Serveurs d’authentification (Radius)� Serveurs de facturation (CDR/billing)� Serveurs DNS

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Les flux

� Flux téléphone � autres éléments

� SIP, H323, …� Enregistrement, signalisation

� RTP

� Transfer du flux media

� (T)FTP

� Màj firmware téléphone et configuration

� CRL (Certificate Revocation List)� Certificats pour authentification

� etc.

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Architecture basique pour H323

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22

Architecture basique pour SIP

– SIP Proxy : accès au réseau et relai pour les IP phones & softphones

– SIP redirect proxy : fait la résolution d’adresse SIP en addresse IP (comme sorte de DNS) avant d’établir la connexion SIP

– SIP registar : identifie et enregistre les clients connectés pour finalement les associer à une adresse IP pour savoir où les joindre

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Les protocoles standards� Standard H323

� développé par l'ITU-T � Le précurseur� copie les principes de la téléphonie classique

� Standard SIP (Session Initiation Protocol)� développé par l'IETF� concurent mieux adapté à l'Internet� permet le développement des fonctions téléphoniques� Nombreux softphones (logiciel sur PC avec casque et micro) disponibles

� MMUSIC� MEGACO-H248-MGCP : Media Gateway Control Protocol� SCCP (ou Skinny de Cisco)

� IAX/IAX2: Inter Asterisk Protocol� Non standardisé mais ouvert

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Avantages et Inconvénients H323,SIP et MGCP

Pas encore de grande référence

Service supplémentaire de téléphonie inexistant

En pleine maturation

Permet d’utiliser des téléphones « idiots »

Indépendant des protocoles de signalisation supérieurs (H323,SIP)

Bien pour les opérateurs voulant faire du RTC-IP-RTC

MGCP

Protocole très complexe, manque d’inter-opérabilité

Difficultés avec les FireWall

Support des fonctions avancées de la téléphonie.

Pas dans l’esprit « Internet »

Maturité du protocole: Actuellement version 4 pour la définition.

Les premières mises en œuvre de V3 commencent juste à apparaître

Beaucoup de constructeurs utilisent H323

Peut supporter autre chose que IP. Existe aussi sur ATM

H323

Pas encore de grande référence

Service supplémentaire de téléphonie inexistant

En pleine maturation

Simple à mettre en œuvre, messages écrits en clair

Interopérabilité très bonne

Grâce à CPL (Call Processing Language) qui utilise XML, il est très facile d’ajouter des services intelligents de redirection

Très bonne possibilité de gestion de la mobilité

Utilisé pour la téléphonie 3G (UMTS)

SIP

InconvénientsAvantages

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Focus sur le protocole SIP

Protocole similaire à http :

� Gestion de sessions entre participants

� SIP : signalisation, et RTP/RTCP/RTSP : données média

� Données transportées de toute nature : voix, images, messagerie instantanée, échanges de fichiers, etc

� Utilise le protocole UDP sur port 5060

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Qu’est ce que SIP ?� protocole de signalisation utilisé pour

� ouvrir des sessions dans un environnement IP, � les modifier � et les libérer/fermer

� Une session � un appel téléphonique (en réception et en émission) � ou bien une mise en relation entre plusieurs supports multimédia au même

instant (conférence)

� Tout utilisateur peut se connecter à des utilisateurs d’une session déjàouverte…

� Pour une session, l’utilisateur émet une invitation qui:� transporte un descripteur de session � permet aux utilisateurs de s’accorder sur la compatibilité de leur média

� L’avantage de SIP réside dans le fait qu’il n’est donc pas lié à un medium spécifique et est indépendant du protocole de transport.

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Fonctions de SIP� possède cinq grandes fonctions pour établir et terminer des

communications multimédia� Adresse de l'utilisateur

pour déterminer le système terminal qui doit être utilisé pour la communication.

� Disponibilité de l'utilisateurpour déterminer si l'utilisateur a envie de participer à la communication.

� Moyens de l'utilisateurpour déterminer le média dont dispose l'utilisateur et sescaractéristiques

� La mise en route de la session"sonnerie" et établissement des paramètres de la session

� Gestion de la sessionincluant le transfert et la fin de session, la modification des paramètres de la session ou l'appel de services

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Vue globale de SIP

� protocole de type requête / réponse � très proche des protocoles http et SMTP

� utilise les URLs pour l’adressage

� a désormais une place importante dans les télécommunications� ne dispose pas que d’avantages

� limites � nécessité d’interagir avec d’autres protocoles pour être pleinement

fonctionnel

� disposer d’une adresse SIP c’est :� être constamment joignable � quelque que soit l’endroit où l’on est� si la personne change de bureau, de ville ou même de pays, il lui suffit

de disposer d’une connexion Internet afin qu’elle puisse être joignable n’importe ou sur le même numéro SIP que lui a attribué son opérateur VoIP.

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Caractéristiques

� L’appelant et l’appelé doivent être identifiés via son URL SIP� Les utilisateurs disposant d’un numéro (compte) SIP dispose

d’une adresse ressemblant à une adresse mail. � sip:[email protected]� ici 123456789 est le numéro SIP de l’utilisateur. � Ce numéro SIP est unique pour chaque utilisateur.

� SIP dispose des services suivants:� Allocation d’un compte SIP à un utilisateur� Disponibilité de l’utilisateur� Initiation de l’appel� Transfert d’appel (en cas de numéro occupé, aucune réponse)� Numérotation ‘traditionnel’� Portabilité du numéro� Identification de l’appelant et de l’appelé� Invitation de participants à une conférence� Fermeture d’un appel

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Architecture de SIP

� deux composants dans un système SIP : � UAS (User Agent Server)

� représente l’agent de la partie appelée� application de type serveur qui contacte l’utilisateur

lorsqu’une requête Sip est reçue� renvoie une réponse au nom de l’utilisateur

� U.A.C (User Agent Client) � représente l’agent de la partie appelante� Le client initie les appels et le serveur répond aux

appels initiés par le client� Un utilisateur peut utiliser des outils tels qu’un

téléphone IP, un PDA, un casque ou même un logiciel pour effectuer et recevoir ses appels

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

� auquel est relié un terminal fixe ou mobile� agit à la fois comme un client et comme un comme serveur� peut interpréter et modifier les messages qu’il reçoit avant de les retransmettre

� RS (Redirect Server)� réalise simplement une association (mapping) d’adresses vers une ou plusieurs

nouvelles adresses� redirige vers le PS le plus proche pour un appel simple � en mode multicast, le message émis est redirigé vers toutes les sorties auxquelles

sont reliés les destinataires

� LS (Location Server)� fournit la position courante des utilisateurs dont la communication traverse les RS

et PS

� RG (Registrar) � gère les comptes SIP alloués aux utilisateurs� accepte les requêtes Register� offre également un service de localisation comme le LS� chaque PS ou RS est généralement relié à un Registrar

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� Les méthodes de base sont :� INVITE permet à un client de demander une nouvelle

session� ACK confirme l'établissement de la session� CANCEL annule un INVITE en suspens� BYE termine une session en cours

� Les codes de réponse sont similaires à HTTP.� 100 Trying� 200 OK� 404 Not Found

� Certains codes sont spécifiques à SIP.� 180 Ringing� 486 Busy

Fonctionnement de SIP

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Distinctions

� On distingue les serveurs SIP en mode stateful et stateless :� stateful mémorise l’association entre la requête

entrante et les requêtes sortantes associées

� alors que stateless est sans mémoire une fois que les requêtes sortantes sont générées

� On distingue 3 modes d’ouverture de sessions avec SIP :� Mode Point à point : cas « d’unicast »

qui correspond à la communication entre 2 machines

� Mode diffusif : cas « multicast »(plusieurs utilisateurs via une unité de contrôle MCU –Multipoint Control Unit)

� Combinatoire : combine les deux modes précédents

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INVITE

2 WAY RTP CALL w/ SDP (ESTABLISHED)

SIP Phone A SIP Phone B

100 TRYING - (progress report code)

180 RINGING - (progress report code)

200 OK - (success - user accepted the call)

ACKCaller confirms receipt of the success code

200 OK (success)

BYE (terminates the call)

100 TRYING (progress report code)

Téléphone SIP vers Téléphone SIP

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Flux d’appel SIP avec un serveur Proxy (Stateless Proxy Server)

USER B

INVITE

INVITE

180 RINGING180 RINGING

200 OK

200 OK

ACK

ACK

BOTH WAY RTP CALL (ESTABLISHED)

BYE

200 OK

USER A PROXY

100 TRYING

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Flux d’appel SIP avec un serveur Proxy Stateful(Call Stateful Proxy Server)

USER B

INVITE

INVITE Record-Route

180 RINGING180 RINGING F4

200 OK Record Route

200 OK Record Route

ACK

ACK

BOTH WAY RTP CALL (ESTABLISHED)

BYE (Route) BYE (Route)

200 OK 200 OK

USER A PROXY

100 TRYING

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Inconvénients avec SIP

� Pare-feu (Firewall)� La majorité des firewalls dans les entreprises bloquent UDP� Les firewalls doivent tenir compte des sessions SIP INVITE

- BYE et ouvrir un « trou » UDP pour accepter l’appel� Le Call Stateful Proxy est obligatoire. Il existe beaucoup de

propositions pour contourner ce problème mais aucune n’est parfaite!

� NAT (Network Address Translation)� Utilise les adresses IPv4 pour cacher les adresses IP

privées� Il est capable de translater une adresse IP privée sur une

plage (pool) d’adresses IP disponibles� Pas de routage pour ce type d’adresses� Solutions envisagées : STUN, TURN, ICE� Solution au problème → IPv6 et pas de NAT!

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Le protocole IAX/IAX2

� alternative au protocole SIP

� utilisé par Asterisk

� utilise un port UDP unique (4569, 5036 pour IAX1)

� ne rencontre pas le problème du NAT comme SIP

� supporté par de plus en plus d’opérateurs et de nombreux équipements

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Bibliographie

� http://www.voipfr.com

� RFC 2543: “SIP: Session Initiation Protocol”� http://www.cis.ohio-state.edu/cgi-

bin/rfc/rfc2543.html

� The IETF SIP Working Group home page� http://www.ietf.org/html.charters/sip-

charter.html

� SIP Home Page� http://www.cs.columbia.edu/~hgs/sip/


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