COMUNICAŢII VoIP și SERVICII MULTIMEDIA DE REȚEA

CURS II – PRINCIPII ȘI TEORII FUNDAMENTALE

RCC – CVoIPSMR - 2015 1

Conținut

Principii și teorii fundamentale Protocoale de bază Semnalizarea si controlul apelurilor VoIP

2

Protocoale de bază IP - Internet Protocol

protocol dezvoltat pentru rețeaua ARPAnet (US-DOD) din nevoia unui protocol de rețea, care să interconecteze mai multe calculatoare și rețele diferite, odată cu creșterea și diversificarea rețelelor (tehnologie, topologie, dimensiune)

TCP - Transmission Control Protocol permite stabilirea de conexiuni și schimbul de fluxuri de date

între două echipamente de rețea. TCP garantează livrarea datelor și că pachetele vor fi livrate în aceeași ordine în care au fost trimise

UDP - User Datagram Protocol foloseste un model simplu de transmisie neorientată pe

conexiune, cu un mecanism protocol minim, oferind la nivel IP numai serviciile sumei de control a datelor și multiplexare prin numărul de port

3

Servicii oferite de IP • servicii neorientate pe conexiune, la nivel de datagramă, fără

confirmare de livrare sau garanție de livrare. • serviciul la nivel Datagramă nu oferă fiabilitate totală • IP presupune prezența unui substrat preponderent încredere,

dar nu definește ce trebuie să fie acel substrat. • serviciu datagrama IP este utilizat în conjuncție cu un protocol

de transport de orientat pe conexiune, fiabil, cum ar fi TCP (având în vedere cazul în care este necesar un serviciu complet fiabil)

• protocolul de transport efectuează secvențierea punct la punct și detectarea și corectarea erorilor pentru a compensa lipsa de fiabilitate IP (IP poate pierde și trimite neordonat pachete)

4

Model TCP/IP simplificat

5

Voice vs. Video peste IP – generalități • Semnalele de voce și cele video sunt semnale analogice și trebuie să

fie convertite (si comprimate) de către un codec într-un semnal digital pentru transportul prin rețele bazate pe comutarea de pachete.

• Transferul de date video (sau voce) poate fi într-o direcție sau full-duplex și poate fi în timp real sau nu (de exemplu, de streaming video.)

• Astăzi, IP este protocolul obișnuit pentru transferul de informație video și de voce peste o rețea de pachete, dar multe alte protocoale proprietare au fost folosite de-a lungul anilor.

• Există diferențe între Voice over IP și Telefonie pe Internet (sunt incluse și alte servicii, în afară de voce)

• Transportul de informație video sau de voce prin rețelele bazate pe comutarea de pachete este realizat cu mai multe protocoale: - Protocoale pentru configurarea conexiunii - Protocoale pentru stabilirea capacităților sistemelor de capăt - Protocoale pentru trimiterea efectivă de conținut video și audio

• SIP și alte protocoale proprietare (Skype) sunt alegerea predominantă astăzi pentru Voice over IP (VoIP), iar H.323 este mai frecvent utilizat pentru video

6

Voce vs. Video peste IP– elemente • POTS – Plain Old Telephone Service • VoIP – Voice over IP • CO - Central Office, a location for a telephone switch that

provides public telephone service • PBX – Private Branch Exchange, telephone switch

located at a company’s building. Provides service withinthe building and access to the public telephone network.Can be implemented with analog (very old style), digital(not IP based), VoIP (proprietary, H.323, or SIP based)

• CENTREX (central office exchange service) Telephone service provided by a telephone company to large usersthat don’t want to manage their own PBX systems. Today, this is done via VoIP services as well as some old-stylecircuit switched services.

7

Voce vs. Video peste IP– elemente (2) • ITSP – Internet Telephony Service Provider, a

company that provides telephone service to organizations and end-users via VoIP or a proprietary system.

• Codec (Coder/Decoder) - hardware or software thatconverts an analog signal (either voice or video) todigital (and vice versa). Digital signals (voice or video) from the codec can be sent as a stream of bits, or packetized (put in UDP packets.)

• Signaling (common term in telephony networks) is used for call set up and call negotiation. It can be in-band or out-of-band. Both H.323 and SIP handle signaling, among other things.

8

Video/Voce în comutarea de pachete • Comunicații de voce și video în timp real

- Volumul de trafic video de variază în funcție de numărul de cadrele video trimise pe secundă și de rezoluția, detaliile și mișcarea din cadru. Aceasta înseamnă că există un flux destul de repetitiv de pachete, dar există variabilitate la nivel de număr de pachete și mărimea lor.

- Traficul audio este destul de constant (în limitele unui algoritm specific de compresie și codare.)

- Cu toate acestea, calitatea comunicațiilor cu conținut video și audio se degradează rapid în cazul în care pachetele sunt întârziate sau pierdute, în timp ce rețeaua transportă alt trafic.

•Așadar, este necesară administrarea strictă a alocărilor de resurse de rețea folosind elemente specifice asigurării calității - Quality of Service (QoS).

9

Codec-uri Audio și Video • Un codec face conversia unui semnal analogic (voce

sau video) în semnal digital (date) și invers • Audio Codecs

– G.711 (8,000 samples per second, 64kbps, 30 msec sample) – G.722 (7Khz speech, 48kbps to 64 kbps) – G.723.1 (30 msec sample, 6.4kbps) – G.728 (16kbps, LD-CELP) – G.729 (8kbps, CELP) – iLBC, …

• Video Codecs – H.261 – H.263, H.263+ and H.263++ – H.264 (multiple variante) …

10

Comunicaţii VoIP Telefonia IP, cunoscută, în general, sub denumirea de

VoIP- Voice over Internet Protocol este un concept care se bazează exclusiv pe fluxuri vocale digitale transportate pe infrastructuri logice de tip IP.

VoIP este alternativa digitală la telefonia clasică. Serviciile VoIP presupun nu numai digitizarea şi

codificarea semnalului vocal în scopul transmiterii prin reţelele de date, ci şi asocierea unor servicii similare telefoniei clasice: apelare, numerotare, semnalizări diverse.

Odată cu extinderea Internetului a devenit evident faptul ca transportul IP bazat pe comutaţia de pachete a devenit o soluţie mai convenabilă decât comutaţia de circuite.

Dacă iniţial reţeaua telefonică oferea o infrastructură pentru comunicaţii de date, în prezent telefonia (IP) este cea care beneficiază de reţelele de date acoperind segmente tot mai largi din piaţa comunicaţiilor vocale.

11

Particularitati VoIP VoIP inlocuieste circuitele traditionale in comutatie

VoIP foloseste protocoale proiectate initial pentru transferul pachetelor de date

VoIP poate fi folosit pe structuri LAN, WAN, MAN si/sau PBX

12

Structura retea VoIP

Ruter

Figura 3.30 Structura unei reţele VoIP

R

Internet

Reţea telefonicăPSTN, ISDN, GSM

Gestiune apel

Telefon analogic

InterfaţăFXS

InterfaţăFXO

Telefon VoIP

Terminale VoIP

Emulare

Telefon VoIP

Telefon non IP

Terminal VoIP

13

Interfete VoIP (1) Pentru interconectarea de dispozitive non-IP la o

infrastructură de transport informaţional de tip TCP/IP este necesară utilizarea unor interfeţe dedicate.

Pentru conectarea aparatelor telefonice analogice se utilizează interfeţe FXS - Foreign eXchange Subscriber.Acestea generează curentul de linie, tonul de numerotare şi semnalul de apel către un echipament analogic (telefon, fax, modem) şi foloseşte un port Ethernet pentru conectare către reţeaua de date.

Interfaţa utilizată către reţeaua telefonică se numeşte FXO -Foreign eXchange Office Interface. Spre deosebire de FXS, FXO primeşte semnalizările din sistemul telefonic (şi nu generează) realizând operaţiunile de închidere / deschidere a liniei de abonat (on-hook, off-hook).

14

Interfete VoIP (2)

Aparatele telefonice care includ şi interfaţa FXS se numesc terminale VoIP sau telefoane VoIP.

Un terminal VoIP poate fi emulat, folosind o aplicaţie software adecvată, cu ajutorul unui echipament de calcul tip PC.

Un terminal VoIP poate utiliza o interfață wireless generând un serviciu similar telefoniei mobile

În reţelele VoIP se poate utiliza apelarea directă pe bază de adresă IP sau se poate folosi un sistem de conversie a adreselor IP în numere telefonice de abonat, pe baza unui tabel de alocare, similar conversiei DNS.

15

Semnalizarea si controlul VoIP Semnalizarea si controlul apelului sunt două

procese fundamentale în realizarea următorilor pași: inițierea apelului, managementul si administrarea traficului de voce.

La nivel VoIP sunt delimitate doua căi: una ce asigura traficul de voce si folosește

protocolul RTP, iar a doua care asigură semnalizarea,

funcționalitatea sa fiind data de protocoalele de control al apelului.

16

Semnalizarea VoIP In mediul VoIP sunt incluse puncte

terminale (endpoints), precum si elemente de control comun al retelei. Puncte terminale - in aceasta categorie sunt

incluse terminalele si gateway-urile. In ambelecazuri, punctul terminal trebuie sa participe la procesul de semnalizare, in mod direct sau indirect, prin intermediul elementelor de control comun. De asemenea, trebuie sa poata prelucra informatia audio, ceea ce presupune o conversie analog-digitala si reciproc. Gateway-urilereprezinta interfata catre reteaua telefonica clasica.

Controlul comun al retelei – in unele modele17

Semnalizarea VoIP (2) Controlul comun al retelei – in unele modele

de control al apelului, componenta de control comun nu este definita, iar in alte cazuri, ea este integrata la cerere. Rolul principal al acestor componente de control

este de a administra si gestiona apeluri. Astfel, este oferita o varietate de servicii ce usureazaprocesul de initiere al apelului, cum ar fi: stadiulapelului in curs, inregistrarea adresei, controlul accesului la retea. De cele mai multe ori serviciile de control comun sunt implementate sub forma de aplicatii..

18

Inițierea apelului Calea de voce intr-o conexiune VoIP este dependenta de

crearea unei sesiuni RTP (Real-time Transport Protocol). Fiecare sesiune RTP transporta vocea unidirectional, astfel

incat, pentru realizarea unei convorbiri sunt necesare doua sesiuni.

19

Negocierea parametrilor Pentru a crea sesiuni RTP, fiecare punct terminal trebuie sa

identifice adresa IP si numărul portului UDP (User DatagramProtocol) al perechii participante la sesiunea respectivă.

Punctele terminale trebuie sa stabilească de comun acord o serie de parametri ce vor fi utilizați pe durata convorbirii CODEC-uri – punctele terminale trebuie sa utilizeze același tip de

CODEC pentru voce, sau cel puțin sa recunoască opțiunea celuilalt punct terminal in ceea ce privește varianta de codare a vocii.

Transmisie / Recepție – in funcție de aplicație, traficul de voce poate fi intr-un sens sau in ambele sensuri. Unele puncte terminale se pot afla in situația de a nu putea participa la o sesiune deoarece nu sunt capabile sa realizeze traficul de voce in ambele sensuri.

Tipul de conținut media – poate fi conținut audio, video sau date. Rata de bit – definește lărgimea de banda necesara pentru

realizarea conexiunii.

20

Administrarea / gestiunea apelului Aceste funcții asigură servicii opționale ce contribuie la o mai

buna funcționare, administrare si mentenanță a unei rețele VoIP. Funcția de gestiune folosește informațiile adunate in timp in

legătură cu desfășurarea apelurilor, informații reunite sub denumirea de CDR (Call Detail Records). CDR-ul este utilizat in procesul de facturare, precum si la o analiza de îmbunătățire a serviciilor in cazul unei eventuale creșteri a capacitații rețelei.

Administrarea presupune următoarele procese: Stadiul apelului in curs – este monitorizată desfășurarea

apelului in timp real. Managementul adreselor – asigură utilizatorilor diferite

servicii, cum ar fi rezoluția adreselor. Controlul accesului la rețea – asigură utilizarea judicioasa a

resurselor rețelei.

21

Principalele protocoale VoIP

H.323 - standard ITU (International Telecommunication Union), integrare ISDN, topologie distribuita, include reglementari pentru videotelefonie

SIP - Session Initiation Protocol, reglementare IETF RFC2543, reglementeaza controlul distribuit al fluxurilor; include mesagerie

MGCP - Media Gateway Control Protocol, reglementare IETF (Internet Engineering Task Force) RFC2705, defineste controlul centralizat bazat pe agenti (MGC) & Gateways (MG)

Skinny – defineste o arhitectura centralizata de control a fluxurilor vocale

22