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Services multimédia1 Services multimédia sur réseaux – La voix sur IP A. Quidelleur SRC2 Meaux 2008-2009 M22.4 - Réseaux.

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1 Services multimédia1 Services multimédia sur réseaux – La voix sur IP A. Quidelleur SRC2 Meaux M Réseaux et Services sur Réseaux Module complémentaire – Option poursuite détudes courtes

2 Services multimédia2 Plan Les nouveaux usages multimédia sur les réseaux et leurs contraintes Utilisation de la voix sur IP Les difficultés liées au protocole IP Les protocoles de la voix sur IP Conclusion

3 Services multimédia3 Les nouveaux usages multimédia sur les réseaux et leurs contraintes

4 Services multimédia4 La convergence IP Autrefois : un réseau par type de données Voix : RTC Données : transpac Vidéo : TV ; radio Désormais : un seul réseau quel que soit le type de données Généralisation du modèle TCP/IP

5 Services multimédia5 Du Triple-Play au Quadruple-Play Triple-Play : Une passerelle multimédia domestique Internet, téléphone, TV FAI : ADSL, câble, Fibre optique Quadruple-Play : Triple-Play + communications sans-fil Accès à la vidéo, Internet et la voix via le téléphone mobile Téléphones bi-modes : Basculement du réseau cellulaire au réseau WiFi domestique ou au réseau Wimax dinterconnexion. Loffre triple-play

6 Services multimédia6 La nouvelle donne du multimédia sur Internet Lutilisation de la TV sur IP dans le monde Mesures et prévisions de trafic sur Internet

7 Services multimédia7 Les « nouvelles » applications sur Internet

8 Services multimédia8 Internet et téléphonie en France au 3ème trimestre 2008 Source : ARCEP (Autorité de Régulation des Communications électroniques et des Postes) 18,3 millions dabonnements à Internet 94% dabonnement haut débit Téléphonie IP = 44% du trafic émis au départ des postes fixes En 1 an, de 37% du trafic téléphonique sur IP et de 13,5% du trafic RTC 35% des abonnés ADSL accèdent à la TV 56,4 millions dabonnés à la téléphonie mobile 31% des utilisateurs utilisent les services multimédia mobile (Internet mobile, envoi de MMS) de 15% en 1 an 16% dutilisateurs actifs des services de 3ème génération (voix, visiophonie, télévision mobile, transferts de données…)

9 Services multimédia9 De nouvelles contraintes Besoins de débits Consommation importante de la bande passante Impact du débit, des délais, de la gigue et des pertes Délai ou latence : temps écoulé entre lémission du paquet et sa réception Gigue : variation de ce délai dun paquet au suivant Schéma :

10 Services multimédia10 Différentes contraintes pour différents trafics

11 Services multimédia11 Utilisation de la voix sur IP

12 Services multimédia12 Pourquoi la voix sur IP ? Comment ? Pour lutilisateur : réduction des coûts Pour lopérateur : Convergence des réseaux Voix/Vidéo/Data un seul réseau de transport combinant les trafics voix, vidéo, données Applications : vidéo conférence, messagerie unifiée pour envoyer indifféremment des messages voix sur IP, électroniques ou télécopie via Internet Avant 1996, solutions de voix sur IP reposant sur des architectures propriétaires (manque dinteropérabilité, impossibilité de se raccorder au réseau public…) Depuis, élaboration dun standard avec la création dun groupe de travail de lUIT regroupant plusieurs structures de normalisation UIT-T (Union Internationale des Télécommunications, secteur Télécoms) IETF (Internet Engineering Task Force) IMTC (International Multimedia Teleconferencing Consortium) ECTF (Entreprise Computer Telephony Forum) ETSI (European Telecommunication Standards Institute) International Teleconferencing Association International Multimedia Association.

13 Services multimédia13 Avantages et inconvénients Toutes les solutions de téléphonie sur IP commencent par convertir la voix en paquets de données numériques. Ils sont ensuite transmis sur le net de la même manière que les autres types de trafic (web, mail, ftp…). Avantages Gratuité des appels métropolitains (parfois internationaux) Simplicité d'utilisation Options pointues et gratuites (transfert, messagerie, etc). Inconvénients Coût parfois plus élevé pour les appelants et appels vers les numéros spéciaux Maîtrise des coûts parfois difficile (numéros 06, 07, 0800…) Qualité encore aléatoire du service : or client habitué à celle du RTC Sécurité pas assurée (contrairement au RTC) Si la réseau est en panne, plus de téléphone !

14 Services multimédia14 VoIP / ToIP La voix sur réseau IP, ou « VoIP » pour Voice over Internet Protocol, est une technique qui fait passer un signal audio sur Internet ou tout autre réseau supportant le modèle TCP/IP. Cette technologie est notamment utilisée pour supporter le service de téléphonie IP = la « ToIP » (Telephony over Internet Protocol) qui, elle, Est une application de la VoIP Implémente des fonctions et services téléphoniques Utilise des équipements qui permettent la téléphonie sur IP La ToIP fournit une architecture de téléphonie sur IP.

15 Services multimédia15 Comment transporter la voix sur IP ? Diverses manières de transporter la voix sur IP Le téléphone par ADSL Téléphonie à partir dun combiné classique sur une ligne dégroupée. Utilisable même si lordinateur est éteint. Les logiciels spécialisés Ex. : Skype (100 millions dutilisateurs en 2008), Qutecom (anciennement Wengo), Gizmo. Nécessitent un ordinateur. Skype est pré-installé désormais sur des téléphones WiFi et GSM. La messagerie instantanée audio ICQ, AIM, MSN et Yahoo Nécessitent un ordinateur.

16 Services multimédia16 Les équipements de la ToIP Téléphones Softphones : Logiciels à installer sur un système informatique Hardphones : Téléphones classiques disposant dune prise Ethernet IP-PBX (PABX – Private Automatic Branch exchange)

17 Services multimédia17 La voix sur IP en entreprise Economie car 1 seul réseau pour voix et données Minimise l'exploitation et l'administration et supprime le câblage téléphonique. Utilisation croissante de la VoIP sur le réseau sans fil de lentreprise.

18 Services multimédia18 La voix sur IP en entreprise Le système de VOIP peut se rajouter en complément sur un réseau téléphonique traditionnel existant avec une passerelle. Il peut s'utiliser en full-IP pour une nouvelle infrastructure (nouvel immeuble par exemple avec uniquement du câblage catégorie 5 ou 6)

19 Services multimédia19 La voix sur IP en entreprise Pour éviter de faire gérer sa téléphonie par la DSI, une entreprise peut opter pour un Centrex. Un Centrex IP est un IPBX hébergé et mutualisé. Il permet à une entreprise d'externaliser la gestion de son système de voix sur IP : un prestataire héberge pour elle le système téléphonique, devenu un véritable serveur informatique Apparu début des années 2000 Offres de B3G, IC Telecom, Alter Telecom, Keyyo Business, Celeste, SFR

20 Services multimédia20 La voix sur IP en entreprise Atouts et inconvénients du Centrex Economique pour une petite ou moyenne entreprise (évite dinvestir dans un IPBX) Maintenance externalisée La qualité de service dépend de la qualité de la liaison entre le LAN et le Centrex Quen est-il de la sécurité lorsque les communications sortent de lentreprise ? Une solution pour les organisations réparties (ex. : architecture du Crédit Immobilier de France) Un IPBX dans la maison mère Un centrex pour les petits sites

21 Services multimédia21 La voix sur IP chez le particulier Selon les terminaux utilisés, on distingue trois modes de téléphonie sur IP Téléphonie entre micro-ordinateurs (« PC to PC » ) : Les deux correspondants utilisent librement un logiciel de téléphonie sur IP (type Skype).

22 Services multimédia22 La voix sur IP chez le particulier Téléphonie entre micro-ordinateur et poste téléphonique (« PC to phone », « phone to PC ») Il existe une passerelle chez lISP qui permet la connexion avec le RTC. C'est cette passerelle qui se chargera de l'appel du correspondant et de l'ensemble de la signalisation relative à la communication téléphonique (possible avec Skype).

23 Services multimédia23 La voix sur IP chez le particulier Téléphonie entre postes téléphoniques (« phone to phone ») : utilisation dune « box » qui réalise l'adaptation (type Freebox, Wengo…) entre postes téléphoniques (analogique ou numérique) et réseau IP

24 Services multimédia24 Les difficultés liées au protocole IP

25 Services multimédia25 Traitement de la voix sur le RTC En téléphonie, bande passante de [300 ; 3400] Hz Signal échantillonné à la fréquence 8kHz et codé sur 8 bits Débit de 64 kbit/s Les paquets de voix sont acheminés sur un réseau commuté : tous les paquets suivent le même chemin Réservation des ressources sur le chemin pendant la communication contrôle de congestion La gigue est nulle Latence faible Le taux de pertes sur le RTC est faible CAN tt Signal codé PCM au débit de 64 kbit/s Voix analogique

26 Services multimédia26 Traitement de la voix sur un réseau IP

27 Services multimédia27 Comparaison réseau IP / réseau commuté Réseau IPRéseau commuté Etablissement de la connexionMode non connectéMode connecté Etablissement dun chemin dédié à la communication NonOui RoutageAdaptatif, chemin calculé par les routeurs instantanément Déterministe : chemin unique durant la communication AdressesChaque paquet comporte des adresses source et destination Aucune adresse ne transite sur le réseau, chemin unique RessourcesPas de réservationRéservation du chemin pendant la durée de la communication AcquittementPas dacquittementsLes nœuds intermédiaires échangent des acquittements FiabilitéTransmission non fiable : perte de paquets Transmission fiable Contrôle des congestionsAucun contrôle nest effectuéContrôle par échange de crédits entre nœuds Interconnexion des réseauxSimple et naturelleComplexe RésuméRéseau « stupide », robuste, universel. Système terminal « intelligent » Système terminal « stupide ». Réseau « intelligent », fiable.

28 Services multimédia28 Les difficultés liées au routage IP IP est un réseau best-effort (met tout en œuvre pour assurer larrivée des données à destination sans aucune garantie de qualité de service) Délai non garantis Gigue non nulle : nécessite un buffer de resynchronisation en bout de chemin Séquencement non garanti Pertes : font partie de la transmission IP, mais doivent être minimisées BON JOURCOMMENTVASTU T Réseau IP BON COMMENTVASTU Perte Variation de délais : gigue Inversion

29 Services multimédia29 La QoS exigée par la voix sur IP Contrainte sur le délai de transmission (ou temps de latence). La voix exige de linteractivité. Recommandation IUT-T G114 : 4 classes de qualité et dinteractivité Classe 1 - entre 0 et 150 ms : conversation normale Classe 2 - entre 150 et 300 ms: qualité acceptable Classe 3 - entre 300 et 700 ms: uniquement half duplex Classe 4 - au delà : plus de communication possible Origine du délai :

30 Services multimédia30 La QoS exigée par la voix sur IP Problème du phénomène d'écho = délai entre l'émission du signal et la réception de ce même signal en réverbération Echo inférieur à 50 ms non perceptible Pour le service de ToIP, traitement de lécho au niveau des passerelles (écho généré par le passage 2 à 4 fils). Si traitement non effectué, service non utilisable avec des postes analogiques classiques La gigue Les paquets doivent être transmis au récepteur en respectant leur fréquence démission. Gigue provoquée par le choix du mode non connecté UDP (paquets qui nempruntent pas forcément le même chemin) et charge des routeurs traversés En réception : buffer de compensation de gigue Gigue inférieure à 100 ms pour garder une qualité acceptable

31 Services multimédia31 La QoS exigée par la voix sur IP Taux de perte de paquets Avec UDP aucune garantie que les paquets arrivent à destination Taux de perte de paquets dépendant de la qualité des lignes empruntées et du dimensionnement du réseau Taux de perte de paquets inférieur à 20% pour avoir un qualité de parole acceptable Traitement de la voix (qualité de codage ou de compression) Voix codée et compressée avant dêtre encapsulée dans un paquet IP Qualité du codeur évaluée par un critère de notation standard : MOS (Mean Opinion Score), classant les codeurs en 5 grandes classes (de 1 « mauvais » à 5 « excellent »)

32 Services multimédia32 Architecture dun réseau VoIP Gateway : Equipement de type passerelle qui permet l'interconnexion entre le réseau IP et le RTC, transforme la signalisation pour passer dun réseau à un autre Assure diverses fonctions, notamment le codage ou le décodage de la voix, la mise en paquet de la voix, le traitement des télécopies, l'annulation d'écho, etc. … Gatekeeper (portier) Rôle : convertir les adresses et contrôler laccès au réseau pour les terminaux, les passerelles et les ponts de conférence Dautres services comme la gestion de largeur de BP et la localisation des passerelles Le pont de conférences (MCU, Multipoint Control Unit) Permet à trois terminaux ou +, et aux passerelles de participer à une conférence multipoint Les terminaux PC, IP phone, …

33 Services multimédia33 Les protocoles de la voix sur IP

34 Services multimédia34 Les protocoles de la voix sur IP TCP est inadapté Les acquittements augmentent la latence Les paquets retransmis sont inexploitables car arrivent trop tard Utilisation de UDP pour encapsuler les échantillons de voix Mais UDP a des failles Ne gère pas le séquencement Ne permet pas dévaluer les délais de transmission et la gigue Les protocoles RTP et RTCP viennent compléter les failles dUDP. Ils fournissent des informations temporelles permettant dadapter le comportement des applications aux caractéristiques temporelles du réseau. RTP soccupe du transport de données en temps réel, mais ne gère pas les ressources du réseau et ne garantit pas de qualité de service. RTCP permet denvoyer des informations en retour à léquipement émetteur.

35 Services multimédia35 Le protocole RTP (Real Time Protocol) RFC 1889 Protocole de transport pour des paquets contenant des données audio et/ou vidéo Protocole de bout en bout, encapsulé dans UDP Précise le codage utilisé pour les données (audio - PCM, GSM, H261… - et vidéo - MPEG2, … -) Ajoute aux paquets une estampille de date et un n° de séquence pour Evaluer le délai et la gigue moyens subis par les flux Reconstituer la base de temps des flux (horodatage des paquets : possibilité de resynchronisation des flux par le récepteur) Réordonnancer les paquets, détecter les pertes de paquets et en informer la source En-tête UDPEn-tête RTPdonnées 16 octets

36 Services multimédia36 Le protocole RTP Malgré son nom, RTP ne permet pas des transmissions temps réel sur IP !! Pas de réservation de ressources sur le réseau Pas de fiabilisation des échanges (pas de retransmission automatique, pas de régulation automatique de débit) Pas de garantie de délai dans la livraison et dans la continuité du flux temps réel RTP peut être utilisé conjointement au protocole RTCP

37 Services multimédia37 Le protocole RTCP (RTP Control Protocol) RFC 1889 ; utilisé conjointement à RTP Il fournit des informations de contrôle Statistiques sur les données véhiculées (nb de paquets envoyés, de paquets perdus, gigue, etc. … ) Localisation des problèmes Adaptation des transmissions au niveau des émetteurs (ex. : changement du taux de compression) Les paquets RTCP Rapport de réception dun flux RTP (Ratio de paquets perdus, dernier numéro de séquence reçu, gigue moyenne) Rapport démission dun flux RTP (Identification du flux, temps courant, nb paquets envoyés, nb octets envoyés) Description de la source (identifiant du flux RTP de la source, nom de la source)

38 Services multimédia38 Fonctionnement conjoint de RTP/RTCP RTP Entête Contenu : vidéo, audio, etc.. RTCP Entête Rapports de réception, description Récepteur

39 Services multimédia39 Les protocoles de signalisation La Voix sur IP met en œuvre les techniques télécoms sur un réseau à paquets normalisation de la signalisation nécessaire pour garantir l'interopérabilité des équipements Signalisation : procédures pour établir, maintenir et fermer lappel Les protocoles non propriétaires standardisés : H323 : standard issu des travaux le UIT et de Microsoft (Netmeeting compatible H323). Sinspire des réseaux télécoms SIP (Session Initiation Protocol) standardisé par lIETF, avec une philosophie réseaux IP MGCP (Multimedia gateway Control protocol), RFC 3435, est complémentaire à H.323 ou SIP, et traite des problèmes d'interconnexion avec le monde téléphonique (SS7, RI)

40 Services multimédia40 Le protocole H , UIT (Union Internationale des Télécommunications) H323 normalise la transmission de la voix, de la vidéo et des conférences audio ou vidéo sur IP et en assurant linterfonctionnement de la téléphonie IP et des réseaux téléphoniques commutés Il est très inspiré du monde des télécoms, car créé à partir de H320, protocole permettant la visioconférence sur le RNIS Utilisé dans Microsoft Netmeeting, les routeurs Cisco… Rôle Définition des normes de compression des flux audio et vidéo supportées Définition des protocoles de signalisation pour linteropérabilité des équipements Limitation de la bande passante réservée pour chaque communication Ceci en restant indépendant vis-à-vis des applications et systèmes dexploitation vis-à-vis du réseau physique supportant la communication Les débits vont de 28 Kbps à 2 Mbps (pour la vidéo)

41 Services multimédia41 Les fonctions dédiées à H.323 Contrôle de la procédure d'appel : requête, établissement et suivi de l'appel Gestion des flux multimédias : liste de codecs recommandés ou obligatoires Gestion des conférences multipoint : modèle de conférence géré par une entité centrale (MCU) Gestion de la bande passante : le gatekeeper devient un centre de contrôle et a les moyens de limiter les connexions et d'allouer la bande passante disponible Interconnexion à d'autres réseaux : ATM, RNIS, RTC

42 Services multimédia42 Eléments de la norme H323 Quatre composants fondamentaux les terminaux (end points), généralement des PC équipés pour laudio ou la vidéo les unités de contrôle MCU (Multipoint control units) pour contrôler les flux audio et vidéo lorsque plus de 2 utilisateurs sont connectés les gatekeepers (GK) :élément logiciel qui fonctionne dans un PC, dans un MCU ou dans un routeur IP et capable de router un appel H.323 en fonction de ladresse de destinataire contenue dans lappel les passerelles (gateways) pour la liaison avec des réseaux non IP

43 Services multimédia43 Q931 codecs Les protocoles de la norme H.323 Initialisation, contrôle dappel, raccrochage Utilisation des canaux et leur capacité, choix des codecs Transport des données audio et vidéo Contrôle de qualité (ex. : renégociation de codec) Enregistrement et authentification Transport des data

44 Services multimédia44 Les ports utilisés dans la norme H323

45 Services multimédia45 Ex. : Communication « Point à Point » entre deux clients enregistrés auprès d'un Gatekeeper Enregistrement de A et B auprès du GK, transmission de leur ID H323 et de A demande l'autorisation au GK de se connecter à B. Si OK, A demande à B son état (libre ou non). Si OK, GK à A. GK informe B qu'une communication va avoir lieu avec A. A entre directement en négociation avec B A cite les codecs audio et vidéo supportéscodecs B cite ses codecs compatibles Négociation de ports pour l'audio (UDP), la vidéo (UDP) et les données (TCP). Transmission des flux indépendamment les uns des autres sans passer par le GK. Fermeture de session : avertissement du GK, libération des ports, arrêt des transmissions de contrôle.

46 Services multimédia46 Performances et utilisation de H323 Implémenté dans beaucoup de logiciels commerciaux et dans la plupart des solutions de visio-conférence Mais nombreuses libertés prises par les fabricants réduction de linteropérabilité Problème avec les firewalls car ouverture de nombreux ports TCP et UDP de manière dynamique Tendance à se faire remplacer par SIP

47 Services multimédia47 Le protocole SIP (Session Initiative Protocol) RFC 3261, protocole de signalisation pour la téléphonie et la visioconférence Simple, bonne intégration au monde IP Il permet dassocier des supports audio, vidéo et de données à une session multimédia. Il fonctionne en mode point-à-point : communication entre 2 machines = unicast (ex. : téléphonie sur IP) diffusif : plusieurs utilisateurs en multicast, via une unité de contrôle M.C.U (ex. : visioconférence) combinatoire : plusieurs utilisateurs pleinement interconnectés en multicast via un réseau à maillage complet de connexions

48 Services multimédia48 Caractéristiques Prend en charge L'authentification et la localisation des multiples participants ; La négociation sur les types de média utilisables par les différents participants en encapsulant des messages SDP (Session Description Protocol) Ne prend pas en charge Le transport des données échangées durant la session comme la voix ou la vidéo Son point fort SIP étant indépendant de la transmission des données, tout type de données et de protocoles peut être utilisé pour cet échange SIPMessages SDP

49 Services multimédia49 Fonctions SIP intervient aux différentes phases de l'appel Localisation du terminal appelé Analyse du profil et des ressources du destinataire Négociation du type de média (voix, vidéo, …), et des paramètres de communication Disponibilité de lappelé Etablissement et suivi de lappel Gestion de fonctions évoluées : cryptage, retour d'erreurs,…

50 Services multimédia50 Fonctionnement SIP utilise des requêtes (code ASCII) émises par le client vers le serveur qui renvoie des réponses (sur 3 chiffres). Fonctionnement similaire à HTTP. Les principales requêtes 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 REGISTER : utilisée par un client pour enregistrer son adresse auprès du serveur auquel il est relié 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

51 Services multimédia51 Fonctionnement SIP définit un adressage SIP du type URL : ou SIP: (Tél: (+33) ) SDP (Session Description Protocol) RFC 2327 est le protocole utilisé pour formater le message

52 Services multimédia52 Les acteurs dune session SIP LUAS (User Agent Server) : agent de la partie appelée. Application de type serveur contacte lutilisateur lorsquune requête SIP est reçue renvoie une réponse au nom de lutilisateur LUAC (User Agent Client) : agent de la partie appelante. Application de type client qui initie les requêtes Le Registrar Garde un registre dans une base de données avec les correspondances des adresses SIP et IP Le Serveur Proxy Prend en charge la couche routage (requêtes et réponses SIP)

53 Services multimédia53 Le registrar

54 Services multimédia54 Le proxy SIP

55 Services multimédia55 Téléphone SIP vers Téléphone SIP 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) ACK Caller confirms receipt of the success code 200 OK (success) BYE (terminates the call) 100 TRYING (progress report code)

56 Services multimédia56 Flux dappel SIP avec un serveur Proxy USER B INVITE 180 RINGING 200 OK ACK BOTH WAY RTP CALL (ESTABLISHED) BYE 200 OK USER A PROXY 100 TRYING

57 Services multimédia57 Conclusion

58 Services multimédia58 Conclusion Même si lutilisation de la VoIP explose, la France a pris du retard sur dautres pays Maintien des 2 infrastructures en France, alors quailleurs (Grande-Bretagne par ex.), le tout IP se généralise Au niveau mondial, le ToIP reste encore bien moins rentable pour les opérateurs que le RTC (revenu moyen 6$ par mois par utilisateur) Des efforts à faire au niveau de la sécurité Réseau routé beaucoup plus vulnérable et moins sûr que RTC Pb de la ToIP sur le WiFi Un changement dhabitudes à prendre Qualité moins bonne que le RTC, or client habitué à très bonne QoS du téléphone classique La gestion de la téléphonie en entreprise devient la tâche de la DSI qui nest pas habituée à rendre service à lutilisateur final A venir : VoIP et mobilité, généralisation de la continuité de service de la ToIP du GSM au WiFi, au Wimax…


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