Réseaux IP Version 8f – 08/2001

SOMMAIRE TCP/IP: Une technique éprouvée dans les réseaux locaux Protocoles IP, TCP, UDP Adressage et routage IP IP et la qualité de service Evolutions de IP: nouveaux protocoles et IPV6 La téléphonie sur IP La Voix sur IP (VOIP): les protocoles H323 et SIP Les applications IP La téléphonie globale sur IP  NMG et les perspectives de marchés IP

TCP/IP: un protocole éprouvé sur les LANs TCP/IP est le protocole de transport de référence dans les LAN’s Pour le transport de données informatiques depuis les années 60 (DOD). Les LANs évoluant vers le Multimédia, IP s’est adapté: Vidéoconférence sur IP Voix sur IP IP est à la base de l’Internet, mais Sans garanties de qualité de service (surtout pour la voix sur IP) Avec des possibilités d’adressage limitées IP a largement influencé les protocoles hauts-débits: ATM, Frame-Relay

Quelques rappels TCP/IP TCP/IP est basé sur l’acheminement de paquets de données numérotés. les fonctions de « contrôle de flux » permettent un fonctionnement du type « client-serveur ». Contrairement à Transpac ces paquets ne sont pas acheminés dans un « circuit virtuel », mais sous forme de « Datagrammes » IP – est responsable de la transmission des paquets de noeud en noeud (adressage des paquets) TCP – est responsable du bon acheminement des données de client à serveur (possibilité de retransmission) et du contrôle de flux.

Architecture générale de réseaux IP Interface x IP TCP UDP SMTP telnet FTP SNMP Interface y A B routeur WAN: Réseau maillé LAN: Réseau multi-point

Internet Internet peut être vu comme un réseau de communication reliant des ordinateurs connectés un protocole : IP ou l'échange de fichiers a d'abord été l'application de base d'internet. Puis le courrier électronique est venu faciliter les échanges, suivi de près par des extensions comme les news. Une seconde génération de services internet est venue avec le world wide web, avec ses protocoles html, http, url. A partir de 1993, internet a entamé sa croissance exponentielle, et son extension vers le grand public et vers l'activité commerciale des entreprises.

Internet protocol (IP) IP fournit un service de transport de paquet non fiable, sans connexion (datagrammes): Non fiable: best effort, livraison non garantie. Les paquets peuvent être perdus, dupliqués, retardés ou arrivés hors séquence…. Sans connexion: pas de circuit virtuel. Des paquets successifs peuvent emprunter des chemins différents. La fiabilité de bout en bout et la notion de connexion sont assurées par les protocoles de niveau supérieur IP assure uniquement la fonction de routage

Adressage IP Une adresse IP : Elle doit être unique au Monde 4 octets (32 bits), notation « décimal pointé » A.B.C.D. exemples : 130.190.5.1 193.32.20.150 134.157.4.14 Elle doit être unique au Monde configurable par logiciel associée à chaque interface réseau Attribution des adresses de réseau en France: Classe A et B par le NIC (Network Information Center) de l'Internet mail à hostmaster@ripe.net Classe C en France : NIC : www.nic.fr Renater : rensvp@renater.fr

Protocole de transport TCP TCP est Un protocole en mode connecté de bout en bout Avec contrôle de flux et de congestion Assure l’intégrité des données (checksum) Assure la transmission (détection des pertes et retransmission) Une connexion TCP est identifiée de manière unique par: adresse IP source, adresse IP destination, port TCP source, port TCP destination TCP est utilisé pour sa robustesse: Émulation de terminal, transfert de fichier, web, e-mail… Client serveur

Protocole de transport UDP UDP est Un protocole en mode non connecté Sans contrôle de flux et de congestion Peut vérifier l’intégrité des données (checksum) N’apporte pas de garantie de transmission à l’application Un flux UDP est identifiée de manière unique par: adresse IP source, adresse IP destination, port UDP source, port UDP destination UPD est un protocole de transport proche de l’IP: Flux temps réel: voix, video… Gestion de réseau SNMP Toute application multicast

Comparaison X25 vs. IP Réseau informatique simple, robuste, universel. Intelligence reportée aux extrémités Réseau télécom, intelligent fiable, complexe et vulnérable Résumé Naturelle Complexe Interconnexion de réseaux Non Oui Contrôle des congestions Forte (routage adaptatif) Moyenne Robustesse Non fiable Fiable Fiabilité Pas d’acquittements Les nœuds intermédiaires échangent des acq. Acquittements Pas de réservation Réservées tout au long du chemin Ressources @ source et destination dans chaque paquet Pas d’adresse dans les paquet. Chemin unique. Adresses Adaptatif. Pas de chemin unique. Déterministe Routage Non chaque nœud calcule le chemin Oui par paquet d’appel Établissement chemin Non connecté UDP Connecté TCP Mode connecté Type de connection IP X25

IP: la connexion du réseau commuté et du réseau de données Le monde Informatique Le monde Télécoms Réseau IP (réseaux numériques avec voix paquettisée) ETHERNET (LAN) RNIS: accès de base et accès primaire PASSERELLE Frame- Relay Interfaces analogiques Voix sur LS (G.703) ATM

Fonction Routeur file d’entrée Table Algoritme de de routage routage file de sortie file de sortie file de sortie

Protocoles de routage dans l’Internet RIPv2 (routing Information Protocol) La liste des réseaux destination connus avec direction et distance est diffusée par chaque routeur à intervalles réguliers Utilisable pour les petits réseaux uniquement OSPF (Open Shortest Path First) Chaque routeur entretient une base de donnée de la topologie du réseau et l’algorithme de routage calcule le plus court chemin en nombre de nœuds traversés BGPv4 (Boarder Gateway Protocol) Routage entre systèmes autonomes

Gestion de la bande passante et qualité de service dans l’IP ( 7 Multiplexeur statistique - Optimisation de la bande passante Respect des délais d’échantillonnage Pas de perte de paquets Reconstitution de la qualité de la parole

Internet et les délais de livraison des paquets La question du temps réel sur internet revient à se demander comment garantir un débit et un délai de livraison ? alors qu'avec IP les délais de transmission sont variables, d'une centaine de millisecondes localement, à 2 ou 3 secondes entre continents, et que l'ordre d'arrivée des paquets de données n'est pas garanti, pas plus que l'arrivée elle-même. La puissance de traitement du terminal doit aussi être suffisante pour assurer en temps réduit les tâches de compression et décompression.

Internet et les problèmes de gigue Si l'on additionne le temps de traitement du signal au délai variable d'acheminement, l'on obtient une forte variation des intervalles de temps entre la disponibilité de deux paquets successifs. Cette variation s'appelle en téléphonie la gigue. La transmission n'est pas synchrone. Elle n'est pas non plus isochrone, car les débits d'entrée et de sortie ne sont pas égaux. Pour corriger la gigue et l'ordre dispersé d'arrivée des paquets, les routeurs stockent le signal dans des tampons, de taille parfois importante

Internet et la garantie de livraison des paquets Un problème supplémentaire vient de la non garantie de livraison. Un routeur saturé détruit des paquets, Une route trop longue produit le même effet. Et de toutes façons un paquet arrivé après le moment prévu pour sa restitution vocale ou vidéo en temps réel ne sert plus à rien ! .

Contraintes pour la Voix sur IP Délai minimal. Le délai de transmission doit être faible pour permettre le full duplex, 150 ms de préférence, 400 ms au grand maximum. Sur internet, il varie de 50 ms à plusieurs secondes... Gigue réduite. La gigue doit être très faible. Sur internet le délai de transmission n'est pas stable, de grands tampons doivent corriger les variations de débit. Perte exceptionnelle. La perte de paquets doit être faible, au maximum 5%. Sur internet, la perte peut être couramment de 5 à 20%. Délai garanti. La contrainte de délai d'acheminement n'est pas compatible sur internet avec la contrainte de fiabilité de livraison. En effet la garantie de livraison suppose l'emploi d'un protocole avec des accusés de réception (TCP le fait, mais pas en temps réel).

VoIP/technique: les protocoles qui enrichissent IP RTP: Real-time transport protocol: assure l ’horodatage des paquets RTCP: Real-time transport control protocol: garantit l ’acheminement des paquets RSVP: Ressource reservation protocol: garantit un délai de transit de bout en bout DIFFSERV: gestion des priorités par classes de service 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,

IPV6 Permettra l’accès à la téléphonie globale proposera des garanties de qualité de service + WFQ + MPLS + IPS7 + MGCP. Permettra d’étendre le champ d’adressage (34bits) contient dans son en-tête un champ de priorité pour traiter les informations de temps réel

VoIP/technique: les limites, aujourd’hui… Aucune garantie de qualité de service: délai de transit de bout-en-bout non maîtrisé, temps d ’établissement trop lents, gigue: variation du délai de transit dans le réseau => voix saccadée interruption de la voix suite à la perte de paquets (silences), Gestion des priorités des paquets: voix, fax, data…. Une intéropérabilité délicate: H.323 est incomplète, seules quelques composantes sont obligatoires, il existe aujourd ’hui 2 versions de H.323, les protocoles d ’enrichissement (RSVP,..) ne sont pas déployés partout, ce qui les rend inopérants, la compatibilité SS7 reste à développer.

La voix sur IP: c’est aujourdhui possible… La pratique démontre que ce type de réseau 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 numériques 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, possède toutes les spécifications requises face aux exigences du temps réel  Le protocole IPV6 contient dans son en-tête un champ de priorité pour traiter les informations de temps réel.

Déploiement de la téléphonie sur IP Plusieurs niveaux de déploiement La téléphonie locale, à partir de protocoles usagers adaptés, H323 (norme européenne) SIP (norme américaine) La téléphonie globale, où IP s’intègre complètement dans le réseau de commutation Nouvelle architecture réseau Notion de « SoftSwitch » SS7 reste le protocole de signalisation dans le réseau. Mais il devra être adapté

VoIP: les protocoles 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 S2, 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: la passerelle - un passage obligé 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)

VoIP: 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.

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., et déjà présent dans plus de 30 produits.

H.323 - une norme nécessaire mais pas suffisante 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) H.323 n ’est pas complet; il existe deux versions dont H323.2 pour les WANs

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 à disposition 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.  

Comparaison H323 / SIP Il est évident que H.323 est omniprésent dans la communication temps réel sur IP, lui offrant une grande interopérabilité. L’avenir du protocole SIP n’est pas très radieux. Pourtant les atouts de SIP sur ses concurrents sont réels et non négligeables. 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 simple que celle d'H.323 (153 pages de RFC contre 736), il est plus léger et donc plus facile à mettre en œuvre, sans être moins complet pour autant.

H323 appel intra réseau IP Téléphone Gatekeeper Gateway Réseau IP Signalisation Signalisation Gateway Données/voix Téléphone H323 Téléphone H323

H323 appel vers PSTN Téléphone Gatekeeper Signalisation Gateway Données/voix Téléphone H323 Téléphone H323

SIP Téléphone SIP Proxy Signalisation Gateway Signalisation Données/voix Téléphone SIP Téléphone SIP

VoIP/ les évolutions du marché Le rève du téléphone gratuit tous les opérateurs bâtissent des infrastructures dorsales IP pour supporter la croissance exponentielle du trafic Internet, d ’ici 2005, le transport de la voix ne sera plus qu ’une activité annexe pour l ’opérateur; cela lui permettra de faire des offres de téléphone gratuit. 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

VoIP/ les enjeux Un marché de 120 millions de dollars dès cette année le marché européen de la voix sur IP est estimé à 123 millions de dollars pour cette année (IDC) et devrait représenter 3, 9 milliards de dollars en 2003 A l ’horizon 2003: diminuer de 30% le prix des comms. Internationales un marché d ’au mois 1MM$ pour les opérateurs, et 2.5MM$ pour les constructeurs de passerelles, 10% du trafic télécom entre l ’Europe et les USA. 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?

La voix sur le WAN – la voix sur le LAN La VoIP sur le WAN utilise le réseau IP d`un 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 l`ensemble des communications de l`entreprise sur le réseau de données (IP). Le PCBX IP sert de passerelle avec le réseau téléphonique commuté

VoiP/technique: un large éventail d ’applications Terminal H323 Terminal H323 communiquer de PC à PC sur un réseau IP, les passerelles de téléphonie sur IP interconnectent les réseaux téléphoniques de deux sites d ’une entreprise via un réseau privé, des PCs équipés de logiciels de téléphonie interopèrent avec le RTC Réseau IP Réseau IP passerelle RTC Réseau IP passerelle RTC Terminal H323

VoiP/technique: un large éventail d ’applications Internet passerelle RTC Abonné d ’un ISP un ISP offre à ses abonnés un service de téléphonie sur Internet le même ISP permet aux abonnés d ’émettre et de recevoir des appels vocaux sans interrompre une connexion à Internet. passerelle RTC Service voix et données sur IP RTC Abonné d ’un ISP

La téléphonie globale: Architecture d’un futur réseau IP SS7 Links SP STP SG MGC MG SS7oIP MGCP Voice streams Softswitch 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 …

Avantages de la téléphonie globale Réduction des coûts liés au transport de la parole Harmonisation de l’architecture des réseaux Le trafic voix augmente de 8%/an Le trafic données de 100%/an Le trafic voix sera très fortement minoritaire dans le futur Découpe des fonctions du réseau Gestion du service Contrôle, gestion d’appel, signalisation Commutation, routage, transport Permet une plus grande souplesse du réseau Création de services plus rapide

NMG Telecoms et les marchés de l’IP NMG TELECOMS a lancé dès la fin de l'année 2000 un groupe de travail chargé de réfléchir sur les évolutions de prOceSS7 vers le monde IP. Un certain nombre de projets ont ou vont être engagés cette année dans les domaines suivants: - SS7oIP: signalisation SS7 transportée sur l'IP - VoIP: voix sur IP - UMTS/GPRS - architecture d'un système de monitoring IP générique - NGN: réseaux de nouvelle génération Au fur et à mesure de l'avancement, d'autres opportunités de développement pourront se faire jour (exemple: au cours de nos réflexions sur l'IP, nous avons détecté un besoin pour une solution de monitoring des proxy-radius sur IP).

Monitoring SS7 sur IP (SS7oIP) Un protocole de transport (SCTP) a été défini par l’IETF pour remplacer le classique TCP. Des couches d’adaptation de niveau supérieur ont été définies par le groupe SIGTRAN de l’IETF (M2PA, M3UA, SUA…).  Le projet consiste à adapter la sonde prOceSS7 actuelle (Monitor Unit) à ces nouveaux interfaces et protocoles

Monitoring Voix sur IP (VoIP) développement du système d'acquisition (sonde) H.323 ddéveloppement du logiciel de mesure des paramètres de transmission IP étude et développement du système de surveillance SIP.  À noter: le Simulateur EVA sera le premier équipement IP/H323 (test des passerelles IP)

Monitoring GPRS & UMTS Sur le GPRS: Sur l’UMTS: interface Gb (FR sur E1/T1, mesure de QoS BSS, mobilité) interface Gn (IP, observation des connexions internet, analyse de trafic données....). interface Gr (SS7, gestion de la localisation) interface Gp (IP, liaison Gn avec les autres PLMN) Sur l’UMTS: IuPS/IuCS (ATM, équivalent fonctionnel de l'interface Gb/A)  Nouvelle sonde IP à développer

Supervision NGN: Next Generation Network La définition exacte du softswitch n’est pas encore totalement stabilisée. Il s'agit pour le moment d'un concept marketing. Entre autres, rien n’est défini actuellement en ce qui concerne les protocoles de communication entre softswitchs (H.323, SIP, SIP-T, sigtran, bicc….).  NMG doit se positionner

Merci pour votre attention !