Cours Téléphonie sur IP

2. La voix sur IP (Voice over IP)



Les points clés de la téléphonie sur Internet sont :

• l'interopérabilité : adoption d'un même ensemble de protocoles
  communs implémentés de manière analogue, interconnexion avec d'autres types
  de réseaux
  
• la qualité de service,
  
• la simplicité,
  
• l'espace d'adressage (numérotation) et les annuaires.
  
• les législations et les attaques de certains d'opérateurs téléphoniques.
  

Le développement de la téléphonie a commencé par une recherche de standards.
2.1 H.323




Introduction à H.323



Le standard H.323 fournit depuis son approbation en 1996, un cadre pour les
communications audio, vidéo et de données sur les réseaux IP. Il a été
développé par l'ITU (International Telecommunications Union) pour les réseaux
ne garantissant pas une qualité de service (QoS) : IP et IPX sur Ethernet,
Fast Ethernet et Token Ring.
Adopté par Cisco, IBM, Intel, Microsoft, Netscape, etc, et déjà présent
dans plus de 30 produits, il concerne le contrôle des appels, la gestion du
multimédia, la gestion de la bande passante pour les conférences point-à-point
et multipoints.
H.323 traite également de l'interfaçage entre le LAN et les autres réseaux.
H.323 fait partie de la série H.32x qui traite de la vidéoconférence au
travers
différents réseaux. Elle inclue H.320 et H.324 liés aux réseaux ISDN
(Integrated
Service Data Network) et PSTN (Public Switched Telephone Network).
Les points clés du standard H.323



H.323 est prévu pour les LAN (connexion de terminal à terminal avec une
bande passante importante) et pour l'Internet (bande passante faible, délais).
Il est la base du groupement IMTC (International Multimedia Teleconfering
Consortium) "VoIP Internet Telephony" Voice On IP Internet Telephony.
Le trafic sur le LAN peut être géré et contrôlé.
Histoire de H.323

• Mai 1995 : début des travaux sur H.323,
  
• Juin 1996 - décidé par l'ITU-T,
  
• Janvier 1998 - approbation de l'ITU-T prévue pour la version 2 (ajout
  de fonctions). L'ITU apprend à fonctionner à la vitesse de l'Internet.
  

Les éléments définis



H.323 définit plusieurs éléments de réseaux : les terminaux (terminals),
les gardes-barrières (gatekeepers) et les passerelles (Gateways H.323 vers
H.320/H.324/téléphones classiques) et les contrôleurs multipoints (MCUs - MC,
Multipoint Controller, MP - Multipoint Processor).
Il existe deux types de terminaux H.323, l'un de haute qualité (pour une
utilisation sur LAN), l'autre optimisée pour les bandes passantes
faibles (28.8/33.6 kbit/s - G.723.1 et H.263).
Les capacités multipoints sont contenues dans les terminaux pour des
conférences
à plusieurs et le multicast (multi-unicast) permet à 3 ou 4 personnes
de dialoguer directement, sans tiers centralisateur.
Les gardes-barrières ont pour rôle de réaliser la traduction
d'adresse
et la gestion des autorisations.
La traduction d'adresse n'est pas une translation d'adresse IP classique,
mais l'association entre un alias H.323 (identifiant H.323 de l'utilisateur)
et une adresse IP issu du référencement du terminal.
Les adresses du type "email" sont possibles (Tristan.Debeaupuis@hsc.fr), ainsi
que les adresses du type "numéro de téléphone" (33141409700 ou 192.70.106.33).
La gestion des autorisations permet de donner ou non la permission d'effectuer
un appel, de limiter la bande-passante si besoin et de gérer le trafic sur
le LAN.
Les garde-barrières permettent également de gérer les passerelles H.320,
H.324, les téléphones classiques, la signalisation d'appel qui permet de
router
les appels afin d'offrir des services supplémentaires ou de permettre des
fonctionnalités de contrôleur multi-point (MC). Les gardes-barrières
permettent
également la gestion des appels, la journalisation et la génération d'états
(reporting).
Les passerelles H.323 assurent l'interconnexion avec les autres
réseaux (H.320, H.324, téléphones classiques, ...).
Ils assurent la correspondance de signalisation de Q.931 vers H.225.0,
la correspondance des signaux de contrôle (H.242/H.243 vers H.245) et
la cohésion entre les médias (multiplexage, correspondance des débits,
transcodage audio, conversion T.123).
Le multipoint est géré par les Multipoint Controller (MC) et les
Multipoint Processor (MP). Les MC



Architecture




Architecture

Les différents protocoles utilisés dans H.323 sont :

• H.323 : System Document
  
• H.225.0 : signalisation d'appel, empaquetage,
  enregistrement au garde-barrière, admission et état
  
• H.245 : contrôle (également utilisé dans H.324 et H.310)
  
• T.120 : contrôle des données et des conférences,
  
• RTP : Real-time Transport Protocol (IETF)
  
• RTCP : Real-time Transport Control Protocol (IETF)
  

G.711



Cette recommandation concerne l'échantillonnage et les lois de compression
à employer pour la modulation par impulsion et codage (MIC) des fréquences
vocales.
La bande téléphonique étant limitée à fmax = 3400 Hz, la fréquence
d'échantillonnage sera fixé à 8 000 Hz ce qui donne environ Fe = 2,35 fmax
(application du théorème de Shannon).
Dans le transport d'une information numérique, la quantification n'est plus
sensible aux perturbations qui gênaient la transmission analogique.
L'écart entre la valeur de quantification et la valeur exacte se traduit
par un
bruit de quantification.
Pour une meilleure qualité, il faut définir le rapport signal/bruit.
Le rapport signal/bruit est une fonction linéaire du signal d'entrée
jusqu'à saturation dans les niveaux forts. Or, il s'avère qu'une telle
fonction
pénalise les signaux faibles.
Plus le signal est faible, donc proche du niveau de bruit, plus le
rapport signal/bruit est mauvais. On peut arriver à un rapport de 15 dB pour
les faibles signaux, ce qui est franchement mauvais :
L'échelle des valeurs en fonction du rapport signal/bruit nous donne :

• 50 dB = Excellent
  
• 40 dB = Très Bon
  
• 30 dB = Bon
  
• 20 dB = Moyen
  
• 10 dB = Inexploitable
  

Pour améliorer la valeur du rapport signal/bruit, il faut soit rajouter des
éléments binaires, soit diminuer la taille des échelons lorsque le signal est
faible. Pour cela, on a recourt à la compression.
Les lois de compression sont toutes logarithmiques mais on
considère que pour les échelons les plus faibles, la loi est linéaire.
On a donc une loi linéaire jusqu'à une certaine valeur, puis une loi
logarithmique.
Le taux de compression est la valeur de la pente de l'approximation
linéaire.
Il existe plusieurs méthodes pour calculer cette valeur. La loi μ et la loi A.
Ensuite, on effectue une compression numérique définie par la norme,
c'est-à-dire que l'on supprime tous les bits inutiles afin d'obtenir un mot de
huit bits.
On va trouver 32 échelons sur la loi linéaire que l'on va comprimer en 16
échelons pour obtenir la loi A.
Cela est réalisé en laissant tomber le bit de poids 1 qui permettrait de
reconnaître deux échelons consécutifs l'un de l'autre. Il y aura donc la
correspondance suivante : à 2 échelles de la loi linéaire à 12 bits
correspondra 1 échelon de la loi logarithmique à 8 bits.
Pour le segment de droite suivant, on fera correspondre 4 échelons de la loi
linéaire à 12 bits à l'échelon de la loi A, en négligeant les bits de poids 1
et 2. ainsi de suite...
L'information est ensuite codée suivant des tables définies dans la norme et
peut être transportée.
Une connexion sur IP



La connexion s'effectue sur l'initiative du client. Il contacte le serveur
en TCP ou UDP. Le serveur contacte alors en TCP ou en UDP le client sur des
ports non privilégiés.



Ouverture d'une session (1)




Ouverture d'une session (2)

Au niveau sécurité TCP/IP, il est donc nécessaire d'ouvrir un flux
vers des ports non privilégiés depuis l'extérieur vers les machines
internes, ce qui peut corrompre la sécurité du réseau interne. Par exemple,
un serveur de base de données ou un autre applicatif peut fonctionner sur
ces ports. Si l'on veut mettre en place un filtrage IP, il faut qu'il soit
dynamique, c'est-à-dire qu'il détermine, d'après les informations contenues
dans la première connexion du client vers le serveur, sur quels ports
se mettent d'accord le client et le serveur pour lancer la connexion du
serveur vers le client.
La société Cisco a présenté avant l'été une version de PIX qui permettait
cette détection, permettant ainsi de limiter les risques.
Futur



De nombreux travaux sont en cours concernant d'une part l'implémentation des
standards et la vérification de la bonne interopérabilité entre les produits
d'une part et la rédaction des évolutions des standards d'autre part.
On notera notamment :

• H.323 : rédaction d'un guide d'implémentation, développement de la
  version 2 avec de nouveaux services,
  
• H.323/H.225.0 Version 2 :
  Rédaction de la version 2 avec intégration des travaux de l'IETF sur
  l'empaquetage vidéo (Annexe E) et l'empaquetage audio (annexe F),
  amélioration de la description des procédures, procédures d'enregistrement
  sur une passerelle, authentification et sécurité, mise en cascade de plusieurs
  MC et transfert entre MC, relations avec T.120 et T.130, gestion de des
  ré-essais et des timeouts.
  
• H.245 : version 3, supportera H.323 version 2
  
• H.235 ("H.Securisé") : Chiffrement pour les réseaux IP,
  authentification,
  échange de clés RSA et DSS, procédures de signalisation.
  
• H.246 ("H.Interworking") : interconnexion entre
  H.323, H.320, H.324, H.310, téléphones classiques. Le but initial était
  uniquement H.323 vers H.320 et H.323 vers H.324
  
• H.332 ("H.Loose Multipoint") : conférences multipoints élargies avec
  potentiellement des centaines de participants avec des procédures permettant
  des actions d'un vers plusieurs (tableau blanc)
  
• H.MediaMIB : définition d'une Management Information Database (MIB) pour
  les entités H.323 (terminaux, garde-barrières, passerelles et MCUs) et les
  entités de la série H. La coordination avec les travaux de l'IETF semble
  acquise pour cette partie.
  

Les travaux IETF :

• PINT,
  
• RTP compressé : il permet une réduction des entêtes RTP/UDP/IP d'un
  facteur 20.
  
• QoS enhanced PPP : des extensions à PPP permettant la qualité de service
  dans PPP avec les extensions ML-PPP et les mécanismes de séparation
  voix/données.
  

Tous ces travaux doivent se terminer fin 1997.
2.2 La qualité de service,




La qualité de service est un point clé dans le développement de la téléphonie
et des services temps réel sur Internet. Les travaux concernent notamment
la qualité de service sur PPP.
2.3 La simplicité




La simplicité d'utilisation n'est pas encore satisfaisante. On trouve beaucoup
d'interfaces différentes. Parfois, l'installation des logiciels n'est pas
aisée.
Il semble que les fournisseurs logiciels ont compris cela et les
développements
futurs vont dans ce sens, sachant que plus le logiciel sera simple d'emploi,
plus le public visé sera important, plus les bénéfices seront importants.

merci mon ami