tehnici comutatie curs 1

8/16/2019 Tehnici Comutatie Curs 1

1/7

Tehnici de comutaţie – Curs 1 - VoIP (Voce over IP)

VoIP este acronimul pentru Voice over IP, tehnologia prin care vocea umană

este transferată printr-o reţ ea bazată pe protocolul IP (Internet Protocol). Într-oaccepţ iune mai largă, VoIP reprezintă servicii de telefonie prin Internet. Acest tip tetelefonie este tot mai intens folosit datorită avantajelor pe care le prezintă.

Reţ elele de telefonie şi reţ elele IP, gestionând în mod diferit alocările denume, adresarea şi rutarea, au condus la găsirea unei scheme universale care să rezolve aceste funcţ ii, devenind astfel o problemă de actualitate. Se ştie faptul că reţ eaua de telefonie manipulează în special trafic audio şi video, pe când Internet-ule modelat pentru traficul de date, ceea ce face ca existenţ a celor două tipuri de reţ ele într-una singură să devină obligatorie, o tehnologie nu trebuie să o elimine pecealaltă. Definirea unei platforme comune de servicii ar putea răspunde necesităţ ilorde convergenţă imediată ale diferitelor tipuri de reţ ele şi ar uniformiza într-o oarecare

măsură lumea atât de diversificată a telecomunicaţ iilor.Totuşi, pentru a se putea face faţă cu uşurinţă creşterilor explozive aleserviciilor, în afara reţ elelor au fost plasate servicii inteligente şi a fost definită noţ iunea de reţ ea inteligentă (IN-Intelligent Network), precum şi noi protocoale INAP(IN Application Protocol ).

Apariţ ia serviciilor VoIP a determinat implementarea porţ ilor şi a controlerelormultipoint specifice într-o infrastructură de reţ ea fără conexiuni, accesată demajoritatea utilizatorilor prin intermediul sistemelor PSTN (Public SwitchingTelecommunication Network). VoIP a atras după sine definirea unei serii deprotocoale (H.323, Session Initiation Protocol – SIP, etc.) care să facă viabilă interacţ iunea tehnologiilor IP, PSTN si IN.

Comutaţ ia de pachete, ilustrată în figura de mai jos, este o tehnologiepredominantă în domeniul reţ elelor de calculatoare şi s-a impus ca alternativă decomutaţ ie pentru comunicaţ ii de date datorită dezavantajelor comutaţ iei de circuite,respectiv ineficienţ a utilizării circuitului în condiţ ii de trafic variabil. Pachetul esteunitatea fundamentală pentru transportul informaţ iei care, pe lângă informaţ ia utilă,conţ ine şi informaţ ia de dirijare.

Fig. Comutaţ ia de pachete (datagrame)

Metoda datagramelor nu garantează secvenţ ialitatea mesajelor, sarcinareordonării lor este îndeplinită de staţ ia finală. Pierderea unui pachet (din cauza

defect ării unui nod în re ţ ea) nu poate fi detectată în nodurile reţ elei. Sarcina detecţ ieiacestei situaţ ii şi rezolvarea ei revine tot staţ iei finale D.

A

DC

B

Clienţ iNoduriClienţ

12

34

56

7

8910

11

12


2/7

Fig. Comutaţ ia de pachete (circuite virtuale)

Circuitele virtuale păstrează aceeaşi rută între staţ ii. Termenul de circuitvizează această proprietate. Atributul ,,virtual’’ se referă la tehnica de memorare -retransmitere (nu exist ă un circuit fizic transparent). Circuitele virtuale se stabilesc,menţ in şi eliberează analog cu circuitele fizice. Ruta astfel determinată este păstrată pe toată durata conexiunii într-un mod similar cu cea de la comutaţ ia de circuite şieste referită prin termenul de circuit virtual. În continuare, are loc transferulpachetelor pe circuit. Fiecare pachet poartă un identificator de circuit virtual, astfel încât orice nod de pe ruta stabilită dirijează în mod corespunzător pachetul. Nu semai efectuează decizii de rutare.

Ştiind că VoIP foloseşte cumutaţ ia de pachete în continuare se prezintă, pescurt, procesul prin care vocea umană este prelucrată astfel încât să se realizezetransferul acesteia prin reţ eaua IP.

Soft Switch

Iniţ iere apelTaxare

SecuritateRutare apelConversie

numerotaţ ieGateway

Interfaţă VoIP

Gateway logic

Compresie

digitală

Eşantionare

şi digitizare

Conversie

în pachete

IP

Reasamblare

pachete

Decompresie

digitală

Conversiedigital-

analo ică

Codec

Codec

PSTN

A

DC

B

Clienţ iNoduriClienţ

12345

67

8910

11

12

Circuit


3/7

Private VoIP Dedicated Network On-Net

T1/ E1

line

T1/ E1

line

Router Router

Ethernet Ethernet Media

VoIP VoIP

PC PC

For local

Off-Net

Gatekeeper Gatekeeper

Media

Server VoIP Server VoIP

Semnalul vocal este captat de către microfon (încorporat în telefon sauconectat la placa audio a calculatorului personal) şi este transformat într-un semnalanalogic. Asupra acestui semnal se execută eşantionarea şi digitizarea. După

transformare, acestuia i se aplică un codec de voce care realizează o compresie asemnalului, fără a afecta semnificativ calitatea sunetului. Codec-urile de sunet suntdin gama G (Transmision System and Media). După încărcarea în pachete RTP(Real-time Transport Protocol), acestea sunt transmise prin reţ eaua IP şi funcţ ie dedestinaţ ia lor pot ajunge la un alt terminal VoIP, care execută operaţ iunile inversesau la dispozitivul de acces (gateway) către PSTN.

Dispozitivul de acces la reţ eaua PSTN execută transformarea pachetelor însemnale analogice sau digitale, care sunt transmise prin reţ eaua cu comutaţ ie decircuite la destinatar.

Arhitecturaşi elementele unei re

ele VoIP

O conexiune de tip VoIP poate fi realizată în patru variante diferite: telefon (On Net sau Off Net) – telefon (On Net sau Off Net); telefon (On Net sau Off Net) – calculator personal (PC); calculator personal (PC) – telefon (On Net sau Off Net, click to dial); calculator personal (PC) – calculator personal (PC).Prima variantă, telefon – telefon, prezintă interes pentru operatorii de telefonie,

iar variantele PC – telefon şi telefon – PC prezintă interes pentru furnizorii de serviciiinternet (ISP-Internet service provider).

În figura de mai jos este prezentată arhitectura generală a unui sistem VoIP.Un apel VoIP se desfăşoară între 2 puncte VoIP (VoIP End Point), care pot fi:

un telefon IP sau un PC; care sunt în acest caz şi VoIP End Point real alapelului;

un Media Gateway (sau Voice Gateway); caz în care VoIP End Point realal apelului este terminalul telefonic din PSTN.

Fig. Arhitectura unei reţ ele VoIP


4/7

Private VoIP Dedicated Network

Call signaling

Call control

Media transfer

VoIP VoIP

Pe durata stabilirii unei conexiuni VoIP se pot identifica trei faze: semnalizarea, prin care se asociază (se pun în leg ătur ă ) VoIP End Point,

care sunt localizate prin adresă. În această fază este posibil să fienecesară translatarea adresei între planul de numerotare ITU-T E.164 înadresă IP şi invers;

controlul apelului, prin care se negociază unele caracteristici precumcapabilităţ ile terminalelor VoIP, tipul de codec folosit, etc; transferul propriu-zis de informaţ ie.

În schema unei conexiuni VoIP din figura următoare se disting 2 planuri: planul de control, care cuprinde mecanismele necesare pentru stabilirea,

controlul şi eliberarea legăturii. În acest plan se realizează: semnalizarea; controlul.

planul de date, care cuprinde protocoalele ce controlează transmisiapachetelor de date pe durata apelului VoIP.

Fig. Schema unei conexiuni VoIP

Pentru cele două planuri există mai multe protocoale de transport şisemnalizare, dintre care se amintesc următoarele: RTP - Real-time Transport Protocol, este un protocol prin intermediul căruia se

pot transmite informaţ ii de tip media, dezvoltat de IEFT (Internet EngineeringTask Force) prin RFC 1889 (1996) şi completat în 2003 prin RFC 3550;

H323 - primul standard VoIP elaborat de ITU-T (1996), cuprinde specificaţ iipentru o arhitectură completă care asigură apeluri de tip multimedia;

SIP - Session Initiation Protocol, dezvoltat de IEFT, un protocol simplu de tip

client – server, similar protocolului http, prin RFC 3261 din 2002 (ultimaactualizare); MGCP - Media Gateway Control Protocol este un protocol utilizat în cadrul

implementărilor de tip VoIP , dezvoltat de IEFT prin RFC 2704 (1999) şicompletat în 2003 de RFC 3435, respectiv MEGACO care a fost creat înacelaşi scop, prin ITU T H.248 (2001);

IAX - Inter Asterisk eXchange, dezvoltat iniţ ial de Mark Spencer ca un protocolde comunicare VoIP între două centrale Asterisk şi dezvoltat ulterior de IEFTprin IAX2 conform RFC 5456 (2010);

SCCP - Skinny Client Control Protocol, este un protocol dezvoltat iniţ ial decătre compania Selsius Corporation. În prezent este deţ inut şi definit de către

Cisco System, Inc. drept un set de mesaje schimbate între un client şiCallManager de la Cisco.


5/7

În cazul protocoalelor de transport se identifică tipul de date şi codec-ul folositpentru transmiterea informaţ iei utile, astfel:

Tabelul 1. Tipuri de date transmisşi codecul folosit

PT Codec PT Codec PT Codec

0 G.711 µ-law PCMaudio

12 G.723 27 unassignedaudio

1 1016 audio 13 CN (comfort noise level) 28 nv video2 G.721 14 MPA audio 29-30 unassigned

audio3 GSM 6.10 audio 15 G.728 audio 31 H.261 video4 G.723.1 audio 16 DV14 audio (11.025kHz) 32 MPV video5 DV14audio (8kHz) 17 DV14 audio (22.050kHz) 33 MP2T video6 DV14 audio (16kHz) 18 G.729 audio 34 H.263 video7 LPC audio 19-22 unassigned audio 35-71 unassigned8 G.711 A-law PCM

audio23 unassigned audio 72-76 reserved

9 G.722 audio (16kHz) 24 unassigned audio 77 RED audio10 L16 audio (stereo) 25 Ce 1B video 78-95 unassigned11 L16 audio (mono) 26 JPEG video 96-

127dynamic

Server-ul PBX pentru procesarea convorbirilor

Private Branch Exchange, sau Private Business Exchange este unechipament ce se comportă într-o reţ ea VoIP ca şi o centrală telefonică.

Serverul PBX indeplineşte 3 mari funcţ ii: Stabileşte conexiunile dintre doi utilizatori ai reţ elei (mapează numărul

apelat spre telefonul fizic corespunzător, dacă acesta nu este ocupat); Menţ ine convorbirea atâta timp cât cei doi utilizatori doresc acest lucru

(face schimb de semnale de voce între părţ i); Furnizează informaţ ii despre costuri.

Pe lângă principalele funcţ ii, serverul PBX are şi alte capabilităţ i, pentru a oferioperatorului o anumită flexibilitate în serviciile oferite clienţ ilor finali:

Posibilitate de a suna în interiorul reţ elei locale; Transfer automat al apelului; Speed dialing; Căsuţă vocală; Redirecţ ionare automată către un post telefonic liber; Redirecţ ionare în caz de ton ocupat; Muzică pentru apelul în aşteptare; Robot telefonic; Serviciu de noapte; Apel în aşteptare; Parcarea apelului; Apel în conferinţă; Gestionarea contului de client; Agenda telefonică.


6/7

Terminalele

Terminalele într-o reţ ea VoIP pot fi hardware (telefon fizic) sau software(aplica ţ ii care simuleaz ă comportamentul unui telefon). Acestea se comportă ca şi un

echipament obişnuit dintr-o reţ ea IP, respectiv, are alocată o adresă IP şi foloseştestiva de protocoale TCP/IP. Pentru a simplifica instalarea terminalelor VoIP, îngeneral se foloseşte DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) pentruautoconfigurarea lor. Serverul DHCP informează telefonul şi despre locaţ ia serveruluide configurare VoIP, care este în majoritatea cazurilor acelaşi cu serverul deprocesare al apelului.

Aparatele telefonice software (softphones) sunt aplicaţ ii software ce rulează, în general, pe dispozitive mobile (laptop, pocket PC, etc.) sau chiar şi pecalculatoarele personale. Ele au aceleaşi caracteristici de bază ca şi telefoaneleVoIP.

Consolele, pe de altă parte, sunt aplicaţ ii cu anumite caracteristici de control.

Consolele de obicei includ un softphone, dar pot interacţ iona cu un telefon normal,prin intermediul unui gateway,. Consolele sunt aplicaţ ii speciale menite pentru acontrola distribuirea apelurilor. Acestea includ managementul reţ elei, care auabilitatea să conecteze apeluri, cele care pot observa statusul diferitelor grupuri detelefoane precum şi cele pentru relaţ ii cu clienţ ii, cu abilitatea de a suportadistribuirea apelurilor. Distincţ ia între diferitele tipuri de console nu este prea clară.Toate consolele VoIP au în comun folosirea aceloraşi seturi de protocoale.

Termenii Gateway şi Gatekeeper

Cei doi termeni, gateway şi gatekeeper sunt deseori folosiţ i ca termeniinterschimbabili; în mod tradiţ ional, gatekeeper-urile sunt, în principal, folosite pentrurecepţ ia apelurilor şi managementul controlului şi al lăţ imii de bandă. Dar acest lucrus-a schimbat recent, deoarece tehnologia a permis ca aceste functionalităţ i să coexiste cu gateway-urile clasice.

Principala diferenţă dintre un ruter şi un gateway este aceea că ruterul facelegătura între două reţ ele de acelaşi tip (de exemplu, IP—IP), iar gateway-ul facelegătura între reţ ele diferite (de exemplu, IP—PSTN). Funcţ ia principală a gateway-urilor este conversia analog/digitală a vocii şi crearea de pachete IP (func ţ ii aleCODEC-ului). În plus, gateway-urile au functionalităţ i opţ ionale, cum ar fi compresia

vocii, anularea ecoului, suprimarea zgomotului de fond şi adunarea de date statistice.Gateway-ul formează interfaţ a pe care vocea o foloseşte pentru a fitransportată într-o reţ ea IP din reţ eaua PSTN. În mod normal, fiecare conversaţ iereprezintă o singură sesiune IP transportată de un protocol RTP peste UDP sauTCP. Gateway-rile există în mai multe forme. De exemplu, gateway-urile pot fiechipamente de telecomunicaţ ii dedicate sau chiar calculatoare PC pe care rulerează software VoIP.

În funcţ ie de caracteristicile şi serviciile oferite putem avea: Gateway-uri de trunchiere, care interfaţ ează între reţ eaua telefonică şi

reţ eaua VoIP. Astfel de gateway-un de obicei conduc un număr mare decircuite digitale.


7/7

Gateway-uri reziden ţ iale care asigură o interfaţă tradiţ ională analogică unei reţ ele VoIP. Exemple de astfel de gateway-uri sunt modem-uri decablu, dispozitive DSL şi dispozitive wireless.

Gateway-uri de acces care oferă o interfaţă PBX analogică sau digitală unei reţ ele VoIP.

Gateway-uri din clasa ,,business” care oferă o interfaţă digitală tradiţ ională PBX sau un soft integrat PBX pentru a interfaţ a o reţ ea VoIP. Servere de acces la re ţ ea care, prin ataşarea unui modem la un circuit

telefonic, asigură acces la Internet.Reţeaua lP

Reteaua IP poate fi văzută ca un switch logic. Acest switch logic poate fi văzutca un sistem distribuit, nu numai o singură entitate. În funcţ ie de protocoalele IPfolosite, acest sistem văzut ca şi un întreg este referit ca o arhitectură ,,softswitch”.

Infrastructura IP trebuie să asigure o distribuţ ie liniară a vocii şi a pachetelorde date către elementele VoIP. Datorită nesimilaritătilor, reţ eaua IP trebuie să tratezefluxul de voce şi fluxul de date diferit. Dacă o reţ ea IP este folosită pentru atransporta atât voce cât şi date, trebuie să poată prioritiza tipurile diferite de trafic,deoarece traficul VoIP este extrem de sensibil la latenţă.

În timp ce există diferite similarităţ i între VoIP şi circuitele de comutare, există de asemenea şi câteva diferenţ e. Una dintre ele este în transportul traficului de vocerezultat. Telecomunicaţ iile tradiţ ionale pot fi clasificate ca şi reţ ele TDM care dedică canale, rezervă lăţ imea de bandă necesară interconectând switch-urile. De exemplu,o conversatie telefonică rezervă un singur canal E-0, şi conexiunea este folosită doarpentru o singură conversaţ ie. Aceasta nu este o modalitate eficientă de utilizare aresurselor.

Reţ elele IP sunt diferite de infrastructura tradiţ ională. Aceste resurse alereţ elei nu sunt legate pe întreaga durată a convorbirii, spre deosebire de reţ eleletradiţ ionale. Clasa de servicii (CoS) asigură ca pachetele unei aplicaţ ii anume, să aibe o anumită prioritate. Această prioritizare este necesară pentru aplicaţ iile VoIP întimp real pentru a asigura faptul că serviciile de voce nu sunt afectate de altefluctuaţ ii ale traficului.

Implementarea VoIP

Deoarece reţ eaua IP nu furnizează un mecanism care să asigure ca pachetele

de date să fie transmise în ordine secvenţ ială, sau să furnizeze garantări ale calităţ iiserviciului (QoS), implementările VoIP se confruntă cu probleme legate de latenţă şi jitter. Acest lucru se întâmplă mai ales atunci când în circuit apar şi conexiuni prinintermediul sateliţ ilor. Nodul de recepţ ie trebuie să restructureze pachetele IP - cares-ar putea să nu fie primite în ordine, să fie întârziate sau să lipsească - pentru a neasigura că fluxul audio rămâne într-o proporţ ie cât mai mare întreg. Acest lucru este,de obicei, realizat cu ajutorul unui buffer.

Un alt aspect important este rutarea traficului VoIP prin firewall-uri şitranslatoare de adrese (NAT- Network address translation). SBC-urile (SessionBorder Controller) private sunt folosite, alături de firewall-uri pentru a permiteapelurilor VoIP să pătrundă în reţ elele private ale companiilor.

tehnici comutatie curs 1

Documents