Post on 03-Apr-2015
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Services multimédia sur réseaux – La voix sur IP
A. Quidelleuraurelie.quidelleur@univ-mlv.fr
SRC2 Meaux 2008-2009
M22.4 - Réseaux et Services sur RéseauxModule complémentaire – Option poursuite d’études
courtes
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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
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Les nouveaux usages multimédia sur les réseaux et leurs contraintes
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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
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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 d’interconnexion.
L’offre triple-play
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La nouvelle donne du multimédia sur Internet
L’utilisation de la TV sur IP dans le monde
Mesures et prévisions de trafic sur Internet
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Les « nouvelles » applications sur Internet
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Internet et téléphonie en France au 3ème trimestre 2008
Source : ARCEP (Autorité de Régulation des Communications électroniques et des Postes)
18,3 millions d’abonnements à Internet 94% d’abonnement 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 d’abonnés à la téléphonie mobile 31% des utilisateurs utilisent les services multimédia mobile
(Internet mobile, envoi de MMS) de 15% en 1 an 16% d’utilisateurs actifs des services de 3ème génération
(voix, visiophonie, télévision mobile, transferts de données…)
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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 l’émission du
paquet et sa réception Gigue : variation de ce délai d’un paquet au suivant
Schéma : www.ant.developpement-durable.gouv.fr
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Différentes contraintes pour différents trafics
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Utilisation de la voix sur IP
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Pourquoi la voix sur IP ? Comment ?
Pour l’utilisateur : réduction des coûts Pour l’opérateur : 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 d’interopérabilité, impossibilité de se raccorder au réseau public…)
Depuis, élaboration d’un standard avec la création d’un groupe de travail de l’UIT 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.
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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 !
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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.
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Comment transporter la voix sur IP ?
Diverses manières de transporter la voix sur IP Le téléphone par ADSL
Téléphonie à partir d’un combiné classique sur une ligne dégroupée. Utilisable même si l’ordinateur est éteint.
Les logiciels spécialisésEx. : Skype (100 millions d’utilisateurs en 2008), Qutecom (anciennement Wengo), Gizmo. Nécessitent un ordinateur. Skype est pré-installé désormais sur des téléphones WiFi et GSM.
La messagerie instantanée audioICQ, AIM, MSN et Yahoo Nécessitent un ordinateur.
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Les équipements de la ToIP
Téléphones Softphones : Logiciels à installer sur un système
informatique Hardphones : Téléphones classiques disposant d’une
prise Ethernet IP-PBX (PABX – Private Automatic Branch
exchange)
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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 l’entreprise.
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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)
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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
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La voix sur IP en entreprise
Atouts et inconvénients du Centrex Economique pour une petite ou moyenne entreprise (évite
d’investir dans un IPBX) Maintenance externalisée La qualité de service dépend de la qualité de la liaison
entre le LAN et le Centrex Qu’en est-il de la sécurité lorsque les communications
sortent de l’entreprise ?
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
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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).
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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 l’ISP 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).
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La voix sur IP chez le particulier
Téléphonie entre postes téléphoniques (« phone to phone ») : utilisation d’une « box » qui réalise l'adaptation (type Freebox, Wengo…) entre postes téléphoniques (analogique ou numérique) et réseau IP
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Les difficultés liées au protocole IP
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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
CANtt Signal codé PCM au
débit de 64 kbit/sVoix analogique
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Traitement de la voix sur un réseau IP
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Comparaison réseau IP / réseau commuté
Réseau IP Réseau commuté
Etablissement de la connexion
Mode non connecté Mode connecté
Etablissement d’un chemin dédié à la communication
Non Oui
Routage Adaptatif, chemin calculé par les routeurs instantanément
Déterministe : chemin unique durant la communication
Adresses Chaque paquet comporte des adresses source et destination
Aucune adresse ne transite sur le réseau, chemin unique
Ressources Pas de réservation Réservation du chemin pendant la durée de la communication
Acquittement Pas d’acquittements Les nœuds intermédiaires échangent des acquittements
Fiabilité Transmission non fiable : perte de paquets
Transmission fiable
Contrôle des congestions Aucun contrôle n’est effectué Contrôle par échange de crédits entre nœuds
Interconnexion des réseaux
Simple et naturelle Complexe
Résumé Réseau « stupide », robuste, universel. Système terminal « intelligent »
Système terminal « stupide ». Réseau « intelligent », fiable.
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Les difficultés liées au routage IP
IP est un réseau best-effort (met tout en œuvre pour assurer l’arrivée 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 minimiséesBON JOUR COM MENT VAS TU
TRéseau
IPBON COM MENTVAS TU
PerteVariation de délais : gigue
Inversion
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La QoS exigée par la voix sur IP
Contrainte sur le délai de transmission (ou temps de latence). La voix exige de l’interactivité.
Recommandation IUT-T G114 : 4 classes de qualité et d’interactivité
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 :
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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 l’écho 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 d’émission. Gigue provoquée par le choix du mode non connecté UDP
(paquets qui n’empruntent 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
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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 d’être 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 »)
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Architecture d’un réseau VoIP Gateway :
Equipement de type passerelle qui permet l'interconnexion entre le réseau IP et le RTC, transforme la signalisation pour passer d’un 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 l’accès au réseau pour les
terminaux, les passerelles et les ponts de conférence D’autres 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 participerà une conférence multipoint
Les terminaux PC, IP phone, …
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Les protocoles de la voix sur IP
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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 d’évaluer les délais de transmission et la gigue
Les protocoles RTP et RTCP viennent compléter les failles d’UDP. Ils fournissent des informations temporelles permettant d’adapter le comportement des applications aux caractéristiques temporelles du réseau.
RTP s’occupe 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 d’envoyer des informations en retour à l’équipement émetteur.
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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 UDP En-tête RTP données
16 octets
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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
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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 d’un flux RTP (Ratio de paquets
perdus, dernier numéro de séquence reçu, gigue moyenne) Rapport d’émission d’un flux RTP (Identification du flux,
temps courant, nb paquets envoyés, nb octets envoyés) Description de la source (identifiant du flux RTP associé,
@mail de la source, nom de la source)
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Fonctionnement conjoint de RTP/RTCP
RTP
Entête
Contenu : vidéo, audio, etc..
RTCP
Entête
Rapports de réception,
description
RécepteurRécepteur
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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 l’appel
Les protocoles non propriétaires standardisés : H323 : standard issu des travaux le UIT et de Microsoft
(Netmeeting compatible H323). S’inspire des réseaux télécoms SIP (Session Initiation Protocol) standardisé par l’IETF, 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)
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Le protocole H323
1996, 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 l’interfonctionnement 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 l’interopérabilité
des équipements Limitation de la bande passante réservée pour chaque
communication Ceci en restant indépendant
vis-à-vis des applications et systèmes d’exploitation vis-à-vis du réseau physique supportant la communication
Les débits vont de 28 Kbps à 2 Mbps (pour la vidéo)
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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
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Eléments de la norme H323
Quatre composants fondamentaux les terminaux (end points), généralement des PC équipés pour
l’audio 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 l’adresse de destinataire contenue dans l’appel
les passerelles (gateways) pour la liaison avec des réseaux non IP
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Q931
codecs
Les protocoles de la norme H.323
Initialisation, contrôle d’appel, 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
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Les ports utilisés dans la norme H323
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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 leur @IP
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 transmet @IP_B 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 supportés
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.
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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 l’interopérabilité
Problème avec les firewalls car ouverture de nombreux ports TCP et UDP de manière dynamique
Tendance à se faire remplacer par SIP
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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 d’associer 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
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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
SIP Messages SDP
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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 l’appelé Etablissement et suivi de l’appel Gestion de fonctions évoluées : cryptage, retour
d'erreurs,…
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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
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Fonctionnement
SIP définit un adressage SIP du type URL : user@host ou SIP: to_to@serveursip.com 33472431360@FT.com (Tél: (+33) 4.72.43.13.60) To_to@135.144.23.56
SDP (Session Description Protocol) RFC 2327 est le protocole utilisé pour formater le message
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Les acteurs d’une session SIP
L’UAS (User Agent Server) : agent de la partie appelée. Application de type serveur
contacte l’utilisateur lorsqu’une requête SIP est reçue renvoie une réponse au nom de l’utilisateur
L’UAC (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)
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Le registrar
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Le proxy SIP
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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)
ACKCaller confirms receipt of the success code
200 OK (success)
BYE (terminates the call)
100 TRYING (progress report code)
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Flux d’appel SIP avec un serveur Proxy
USER B
INVITE
INVITE
180 RINGING180 RINGING
200 OK
200 OK
ACK
ACK
BOTH WAY RTP CALL (ESTABLISHED)
BYE
200 OK
USER A PROXY
100 TRYING
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Conclusion
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Conclusion
Même si l’utilisation de la VoIP explose, la France a pris du retard sur d’autres pays
Maintien des 2 infrastructures en France, alors qu’ailleurs (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 d’habitudes 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 n’est pas habituée à rendre service à l’utilisateur final
A venir : VoIP et mobilité, généralisation de la continuité de service de la ToIP du GSM au WiFi, au Wimax…