Introduzione alle tecnologie VoIP

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1 Introduzione alle tecnologie VoIP Franco Callegati e Aldo Campi D.E.I.S. Università di Bologna II Facoltà di Ingegneria (Cesena)

2 Integrazione voce/dati su rete IP: oggi Dell infrastruttura Maggiore economia di scala Unitarietà di gestione Vulnerabilità Dei servizi L utente vede un accesso alla rete unificato Servizi diversi = diversi requisiti La rete deve disporre di meccanismi per Distribuire le risorse in conformità alle necessità del servizio Gestione le richieste dei vari servizi senza farle interferire Questi problemi sono complessi e sulla rete Internet sono ancora parzialmente irrisolti 2

3 Integrazione su rete IP: domani IP Multimedia Subsystem: Integrazione fra reti IP e reti wireless Sistema di segnalazione unificato Roaming dei servizi da rete a rete Gestione della qualità del servizio in funzione del tipo di accesso Parte integrante di UMTS Alcune sperimentazioni già avviate 3

4 Next Generation Network standards 3GPP ha sviluppato un sistema completo per le reti mobili (IMS) Architettura SIP completa Sviluppata sulle specifiche delle estensioni dei protocolli IETF 3GPP non indica come estendere l architettura IMS Le reti fisse NGN sono il risultato del lavoro di differenti gruppi di ricerca ETSI, ITU-T hanno costruito l architettura di base, IETF ha fornito i protocolli ATIS ha collaborato con ETSI TISPAN per l architettura IMS su rete fissa MSF ha definito l implementazione fisica vs. logica DSL Forum ha considerato gli aspetti di economici e di mercato 4

5 IMS - IP Multimedia Subsystem IMS provvede a creare la convergenza tra servizi e reti Ha lo scopo di permettere di usare qualsiasi servizio su qualsiasi dispositivo in ogni rete Disegnata per permettere veloci sviluppi dei servizi Providers di servizi di telefonia mobile: IMS è stata creata per qualsiasi necessità di servizi futuri I servizi sono convergenti : utenza residenziale e di affari Providers di servizi di telefonia fissa : Tempi lunghi per rimpiazzare la tecnologia PSTN Deve innovare e rigenerare I servizi di telefonia fissa Aggiungere valore ai servizi esistenti Raggiungere nuovi mercati attraverso la convergenza (fisso/mobile) Ridurre Opex 5

6 TISPAN Nata nel 2003 da SPAN e TIPHON TISPAN permette di utilizzare Next Generation Networks Costruita sulla tecnologia 3GPP IMS È una rete multi-service, multi-protocol, multiaccess, IP based sicurezza, riusabilità Permette ai Service Providers di offrire: Servizi di comunicazione real-time e non real-time Permette sia la configurazione P2P che Client-Server Mobilità 6

7 3GPP/TISPAN Requisiti molto stringenti nel border control: Sicurezza Autenticazione Policing WiFi, WiMAX hanno bisogno dello stesso tipo di controllo 7

8 Architetture convergenti 3GPP ha definito IP Multimedia Subsystem (IMS) ETSI TISPAN sta definendo l accesso alla rete IMS per la telefonia fissa 8

9 Applicazione del VoIP IP trunking Tecnologia IP (commutazione di pacchetto) su collegamenti della rete di trasporto Non ha impatto sulla rete di accesso e sull utente I terminali sono quelli tradizionali Può avere impatto sulla tariffazione Telefonia IP Tecnologia IP per la fornitura del servizio di telefonia Ha impatto sulla rete di accesso e sulla rete di trasporto Terminali di utente IP Segnalazione IP Gestione su rete IP 9

10 Implicazioni del VoiP Reti pubbliche Rete di accesso - utente finale Si usa il collegamento dati (tipicamente ADSL) per avere accesso a servizi di telefonia (Skype, ) Operatore IP trunking sulla rete di trasporto degli operatori Reti private Integrazione del trasporto delle informazioni fra sedi: IP trunkong Integrazione dell accesso ai servizi di comunicazione del personale Una presa non due sulla scrivania Sostituzione dei centralini tradizionali con centralini software Integrazione dei servizi vocali con servizi dati Messaggistica istantanea Servizi di presenza 10

11 Tecnologie VoIP Tecnologie VoIP più attuali Standard IETF basato su protocollo SIP Strutturata gerarchica a domini Ogni organizzazione controlla il proprio dominio telefonico I domini telefonici comunicano tramite rete IP Skype basato su protocollo proprietario Tecnologia P2P Tutti gli utenti appartengono alla stesse rete Non gerarchico, poco adatto per essere integrato in una struttura aziendale 11

12 Requisiti di una rete VoIP Servizi di base Gestione di una o più linee telefoniche e interni (telefoni) Gestione di servizi più o meno evoluti (risponditore di cortesia, Call Center, caselle vocali, etc.) Qualità, Stabilità, Affidabilità Paragonabili alle linee telefoniche tradizionali Sicurezza Confidenzialità: il contenuto della comunicazione deve essere accessibile solo agli interessati. Disponibilità: il servizio deve essere sempre accessibile e disponibile agli utenti autenticati. Autenticazione: autenticazione per terminali, server e messaggi. Integrità: le comunicazioni devono essere autenticate e verificabili e non devono essere corrotte o modificate. Non ripudio: dell origine e della destinazione, per chiamate voce e messaggi. Qualità del servizio QoS: garantire il rispetto del livello del servizio. SPAM telefonico Il telefono è un servizio primario 12

13 Sicurezza Il VoIP è una tecnologia relativamente giovane e complessa che, almeno fino a poco tempo fa, veniva sviluppata senza prestare troppa attenzione alla sicurezza. SIP is not an easy protocol to secure RFC La telefonia su IP è intrinsecamente meno sicura della telefonia tradizionale Collegamento alla rete dati (bug, virus,worm, trojan, ecc.) Riduzione della sicurezza degli apparati di rete (NAT,Firewall) Un guasto o un attacco riuscito alla rete dati può bloccare anche il servizio voce e viceversa Attacchi interni : monitoring e intrusioni nelle chiamate Servizi telefonici essenziali, "a meno che non siano pianificati, installati e mantenuti con molta cura, saranno più a rischio di intrusioni se basati su VoIP" [NIST - National Institute of Standards and Technology]. Soluzioni Criptare il flusso di segnalazione e il flusso voce (SIPS,SRTP) Gestire separatamente la rete dati per i servizi dalla rete dati telefonica (VLAN) 13

14 I codec VoIP Prima di inviare la voce sulla rete dati, il telefono ip comprime il segnale vocale secondo alcuni algoritmi A seconda del codec utilizzato avremo un utilizzo più o meno dispendioso di banda internet Ovviamente più un codec è aggressivo in termini di compressione minore è la qualità della telefonata Ci sono due sistemi per misurare empiricamente la qualità di una telefonata. La misura è espressa con un indice che va da 1 a 5 MOS = Mean Opinion Score PESQ = Perceptual Evaluation of Speech Quality Codec G.711 G G.729A G GSM ilbc Percezione Eccellente Buono Sufficiente Insufficiente Scarso Kbit/s MOS Valore

15 Architettura (1/4) Connesione ad una rete VoIP esistente (skype) Nessuna infrastruttura da implementare Solo telefoni VoIP Ogni utente è visto come un terminale della rete Sicurezza??? Bassa usabilità Collegamento alla rete telefonica commutata non gestito dall utente (in/out) proxy internet proxy proxy proxy PSTN 15

16 Architettura (2/4) VoIP solo su connettività Aggiunta all architettura esistente Nessun telefono IP Nessun servizio VoIP avanzato internet Non scalabile Buona sicurezza Discreta usabilità altra sede Gateway SIP PBX PSTN 16

17 Architettura (3/4) Rete VoIP standard Modifica architettura esistente Collegamento a centralino esistente Aggiunta della numerazione VoIP Due reti distinte (IP,PSTN) Sia telefoni IP che tradizionali Dominio gestito internamente Servizi VoIP avanzati Sicurezza? Usabilità? altra sede internet proxy Proxy SIP PSTN PBX PSTN 17

18 Architettura (4/4) Rete completamente VoIP Creazione della rete Nessun centralino tradizionale Solo numerazione VoIP Solo telefoni IP Dominio gestito internamente Servizi VoIP avanzati Sicurezza? altra sede internet PSTN proxy Proxy SIP SIP gateway PSTN 18

19 Implementazione Stabilire la quantità e la qualità del servizio Analisi della rete dati Topologia Apparati (Router, firewall, NAT) Stabilire i parametri di Sicurezza Scelta degli apparati VoIP Client (telefoni IP) Server (proxy, PBX) Integrazione con la rete pubblica Sottoscrizione di un contratto per le chiamate fuori sede Acquisto della numerazione entrante Direct Inward Dialing Number (DID) 19

20 Apparati Client VoIP Telefono IP con flussi dati non criptati ( ) Telefono IP con flussi dati criptati ( ) Software (free 50 ) Telefoni USB (30 ) Proxy e PBX Hardware dedicato Costoso Poco scalabile Molto affidabile PC + Software Open source Nessun costo di licenza Bassa sicurezza Stabile, flessibile ed espandibile Costi di gestione/manutenzione Proprietario Costi di licenza Buona sicurezza Stabile ma poco flessibile ed espandibile 20

21 Open Source SIP (proxy e PBX) Asterisk Fondato e supportato da Digium IP/PSTN gateway Soluzione a Single-box per strutture di piccole dimensioni Molti protocolli con supporti non completi SIP support GPL SER Fondato e supportato da iptel.org SIP Proxy Per grandi volumi di traffico Supporto per il NAT Programmabile ed espandibile GPL SIP Foundry SIPx projects SIP IP PBX, call router, voic , Fondato e supportato da Pingtel IP PBX vendor Soluzioni modulari LGPL resiprocate Piccolo e leggero, RFCcompliant stack in C++ Gruppo di codifica molto esteso Targeted : product developers & vendors Licenza BSD-like 21

22 Il caso dell Università di Bologna Rete telefonica e rete dati distribuite su tutta la Provincia di Bologna e la Romagna Più di 50 sedi con centralini telefonici Circa 1000 numeri telefonici Evoluzione Ieri: rete telefonica tradizionale Centralini + CDN per l interconnessione + linee di accesso alla PSTN Oggi: rete ibrida Centralini + IP trunking + linee di accesso alla PSTN Domani? Scelte opportunistiche in funzione della convenienza economica e gestionale 22

23 Rete universitaria Dipartimento DEIS nella Facoltà di Ingegneria di Bologna LAN del dipartimento di Bologna connessa in VPN (Virtual Private Network) con la LAN della sede distaccata di Cesena 23

24 Sperimentazione a Ingegneria II Obiettivo Comunicazione studenti docenti a costo zero Sperimentazione servizi evoluti di telefonia Indagine sulla convergenza di reti telefoniche e dati Supporto a progetti di ricerca Sperimentare servizi VoIP su piattaforma Open-Source Segnalazione Proxy con protocollo SIP (SIP Express Router) Commutazione PBX software (Asterisk) Terminali Software su pc (Xlite, Sjphone, Kphone) Telefono IP con interfaccia Ethernet e supporto SIP (~ 50 ) Hardware pc standard (Dell Poweredge 1600) Interconnessione con PSTN (di ateneo) Una linea entrante ed una uscente Scheda TDM400 per bus PCI con interfaccia FXS e FXO (~ 200 ) 24

25 Implementazione Un proxy SIP sulla rete dati di Cesena PBX sulla rete telefonica universitaria 1 linea di entrata/uscita 25

26 Servizi Chiamate VoIP Chiamate audio e video punto-punto fra utenti del dominio VoIP La rete è stata dimensionata per un volume di traffico di ~100 chiamate contemporanee Teleconferenze 10 camere di conferenza Servizi ausiliari Segreteria telefonica Voice mail Messagistica istantanea Integrazione con fonia di ateneo È possibile effettuare chiamate: Da dominio VoIP a interni di ateneo Da interni di ateneo a dominio VoIP Da dominio VoIP a rete PSTN Integrazione radius+ldap Autenticazione utenti basata su LDAP (integrabile con DSA di ateneo) 26

27 Test Chiamate studenti-docenti Studenti connessi alla rete wireless di facoltà alle reti dei laboratori ad Internet da casa chiamano i docenti sia su dominio VoIP sia sulla numerazione di ateneo Supporto a progetti di ricerca (e-photon-one.org) Comunicazione peer-to-peer Elenco telefonico unico per gruppi di lavoro geograficamente ed amministrativamente distribuiti Conference call (centro stella su Cesena) Una decina di utenti Londra (ADSL) - Torino - Atene - Bologna - Cesena - Barcellona Nat e firewall traversal Trasparenza per reti IP private 27

28 Considerazioni e-photon-one.org 40 partner (Università e aziende) 18 paesi Proxy SER + asterisk freeworlddialup.com 50,000 utenti in 150 paesi SIP.edu (Internet2) 28