Voce su IP La vostra rete e pronta?

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1 Voce su IP La vostra rete e pronta? Servizio di classe operatore Ricordate l ultima volta che avete chiamato la vostra compagnia telefonica per ringraziarli dell affidabilita del servizio fornito? Questo livello viene ormai dato per scontato, considerando che gli operatori pubblici hanno un obiettivo di affidabilita pari al %. Il raggiungimento di questo valore e la sfida odierna sul mercato del VoIP (Voice over IP). Con l attuale migrazione dei servizi verso IP, e possibile pensare di raggiungere un servizio di classe operatore? Cosa definisce una classe operatore? Tra i vari dati statistici, un servizio di vera classe operatore include l affidabilita, la disponibilita e la scalabilita. Un servizio caratterizzato da cinque 9 ammette un disservizio pari a 6 secondi alla settimana. In un ambiente VoIP e necessario aggiungere sicurezza, gestione ed interoperabilita, fattori addizionali necessari alla trasmissione della voce su collegamenti di rete su cui viaggiano anche i dati. Una comunicazione vocale deve poter garantire la capacita necessaria dall inizio della conversazione fino alla sua conclusione. Definizioni La latenza rappresenta un ritardo causato dalla trasmissione effettiva, ovvero il tempo che intercorre dall emissione del segnale all istante in cui viene ricevuto all altro estremo del collegamento. Un elevata latenza per un collegamento voce obbligherebbe ciascun parlatore a dichiarare al proprio interlocutore la conclusione di ciascuna frazione di dialogo (il noto passo degli walkie-talkie). Nelle reti voce un ritardo inferiore a 150 ms viene considerato accettabile. La perdita di pacchetti e un altro fattore inaccettabile nelle trasimissioni voce, in cui un Codec trasforma le onde vocali in pacchetti che vengono poi inseriti nel flusso trasmissivo sulla rete. I campioni sono tipicamente della durata di 20 ms, per cui una perdita superiore all 1% portera ad un degrado eccessivo della conversazione. Tale fenomeno si verifcia dipicamente su reti congestionate, sovraccariche o con elevato burst. Il jitter e un altro ostacolo per la qualita della voce. La variazione nel ritardo con cui ciascun pacchetto viene ricevuto provoca una ricezione disordinata dei pacchetti. Cio implica la necessita di realizzare un buffer presso la stazione ricevente per poter compensare il jitter. TCP/IP utilizza diversi \falgoritmi di instradamento per la consegna dei vari pacchetti. Per consentire al sistema VoIP di funzionare correttamente, una particolare attenzione va data non solo ai percorsi di rete, ma anche alla capacita ed alla salute della rete: un jitter eccessivo rende la conversazione indecifrabile. I nuovi switch di layer 3 ovviano a questo problema permettendo di segmentare i diversi livelli di priorita del traffico. Gli errori di sequenza si evidenziano quando alla stazione ricevente pervengono pacchetti in ordine diverso rispetto alla sequenza definita nei datagrammi di trasmissione. Congestione di rete, problemi negli apparati o nel sistema di cablaggio portano a frequenti ritrasmissioni ad a ricezioni fuori sequenza, con conseguente percepibile degrado nella conversazione. 1

2 Una volta noti i fattori sopra descritti, e necessario progettare con attenzione una rete VoIP. L unita di misura tipica del traffico voce e l Erlang (dall ingegnere danese che per primo analizzo la teoria delle code), valore che esprime il numero di chiamate in un minuto per un determinato circuito moltiplicato per la durata delle chiamate. Questo valore include i tentativi e le attese piuttosto che l occupazione per altre chiamate del canale trasmissivo. I segnali voce digitali vengono compressi, il che consente ad un singolo canale di trasportare multiple linee di traffico. I dati statistici in Erlang si ottengono tipicamente dal PBX o dal software di gestione delle chiamate. Nel dimensionamento di una rete e necessario definire una banda adeguata per poter instradare il massimo numero di chiamate previste sulla rete. Un analisi di traffico ne evidenzia l elevato grado di dinamicita in funzione degli orari. Throughput garantito In un tipico pacchetto IP che trasporti solo dati la trasmissione sulla rete avviene in maniera piuttosto semplice; il pacchetto viene formato, inviato e ricevuto e piccoli ritardi o ritrasmissioni sono del tutto accettabili. Non cosi nel caso della voce, in cui diventa necessario definire per i vari pacchetti un meccanismo di attribuzione di priorita diverse. Cio avviene mediante la definizione di un bit detto QoS (Qualita del Servizio) all interno dell header IP. Tutti gli header IP hanno un byte detto TOS (Type of Service), costituito alcuni anni fa all interno del protocollo e piu recentemente ridefinito come DCSP (DiffServe Code Point). QoS e un termine che si riferisce a parametri utilizzati sia per la trasmissione con connessione diretta (TCP), sia per la trasmissione senza connessione diretta (IP), al fine di definire parametri prestazionali per la qualita trasmissiva e la disponibilita del servizio. Include il massimo ritardo, il throguhput e la priorita dei pacchetti trasmessi. I primi bit del byte ToS vengono modificati allineandoli con l informazione di tipo QoS. La sintassi e specificata dallo standard H.323 (ITU-International Telecommunications Union) che definisce il trasporto delle comunicazioni audio, video e dati in una rete IP. Queste trasmissioni possono includere servizi di tipo CCTV, videoconferenza, VoIP eccetera. Sono in corso di definizione nuovi standard che utilizzano protocolli di tipo SIP (Session Initiation Protocol), MGCP (Media Gateway Control Protocol), Magaco/H.248 che verranno brevemente descritti in questo articolo. In una conversazione telefonica su rete pubblica PSTN (Public Switched Telephone Network), nel momento in cui una persona compone un numero viene costituito un circuito tra il telefono chiamante e quello ricevente. Questo circuito rimane disponibile per l intera durata della conversazione (anche durante gli istanti di silenzio), fino all istante in cui il ricevitore viene riappeso. Nelle trasmissioni IP non esiste intrinsecamente un circuito, i pacchetti vengono instradati lungo la rete verso la stazione ricevente. Se la chiamata deve uscire dalla rete, la conversazione verra nuovamente instradata verso un punto in cui un PBX o un Gateway trasferiranno la chiamata su rete PSTN classica. Il Gateway si accompagna tipicamente ad un Gatekeeper che attribuisce priorita superiore al traffico voce e video per garantire il livello necessario di qualita al ricevente. Se una rete avesse un potenziale illimitato di banda disponibile, la Qualita del Servizio non costituirebbe un problema. Le reti attuali, tuttavia, vedono la trasmissione di documenti, applicazioni, , processi di backup ed una miriade di altri dati. L inserimento di servizi voce richiede una certa attenzione: per definire la QoS in un sistema e necessario focalizzarsi sulla struttura del frame. Le applicazioni e gli apparati devono essere in grado di definire e comprendere il bit QoS, piuttosto che riconoscere i diversi meccanismi di trasferimento nel caso in cui si utilizzino altri standard. Sarebbe infatti inutile aumentare la capacita di un sistema se non vi fosse la possibilita di definire le priorita dei vari processi da parte degli apparati, tipicamente router. 2

3 Vigili del traffico Attualmente sul mercato sono presenti numerose applicazioni chiamate traffic shapers. Queste agiscono in maniera molto simile ad un vigile urbano, rallentando il traffico meno importante e dando priorita di movimento ai datagrammi con priorita superiore. Il problema di queste applicazioni e il fatto che rappresentano un punto di debolezza della rete. Possono infatti avere problemi di scalabilita nel caso di reti dotate di un certo numero di apparati. Router e switch di Layer 2 all interno di una rete in grado di distinguere questo bit potranno fornire ridondanza e nel prossimo futuro capacita di multicast. Per gli switch di Layer 2, la IEEE ha sviluppato due standard (802.1p e 802.1q) orientati a definire la qualita del servizio. Uno switch di Layer 2 conforme alla 802.1p e in grado di raggruppare pacchetti LAN in base alla classe di traffico all interno del livello MAC. Esistono otto classi definibili dagli amministratori di rete in base alle specifiche applicazioni. La priorita di livello sette e la superiore e viene normalmente utilizzata per la comunicazione tra router e per l informazione relativa ai percorsi all interno della rete. VoIP, videoconferenza ed altre applicazioni sensibili al ritardo utilizzeranno valori tra cinque e sei. I numeri inferiori vengono utilizzati per altri tipi di traffico per arrivare ai livelli con bassissima priorita. Questi switch devono poter distinguere anche traffico di tipo multicast. Nella mappatura delle applicazioni, un valore pari a zero significa che non e stato attribuito alcun livello di priorita. Tocca agli amministratori di rete determinare i valori di questi bit nelle proprie applicazioni. Con i nuovi switch di Layer 3 e le funzioni di routing questa operazione puo essere eseguita a livello di indirizzo all interno delle tabelle di routing riducendo o eliminando la necessita dei traffic shapers piuttosto che di complesse tabelle di mappatura. Lo standard 802.1q consente agli amministratori di rete di frazionare reti LAN di grandi dimensioni in segmenti piu ridotti o VLAN (Virtual Local Area Networks). DiffServe un altra tecnica di QoS Un altro metodo per definire il QoS e tramite il bit DiffServe (Differentiated Services), un meccanismo migliore basato sulla progettazione. I primi bit del byte TOS o campo DSCP (DiffServe Code Point) nell header IP vengono fissati utilizzando uno dei tre meccanismi di salto. Con salto si definisce il movimento di un pacchetto da un punto di inoltro ad un altro (router-router, router-switch eccetera). Il vantaggio di questo bit e che viene riconosciuto da tutti gli apparati di Layer 3 in tutta internet, inclusi i router e gli switch, consentendo cosi al traffico di avere diversi percorsi fino alla destinazione finale. Questo bit viene fissato come richiesta dall applicazione iniziale. Per poter assicurare la qualita necessaria su tutto il percorso, i router e gli switch dovranno adeguarsi a questo valore prefissato e inoltrare coerentemente i pacchetti. Il bit puo essere azzerato in ciascun dominio all ingresso del pacchetto. Esistono cinque categorie di servizio previste nei DiffServe Code Points: 1. Relative Priority Marking 2. Service Marking 3. Label Switching 4. Integrated Services/Resource Reservation Protocol 5. Static per-hop Classification 3

4 Altri standard SIP Session Initiation Protocol SIP, proposto da IETF (Internet Engineering Task Force in RFC 2543) e un protocollo di livello applicativo finalizzato al superamento delle limitazioni di H.323 QoS e DiffServe descritte precedentemente. H.323 opera in maniera connectionless dove non viene creata una sessione o un circuito end-to-end per tutta la durata della conversazione. SIP regola le sessioni e include le capacita di identificazione, disponibilita, redirezione e multiconferenza all interno del livello 7 (Applicativo) della pila OSI. Permette inoltre l interoperabilita tra i gateway VoIP, i PBX e gli altri sistemi di comunicazione, con una scalabilita nettamente superiore. Questo risultato si ottiene mediante protocolli quali RSVP (Resource Reservation Protocol), RTP (Real-time Transport Protocol), RTSP (Real-time Streaming Protocol), SAP (Session Announcement Protocol) e SDP (Session Description Protocol). Questo protocollo ha un overhead inferiore, riutilizzando la stessa informazione di header da HTTP. Essendo di tipo connection oriented, le conversazioni di tipo multicast, unicast e le altre dipendenti dalla connessione diventano molto piu affidabili rispetto al solo utilizzo di QoS. Il name mapping e la ridirezione sono integrati nel protocollo, rendendo possibile un unico URL (Universal Resource Locator). Diviene quindi possibile comporre il numero di telefono di una persona digitandone l indirizzo . MGCP Media Gateway Control Protocol Questo standard e proposto da IETF all interno del RFC 2705 per la convergenza dei segnali audio trasportati su rete pubblica verso datagrammi trasportati su internet. Si rivolge al modo in cui i MGC (Media Gateway Controller) ed i Media Gateway colloquiano utilizzando un protocollo di tipo SGCP (Simple Gateway Control Protocol) combinato con IPDC (IP Device Control). La configurazione e di tipo master/slave e si prevede che questo standard verra sostituito da Megaco/H.248 Megaco/H.248 Questo standard e sponsorizzato sia dallo Study Group 16 di ITU-T e da un sottolivello dell IETF denominato Megaco. Esso specifica i protocolli per tutti gli apparati di rete e divide le funzioni di gateway in sottocomponenti. Permette inoltre agli apparati di rete di funzionare con i sistemi di clock presenti sulla rete pubblica, fornendo quindi tecniche piu abbordabili di commutazione. Voce su IP la vostra rete e pronta? Non e possibile dare una risposta rapida a questa domanda. La prima cosa da farsi e pianificare, definendo le proprie necessita, lo stato di salute della propria rete e dell infrastruttura, il vendor con cui si intende collaborare e le priorita delle applicazioni che saranno presenti sulla rete. La migrazione verso VoIP e paragonabile alla costruzione di una casa; il risultato finale non sara soddisfacente se il progetto non e buono, ma anche il miglior progetto risentira dell eventuale incompatibilita tra i materiali. Non si tratta solo di inserire un sistema di VoIP su una rete esistente, puo evidenziarsi la necessita di sostituire apparati obsoleti, in particolare se esistono punti di concentrazione sulla rete dovuti a mancanza di intelligenza e a tecnologia antiquata. Potrebbe essere necessario sostituire le piu vecchie versioni degli switch di livello 2 e 3 qualora non fossero in grado di instradare correttamente i vari pacchetti. Sara inoltre necessario prendere in considerazione quanto i vostri sistemi sono aperti, per consentire la connessione alla rete da parte di diverse tipologie di telefono. Cio implica vantaggi economici nel caso di aziende con piu sedi in diverse nazioni. La telefonia IP e un servizio pressocche gratuito, rendendo particolarmente interessante il ritorno sull investimento. Potrebbe essere utile verificare con il proprio gestore quali tipi di servizi VoIP prevedono nell immediato futuro. Alcuni operatori tendono a diventare ELEC (Ethernet Local Exchange Carrier), eliminando cosi la necessita da parte dell utente di dotarsi di un gateway verso la rete pubblica. In questo caso diviene fondamentale conoscere il tipo di standard cui l operatore intende attenersi. 4

5 Analizzate la vostra infrastruttura Anni fa, qualunque applicazione poteva viaggiare su un cablaggio di Categoria 5 ed i telefoni operavano su soluzioni di Categoria 3 o addirittura inferiore. L infrastruttura divenne un entita installata e dimenticata nell ambiente di rete, tranne nei casi di espansioni o guasti. I vendor di apparati spesso definiscono una certa categoria per le soluzioni in rame o in fibra, ma spesso ci si dimentica che non tutta la connettivita ed i cablaggi di rete si equivalgono. Inoltre, una rete puo essere fragile a causa di una installazione non adeguata o di bassa qualita. Per fare un analogia, un auto particolarmente veloce e lussuosa non potra durare a lungo su un circuito dissestato e non sara ovviamente in grado di raggiungere la velocita massima. Cio vale anche per la vostra rete. Le nuove installazioni partono gia dalla Categoria 6 e la Categoria 7 e gia disponibile. Ai sistemi 10G in fibra si stanno per affiancare i sistemi 10G in rame. Per ulteriori informazioni su questi standard e possibile visitare il sito trovando informazioni sulle soluzioni 10G ip. Il numero delle applicazioni che la vostra rete dovra essere in grado di supportare cresce quotidianamente, ed il risparmio possibile le rende sempre piu popolari. Quali passi intraprendere? Dapprima, sarebbe utile un analisi del vostro cablaggio da parte di un installatore certificato. Le terminazioni, i percorsi dei cavi, le etichettature dovrebbero essere conformi a tutti gli standard internazionali di riferimento. Un buon analizzatore di protocollo o di rete puo identificare gli eventuali problemi e verificare che la vostra rete sia conforme agli standard attuali; in alcuni casi aziende che hanno scelto anticipatamente tecnologie emergenti si sono ritrovate soluzioni non a standard. Inoltre e necessario analizzare lo stato degli apparati di rete, verificando che siano in grado di identificare QoS, DiffServe o qualunque meccanismo venga utilizzato dal vostro sistema VoIP. Il fornitore di apparati dovrebbe essere in grado di supportare questa attivita, alleggerendo la banda da protocolli troppo onerosi e inutili. Infine, come fattore piu importante andra prevista un attivita di monitoraggio del servizio, una volta attivato. Considerando comunque che non vi sono alternative ad una corretta pianificazione e ad un adeguata amministrazione di rete, non bisogna certo dimenticare quanto sia opportuno investire in apparati, connettivita e cablaggio di livello tale da garantirsi per il futuro un operativita senza problemi. The Siemon Company The Americas Europe/Middle East/Africa Italy Watertown, CT USA Surrey, England Via Senigallia, 18/ Milano Phone (1) Phone (44) Tel (39)

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