Convergenza Voce Dati. Giuseppe Tetti

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1 Convergenza Voce Dati Giuseppe Tetti

2 Architettura tradizionale PSTN Quartiere Generale Sedi remote Convergenza voce dati 1-2

3 Convergenza voce/dati Quartiere Generale Sedi remote Convergenza voce dati 1-3

4 Telephony Vo PSTN Call Manager Quartiere Generale Sedi remote Convergenza voce dati 1-4

5 Cosa si intende per Convergenza La comunicazione vocale viaggia su Telefonia Tradizionale Voice over Telephony Internetworking Convergenza voce dati 1-5

6 Cosa è il Vo Voce Voce Voce Voce Impacchettare la voce utilizzando i meccanismi di instradamento di Convergenza voce dati 1-6

7 Cosa è il Vo (cont.) Segnali Segnali Segnali Segnali Oltre alla voce bisogna trasportare i messaggi di segnalazione per la gestione delle chiamate Convergenza voce dati 1-7

8 Cosa è il Vo (cont.) La sorgente del traffico vocale è generalmente una persona o riproduttori (messaggerie, call center..) Il traffico vocale è una grandezza analogica I pacchetti sono invece delle entità digitali generate da opportune macchine Convergenza voce dati 1-8

9 Cosa è il Vo (cont.) pronto! Black Box Voce Voce Voce Voce Quale operazioni deve compiere la scatola nera per generare in uscita i pacchetti Vo? Convergenza voce dati 1-9

10 Cosa è il Vo (cont.) Campionamento Quantizzazione Codifica Pacchettizzazione P Se Se Se St St St St Voce Voce Voce Voce Convergenza voce dati 1-10

11 Compressione della voce PCM Encoder PCM Decoder Modello matematico del parlato Variazioni sul modello Modello matematico del parlato Analisi Analisi dei campioni relativi ad un intervallo di tempo per estrarre le variazioni rispetto al modello Sintesi Ricostruzione della forma d onda sulla base dell applicazione delle variazioni sul modello Convergenza voce dati 1-11

12 Tecnologie di compressione 64 Bandwidth (kbps) Unacceptable Business Quality Toll Quality * PCM (G.711) * ADPCM 24 kbps (G.723) * ADPCM 16 kbps (G.726) * ADPCM 32 kbps (G.721) * LD CELP 16 kbps (G.728) * CS-ACELP 8 CS-ACELP 8 kbps (G.729) kbps (G.729a) Quality Convergenza voce dati 1-12

13 La suite TCP/ Application H T T P S M T P T F T P S N M P HTTP HyperText Tranfer Protocol SMTP Simple Mail Transfer Protocol TFTP Trivial File Transfer Protocol SNMP Simple Network Management Protocol TCP - Transmission Control Protocol Transport TCP UDP UDP - User Datagram Protocol Internet Network Interface ARP/RARP ICMP Network Interface Internet Protocol ICMP Internet Control Message Protocol ARP Address Resolution Protocol RARP - Reverse ARP Convergenza voce dati 1-13

14 Formato di TCP bit Porta Sorgente Porta destinazione Numero di Sequenza Numero di Conferma HLEN Riservati S Y N A C k Finestra Check-Sum Urgent Opzioni Dati Convergenza voce dati 1-14

15 Formato di UDP bit Porta Sorgente Lunghezza Porta destinazione Check-Sum Dati Convergenza voce dati 1-15

16 Associazione porta/applicazione Application Layer T E L N E T H T T P S M T P D N S T F T P S N M P Transport Layer TCP UDP Port Numbers Convergenza voce dati 1-16

17 Numerazione dei pacchetti SP DP Seq. Ack SP DP Seq. Ack. SP DP Seq. Ack Convergenza voce dati 1-17

18 Controllo del flusso con Windowing Finestra = 4 Mittente Finestra = 2 Ricevente Finestra = 4 Convergenza voce dati 1-18

19 Solo? E sufficiente utilizzare solo? No!! Va bene utilizzare TCP? No!! Va bene UDP? Si!! Serve altro? Si!! Un protocollo in grado di gestire traffico real-time (RTP) Voce RTP UDP Convergenza voce dati 1-19

20 I protocolli RTP/RTCP Convergenza voce dati 1-20

21 I protocolli RTP e RTCP Real-Time Transport Protocol fornisce: Un ambiente connectionless Un identificativo del payload Un numero di sequenza dei pacchetti Un Time-stamp dell istante di campionamento Real-Time Transport Control Protocol fornisce: Un responso sulle attuali condizioni della rete Un controllo Out-of-band per I flussi RTP Convergenza voce dati 1-21

22 Formato dei messaggi RTP UDP G7xx Convergenza voce dati 1-22

23 Formato dei messaggi RTCP Convergenza voce dati 1-23

24 Scenari possibili Utilizzare Vo ha come conseguenza quella di poter predisporre una unica infrastruttura dati con notevoli vantaggi economici in termini di costi iniziali e di esercizio. Coesistenza delle due infrastrutture Voce e Dati (processo di migrazione) Ambiente dati puro Convergenza voce dati 1-24

25 Sistema misto Le infrastrutture Voce e Dati si interfacciano attraverso opportuni Vo Gateway. In uno scenario misto si possono avere le seguenti tipologie di chiamate: Local (locale sullo stesso router) On-Net (tra sedi diverse utilizzando la rete dati) Off-Net (sulla rete PSTN linea esterna ) PBX-to-PBX (linea diretta tra centralini locali) On-Net to Off-Net (reinstradamento delle chiamate sulla rete PSTN) Convergenza voce dati 1-25

26 Ambiente dati puro Si ha un unica infrastruttura dati, ogni terminale voce esegue direttamente Vo un Vo Gateway è ancora necessario per instradare le chiamate verso e dall esterno L instradamento e la gestione delle chiamate Vo è demandata ad un dispositivo denominato Call Manager, Soft Switch, Call Agent, PBX. Il Call Manager è un applicazione Software che risiede su un calcolatore collegato alla rete attraverso un interfaccia Ethernet In questo ambiente è possibile integrare fra di loro applicazioni per PC e telefoniche e concepire nuove soluzione per l azienda Convergenza voce dati 1-26

27 Nuovi scenari CTI (Computer Telephony Integration) coniuga l'intelligenza del computer con le funzionalità del centralino telefonico, per gestire in maniera coordinata due aspetti entrambi essenziali alla vita dell'azienda: il servizio telefonico e la rete informatica. Contact Center l intera "pila" tecnologica, composta dall infrastruttura LAN, dai centralini (rigorosamente ), dagli apparati di smistamento delle chiamate ACD (Automatic Call Distributor), dai risponditori automatici IVR (Interactive Voice Response) e dalle soluzioni applicative realizzate in funzione degli utilizzi. Unified Messaging è una soluzione avanzata per la comunicazione multimediale mirata a fornire l accesso ad ogni tipologia di messaggio (vocale, fax, , SMS,..) in qualunque momento, dovunque e con qualsiasi dispositivo. Convergenza voce dati 1-27

28 Open Telephony API-Enabled Applications, Unified Messaging, Virtual Call Centers Open Service Application Layer 3rd Party 3rd Party TAPI JTAPI Open Call Control Layer Vo Call-agent Call-Manager Call-Router Soft-Switch -PBX Standards-Based Packet Infrastructure Layer Convergenza voce dati 1-28

29 Le risorse del web Vovida.org is a communications community site dedicated to providing a forum for open source software used in datacom and telecom environments. VOCAL - Vovida Open Communication Application Library provides the development community with software and tools needed to build new and exciting Vo features, applications and services Convergenza voce dati 1-29

30 Le risorse del web The OpenH323 project aims to create a full featured, interoperable, Open Source implementation of the ITU-T H.323 teleconferencing protocol that can be used by personal developers and commercial users without charge Convergenza voce dati 1-30

31 Le risorse del web Asterisk is a complete PBX in software. It runs on Linux and provides all of the features you would expect from a PBX and more. Asterisk does voice over in three protocols, and can interoperate with almost all standards-based telephony equipment using relatively inexpensive hardware. Convergenza voce dati 1-31

32 Le interfacce per la programmazione TAPI (Telephony Application Programming Interface) costituisce l insieme di primitive per lo sviluppo di applicazioni telephony sul sistema operativo Microsoft Windows. JTAPI ( Java Telephony Application Programming Interface) definisce le primitive per la programmazione con tecnologia Java di applicazioni telephony. Linux TAPI - Anche i sistemi operativi Linux dal Kernel hanno a disposizione proprie primitive per la realizzazione di applicazioni orientate all Telephony. Convergenza voce dati 1-32

33 Architettura del Vo Presentation Session Transport Network Link G.7xx H.323/S/SDP TCP RTP/UDP /QoS MLPPP/FR/ATM Physical Convergenza voce dati 1-33

34 Architettura del protocollo H.323 Call Control Data Audio Video Audio or Video Control Control H.235 H.225 G.7xx H.26x H.245 T.120 Header Payload RTCP RAS (Q.931) RTP TCP UDP Dettagli Convergenza voce dati 1-34

35 Segnalazione di controllo end-to-end In questa fase viene instaurato un canale TCP porta 1720 per lo scambio dei messaggi Q.931 (H.225) di controllo della chiamata. Setup Call Proceding Alerting Connect Call Realese Keepalives Call Realese Setup: inviato dal chiamante per stabilire una connessione col chiamato Call proceding: inviato dal chiamato per per avvisare che le procedure di instaurazione sono iniziate Alerting: inviato dal chiamato per avvisare che squilla il telefono Connect: inviato dal chiamato per indicare che l utente ha risposto, può contenere /TCP per la segnalazione H Convergenza voce dati 1-35

36 Segnalazione con Gatekeeper Gatekeeper A H.225 RAS Signaling Gatekeeper B H.225 RAS Signaling Zona A Zona B Endpoint H.225 Call Signaling H.245 Control Signaling H.225 RAS Signaling I dispositivi H.323 comunicano con i GateKeeper attraverso i messaggi H.225 RAS (Registration, Admission, Status) Convergenza voce dati 1-36

37 Registrazione RAS Gatekeeper A Gatekeeper B Zona A Zona B RRQ RCF RRQ RCF UDP Transport Port 1719 RRQ Registration Request RRJ Registration Reject RCF Registration Confirm I terminali possono registrarsi con H323_ID o E Convergenza voce dati 1-37

38 Procedura di Ammissione Gatekeeper A 2 LRQ LRQ (Locate Request): Do you know Terminal B s address? Gatekeeper B 1 ARQ ARQ (Admission Request): I would like to call Terminal B LCF (Locate Confirm): Yes I do, here it is X.X.X.X ACF 4 ACF (Admission Confirm): Yes you can, here its Address X.X.X.X LCF 3 Call Setup Convergenza voce dati 1-38

39 Introduzione a S Session Initiation Protocol (S) S è un protocollo di livello applicativo che può stabilire, modificare e terminare una sessione multimediale. E indipendente dal livello di trasporto RFC 3261, 3262, 3903, 3311, 3515, 3428, 3265, 2976 e altri. Basato su un modello transazionale request / response simile al protocollo HTTP Convergenza voce dati 1-39

40 S Componenti e protocolli User Agent Risiede in ogni end station S: UAC (User Agent Client), UAS (User Agent Server) Servers Proxy, Redirect, Registrar, Location. URI Formato simile a indirizzi per identificare utente e dispositivo sip:alice@atlanta.com sips:proxy-sip.biloxy.com sip:bob@ sip: Convergenza voce dati 1-40

41 Architettura protocollare di S QoS (RSVP,...) RTCP H2xx, MPEGx, G.7xx,... RTP UDP TCP STCP Link Layer Physical Layer S TLS SDP Convergenza voce dati 1-41

42 Il trapezio S atlanta.com... biloxi.com. proxy proxy... Alice's Bob's softphone S Phone INVITE F > INVITE F2 100 Trying F > INVITE F4 < Trying F > < Ringing F6 180 Ringing F7 < Ringing F8 < OK F9 < OK F10 < OK F11 < < ACK F > Media Session < ============================================== > BYE F13 < OK F > Convergenza voce dati 1-42

43 Messaggi S INVITE sip:bob@biloxi.com S/2.0 Via: S/2.0/UDP pc33.atlanta.com;branch=z9hg4bk776asdhds Max-Forwards: 70 To: Bob <sip:bob@biloxi.com> From: Alice <sip:alice@atlanta.com>;tag= Call-ID: a84b4c76e66710@pc33.atlanta.com CSeq: INVITE Contact: <sip:alice@pc33.atlanta.com> Content-Type: application/sdp Content-Lenght: 142 S/ OK Via: S/2.0/UDP server10.biloxi.com ;branch=z9hg4bknashds8;received= Via: S/2.0/UDP bigbox3.site3.atlanta.com ;branch=z9hg4bk77ef4c ;received= Via: S/2.0/UDP pc33.atlanta.com ;branch=z9hg4bk776asdhds ;received= To: Bob <sip:bob@biloxi.com>;tag=a6c85cf From: Alice <sip:alice@atlanta.com>;tag= Call-ID: a84b4c76e66710@pc33.atlanta.com CSeq: INVITE Contact: <sip:bob@ > Content-Type: application/sdp Content-Length: Convergenza voce dati 1-43

44 Aspetti di sicurezza Per la protezione delle infrastrutture VO si potrebbe pensare ad utilizzare le medesime tecniche e tecnologie impiegate per proteggere una struttura basata su ovvero i Firewall e le tecniche crittografiche Purtroppo per le caratteristiche intrinseche del VO l applicazione di queste tecnologie non sempre ottiene l effetto voluto, ritardi nella trasmissione voce, impossibilità di raggiungere o garantire i servizi più banali sono solo alcuni dei problemi che si possono avere. Ai fini della sicurezza vengono indicate alcune pratiche di sicurezza da adottare: separare il traffico voce su dal traffico dati laddove possibile (ad esempio isolando i PBX e i server VO su VLAN dedicate) facendo suo di server DHCP separati Fare uso di switch in luogo di hub per usufruire di funzionalità più elevate nonché di caratteristiche di sicurezza intrinseche. Accertarsi che tutti gli apparecchi telefonici siano dotati di password di accesso e che le password non siano quelle fornite dalla fabbrica (o di default). Fare uso di Firewall progettati per il traffico VO, i filtri stateful possono tracciare lo stato delle connessioni respingendo i pacchetti che non fanno parte della chiamata originaria Utilizzare tecniche di cifratura della comunicazione all esterno della rete aziendale come all interno tenendo in considerazione aspetti indotti dall uso di tali tecnologie di protezione e prevenendo con una opportuna progettazione i possibili disagi Utilizzare tecniche di cifratura SEC o Secure Shell per tutta la gestione remota, se possibile sarebbe opportuno evitare la gestione remota e realizzare l accesso all PBX da un sistema trusted. Convergenza voce dati 1-44

45 NAT Traversal STUN TURN Universal P&P ALG Tunnel Configurazioni Manuali Convergenza voce dati 1-45

46 Voice Delay Budget: raccomandazione ITU-T G.114 One-Way, Delay Description ms Suitable for most delay sensitive applications like voice ms 400 ms and more Still acceptable, but starts to influence voice quality. Communication can be annoying if no actions are taken. Unacceptable for most delay sensitive applications. Il Delay budget è calcolato sulla sola andata senza ritorno Convergenza voce dati 1-46

47 Le componenti del ritardo codec Packetization Output queuing Access (up) link transmission Backbone network transmission Access (down) link transmission WAN Input queuing Dejitter buffer codec Convergenza voce dati 1-47

48 Low Latency Queuing (LLQ) Priority Queue V V V V 2 V 1 V V V V Classify Configurable queues Flow Classification/Sorting: Source and destination address Protocol Session identifier (port/socket) Access lists Scheduling: Voice strict priority Data fragmented and interleaved Classes of traffic with BW guarantee WFQ for BE traffic Convergenza voce dati 1-48