Introduzione alla telefonia su IP

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1 Introduzione alla telefonia su IP Mario Baldi Synchrodyne Networks, Inc. Pietro Nicoletti Studio Reti, s.a.s. IPtelIntro_i - 1 Copyright: si veda nota a pag. Nota di Copyright! Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slides) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà degli autori indicati a pag. 1.! Le slides possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e Tecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione.! Ogni altra utilizzazione o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampate) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori.! L informazione contenuta in queste slides è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. Gli autori non assumono alcuna responsabilità per il contenuto di queste slides (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione).! In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slides.! In ogni caso questa nota di copyright non deve mai essere rimossa e deve essere riportata anche in utilizzi parziali. IPtelIntro_i - Copyright: si veda nota a pag. Servizi voce in rete! Voce su IP (VoIP)! comunicazione vocale tra utenti della rete IP! problematiche relative alla trasmissione audio! talvolta livello amatoriale! ! Telefonia su IP (Iptel)! chiamate telefoniche tra utenti della rete IP ed utenti telefonici tradizionali! voce + segnalazione + servizi telefonici! Carrier grade: dal 1998 IPtelIntro_i - 3 Copyright: si veda nota a pag. Audio numerico! Telefonia tradizionale! 64 khz, 8 bit/campione, 64 Kb/s! Voce compressa! 64 khz 3 Kb/s Kb/s! Qualità CD audio non compresso! 44.1 khz, 16 bit/campione, canali 1.4 Mb/s! Qualità studio, non compresso! 48 khz, 3 bit/campione, canali 3 Mb/s! Surround di qualità CD, non compresso! 44.1 khz, 16 bit/campione, 6 canali 4. Mb/s! Surround di qualità studio, non compresso! 48 khz, 3 bit/campione, 6 canali 9 Mb/s IPtelIntro_i - 4 Copyright: si veda nota a pag.

2 Telefonia su IP: scenari di utilizzo! Telefonia Locale Ethernet/IP! telefoni Ethernet/IP in ambito locale con accesso verso la rete telefonica pubblica tramite gateway! Telefonia Locale/Remota Ethernet/IP! Telefonia Locale Ethernet/IP sulla sede principale con estensione su una o poche sedi remote! Telefonia IP su larga scala! rete IP di grandi dimensioni che trasporta dati+voce, con telefoni IP nei vari siti e più punti di accesso via gateway alla rete pubblica telefonica Telefonia IP locale! Gli elementi principali: Repeater 10baseT! telefono ethernet/ip e/o soft-phone! Call/Control Manager! R Switch con porte 10/100 Repeater 100baseT R RETE TELEFONICA Call Manager Server IPtelIntro_i - 5 Copyright: si veda nota a pag. IPtelIntro_i - 6 Copyright: si veda nota a pag. Telefonia IP locale Telefonia IP locale/remota! Estensione tramite router con trasporto dati+voce su IP Call Manager IP phone Call Manager DSL DSLAM + VoIP GW Call Manager IP phone Rete di Torino sede principale router RETE TELEFONICA VoIP PSTN VoIP Rete di Roma sede remota router IPtelIntro_i - 7 Copyright: si veda nota a pag. IPtelIntro_i - 8 Copyright: si veda nota a pag.

3 Telefonia IP su larga scala Francoforte Rete telefonica italiana Hannover Rete telefonica tedesca Monaco Torino Milano Venezia Genova Bologna Roma IPtelIntro_i - 9 Copyright: si veda nota a pag. Berlino Trasporto! Si deve avere un basso ritardo end-to-end per:! una buona iterazione! problematiche di cancellazione d eco! Si deve mantenere il ritardo costante (continuous playing) tra i pacchetti! in conseguenza al campionamento della voce a passo (rate) costante ogni 15 µs! Ritardo massimo end-to-end one-way ms IPtelIntro_i - 10 Copyright: si veda nota a pag. Interazione La cancellazione d eco! Ritardo sulle lunghe distanze! tempo di propagazione del segnale sui cavi 5 µs/km*distanza (km) + tempi ritardo apparati! t_prop su Km di cavo = 50 ms Sono Carla! Pronto chi parla? Pronto chi parla? RETE TELEFONICA Apparato con canc. d eco Effetto eco Apparato 1. Memorizza temporaneamente il messaggio. Sopprime il messaggio di ritorno per effetto eco IPtelIntro_i - 11 Copyright: si veda nota a pag. IPtelIntro_i - 1 Copyright: si veda nota a pag.

4 Trasporto della voce su LAN! Due possibili approcci su Ethernet:! più banda di quella che serve: overprovisioning! La rete è scarica e sottoutilizzata! Tutti i pacchetti raggiungono i destinatari con bassi tempi di latenza! Soluzione normalmente impiegata perché più semplice e meno costosa! Priorità a diverse tipologie di traffico tramite IEEE 80.1p! Switch e schede di rete conformi a IEEE 80.1p! Switch creano code con priorità differenti! Notevole lavoro di gestione di rete Gestione code con IEEE 80.1p! Priorità bassa ai dati! Priorità alta alla voce 1 1 Switch 1 1 IPtelIntro_i - 13 Copyright: si veda nota a pag. IPtelIntro_i - 14 Copyright: si veda nota a pag. Trasporto della voce su WAN! Tecniche per la realizzazione di! Classi di Servizio (CoS)! Qualità del Servizio (QoS)! Overprovisioning non è economicamente conveniente! Approcci possibili! Precedenza ai pacchetti rispetto a quelli dati! Riservare banda per la voce! Gestire delle code per fornire ad ogni applicazione il servizio richiesto IPtelIntro_i - 15 Copyright: si veda nota a pag. Qualità del servizio! Reti IP realizzano tradizionalmente un servizio best-effort! Una sola classe di servizio! La rete fa tutto il possibile per inoltrare i pacchetti verso le destinazioni! Nessuna risorsa viene allocata! Le code sono gestite in modo FIFO (First In First Out)! Quando una coda è satura i pacchetti ricevuti vengono scartati! Integrated Services (RFC 1633)! Code per flusso di pacchetti garanzie assolute! Differentiated Services (RFC )! Code per tipo di servizio garanzie relative IPtelIntro_i - 16 Copyright: si veda nota a pag.

5 Integrated Services RFC 1633! Due modelli architetturali:! real time! best-effort traffic flow! Definisce il concetto di flow! è una sequenza di pacchetti che hanno in comune:! lo stesso indirizzo IP sorgente! lo stesso indirizzo IP di destinazione! la stessa porta! I router classificano i flow! i router più potenti gestiscono circa 10 code! Adotta RSVP per riservare risorse ai servizi IPtelIntro_i - 17 Copyright: si veda nota a pag. Router che supporta RFC 1633! Admission control: controlla che ci siano le risorse sufficenti per supportare il tipo di servizio! Classifier: analizza il pacchetto per stabilire a quale flow appartiene! Scheduler: programma l uscita dei pacchetti Input Driver Routing Agent Routing Database Classifier Internet Forwarder Reservation Setup Agent Admission Control Traffic Control Database Scheduler Output Driver Management Agent IPtelIntro_i - 18 Copyright: si veda nota a pag. Integrated Services e RSVP! La prenotazione delle risorse è demandata al protocollo RSVP (ReSource reservation Protocol)! deifinito negli rfc compresi tra 05 e 16! impiegato su host e router per realizzare la QOS! l host stima il tipo di servizio che la rete può supportare e genera un messaggio di RSVP reservation (esempio: servizio garantito o carico controllato)! i router coinvolti controllano se hanno una sufficiente capacità, quindi riservano le risorse per quel flow, al contrario se le risorse non sono disponibili inviano un messaggio di errore al richiedente Application Modello architetturale RSVP Data Classifier Host RSVP Process Scheduler Policy Admis. RSVP Data Routing process Classifier Router RSVP Process Scheduler Policy Admis. Data IPtelIntro_i - 19 Copyright: si veda nota a pag. IPtelIntro_i - 0 Copyright: si veda nota a pag.

6 Gestione ottimizzata delle code! I router non hanno risorse infinite e dispongono di una certa quantità di memoria RAM da allocare alle code! bisogna ottimizzarne l impiego con algoritmi più o meno complessi! RED (Random Early Detection)! WFQ (Wayting Fair Queuing) Random Early Detection! Cerca di evitare lo scarto di tutti i nuovi pacchetti ricevuti dal router per intasamento della coda! in caso di coda minima nessun pacchetto viene scartato! al raggiungimento della massima capacità della coda vengono scartati tutti i nuovi pacchetti! se la coda ha una lunghezza compresa tra minimo e massimo vengono scartati casualmente alcuni pacchetti per evitare l intasamento della coda Router queue max TH min TH IPtelIntro_i - 1 Copyright: si veda nota a pag. IPtelIntro_i - Copyright: si veda nota a pag. Waiting Fair Queuing! La tecnica WFQ assegna un time-stamp (TS) ad ogni pacchetto e trasmette sempre prima quello con TS inferiore! il TS viene assegnato sulla base del tasso di arrivo dei pacchetti al router e la programmazione del loro tempo partenza dal router! l ordine di partenza della coda viene riprogrammato ad ogni ricezione di un nuovo pacchetto, in modo da assicurare che vengano trasmessi prima i pacchetti con TS inferiore! è necessario adottare algoritmi matematici molto complessi per rendere il sistema efficiente Differentiated Services RFC ! Caratteristiche:! crea delle code per tipo di servizio! definisce il campo DS octet (ottetto Differential Service)! IPv4 TOS DS Field! IPv6 Traffic Class octet DS Field! le priorità alle code vengono assegnate per classe di servizio CBQ (Class Base Queuing)! non offre garanzie di consegna! non ha segnalazione! necessita di progettazione del traffico! funziona bene se la banda trasmissiva è molto più elevata del traffico telefonico IPtelIntro_i - 3 Copyright: si veda nota a pag. IPtelIntro_i - 4 Copyright: si veda nota a pag.

7 Vantaggi della telefonia IP! Riduzione dei costi del cablaggio pari al 50%! Un solo cavo alla postazione di lavoro! Riduzione dei costi di gestione! Costo della mobilità = zero! La riconfigurazione di un PBX e l intervento sui permutatori può costare dalle alle lire a spostamento! Il gestore della rete gestisce anche la telefonia Stato dell arte Approccio prudente oggi per telefonia su IP:! Ambito locale con limitato uso di collegamenti geografici! Ideale per piccole e medie imprese! Ambito geografico su rete dedicata! Fornitori di servizi pubblici! Schede telefoniche IPtelIntro_i - 5 Copyright: si veda nota a pag. IPtelIntro_i - 6 Copyright: si veda nota a pag.