Lucidi delle lezioni del corso di SERVIZI DI TELECOMUNICAZIONE

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1 Telefonia su IP Voice over IP Traffico vocale storicamente associato alla commutazione di circuito Dal 1995 possibilità di veicolare segnali vocali su reti per computer caratterizzate dall uso della commutazione di pacchetto (VoP( VoP: : Voice over Packet o VoIP: : Voice over IP) Possibilità di telefonia da PC a PC, da PC a telefono e da telefono a telefono applicazioni segnalazione informazione Marco Baldi (DIBET) 2 1

2 Reti Multimediali VoIP è la testa di ponte verso le reti IP multimediali Tutte le architetture di rete e di segnalazione proposte vanno oltre la sola voce Una rete IP multimediale ha sempre: una parte periferica o di interfaccia (edge( edge,, bordo) che supporta i servizi di utente e la relativa segnalazione una parte interna invisibile all utente (core, nucleo) che serve al trasporto dell informazione I servizi multimediali sono in genere orientati alla connessione (unicast o multicast) Le chiamate possono essere tra terminali nativi della rete oppure richiedere di interoperare con altre reti Marco Baldi (DIBET) 3 Tecniche fondamentali Codifica e trasporto: trasformazione del segnale telefonico al fine di renderlo conforme agli standard delle reti di dati ed invio del flusso prodotto lungo la rete stessa Segnalazione: insieme di informazioni legate alla gestione del servizio di fonia come la selezione, la tariffazione Cifratura: implementazione di tecniche per impedire l ascolto della conversazione da parte di terzi, dal momento che tutte le infrastrutture di rete sono condivise Marco Baldi (DIBET) 4 2

3 Codifica Standard G.711 Codifica Pcm Banda segnale vocale 64 Kbps Banda IP 80 Kbps 5,6 Kbps 16,27 Kbps 6,4 Kbps 17,07 Kbps G.726 Adpcm 32 Kbps 48 Kbps G.728 Ld-Celp 16 Kbps 32 Kbps G.729(A) Cs-Acelp 8 Kbps 24 Kbps Marco Baldi (DIBET) 5 Trasporto Ritardo massimo tollerabile nelle comunicazioni telefoniche (~ 100 ms) Necessità di protocolli di trasporto che permettano di imporre un tempo massimo per il raggiungimento della destinazione da parte dei pacchetti Real Time Transport Protocol Control Protocol (RTCP) (RTP)) e Real Time Incapsulamento in pacchetti UDP e, successivamente, IP Marco Baldi (DIBET) 6 3

4 RTP e RTCP RTP Protocollo che trasporta effettivamente il flusso vocale. Nell intestazione i pacchetti portano con sé: s Identificazione del tipo di dato trasportato (PT:( Payload Type) Numerazione di sequenza del pacchetto Dato di temporizzazione (timestamp( timestamp) RTCP Protocollo che trasmette periodicamente pacchetti di controllo per verificare se vi sono condizioni di congestione o malfunzionamenti Marco Baldi (DIBET) 7 Segnalazione H.323 Protocollo di segnalazione più vecchio per la telefonia su IP, standardizzato da ITU Supporto per: voce, video, dati, lavagna condivisa Interoperabilità con l attuale l rete telefonica (Q.931) P Protocollo di segnalazione più recente di H.323, nato per risolvere problemi di scalabilità e complessità del precedente. Standardizzato da IETF Protocollo text based,, anziché binario Marco Baldi (DIBET) 8 4

5 H.323 Insieme di standard definito da ITU-T Architettura per teleconferenza su reti a qualità di servizio non garantita Deriva da H.320 (teleconferenza su ISDN) Non nasce per la telefonia su IP, ma di fatto è attualmente la sua unica applicazione rilevante Dispositivi (elementi) H.323 End-point point: : terminali abilitati alle comunicazioni Gateway: : unità di interfaccia con altre reti (PSTN/ISDN in particolare) Gatekeeper: : centro di controllo delle comunicazioni MCU (Multipoint Control Unit): gestore delle comunicazioni tra più parti (multicast( multicast) Marco Baldi (DIBET) 9 Componenti obbligatorie in H.323 H.225 (controllo di connessione e stato): Q.931 per la segnalazione di utente RAS (Registration( Registration, Authentication and Status) per la segnalazione tra endpoint e gatekeeper H.245: : capacità dei terminali e tipo di media su cui poggia l informazionel RTP/RTCP: : trasporto e controllo di flusso G.711: codifica audio a 64 kbps (in realtà si usano sempre codificatori più sofisticati) Marco Baldi (DIBET) 10 5

6 Comunicazione tra terminali nativi H.225/RAS H.245 RTP/DATI gatekeeper... end point end point Marco Baldi (DIBET) 11 Comunicazione tra terminali misti H.225/RAS H.245 RTP/DATI gatekeeper end point... end point gateway Marco Baldi (DIBET) 12 6

7 Comunicazione tra terminali esterni H.225/RAS H.245 RTP/DATI end point... gatekeeper gateway end point Marco Baldi (DIBET) 13 H.323: Pila protocollare Controllo Segnalazione Dati Audio Video Controllo G.711 G.722 H.261 G.723 H.263 G.728 H.225 H.245 T.120 G.729 RTCP H.225 (Q.931) (RAS) RTP TCP UDP IP Marco Baldi (DIBET) 14 7

8 Architettura H.323 Una rete H.323 è costituita da una o più zone Una zona è un insieme di dispositivi H.323 gestiti da un unico gatekeeper I limiti di una zona posso essere basati su limiti amministrativi, politica di indirizzamento, confini geografici Le chiamate che coinvolgono differenti zone devono essere gestite da più di un gatekeeper Marco Baldi (DIBET) 15 Una zona H.323 Client H.323 Client H.323 Router IP phone... Gatekeeper Gateway Internet o intranet IP phone telefoni tradizionali Client H.323 PSTN o ISDN o PBX H.320 (ISDN) H.324 (POTS) Marco Baldi (DIBET) 16 8

9 Gatekeeper E il genere di dispositivi intelligenti su cui si basa la gestione di un intera rete H.323 Ciascun gatekeeper gestisce una zona (insieme di end-point point), realizzando almeno le funzioni di: Admission Control (controllo dei permessi di un endpoint ad inviare e ricevere le chiamate) Traduzione degli indirizzi Bandwidth control (se richiesta) Gestione di zona Marco Baldi (DIBET) 17 Gatekeeper Può implementare alcune funzioni opzionali: Autorizzazione Gestione delle risorse Call control signalling (per gestire direttamente la segnalazione tra terminali) Prenotazione delle risorse (per terminali non in grado di realizzarla) Call management (chiamate multimediali avanzate) Gatekeeper management information (gestione remota via SNMP su MIB sdandard) Directory services Marco Baldi (DIBET) 18 9

10 H.323 V.2 Approvata nel Gennaio 1998 Più orientata alla voce su IP, introduce: H.235 per la sicurezza delle comunicazioni (Authentication, Integrity,, Privacy) Fast Setup H per la segnalazione tra terminali H.323 per servizi supplementari H (Call( Transfer), H (Call( Diversion) H.323/T.120 integration Rimane non definita la comunicazione tra gatekeeper Marco Baldi (DIBET) 19 H.323 V.3 Approvata nel settembre 1999 Introduce la comunicazione tra gatekeeper tramite H Annex G (Inter-Domain Communications) Risolve numerosi problemi di scalabilità dell architettura MCU Gateway Gatekeeper Endpoint Endpoint H.323 Zone AD Border Element AD AD AD AD H.323 Administrative Domain PSTN o ISDN Gatekeeper Gatekeeper Gatekeeper Gatekeeper Gatekeeper Marco Baldi (DIBET) 20 10

11 Session Initiation Protocol (P) P è un protocollo per la segnalazione di sessione di tipo punto- punto, client-server Primitive di P: Inizio sessione Fine sessione Cambio sessione Si possono realizzare servizi arbitrari basati su P: Deviazione di chiamate Risposta con pagina web nel caso di indisponibilità Invio di un JPEG per l invitol Caratteristiche principali di P: Codifica testuale (compatibile telnet, tcpdump) Programmabilità Marco Baldi (DIBET) 21 P come protocollo di presenza general purpose L uso di P non è limitato alla telefonia via Internet P stabilisce la presenza dell utente I messaggi P possono trasportare tipi di carico della segnalazione arbitrari: descrizioni della sessione, messaggeria istantanea, immagini JPEG P è adatto per ogni applicazione basata su sessioni: Sistemi di realtà virtuale distribuiti Giochi in rete (implementazioni di Quake II/III basate su P) Video-conferenze Marco Baldi (DIBET) 22 11

12 Storia di P Il lavoro su P è iniziato nel 1995 nell ambito del gruppo di lavoro su mmusic (Multiparty MUltimedia Session Control) di IETF (Internet Engineering Task Force) 02/1996: draft-ietf ietf-mmusic-sip-00: 15 pagine ASCII, 1 tipo richiesto 12/1996: -01: 30 pagine ASCII, 2 tipi richiesti 01/1999: -12: 149 pagine ASCII, 6 metodi 03/1999: RFC 2543: 153 pagine ASCII, 6 metodi 11/1999: istituito un gruppo di lavoro su P 11/2000: draft-ietf ietf-sip-rfc2543bis-02: 02: 171 pagine ASCII, 6 metodi 12/2000: Ci si rese conto che il lavoro su P stava diventando pressoché impossibile da gestire 04/2001: Proposta di suddividere il lavoro su P tra due gruppi di lavoro: P e PPING 2001: Ampia disponibilità di implementazioni P: ~hgs/sip/implementations.htmlimplementations.html sip/products.htmlproducts.html Marco Baldi (DIBET) 23 Terminali P User Agent (dispositivi d utente) UA Client (origina le chiamate) UA Server (riceve le chiamate) Disponibilità di terminali sia SW che HW Marco Baldi (DIBET) 24 12

13 Nodi P P Proxy Server Trasmette le segnalazioni di chiamate, agendo sia da client che da server Opera in modalità trasparente, non mantiene nessuna sessione P Redirect Server Redirige i chiamanti verso altri server della rete P P Registrar Accetta le richieste di registraizone da parte degli utenti Mantiene le informazioni relative agli utenti in un Location Server (analogo al HLR del GSM) Marco Baldi (DIBET) 25 Indirizzi P P assegna agli utenti indirizzi raggiungibili a livello globale I chiamati si associano a tale indirizzo usando il metodo P REGISTER I chiamanti utilizzano tale indirizzo per stabilire la comunicazione in tempo reale con i chiamati Il formato degli indirizzi è di tipo URL,, per esempio: sip:jiri@iptel.org sip:voic @iptel.org?subject=callme callme sip:sales@hotel.xy; geo.position:=48.54_ :=48.54_ _120 Gli indirizzi devono includere il nome dell host host; possono includere lo user name, il numero di porta o altri parametri Lo spazio di indirizzamento è illimitato Possono essere utilizzati anche URL non-p (mailto:, Marco Baldi (DIBET) 26 13

14 Metodi P INVITE: BYE: CANCEL: OPTIONS: ACK: Inizia una sessione o invita ad una sessione Termina la partecipazione ad una sessione Annulla un operazione Interroga un client sulle sue capacità Accetta la chiamata o l invitol REGISTER: Informa un P server sulla posizione di un utente Marco Baldi (DIBET) 27 P - Codici di Risposta Struttura mutuata da HTTP: : codifica di tipo xyz I ricevitori interpretano soltanto la prima cifra: x Codici di risposta: 1yz: Informazione 100: Tentativo in corso 180: Squillo (processato localmente) 181: La chiamata è re-inoltrata 2yz: Successo 200: ok 3yz: Deviazione 300: Scelte multiple 301: Deviato permanentemente 302: Deviato temporaneamente Marco Baldi (DIBET) 28 14

15 P - Codici di Risposta 4yz: Errore del client 400: Richiesta errata 401: Mancata autorizzazione 482: Rilevato loop 486: Occupato 5yz: Errore del server 500: Errore interno del server 6yz: Errore globale 600: Sistema occupato Marco Baldi (DIBET) 29 Struttura dei Messaggi P INVITE sip:userb@there.com P/2.0 P/ OK Via: P/2.0/UDP here.com:5060 From: BigGuy <sip:usera@here.com> To: LittleGuy <sip:userb@there.com> Call-ID: @here.com CSeq: : 1 INVITE Subject: Happy Christmas Contact: BigGuy <sip:usera@here.com> Content-Type: application/sdp Content-Length: 147 v=0 o=usera IN IP4 here.com s=session SDP c=in IP t=0 0 m=audio RTP/AVP 0 Via: P/2.0/UDP here.com:5060 From: BigGuy <sip:usera@here.com> To: LittleGuy <sip:userb@there.com>;tag=65a35 Call-ID: @here.com CSeq: : 1 INVITE Subject: Happy Christmas Contact: LittleGuy <sip:userb@there.com> Content-Type: application/sdp Content-Length: 134 v=0 o=userb IN IP4 there.com s=session SDP c=in IP a=rtpmap:0 PCMU/8000 t=0 0 m=audio 3456 RTP/AVP 0 Marco Baldi (DIBET) a=rtpmap:0 PCMU/

16 Session Description Protocol (SDP) Serve a trasportare informazioni sufficienti a permettere la partecipazione ad una sessione multimediale SDP include la descrizione di: Media da usare (tipo di codec,, frequenza di campionamento ) Destinazione del flusso (indirizzo IP e numero di porta) Nome della sessione e suo scopo Tempo trascorso dall inizio della sessione Informazioni per il contatto dell utente che ha iniziato la sessione E più giusto definire SDP un formato di dati che non un protocollo Marco Baldi (DIBET) 31 P vs H.323 Controllo Basilare delle Chiamate Servizio H.323v1 H.323v2 H.323v3 P Chiamata Trattenuta NO Chiamata Trasferita NO Chiamata Inoltrata NO Chiamata In Attesa NO Marco Baldi (DIBET) 32 16

17 P vs H.323 H.323 Sviluppo iniziato prima di P Messaggi scambiati più corti (formato binario) P Scalabilità Estendibilità Minor Complessità Semplicità di implementazione Possibilità di customizzazione Marco Baldi (DIBET) 33 Skype TM Software proprietario per telefonia su Internet Realizzato dai padri di Kazaa Gratuito per chiamate da PC a PC, a pagamento per chiamate da PC a telefono fisso o mobile Utilizza tecniche di crittografia dei dati per garantire la sicurezza delle conversazioni Qualità audio superiore di quella telefonica (banda estesa a tutto lo spettro della voce, non soltanto tra 300 e 3400 Hz) Marco Baldi (DIBET) 34 17

18 Skype TM Scelta dinamica della tecnica di codifica vocale sulla base delle condizioni di prestazioni dei terminali e di congestione della rete r (bitrate variabile tra 3 e 16 kbps) Supporto per audio-conferenze di 5 persone massimo Supporto per la Global User Directory,, un elenco telefonico esteso contenente informazioni sugli utenti registrati e dotato di funzionalità di ricerca avanzata Supporto per liste di contatti individuali Supporto per instant messaging Basato su tecnologia proprietaria di tipo P2P,, non compatibile con H.323 nén con P Marco Baldi (DIBET) 35 Skype TM Principio P2P :: tutti i nodi di una rete partecipano dinamicamente all instradamento ed al processamento del traffico nella gestione di attività che richiedono ampia banda disponibile Le reti P2P decentralizzate hanno diversi vantaggi rispetto alle tradizionali reti basate su modello client-server: Tali reti si scalano in modo indefinito senza richiedere tempi di ricerca più lunghi nén costi crescenti per risorse centralizzate Esse utilizzano la potenza di calcolo dei terminali,, il cui hardware cresce insieme alla rete stessa. Ogni nodo aggiunto alla rete non aggiunge solo traffico, ma anche banda passante e potenza di calcolo. In questo modo si possono praticamente eliminare i costi associati alle strutture centralizzate Marco Baldi (DIBET) 36 18

19 Skype TM Limiti delle reti VoIP tradizionali I terminali economici rispetto ai telefoni standard non hanno la loro stessa qualità Il tasso di completamento delle chiamate è molto basso a causa di firewall e NAT (che rendono oltre il 50% dei PC residenziali incapaci di comunicare tramite software VoIP tradizionale) L interfaccia utente è spesso troppo complessa e richiede notevoli abilità tecniche per la configurazione La rete P2P di Skype TM utilizza un routing intelligente tramite il quale gli host facilmente raggiungibili (privi di firewall o su indirizzi IP pubblici) veicolano il traffico di quelli nascosti dietro firewall e NAT. La Global User Directory è decentralizzata, ma per garantire che le ricerche raggiungano la totalità degli utenti è stata sviluppata la tecnologia Global Index Marco Baldi (DIBET) 37 19