du Universit Qubec en Outaouais
Tlphonie sur Internet
Travail prsent pour Luigi Logrippo
Par
Hicham Chaoui INF6083
Rsum
Les sessions multimdias rfrent une intgration de donnes provenant de plusieurs sources dans des applications informatiques: Son, vido et texte. La tlphonie sur Internet figure parmi les dveloppements les plus excitants de l'poque actuelle. On entend par signalisation d'appel tlphonique les messages et procdures utiliss pour tablir une communication, demande des modifications de la largeur de bande de la communication et dconnecter la communication. prsent, deux protocoles de signalisation qui sont en concurrence dans la tlphonie Internet: le protocole H.323 support par l'UIT et le protocole d'invitation de session (SIP) support par l'IETF. Ces deux protocoles fournissent chacun leur propres mcanismes de signalisation. Nous avons tudi les principaux protocoles utiliss dans la technologie de la voix sur Internet comme les protocoles TCP/IP, UDP, RTP, RTCP et RSVP. Nous prsenterons aussi le protocole H.323 avec une tude approfondie du protocole SIP.
Mots cls: Session Multimdia, Tlphonie sur Internet, Protocole de Signalisation,
Signalisation d'Appel Tlphonique, Oriente Objet.
Tables de matires
Problmatique Tlphonie sur Internet I- Tlcommunication et Internet I.1- La commutation I.2- Les routeurs I.3- Les paquets et protocoles Protocoles TCP/IP Protocole UDP Protocole RTP Protocole RTCP Protocole RSVP II- Types de la tlphonie sur Internet III- Signalisation sur Internet III.1- Concept de signalisation III.2- Fonctionnalit de signalisation IV- Architecture de la tlphonie sur Internet V- Conclusion
Problmatique
Durant les dernires annes, l'Internet a volu d'un rseau de recherche vers un rseau globalement disponible pour l'information et la transmission de donnes. En parallle, un grand nombre de diffrents services Internet ont t dvelopps, comme la transmission de la voix et de la vido, devenus de plus en plus populaires. Chaque utilisateur possdant un ordinateur quip d'une carte vocale, d'un microphone et d'un logiciel multimdia a la possibilit de se connecter au rseau. De plus, une caractristique combinant la capacit du multimdia d'un poste de travail et sa connectivit Internet s'appelle confrence de multimdia. Dans une telle confrence, des donnes multimdia sont transmises dans plusieurs flux de mdias, appels sessions, entre les utilisateurs participants. Ces sessions peuvent tre des appels tlphoniques ou des applications constitues d'un ou de plusieurs types de donnes multimdia. Les sessions de multimdia sur Internet sont devenues de plus en plus populaires. Un des problmes pour se joindre des sessions de multimdia est comment les membres potentiels d'une session peuvent obtenir des informations sur les paramtres de session comme l'adresse multicast du groupe, la dure de vie (time to live), l'adresse de l'hte destinataire, le port, le codec (codage et dcodage), etc. Parmi les problmes pour tablir une session de multimdia entre les utilisateurs nous avons: comment trouver tous les utilisateurs? Et comment les informer et comment lancer la session? Parmi les approches de base utilises pour obtenir ses informations, nous trouvons que la session et ses paramtres sont annoncs et les utilisateurs voyant l'annonce peuvent se joindre la session, ou bien les utilisateurs sont explicitement invits des sessions multimdia par couriels ou par tlphone. Pour lancer une session multimdia avec plusieurs utilisateurs spontanment, l'annonce de la session n'est pas utile parce qu'il ne garantit pas l'accs l'annonce par un utilisateur souhaitant participer une session temps. De plus, l'invitation des utilisateurs une session peut fonctionner par un appel tlphonique ou par envoie de courriels [1]. En effet, les deux types d'invitation ont des inconvnients: la rception de l'invitation dans un intervalle de temps court ne sera pas garantie lors de l'envoie des courriels par les utilisateurs. De mme, l'utilisation de la tlphonie classique pour plusieurs participants pourrait tre chre et complexe.
Tlphonie sur Internet
Le terme tlphonie sur Internet est couramment employe pour dcrire de faon approximative tout service consistant utiliser le protocole et les technologies IP pour acheminer de la voix sur des infrastructures de statut et de technologie diverses: rseaux privs, dorsales IP, etc. Des architectures et mises en oeuvre techniques permettant d'assurer des offres de service diverses, soulvent des problmes varis qui peuvent tre tendus la plupart des questions d'actualit dans le domaine des rseaux et services de tlcommunications. De plus, avec l'augmentation continuelle de la vitesse des microprocesseurs et le dveloppement des techniques de traitement du signal, il est devenu raliste de faire transiter la voix, au mme titre que les donnes informatiques, sur le rseau Internet. Dans la tlphonie sur Internet, l'ordinateur multimdia remplace le tlphone, et l'Internet est le lien entre les usagers. La tlphonie Internet utilise la compression de donnes entre deux utilisateurs. En se servant de codec, des algorithmes sont utiliss pour assembler/compresser les donnes en paquet. Une fois assembles, les paquets sont transmis en un flux continu. Sur rception des paquets, les codecs se mettent immdiatement lire les donnes sans attendre de recevoir tout le fichier. Nous allons prsenter un survol sur la philosophie de la communication et l'Internet, la signalisation de la tlphonie sur Internet, les types de la tlphonie sur Internet, la qualit de services et les dfis de la tlphonie sur Internet.
I- Tlcommunication et Internet
La tlcommunication et l'Internet sont deux logiques et deux fonctionnements diffrents. Pour l'analyse du rseau tlphonique, il faut prendre en compte la philosophie sur laquelle repose la communication tlphonique. Ce rseau est conu de faon assumer une qualit de service standard: la fiabilit de la communication est primordiale. Les prmisses sur lesquelles sont bties les communications sur Internet ne sont pas les mmes que celles de la tlphonie. Contrairement au tlphone o la qualit du service est primordiale, l'Internet favorise l'accs au rseau. Cet accs n'est absolument pas conditionn par la frquentation des lignes. En revanche, puisque tout le monde est accept, il faut alors partager les
ressources disponibles: le rseau devient plus lent et moins fiable en fonction du nombre d'usagers. Ces concepts diffrents de la communication sont la consquence de structures et de procds techniques divergents.
I.1- La commutation
Pour relier deux interlocuteurs, il faut maintenir une communication travers d'innombrables fils. Ce rle revient la commutation. Pour les tlcommunications classiques, on procde par la commutation de circuits. Il s'agit d'un lien physique, atribu spcialement aux interlocuteurs avant le dbut des changes et qu'ils conservent jusqu' la fin de la communication. En d'autres mots, lorsque l'usager fait un appel, le rseau lui alloue une ligne ddie pendant toute la dure de la communication. Durant toute leur conversation, toute la ressource, toute la ligne, qui leur a t attribue est monopolise. Mme les silences cotent de la ligne. L'laboration du rseau amne prvoir les pics d'utilisation au cours desquels toutes les lignes de communications seront utilises. En effet, si le rseau est surcharg, il refuse une demande d'appel supplmentaire. Tout ce systme induit une facturation dtermine: elle tient compte du temps (temps d'occupation de la ressource) et de la distance de la communication. L'intrt de ce procd est de garantir la qualit de la transmission, car les ressources sont rserves. Si d'autres personnes arrivent sur le rseau, elles ne peuvent s'approprier la ligne dj attribue. Enfin, la ligne ddie la communication permet de garantir le dbit, la continuit et la rapidit des liaisons. En revanche, Internet utilise la commutation par paquets. Plutt que de rserver une ligne spciale pour le transfert des donnes, l'appareil de l'expditeur dcoupe l'information en paquets, lesquels sont envoys sur le rseau sans chemin prdtermin pour parvenir au destinataire. Ce sont les routeurs qui vont les orienter en fonction de l'encombrement du rseau. On dit que le cheminement des paquets, et donc de la liaison est alatoire. Plus efficace en terme d'utilisation des ressources, ce procd possde nanmoins certains failles. Comme il n'existe pas le chemin allou la communication, chacun des paquets a une vie autonome. Chacun doit possder l'adresse du destinataire et doit tre trait individuellement par les routeurs. Les paquets peuvent aussi arriver au destinataire dans un ordre diffrent de celui dans lequel ils taient partis, arriver en retard, et ils peuvent aussi se perdre ou tre dtruits en cours de route.
Plusieurs lments techniques conditionnent la qualit des liaisons et donc des conversations sur Internet. Il faut, ce titre, envisager la question des routeurs et des protocoles.
I.2- Les routeurs
Contrairement ce que l'on pense couramment, la lenteur d'Internet n'est pas du uniquement la saturation de la bande passante et la capacit des fibres optiques est loin d'tre atteinte. En ralit, ce sont les routeurs (ordinateurs et/ou logiciels ayant pour tche l'acheminement et la vrification des adresses de destination des donnes transitant par eux) du rseau qui posent problme. Ces appareils sont effectivement des ordinateurs qui constituent les noeuds des rseaux et qui ont pour fonction de diriger l'information jusqu' destination. Il reoivent des paquets d'informations et sont chargs de les rexpdier. Ils calculent en permanence l'tat d'encombrement du rseau et, grce des tables de routage, tablissent les chemins les plus courts pour les paquets envoyer. Mais le passage par un routeur est coteux en terme de temps. Autrement dit, plus le message va rencontrer des routeurs sur sa route, plus il risque d'tre retard. Ce n'est pas la distance entre les deux ordinateurs qui va allonger le temps de circulation de donnes, c'est le nombre de routeurs qui vont tre traverss. Ds qu'un paquet arrive dans un ordinateur, il entre dans une file d'attente avant d'tre trait. Plus le routeur est encombr, cause du trafic, plus le paquet mettre du temps en sortir. Enfin, les routeurs ont des capacits de mmoires limites. De ce fait, lorsque la mmoire rserve la gestion des fils d'attente d'mission est sature, ou que les ressources sont toutes employes, ils entrent en congestion et les paquets qui se prsentent alors leur porte sont ignors et simplement dtruits (les paquets ont une dure de vie limite pour ne pas circuler indfiniment sur le rseau).
I.3- Les paquets et protocoles
Le transfert de donnes sur Internet s'effectue par paquets d'informations. Cette structure repose sur l'utilisation des protocoles TCP/IP. Chaque document, qu'il s'agisse de texte, image ou voix, est numris puis rparti en paquets. Chacun de ces paquets est alors envoy sur Internet indpendamment des autres et essaie de prendre le chemin le plus rapide pour parvenir son but. Ceci est ralis en fonction de l'encombrement d'une partie ou de l'autre du rseau au moment o le paquet est expdi. La segmentation de l'information permet une plus grande flexibilit
dans l'utilisation des ressources puisque la commutation ne monopolise pas une ligne donne. Nous prsenterons les principaux protocoles utiliss dans la technologie de la voix sur Internet. Protocoles TCP/IP: Le protocole IP permet aux paquets de se dplacer sur Internet, indpendamment les uns des autres, sans liaison ddie. Chacun d'entre eux, envoy sur le rseau, se voit attribuer une adresse IP. Cette dernire est un en-tte accol chaque paquet et contenant certaines informations, notamment, l'adresse source, l'adresse destinataire, son temps de vie, le type de service, etc. Le protocole TCP tablit un mcanisme d'acquittement et de re-mission de paquets manquants. Ainsi, lorsqu'un paquet se perd et ne parvient pas au destinataire, TCP permet de prvenir l'expditeur et lui rclame de r-acheminer les informations non parvenues. Il assure d'autre part un contrle de flux en grant une fentre de congestion qui module le dbit d'mission des paquets. Il permet donc de garantir une certaine fiabilit des transmissions. Protocole UDP: Le protocole UDP, permet aux applications d'changer des datagrammes. Ce protocole utilise la notion de port qui permet de distinguer les diffrentes applications qui s'excutent sur une machine. En plus, du datagramme et de ses donnes, un message UDP la contient, fois un numro de port source et un numro de port destination. Le protocole fournit un service en mode non connect et sans reprise sur erreur. Il n'utilise aucun acquittement, ne resquence pas les messages, et ne met en place aucun contrle de flux. Les messages UDP peuvent tre perdus, dupliqus, remis hors squence ou arriver trop tt pour tre traits lors de leur rception. UDP correspond au niveau transport de l'architecture du modle OSI, mais c'est un protocole particulirement simple. Son avantage est un temps d'excution court qui permet de tenir compte des contraintes de temps rel ou de limitation d'espace mmoire sur un processeur, contraintes qui ne permettent pas l'implantation de protocoles beaucoup plus lourd comme TCP. De plus, les mcanismes de TCP prvoient une rduction automatique du dbit accord l'metteur en cas de congestion du rseau et une remonte lente vers le dbit nominal. Protocole RTP: Le protocole de Transport en Temps Rel (RTP) est le standard propos pour faciliter la synchronisation et la rcupration des variations de dlai et de perte de paquets. RTP peut galement vhicul par des paquets multicast afin d'acheminer des conversations vers les destinataires multiples; en faite, il a t conu directement pour un environnement multipoint.
RTP aura donc sa charge aussi bien la gestion du temps rel que l'administration de la session multipoint. Le protocole est encapsul dans un datagramme UDP et permet d'enrichir ce dernier afin de le rapprocher de TCP offrant des services tels que le squencement, la gestion de la gigue et la fourniture d'une horloge. Le rle principal de RTP consiste mettre en oeuvre des numros de squence de paquets IP pour reconstituer les informations de voix ou vido mme si le rseau change d'ordre des paquets, ce qui est susceptible de se produire dans la mesure o le fonctionnement d'Internet ne garantit pas que deux paquets successifs empruntent le mme chemin. Cela permet, par exemple pour des applications vido, de dcoder et placer au bon endroit sur l'cran chaque paquet sans attendre ses prdcesseurs et pour des applications de voix de reconstituer les chantillons de parole. Protocole RTCP: Le protocole de contrle en temps rel (RTCP) est un protocole d'accompagnement pour l'analyse et la gestion de flux temps rels. Il coordonne les rapports raliss par l'expditeur et le rcepteur qui sont livrs priodiquement. Les htes RTP peuvent utiliser les rapports RTCP pour obtenir des ractions sur la qualit de livraison des paquets RTP, et modifier les paramtres de transmissions en consquence. Pour des types d'applications particulires, RTCP peut tre complt par un autre protocole de transport. Le protocole transmet priodiquement des paquets de contrle aux participants, en utilisant les mmes moyens de diffusion que RTP, mais avec un numro de port diffrent. RTCP permet de recevoir des informations de retour des participants, grce aux messages send report et reciever report. Protocole RSVP: Afin d'augmenter la capacit des liaisons, on utilise la suppression des silences. Nanmoins, cela ne peut pas augmenter le nombre de conversations traites simultanment. Il faut tout de mme tenir compte du cas trs rare o deux personnes parlent en mme temps. En principe, la bande passante libre est utilise pour des donnes insensibles aux dlais comme les transferts de fichiers ou les tlcopies. Plusieurs techniques ont t proposes pour rduire ces effets constats sur les rseaux IP hostiles une bonne transmission vocale. Le grand problme est le manque des garanties de livraisons, puisqu'en principe un paquet vocal peut prendre tout son temps pour traverser une liaison. Mme s'il est possible de paramtrer le dlai d'acheminement d'une liaison un niveau trs prioritaire, particulirement sur un rseau IP utilis par une seule entreprise, il reste toujours la possibilit qu'un rseau mixte voix et donnes souffre de dlais imprvisibles qui seront longs pour interrompre la parole.
RSVP ncessite que tous les routeurs et dispositifs d'accs supportent le protocole, ce qui ajoute des cots pour les routeurs et les commutateurs IP. RSVP n'est pas un mcanisme de priorit, c'est seulement un systme de signalisation pour rserver de la bande passante. Les techniques de rservation et priorit utilises par les routeurs ou commutateurs sont propritaires, et varient d'un fournisseur un autre.
II- Types de la tlphonie sur Internet
Nous pouvons, en une premire approche, distinguer trois types de tlphonie sur Internet selon le terminal utilis par chacun des deux correspondants. La communication tlphonique entre deux ordinateurs connects sur Internet. La communication tlphonique entre un ordinateur et un tlphone ou entre deux ordinateurs au moyen de passerelles jouant le rle d'interface entre le rseau tlphonique et Internet. La communication tlphonique entre deux tlphones l'aide des passerelles et travers l'Internet et on se servant des serveurs de contrle.
III- Signalisation sur Internet
Dans le cadre du transport de la voix, la signalisation joue un rle trs important. En effet, c'est lors de cette phase que l'on va ngocier les diffrents paramtres de qualit de service et d'autres paramtres de signalisation. Par exemple, on y indique le dbit minimum assurer, le dlai d'acheminement , la localisation des utilisateurs, etc.
III.1- Concept de signalisation
Dans une communication tlphonique, le transport de la voix est un problme, l'tablissement et la rupture de la communication en est un autre: il faut que l'utilisateur appelant puisse indiquer les coordonnes du correspondant qu'il veut rejoindre, que ce dernier soit prvenu de l'appel, qu'il accepte l'appel, que les lignes des deux correspondants soient considres comme occupes pendant toute la dure de la communication, et enfin que les lignes des deux correspondants soient nouveau dclares libres lorsque les correspondants mettent fin la communication. Toutes ces oprations sont rendues possibles en tlphonie traditionnelle par le biais des signaux de service que s'changent les postes tlphoniques et les diffrents centraux tlphoniques
traverss par la communication: c'est ce que l'on appel da signalisation, qui est achemine par le rseau en plus de la conversation. En tlphonie IP, le problme est diffrent selon que l'utilisateur met en oeuvre son microordinateur (avec microphone et haut-parleurs) ou son poste tlphonique classique et, dans ce dernier cas, selon que le poste tlphonique est lui-mme raccord uniquement au rseau tlphonique ou raccord galement au rseau IP par l'intermdiaire d'une passerelle. Si le correspondant appel utilise son micro-ordinateur, il faut qu'il soit prvenu du souhait de communication de l'appelant, par exemple par un rendez-vous convenu d'avance et pris par courriel ou par tout autre moyen. Il faut aussi bien sr qu'il activ son logiciel de voix sur IP de manire tre alert de l'arrive d'une communication. Dans le cas o le correspondant a la possibilit de rester connect en permanence sur Internet, ces oprations droulent automatiquement, car il a pu, la connexion, dclarer sa disponibilit un annuaire centralis dynamique accessible par le correspondant demandeur. De plus, le logiciel de son microordinateur peut alors se placer en attente des appels entrants. Si le demandeur utilise sont microordinateur, c'est lui prend l'initiative de se mettre en mesure de transmettre de la voix sur IP. S'il appelle un correspondant sur micro-ordinateur, on est dans la situation indique ci-dessus o un rendez-vous pralable est ncessa...