La voix sur IP

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La voix sur IP
Université Montpellier II 2007 2008
Cisco - modèle 7912G

• De la communication audioau protocole H323

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Sommaire
Cisco - modèle 7920

• Communication audio et video en mode paquet
• Codage des flux
• Le protocole H323 généralités, présentation
  pas à pas

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Communication audio et video en mode paquet
De la technique analogique à la digitalisation La
téléphonie analogique classique utilise la
modulation de signaux électriques le long dun
câble solution très ancienne mais simple avec
des délais de transmission courts, utilisant le
multiplexage en fréquence.
La transformation d'un signal analogique en
signal numérique est appelée numérisation. La
numérisation comporte deux activités parallèles
l'échantillonnage et la quantification.
L'échantillonnage consiste à prélever
périodiquement des échantillons d'un signal
analogique. La quantification consiste à
affecter une valeur numérique à chaque
échantillon prélevé.
Application du théorème de Shannon aux signaux
transportant la voix numérisation sur RNIS (300
à 4000 Hz) 8 x 8000 64 Kbits/s
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Communication audio et video en mode paquet
Multiplexage temporel de canaux de
communication Le multiplexage temporel (TDM
Time Division Multiplexing) permet de juxtaposer
des canaux pour la voix sur une seule ligne de
transmission.
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Communication audio et video en mode paquet
Multiplexage statistique Le multiplexage
statistique libère les canaux non utilisés (VAD
Voice Activity Detection) et tranfère les données
en mode asynchrone.
Parfait exemple de multiplexeur statistique un
routeur IP
La gigue Le multiplexage statistique introduit un
délai variable dans la communication, et les
terminaux récepteurs doivent corriger cet effet.
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Communication audio et video en mode paquet

• Transport de la voix et de la video sur IP avec
  RTP
• RTP (Real-Time Transport Protocol) permet aux
  logiciels de réception de compenser la gigue et
  de remettre en séquence les paquets IP, et
  utilise le plus fréquemment UDP. Il permet le
  transport des données utiles (niveau applicatif).
• RTP transporte
• une information sur le type de données
  transportées
• des marqueurs temporels
• des numéros de séquence

Payload type information sur les données temps
réel transportées (type de Codec audio ou
video) Timestamp lunité de temps dépend du
type de contenu et sappuie sur une
synchronisation via RTCP.
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Communication audio et video en mode paquet
Transport de la voix et de la video sur IP avec
RTCP RTCP (Real-Time Transport Control Protocol)
permet de transmettre épisodiquement des paquets
de contrôle (coordonnées des participants,
statistiques, paramètres de qualité)
Rapport démetteur (Sender Report) 1e section
nbr de rapports inclus dans le message, type de
paquet, longueur en mots de 32 bits, SSRC de
lémetteur 2e section instant denvoi du SR au
format NTP, marqueur temporel RTP, nbr de paquets
envoyés depuis le début de la session, nbr
doctets envoyés pour lensemble des flux 3e
section SSRC de la source, évaluation du taux
de pertes, valeur estimée de gigue, délai depuis
le dernier SR (multiples de 1/65536e de
seconde) Rapport récepteur (Receiver Report) PT
201, pas de 2e section
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Communication audio et video en mode paquet
Codage des flux média (voix) les CODEC Tous
les flux média peuvent être véhiculés par RTP,
mais après conversion de données analogiques en
données digitalisées. Le rôle des CODEC est
dopérer cette transformation.
Caractéristiques des CODEC
Utilisation de la bande passante Les codeurs
bande étroite (300 à 3400 Hz) sont disponibles de
1,2 Kbit/s jusquà 64 Kbit/s. La qualité est
mesurée en échelle MOS (Mean Opinion Score)
Voice Activity Detection (VAD) capacité à
détecter les silences Discontinuous
Transmission (DTX) arrêt de la transmission
quand le VAD détecte un silence Comfort Noise
Generation (CNG) maintient ambiance sonore
Score MOS
Définition
Exemple
4 à 5
Haute qualité
Téléphone RNIS
3,5 à 4
Qualité commerciale
Téléphone fixes classiques(G726 32 kbit/s
ADPCM)
3 à 3,5
Qualité acceptable avec dégradation perceptible
2,5 à 3
Qualité militaire
Moins de 2,5
Qualité synthétique
Voix robotisée
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Communication audio et video en mode paquet
Quelques codeurs audio G711 (approuvé en 1965)
codage jusquà 4 kHz loi A en Europe -gt flux
de données de 64 Kbit/s loi µ aux Etats-Unis et
au Japon de 56 Kbit/s score MOS de 4,2 G722
(approuvé en 1998) codage jusquà 7kHz débit
de 48, 56 ou 64 Kbit/s adapté aux
téléconférences G722.1 24 ou 32 Kbit/s, version
propriétaire Ste Picturetel à 16 Kbit/s (Siren
utilisée par Windows Messenger) G723.1
(approuvé en 1995) 6,4 (score MOS de 3,9) ou
5,3 Kbit/s (score MOS de 3,7) intègre le VAD, le
DTX et le CNG sélectionné par le Forum VoIP
comme codeur par défaut en bas débit sous
H323 G729 (approuvé en 1996) très utilisée en
VoIP sur Frame Relay intègre le VAD, le DTX et
le CNG, débit de 8 Kbit/s score MOS de
4,0 Quelques codeurs vidéo (pour mémoire) H.261
(40 K à 2 Mbit/s) H.263 (bas débit) H.264
(visioconférence professionnelle à 192 ou 386
Kbit/s)
Tonalités DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency) Données
DMTF (clavier téléphonique) font partie du flux
audio, échappent aux techniques de compression de
la voix H.323 utilise le canal de signalisation
(message H.245), ou sur le canal média en RTP en
H.323.4 (RFC 2833).
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Protocole H323, généralités

• Protocoles utilisés dans H323 ( specification
  chapeau )
• H.323 System Document
• H.225 Signalisation d'appel, empaquetage,
  enregistrement au garde-barrière, admission et
  état
• H.245 Contrôle (également utilisé dans H.324
  et H.310)
• T.120 Contrôle des données et des
  conférences,
• RTP Real-time Transport Protocol (IETF)
• RTCP Real-time Transport Control Protocol
  (IETF)

Mai 1995 début des travaux sur H.323 Juin
1996 décidé par l'ITU-T Janvier 1998
approbation de la version 2(H.450, extension
QSIG) Septembre 1999 approbation de la version
3(CLIR, ou confidentialité) Novembre 2000
approbation de la version 4(accélération des
connexions, rappel automatique, transfert)
H.7xx
H.26x
H.225
H.245
T.120
GB
RTCP
RTP
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Protocole H323, structure

• Eléments dun système H323
• H.323 inclut la spécification des
• terminaux de visioconférence
• passerelles entre réseaux H.323 et dautres
  réseaux audio et video (dont les réseaux de
  visioconférence H.320)
• gatekeeper serveurs de contrôle du réseau
  H.323 (enregistrements des terminaux,
  administration des appels )
• ponts de conférence MCU (Multipoint Control
  Unit, traitant différents flux média)

• Protocoles utilisés
• H.323 inclut les protocoles suivants
• RTP/RTCP décrits dans la norme RFC 1889
  spécifiant les conditions dun transport de
  données temps réel sur des réseaux IP RTP
  rattrape les effets de la gigue et détecte les
  pertes de paquets RFC1889 nécessite un
  travail de profilage avant utilisation.
• recommandation UIT H.225.0 pour le profilage en
  application visioconférence (identificateurs
  des codeurs, traitement des redondance entre RTCP
  et H.245 et du RAS (Registration, Admission,
  Status) entre un terminal et un gatekeeper)
• recommandation UIT H.245 pour la négociation des
  codes Codec, la gestion des données DTMF et
  des flux média.

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H323 pas à pas

• Cas simple dun appel dun terminal A vers un
  terminal B (H.323 version 1)
• Etape 1 initialisation de lappel
• Adresses IP fixes et connues
• Appel par deux connexions TCP
• une pour les messages de contrôle dappel,
  établie par lappelant vers habituellement le
  port 1720 du terminal appelé ( canal de
  signalisation dappel  ou  connexion Q.931 
  permettant léchange des messages définis en
  H.225.0, proches de Q.931)
• une pour les messages de contrôle des flux
  média, sur un port spécifique alloué par
  lappelé, servant au transport des messages
  H.245 (capacité audio et video respectives,
  définitions maître-esclave, ouverture des
  canaux logiques audio et vidéo (autant de
  sessions RTP), pour toute la durée de la
  communication)

Message SETUP vers port 1720 Message ALERTING
(sonnerie) Message CONNECT (décroché)
La première connexion TCP sur port 1720 peut
ensuite être fermée et ré-ouverte à nouveau à la
fin de la session pour le traitement du
 raccroché  (message RELEASE COMPLETE).
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H323 pas à pas

• Etape 2 négociation des capacités
• Utilisation de la seconde connexion TCP pour le
  contrôle des flux média et léchange des
  capacités (norme H.245)
• Lappelant établit le canal de contrôle H.245
  (canal logique 0) dès réception du message
  ALERTING, ou CALL PROCEEDING ou CONNECT qui
  fournit le N de port à appeler sur le poste
  distant.
• Après établissement du canal, le premier message
  envoyé/reçu est TerminalCapability avec
• Numéro de séquence,
• Table des capacités en Codec,
• Combinaison de Codec audio et vidéo supportés
• Négociation maître/esclave (MCU, ou pont de
  conférence multipoint, dominant)

Connexion de contrôle H.245 Terminal Capability
set Terminal Capability set ack Terminal
Capability set Terminal Capability set ack
Les communications RTP et RTCP sont maintenant
disponibles
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H323 pas à pas

• Etape 3 ouverture des canaux média
• Ouverture des canaux voix et vidéo dans des
  canaux logiques unidirectionnels.
• Message H.245 OpenLogicalChannel transporte le
  numéro identifiant le canal logique,
  paramètres didentification des données (exemple
  G.711), adresses et ports UDP où devront
  être envoyés les rapports de réception RTCP.
• Si plusieurs canaux, vérification des
  combinaisons de Codec, qui peuvent être
  asymétriques.
• Après acquittement, B est prêt à recevoir des
  données RTP de A, et inversement.
• OpenLogicalChannel ack envoyé par B fournit
  ladresse IP et le port UDP où A devra envoyer
  les données RTP, et le port UDP où A devra
  envoyer les rapports démission RTCP.

Traitement des données DTMF Le plus souvent un
message H.245 spécifique userInputIndication
(UII) utilisant la qualité dune connexion TCP,
transportant tous les caractères numériques et
les lettres  A ,  B ,  C ,  D ,    et
  . Données étendues en H.323.2 avec
informations sur le niveau en DB et la durée du
signal.
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H323 pas à pas

• Etape 4 dialogue
• Le flux média est envoyé dans des paquets RTP
• Les rapports de réception RTCP permettent à
  chaque terminal de mesurer la qualité de service
  du réseau en indiquant la fraction de paquets
  perdus depuis le dernier rapport, le total des
  paquets perdus, une mesure de la gigue, le plus
  haut numéro de séquence RTP reçue. Les terminaux
  sont censés réagir à une diminution de la qualité
  en diminuant les débits ou en changeant de Codeur
  audio ou vidéo
• La norme H.323 nautorise quune paire RTP/RTCP
  par session il peut y avoir 3 types principaux
  de sessions entre terminaux H.323 audio, vidéo
  et données.

Flux RTP A vers B audio RTCP Receiver Report
audio RTCP Sender Report audio Flux RTP A vers B
video RTCP Receiver Report video RTCP Sender
Report video
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H323 pas à pas

• Etape 5 fin de la communication
• Le premier poste (exemple B) qui raccroche
  envoi un message closeLogicalChannel pour
  chaque canal logique ouvert. Le poste A en
  vis-à-vis en accuse réception par un message
  LogicalChannelAck.
• Après fermeture de ses canaux logiques, A envoie
  un message H.245 endSessionCommand, puis va
  attendre le même message de B, et enfin ferme le
  message de contrôle H.245
• Enfin A et B doivent envoyer un message H.225
  releaseComplete si le canal de signalisation est
  encore ouvert, puis le fermer. Lappel est
  alors terminé.

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H323 pas à pas

• Appel vers un téléphone public à partir
  dInternet via Gatekeeper et Gateway
• Rôle dun Gatekeeper  registration  des
  utilisateurs pouvant être joints sur le réseau,
  admission des appels avec vérification des droits
  daccès aux ressources, comptabilité des appels,
  détermination de ladresse à utiliser pour
  atteindre un alias particulier
• Responsabilité dun Gatekeeper routage des
  appels dans un réseau H.323 et implémentation de
  services comme le transfert dappels, le service
   ne pas déranger , le déport dappel sur un
  répondeur
• Lensemble des terminaux , serveurs de
  conférences, passerelles, contrôlés par un
  Gatekeeper sont considérés comme faisant partie
  dune zone
• Lappel est redirigé vers la passerelle,
  laquelle enverra ensuite directement les messages
  ALERTING et CONNECT au terminal, puis procédure
  standard H.323 entre terminal et passerelle.

A
B
Gatekeeper
Téléphone réseau public
Téléphone IP Internet
Gateway
Protocole Terminal lt-gt Gatekeeper Enregistrement
(Registration), admission (Admission) et contrôle
de status (Status) ou  RAS  défini dans la
norme H.225.0.
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