Evaluarea Mecanismelor de Tip Qos în Retele Ip Multimedia

Universitatea „Politehnica” din București

Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologia Informației

„ Evaluarea mecanismelor de tip QoS în rețele IP multimedia”

Proiect de diplomă

prezentat ca cerință parțială pentru obținerea titlului de

Inginer în domeniul Electronică și Telecomunicații

programul de studii de licență Rețele și Software de Telecomunicații

Conducător științific,

Ș.l. Dr. Ing. Ruxandra ȚAPU

Absolvent,

Liviu COMAN

2016

LISTA ABREVIERILOR DIN TEXT

ACELP – Algebraic Code Excited Linear Prediction

ACF – Admission Confirm

ADPCM – Adaptive differential pulse-code modulation

AH – Authentication Header

ARJ – Admission Reject

ARQ – Admission Request

ASR – Application Specific Routing

ATM – Asynchronous Transfer Mode

AUCX – Audit Connection

AUEP – Audit Endpoint

BCF – Bandwidth Confirm

BRJ – Bandwidth Reject BRJ

BRQ – Bandwidth Request

CD – Compact Disc

CELP – Code Excited Linear Prediction

CoS – Class of Service

CRCX – Create Connection

CS-ACELP – Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction

CSRC – Contributing Source Identifier

DAC – Digital Access and Cross-Connect

DES – Data Encryption Standard

DiffServ – Differentiated Services

DLCX – Delete Connection

DNS – Domain Name System

DNSSec – Domain Name System Security Extensions

DS – Digital Signal

DSCP – Differentiated Services Code Point

DSP – Digital Signal Processor

DTMF – Dual-tone multi-frequency signaling

EO – End Office

EPCF – Endpoint Configuration

ESP – Encapsulating Security Payload

FTP – File Transfer Protocol

GSM – Global System for Mobile Communications

GSM-FR – Global System for Mobile Communications Full Rate

HTTP – Hypertext Transfer Protocol

IDEA – Data Encryption Algorithm

IETF – Internet Engineering Task Force

IKE – Internet Key Exchange Protocol

INF – Information

INR – Information Request

IP – Internet Protocol

IPSec – Internet Protocol Security

IPv6 – Internet Protocol version 6

ISDN – Integrated Services Digital Network

ITU – International Telecommunication Union

LAN – Local Area Network

LD-CELP – Low-Delay Code Excited Linear Prediction

MC – Multipoint Controller

MCU – Multipoint Control Unit

MD5 – Message Digest 5

MDCX – Modify Connection

MG – Media Gateway

MGCP – Media Gateway Control Protocol

MOS – Mean Opionion Score

MP – Multipoint Processor

MPLS – Multiprotocol Label Switching

NAT – Network address translation

NTFY – Notify

OSI – Open Systems Interconnection

PBX – Private Branch eXchange

PC – Personal Computer

PCM – Pulse code modulation 

PGP – Pretty Good Privacy

PHB – Per Hop Behavior

PLMN – public land mobile network

PSTN –  public switched telephone network

QoS – Quality of service

RAS – Register, Admission Status

RFC – Reaquest For Comments

RPE-LTP – Regular Pulse Excitation – Long Term Prediction

RPE-LTP – Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction

RQNT – Notification Request

RSIP – Restart In Progress

RSPEC – Request SPECification

RSVP – Resource Reservation Protocol

RTCP – Real Time Control Protocol

RTP – Real Time Transport Protocol

RTSP – Real Time Streaming Protocol

SAP – Session Announcement Protocol

SBC – session border controller

SBC – Session Border Controller

SCN – Switched Circuit Network

SDP – Session Description Protocol

SG – Signaling Gateway

SGCP – Simple Gateway Control Protocol

SHA – Secure Hash Algotrithm

SIP – Session Initiation Protocol

SRTP – Secure Real-time Transport Protocol

SS7 – Signalling System No. 7

SSP – Service Switching Point

SSRC – Synchronization Source Identifier

TCP – Transmission Control Protocol

TLS – Transport Layer Security

TOS – Type of Service

TSPEC – Traffic SPECification

UAC – User Agent Client

UAS – User Agent Server

UDP – User Datagram Protocol

UMTS – Universal Mobile Telecommunications System

URL – Uniform Resource Locator

VoIP – Voice over IP

VPN – Virtual Privat Network

VSELP – Vector sum excited linear prediction

WFQ – Weighted Fair Queue

xDSL – Digital Subscriber Line 

INTRODUCERE

Voice over IP este o tehnologie din ce în ce mai folosită și mai cunoscută de un număr mai mare de oameni și în special de marile companii. Marele său beneficiu este acela că poate oferi serviciul de voce la un preț mai mic decât rețeaua clasică de telefonie PSTN.

Tehnologia VoIP este importantă deoarece pentru prima dată în mai mult de 100 de ani, există o oportunitate de a aduce o schimbare semnificativă în modul în care oamenii comunică. În plus, față de posibilitatea de a utiliza telefoanele care există astăzi pentru a comunica în timp real, avem, de asemenea, posibilitatea de a folosi telefoane bazate exclusiv pe IP, inclusiv calculatoare și telefoane wireless. Mai mult decât a suna acasă pentru a vorbi cu familia, o persoană poate suna acasă pentru a-și vedea familia. Unul dintre cele mai interesante aspecte ale VoIP este capacitatea de a integra o aplicație de telefonie sau sistem de videotelefonie cu calculatorul personal.

Un alt avantaj al tehnologiei VoIP este capacitatea de a utiliza o singură conexiune de mare viteză la internet pentru toate comunicațiile de voce, video și date. Această idee este denumită în mod obișnuit convergență și este unul dintre factorii primari de interes corporativ în tehnologie. Beneficiile de convergență sunt destul de evidente. Pe de-o parte unul dintre ele este că utilizarea unei rețele de date unică pentru toate comunicațiile reduce costurile totale de întreținere și implementare, iar pe de altă parte este că atât acasă, cât și în corporații, clienți au posibilitatea de a alege dintr-o selecție mult mai mare de furnizori de servicii. Pe scurt, VoIP le permite oamenilor să comunice în mai multe moduri și cu mai multe opțiuni într-o lume care este din ce în ce mai orientată către conectarea soft.

Ca orice tehnologie care este în continuă dezvoltare se confruntă și cu o serie de impedimente. Cele mai importante ar fi introducerea protocolului de internet IPv6 și numărul din ce în ce mai mare al consumatorilor de conținut media în rețeaua IP.

Din perspectiva acestor neajunsuri am ales studiul mecanismelor de tip QoS pentru rețelele IP. Fiind o aplicație în timp real, ca oricare altă aplicație de comunicare vocală, VoIP este foarte sensibilă la întârzierile introduse de rețeaua IP și la pierderea pachetelor. Pentru o bună funcționare VoIP, în rețeaua de date trebuie introduse mecanisme de prioritizare a pachetelor, în cazul nostru a pachetelor de voce. Majoritatea acestor mecanisme sunt integrate la nivelul 3 din stiva OSI, nivelul rețea, în comutatoarelor de nivel 3 sau a routerelor.

Obiectivul acestei lucrări este prezentarea tehnologiei VoIP și simularea unei topologii pentru studiul parametrilor caracteristici. Aceasta este formată din două părți: partea teoretică în care este descris istoricul dezvoltării VoIP, precum și arhitectura și protocoalele pe care acesta se bazează și partea practică în care este simulată în programul academic OPNet o topologie de rețea a unei companii cu două sedii în două orașe diferite. Cea de-a doua parte menționată este la rândul ei compusă din 3 scenarii diferite: în primul se vor simula apelurile VoiP atât în interiorul aceluiași birou, cât și apelurile între cele două orașe, în cel de-al doilea scenariu se vor analiza performanțelea celor mai importante codec-uri folosite pentru apelurile Voice over IP, iar în ultimul scenariul se va studia comportarea unei rețele ocupate și mecanismele de tip QoS aplicate pentru o bună funcționare a aplicației VoIP.

Acest studiu făcut de mine arată importanța folosirii mecanismelor de tip QoS pentru prioritizarea traficului de voce în rețelele IP pentru o bună funcționare a tehnologiei VoIP, dar și importanța folosirii codec-urilor adecvate. În funcție de dispozitivul folosit și de calitatea dorită, se pot folosi codec-uri ce au nevoie de un procent mai mare din procesor, dar oferă o calitate a conversației mult mai bună sau codec-uri ce folosesc mai puțină bandă și oferă o calitate a apelului mai slabă.

În concluzie, lucrarea de față îmbină atât metodele de asigurare a calității a pachetelor de voce înainte de transmiterea acestora prin rețeaua IP, cât și procedeele de prioritizare a acestor pachete prin rețea.

CAPITOLUL 1. Istoricul Telefoniei

1.1. Începutul telefoniei

Primele mijloace de comunicație directă au fost dispozitivele mecanice acustice prin care se transmiteau conversații sau melodii pe o distanță mai mare decât cea normală. Aceste aparate se bazau pe transmisia sunetului prin fire sau alte obiecte fizice. Două diafragme conectate printr-un fir întins transmit sunetul prin vibrații mecanice de la un capăt la altul al firului.

Următorul pas important din istorie în acest domeniu a fost inventarea telefonului electric. O data cu acest moment, rețeaua de telefonie a început să se dezvolte cu rapiditate. Deși meritele pentru inventarea telefonului au creat controverse și au fost frecvent disputate, primul care a patentat acest lucru a fost Alexander Graham Bell în anul 1876.

Primul serviciu comercial de telefonie a fost instalat între anii 1878 și 1879 de ambele părți ale Atlanticului între orașele New Haven Connecticut și Londra . La mijlocul anilor 1880 fiecare mare oraș din Statele Unite ale Americii avea centrale telefonice și linii interurbane cu celelalte orașe. [17]

Primul satelit comercial de comunicații s-a numit Telstar și a fost lansat în anul 1962 de NASA în Cape Canaveral. Acesta a aparținut companiei AT&T ca parte a unui acord multi-național intre AT&T, NASA, Oficiul Poștal Britanic și Oficiul Poștal Francez. Prima și cea mai importantă aplicație a acestor sateliți a fost în domeniul telefoniei la mare distanță, în special pentru apelurile intercontinentale. Îmbunătățirile cablurilor de comunicații submarine, prin utilizarea fibrei optice, a cauzat un declin în utilizarea sateliților pentru telefonia fixă în secolul al 20 –lea, dar ei încă servesc în mod exclusiv anumite insule îndepărtate sau anumite regiuni în care a fost imposibilă ajungerea cu cablu de comunicații. [17]

După ce serviciul telefonic de lungă distanță a fost stabilit prin intermediul sateliților de comunicații, o serie de alte servicii comerciale au fost adaptate rețelei de sateliți similare. Aceste servicii au inclus telefoanele mobile prin satelit, televiziunea prin satelit, radio prin satelit și accesul la internet prin satelit.

1.2. Transmisiuni de voce în rețeaua clasică de telefonie PSTN

Astăzi, PSTN este cel mai mare sistem de comunicații interconectat și probabil va rămâne astfel cel puțin 10 ani de acum înainte. Este primul într-un top al furnizorilor servicii de voce. Skype, aplicație dezvoltată pe tehnologie VoIP a mizat pe acest fapt, iar modelul lor de afaceri depinde de tarifele de interconectare PSTN. Acesta, pe lângă voce, oferă și alte servicii precum fax, telex, video, date si multe alte aplicații multimedia.

Pentru multe decenii, PSTN a folosit o schema de numerotare universala numită E.164. Atunci când un număr începe cu semnul + și un cod de țară, acela este un număr E.164.

În majoritatea țarilor de pe glob, conectivitatea la PSTN este considerată esențială la fel ca apa sau electricitatea. Poate fi asigurat și serviciul de internet, la viteze relativ mici, prin circuite de acces dedicat precum dial-up. [5]

Rețeaua PSTN de astăzi, poate fi definită prin împărțirea în 3 domenii. Primul este cel fizic și definește rețeaua de cabluri necesară pentru distribuția semnalului ce conține perechi de fire de cupru răsucite sau cabluri coaxiale. În ziua de astăzi se folosește din ce în ce mai mult fibra optică pentru a înlocui cablurile clasice de cupru deoarece oferă o serie de avantaje printre care atenuare mai mică și protecție la interferența electrică.

Al doilea domeniu se referă la procesarea semnalului, conversia de la analog la digital și invers, precum și transmiterea acestuia prin mediu electric, optic sau aer. Alegerea mediului de transmisie afectează direct conținutul transmis.

Ultimul domeniu definește modul în care se face controlul datelor transmise și protocoalele de semnalizare specifice.

Topologia unei rețele descrie diferitele noduri de rețea si modul în care acestea se interconectează. Politicile de reglementare joacă un rol major în modul cum sunt definite rețele de voce în fiecare țară, dar există asemănări generale. În timp ce topologiile de pe piețele competitive reprezintă o interconectare a rețelelor deținute de diferiți furnizori de servicii, piețele de monopol sunt, in general, o interconectare de switch-uri deținute de către același operator.

În funcție de regiunea geografică, nodurile arhitecturii PSTN sunt denumite uneori cu nume diferite. Cele trei tipuri de noduri includ:

End Office (EO)- oferă acces la rețea pentru abonat. Acesta este situat în partea de jos a ierarhiei rețelei; [6]

Tandem- conectează împreună mai multe noduri ce oferă acces la abonați și furnizează un punct de agregare pentru traficul dintre ele. În unele cazuri acest nod asigura accesul EO la următorul nivel ierarhic al rețelei. [6]

Tranzit- oferă o interfață la un alt nivel de rețea ierarhică. Comutatoarele de tranzit sunt, in general, utilizate pentru agregarea de trafic ce este transportat pe distanțe mari geografice. [6]

Există doua metode principale de conectare a nodurilor de comutare. Prima abordare este de tip mesh în care toate nodurile sunt interconectate între ele. Această abordare nu este scalabilă pentru un număr mare de noduri deoarece trebuie conectat fiecare nod nou la fiecare nod deja existent. Un avantaj pentru rețelele de tip mesh este acela ca simplifică traficul de rutare între noduri si evită blocajele, implică doar acele swirch-uri care sunt în comunicare directă între ele.

Cea de a doua abordare este un arbore ierarhic în care nodurile sunt conectate într-o ierarhie transversală de la punctul de conectare al abonaților la partea de sus a arborelui.

Rețelele PSTN folosesc o combinație a acestor două metode, care sunt în mare măsură determinate de cost și de modelele de trafic transferate (interschimbate).

În figura 1.1 este prezentată o ierarhie PSTN generică, în care EO-urile sunt conectate local si prin comutatoare la nodul tandem. Comutatoarele de tranzit furnizează puncte de agregare suplimentare pentru conectarea mai multor tandem-uri între diferite rețele. Majoritatea topologiilor de rețea reale variază dar au acest model la bază.

1.3. Managementul rețelei de voce PSTN

Controlul rețelei de voce PSTN este asigurat de protocoalele de semnalizări, cel mai frecvent întâlnit la nivel global este suita de protocoale SS7/C7. Acesta oferă mecanisme care permit elementelor rețelei de telecomunicații să facă schimb de informații.

AT&T a dezvoltat SS7/C7 în 1975, iar Comitetul Internațional de telegraf și telefon consultativ (CCITT) a adoptat acesta suită de protocoale în 1980 ca un standard la nivel mondial.

SS7/C7 este un catalizator esențial al rețelei de telefonie publică comutată (PSTN), rețeaua de servicii integrate (ISDN), rețelele inteligente (Ins) si rețelele publice mobile terestre (PLMN).

De fiecare dată când un apel telefonic este inițiat și care se extinde în afara rețelei locale, SS7/C7 configurează și rezervă resursele de rețea dedicate pentru apel. Tot acest protocol, la încheierea apelului, eliberează resursele rețelei pentru o alocare viitoare. Pentru apelurile între abonații care sunt conectați la același comutator nu este necesară utilizarea acestui protocol de semnalizare.

Cu toate că o persoana utilizează în mod tipic SS7/C7 de mai multe ori pe zi, în mare parte este o raritate pentru publicul larg deoarece acesta este transparent pentru utilizator. Fiabilitatea sa extremă și capacitatea de adaptare conduc la un procent de disponibilitate de 99.999.

SS7 a fost proiectat pentru a se integra cu ușurință în rețeaua PSTN existentă, pentru a păstra investițiile făcute si pentru a oferi întreruperi minime la rețea. În timpul implementării inițiale a lui SS7, s-au adăugat elemente de hardware suplimentar iar switch-urile digitale au primit upgrade-uri de software pentru a adăuga suita de protocoale la nodurile PSTN existente. În rețeaua SS7, un comutator digital cu capabilități SS7 se numește SSP (Service Switching Point). Figura 1.2 prezintă o vedere simpla a PSTN, suprapus cu capacitățile de semnalizare SS7 asociate.

Figura a prezintă topologia PSTN fără protocolul SS7, în figura b este ilustrată topologia SS7 de semnalizare pentru toate nodurile, iar figura c prezintă topologia PSTN SS7 reală. Nodurile și instalațiile existente de comutare sunt îmbunătățite pentru a asigura funcționalitatea de bază pentru procesarea apelurilor. Cu toate ca această arhitectură de semnalizare asociată este destul de comună în Europa, Statele Unite ale Americii utilizează o arhitectura de semnalizare cvasi-asociată.

Cea mai comună metodă pentru implementarea link-urilor SS7 este ocuparea unui interval temporal de timp, T1 pentru America de Nord si E1 pentru Europa, pentru fiecare link. Așa cum este arătat în Figura 1.2, semnalele de semnalizare circula, de fapt, pe mediul de transmisie în întreaga rețea. La fiecare nod, echipamentul de interfață SS7 trebuie să extragă și să prelucreze semnalul de semnalizare din trunchiul digital. Acest proces este, de obicei, realizat folosind un canal de cu o capacitate ridicată obținut prin multiplexarea canalelor telefonice de 64 kb/s sau Digital Access and Cross-Connect (DAC) care demultiplexează intervalul temporal de timp din trunchiul digital. Canalul de capacitate ridicată sau DAC, pot extrage fiecare dintre intervalele de timp din fluxul digital, permițându-le sa fie prelucrate în mod individual. În timp ce implementările la acest nivel variază, procesoarele periferice dedicate, de obicei, procesează nivelurile inferioare ale protocolului SS7, nivelul 1, nivelul 2 și eventual o porțiune din nivelul 3. Apelul și informațiile legate de serviciu sunt transmise către procesorul central, sau către alte procesoare periferice, care sunt concepute pentru manipularea mesajelor legate de procesarea apelurilor. Desigur, acest proces variază în funcție de furnizorul echipamentului.

Expansiunea internetului continuă să producă mai multe schimbări în mediul PSTN. În primul rând, o mare parte din capacitatea rețelei este folosită pentru a transporta date. Serviciul Dial-up prin care clienții PSTN se pot conecta la internet utilizează conexiuni de date care sunt configurate peste PSTN pentru a transporta date în banda de voce prin conexiuni cu comutare de circuite. Aceasta este o situație ce diferă mult față de trimiterea datelor printr-o rețea de date, care folosește comutarea de pachete. Conexiunile cu comutare de circuite sunt conexiuni dedicate, care ocupa un circuit pe durata unui apel. Rețelele de telefonie au fost proiectate inițial pentru apeluri de trei minute, care a fost durata medie utilizată pentru calcule de inginerii ce au proiectat rețeaua de voce. Conexiunile la internet tind sa fie mult mai lungi, ceea ce înseamnă că este nevoie de o rețea cu capacitate mai mare. Traficul de voce este mutat pe ambele rețele private bazate pe comutare de pachete și pe rețeaua de internet publică, oferind astfel o alternativa la trimiterea de apeluri în PSTN. Mai multe tipuri de arhitecturi si protocoale diferite sunt concurente pe piața VoIP, pentru a stabili alternative la rețeaua tradițională cu comutare de circuite. Printre cele mai actuale și de vârf tehnologii VoIP se numără protocoalele H.323 și SIP(Session Initiation Protocol).

CAPITOLUL 2. Transmisiuni de date și voce în rețele de comunicații

2.1. Istoricul dezvoltării VoIP (Voice over IP)

Începând cu anul 1998 Voice over IP, prescurtat VoIP, a fost cuvântul preferat în industria telecom. În 1998 protocolul IP nu era la fel de stabil și dominant ca astăzi, iar cei mai mulți ingineri de telecomunicații credeau ca numai tehnologia ATM era în măsură să susțină aplicațiile multimedia. Într-adevăr, în acel moment cei mai mulți dintre noi au experimentat internetul numai prin modemuri dial-up, mulți furnizori au fost în imposibilitatea de a oferii conexiuni stabile la internet, oferind un nivel de serviciu care cu greu se putea califica chiar și pentru best effort( cel mai bun efort). [4]

Dar, chiar și în acest context, cei care au început să lucreze la dezvoltarea tehnologiei VoIP au mizat pe evoluția tehnologiei IP care concepută în mod corespunzător ar putea oferi un sprijin adecvat pentru aplicații care necesită o calitate a serviciului.

A fost nevoie de un timp relativ îndelungat pentru a înțelege motivele care ar putea conduce un furnizor de servicii să implementeze VoIP în loc de rețelele tradiționale de voce. Inițial, VoIP a fost prezentat ca o tehnologie care ar putea permite unui furnizor de servicii să transporte gratis pachetele de voce de-a lungul internetului, deoarece transportul IP era liber. Primele aplicații comerciale VoIP au fost axate pe telefonia preplătită, care a fost un segment de piață rezonabil având în vedere ca potențialii cumpărători puneau mai mult preț pe costul acestui serviciu decât pe calitatea serviciului, mai mult decât orice alt segment după piață. Astăzi, marea majoritate a serviciilor internaționale cu cartele preplătite utilizează VoIP, dar nu din cauza unui apel mai ieftin, costurile terminare sunt reglementate independent în majoritatea țărilor, sau pentru ca oferă costuri de transport mai mici, sistemele tradiționale de compresie a vocii sunt mult mai eficiente decât sistemele VoIP. Motivul principal a fost acela ca VoIP ușurează tranzacționarea de minute între mai multe rețele fără constrângerea de a stabilii linii închiriate: în internet, toți furnizorii de servicii VoIP se văd între ei și pot decide dacă schimbă trafic sau aleg o cale mai bună prin altă parte. În plus, sistemul de comutare central al unui furnizor de servicii VoIP procesează numai mesaje de semnalizare: un apel inițiat din Paris poate fi dirijat către o poartă de acces din Londra de către un controler de apel VoIP situat în New York, cu costuri minime. Numai mesajele de semnalizare fac o călătorie dus-întors până în New York , pachetele de voce transmițându-se pe ruta Paris-Londra

Motivele principale pentru succesul VoIP sunt:

• Independența de locație: din cauza caracteristicilor unice ale controlorilor de apel VoIP, sau comutatoarelor soft, multe funcții care anterior aveau nevoie de puncte distribuite , acum pot fi centralizare, reducând astfel costurile administrative;

• Simplificarea rețelelor de transport: furnizorii de servicii nu mai trebuie să stabilească linii dedicate pentru voce înainte de a face schimb de trafic. Rețelele de date IP configurate în mod corespunzător sunt un progres major în multe alte situații: rețelele de transport de bază nu mai au nevoie să mențină o rețea dedicată, care a fost cerută in prealabil de protocolul de semnalizare SS7;

• Capacitatea de a stabili și controla comunicațiile multimedia, sesiuni de partajare de date sau apeluri video.

Astăzi, din ce în ce mai mulți furnizori de servicii și companii devin mai încrezători în tehnologia VoIP și în calitatea serviciilor oferite de rețele IP, implementează aplicațiile VoIP pentru a se bucura de independența de locație și de eficiență sporită a tehnologiei.

2.2. Tehnici de comutație

Rețelele de comunicație sunt clasificate într-o varietate de moduri. Un criteriu utilizat, in general, în clasificarea rețelelor este tehnologia de comunicație ce este folosită în transferul informațiilor de pe un fier de transmisie din rețea către un altul adiacent folosind un nod de transmisie. Regula de comutare utilizată este în general un descriptor folositor și exact al rețelelor de calculatoare. Primele rețele se bazau pe cele două metode de comutare. Comutarea de circuite si comutarea de mesaje. Următoarele paragrafe descriu 3 din cele mai utilizate metode de comutare de astăzi.

2.2.1. Comutație de circuite

Comutația de circuite este o metodologie de implementare a unei rețele de telecomunicații în care două noduri de rețea stabilesc un canal de comunicații dedicat (circuit) prin intermediul rețelei, înainte ca nodurile sa poată comunica. Circuitul garantează lărgimea de bandă completă a canalului și rămâne conectat pe durata sesiunii de comunicație. Atunci când se face un apel de la un telefon la altul, în rețeaua de telefonie analogică, comutatoarele din cadrul centralelor telefonice creează un circuit continuu între cele două telefoane, atâta timp cât apelul durează. [4]

Comutația de circuite este în antiteză cu comutația de pachete, care distribuie datele care trebuie transmise în pachete prin rețea în mod independent. În comutarea de pachete, link-urile de rețea sunt partajate de pachete de la mai multe sesiuni de comunicare concurente, având ca rezultat pierderea calității serviciilor, garantat la comutarea de circuite.

Întârzierea de bit este constantă în timpul unei conexiuni, spre deosebire de comutarea de pachete, cozile de pachete pot cauza diferite întârzieri de transfer. Nici un circuit nu poate fi degradat de către utilizatori concurenți, deoarece acesta este protejat până când circuitul este eliberat și o noua conexiune poate fi configurată.

Comutarea de circuite virtuala este o tehnologie de comutare de pachete, derivată din comutarea de circuite, în sensul în care este stabilită o conexiune înainte de a transfera pachetele, care sunt livrate în ordine.

În timp ce comutarea de circuite este frecvent utilizată pentru conectarea circuitelor de voce, conceptul de cale dedicată între două noduri care comunică poate fi extinsă pentru a transfera și alt ceva în afară de voce. Avantajul este că asigură un transfer continuu, fără costuri asociate cu pachetele care utilizează lățimea de bandă maximă disponibilă pentru această comunicare. Dezavantajul este ca poate fi relativ ineficientă, deoarece capacitatea garantată neutilizată nu poate fi folosita de alte conexiuni din aceeași rețea.

2.2.2. Comutație de mesaje

În telecomunicații, comutația de mesaje a fost predecesorul comutației de pachete, în care mesajele au fost dirijate în întregime. A fost construită de Collins Radio Company, California, în perioda 1959-1963 pentru vânzarea către companii aeriene mari și bănci. În prezent, sistemele de comutare de mesaje sunt puse în aplicare în principal prin intermediul rețelelor de date cu comutare de circuite sau cu comutare de pachete. Fiecare mesaj este tratat ca o entitate separată, aceasta conține adresa de destinație, iar la fiecare comutator este citită această informație și este aleasă calea de transfer până la următorul comutator. În funcție de condițiile de rețea, se poate ca o conversație de mai multe mesaje, acestea sa nu fie transferate pe aceeași cale. Fiecare mesaj este stocat, de obicei pe un hard disk, înainte de a fi transmis la comutatorul următor, din această cauză este cunoscută ca o rețea “ memorează și trimite”. Aplicația de e-mail este un exemplu de aplicație care utilizează comutația de mesaje, o întârziere în livrarea de e-mail este permis, spre deosebire de transferul de date în timp real între cele două calculatoare.

Deoarece comutația de mesaje stochează fiecare mesaj de la nodurile intermediare în întregime înainte de expediere, mesajele acumulează o întârziere capăt la capăt dependentă direct atât de lungimea mesajului cât și de numărul de noduri intermediare. Fiecare nod intermediar suplimentar introduce o întârziere, care poate fi diferită pentru mesajele primite si mesajele transmise în funcție de tehnologia utilizată pe link.

Într-un centru de comutare, un mesaj de intrare nu se pierde atunci când traseul de ieșire este ocupat. Acesta este stocat într-o coadă de mesaje de așteptare pentru aceeași cale și este retransmis atunci când circuitul necesar devine liber. Comutația de mesaje este astfel un exemplu al unui sistem de întârziere sau a unui sistem de așteptare, fiind încă folosită pentru traficul de telegraf.

Avantajele comutației de mesaje sunt:

Canalele de date sunt împărțite între dispozitivele de comunicare, rezultă o îmbunătățirea utilizării lățimii de bandă.

Mesajele pot fi stocate temporar la comutatoarele de mesaje, atunci când congestionarea rețelei devine o problemă.

Prioritățile pot fi utilizate pentru a gestiona traficul în rețea.

Adresa de difuzare utilizează mult mai eficient lățimea de bandă, deoarece mesajele sunt livrate către destinații multiple.

2.2.3. Comutație de pachete

Comutația de pachete este o metodă digitală de comunicații în rețea, în care toate grupurile de date transmise în blocuri de dimensiuni adecvate, numite pachete, care sunt transmise printr-un mediu care poate fi partajat în mai multe sesiuni de comunicare simultane. Comutația de pachete crește eficiența rețelei și permite convergența tehnologică a numeroaselor aplicații care funcționează în aceeași rețea.

Pachetele sunt compuse dintr-un antet și sarcină utilă. Informațiile din antet sunt utilizate de rețeaua fizică pentru a direcționa pachetul către destinația sa, unde sarcina utilă este extrasă și utilizată de către un software de aplicație.

Comutația de pachete poate fi clasificata în comutație de pachete fară conexiune, cunoscută și sub numele de comutare de datagrame și comutație de pachete orientate pe conexiune. Exemple de protocoale fară conexiune sunt Ethernet, Internet Protocol (IP) si User Datagram Protocol (UDP), iar protocoalele orientate pe conexiune includ X.25, Frame Relay, Multiprotocol Label Switching (MPLS) si Transmission Control Protocol (TCP).

În comutația de pachete fără conexiune, fiecare pachet include informații complete de adresare. Pachetele sunt dirijate în mod individual, uneori, uneori rezultând diferite căi pentru pachete cu aceeași sursă și aceeași destinație. Fiecare pachet este etichetat cu o adresă de destinație, o adresa sursă și numerele de porturi. Poate fi etichetat și cu numărul de ordine al pachetului. Acest lucru se opune necesității unei căi dedicate pentru a ajuta pachetul sa găsească drumului spre destinație, dar este nevoie de mai multă informație în antetul pachetului, care este prin urmare mai mare. Fiecare pachet este trimis și poate merge prin diferite căi; sistemul lucrează la fel de mult ca cel orientat pe conexiune dar cu mai puține informații cu privire la cerințele aplicației. La destinație, pachetele sunt reasamblate în ordinea corectă pe baza numărului de ordine cu care a fost etichetat. Astfel, o conexiune virtuală, cunoscut de asemenea sub numele de circuit virtual, este furnizat utilizatorului printr-un protocol de transport, cu toate că nodurile de rețea intermediare oferă doar un serviciu de rețea fără conexiune. [11]

Comutația de pachete orientată pe conexiune necesită o fază de configurare în fiecare nod implicat pentru a stabili parametrii de comunicare, înainte ca pachetele sa fie transferate. Pachetele includ un identificator de conexiune, informațiile privind adresa sunt negociate între punctele terminale, astfel încât acestea sunt livrate în ordine și cu mecanismul de verificare a erorilor activat. Informațiile privind adresa sursă și adresa destinație sunt transmise la fiecare nod numai în timpul fazei de stabilire a conexiunii, atunci când traseul spre destinație este stabilit, se adaugă o intrare în tabelul de comutare în fiecare nod de rețea prin care trece conexiunea. Protocoalele de semnalizare utilizate permit aplicației să specifice cerințele sale pentru a descoperii legăturile care îndeplinesc acești parametrii. Valorile acceptabile pentru parametrii conexiunii pot fi negociate. Antetul pachetului poate fi mic, deoarece trebuie să conțină doar identificatorul de conectare și alte informații cum ar fi lungimea și numărul de ordine care sunt distincte pentru diferite pachete. Astfel, comutația de pachete este utilizată cu precădere în rețelele locale și în Internet.

CAPITOLUL 3. Funcții de bază VoIP

Înainte de a aprofunda discuția în privința componentelor care aduc soluții VoIP, este important sa întelegem funcțiile de bază ale VoIP și comparațiile acestora cu cele ale PSTN. Înainte de a permite organizațiilor adoptarea VoiP ca fiind o soluție viabilă, componentele sale trebuie sa fie capabile să execute aceleași funcții ca ale rețelei PSTN. Următoarele subcapitole descriu aceste funcții.

3.1. Semnalizări în rețele IP

Semnalizarea reprezintă modul în care dispozitivele comunică în cadrul rețelei, activarea și coordonarea diferitelor componente necesare pentru a încheia convorbirea. Într-o rețea de voce clasică, PSTN, telefoanele comunică cu ajutorul tradiționalei PBX, ce este o centrala telefonică digitală privată, în scopul conexiunii și rutării comunicației. Într-o rețea VoIP, semnalizarea este săvârșită prin schimbul mesajelor IP de tip datagramă dintre componentele VoIP, formatul acestor mesaje pot fi dictate de oricâte protocoale standard. [12]

3.2. Servicii de baze de date

Serviciile de baze de date reprezintă un mod de a localiza punctele terminale și de a decoda adresele pe care cele două rețele le folosesc. Controlul bazei de date a comunicației conține acele corespondențe și decodări. O caracteristică importantă este generarea rapoartelor de tranziție în scopuri economice. Putem folosi o logică adițională pentru a furniza securitatea rețelei, precum respingerea unui specific punct terminal de la realizarea unor convorbiri exterioare. Aceasta funcționalitate, în uniune cu starea de control al comunicației, coordonează activitățile elementelor de rețea.

PSTN-ul folosește numerele de telefon pentru a identifica punctele terminale. O rețea VoIP utilizează adresele IP și numerele de port pentru a identifica un punct terminal. Corespondența adreselor este stabilită de DNS- Domain Name System.

3.3. Metode de stabilire, menținere și eliberare a conexiunilor de voce

Conexiunea convorbirii este realizată prin doua puncte terminale care deschid o sesiune de comunicație între ele. În PSTN, comutatorul public (sau privat) se conectează la canalele logice DS-0(Digital Signal) din cadrul rețelei pentru a încheia convorbirea. Într-o implementare VoiP, această conexiune este un flux multimedia (audio, video, sau amândouă) transportat în timp real. Această conexiune este canalul portant și reprezintă transportul conținutului vocii și video. Atunci când o comunicație este încheiată, sesiunile IP sunt eliberate și resursele opționale ale rețelei sunt libere.

Procedurile de semnalizare capăt la capăt stabilesc, mențin si eliberează conexiunile. De asemenea, ele activează semnalizarea între utilizatorii finali pentru a schimba informații folosind mesaje de tip INR (Information Request) și INF (Information).

3.4. Codecuri audio

Comunicația prin voce este analoagă, în timp ce rețeaua datelor este digitală, ca un rezultat, rețeaua are nevoie de o cale prin care sa fie posibilă conversia vocii într-un format prin care sa poată fi transportată. Din moment ce rețeaua PSTN este analoagă, acest lucru nu este o componentă importantă, totuși, pentru VoIP, este necesară împachetarea vocii. Procesul de conversie a formei analog la informații digitale este realizat printr-un codor-decodor, cunoscut cu numele de codec. Procesul conversiei este complex, multe dintre conversii se bazează pe modularea impulsurilor în cod (PCM). Informația de ieșire a codec-ului este o informație binară, ce este introdusă în pachetele IP și apoi transportată prin intermediul rețelei către punctele finale. Aceste puncte finale trebuie să implementeze aceleași standarde, precum și un set comun de parametri ai codec-ului. Dacă două puncte finale implementează standarde sau parametrii diferiți, atunci comunicația va fi neinteligibilă. Calitatea unui codec de a reconstrui vocea, la ieșire, cât mai aproape de varianta inițială se măsoară, de obicei, prin MOS (Mean Opionion Score). Acest parametru, în particular, pentru un codec este media notelor date de un grup de auditori care asculta mai multe probe înregistrate. Aceste note sunt de la 1 la 5 și reprezintă:

• De la 4 la 5 calitatea este ridicată, adică similar cu cea mai buna experiență întâlnită pentru efectuarea unui apel telefonic în ISDN;

• Pentru 3,5 la calitatea este acceptabila, des întâlnită la majoritatea apelurilor telefonice. Apelurile telefonice de pe mobile sunt, câteodată, sub această notă;

• De la 3 până la 3,5, comunicarea este încă bună dar degradarea sonoră este sesizabilă;

• De la 2,5 la 3, comunicarea este încă posibilă, dar necesită mult mai multa atenție.

• Sub 2,5 este aproape imposibil de comunicat.

În timpul unei conversații, vorbim, în medie, doar 35% din timp. Pin urmare, comprimarea apelului (silence compression) sau suprimarea este o caracteristică importantă. Într-un apel punct la punct se salvează, în medie, 50% din lățimea de bandă, dar la conferințele audio descentralizate, economia de bandă ar putea fi și mai mare.

În continuare, se vor prezenta câteva dintre cele mai importante standarde de decodare dezvoltate de ITU (Uniunea Internațională de Telecomunicații).

G.711 a fost aprobat în anul 1965 și este printre primele codec-uri audio digitale. Este un mod foarte simplu de digitizare a datelor analogice folosind o scala semilogaritmică. Utilizează modularea în impulsuri și crește rezoluția semnalelor de intensitate mică, în timp ce tratează semnalele de intensitate mare în același fel ca urechea umană. G.711 este utilizat în ISDN și pe cele mai multe magistrale telefonice digitale în funcțiune. Un flux audio codat G.711 are 64 kbit/s în care fiecare eșantion este codat pe câte un octet, prin urmare, lungimea cadrului este de numai 125 µs. Desigur, toate aplicațiile VoIP vor pune mai mult de o probă în fiecare pachet IP (aproximativ 10 ms, echivalentul a 80 de eșantioane). Cele mai multe plăci de sunet sunt în măsură să înregistreze în mod direct în format G.711. Cu toate acestea, în unele cazuri este mai bine să se înregistreze folosind calitatea audio pentru CD, probele au 44,1 kHz (un eșantion de 16 biți la fiecare 23 µs), în special în cazul în care sunt utilizați algoritmi de anulare a ecoului, deoarece performanța completă a unor algoritmi de anulare a ecoului nu se poate realiza cu zgomotul de cuantificare introdus de G.711. Scorul MOS pentru acest codec este luat, de obicei, 4.2; acesta este folosit ca o referință pentru alte codec-uri. [4]

G.722 a fost aprobat în anul 1988 și față de G.711 care realizează o calitate foarte bună dar o parte din spectru de voce este încă tăiat, G.722 oferă o codificare digitala de calitate mai mare de 7 kHz a spectrului audio la numai 48,56 sau 64 kbit/s. Acesta este un cod îmbunătățit, rata poate comuta liber între 48, 56, 64 kbit/s fără a notifica decodorul. Acest codec este foarte bun pentru toate aplicațiile profesionale de voce, întârzierea cauzată de algoritm este de numai 1,5 ms. G.722 este implementat pe unele echipamente de videoconferință și unele telefoane IP. [4]

G.723.1 a fost aprobat in 1995. La începutul tehnologiei VoIP acesta a fost ales ca și codec de referință pentru comunicațiile H.323 de bandă îngustă. Acesta este, de asemenea, utilizat de telefoanele mobile UMTS (standard H.324M). G.723.1 utilizează o lungime de cadru de 30 ms și are nevoie de o previzualizare de 7.5 ms. Are două moduri de funcționare, unul la 6,4 kbit/s, iar celălalt la 5,3 kbit/s. Modul de operare de poate schimba dinamic la fiecare cadru. Ambele moduri de operare sunt obligatorii în orice implementare, cu toate ca multe sisteme VoIP au o implementare corectă care funcționează pe un singur mod din cele două. [4]

G.723 nu a fost proiectat pentru muzică și nici pentru a transmite tonuri DTMF în mod fiabil, acestea ar trebui să fie transmise în interiorul benzii. Semnalele de modem sau de fax nu pot fi nici ele transportate de către G.723.1. Acest codec realizează un scor MOS de 3.7 in modul 5,3 kbit/s și 3.9 în modul 6.4 kbit/s. Efectul principal al ștergerilor de cadre este acela de a desincroniza codorul și decodorul, ele ar putea avea nevoie de mai multe cadre pentru resincronizare. În practică, rețelele ar trebui să aibă întotdeauna o rată de eroare de cadru sub 3%. G.723.1 sprijină detectarea activității de voce, transmisia discontinuă și generarea zgomotului de confort. Tacerea este codată în cadre foarte mici, cadre de 4 octeți la o rată de 1,1 kbit/s. Dacă informațiile de tăcere nu trebuie să fie actualizate, transmisia se oprește complet.

G.726 a fost aprobat în anul 1990 și folosește o tehnică ADPCM pentru a codifica un flux de biți G.711 în cuvinte de 2, 3 sau 4 biți, rezultând o rată de bit disponibilă de 16, 24, 32 sau 40 kbit/s. G.726 cu o rată de bit de 32 kbit/s atinge un scor MOS de 4.3 și este adesea luat ca reper. [4]

G.728 a fost aprobat intre anii 1992-1994 și utilizează ca tehnică de codare LD-CELP (Low-Delay Code Excited Linear Prediction). Realizează scoruri MOS similare cu cele obținute de G.726 la 32kbit/s, dar cu o rată de bit de numai 16 kbit/s. În comparație cu tehnicile PCM sau ADPCM, care sunt codează forma de undă și ignoră natura semnalului, CELP este un codec optimizat pentru voce. G.728 este folosit de H.320 pentru videoconferințe și unele de unele sisteme H.323 de videoconferințe. Este un CODEC cu o întârziere redusă, între 625 µs și 2.5ms. [4]

GSM cu rată completă a apărut în anul 1987 și este probabil cel mai faimos codec utilizat astâzi ce rulează pîn milioane de telefoane celulare GSM. Acesta oferă o calitate bună și funcționează bine în prezența zgomotului de fond. Folosește o tehnică RPE-LTP pentru a codifica vocea în cadre de 20 ms, la o rată de bit de 13 kbit/s. Realizează scoruri MOS ușor sub 4, iar brevetul de invenție este deținut de Philips. [4]

GSM cu jumătate de rată a apărut în anul 1994 și are ca scop utilizarea lățimii de bandă mai îngustă păstrând aceeași calitate sau ușor mai scăzută ca a codec-ului GSM cu rată completă. Acest codec utilizează VSELP și conține codificarea la o rată de 5,6 kbit/s cu cadre de 20 ms. Acest codec nu a avut succes datorită sensibilității sale ridicate la zgomotul de fond, brevetul de invenție este deținut, de asemenea, de Philips. [4]

CAPITOLUL 4. Componente hardware și software ale arhitecturii VoIP

Cu toate că rețelele VoIP au o abordare diferită, componentele rețelei VoIP furnizează o funcționalitate asemănătoare cu cea a unei rețele PSTN. În consecință, rețelele VoIP pot efectua aceleași sarcini pe care PSTN le execută.

O rețea VoIP tipică are cinci componente majore:

Echipamentele terminale, console și telefoane, pe care utilizatorii finali le folosesc pentru a iniția și primi apeluri VoIP;

Servere de procesare a apelurilor (PBX), care gestionează întregul control VoIP;

Una sau mai multe porți media PSTN către VoIP care transformă conținutul de voce pentru a fi transportat prin rețeaua IP;

Rețeaua IP, care transportă sarcina audio utilă;

Unul sau mai multe SBC-uri (Session Border Controller), care controlează în timp real, în funcție de sesiune de trafic și semnalizare, nivelul de transport deoarece fluxurile audio traversează granițele și domeniile de rețea.

4.1. Echipamente terminale

Obiectele din ziua de azi sunt din ce în ce mai inteligente, deci în tehnologia VoIP un echipament terminal poate însemna un telefon IP fizic, ori un telefon IP soft sau orice alt dispozitiv sau serviciu capabil să inițieze și să termine o sesiune de comunicare pentru utilizatorul final.

Odată cu apariția tehnologiei VoIP, utilizatorii sunt capabili să treacă peste clasicele restricții de comunicare și anume terminalul telefonic cu această funcție specifică. Un telefon soft este un soft care se ocupă de traficul de voce folosind un calculator standard echipat cu difuzor și microfon. Pentru o calitate mai bună audio, la calculator se conectează o placă audio sau multimedia. Telefonul soft poate avea o interfață care sa imite aspectul unui telefon tradițional, se pot imita chiar și sunetele DTMF pe care le auzim când formăm un număr de telefon. Mai poate arăta ca un client de mesagerie instant , la care este adăugat un chat audio.

Deoarece un telefon soft se poate afla pe un calculator se aplică principiul separării logice a datelor și a vocii, iar calculatorul trebuie sa fie în ambele domenii. Trebuie luat în considerare acest compromis atunci când este proiectată politica de securitate pentru rețeaua VoIP, cu toate ca tendința pe termen lung este de a favoriza integrarea date-voce. Astfel, strategia de separare fizică poate fi doar strategie temporală.

Vânzarea de telefoane VoIP, precum și a aplicației Skype este într-o continuă creștere în ultimii ani. Skype utilizează o tehnologie de comunicație punct la punct, precum și un protocol de semnalizare criptat și un canal media. Este ușor de configurat și de utilizat de către consumatorii finali, dar in același timp creează mari probleme administratorilor de rețea. Este considerat ca fiind o amenințare de către grupurile de securitate ale marilor companii deoarece poate sării ușor peste firewall-uri pentru a face trafic de voce.

Una dintre îmbunătățirile majore aduse de Skype este codec-ul de voce care oferă o calitate superioară atunci când sunt contactați alți utilizatori Skype. Un alt beneficiu major este acela de a putea apela orice client PSTN, apelul fiind dirijat către porțile media de ieșire Skype.

4.2. Servere de procesare ale apelului

Severul de procesare al convorbirii, altfel cunoscut ca IP PBX, este centru unui sistem de telefonie VoIP care gestionează toate conexiunile de control VoIP. În mod tipic bazate pe software, aceste servere de procesare a apelurilor VoIP pot fi utilizate ca un singur server, un cluster de servere sau o grupare de servere cu funcționalitate distribuită. Comunicațiile VoIP necesită ca rețeaua să transmită două tipuri de trafic:

Fluxul de voce în sine, cunoscut sub numele de flux multimedia sau sarcină utilă VoIP;

Traficul asociat mecanismului de semnalizare utilizat pentru a stabili apeluri, care face parte din categoria de control al traficului. [15]

În general, serverele de procesare a apelurilor, nu prelucrează sarcinile utile VoIP, cu excepția unor situații speciale. După cum este prezentat în figura 4.1, într-o soluție tipic VoIP, sarcina utila este transmisă într-o manieră de tip punct la punct între terminalele VoIP în cadrul rețelei. Aceste echipamente terminale determină fluxul traficului VoIP și sarcina utilă, în timp ce serverele de procesare a apelului negociază aceste fluxuri cu ajutorul mesajelor de control.

Figure 4.1 Serverul de procesare al apelurilor [15]

4.3. Porți media

Rețelele VoIP utilizează porțile media pentru a efectua tradiționalele funcții codec de conversie analog digitală a traficului de voce și de a crea pachetele IP de voce. Porțile media oferă interfața necesară pentru a transporta conținutul de voce prin rețeaua IP și este sursa traficului VoIP pentru rețeaua IP. De obicei, porțile media convertesc fiecare conversație sau apel într-o singură sesiune IP care poate fi transportată de către RTP cu ajutorul protocolului de transport UDP (User Datagram Protocol). Porțile media oferă, de asemenea, caracteristici opționale, cum ar compresia vocii analog și/sau digitala, anularea ecoului, suprimarea tăcerii și colectarea statisticilor. [15]

Porțile media există în mai multe forme. De exemplu, porțile media ar putea fi un echipament de telecomunicații de suport dedicat, sau chiar un PC pe care rulează software-ul VoIP. În cazul unui telefon IP, funcția porții media aparține dispozitivului portabil. Porțile media pot include următoarele caracteristici și servicii (unele dintre ele pot lipsi):

Poarta trunchiată care este o interfață între rețeaua PSTN și rețeaua VoIP. În mod obișnuit, aceste porți gestionează un număr mare de circuite digitale.

Porțile ce furnizează o interfață analoagă pentru rețelele VoIP. Exemplele de astfel de porți includ cablul de modem, dispozitive xDSL și dispozitive wireless de bandă largă.

Accesul porților media ce furnizează o interfață tradițională analoagă sau digitală PBX pentru rețeaua VoIP. Exemplele includ o scală mică a porților media VoIP.

Porțile media comerciale care furnizează o interfață tradițională digitală PBX sau o interfață soft integrată PBX pentru rețelele VoIP

Serverele de acces al rețelei care pot atașa un modem la un circuit telefonic și să furnizeze acces al datelor către internet.

Industria utilizează uneori termenii de porți media și gatekeeper pentru același dispozitiv. Acest lucru reflectă faptul că progresele tehnologice permit acum ca același dispozitiv să îndeplinească funcțiile de control al apelului, controlul și managementul lățimii de bandă asociate gatekeeper-ului, precum și conversiile analog digitală și procesare vocală asociate în mod tradițional porților media.

4.4. Rețeaua IP

Rețelele IP au fost utilizate în mod tradițional pentru serviciile de transport de date pentru utilizatorii finali de conținut prin mecanismul de transport “cel mai bun efort ” . Rețelele IP mai sunt folosite și pentru transportul serviciilor de date premium, cum ar fi cele pentru mediu de afaceri, care cer un mecanism de transport mai bun decât “cel mai bun efort ” . Pachetele de vocea necesită transportul în timp real și sunt extrem de sensibile la latență, pierderea de pachete și variația întârzierii. În cazul în care o rețea IP transportă atât date cât și voce, aceasta trebuie să fie în măsură să facă o distingere între aceste tipuri de trafic diferite și să prioritizeze fluxurile de voce. Calitatea serviciilor se asigură că pachetele de la o anumită aplicație sunt transferate cu prioritate. Capacitatea de a prioritiza traficul conform clasei de serviciu (CoS) este cerința minimă pentru aplicațiile VoIP în timp real, deoarece permite rețelei IP să mențină serviciile de voce fără a fi întârziate de alte fluxuri de trafic. Deși rețelele IP nu trebuie să reintroducă ineficiențele rețelei PSTN cu circuite dedicate, capacitatea rețelei IP pentru a sprijini un circuit virtual sau un tunel între două puncte terminale, impune o clasă de servicii diferențiale ce este esențială pentru asigurarea serviciilor de voce pentru un utilizator. [15]

4.5. Session border controller (SBC)

Session border controller (SBC), este un dispozitiv care oferă control în timp real, în funcție de sesiune de trafic și semnalizare și nivelului de transport deoarece fluxurile audio traversează granițele și domeniile de rețea. SBC–ul sprijină simultan protocoalele VoIP asociate cu managementul sesiunii și semnalizării, cum ar fi SIP, H.323, H.248, MGCP precum și RTP și RTCP pentru fluxurile de voce, video și multimedia. De obicei, SBC- urile mențin starea unei sesiuni și oferă următoarele avantaje: [15]

Securitate – protejarea rețelei și a altor dispozitive de la atacuri rău intenționate, prin criptarea mesajelor de semnalizare prin protocoalele TLS și IPSec și prin criptarea informației utile prin protocolul SRTP.

Conectivitate – permite diferitelor părți ale rețelei să comunice prin utilizarea unei varietăți de tehnici, cum ar fi: NAT, VPN sau IPv6 peste IPv4.

Calitatea serviciilor – politica QoS a unei rețele și prioritizarea fluxurilor este de obicei implementată de către SBC.

Reglementare- de multe ori SBC oferă un sprijin pentru cerințele de reglementare cum ar fi: prioritizarea apelurile de urgență și interceptarea legală.

Servicii media- SBC-urile din noua generație oferă procesare de semnal digital (DSP) pentru a permite un control al serviciilor.

Statistici și informații de facturare – din moment ce toate sesiunile trec prin SBC, acesta este punctul natural pentru a aduna statistici și informații despre utilizarea acestor sesiuni.

CAPITOLUL 5. Protocoale de semnalizări utilizate în rețele VoIP

Protocoalele de semnalizare VoIP determină ce tipuri de funcționalități sunt disponibile, dar și cum componentele VoIP interacționează între ele. Două standarde importante guvernează distribuția multimedia peste rețeaua bazată pe comutare de pachete: ITU și IETF, dar multe dintre implementări sunt făcute după specificațiile ITU și mai puține după specificațiile IETF, chiar dacă ambele standarde își propun rezolvarea acelorași probleme. Protocoalele descrise în acest capitol sunt cele mai folosite, abordând diferit serviciul de transmisiune.

5.1. Protocolul de semnalizări H.323

H.323 este un protocol de semnalizare specializat în transmiterea de conținut audio, video și date, de- a lungul rețelei IP, incluzând și internetul. Prin folosirea protocolului H.323 produsele și aplicațiile multimedia interoperează între ele iar utilizatorul final poate să comunice fără a se preocupa de compatibilitate.

H.323 este alcătuit din următoarele componente și protocoale, descrise în tabelul 5.1 :

Tabel 5.1. Componență H.323 [2]

Vom descrie protocolul H.323 în acest subcapitol în 3 mari părți: elementele arhitecturii, suită de protocoale și managementul apelului.

Elemente H.323

În figura 5.2 sunt ilustrare cele 4 componente majore pentru un sistem de comunicații ale unei rețele H.323: Terminale, Gateway, Gatekeeper și Unități de Control Multipunct (MCU):

Figura 5.2. Arhitectura H.323 [2]

Terminalele furnizează legături punct la punct și multipunct pentru conferințe audio și în mod opțional pentru conferințe video. Gateway-urile interconectează rețelele PSTN sau ISDN pentru ca terminalul H.323 să funcționeze. Gatekeeper –ul oferă un control al accesului și asigură serviciul de translatare a adreselor pentru terminale sau pentru gateway-uri. Unitățile de control multipunct sunt dispozitive ce permit ca două sau mai multe terminale să participe la conferințe.

Terminale

Figura 5.3 Modulul terminal [2]

În figura 5.3 sunt prezentate principalele componente ale terminalului H.323. Următoarele funcții și aplicații sunt în sfera de aplicare a acestui terminal:

Sistemul de control – protocoalele H.225 și H.245 pentru controlul apelului oferă funcții de mesagerie și semnalizare precum și comenzi pentru buna funcționare a terminalului.

Codec-ul audio – codează semnalul de la echipamentul audio pentru transmisie și decodifică semnalul audio recepționat.

Interfața de rețea – este o interfață bazată pe comutare de pachete compatibilă cu protocoalele TCP și UDP ce asigură servicii unicast și multicast.

Codec-ul video – este o componentă opțională, dar dacă acesta există, trebuie să fie capabil de codare și decodare video conform protocolului H.261.

Canalul de date – suportă aplicații, cum ar fi accesul la bazele de date, transferul de fișiere și conferințe audiografice (capacitatea de a modifica o imagine pe multiple calculatoare simultan) așa cum este specificat în recomandarea T.120.

Gateway

Gateway –ul H.323 îmbină caracteristicile unui punct final SCN și a unui punct final H.323. Realizează conversia între formatele de transmisiuni audio, video și date precum și între protocoalele și sistemele de comunicații.

Gateway-ul nu este necesar decât dacă este necesară interconectarea cu SCN. Prin urmare terminalele H.323 pot comunica direct prin rețeaua IP fără a se conecta la un gateway. În figura 5.4 este prezentată schema interconectare împreună cu elementele ce alcătuiesc gateway-ul ce aparține protocolului H.323.

Gatekeeper

Este cea mai importantă componentă a protocolului H.323. Gatekeeper –ul se comportă ca un punct central pentru convorbirile între zonele sale și furnizează controlul convorbirii către punctele terminale înregistrate. În multe cazuri, gatekeep-ul protocolului H.323 se comportă ca un comutator terminal. Acesta trebuie să îndeplinească următoarele funcții:

Translatarea adreselor: oferă terminalelor adrese IP de la alias-uri H.323 (de exemplu [anonimizat]) sau adrese E.164 (numere de telefon standard);

Controlul accesului: oferă acces autorizat la rețeaua H.323 folosind mesaje de tipul Admission Request (ARQ), Admission Confirm(ACF), Admission Reject (ARJ);

Controlul benzii: constă în gestionarea cerințelor venite de la echipamentele terminale folosind mesaje de tipul Bandwidth Request (BRQ), Bandwidth Confirm (BCF) precum și Bandwidth Reject (BRJ) ;

Zona de management: furnizată doar terminalelor înregistrate, gateway-urior și unităților de control;

Unitate de control multipunct (MCU) și componentele sale

Controlerul multipunct (MC) este o componentă ce controlează susținerea de conferințe între trei sau mai multe puncte finale. MC transmite parametri setați pentru fiecare punct final în cadrul conferinței multipunct și poate revizui acești parametri în timpul conferinței. Funcțiile acestei componentă pot fi îndeplinite de terminal, gateway sau gatekeeper.

Procesorul multipunct (MP) recepționează fluxuri audio, video și fluxuri de date pe care le distribuie către punctele finale care participă la o conferință multipunct.

MCU este o componentă finală care susține conferințe multipunct și este format, cel puțin, dintr-un controler și unul sau mai multe procesoare multipunct. În cazul în care susține conferințe multipunct centralizate, un MCU tipic este format dintr- un MC și un MP pentru conținut audio, video și de date.

Server proxy H.323

Un server proxy H.323 este un proxy special conceput pentru protocolul H.323. Proxy-ul funcționează la nivelul aplicație și poate examina pachetele schimbate între două aplicații care comunică. Proxy-ul poate determina destinația unui apel și poate realiza conexiunea dacă este totul în regulă. Proxy-ul acceptă următoarele funcții cheie:

Terminalele care nu suportă rezervarea de resurse (RSVP) se pot conecta prin intermediul rețelelor de acces sau prin rețelele locale (LAN) cu o calitate a serviciilor relativ bună pentru proxy. Perechi de proxy-uri pot negocia tunele QoS adecvate peste rețeaua IP.

Proxy–ul sprijină dirijarea traficului H.323, separat față de traficul obișnuit print aplicația specifică de rutare (ASR)

Un proxy este compatibil cu protocolul de translatare a adreselor (NAT), permițând nodurilor H.323 să fie implementate în rețele cu adrese private.

Un proxy ce rulează fară un firewall sau independent de un firewall oferă securitate, astfel încât numai traficul H.323 trece prin el. Acesta asigură împreună cu firewall-ul securitatea rețelelor H.323.

Suita de protocoale H.323

Suita de protocoale H.323 se bazează pe mai multe protocoale, așa cum este ilustrat în tabelul 5.5. Acesta suportă accesul apelului, configurare, starea, fluxurile media și mesajele în sistemele H.323. Aceste protocoale sunt susținute de ambele mecanisme de livrare a pachetelor, fiabile și nefiabile, peste rețeaua de date.

Tabel 5.5 Nivelele Suite de Protocoale H.323 [2]

Deși cele mai multe implementări H.323 de azi folosesc TCP ca mecanism de transport pentru semnalizare, H.323 versiunea 2 are activat în mod standard transportul UDP. De asemenea, organizațiile de standardizare investighează utilizarea altor mecanisme fiabile UDP pentru a crea metode de semnalizare mai scalabile.

Suita de protocoale H.323 este împărțită în trei zone principale de control:

Înregistrare, Admitere și Status (RAS) oferă control în rețelele bazate pe H.323;

Controlul apelului- folosit pentru a conecta, menține și elibera apeluri între punctele terminale;

Controlul media și a transportul- oferă un canal H.245 fiabil care transportă mesaje de control media. Transportul are loc prin mecanismul de transport UDP.

Managementul apelului

Managementul apelului prezentat în această secțiune demonstrează modurile în care familia de protocoale H.323 oferă setările de apel ce este efectuat între 2 puncte terminale. Presupunem ca apelul descris în figurile de mai jos este un apel de voce și toate echipamentele terminale sunt deja înregistrate în gatekeeper-ul corespunzător. Figura 5.6 ilustrează fluxul de apel între două puncte terminale print-un gatekeeper folosind protocolul de semnalizare direct în punctul final.

Astfel, terminalul X se înregistrează la gatekeeper prin trimiterea unui mesaj ARQ și primește de la acesta un mesaj ACF. Apoi se deschide un canal TCP între cele două terminale prin care terminalul X trimite un de mesaj de setare (cu adresă IP și portul său) prin care solicită terminalului Y o conexiune. În următoarea etapă, terminalul Y trimite un mesaj prin care anunță încercarea de a stabili un apel. După aceea terminalul Y trebuie să se înregistreze la gatekeeper similar ca terminalul X anterior. Alertarea indică începutul fazei de generare ton, iar mesajul “Conectare” arată începutul conexiunii.

În următoarea fază, se deschide un canal TCP folosind protocolul H.245 și are loc un schimb de mesaje între cele două terminale pentru a stabili cine va fi master și cine slave, urmând a stabili parametrii apelului. Apoi un canal logic audio pentru primirea și codificarea datelor este deschis, prin cele 2 tipuri de mesaje: “Deschidere Canal” și “Confirmare Deschidere Canal”. După aceasta, legătura audio bidirecțională între cele două terminale este creată și se poate începe comunicarea utilizând protocolul RTP/RTCP.

Figura 5.6 [2]

Figura 5.7 ilustrează un flux de apel folosind protocolul de rutare a apelului prin gatekeeper. Procedura H.245 este tratată în mod direct între punctele finale și nu este transmisă prin gatekeeper. Diferența față de figura precedentă o constitue faza inițială pâna la deschiderea canalului TCP pentru H.245, de aceea ne vom referi doar la aceasta. Astfel, cele două terminale deschid separat câte un canal TCP pentru Q.931 cu gatekeeper-ul, care va rămâne deschis până la începutul fazei de generare de ton și de crearea a conexiunii.

Figura 5.7 [2]

5.2. Protocolul de transport în timp real (RTP)

RFC1889 și RFC1890 cuprind protocolul RTP, care furnizează serviciul de distribuire punct la punct pentru date cu caracteristici în timp real, adică fluxuri audio și video. Serviciul include identificarea tipului de capacitate utilă, secvența de numărare și monitorizarea distribuirii. Porțile media care digitizează vocea, utilizează protocolul RTP pentru a transmite traficul de voce. Protocolul RTP, descris în figura 5.8, furnizează caracteristici ale aplicațiilor în timp real, cu abilitatea de a reconstrui sincronizarea, pierderea identificării, securitatea, conținutul transportului și identificarea schemelor de codare. Pentru fiecare utilizator, o pereche particulară de adrese IP de destinație, definesc sesiunea dintre două puncte terminale care se transpun într-o singură sesiune RTP pentru fiecare apel în progres. RTP este un serviciu de aplicații construit pe baza protocolului de transport UDP, nefiind orientat pe conexiune. Chiar dacă acesta nu este orientat pe conexiune, este dotat cu un sistem de secvențiere care permite detecția pachetelor care nu au ajuns la destinație ori au fost afectate de erori.

Ca parte a specificațiilor sale, câmpul RTP al tipului de capacitate utilă include scheme de decodare pe care porțile media le utilizează pentru a converti în format digital fluxul de voce. Acest câmp identifică formatul capacității utile a protocolului RTP și determină interpretările codec-ului din componența porților media. Profilul specifică punerea în corespondență statică a codurilor tipurilor capacității utile către tipul de format specific. [4]

Cu diferite tipuri de scheme de codare și lungime a fluxurilor de voce, pachetele RTP pot varia în dimensiune și interval. Administratorii de rețea trebuie să ia în calcul acești parametrii atunci când proiectează serviciul de voce. Acești parametrii combinați ai protocolului de transport în timp real impun lățimea de bandă folosită.

Tabelul 5.8 Nivelurile protocolului RTP

5.3 Protocolul de control al transportului în timp real (RTCP)

RTCP este compatibil cu protocolul RTP, nu este necesar totuși pentru ca protocolul RTP să funcționeze. Funcția principală a RTCP este să asigure feedback-ul calității distribuției datelor, ea fiind îndeplinită de către protocolul RTP. Această funcție este o parte integrată a rolului protocolului de transport RTP și este relatată în funcțiile rețelei de control al congestiei și fluxului. Deși raportul de feedback din partea RTCP nu descrie unde exact sunt probleme, dacă există probleme, ele însă pot fi utilizate ca un instrument în localizarea lor. Cu ajutorul informațiilor generate de către diferite porți media din rețea, raporturile de feedback ale RTCP permit administratorului de rețea să evalueze unde performanța rețelei poate fi cu probleme. [4]

Protocolul RTCP permite administratorilor să monitorizeze calitatea serviciului de voce prin urmărirea pierderii pachetelor, întârziere și alți parametrii VoIP. Această informație este furnizată, periodic, ambelor capete și este procesată la fiecare convorbire de către porțile media.

Unele dintre componente porților media pot să nu folosească protocolul de control al transportului în timp real deoarece raportarea unor astfel de informații nu este aplicabilă ultimului utilizator. Spre exemplu, un singur utilizator, cu telefon analog, poate să nu aibă acces la poarta media ce furnizează serviciul. De asemenea, poarta media a producătorului poate folosi o abordare mult mai accesibilă a statisticilor calității drumului parcurs de fluxul audio. În acest caz, acumularea, transportul și prezentarea informațiilor statistice sunt dependente de echipamentul folosit. Dacă utilizăm protocolul RTCP într-o rețea, organizația trebuie să țină seama de calculul benzii de transmisie a protocolului. Administratorii trebuie să limiteze traficul protocolului RTCP la o fracție mică din banda de transmisie a datelor. O companie poate investiga volumul de bandă de transmisie necesară pentru ca aceasta să poată include controlul traficului în specificațiile benzi de transmisie. Specificațiile RFC recomandă ca fracția sesiunii benzii de transmisie, alocată protocolului de control al transportului în timp real, să fie fixată la cinci procente din traficul protocolului RTP.

5.4. Protocolul de semnalizări SIP

Session Initiation Protocol (SIP) este un protocol de control al semnalizărilor de nivel 7 din stica OSI utilizat pentru a stabili, menține și termina sesiunile multimedia. Aceste sesiuni includ telefonia prin internet (VoIP), conferințe, precum și alte aplicații similare care implică fluxuri audio, video și de date.

SIP suportă sesiuni unicast, multicast, precum punct la punct sau multipunct. Se poate stabili și termina comunicarea folosind următoarele 5 funcții: locația utilizatorului, capacitatea de utilizare, disponibilitatea utilizatorului, setarea parametrilor apelului și planificarea apelului.

SIP se bazează pe RFC 2543 (Reaquest For Comments), este un protocol de semnalizare prin text, care face parte din arhitectura multimedia globală IETF(Internet Engineering Task Force). IETF include, de asemenea, și alte protocoale precum RSVP, RTP, RTSP, SAP și SDP. Totuși, funcționarea SIP este independentă, deci nu depinde de nici unul dintre aceste protocoale. Un lucru important este acela că SIP poate funcționa împreună cu alte protocoale de semnalizare, de exemplu H.323. Telefonia IP este încă în curs de elaborare și va necesita capacități suplimentare de semnalizare în viitor, iar extensibilitatea SIP va permite o astfel de dezvoltare a funcționalității. Deoarece antetele mesajelor SIP sunt versatile se pot înregistra servicii avansate de telefonie, precum servicii de mobilitate. [2]

În această secțiune vom descrie funcționalitatea de bază și elementele cheie ale protocolului de semnalizări SIP. Cele două componente dintr-un sistem ce utilizează SIP sunt agenții de utilizator și serverele de rețea. Apelul și dispozitivele ce realizează apelul sunt identificate prin adresele SIP.

Agenții de utilizator

Agenții de utilizator sunt aplicații client care conțin atât un client de agent de utilizator (UAC) și un server de agent (UAS), altfel cunoscute sub numele de client și server.

Clientul inițiază cereri SIP și acționează în calitate de agent de așteptare al utilizatorului.

Serverul primește cereri și returnează răspunsuri în numele utilizatorului, acționează ca un utilizator și este numit agent.

Serverele de rețea

Există două tipuri de servere de rețea SIP: servere proxy și servere de redirecționare.

Serverul proxy acționează în numele altor clienți și conține ambele funcții, de client și de server. Un server proxy interpretează și poate rescrie anteturile cererilor înainte de a le transmite către alte servere. Rescrierea antetelor identifică proxy –ul ca inițiator al cererii și se asigură că răspunsurile urmează aceeași cale înapoi la proxy.

Serverele de redirecționare acceptă cereri SIP și trimite un răspuns de redirecționare înapoi la client care conține adresa următorului server. Serverele de redirecționare nu acceptă apeluri, nici nu prelucrează sau direcționează cereri SIP.

Localizarea unui server

Un client poate trimite o cerere SIP, fie în mod direct, la un server proxy configurat local sau la adresa IP și portul URL SIP corespunzător. Trimiterea unei cereri SIP direct este relativ ușor, deoarece aplicația de sistem cunoaște serverul proxy. Trimiterea unei cereri SIP în al doilea mod este ceva mai complicată, din următoarele motive:

Clientul trebuie să determine adresa IP și numărul de port al serverului pentru care este destinată cererea.

Dacă numărul portului nu este listat în URL-ul SIP solicitat, portul implicit este 5060,

Dacă tipul de protocol nu este listat în cererea SIP, clientul trebuie mai întâi să încerce să se conecteze folosind UDP, apoi TCP.

Clientul interoghează serverul DNS pentru aderesa IP a gazdei. În cazul în care constată că nu există înregistrări ale adresei, clientul nu este în masură să localizeze serverul și nu poate continua solicitare.[2]

Tranzițiile SIP

După ce adresarea este rezolvată, clientul trimite una sau mai multe cereri SIP și primește unul sau mai multe răspunsuri de la serverul specificat. Toate cererile și răspunsurile asociate acestei activități sunt considerate ca făcând parte dintr-o tranziție SIP. Pentru simplitate și coerență, câmpurile din antetul mesajelor de cerere se potrivesc cu câmpurile din antetul mesajelor de răspuns.

Tranzițiile SIP se pot transmite fie prin UDP fie prin TCP. În cazul TCP, se pot transmite toate mesajele de cerere și răspuns referitoare la o singură tranziție SIP pe aceeași conexiune TCP. De asemenea, se pot efectua tranziții SIP separate, Între cele doua entități în aceeasi conexiune TCP. În cazul în care se utilizează UDP, răspunsul este trimis la adresa identificată în antetul mesajului de cerere. [3]

Localizarea unui utilizator

Apelatul poate trece de la un sistem la altul de-a lungul timpului. Acesta ar putea să se deplaseze de la rețeaua locală a companiei la un birou de acasă conectat prin furnizorul său de servicii de internet sau la o conexiune publică de internet. Prin urmare, pentru serviciile de localizare, SIP trebuie să se adapteze pentru flexibilitatea și mobilitatea dispozitivelor finale VoIP. Locația acestor terminale poate fi determinată prin serverul SIP sau prin alte servere de localizare în afara domeniului de aplicare al protocolului SIP.

Acțiunea și rezultatul localizării unui utilizator depinde de tipul de server SIP utilizat. Un server SIP de redirecționare returnează o listă completă a locațiilor și permite clientului să localizeze direct utilizatorul. Un server proxy SIP poate încerca toate adresele în paralel până când apelul este realizat.

Mesajele SIP

Există două tipuri de mesaje SIP: cereri inițiate de clienți, precum și răspunsurile generate de servere. Fiecare mesaje conține un antet ce descrie detaliile comunicării. SIP este un protocol bazat pe text cu mesaje de sintaxă și antetele acestor mesaje identice cu HTTP. Mesajele SIP sunt transmise prin TCP sau UDP, multiple mesaje sunt trimise într-o singură conexiune TCP sau în datagrame UDP.

SIP oferă unele avantaje față de protocolul H.323, cum ar fi: timp mai mic de setare a parametrilor unui apel, complexitate mai scăzută sau implementare modulară de tipul HTTP care conține funcții ce sunt îndeplinite de protocoale separate.

5.5. Protocol de control al porților media(MGCP)

Media Gateway Control Protocol (MGCP) este un protocol de semnalizare și de control folosit în apelurile VoIP. Aceasta protocol este un succesor al Simple Gateway Control Protocol (SGCP), care a fost dezvoltat de Bellcore și de Cisco.

Metodologia MGCP reflectă structura PSTN în care toată puterea de decizie este concentrată într-un centru de control al apelului (Call control center softswitch) care este similar cu punctul central (central office) din rețeaua de telefonie. Punctele finale sunt dispozitive cu “ inteligență redusă” , cele mai multe executând comenzi de control și furnizând răspunsuri. Protocolul reprezintă o descompunere a mai multor modele VoIP, cum ar fi H.323, în care gatekeeper –ul are un nivel mai mare de decizie.

MGCP este un protocol bazat pe text, format din comenzi și răspunsuri. Acesta utilizează Session Description Protocol (SDP) pentru specificarea și negocierea fluxurilor media care urmează să fie transmise într-o sesiune de apel și protocolul de transport în timp real (Real Time Transport Protocol- RTP) pentru încadrarea fluxurilor media. [5]

Figure 5.9 Arhitectura MGCP

Arhitectura MGCP, prezentată în figura 5.9, precum și metodologiile sale sunt descrise în RFC 2805. MGCP este un protocol master/slave, care permite unui dispozitiv de control al apelurilor, cum ar fi Agentul de Apel să preia controlul asupra unui port specific al unui media gateway. În MGCP controlerul media este denumit agent de apel. Acesta prezintă avantajul de administrare centralizată a gateway-urilor și oferă o bună scalabilitate pentru rețelele de telefonie VoIP. Sistemul distribuit este compus dintr-un agent de apel , cel puțin unt media gateway (MG), care realizează conversia semnalelor media de la rețelele bazate pe comutare de circuite la rețelele bazate pe comutare de pachete, și cel puțin o poartă de semnalizare de acces (Signaling media- SG) atunci când este conectat la PSTN. [7]

MGCP presupune o arhitectură de control al apelului, atunci când există dispozitive cu “ inteligență redusă” la margine. MGCP presupune ca agenții de apeluri se vor sincroniza între ei pentru a trimite comenzile și răspunsurile corecte la gateway-urile aflate sub controlul lor.

Agentul de apel utilizează MGCP pentru a spune gateway-urilor media ce evenimente ar trebui raportate la Agentul de apel, precum și modul în care punctele finale ar trebui să fie interconectate și ce semnale trebuie activate în punctele finale. Agentul de apel interoghează statusul curent al dispozitivelor finale și al media gateway-urilor.

MGCP recunoaște trei elemente esențiale ale comunicării, controlerul media gateway-ului (Agentul de apel), media gateway-ul dispozitivului final și conexiunile între aceste entități. Un media gateway poate găzdui mai multe obiective și fiecare punct final ar trebui să poată să se angajeze în mai multe conexiuni. Conexiunile multiple pe punctele final suportă anumite caracteristici, cum ar fi apelul în așteptare.

MGCP este un protocol bazat pe text și utilizează un model caracterizat de comenzi și răspuns. Comenzile și răspunsurile sunt codificate în mesaje care sunt structurate și codificate cu caractere whitespace. Mesajele sunt apoi transmise utilizând User Datagram Protocol (UDP). Media gateway- ul folosește portul cu numărul 2427 iar agenții de apel utilizează portul cu numărul 2727 în mod implicit. Secvențele de mesaje de comandă și răspunsurile lor sunt cunoscute sub numele de tranziție, care este identificată pe baza numărului de identificare al tranziției. Acest protocol specifică noua comenzi standard, care se disting printr-un cuvânt de comandă format din patru litere: AUEP, AUCX, CRCX, DLCX, EPCF, MDCX, NTFY, RQNT și RSIP. Răspunsurile încep cu un cod de răspuns format din trei cifre care identifică rezultatul tranziției. [5]

Două cuvinte sunt folosite de un agent de apel pentru a interoga starea unui punct final:

AUEP: Interogare punct final

AUCX: Interogare conexiune

Trei cuvinte sunt folosite de un agent de apel pentru a gestiona conexiunea dintre gateway- ul media:

CRCX: Creare conexiune

DLCX: Ștergere conexiune. Un punct final poate pune capăt unei conexiuni cu această comadă

MDCX: Modificare conexiune

Un singur cuvânt este utilizat de agentul de apel pentru a solicita notificarea evenimentelor cu privire la punctele finale și la aplicarea semnalelor:

RQNT: Cerere de notificare

Tot un singur cuvânt este utilizat de către agentul de apel pentru a modifica caracteristicile de codare:

EPCF: Configurare punct final

Un singur cuvânt este utilizat de către punctul final pentru a indica agentului de apel evenimentul detectat pentru care agentul de apel a solicitat o notificare în prealabil cu comanda RQNT:

NTFY: Notificare

Un singur cuvânt este utilizat de punctul final pentru a indica agentului de apel că acesta este în proces de repornire:

RSIP: Repornire în curs de desfășurare.

5.6.Protocolul Megaco pentru controlul porților multimedia

Megaco, numit și H.248, este un protocol de control al porților multimedia bazat pe text și reprezintă o propunere comună a standardelor IETF (Internet Engineering Task Force) și ITU. Este un protocol master/ slave folosit pentru a separa controlul logic al apelurilor față de procesarea logică media într-o poartă de acces. Cu toate că H.2248 îndeplinește aceleași funcții ca și un alt protocol de control al porților multimedia, MGCP, folosește o sintaxă diferită, comenzi și procese diferite și suportă o gama mai largă de rețele. Protocoalele H.248 și MGCP sunt complementare cu protocoalele H.323 și SIP.

H.248/ Megaco a exploatat un model de gatekeeper H.323 și a asignat controlul într-un MGC (Media Gateway Controller ),astfel a delimitat informația media de informația de semnalizare. H.248 controlează relația dintre porțile media, care convertesc vocea de la comutarea de circuite la comutarea de pachete, și controlerul porților media. Controlerul porților, folosind protocolul H.248, furnizează instrucțiuni pentru una sau mai multe porți media, pentru a conecta fluxurile ce provin din afara rețelei prin protocolul de transport în timp real RTCP.

Protocolul H.248 este mult mai complex decât protocolul MGCP și oferă o flexibilitate mult mai mare în definirea controlului informației multimedia. De exemplu, în MGCP se poate seta un anumit mod, cum ar fi conferință, pentru a gestiona multiplele fluxuri dar nu se poate realiza controlul de granulație fină pe care Megaco îl obține. [15]

Modelul H.248/Megaco simplifică în mod considerabil configurarea conexiunii în cadrul porților multimedia și a entităților din afara lor. Acest lucru simplifică mecanismul prin care controlerul porților multimedia poate specifica fluxurile media asociate ,precum și direcția acestor fluxuri. Prin urmare, H.248/Megaco este în măsură să ofere un sprijin mai mare nivelului aplicație decât protocolul MGCP. De exemplu, înființarea unei conferințe cu mai mulți participanți utilizând H.248/Megaco presupune doar adăugarea mai multor terminații la un context. În cazul protocolului MGCP, controlerul porților multimedia trebuie să stabilească mai multe conexiuni de tip special de la punctele finale numite pod de conferințe.

În tabelul 5.10 sunt descrise principalele diferențe dintre Megaco/H.248 și MGCP:

Tabelul 5.10 Principalele diferente Megaco MGCP

CAPITOLUL 6. Calitatea serviciilor în rețele VOIP (QoS-VoIP)

6.1. Parametrii de calitate utilizați în rețele QoS

Tehnologia VoIP este cel mai frecvent utilizată în rețele IP convergente care transportă trafic de date, voce și video. Atunci când resursele de rețea sunt congestionate, ele pot afecta grav calitatea traficului VoIP care cauzează experiențe de slabă calitate pentru utilizatori. Acest lucru poate duce la creșterea reclamațiilor și pierderi economice pentru furnizorul de servicii.

Prin urmare, este foarte important pentru furnizorul de servicii de a pune în aplicare un sistem ce asigura calitatea serviciilor pentru traficul VoIP în rețele lor. Acest lucru poate contribui la garantarea calității bune a apelului atunci când resursele de rețea sunt aglomerate.

Există o serie de factori care pot afecta calitatea traficului VoIP așa cum este percepută de către utilizatorul final. Unii dintre factorii comuni includ întârzierea, bruiajul și rata de pierderea de pachete. Acești factori pot fi indicatori cheie ai rețelei de voce și sunt definiți după cum urmează:

Întârzierea sau latența este timpul necesar care îi trebuie unui pachet pentru a traversa rețeaua de la un capăt la celălalt. În termenii telefoniei, latența este mărimea timpului necesar pentru ca vocea emițătorului să ajungă la receptor. Există trei tipuri de întârzieri inerente în rețelele de telefonie: întârzierea de propagare, întârzierea de procesare și întârzierea serială. Întârzierea de propagare este dată de distanța pe care un semnal trebuie sa o parcurgă cu viteza luminii prin fibra optică sau impulsuri electrice în rețelele bazate pe cabluri de cupru. Întârzierea de prelucrare este definită de diferite cauze (pachetizarea semnalului, compresia acestuia, întârzierile de comutare) și este cauzată de diferite dispozitive care transmit cadrul prin rețea. Întârzierea serială este cantitatea de timp necesară pentru a plasa un bit sau un octet pe o interfață, acesta este cea mai puțin semnificativă dintre toate trei.[14]

Întârzierea de propagare – lumina are o viteză in vid de 300000 km pe secundă, iar electronii călătoresc prin cupru cu o viteză de aproximativ 200000 km pe secundă. O rețea de fibră optica se poate întinde pe o distanță aproximativ egala cu 21000 km, ce induce o întârziere de 70 milisecunde. Cu toate că această întârziere este aproape imperceptibilă pentru urechea umană, întârzierea de propagare cumulată cu întârzierea de procesare pot cauza degradări majore ale dialogului.

Întârzierea de procesare-datorată dispozitivelor care dirijează pachetul de voce în rețea. Aceste întârzieri pot afecta rețelele de telefonie clasică, dar constituie o mare problema în mediile cu comutare de pachete. De exemplu, procesorul de semnal DSP (Digital Signal Processor) generează eșantioane de voce la fiecare 10 ms atunci când se utilizează codec-ul G.729. Două dintre aceste eșantioane de voce, ambele cu 10 ms întârziere, sunt apoi plasate într-un singur pachet. Întârzierea pe pachet este, astfel, 20ms. G.729 are nevoie de o citire în avans ( look- ahead) de 5 ms, deci introduce o întârziere inițială de 25 ms pentru primul cadru de voce. Furnizorii VoIP pot decide cât de multe eșantioane de voce se transmit într-un singur pachet.G.729 folosește eșantioane de 10 ms, iar fiecare creștere de eșantioane pe cadru introduce o întârziere de 10ms. [3]

Întârzierea de așteptare-întâlnită în rețele cu comutație de pachete. Este formată din timpul necesar de a muta pachetul în coada de ieșire ( comutare de pachete) și întârzierea de așteptare propriu-zisă. Atunci când pachetele se află într-o coadă, din cauza congestiei pe o interfață de ieșire, rezultatul este o așteptare în coadă. Întârzierea în coadă se produce atunci când mai multe pachete sunt trimise pe o interfață decât poate trimite aceasta într-un interval de timp. Pentru ca o convorbire să se desfășoare în condiții normale, trebuie ca această întârziere să nu depășească 10 ms. Se păstrează aceste limite folosind mecanisme de prioritizare a pachetelor de voce în rețelele IP.

Recomandarea ITU-T G.114 specifică faptul ca pentru o bună calitate a apelului, întârzierea capăt la capăt nu trebuie sa depășească valoarea de 150 ms.

Figura 6.1 Întârzierea punct la punct [3]

Așa cum este arătat în Figura 6.1, unele forme de întârziere sunt mai mari, dar sunt acceptate din lipsă de alte alternative. În transmisia prin satelit, de exemplu, este nevoie de aproximativ 250 ms pentru ca semnalul sa ajungă la satelit și încă 250 ms pentru ca acesta să vină înapoi în jos pe pământ. Acest lucru are ca rezultat o întârziere totală de 500 ms. Deși față de recomandare ITU-T, acest lucru este în afara intervalului acceptabil de calitate a vocii, multe conversații au loc în fiecare zi peste legături prin satelit. Astfel, calitatea vocii este definită ca ceea ce utilizatorii acceptă și utilizează. O analiză în profunzime într-o rețea congestionată arată faptul ca întârzierea de așteptare în coadă poate fi pană la 2 secunde, sau pachetul poate fi chiar aruncat ( drop). Această lunga perioadă de întârziere este inacceptabilă în aproape orice rețea de voce. Întârzierea de așteptare este doar o componentă a întârzierii punct la punct. O altă componentă a acestei întârzieri este întârzierea datorită bruiajului.

Fluctuația sau variația întârzierii este măsura timpului dintre momentul când este așteptat să sosească un pachet până la momentul când ajunge efectiv. Această problemă este întâlnită doar în rețele cu comutare de pachete. Expeditorul este așteptat să trimită pachete de voce la un interval de timp fix ( de exemplu, trimite un cadru la fiecare 20 ms) iar aceste cadre de voce pot fi întârziate în rețea și să nu ajungă la același interval regulat la stația de recepție. Diferența de timp dintre momentul când pachetul este așteptat și momentul când acesta este de fapt primit se numește fluctuație.

Figura 6.2. Variația întârzierii [3]

În figura 6.2 se poate observa intervalul de timp pentru pachetele A și B pentru a fi trimise și primite este egal (D1=D2). Pachetul C întâmpină întârzieri în rețea și este primit după intervalul de timp în care este așteptat. Acesta este motivul pentru care un tampon (buffer) care ascunde variația întârzierii pachetelor este necesar. Pachetele de voce în rețelele IP au intervale variabile de sosire la destinație.

Pentru această problemă, recomandarea este de a contoriza numărul de pachete care sosesc cu întârziere și de a crea un raport cu numărul de pachete care sosesc la destinație fără întârziere. Apoi, se poate utiliza acest raport pentru a regla tamponul de bruiaj pentru a avea o fluctuație cât mai mica.

Cele mai multe DSP-uri nu au tampoane de bruiaj infinite pentru a gestiona întârzieri excesive din rețea. Uneori este mai bine să se renunțe la pachete sau să existe tampoane de dimensiuni fixe o, în loc să se creeze întârzieri nedorite în aceste tampoane. Dacă rețeaua de date este bine proiectată și există măsuri de precauție adecvate, de obicei fluctuația nu este o problemă majoră și nu contribuie semnificativ la întârzierea capăt la capăt..

Pierderea pachetelor apare din diferite motive, și în unele cazuri, este inevitabilă. Adesea, totalul traficului pe care o rețea îl transportă este subestimat. În timpul congestiei rețelei, ruterele și comutatoarele pot inunda cozile din tampoane și pot fi forțate să renunțe la pachete. Pierderea de pachete este măsurată ca un procent de pachete pierdute în ceea ce privește pachetele trimise.

Protocolul de control al transmisiei (TCP) detectează pierderea de pachete și efectuează retransmisiile pentru a asigura o comunicație corectă. Pierderea de pachete într-o conexiune TCP este de asemenea folosit pentru a evita aglomerarea rețelei dar se micșorează în același timp randamentul conexiunii. [9]

Pentru aplicațiile în timp real bazate pe protocolul de transport UDP, fluxuri media și jocuri on-line, pierderea de pachete poate afecta experiența utilizatorului. Pierderea de pachete este de obicei cauzată de congestia rețelei. Atunci când sosește un conținut pentru o perioadă susținută la un anumit router sau segment de rețea la o rată mai mare decât este posibil sa trimită acesta, atunci nu există altă opțiune decât să renunțe la pachete.

Pierderea pachetelor poate fi cauzată de o serie de alți factori care pot corupe pachete în tranzit, cum ar fi semnalele radio care sunt prea slabe din cauza transmisiei multi-cale sau din cauza elementelor de rețea defecte.

Pierderea de pachete poate reduce debitul pentru un anumit expeditor, fie în mod neintenționat din cauza disfuncționalității de rețea, sau în mod intenționat ca un mijloc de a echilibra lățimea de bandă disponibilă între mai mulți expeditori atunci când un anumit router se apropie de capacitatea maximă.

În timpul congestiei rețelei, nu toate pachetele dintr-un flux sunt aruncate. Acest lucru înseamnă că pachetele ramase vor ajunge cu o întârziere scăzută în comparație cu pachetele retransmise, care sosesc cu latență ridicată. Nu numai pachetele retransmise trebuie să călătorească o parte din drum de doua ori, dar expeditorul nu va realiza că pachetul a fost abandonat până când fie nu primește confirmare de primire, în ordinea așteptată, sau nu primește confirmare într-un timp suficient mare. Astfel acesta presupune că pachetul a abandonat, chiar dacă acesta are doar o întârziere mai mare.

Pierderea de pachete este strâns asociată cu calitatea serviciului, astfel, valorile acceptate depinde de timpul de date transmise. De exemplu, pentru traficul VoIP, pentru codec-ul G.729 este tolerată o rată de pierdere a pachetelor de aproximativ cinci procente în medie pentru un întreg apel.

Lărgimea benzii de transmisie este stabilită de o organizație ce determină câtă bandă de transmisie să rezerve pentru traficul de voce. Calcularea lărgimii de bandă utilizată pentru VoIP poate parea o sarcină descurajatoare, dar este destul de simplu, mai ales după înțelegerea unor principii. Apelurile VoIP sunt formate din două părți principale:

Secțiunea de gestionare a apelurilor alocată chemătorului, se ocupă cu inițierea apelului, deconectarea și alte comunicări efectuate între 2 utilizatori , în scopul de a crea o conexiune.

Cea de a doua parte este audio, care este transmisă cu ajutorul protocolului RTP. Din moment ce lățimea de bandă consumată de SIP este nesemnificativă, ne vom concentra pe calculul lățimii de bandă consumată de voce. Din moment ce aceasta poate fi destul de mare, trebuie codificată înainte de a fi trimisă în rețea. Acest lucru se face folosind un codec. Codec-urile sunt diferite, produc o calitate audio diferită, consumă lățimi de bandă diferite și folosesc procesorul la capacități diferite. Trebuie ținut cont de aceste criterii pentru alegerea codec-ului potrivit. Când trimitem date prin rețea, datele trebuie să fie împachetate. Pachetele de date conțin informații care permit ca datele să fie trimise la destinație și să fie reconstruite corect. Datorită împachetării, consumul lățimii de bandă crește.

Figura 6.3 arată procesul de formare a pachetului vocal.Există diferite straturi de împachetare în rețea. Semnalul audio codat trebuie să fie împachetate în pachete RTP. La rândul său, pachetele RTP trebuie sa fie împachetate în pachete UDP, care apoi să fie Împachetate în pachete IP. Cel mai frecvent tip de rețea este Ethernet, iar acest lucru necesită un alt pachet.

Figura 6.3. Etapele împachetării semnalului audio [8]

B= RTP(4.8) + UDP(3.2) + IP(8) + Ethernet (15.2) =31.2 kbps

Tabelul 6.4 prezintă, pentru fiecare codec, calitatea audio, încărcarea procesorului necesar pentru a codifica și decodifica semnalul vocal, dimensiunea de bază a pachetelor audio precum și consumul total de lățime de bandă.

Tabelul 6.4. Codec-uri audio [8]

Un apel VoIP va utiliza un flux audio pentru fiecare punct final. Astfel, un apel între două părți va folosi dublul benzii arătate în tabelul anterior.

G.729 este codec-ul care consumă cea mai puțină lățime de bandă și are o calitate audio relativ bună. Cu toate acestea, are două dezavantaje: eficiența lui vine cu costul utilizării excesive a procesorului și este un codec pentru care trebuie cumpărate licențe pentru a fi folosit. Din acest motiv, G.729 ar trebui să fie folosit numai atunci când este necesar, cum ar fi pentru apeluri externe către furnizorii VoIP. Cu toate că G.711 și G.722 consumă cu până la de două ori mai multă bandă decât celelalte codec-uri, cele mai multe rețele locale sunt în măsură să ofere această bandă. Un apel de o oră, utilizând codec-ul G.711 este echivalent cu transferarea unui fișier de 41.8 MB.

6.2. Mecanisme QoS

Politica de asigurarea a calității serviciilor pentru traficul VoIP ar trebui să acopere nivelul2, nivelul 3, precum și nivelul aplicație din stiva OSI. Acest lucru va contribui la garantarea că traficul VoIP primește un tratament special cât timp este transportat dintr-un punct final în altul. Asigurarea calității serviciilor la nivelul aplicație este utilă în special atunci când utilizatorii finali folosesc aplicații VoIP pentru a primi și plasa apeluri vocale pe calculatoare. În acest caz, traficul VoIP are prioritate când traversează rețeaua, dar aplicația ce rulează pe calculator nu are prioritate față de alte aplicații pentru partajarea resurselor procesorului. Acest lucru poate avea ca rezultat o calitate slabă a vocii din cauza întârzierii sau pierderii de pachete.

Un aspect important este faptul ca asigurarea calității serviciilor poate fi utilă doar atunci când rețeaua este congestionată. În cazul în care nu există nici dispută pentru lățimea de bandă sau pentru alte resurse de rețea, asigurarea calității serviciilor nu poate oferi beneficii suplimentare.

6.2.1. Mecanismul Integrated Services

În rețelele de calculatoare, IntServ sau Integrated Services este o arhitectură care specifică elementele de rețea pentru a garanta calitatea serviciului. IntServ poate fi, de exemplu, folosit pentru a transmite fluxuri video și audio fără întreruperi. Acesta specifică un sistem de garantare a serviciilor ce este în contrast cu sistemul DiffServ (Differentiated Services).

Ideea de IntServ este că fiecare router pune în aplicare acest sistem și orice aplicație care necesită anumite resurse ale rețelei, trebuie să facă o rezervare individuală. Protocolul RSVP este mecanismul de bază pentru a semnala întreaga rețea de această rezervare. Două caracteristici cheie se află în interiorul mecanismului IntServ:

Resursele rezervate (RSPEC)- un router trebuie să știe ce cantitate din resursele sale este deja rezervata pentru sesiunile în curs de desfășurare. RSPEC caracterizează calitatea serviciilor solicitate de către conexiune. [10]

Configurarea resurselor(TSPEC)- o sesiune care necesită QoS trebuie mai întâi să rezerve suficiente resurse la fiecare router prin care trec pachetele de la sursă la destinație pentru a putea oferi aceste garanții. TSPEC caracterizează traficul trimis de la expeditor în internet.

TSPEC include algoritmi de tipul ”găleată cu jetoane”. Ideea este că există o găleată care se umple încet cu jetoane, cu o viteză constantă. Fiecare pachet care este trimis necesită un jeton, iar în cazul în care nu există nici un jeton, atunci acesta nu poate fi trimis. Astfel , rata la care ajung jetoanele dictează viteza medie a fluxului de date, iar adâncimea găleții dictează modul în care traficul este distribuit.

TSPEC specifică, de obicei, doar rata de jetoane și adâncimea găleții. De exemplu, un flux video cu o rată de reîmprospătare de 75 de cadre pe secundă, cu 10 pachete pe cadru, i se poate specifica o rată simbolică de 750 Hz și o adâncime de găleată de doar 10. Un apel telefonic ar avea nevoie de o rată mai mică de jetoane, dar o adâncime de găleată mult mai mare. Acest lucru se datorează faptului că există adesea pauze în conversații, astfel încât pachetele ce conțin golurile dintre propoziții și cuvinte nu se trimit.

RSPEC specifică ce cerințe există pentru fluxul de date: poate fi best effort (cel mai bun efort) caz în care nu este necesară nici o rezervare. Această setare este utilizată pentru pagini Web, FTP și aplicații similare. Pentru aplicațiile care necesită întârzieri mici și o rată cât mai mică de pierdere de pachete, cerința pentru fluxul de date nu mai este best effort, dar, în schimb, este garantarea serviciilor.

6.2.2. Mecanismul Differentiated Services

O bună politică QoS presupune marcarea și clasificare traficului VoIP la marginea rețelei, astfel încât dispozitivele intermediare în rețea pot diferenția traficul de voce de celelalte în conformitate cu politica definită. Această marcare se poate realiza folosind valorile DSCP (Differentiated Services Code Point) sau utilizând biții de tipul TOS (Type of Service) din antetul pachetului IP.

Differentiated Services sau, pe scurt, DiffServ definește comportamentul cerut în calea de expediere pentru a oferi servicii de calitate pentru clase diferite de trafic. Un aspect foarte important este metoda QoS de a face clasificarea de pachete. Aceasta este necesară pentru a determina ce pachet va fi tratat special pentru a primi primul resursele partajate. Modelul DiffServ definește, de asemenea, limite de încredere într-o rețea și funcții asociate care apar la marginile unor regiuni de încredere. Un DSCP specifică PHB (Per Hop Behavior) pentru un flux de expediere. PHB poate include, de asemenea, și funcții pentru condiționarea traficului. Funcțiile de trafic pentru condiționare includ modelarea traficului (traffic shaping ) și șlefuirea traficului (traffic policing). Modelarea traficului este o metodă pentru a satisface o anumită valoare a ratei medii, pe când șlefuirea traficului impune o rată medie. În figura 6.5 sunt prezentate tipurile de routere și funcțiile acestora într-o rețea IP ce oferă servicii de tip QoS.

Figura 6.5. Exemple de routere în rețea [10]

În mediile furnizorilor de servicii VoIP, punctele finale sunt de obicei dispozitive nesigure. Acest lucru înseamnă că punctele finale nu pot marca sau clasifica traficul VoIP corect, prin urmare, acest trafic trebuie marcat și clasificat din nou la marginea rețelei. După ce traficul VoIP este reclasificat, acesta poate fi clasificat în cozi corespunzătoare pentru a avea parte de asigurarea calității serviciilor.

În rețelele companiilor, punctele finale cum ar fi telefoanele IP sunt considerate dispozitive de încredere în timp ce calculatoarele pe care rulează aplicații VoIP sunt dispozitive de încredere condiționată. Dispozitivele de încredere trebuie să clasifice corect traficul VoIP în timp ce traficul de la dispozitivele cu încredere condiționată este sigur doar dacă îndeplinește un anumit criteriu. Acest criteriu este definit de comutatoarele de nivel 2 care sunt direct conectate la calculatoarele cu VoIP. În cazul în care un dispozitiv este compromis și începe să trimită trafic VoIP neclasificat, pachetele pot fi controlate la marginea rețelei și puse într-o coadă specială. Această coadă poate fi monitorizată periodic pentru a descoperi orice activitate de rețea nedorită, iar datele pot fi folosite pentru a rezolva eventualele probleme apărute în rețea.

6.3. Securitatea rețelelor VoIP

Securitatea în VoIP ar trebui privită, de la început, în paralel cu dezvoltarea unor domenii VoIP. Ea este prevăzută cu mecanisme interne încorporate printre protocoale, ori prin utilizarea unor aplicații externe precum TLS și protocoale de rețea precum IPSec. Chiar dacă multe dintre mecanismele de securitate sunt definite în cadrul standardelor, unele probleme relatate nu au încă rezolvare. Această secțiune își propune să exploreze unele din mecanismele de securitate menționate și să furnizeze modul prin care sunt utilizate în VoIP. În loc ca VoIP să ofere același nivel de securitate ca telefonia tradițională, protocoalele VoIP vor furniza, cel puțin, condiții fundamentale de securitate similare celor din rețeaua de circuite comutate, îin plis față de cerințele caracteristice ale internetului. Un protocol VoIP este considerat sigur dacă îndeplinește următoarele :

Aprecierea siguranței comunicațiilor;

Aprecierea integrității datelor;

Într-o convorbire terminalele vor fi autentificate pentru a preveni atacul din afara rețelei;

Autentificarea va fi furnizată la dispozitivele terminale dar și serverele trebuie să fie protejate împotriva unui refuz al serviciului.

Siguranța –Atât în telefonia tradițională cât și în VoIP, un apel generează două tipuri de informație care ar trebui să fie confidențiale, convorbirea dintre terminale și înregistrarea informațiilor. În VoIP, echipamentul sau software-ul folosit este mult sofisticat dar nu inaccesibil hackerilor. Conversația traversează rețeaua și poate fi compromisă de oricine are o legătură la internet. Pachetele VoIP pot fi identificate și depozitate pentru a fi utilizate mai târziu. Siguranța și confidențialitatea sunt furnizate prin mecanisme de criptare și decriptare care protejează datele împotriva celor care interceptează convorbirea. [5]

IPSec este un set de standarde ce furnizează autenticitate și criptare a rețelei. Trei protocoale sunt folosite în IPSec:

ESP (Encapsulating Security Payload): protocol de securitate care oferă protecție și confidențialitate datelor, prin autentificare și servicii de detecție a răspunsului. ESP poate fi folosit singur sau împreună cu AH

AH (Authentication Header): folosit singur sau împreună cu ESP, AH furnizează pachete ale serviciului de autentificare.

IKE (Internet Key Exchange Protocol): acest protocol este folosit pentru a stabili metode de distribuție a securității și chei autentice pentru servicii (precum IPSec) ce necesită aceste chei. Înainte de orice trafic; ruterele (firewall-ul) trebuie să se autentifice fiecare. Acest lucru poate fi efectuat prin folosirea cheilor predistribuite, de un anumit serviciu de autentificare sau prin securitatea DNS existentă (DNSSec).

Protocolul de securitate IP creează pasaje sigure prin rețele nesigure. Aceste rețele sunt numite VPN (Virtual Privat Network). Utilizarea VPN –ului previne multe atacuri precum refuzul serviciului (Denial of Service). În altă ordine de idei, orice conexiune IPSec poate furniza criptare, integritate și autenticitate.

Atunci când este determinată securitatea serviciului, cele două noduri terminale stabilesc exact ce algoritm să folosească. Dintre algoritmii menționați precizăm: DES ( Data Encryption Standard) sau IDEA (Data Encryption Algorithm) sau MD5 (Message Digest 5) sau SHA (Secure Hash Algotrithm). După decizia asupra algoritmilor, cele două entități VoIP își distribuie cheile.

Siguranța VoIP poate fi sporită prin utilizarea criptării. Cu toate acestea, rețelele nu le criptează deoarece criptarea și decriptarea consumă timp la procesare și va mări întârzierile convorbirii. Cât despre confidențialitate, doar furnizorii de servicii VoIP pot avea acces la aceste statistici care pot proteja de atacuri de la un al treilea.

Integritatea – Integritatea datelor garantează că tot traficul provine doar din dispozitive autentificate și nu sunt modificate în timpul deplasării lor în rețea. Spre exemplu, dacă conexiunea este IPSec, un tunel creat între punctele terminale și datele ce se deplasează sunt criptate. Aceste date sunt decriptate la punctele terminale. Această metodă protejează informațiile atât timp cât se deplasează de- alungul rețelei, transmițându-le ilizibile pentru utilizatorii neautorizați.[5]

Autentificarea – În timpul unei convorbiri, un atac poate falsifica identitatea reală a unuia dintre utilizatorii finali implicați. Autentificarea este un instrument care asigură că utilizatorul care cere permisia de conectare este într-adevăr cel care susține că este. Protocoalele VoIP sunt variate și diferite și fiecare dintre ele are un mod propriu de a manevra mecanismul de autentificare. Vom considera două dintre ele, iar mecanismul de autentificare corespunzător va fi dezvoltat.

H323 este un standard ITU internațional și liderul de piață al telefoniei IP. Acest protocol prezintă două tipuri de autentificare:

Criptarea simetrică: această metodă de autentificare solicită mai puțin procesorul și nu necesită vreo comunicare anterioară între cele două dispozitive.

Bazată pe subscripție: această metodă poate fi deopotrivă simetrică sau asimetrică. Ea necesită distribuirea unei chei secrete înainte de a începe comunicarea. Metoda criptării simetrice este, în general, o metodă sigură, cu toate acestea, este necesară energie și timp în folosirea ei. De asemenea, H323 permite utilizarea IPSec pentru a coordona autentificarea între dispozitivele VoIP.

SIP este un protocol în care coordonarea autentificării se realizează între utilizator și proxy-ul SIP. Acesta din urmă, necesită încrederea utilizatorilor pentru a- i garanta accesul către serviciu. Protocolul SIP permite trei căi pentru autentificarea utilizatorului:

Autentificarea fundamentală: furnizează autentificarea, unui client către server, printr-o parolă.

Sistematizarea autentificării: furnizează autentificarea unui client către un server bazată prin parole scrise în caractere speciale.

Autentificarea PGP: schema autentificării PGP se bazează pe modelul prin care clientul însuși autentifică cererea, printr-o cheie privată a sa. Serverul poate apoi să stabilească originea cererii dacă are acces la cheia privată.

CAPITOLUL 7. Simularea rețelelor QoS-VoIP în mediul OPNET

7.1. Introducere în OPNET

OPNET Modeler oferă un mediu de dezvoltare pentru cerințele, simularea și analiza performanțelor unor rețele de comunicații. Se poate simula o gamă largă de sisteme de comunicare, de la o singură rețea locala la rețele de comunicații prin satelit de nivel global. Pentru analiza performanței și observarea comportamentului topologiei implementate se folosesc simulări de evenimente discrete.

OPNET Modeler folosește o structură ierarhică de modelare. Fiecare nivel al ierarhiei descrie diferite aspecte ale modelului complet ce a fost simulat. O caracteristică importantă a acestui simulator este aceea de a avea o bibliotecă cu modele detaliate pentru a oferi sprijin protocoalelor existente și pentru a permite cercetătorilor și dezvoltătorilor să fie testate cele existente sau de a dezvolta noi modele. [1]

Cele 4 etape esențiale pentru realizarea și analiza unei rețele sunt prezentate in figura 7.1.

OPNET Modeler conține următorii editori:

• Project editor

• Node editor

• Process Model Editor

• Link Model

• Path Editor

• Packet Format Editor

• Antenna Pattern Editor

• Interface Control-Information Editor

• Probability Density Function Editoe

• Simulation Tool

• Analysis Tool

• Filter Editor

Editorul de proiect (Project Editor) în care se realizează majoritatea acțiunilor, de la formarea modelului de rețea, cu obiecte specifice alese din bibliotecă, până la alegerea statisticilor colectate și a parametrilor ce vrem să îi analizăm, se deschide după crearea proiectului și este prezentat in figura 7.2.

Este format din 5 zone:

• bara de meniuri(Menu Bar);

• bara de unelte(Tool Bar);

• spațiul de lucru(Workspace);

• zona de mesaje(Message Area);

• iconița Bufferului de mesaje(Message Buffer Icon). [1]

7.2. Implementarea practică a unei rețele QoS-VoIP în mediul de simulare OPNET

Am ales pentru simulare o rețea VoIP formată din doua companii ce sunt localizate în țări diferite, o companie se afla în București, iar cealaltă companie în Madrid așa cum este arătat în figura 7.3.

Fiecare companie este situată într-o clădire cu 3 etaje, iar la fiecare etaj se află 15 stații de lucru ce permit tehnologia VoIP. Rețeaua internă (LAN) pentru cele două companii este identică. Fiecare stație de lucru de la fiecare etaj poate comunica cu toate celelalte stații de lucru de la etajul respectiv sau de la celelalte etaje. Pentru a face și mai interesantă această rețea VoIP, fiecare stație de lucru de la orice etaj poate comunica folosind VoiP cu stațiile de lucru de la orice etaj din compania secundară. În figura 7.4 este descris fluxul de comunicații în cele două companii.

Fig. 7.4. Comunicarea VoIP în interiul companiei și comunicarea VoIP cu cealaltă companie

Scopul pentru care am realizat o topologie cu 2 LAN-uri este de a simula comunicarea în interiorul cladirii, VoIP local, dar și comunicarea între cele două companii, VoIP la mare distanță. Vom observa cum parametrii specifici VoIP (variația întârzierii, MOS, întarzierea capăt la capăt) se vor modifica în cele două situații.

Modelul simulat pentru rețeaua VoIP este ilustrat în figura 7.5.

Cele doua subrețele (Sucursală_Madrid,Sucursală_București) reprezintă cele două companii. Simbolul ce conectează cele două subrețele (norul în interiul căruia este scris IP) reprezintă rețeaua internet, iar cele două simboluri de sus (Application Definition si Profile Definition) sunt foarte importante și reprezintă parametrii ce sunt configurați pe fiecare stație în parte.

În tabelul 7.6 sunt descrise în detaliu fiecare componentă folosită în rețeaua LAN.

Tabel 7.6. Componente folosite în rețeaua LAN

În figura 7.7 este prezentată topologia rețelei la nivel de companie. Cele două sucursale au o topologie simetrică, fiecare dintre ele având 15 calculatoare compatibile VoIP legate printr-un switch. Cele 3 switch-uri sunt legate printr-un switch centralizator cu o rată de forward mai mare, iar acest switch este legat la internet printr-un router CISCO C 4000.

Fig. 7.7. Topologia LAN [13]

O modalitate pentru a atribuii aplicația VoIP modelului nostru poate fi făcuta în Aplication Definition. Aici se găsește o listă de aplicații predefinite așa cum este arătat în figura 7.8. Pentru aplicația VoIP se pot schimba și atribute importante precum Ecoder scheme și Voice per Packet dupa cum se observă in figura 7.9.

Inițial se setează codecul pentru voce ca fiind G.711 iar numărul de cadre pe pachet să fie egal cu 1. În simulările viitoare se vor modifica aceste atribute pentru a vedea cum vor fi afectati parametrii VoIP. Un cadru de voce este definit ca o colecție de 32 de eșantione, fiecare eșantion având cate un octet, deci un cadru de voce conține 32 de octeți. Se stabilește ca fiecare pachet să conțină un singur cadru deoarece fiecare pachet din rețeaua simulată VoIP are o sarcină utilă de 32 de octeți.

Fig. 7.10. Definirea Profilului VoIP

Este esențial ca stațiile de lucru să adopte aplicația VoIP definită în Application Definition. Această configurare poate face obiectul Profile Definition, în acest caz se va defini un singur profil, așa cum este arătat în figura 7.10.

În continuare, se studiază comportamentul tehnologiei VoIP în diferite scenarii. Au fost create 4 scenarii diferite descrise in tabelul 7.11.

Scenariu 1:

Comparație între comunicarea VoIP la distanță și comunicarea VoIP locală

Scopul acestui scenariu este de a compara apelurile Voip la distanță cu cele locale în funcție de diferiți parametrii. Se creează un apel la distanță între cele două companii și două apeluri locale, în interiorul unei companii, un apel între doi utilizatori de la același etaj și un apel între doi utilizatori ce se află la etaje diferite. Cele 3 tipuri de apel sunt prezentate in tabelul 7.12.

Figurile 7.13 și 7.14 ilustrează variația întârzierii pentru cele trei perechi de conversație. Linia verde din această figură reprezintă fluctuația pentru un apel pe distanțe mari, liniile albastru și roșu,suprapuse, reprezintă fluctuația pentru apelurile locale la același etaj, respectiv la etaje diferite.

Figure 7.13. Variația întârzierii

Figura 17.14 Variația întârzierii pentru cele două apeluri locale

Se observă că apelul între cele două sucursale are variația întârzierii cea mai fluctuantă, conversația ce are loc în același etaj întroduce o variație a întârzierii mult mai mica. Fluctuația poate provoca întârzieri in conversație, pachetele de voce care au ajuns la receptor cu o fluctuație mai mare au o calitate mai scazută a vocii. Dacă valoarea absolută este prea mare, atunci participanții la convorbire vor observa această întârziere, iar conversația va deveni foarte greu de înteles.

Figura 7.15 prezintă întârzierea punct la punct pentru toate cele 3 perechi de conversație. Linia albastră reprezintă convorbirea la mare distanță, iar liniile verde si roșu reprezintă conversațiile locale între etaje diferite și pe același etaj.

Figure 7.15 Întârzierea punct la punct

Pentru convorbirea la distanță, valoarea întârzierea punct la punct, 0,076 sec, nu depășește constrângerea de timp, dar se poate observa că este mai mare decât pentru cele două apeluri locale . Rezultatul este unul rezonabil deoarece rețeaua este liberă.

Parametrul MOS pentru cele trei tipuri de conversații este prezentat în figura 7.16 Linia de culoare albastră reprezintă media MOS pentru apelul între cele două sucursale, iar liniile de culoare roșu și verde reprezintă media MOS pentru apelurile locale, pentru același etaj și pentru etaje diferite. Media MOS pentru apelurile locale are o valoare mai mare, deci au o calitate mai mare a vocii.

Figura 7.16. Parametrul MOS

Nu există pierderi de pachete observate pentru nici o conversație. Parametrii măsurați sunt rezumați în tabelul 7.17.

Tabelul 7.17 Rezultate Scenariu 1

Scenariul 2:

Efectul folosirii unor codecuri diferite asupra calității comunicației VoIP

Pentru simularea acestui scenariu au fost create 4 noi aplicații, în obiectul numit Definire Aplicații, fiecare aplicație având ca mod de operare un codec diferit. Figura 7.18 prezintă modul de creeare a acestor aplicații și definirea parametrilor caracteristici.

Figura 7.18 Creeare aplicații codec-uri

Scopul acestui scenariu constă în a verifica dacă diferitele tipuri de codecuri modifică parametrii VoIP. Cele 4 codecuri folosite pentru simulare în acest scenariu sunt: Algebraic Code Excited Linear Prediction(ACELP) G723 5.3k, Conjugate Structure Algebraic (CS-ACELP)G 729 A , Pulse code modulation (PCM) G 711 și Regular Pulse Excitation – Long Term Prediction(RPE-LTP) GSM-FR .

Perechile de apeluri cu codec-urile specifice sunt prezentate în tabelul 7.19:

Tabelul 7.19 Perechi apeluri scenariul 2

Figura 7.20. ilustrează valoarea parametrului MOS măsurat pentru cele 4 apeluri pe distanță mare, fiecare folosind un codec diferit.

Figura 7.20. Valoarea medie MOS pentru cele 4 codec-uri

Linia de culoare albastru deschis reprezintă valoare MOS pentru codec-ul GSM-FR, linia de culoare roșie semnifică valoarea MOS pentru codec-ul G.723, culoarea verde reprezintă codec-ul G.729 iar linia albastru închis simbolizează valoarea MOS pentru codec-ul G.711. Se observă că cele mai bune performanțe, în aceleași condiții de simulare, sunt obținute de codec-ul G.711 cu o valoarea medie MOS de 3,6, urmat îndeaproape de codec-ul G.729 ce a obținut o valoarea aproximativ similară.

În figura 7.21 este prezentată întârzierea punct la punct pentru cele 4 apeluri conversații având codec-uri diferite.

Figura 7.21. Întârzierea punct la punct

Scenariul 3:

Compararea parametrilor între o rețea VoIP ocupată și o rețea VoIP ocupată folosind metode QoS

Pentru construirea acestui scenariu, a fost adaugat în sucursala din București un server Http pentru a face trafic cu cele 15 stații de pe etajul 1 din Madrid. Totodată, capacitatea link-urilor care leagă cele două filiale a fost setată la valoarea de 256,000 kbps, astfel, am creat o rețea ocupată. În figura 7.22 este prezentată modificarea topologiei prin adăugarea server-ului http.

Figura 7.22. Modificare topologie

Pentru a putea genera trafic http între cele doua sucursale a fost definită o noua aplicație, aceasta fiind prezentată în figura 7.23 A fost ales ca tip de trafic “Image Browsing” deoarece acesta crește și mai mult numărul pachetelor transmise.

Figura 7.23 Definire aplicație Http

După definirea aplicației Http a fost creat și un profil care să încludă acest nou tip de aplicație. Definirea profilului este ilustrată in figura 7.24.

Figura 7.24. Definire Profil Date

Simularea rețelei ocupate fără mecanisme QoS

În figura 7.25 este prezentat întârzierea punct la punct exprimată în secunde. Au fost păstrate perechile de apeluri din primul scenariu pentru a putea observa cum sunt afectate cele trei tipuri de apeluri de încărcarea rețelei. Linia de culoare albastră reprezintă apelul între cele două filiale, Madrid și București, iar liniile roșu și verde reprezintă apelurile locale între același etaj respectiv între etaje diferite. În această figură se remarcă o valoarea a întârzierii foarte mare, de aproximativ 6,5 sec pentru apelul între Madrid și București și o valoarea foarte mică pentru apelurile locale. Aceste mari diferențe față de primul scenariu se datorează supraîncărcării rețelei prin traficul de date și prin micșorarea capacității link-urilor. Este evident că o convorbirea nu poate avea loc între cele două sucursale în aceste condiții.

Figura 7.25. Întârzierea punct la punct

În figura 7.26 este ilustrat un alt parametru importantant pentru VoIP , MOS. La fel ca în figura precedentă, linia de culoarea albastră reprezintă apelul la distanță, iar liniile roșu și verde simbolizează apelurile locale. Ca urmarea a unei întârzieri punct la punct foarte mari, se observă că și valoarea parametrului MOS scade foarte mult pentru apelul între cele două orașe, până la o valoare neacceptată și pentru care nu se poate menține o convorbire.

Figure 7.26 Valoarea MOS

Simularea rețelei ocupate cu mecanisme QoS

Pentru a creea un mecanism QoS pentru a prioritiza pachetele de voce, este nevoie de definirea unui profil în obiectul nou adăugat IP QoS Attribute Definition, ilustrat în figura 7.27.

Figura 7.27 Creearea Profilului QoS

În figura 7.28 este definită noua aplicație de voce de tip QoS, folosind obiectul numit Definire Aplicații. Apoi, se va configura un nou profil “Profil_Voce_QoS” care să includă aplicația ”Voce_QoS”.

Figura 7.28.Definirea atributelor aplicației Voce_QoS

În pașii următori , toate elementele rețelei IP vor fi configurare astfel încât să utilizeze mecanismele de control QoS folosind în acest scop cozi diferențiate pentru date și voce, bazate pe tipul serviciului definit prin antetul IP, precum și un planificator de tip WFQ (Weighted Fair Queue). Se configurează calculatoarele pentru utilizarea protocolului de rezervare de resurse (RSVP) așa cum este arătat in figurile 7.29, 7.30 și 7.31.

Figura 7.29. Activarea protocolului RSVP pentru aplicația de voce

Figura 7.30. Stabilirea schemei QoS folosite

Figura 7.31 Activarea protocolului RSVP pe interfețe

Apoi se stabilesc interfețele folosite pentru conectarea link-urilor ethernet sau ppp ale celor 3 routere (Madrid_Birou_router, București_Birou_router, Internet) și se configurează cu politica RSVP așa cum este arătat în figurile 7.32 și 7.33:

Figura 7.32. Stabilirea schemă QoS interfețe routere

Figura 7.33. Stabilirea protocol QoS pentru routere

După ce configurările au fost facute se simulează rețeaua și se obțin valorile din figurile 7.34 și 7.35. În aceste doua imagini linia de culoare albastră reprezintă comunicarea pe distanțe mari, între cele două sucursale, iar liniile de culoare roșie și verde reprezintă apelurile locale între dispozitive aflate pe același etaj, respectiv etaje diferite. În figura 7.34 este prezentată întârzierea punct la punct și se poate observa că acest parametru,pentru apelul între Madrid și București, a scăzut foarte mult, de la 6,5 sec la aproximativ 0,80 sec și este comparabil cu întârzierea punct la punct pentru apelurile locale. Acum, valoarea acestui parametru se află în intervalul acceptat.

Figura 7.34 Întârzierea punct la punct

În figura 7.35 este reprezentat parametrul MOS pentru cele 3 tipuri de conversații. Și în această figură se poate vedea cum valorile pentru cele trei apeluri sunt aproximativ egale. Există o mare diferență între valoarea MOS pentru apelul la mare distanță din această figură și valoarea MOS pentru acest tip de apel din figura 7.26. Acum valoarea parametrului MOS pentru apel între cele două sucursale este satisfăcătoare.

Figura 7.35 Valoare parametru MOS

CONCLUZII

Tehnologia VoIP este încă într-o continuă dezvoltare și se preconizează că, în viitor, va fi utilizată de un număr de clienți din ce în ce mai mare deoarece oferă o serie de avantaje, printre cele mai importante fiind costul relativ mic și o calitate a convorbirilor bună. În acest proiect, am analizat arhitectura unei rețele VoIP și protocoalele specifice. Apoi am simulat cu succes o rețea VoIP și am studiat factorii care deteriorează calitatea apelurilor VoIP, cum ar fi fluctuația întârzierii, întârzierea punct la punct, precum și valoarea MOS pentru diferite codec-uri și una dintre metode pentru asigurarea QoS în aceste rețele. Am folosit 3 scenarii diferite pentru a studia modul în care factorii determinanți se schimbă în fiecare scenariu. Am constatat că o asigurare a calității serviciilor se poate face și înainte de transmisia pachetelor de voce în rețeaua IP prin alegerea codec-ului potrivit, dar un efect major îl constitue aplicarea politicilor QoS de prioritizare a pachetelor de voce. Calitatea convorbirilor VoIP depinde de distanța dintre nodurile de comunicație și de numărul acestora. De aceea, calitatea comunicării VoIP pen distanțe lungi nu este la fel de bună ca și calitatea convorbirilor pe distanțe mici.

O dată cu dezvolatarea tehnologiei VoIP, rețelele IP se dezvoltă și ele, având un număr din ce în ce mai mare de utilizatori. Această rapidă dezvoltare a dus la epuizarea adreselor IPv4 formate din 32 de biți. Se încearcă implementarea adreselor IPv6 de 128 de biți pentru a rezolva această problemă. O dată cu implementarea adreselor IPv6, tehnologia VoIP întâmpină o nouă problemă. Față de pachetele IPv4, pachetele IPv6 sunt mai mari, iar pentru pachetele de voce VoIP, care au o dimensiunie redusă, aceasta este o problemă. Este nevoie de mai multă informație de control la IPv6, acest surplus de informație introduce și necesitate a măririi lățimii de bandă. Astfel, companiile vor trebuii să își extindă lățimea de bandă pentru rețeaua IP, așadar costurile vor crește.

Cele mai multe implementări VoIP folosesc un eșantion de voce de 20 ms pentru a umple un pachet IP. Chiar dacă pachetele cu eșantioane vocale mai mari, de 30-40 ms, utilizează mai puțină bandă, un pachet mai mic produce o întârziere mai mică. Atunci când un pachet mai mic este pierdut sau transmis eronat, este mai ușoară compensarea acestui pachet. Din acest motiv, în pachetele mari IPv6 nu se poate introduce mai multă informație utilă. O posibilă rezolvare este aceea de a încapsula pachetele IPv4 în pachete IPv6, când acestea traversează rețeaua IP. Astfel, eșantioanele vocale rămân de aceeași dimensiune și lățimea de bandă este folosită în mod corespunzător.

BIBLIOGRAFIE

Bogdan Cosmin Mocanu, Ruxandra Georgiana Țapu –Rețele de comunicații și sisteme multimedia, 2012 Editura Politehnica Press;

Jonathan Davidson, James F. Peters, Brian Gracely –Voice over IP Fundamentals, 27 Martie 2000 Editura Cisco Press;

Jonathan Davidson, James F. Peters, Manoj Bhatia, Satish Kalidindi, Sudipto Mukherjee – Voice over IP 2nd edition, 27 iulie 2006  Cisco Press;

Olivier Hersent, Jean-Pierre Petit, David Gurle –IP Telephony, August 2005 Editura Wiley;

Thomas Porter, Jan Kanclirz, Andy Zmolek, Antonio Rosela, Michael Cross, Larry Chaffin, Brian Baskin, Choon Shim – Practical VoIP Security, 2006 Editura Syngress Publishing;

Lee Dyburgh, Jeff Hewett- Signaling System No.7 (SS7/C7), 2 august 2004 Editura Cisco Press;

Chintan Vaishnav – Voice over Internet Protocol (VoIP): The Dynamics of Technology and Regulation, iunie 2006 Massachusetts Institute of Technology;

http://www.3cx.com/blog/docs/bandwidth-utilised-for-voip/, accesat la data 27.04.2016;

https://www.sans.org/reading-room/whitepapers/voip/latency-qos-voice-ip-1349, accesat la data 16.02.2016;

Adeel Ahmed, Habib Madani, Tatal Siddiqui- VoIP Performance Management and Optimization, 29 iulie 2010 Editura Cisco Press;

H. Toral-Cruz1, J. Argaez-Xool, L. Estrada-Vargas, D. Torres-Roman- An Introduction to VoIP: End-to-End Elements and QoS Parameters, 1University of Quintana Roo și 2Center of Research and Advanced Studies ;

Bruce Hartpence- Packet Guide to Voice over IP, Februarie 2013 Editura O’Reilly;

https://www.researchgate.net/publication/227700336_An_OPNET-based_simulation_approach_for_deploying_VoIP,accesat la data 14.12.2015;

http://www.voip-info.org/wiki/view/QoS, accesat la data 14.02.2016;

Gary Greenberg, Stefan Brunner, Akhlaq A. Ali, Scott Heinlein- Voce Over IP 101, Understanding VoIP Networks, Ianuarie 2006 Editura Juniper Networks;

http://www.nojitter.com/post/240164921/ipv6-impact-on-voip, accesat la data 07.05.2016;

https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_telephone, accesat la data 05.12.2016.