Introduction

1
Introduction à la ToIP

• Janvier 2008 Master Pro RADI

2
Agenda

• ToIP/VoIP
• Pourquoi sur IP ?
• Les business models
• Les services
• Les architectures
• Les protocoles
• Les codecs
• H.323, SIP, MGCP
• Le bon protocole au bon endroit
• Les architectures IMS

3
Vue densemble Les services Architecture NGN Les
protocoles en jeu Architecture IMS
4
Pourquoi la VoIP/ToIP ?

• VoIP Voice over IP
• Le Transport de la voix (ou de la Video) sur un
  réseau IP
• ToIP Telephony over IP
• Le service  Téléphonie  sur un réseau IP
• Le transport de la voix, oui, mais aussi de quoi
  faire du PBX (Private ltAutomaticgt Branch
  Exchange, commutation téléphonique privée) dans
  le réseau
• Objectif router un appel f(A, B) (A, B,
  IPB)
• Avoir une ligne dès que lon a un accès IP
• Convergence possible entre les services
  informatiques et téléphoniques (CTI par exemple,
  Couplage Téléphonie Informatique MEO
  dapplications téléphoniques et informatiques)
• Un seul même réseau à manager
• Economie de coûts
• Ce nest pas synonyme de plus de services
• La VoIP présente sur certains backbones avant
  lapparition doffres ToIP
• Utilisée en cœur pas les opérateurs traditionnels
• ToIP lopportunité pour les opérateurs data de
  proposer un autre service
• Utilisée comme service différenciateur, puis pour
  fidéliser
• A permis lémergence dopérateurs alternatifs
• Maintenant un  must have 

5
Enjeux et stratégies

• Opérateurs traditionnels
• Les opérateurs historiques
• Peu dengouement initialement, mais il a bien
  fallu suivre
• Potentiellement un danger pour leur métier
  principal
• Ont raté le premier virage, mais vont se
  rattraper avec lIMS ?
• Opérateurs Alternatifs
• Opérateurs de data On démarre en IP, on finit
  par de la voix
• Ca ne coute pas plus cher en exploitation, ce
  nest quune application IP
• Ne fournit pas le service dit de  première
  ligne 
• En particulier, numéros durgence
• A été un tremplin pour le dégroupage
• Possibilité dêtre opérateur sans offrir laccès
  IP (skype, les integrateurs, etc)
• La ToIP est maintenant un service de base
• Lorsque proposé avec peu de services, cest
  équivalent à de la VoIP peer-to-peer
• Mais le modèle centralisé permet plus
• Permet de facturer les services associés
• Accès aux réseaux PSTN à tarif préférentiel
  (least cost routing au plus proche de la
  destination en IP)

6
Les business models

• Trois marchés
• Le résidentiel
• Le monde de lentreprise
• Le transit (interconnexion de réseau)
• Des besoins différents et donc des approches
  différentes
• Hormis pour le transit, la stratégie est la même
• Capter le client
• Lui faire utiliser de plus en plus de services
• Et les faire payer

7
Vue densemble Les services Architecture NGN Les
protocoles en jeu Architecture IMS
8
Le monde résidentiel

• A explosé grâce aux FAI devenus opérateurs
  alternatifs
• Free, le pionnier en France
• MGCP en accès, mais en TDM en cœur
• Fastweb (Italie), pionnier du Triple Play
• Fastweb est initialement un FAI (100Mbps en
  ethernet to the home)
• Propose une offre data téléphonie video on
  demand/télévision
• Switch possible en appel vidéo sur simple appui
  dune touche sur sa set top box
• Initialement en offre de 2eme ligne, maintenant
  1ere
• Les opérateurs historiques ont suivi
• Wanadoo/Orange, pas le premier mais le plus gros
• Stratégie de 2eme ligne initialement affichée
• Mais la migration est bien amorcée
• 5.5 millions de lignes VoIP en France, 130 en
  1 an
• 50 des accès ADSL (chiffres 2006)

9
Le monde résidentiel (chiffres 2007) - www.arcep.f

http//www.arcep.fr/index.php?id36L23Ftc-img3
Dy2F2Findex.php3Fl3Dhttp3A2F2Fwww.the-esao.
com2Fimag2F13525
10
Les services résidentiels

• Services téléphoniques classiques
• Eventuellement quelques évolutions sur le côté
  pratique
• Les services Voix sont extensibles à la Vidéo
  presque immédiatement (coût de la validation
  interopérabilité)
• Services de classe 5 (différencié par
  appelant/appelé)
• Ce sont des services assurés par le réseau, et
  non pas par les terminaux
• CLIP/CLIR, CNIP/CNIR, COLP/CONP (affichage des
  numéros, des noms)
• Règles de redirections (CF Call Forwarding)
• CFB (Busy), CFNR (Non Response), CFU
  (Unconditional), CFF (on Failure)
• Renvoi des appels anonymes ou redirigés
• Filtrage dappels entrants, Filtrage dappels
  sortants (contrôle parental)
• Numéro rapides/abrégés
• Voicemail (ou Vidéomail) dans le réseau, avec
  notifications mail
• Portails audio/vidéo/web de configuration des
  services de classe 5
• Indications au décroché (en MGCP)
• CRBT (Colored Ringback Tone)
• Transfert dappels, mise en garde, double appel
• CCBS (Call Completion on Busy Subscriber),
  Express messaging (laisser un message
  explicitement, sans faire sonner le poste
  appelant), pont de conférence personnel

11
Le Business Trunking

• Une première approche Entreprise en VoIP
• Business Trunking
• Lopérateur démarche des entreprises qui ont des
  (IP-)PBX
• Se place alors en collecte des appels sortants
• En les routant en IP sur son réseau, à moindre
  coût
• En assurant éventuellement le routage des appels
  entrants vers le site de lentreprise
• Premier contact avec le client
• Nimpose pas le moindre changement dhabitude
  pour le client
• Il garde ses PBX, ses terminaux propriétaires et
  ses services
• Il peut déléguer la gestion du PBX à lopérateur
• Et quand il devra renouveller son PBX, on lui
  proposera du Centrex, plutôt
• Cette stratégie est dite  BT Class 4 
• On ne fournit que des services de routage au
  client final
• Les services class 5 sont gérés par son PBX

12
Le Centrex

• Le Graal de la ToIP dentreprise
• Service Téléphonique hébergé par lopérateur
• Plus de PBX, plus de postes propriétaires ni de
  coûts de maintenance importants
• Lopérateur administre à distance chaque poste de
  lentreprise
• Modèle dabonnement par ligne avec location dun
  terminal IP
• Pas de coût dentrée ou de sortie
• Pas dimmobilisation pour le client, pas de
  maintenance locale déquipement
• Les services évoluent avec le réseau
• Les équipements réseaux sont partagés entre les
  différents clients
• Possibilité davoir du matériel dédié si
  nécessaire
• Packageable avec un accès data
• Configuration locale des postes (déclaration des
  lignes, management des mapping de numéro, gestion
  des numéros internes) délégable à des
  administrateurs de site ou dentreprise

13
Services dentreprise

• En Business Trunking, limités à ceux de Classe 4
• Least cost routing (pour le client)
• Routage privé intra-entreprise (VPN VoIP)
• Local Breakout gateway
• LNP
• En Centrex, ceux dun PBX et plus
• Services indifférenciés en voix ou en vidéo
• CLIP/R, CNIP/R, COLP/CONP
• Masquage évolué de numéros
• Transferts/garde/conférence
• Call pickup (interception dappel présenté)
• Groupement de postes
• CFNR/B/U/F
• Voicemail, Voice/Web Portal, FCA (Feature Code
  Activation)
• CCBS, express messaging
• Numéros abrégés
• Adaptateur CTI TAPI, click to dial
• Applications  standardiste 
• Services avancés en MGCP

14
Les services de transit

• Routage pur et dur (Class 4 routing)
• Interconnexions entre plusieurs réseaux
  dopérateurs différents
• Pas dutilisateurs finaux dessus
• Redondances des liens
• Time-based routing
• Least-cost routing
• Au plus près de la destination ou au moins cher
• ASR (Average Seizure Ratio)
• Routing préférentiel en fonction des sources et
  destinations
• En particulier sur du transit  VPN 
• Gestion LNP
• All Call Query the platform interrogates an
  external LNP database that returns information to
  identify the serving network. Then the call is
  directly sent toward the resolved provider.
• Query on Release the call is first sent toward
  the donor network. The call is released with
  Q.850 cause 14. A query to an external LNP
  database is then performed to retrieve
  information to identify the serving network.
• Onward Routing (OR, France) the call is
  forwarded directly from the donor network to
  the serving network. The donor network always
  knows where the number was ported. This implies
  that the donor network always relay calls from
  the originating network to the serving network
• Translation de protocole de cœur SIP/H.323
• Permet dinterconnecter des réseaux avec des
  choix techniques différents
• La plupart de ces fonctions sont également à
  assurer dans les réseaux  terminaux  (ayant une
  couche daccès et des utilisateurs finaux)

15
Le routage VoIP

• Routage
• A partir dun appelant A et dun numéro composé
  B, trouver
• Ladresse IP de la destination réelle (ce nest
  peut-être pas B renvoi, rejet, mauvais numéro)
• Savoir comment présenter A à la destination
  (transformation des alias)
• Cest le travail dun communateur ou contrôleur
  dappel (CCS chez Comverse LOB Netcentrex)
• On utilise des numéros de téléphones dit  Alias
  E.164  comme adresses ToIP
• En IMS, des adresses  sip/public  sont
  introduites
• Trois niveaux de transformation de ces alias
• Niveau  originating  les numéros source et
  destination arrivant sur le routeur dappel. La
  destination dépend du plan de numérotation de
  lappelant.
• Niveau  pivot  numéros transformés uniques sur
  le système. Permet didentifier lappelant et
  lappelé sans ambigüité et de localiser leurs
  services de class 5, et router vers la bonne
  destination.
• Niveau  terminating  les numéros source et
  destination au format de lappelé. Permet une
  bonne présentation du numéro (le cas échéant) à
  un format recomposable par lappelé pour joindre
  son appelant.
• Network Announcement
• La destination très souvent par défaut en cas
  derreur de routage
• Faux numéro, numéro injoignable, numéro non
  alloué, appel rejeté par lappelé, plus de crédit
  pour passer lappel (prepaid),
• Gestion différenciée côté O (originating) ou T
  (terminating), réseau appelant ou appelé

16
Scalabilité, fiabilité

• Les opérateurs attendent la même robustesse dun
  système ToIP que dun système traditionnel
• Disponibilité 99,999 (1 appel perdu sur 100 000
  appels max)
• Tous les sytèmes sont redondés et hot-swappables,
  avec systèmes de détections de pannes
• Il doit être possible dassurer la (forte)
  croissance de la demande en nombre dappels
  simultanés et en calls/s (caps) (scalabilité)
• En VoIP, on ne parle plus de BHCA (Busy Hour
  Calls Attempts)
• Mieux adapté aux modes circuit et non paquet
• Problèmes possibles de performances sur des
  solutions 100 logicielles
• Problèmes possibles de densité
• Utiliser beaucoup de machine prend de la place et
  consomme de lénergie
• Les opérateurs ne sont pas prêts à réinvestir
  autant quen téléphonie classique
• Une voie tout de même la virtualisation
  (vmware, Xen, etc)

17
Les services media

• Fournissent aussi bien des applications
  résidentielles que business
• Des serveurs IP sont souvent présents derrière
  les applications en téléphonie classique
• En particulier en vidéo 3G
• Les services media peuvent
• Etre hébergés dans le cœur de réseau (et faire
  partie de loffre de base)
• Voice/Video Portals de configuration de sa ligne
• Ou comme un endpoint comme un autre
• Services audiotel, banque,
• Lexplosion des services vidéo est à prévoir avec
  la 3G
• Et ce ne sont pas les appli bancaires qui vont y
  attirer les foules
• Très faciles à développer grâce à VoiceXML
• 2007, le marché na pas encore décollé
  décollera-t-il?

18
Vue densemble Les services Architectures NGN Les
protocoles en jeu Architecture IMS
19
Next Generation Networking

• NGN Next Generation Networking
• Un réseau paquet (et non circuit)
• Offrant des services de télécommunications
• Décorélant la signalisation du transport
• En pratique
• Un coeur VoIP
• SIP ou H.323
• Rendu accessible par les utilisateurs par un
  accès
• ADSL
• Cable
• En IP

20
Architectures typiques

• Les archi VoIP mettent en avant lun des
  avantages de la techno
• La signalisation passe par un endroit
• Un seul point de centralisation pour tout le
  contrôle dappel
• Plus besoin de POP (Point Of Presence)
• Typiquement avec une redondance géographique
• Laudio/video passe par un autre chemin,
  minimisant la bande passante en cœur, voire
  empruntant des chemins non managés par
  lopérateur (sécurisation du trafic
  intra-entreprise par exemple)
• Cependant des POP sont nécessaires
• Couche daccès plus on est proche du client
  final, moins on a de latence sur les services
  réseaux (Centrex)
• Besoin de router le flux RTP pour traverser les
  NAT en interclients
• La signalisation  cœur  reste déportée et
  centralisable
• Les architectures sont à adapter aux services
  proposés

21
Signalisation Media (1)
Core Network
Core Protocol
Signalling
Access
Access Protocol
A
B
Media
Cas de base
22
Signalisation Media (2)
Core Network
Core Protocol
Signalling
Access
Access Protocol
A
Media With Proxy
B
Cas dans le monde réel Le seul à pouvoir passer
les GW NAT résidentielles
23
Eléments réseaux typiques
Network B PSTN, other VoIP
Network A PSTN, other VoIP
Edge GW, SBC
Edge GW, SBC
Media Servers services
IP-PBX
Core network Signalling management (CCS)
endpoints
IP-PBX
Call Agent
Access GW,SBC
endpoints
PABX
MGCP  endpoints 
AGK
Registrar/Proxy
endpoints
SIP endpoints
H.323 endpoints
24
Les différents éléments darchi

• Utilisateurs
• Terminaux IP
• Softphones (sur PC ou terminal mobile)
• CPE (Customer Premises Equipment) passerelle
  analogique, la  box 
• IP-PBX
• Media servers
• Couche daccès (Access equipment)
• Accès Gatekeeper (AGK)
• SIP Registrar, Proxy
• Session Border Controller (SBC)
• Access GW
• Liée aux DSLAMs ou à un réseau Cable, managé en
  H.248 ou MGCP
• Réseau cœur (Core)
• Call Controller (Call Control Server CCS chez
  Netcentrex)
• Media servers (services réseaux)
• Legal equipments (Lawful interception, LNP
  servers)
• Couche dinterconnexion (Edge/Border equipment)
• SBC (défini plus loin)
• Passerelle (Gateway), convertisseurs de sig ou
  transcodeurs

25
Les équipements utilisateur

•  Residential Gateway 
•  Analog to VoIP converter , typically multi
  ports. This is a CPE (Customers Premises
  Equipment), a part of the network that is located
  at Customers (livebox/freebox/nbox)
• Plug typical analog phone(s) or faxes on it.
• H.323 (ATA, Livebox), SIP (ATA, Zyxel AOL, ),
  MGCP (Audiocodes, Dlink, ATA, )
• Typically used for residential or SOHO (Small
  Office - Home Office) market
• Endpoints
• Full IP hardware (IPPhone), using SIP or H.323
  protocol
• MGCP gateways, aka MGCP endpoints
• MGCP-speaking, they are  gateways . Full IP
  hardware (IPPhone), using MGCP protocol, such as
  Swissvoice IP10s, Cisco 7940/60
• Softphone
• Full IP software, H.323/SIP/MGCP protocol, that
  uses multimedia capabilities of the hosting PC to
  add services that IP Phone may not render so
  easily (T.120, Video)
• IP PBX
• Business Trunking
• Media Servers
• IVR (Interactive Voice Response) servers for
  banking/services/entertainment applications
  hosted by a content or service provider

26
La couche daccès

• On AGK
• H.323 endpoints (netmeeting, openphone, Siemens,
  e-conf)
• These endpoints can also direclty attack the CCS,
  because using the same protocol as the core
  network -gt good for tests
• Registrations are managed by the AGK
• The AGK may also add additional authentication
  controls
• The AGK serves as a directory to locate a called
  endpoint (Fastweb model)
• AGK Cisco 3600, OpenGatekeeper, RadVision GK,
  NeoXBC,
• On SIP Registrars (typically Proxies as well)
• Same as the AGK, but for the SIP protocol.
• SIP endpoints (IP10s, e-conf, Zyxel Residential
  gateways, )
• May also routes the call signalling (the SIP
  Proxy function)
• Cisco 3600, SAU-SIP (with embedded SIP Proxy
  function and additional Class 5 services),
  NeoXBC,

27
La couche daccès (2)

• MGCP Call Agent
• Controls MGCP  endpoints 
• Provides additional Class 5 services
• Audio services (transfers/hold/conf3), CTI links
• May route the RTP streams
• SBC/Access Gateways
• Route/Act as a proxy for calls to/from one or
  multiple IP-PBX
• Provides security features (filtering IP
  addresses, NAT, routing RTP)
• H.323 or SIP
• A different protocol may be used in Access and
  Core layers
• Better security
• Better flexibility the right protocol at the
  right place for the right services
• Well see later why SIP is not that simple and
  adapted to every situation

28
Le réseau coeur

• Manage all the signalling between the border
  elements
• Contrary to PSTN networks, VoIP core networks
  only manage Call Signalling, and not media
• Core and access protocols may be different
• And they are different requirements lead to
  different solutions
• Include
• Network Announcement Servers (NAF)
• Protocol Translators
• Lawful Interception equipment, with standard
  interfaces (hi-1/2/3)
• Accesses to LNP databases

29
La couche dinterco

• Edge Gateways
• Interconnect two networks
• Either VoIP/PSTN
• ISDN or SS7 gateways
• These gateways may be H.323-registered onto an
  Edge Gatekeeper (EGK)
• Or VoIP/VoIP
• SBC Session Border Controller for a single
  point of control of the traffic between the
  networks
• They are redounded and scalable
• SBCs typically scale as an ALG (Application Level
  Gateway) and multiple MP
• SS7 gateways are typically MGCP-based.
• Thus, attached to a Call Agent which controls
  them and interfaces H.323/SIP Core signaling
• May use SIGTRAN (SCTP) to control a Signalling
  Gateway and MGCP for a Media Gateway.

30
Les équipements opérateurs

• Surveillance réseaux
• Agents et clients SNMP
• Firewalls, routeurs
• Systèmes de provisioning
• Interface entre le système dinformation de
  lopérateur et les équipement de contrôle dappel
  et denregistrements
• Il nexiste pas dAPI normalisée pour les
  déclarations/management des lignes/postes
• Interfaces selon les éditeurs de solutions VoIP
• Systèmes de facturation
• Serveurs Radius (ou Diameter en IMS) souvent
  utilisés en conjonction avec les contrôleurs
  dappels
• La facturation est un sous-système très complexe
  et essentiel
• Notamment pour la traçabilité légale
• Systèmes de distribution des fichiers de conf
• Les configurations statiques dendpoints ne sont
  pas envisageables à grande échelle
• Typiquement ils sont bootés en DHCP puis vont
  récupérer des conf sur des serveurs FTP ou TFTP
• Leur permet de savoir où et comment senregistrer
  (sur AGK/Proxy/Call Agent)
• Rendu presque caduque en IMS (la notion
  dendpoint nexiste plus vraiment)

31
Question surprise

• Un(e) volontaire pour venir tracer les flux de
  sig et daudio sur un appel sortant
• Dun endpoint derrière un PBX vers un réseau PSTN
  distant
• Dun endpoint derrière un Proxy/Registrar vers un
  endpoint sur ce même Proxy/Registrar

32
Ex darchi Résidentielle
33
Exemple darchitecture (2)
Remote Subscribers
AGK01
BS NATed site MGCP DomainManaged by SAU through
SBC
10.5.0.11
AGK02
Site 2
BS Trunk
MGCP IP DomainBS Managed by SAU
Site E2 2
Site 1
MGCP IP DomainBS Managed by SAU
Site E2 1
34
Vue densemble Les services Architectures NGN Les
protocoles en jeu Architecture IMS
35
Les protocoles VoIP

• La signalisation le transport temps réel
• Trois grands protocoles
• H.323 (ITU)
• Celui qui a rendu les choses possibles
• SIP (Session Initiation Protocol) (IETF)
• Celui qui simpose maintenant grâce à IMS et à sa
  complexité croissante
• MGCP (Media Gateway Control Protocol) (ITU et
  IETF)
• Se remplacera (peut-être) volontiers par du
  H.248/MEGACO en IMS
• Signalisation
• Etablissement de la logique dappel
• H.323/H.225, SIP, MGCP
• Négociation des canaux de transmissions temps
  réel (voix ou vidéo ou data)
• H.323/H.245, SDP
• Transport temps réel
• RTP (Real Time Protocol) udp
• RTCP (Real Time Control Protocol) udp

36
Les protocoles VoIP
Signaling
Quality of Service
Media Transport
RSVP (Resource Reservation Protocol)
Media coders (H.264, G.711a)
Application
H.323
SIP
RTCP
MGCP
H.248
RTP
Transport
TCP
UDP
IPv4, IPv6
Network
37
Les contraintes temps réel

• Le transport de la voix doit se faire en moins de
  200ms pour un confort optimum
• Numérisation/Compression/Transport/Décompression/R
  estitution
• Il faut donc des postes et un réseau performant
• De la QoS peut se mettre en place à plusieurs
  niveaux
• Priorisation de flux (VLAN tagging)
• Très bien pour de lethernet, donc du local.
  Permet de garder de la BP par rapport à la data
  locale dune entreprise.
• DiffServ (et plus généralement TOS Type Of
  Service)
• Header IP, mais doit être supporté de bout en
  bout. Utile localement ou sur un réseau IP
  parfaitement maitrisé.
• MPLS (Multi Protocol Label Switching) (couche
  liaison sous IP)
• Pour les réseaux opérateurs.

38
Les codecs

• Les codecs audio
• G.711
• 64 kbits, 8Khz / 8 bits non compressé. Excellente
  qualité.
• Existe en 2 lois dencodage alaw (plutôt
  européen) et ulaw (plutôt américain)
• Supporté par tous les postes.
• Pas de perte depuis le PSTN (lISDN lutilise).
• G.729
• G.723
• Et bien dautres encore
• Les endpoints doivent supporter ces codecs
• Moins ils en supportent, moins ils sont chers.
• Les standards imposent des supports minimum (AMR
  faible qualité, G711)
• Les petits plus
• Détection Compression des silences (35 dune
  conversation)
• Bruit de confort (Comfort Noise) pour compenser

39
Les codecs (2)
40
Les codecs vidéo

• H.261
• pour les anciens vidéophones ISDN H.320
• Multiple de 64kbits (canal D ISDN)
• QCIF (176x144) ou CIF (352x288) (CIF Common
  Intermediate Format et Q Quart )
• Audio en sus (G.723 ou G.729)
• H.263
• Similaire au H.261 mais permet de descendre en
  dessous de 64kbits
• SQCIF 128x96 (SQ Sous Quart)
• QCIF 176x144
• Optionnels
• CIF 352x288
• 4CIF 704x576
• 16CIF 1408x1152
• Audio en sus (typiquement de lAMR narrow band)
• On peut lutiliser en QCIF en H.324m (transit
  vidéo sur de lISDN, utilisé en interco 3G) il
  reste alors 43 kbits pour faire passer la vidéo,
  et ça marche !
• Existe en version H.263 (v2), recommandé en 3GPP
• H.264
• IUT MPEG ISO/IEC 14496-10/MPEG-4 AVC (Part
  10) H.26L
• En QCIF, entre 50 et 100 kbits

41
Les codecs data

• T.120
• Data temps réel.
• Utile pour les white boards ou les partages de
  documents.
• T.38
• Fax compressé en VoIP
• Alternative à lutilisation du G.711
  ( pass-through ) (on ne peut pas compresser en
  G.729 ou G.723 un signal fax analogique)
• Une négo T.38 démarre en audio, puis on switche
  sur du T.38.

42
Les protocoles de contrôle dappel

• Deux grandes familles de protocoles
• Intelligence dans le poste
• SIP, H.323
• Poste bête (et intelligence dans le réseau)
• MGCP, H.248/MEGACO
• Dans tous les cas, létablissement est en 3
  phases
• Ouverture de session
• H.225RAS, SIP, MGCP
• Routage dappel
• Négociation des codecs et des flux (canaux)
• H.245, SDP
• Vérification des droits des codecs, QoS, RACS
• Echanges des flux RTP (audio/video/data)
• RTP/RTCP
• Media Proxy (pour passer les NAT par exemple)
• Tout plein de finesses
• Transmissions des informations douverture de
  canaux décalés dans le temps

43
H.323

• Protocole ITU qui en est à sa version 5
• Il paraît quil est complexe
• Il y a plus simple, cest sûr
• Il paraît quil est mort car SIP le remplace
• 2006 Mais H.323 sait faire ce que SIP na jamais
  su faire il assure linterco avec le monde ISDN.
  De fait, H.323 est le protocole le plus utilisé
  en cœur de réseau.
• 2007 ok, SIP le remplace car promet une
  migration plus facile vers lIMS et ses
  nombreuses extensions le rende aussi complexe.
  Cependant les opérateurs qui ont investi il y a 5
  ans dans le cœurs H.323 ne lachent pas comme ça.
• Un set de protocoles sous-jacents
• H.225 signalisation de contrôle dappels.
  Utilise beaucoup de Q.931 (le niveau 3 ISDN).
  TCP/1720.
• H.245 signalisation de contrôle des canaux.
  TCP/port variable.
• RAS contrôle dappel et gestion des
  enregistrements sur des Gatekeeper. UDP/1719 et
  multicast 1718.
• RTP/RTCP pour le flux temps réel.
• H.450.x services supplémentaires. Tunnelé en
  H.225.
• H.235 framework de sécurité. Trop vague et
  complexe pour être exploité dans le monde réel.
• Codé en ASN.1 PER
• Très dans le style ITU, mais pas facile à
  programmer/encoder -gt terminaux coûteux.
• Mais aucune ambigüité de parsing des messages
• Beaucoup de nuances dimplémentations font que

44
H.323 les entités en jeu
45
H.323 vue densemble

• Les cas les plus classiques dutilisations
  actuelles
• Mode dit Indirect
• On passe par une entité, le GK, pour résoudre
  lIP de notre destination
• On utilise le protocole RAS pour senregistrer et
  demander à passer notre appel
• Gestion des associations IP/Aliases
• RRQ/RCF ou RRJ, avec vérification H.235 possible
• Demande dAdmission
• ARQ/ACF ou ARJ, côté appelant et appelé
• Permet lallocation de la BP
• LACF donne lIP à utiliser (résolution alias/IP)
  pour la partie Q.931
• Fin dappel
• DRQ/DCF, côté appelant et appelé
• Désalloue les ressources de BP
• Demande de faire confiance à lendpoint
• La partie Q.931 est dirigée vers un équipe de
  routage et non vers la destination
• Pour application des services Class 5
• Mode dit Slow start

46
Messages Q.931

• Messages Q.931 typiques (tcp/1720)
• -gt Setup
• callingPartyNumber -gt calledPartyNumber
  redirectingNumber
• sourceAliases -gt destinationAliases
• callID et confID comme corrélateurs dappels
• Multiplexage possible dans une même connexion tcp
• lt- Call Proceeding
• Optionnel
• confirmation de prise en compte du traitement du
  message Setup
• lt- Alerting
• ok, le poste sonne
• Déclenche un ringback tone sur lappelant
• lt- Connect
• ok, le poste a décroché
• Maintenant, on peut négocier les flux, on
  transmet donc une adresse H.245
• lt- ou -gt Release Complete
• Fin dappel, avec une cause Q.850
• utile lors dun échec de connexion, donc avant un
  Connect

47
Messages H.245

• Messages de bases (tcp, port variable tel que
  négocié en H.225/Q.931)
• -gt et lt- TCS (Terminal Capability Set)
• On annonce les capacités que lon sait recevoir
• Via des structures darbres (des set)
• Par exemple (vidéo basse qualité et audio basse
  qualité) OU (audio haute qualité)
• Un dans chaque sens
• Acquitté par un TCS Ack
• Il est dit Null si le TCS ne contient aucune
  capacity permet alors la renégociation de flux
• -gt ou lt- MSD (Master Slave Determination)
• Ne sert plus à rien en pratique, utile pour les
  services multi points, pour les échanges de clés
  H.235
• -gt et lt- OLC (Open Logical Channel)
• Ouvre un canal pour envoyer un codec parmi ceux
  que lautre partie a transmis dans son TCS (en
  indiquant un RTCP/RR)
• On répond par un OLC Ack qui indique sur quel
  port RTP on veut recevoir le flux (plus RTCP/SR),
  lorsquon est prêt
• -gt et lt- UserInputIndication
• DTMF, sur un canal déjà ouvert
• En mode FastStart, un OLC est donné dans le Setup
• Et un autre retour dans lAlerting ou Progress
  ou Connect
• Une négo H.245 a toujours lieu post Connect au
  plus tard

48
Call Flow H.323 (Slow start, non RAS)
Alice Ip10.2.3.2
Bob Ip 10.2.3.4
49
Enregistrements RAS
Endpoint A
GK
Endpoint B
RRQ (IPA, telA)
RCF
RRQ (IPB, telB)
RCF
URQ (IPA, telA)
UCF
50
Call flow sur une architecture réelle

• Les Registrations et Admissions se font sur les
  AGK
• Côté endpoints exlusivement
• Les RRQ génèrent beaucoup de trafic, les AGK sont
  là pour les absorber (et les traiter)
• Il faut 1 AGK pour 2k à 10k endpoints.
• Les déploiements réels peuvent en utiliser
  plusieurs centaines pour un seul contrôleur
  dappel.
• Les seuls messages RAS dans le cœur de réseau
  sont des LRQ (Location Request)
• Permet aux AGK de savoir à quel contrôleur
  dappel sadresser
• Gestion des redondances
• Répartition de charge
• Gestion de zones
• Permet au cœur de réseau de connaître lIP de la
  destination
• On se sert des AGK comme des annuaires (alias -gt
  IP)
• Les AGK peuvent aussi intégrer une fonction de
  Media Proxy
• Dans ce cas, il faut quils puissent capturer le
  H.225 (pourquoi ?)

51
Call flow sur une architecture réelle (2)
Endpoint A
AGK
CCS
AGK
Endpoint B
ARQ
LRQ/LCF
ACF
Setup
Call Proceeding
LRQ/LCF
Setup
ARQ/ACF
Alerting
Connect
H.245 RTP
Release Complete
DRQ/DCF
DRQ/DCF
52
Call flow sur une architecture réelle (3)
Endpoint A
AGK/Proxy
CCS
AGK/Proxy
Endpoint B
ARQ
LRQ/LCF
ACF
Setup
Call Proceeding
LRQ/LCF
Setup
ARQ/ACF
Alerting
Connect
H.245 RTP
Release Complete
DRQ/DCF
DRQ/DCF
53
SIP vue densemble

• Standard IETF
• A lorigine très simple et séduisant
• RFC2543
• Codage texte, lisible par lhomme
• Peu de messages
• Puis remplacé par la RFC3261
• Corrige quelques bugs comportements précis
• Ajoute le support obligatoire de TCP
• Avec switch de UDP vers TCP dès que lon dépasse
  une certaine taille de paquet
• Typiquement le dépassement de MTU-200
  (fragmentation IP)
• De nombreuses RFC viennent se greffer dessus
• Rajoutant du fonctionnel
• Modèle de Subscribe/Notify (utilisé pour la
  présence, entre autre)
• Instant Messaging
• Tunneling ISUP/SS7 (SIP-T, SIP-I)
• Support des tel-URI
• Lourdement amendé pour les besoins dIMS

54
SIP les entités en jeu

• Endpoints (softphones, IP Phone, CPE, )
• Intelligentes, fournissant des services de
  renvois, transferts, voire conf3
• Mais très difficiles à faire interopérer de part
  toutes les nuances de SIP
• Proxy
• Relaie les messages de sig dappel
• Il existe les implémentations stateless, qui
  forwardent sans garder de contexte dappels
• Et des stateful, plus intelligentes, pouvant
  fortement influencer lappel par lajout/délai de
  services
• Limplémentation la plus courante est maintenant
  dite B2BUA (Back to Back User Agent)
• Registrar
• Se contente de gérer les enregistrement
  (REGISTER), ie le mapping IP (Contact) / Alias
  (SIP URI) va alors updater un Location Server
  avec cette info
• Redirect Server
• Fonction typiquement associée à un Registrar
  Location, fournissant via un 302 MOVED lIP à
  joindre pour joindre une SIP URI
• Location Registrar Redirect Equivalent dun
  AGK
• Dans le monde réel, on trouvera plutôt toutes les
  fonctions sur un même équipement

55
SIP Architecture
SIP Proxy Server
SIP Registrar
SIP terminal
SIP terminal
56
SIP, structure

• Notion de transactions
• Un peu comme en HTTP
• A une requête doit correspondre une réponse
• Provisoire (une ou plusieurs) 1xx
• 100 Trying, 180 Ringing, 183 Session Progress,
• Finale (finit la transaction)
• 2xx success (200 OK)
• 3xx redirection
• 4xx client en erreur
• 5xx serveur en erreur
• 6xx erreur globale (souvent détournée)
• Même Cseq pendant toute la transaction
• Requêtes existantes
• RFC3261
• INVITE, BYE, ACK, CANCEL, REGISTER, OPTIONS, INFO
• RFC additionelles
• MESSAGE, PUBLISH, NOTIFY, SUBSCRIBE, PRACK,
  REFER, UPDATE
• Notion de dialogue

57
Transaction Dialogue SIP
58
Messages SIP

• Messages textes en 3 parties, UDP ou TCP, port
  par défaut 5060
• Une Request Line
• ltMETHODgt ltrequest-URIgt SIP/2.0
• OU une Response Line
• SIP/2.0 ltcodegt ltlabelgt
• Header Plusieurs Headers Fields, dont lordre
  importe
• ltheadergt value
• 6 Headers obligatoires, dans tous les messages
  (Request ou Response)
• Un body optionnel
• INVITE sipbob_at_biloxi.com SIP/2.0
• Via SIP/2.0/UDP pc33.atlanta.combranchz9hG4bK77
  6asdhds
• Max-Forwards 70
• To Bob ltsipbob_at_biloxi.comgt
• From Alice ltsipalice_at_atlanta.comgttag1928301774
  
• Call-ID a84b4c76e66710_at_pc33.atlanta.com
• CSeq 314159 INVITE
• Contact ltsipalice_at_pc33.atlanta.comgt

59
Enregistrement

• REGISTER
• Associe un alias (From To Request URI)
• A un point de Contact
• Contient une IP ou hostname, plus des tags
• Sip192.168.1.25067
• Sipuser01_at_adsl1234.serviceprovider.com5060
• Gestion des TTLs, min TTL
• Annulation des enregistrement avec un TTL nul
• Possibilité de mécanisme dauthentification
• Technique HTTP par Challenge MD5

Endpoint A
Proxy/Registrar
REGISTER
100 Trying
200 OK
Endpoint A
Proxy/Registrar
REGISTER
401 Unauthorized challenge
REGISTER response
200 OK
60
Routage des messages en SIP

• Via Header
• Utilisé dans une requête, permet de router la
  réponse
• Header multiple, le plus récent en haut, empilé
  lors du forward de la request, dépilé lors du
  forward de la response à travers des proxies non
  B2BUA
• Route Header
• Utilisé dans une requête, permet de savoir où
  lenvoyer après
• Il existe un mode Strict Routing
• Lentité qui forwarde le message supprime le
  route header qui lui a permis de savoir où
  envoyer le message
• Et Loose Routing
• Lentité qui forwarde le message conserve le
  route header
• Le plus commun maintenant, permet à la dest
  davoir des infos en plus
• Contact Header
• Obligatoire dans tous messages pouvant amener à
  louverture dun dialogue
• En labsence dun Record-Route, permet de savoir
  où envoyer un message dans un dialogue
• Record-Route Header
• Utilisé dans une réponse (ou requête) pour
  indiquer où router les prochaines requêtes du
  dialogue
• Puis recopié dans les prochaines requêtes du
  dialogue en tant que Route Headers
• Les entités SIP sur un chemin de routage peuvent
  donc se rajouter, rajouter des entités, ou se
  supprimer des chemins suivants des requêtes.

61
Etablissement dappel (1)

• A appelle B
• -gt INVITE sipb_at_b.com SIP/2.0
• Via SIP/2.0/UDP 192.168.1.2branch121212
• Le branch permet didentifier la transaction
  (dans labsolu)
• Les ACK sur non 2xx vont lutiliser ainsi que les
  CANCEL
• From A ltsipa_at_a.comgttagtoto
• Le tag permet de différencier plusieurs appelants
  sur le même ipport.
• To sipb_at_b.com
• Typiquement, request URI To.
• La Request URI est prioritaire sur le routage
  ToIP
• Au niveau IP, envoyé à, selon la configuration de
  lendpoint
• Un proxy résolu par le domaine de A
• Un proxy configuré
• Un proxy tel que résolu par DNS (RFC3263) sur le
  domaine b.com
• On pourrait aussi imaginer un INVITE
  sip192.168.1.1 SIP/2.0
• Mode direct/P2P, aucun intérêt

62
Etablissement dappel (2)

• lt- 100 Trying
• From, To inchangé (typiquement)
• IP du Via
• lt- 180 Ringing
• From inchangé
• To sipb_at_b.comtagtag7878
• IP du Via de lINVITE, toujours
• Contient un Contact, peut-être un Record-Route
• lt- 200 OK
• From, To inchangé depuis le Ringing
• Contient un Contact, peut-être un Record-Route
• -gt ACK sipb_at_b.com SIP/2.0
• Via nouvelle branch
• From, To avec les tags
• Envoyé au Contact ou au Route issu du
  Record-Route
• La request URI est le Contact
• Et pas de réponse à la transaction ACK !

63
Echec dappel Abandon
Endpoint A
Proxy/Registrar
Endpoint A
Proxy/Registrar
Endpoint B
INVITE
INVITE
100 Trying
486 Busy Here
486 Busy Here
ACK
ACK
INVITE (7 fois)
INVITE
INVITE
100 Trying
CANCEL
CANCEL
200 OK
200 OK
487 Request Terminated
487 Request Terminated
ACK
ACK
64
Session Description Protocol

• SDP
• RFC 2327
• Utilisé en MGCP et SIP
• Body texte, lisible par un humain, décrivant les
  flux media et les ports RTP à utiliser
• Très simple par rapport à H.245
• Content-type application/sdp
• Nouvelle RFC4566 en 2006

65
SDP Structure

• Structure
• Se lit dans lordre
• Une partie Session Description
• V (version)
• O (id de session ou de créateur)
• S (petit nom de la session)
• Une partie Time description
• T (intervale dactivité de la session)
• Une partie Channel/Media description (N fois,
  commencée par un m)
• M media, transport info
• C connection info (IP)
• A attributs de media

66
Exemple de SDP

• Exemple (fictif) de SDP
• v0
• osomething 2890844526 2890842807
• sSDP slide
• iA dummy SDP sample
• cIN IP4 192.168.1.1
• t2873397496 2873404696
• maudio 49170 RTP/AVP 0 8 18
• asendrecv
• mvideo 51372 RTP/AVP 98
• artpmap98 H264
• arecvonly

67
SDP en SIP

• Mode INVITE SDP
• Rappelle le mode Faststart H.323
• A propose dans son INVITE une SDP
• Avec tous les channels et codecs quil peut
  accepter
• A doit se tenir prêt à réceptionner nimporte
  quel codec annoncé sur chaque channel annoncé dès
  lémission du SDP
• Pas pratique pour optimiser des ressources
  hardware
• B répond dans un 183 Session Progress ou un 200
  OK une SDP
• Une réponse par m
• Avec un port à 0 sil y a refus douvrir un
  channel
• Avec au moins un codec parmi ceux que A sait
  recevoir
• Mode INVITE sans SDP
• Première SDP dans le 200 OK, puis SDP de A dans
  le ACK

68
Une fois la session établie

• Peuvent transiter des DTMF
• Plusieurs façons en SIP
• RFC2833 in-band DTMF
• Négocié dans les SDP sur un channel audio (PT
  101)
• INFO avec des telephone/event
• Du RFC2833 encapsulé dans un INFO
• 0x0980010E
• INFO avec des application/dtmf-relay
• Signal3
• Duration250
• Les codecs peuvent se renégocier
• Re-INVITE
• Un INVITE dans le même dialogue, avec une
  nouvelle SDP
• Utile aussi pour les mises en garde (ainactive)
• Lappel peut se transférer
• RFCxxxx REFER

69
Early Media en SIP

• RFC3262 Reliable Responses
• Ou comment être sûr que A a bien reçu un 183
  Session Progress ?
• Avec un PRACK
• Provisional Response ACK
• Pour tous les messages 1xx sauf 100 Trying
• Tous les messages 1xx qui établissent un Early
  Dialog
• Peut contenir une SDP si lINVITE nen contenait
  pas
• Nécessite lannonce du support 100-Rel dans des
  headers
• En Supported et Require
• Renégociation pre-200 OK
• RFC3311 (extension du modèle offer/answer dans
  SIP)
• Nécessite le modèle RFC3262
• Après avoir envoyé un PRACK à un 183 Session
  Progress, mais avant le 200 OK
• On ne peut pas utiliser de Re-INVITE
• On utilise alors le message UPDATE avec une SDP

70
Call flow sur une architecture (presque) réelle
Endpoint A
Proxy/Registrar
CCS
Proxy/Registrar
Endpoint B
INVITE SDP
100 Trying
Pas très réaliste
100 Trying
INVITE SDP
302 Moved
ACK
INVITE SDP
100 Trying
180 Ringing
200 OK SDP
200 OK SDP retouchée
200 OK SDP retouchée
ACK
ACK
ACK
ACK
Audio
Audio
Audio
Bye
100 Trying
100 Trying
100 Trying
100 Trying
200 OK
71
SIP ou H.323 ?

• La question ne se pose plus les standards ont
  tranché
• SIP est utilisé dans le contexte IMS
• Et évoluera en fonction des besoins, quitte à le
  complexifier
• H.323 permet cependant de faire vivre pas mal de
  réseaux
• Protocole robuste et bien maitrisé, très bonne
  interco avec les réseaux PSTN

72
MGCP overview

• This protocol RFC 3435 has been thought to
• Controlling Media Gateways
• Typically edge gateways.
• But MGCP endpoints also exist.
• Simplify the endpoint software design
• gt minimize the number of endpoints bugs
• Facilitate management of large numbers of
  endpoints
• Facilitate the centralized deployment of new
  features or applications
• gt do not require any change of the endpoint
  capabilities
• Be easier to program applications or advanced
  services which require the coordination of
  multiple endpoints, by centralizing all state of
  all endpoints
• As a stimuli-based protocol, think of it as the
  assembly of VoIP

73
MGCP stimulus protocols

• A call agent gives order/command to terminating
  equipment/CPE
• The Call Agent just registers events to be
  observed by the CPE
• The Call Agent keeps states of any calls and CPE
• The CPE is not aware of what should be done when
  
• Hang up/down
• Digit are pressed
• Function keys are pressed
• More generally, an event occurs
• The CPE can simply notify or acknowledge the call
  agent
• The CPE has no internal state machine
• Really low cost endpoints.

74
Where the intelligence is...
All call control services are centralized on the
Call Agent

• Basic Services - Call setup- Call transfer-
  Conference ...

Services
Call Agent
Gateway/CPE
- New services are introduced without changes on
the gateway. - The gateway uses little CPU and
memory resources, its power is media management
75
A few definitions

• Call Agent Call Control device responsible for
  synchronizing Gateways media connections and
  in-band/out-of-band signaling.
• Gateway device performing media conversion from
  one type of network (e.g. PSTN) to another (e.g.
  IP or ATM)
• Residential Gateway Gateway bridging analog
  phone lines, to the IP network.
• Trunking Gateway Gateway bridging a switched
  circuit network digital circuits (e.g. T1 lines)
  to a packet network.

76
The MGCP ecosystem
optional Signaling Entity
Call Agent
MGCP/UDP
MGCP/UDP
RTP/UDP
Gateway
Gateway
IP Network or ATM
Switched circuit network (or other technologies)
77
Transaction / Response
Each transaction refers to one or more gateway
endpoints
Call Agent initiates transactions to
manage/configure endpoints.
Transaction
Response
Gateway transactions are notifications requested
by the call agent, or restart messages.
Transaction
Call Agent
Response
78
MGCP Basis Methods
Call Agent to Gateway EPCF EndpointConfigurati
onRQNT NotificationRequestCRCX
CreateConnectionMDCX ModifyConnectionDLCX
DeleteConnectionAUEP AuditEndpointAUCX
AuditConnection
Gateway to Call Agent NTFY NotifyRSIP
RestartInProgress

• Each command uses a transaction

79
MGCP Basis CA / GW dialogue
Using the NotificationRequest command, the Call
Agent requests to be notified of endpoint events.
Each event has an EventName.
Call Agent
Gateway
CRCX or RQNT with R RequestedEvent
The requested signal (e.g ring) is generated on
the gateway's endpoint
Response OK
CRCX or RQNT with S SignalRequested
Response OK
A requested event happened (e.g. Off Hook)
NTFY with 0 ObservedEvent
Response OK
80
CreateConnection and SDP
CRCX 1238 endpoint/1_at_rgw-2567.whatever.net MGCP
0.1 C A3C47F21456789F0 L p10,
aG.711G.726-32 M sendrecv v0 cIN IP4
128.96.41.1 maudio 3456 RTP/AVP 0 96 artpmap96
G726-32/8000
header
SDP
C CallId L Local Connection
Options (ppacket period, aalgo de
compression) M Connection Mode v0
beginning of SDP c Connection Addition (IP
address of the remote Gateway for RTP stream) m
Media Description a Connection
Attributes
81
H.323 MGCP Interoperability
H323 CPE
Call Agent
CCS
MGCP CPE
Setup
Call initialisation
RQNT(tone