Prezentarea protocoalelor VoIP

1 Protocoalele VoIP

Programele aplicatie isi costruiesc propriile familii de protocoale ale "nivelelor superioare"(Aplicatie, Prezentare, Sesiune, Transport) peste protocoalele "nivelelor inferioare"(Retea, Legatura de Date, Fizic) care sunt folosite pentru a transporta si alte sarcini.Implementarea unui apel folosind tehnologia VoIP intr-o retea de date implica stabilirea conexiunii - ca si in telefonia clasica exista mai multe faze a unui apel: primirea unui ton de apel, formarea numarului de telefon, primirea unui semnal de apel sau de ocupat de la Chemat, ridicarea receptorului pentru a raspunde la apel - si apoi conversatia propri-zisa.Protocoalele VoIP sunt necesare in timpul ambele faze :

Ø Un numar de protocoale pentru "nivelele inalte" pot realiza stabilirea conexiunii si eliberarea acesteia, dintre care cei mai cunoscuti fiind: H.323, SIP, MGCP si MEGACO.Programele ce implementeaza protocoalele de stabililire a conexiunii folosesc TCP si UDP pentru a incapsula informatiile schimbate in timpul fazelor de stabilire a apelului si de eliberare a conexiunii.

Ø      Schimbul de informatie vocala codata are loc dupa stabilirea conexiunii (si inainte de eliberarea conexiunii), folosind doua fluxuri de informatie - unul pentru fiecare directie - pentru a permite ambilor participanti sa vorbeasca in acleasi timp.Fiecare dintre aceste doua fluxuri folosesc un protocol de nivel inalt numit Real-time Transport Protocol (RTP) care este inapsulat in UDP si este transportat prin nivelul Fizic.

Figure 8.Exista doua seturi de protocoale pentru nivele le inalte : pentru stabilirea conexiunii si pentru conversatie

Analizarea stabilirii conexiunii si protocoalele fluxului de voce in profunzime.

1.1 Protocoale de stabilire a conexiunii

Protocoalele de stabilire a conexiunii folosesc TCP si UDP pentru a incapsula fazele de stabilire si eliberare a conexiunii a unui apel telefonic.Aceste protocoale folosesc functii cum ar fi: corespondenta numerelor de telefon cu adresele de IP, generarea de tonuri de apel si de ocupat, apelarea Chematului si inchiderea apelului.

H.323 este in mai mare masura cel mai raspandit si folosit protocol de stabilire a conexiunii. H.323 este de fapt o familie de de standarde bazate pe telefonie pentru multimedia, incluzand voce si videoconferinta.

MGCP este versiunea flexibila, pentru folosirea cu aparate ieftine cum ar fi aparatele telefonice traditionale.

Familia de protocoale H.323 a fost finisata (corectata) de-a lungul anilor, rezultatul fiind robustetea si flexibilitatea sa.Dar costul pentru aceasta robustete este complexitatea sa foarte mare: sesiunnea unui apel necesita foarte multe confirmari si interschimburi de date pentru fiecare functie executata.

SIP (Session Initiation Protocol) si MEGACO acronimul pentru Media Gateway Control Protocol sunt protocoale "de categorie usoara" dezvoltate de IETF- Internet Engineering Task Force fiind sustinute de Cisco si Nortel, iar Microsoft a inceput recent sa distribuie impreuna cu sistemul de operare Windows XP interfete de tip SIP-Client

1.2 Protocoale pentru fluxul de voce

RTP este in mare masura folosit pentru fluxurile audio si video; este destinat aplicatiilor ce trimit informatii intr-o singura directie fara nici un fel de confirmare.Header-ul fiecarui pachet RTP contine o stampila de timp - timestamp - astfel aplicatia care primeste pachetele poate reconstrui intreaga informatie avand informatia despre timp.Deasemenea mai contine si numarul de secventa, astfel la receptie se poate trata fiecare pachet in parte verficandu-se daca exista pachete lipsa, duplicate sau cu erori.

Cele doua fluxuri RTP bidirectionale, adica conversatia insasi, sunt elementele importante in determinarea calitatii unui apel telefonic.

Continutul unui pachet RTP, care transporta informatia vocala.

Figure 9. Header-ul folosit pentru RTP urmeaza header-ului UDP in fiecare pachet.Cele patru campuri importante in header-ul RTP sunt descries mai jos

Toate campurile asociate cu RTP sunt continute in informatia utila din UDP.Ca si UDP, RTP este un protocol "fara conexiune".

Programul (software-ul) care executa RTP nu este de obicei parte a stivei de protocoale TCP/IP, de aceea aplicatiile sunt codate astfel incat adauga si recunosc 12 octeti in fiecare pachet UDP.Cele mai importante campuri din header sunt:

RTP Payload Type (Tipul de Informatie Utila)

Indica ce codec este folosit.Codecul transforma tipul informatiei (cum ar fi voce, audio sau video) si modul in care aceasta este codificata.

Sequence Number (Numarul Secventei)

Cand pachetele ajung la destinatie acest octet ajuta la reasamblarea informatiei si detecteaza pierderea de pachete, duplicarile si pachetele receptionate eronat.

Timestamp (Stampila de Timp)

Acest octet ajuta la reconstructia informatiei audio sau video transmise cu ajutorul acestui contor.Deasemenea, ajuta la determinarea consecventei sau variatiei timpilor de sosire, cunoscut si ca jitter.Acest octet este continut de fiecare pachet RTP care este transmis.La receptie aplicatiile se uita la timpul de sosire al pachetelor si compara cu stampila de timp a acestora.Daca timpul dintre sosirea pachetelor este aceelasi cu cel cu care au fost trimise pachetele, inseamna ca nu exista variatii.Totusi, ar putea fi o multime de variatii intre timpii de sosire al pachetelor depinzand de conditiile retelei, iar la destinatie se poate calcula usor acest jitter.

Source IDentifier (Identificator de Sursa)

Acumularea de header-uri poate adauga o supraincarcare mult mai mare, depinzand de marimea informatiei utile.De exemplu, cantitatea tipica de informatie utila cand se foloseste codecul G.729 este de 20 de octeti, ceea ce inseamna ca debitul acestui codec este de 20 de octeti de informatie vocala la o rata predeterminata specifica acestui codec. Folosind RTP, doua treimi dintr-un pachet este header-ul deoarece supraincarcarea totala a header-urilor este: RTP(12 octeti)+UDP (8 octeti)+IP(20 octeti)=40 octeti.

Largimea de banda reala consumata in timpul apelurilor VoIP este mai mare decat pare la inceput.Codecul G.729, de exemplu, are o viteza a informatiei utile de 8 kbps.Totusi, largimea de banda utilizata este mai mare decat 8 kbps.Cand se trimit la intervale de 20ms, marimea informatiei utile este de 20 de octeti pentru fiecare pachet.La aceasta se adauga cei 40 de octeti ai header-ului RTP (acesta are o marime mai mare decat informatia utila) plus orice header aditionalal nivelului 2 OSI. De exemplu, driverele Ethernet adauga in general inca 18 octeti.Deasemenea, sunt doua fluxuri RTP simultane (unul in fiecare directie), deci se dubleaza consumul de banda calculat pana acum.

Coloana "Combined Bandwidth"-(banda combinata din tabelul de mai jos prezinta o imagine adevarata a adevaratei largimi de banda folosita de cele mai cunoscute codecuri.

Unele telefoane IP permit setarea acestora pentru "intarzierea dintre pachete" sau "durata pachetelor de informatie vocala", care este viteza la care Chematorul trimite pachete intr-o retea.De exemplu, la viteza de transmisie de 64 kbps, un pachet ce contine informatie vocala cu durata de 20 ms implica faptul ca sunt create la trimitere pachete de 160 de octeti cu informatie utila la fiecare 20 ms.

Iata care este ecuatia care leaga acesti parametrii: viteza codecului, intarzierea dintre pachetele de voce si cantitatea de informatie utila a acestor pachete:

In acest exemplu:

Pentru o viteza data, cresterea intarzierii face ca pachetele sa devina tot mai mari, intrucat pachetele sunt trimise la intervale de timp inegale si nu mai trasporta aceeasi cantitate de informatie.O intarziere de 30ms la o viteza de 64 kbps ar insemna trimiterea unor pachete de 240 octeti.

Figure 10 Cea mai din dreapa coloana a acestui tabel ne indica largimea reala de banda consumata pentru fiecare codec intr-o conversatie telefonica VoIP.