6.1 - Protocole H323
6.1.1 - Introduction
Avec le développement du multimédia sur les réseaux, il est devenu nécessaire de créer des protocoles qui supportent ces nouvelles fonctionnalités, telles que la visioconférence : l'envoi de son et de vidéo avec un soucis de données temps réel. Le protocole H.323 est l'un d'eux. Il permet de faire de la visioconférence sur des réseaux IP.
H.323 est un protocole de communication englobant un ensemble de normes utilisés pour l'envoi de données audio et vidéo sur Internet. Il existe depuis 1996 et a été initié par l'ITU (International Communication Union), un groupe international de téléphonie qui développe des standards de communication. Concrètement, il est utilisé dans des programmes tels que Microsoft Netmeeting, ou encore dans des équipements tels que les routeurs Cisco. Il existe un projet OpenH.323 qui développe un client H.323 en logiciel libre afin que les utilisateurs et les petites entreprises puissent avoir accès à ce protocole sans avoir à débourser beaucoup d'argent.
6.1.2 - Fonctionnement
Le protocole H.323 est utilisé pour l'interactivité en temps réel, notamment la visioconférence (signalisation, enregistrement, contrôle d'admission, transport et encodage). C'est le leader du marché pour la téléphonie Ip. Il s'inspire du protocole H.320 qui proposait une solution pour la visioconférence sur un réseau numérique à intégration de service (Rnis ou Isdn en anglais), comme par exemple le service numéris proposé par France Telecom. Le protocole H.323 est une adaptation de H.320 pour les réseaux Ip. A l'heure actuelle, la visioconférence sur liaison Rnis est toujours la technique la plus déployée. Elle existe depuis 1990. Les réseaux utilisés sont à commutation de circuits. Ils permettent ainsi de garantir une Qualité de Service (QoS) aux utilisateurs (pas de risque de coupure du son ou de l'image). Aujourd'hui, c'est encore un avantage indiscutable. Par contre, comme pour le téléphone, la facturation est fonction du débit utilisé, du temps de communication et de la distance entre les appels.
H.323 définit plusieurs éléments de réseaux :
Les terminaux - Dans un contexte de téléphonie sur IP, deux types de terminaux H.323 sont Aujourd'hui disponibles. Un poste téléphonique IP raccordés directement au réseau Ethernet de l'entreprise. Un PC multimédia sur lequel est installé une application compatible H.323.
Les passerelles (GW: Gateway) - Elles assurent l'interconnexion entre un réseau Ip et le réseau téléphonique, ce dernier pouvant être soit le réseau téléphonique public, soit un Pabx d'entreprise. Elles assurent la correspondance de la signalisation et des signaux de contrôle et la cohésion entre les médias. Pour ce faire, elles implémentent les fonctions suivantes de transcodage audio (compression, décompression), de modulation, démodulation (pour les fax), de suppression d'échos, de suppression des silences et de contrôle d'appels. Les passerelles sont le plus souvent basées sur des serveurs informatiques standards (Windows NT, Linux) équipés d'interfaces particuliers pour la téléphonie (interfaces analogiques, accès de base ou accès primaire RNIS, interface E1, etc.) et d'interfaces réseau, par exemple de type Ethernet. La fonctionnalité de passerelle peut toutefois être intégrée directement dans le routeur ainsi que dans les Pbx eux-mêmes.
Les portiers (GK: Gatekeeper) - Ils sont des éléments optionnels dans une solution H.323. Ils ont pour rôle de réaliser la traduction d'adresse (numéro de téléphone - adresse Ip) et la gestion des autorisations. Cette dernière permet de donner ou non la permission d'effectuer un appel, de limiter la bande passante si besoin et de gérer le trafic sur le Lan. Les "gardes-barrière" permettent également de gérer les téléphones classiques et la signalisation permettant de router les appels afin d'offrir des services supplémentaires. Il peuvent enfin offrir des services d'annuaires.
Les unités de contrôle multipoint (MCU, Multipoint Control Unit) - Référence au protocole T.120 qui permet aux clients de se connecter aux sessions de conférence de données. Les unités de contrôle multipoint peuvent communiquer entre elles pour échanger des informations de conférence.
Dans un contexte de téléphonie sur IP, la signalisation a pour objectif de réaliser les fonctions suivantes :
Recherche et traduction d'adresses - Sur la base du numéro de téléphone du destinataire, il s'agit de trouver son adresse IP (appel téléphone . PC) ou l'adresse IP de la passerelle desservant le destinataire. Cette fonction est prise en charge par le Gatekeeper. Elle est effectuée soit localement soit par requête vers un annuaire centralisé.
Contrôle d'appel - L'équipement terminal (« endpoint » = terminal H.323 ou passerelle) situé à l'origine de l'appel établit une connexion avec l'équipement de destination et échange avec lui les informations nécessaires à l'établissement de l'appel. Dans le cas d'une passerelle, cette fonction implique également de supporter la signalisation propre à l'équipement téléphonique à laquelle elle est raccordée (signalisation analogique, Q.931, etc.) et de traduire cette signalisation dans le format défini dans H.323. Le contrôle d'appel est pris en charge soit par les équipements terminaux soit par le Gatekeeper. Dans ce cas, tous les messages de signalisation sont routés via le Gatekeeper, ce dernier jouant alors un rôle similaire à celui d'un PBX.
Services supplémentaires : déviation, transfert d'appel, conférence, etc.
Trois protocoles de signalisation sont spécifiés dans le cadre de H.323 à savoir :
RAS (Registration, Admission and Status) - Ce protocole est utilisé pour communiquer avec un Gatekeeper. Il sert notamment aux équipements terminaux pour découvrir l'existence d'un Gatekeeper et s'enregistrer auprès de ce dernier ainsi que pour les demandes de traduction d'adresses. La signalisation RAS utilise des messages H.225.0 6 transmis sur un protocole de transport non fiable (Udp, par exemple).
Q.931 - H.323 utilise une version simplifiée de la signalisation RNIS Q.931 pour l'établissement et le contrôle d'appels téléphoniques sur Ip. Cette version simplifiée est également spécifiée dans la norme H.225.0.
H.245 : ce protocole est utilisé pour l'échange de capacités entre deux équipements terminaux. Par exemple, il est utilisé par ces derniers pour s'accorder sur le type de codec à activer. Il peut également servir à mesurer le retard aller-retour (Round Trip Delay) d'une communication.
Une communication H.323 se déroule en cinq phases :
Établissement d'appel
Échange de capacité et réservation éventuelle de la bande passante à travers le protocole RSVP (Ressource reSerVation Protocol)
Établissement de la communication audio-visuelle
Invocation éventuelle de services en phase d'appel (par exemple, transfert d'appel, changement de bande passante, etc.)
Libération de l'appel.
6.1.3 - H323 dans le modèle Osi
Les différents protocoles sont représentés ci-dessous dans le modèle OSI :
6.1.4 - La visioconférence sur Ip
Tout d'abord, au niveau économique, la visioconférence sur Ip s'avère moins coûteuse que celle sur liaison RNIS car d'un côté, l'équipement d'un PC est relativement peu cher : ce système ne nécessite pas l'installation de prises RNIS spéciales. D'autre part, une liaison Rnis a un coût calculé selon la longueur de l'appel, le débit, et la distance. Alors que dans une liaison IP, le prix est forfaitaire selon le débit. En fin de compte, la visioconférence par Ip s'avère souvent moins onéreuse que par liaison Rnis.
Ensuite, qualitativement parlant, la visioconférence sur Ip peut utiliser des débits supérieurs et ainsi avoir une image et un son meilleurs qu'avec une liaison Rnis. En effet, la visioconférence sur Numeris utilise des débits allant de 128Kb/s à 384Kb/s, alors qu'en mutualisant certaines liaisons Ip, on peut obtenir des lignes haut débit allant jusqu'à plusieurs Mb/s. Malheureusement, le problème majeur de la visioconférence sur Ip est l'absence d'une Qualité de Service (QoS) sur les réseaux Ip. C'est également ce qui fait l'avantage des réseaux Rnis. Cependant, avec l'évolution des réseaux Ip, on sait désormais qu'il est possible qu'on puisse disposer d'une QoS sur ceux-ci tel que Rsvp, Diffserv, gestion de file d'attente. On pourrait donc avoir des flux avec priorité sur ces réseaux.
En dehors du protocole H.323, il existe des normes de visioconférence sur Ip ayant des possibilités analogues à H.323 telles que Ip multicast, qui est particulièrement adaptés au téléenseignement et à la diffusion de séminaires et conférences car il permet la connexion de plusieurs dizaines de sites voire plus. Il existe également le système Vrvs qui est utilisé dans certaines communautés scientifiques, notamment la physique, en raison de sa convivialité. Il intègre Ip multicast et H.323.
Pour pouvoir suivre une visioconférence, il faut bien entendu le matériel adéquat. Ce peut être un matériel dédié contenant tout ce qu'il faut : moniteur, micro, et caméra vidéo. Ou alors, un ensemble matériel et logiciel sur un poste de travail normal (PC, etc.). Si la visioconférence ne compte que deux interlocuteurs, alors la liaison est point à point comme illustré sur le schéma ci-dessous :
Dans le cas où il y a plus de deux interlocuteurs, la visioconférence nécessite l'utilisation d'un pont multipoint comme illustré sur le schéma ci-dessous :
Pour se connecter entre eux, les interlocuteurs sont identifiés par un numéro ou une adresse E.164. Elle est composée de numéros et est structurée comme un numéro de téléphone. En particulier, un numéro de téléphone est une adresse E.164. « E.164 » est le nom de la norme qui définit ces adresses.
Pour router un appel H.323 dans le réseau, il est nécessaire d'avoir un « GateKeeper ». C'est un élément logiciel qui fonctionne dans un PC, ou encore dans un pont multipoint ou dans un routeur IP (Exemple dans les routeurs Cisco). En fonction de l'adresse destinataire contenue dans l'appel H.323, les différents GateKeeper vont établir la communication entre émetteur et destinateur et mettre en place le routage.
Par ailleurs, le protocole H.323 intègre la norme T.120 qui permet le partage d'applications. On peut, par exemple, afficher des documents sur les postes de travail des autres interlocuteurs.
6.1.5 - Avantages et inconvénients
Les réseaux IP sont à commutation de paquets, les flux de données transitent en commun sur une même liaison. La visioconférence IP mise sur une disponibilité de ces liaisons. Les débits des réseaux IP doivent donc être adaptés en fonction du trafic afin d'éviter tout risque de coupure du son et de la vidéo. Tous les sites n'ont pas le même débit. Plus le débit sera élevé et plus le risque de coupure sera faible. Par ailleurs, tant que la Qualité de Service n'existera pas dans les réseaux IP, la fiabilité des visioconférences sur les lignes à faible débit sera basse.
A l'heure actuelle, la compatibilité entre les différentes normes de visioconférence est assez faible. La visioconférence H.323 et H.320 sont compatibles mais elles nécessitent l'emploi de passerelles H.320/H.323.
En ce qui concerne les différentes normes pour la visioconférence sur Ip, H.323 et Ip Multicast ne sont, en règle générale, pas compatibles, sauf dans le cadre de VRVS qui permet un certain degré d'interopérabilité, mais ne gère pas la norme T.120.
Voici les principaux bénéfices qu'apporte la norme H.323 sont les suivants :
Codec standards : H.323 établit des standards pour la compression et la décompression des flux audio et vidéo. Ceci assure que des équipements provenant de fabricants différents ont une base commune de dialogue.
Interopérabilité : Les utilisateurs veulent pouvoir dialoguer sans avoir à se soucier de la compatibilité du terminal destinataire. En plus d'assurer que le destinataire est en mesure de décompresser l'information, H.323 établit des méthodes communes d'établissement et de contrôle d'appel.
Indépendance vis à vis du réseau : H.323 est conçu pour fonctionner sur tout type d'architecture réseau. Comme les technologies évoluent et les techniques de gestion de la bande passante s'améliorent, les solutions basées sur H.323 seront capables de bénéficier de ces améliorations futures.
Indépendance vis à vis des plates-formes et des applications : H.323 n'est lié à aucun équipement ou système d'exploitation.
Support multipoint : H.323 supporte des conférences entre trois points terminaux ou plus sans nécessiter la présence d'une unité de contrôle spécialisée.
Gestion de la bande passante : Le trafic audio et vidéo est un grand consommateur de ressources réseau. Afin d'éviter que ces flux ne congestionnent le réseau, H.323 permet une gestion de la bande passante à disposition. En particulier, le gestionnaire du réseau peut limiter le nombre simultané de connexions H.323 sur son réseau ou limiter la largeur de bande à disposition de chaque connexion. De telles limites permettent de garantir que le trafic important ne soit pas interrompu.
Support multicast : H.323 supporte le multicast dans les conférences multipoint. Multicast envoie chaque paquet vers un sous-ensemble des destinataires sans réplication, permettant une utilisation optimale du réseau.
A l'heure actuelle, le standard de fait pour les systèmes de téléphonie sur IP est la norme H.323 de l'UIT. Indispensable pour permettre un minimum d'interopérabilité entre équipements de fournisseurs différents, ce standard présente toutefois les inconvénients suivants :
Protocole complexe, créé initialement pour les conférences multimédia et qui incorpore des mécanismes superflus dans un contexte purement téléphonique. Ceci a notamment des incidences au niveau des terminaux H.323 (téléphones IP, par exemple) qui nécessitent de ce fait une capacité mémoire et de traitement non sans incidence au niveau de leur coût.
Comprend de nombreuses options susceptibles d'être implémentées de façon différentes par les constructeurs et donc de poser des problèmes d'interopérabilité ou de plus petit dénominateur commun (dans le choix du codec, par exemple) ; D'autre part, comme le seul codec obligatoire est le codec G.711 (64 Kps) et que le support des autres codecs plus efficaces est optionnel, l'interopérabilité entre produits provenant de constructeurs différents ne signifie pas qu'ils feront un usage optimal de la bande passante. En effet, dans le cas où les codecs à bas débits sont différents, le transport de la voix se fera à 64 Kbps, ce qui, en terme de bande passante, ne présente guère d'avantages par rapport à un système téléphonique classique.
6.1.6 - Comparaison avec Sip
Sip est un autre protocole pour l'interactivité en temps réel. Il a été développé par l'IETF et s'inspire du protocole Http alors que H.323 s'inspire de la téléphonie. Sip est plus modulaire et peut fonctionner avec d'autres protocoles. Il est donc plus souple que H.323.
6.1.7 - Conclusion
Le protocole H.323 est une des normes envisageables pour la visioconférence sur Ip. Cependant, elle est pour l'instant surtout employé par des programmes propriétaires (Microsoft, etc.). La documentation est difficile d'accès car l'ITU fait payer les droits d'accès aux derniers développements de cette technologie, en dehors des efforts faits par le projet OpenH.323 pour rendre cette technologie accessible à tous. Cet ensemble de normes ne s'avèrent pas toujours compatibles avec d'autres protocoles à cause de son développement inspiré de la téléphonie, ce qui peut rendre son utilisation un peu "rigide".
6.2 - Protocole SIP
6.2.1 - Introduction
Le protocole Sip (Session Initiation Protocole) a été initié par le groupe MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) et désormais repris et maintenu par le groupe SIP de l'IETF donnant la Rfc 3261 rendant obsolète la Rfc 2543. Sip est un protocole de signalisation appartenant à la couche application du modèle Osi. Son rôle est d'ouvrir, modifier et libérer les sessions. L'ouverture de ces sessions permet de réaliser de l'audio ou vidéoconférence, de l'enseignement à distance, de la voix (téléphonie) et de la diffusion multimédia sur Ip essentiellement. Un utilisateur peut se connecter avec les utilisateurs d'une session déjà ouverte. Pour ouvrir une session, un utilisateur émet une invitation transportant un descripteur de session permettant aux utilisateurs souhaitant communiquer de s'accorder sur la compatibilité de leur média, Sip permet donc de relier des stations mobiles en transmettant ou redirigeant les requêtes vers la position courante de la station appelée. Enfin, SIP possède l'avantage de ne pas être attaché à un médium particulier et est sensé être indépendant du protocole de transport des couches basses.
6.2.2 - Fonctionnement
Sip intervient aux différentes phases de l'appel :
Localisation du terminal correspondant,
Analyse du profil et des ressources du destinataire,
Négociation du type de média (voix, vidéo, données...) et des paramètres de communication,
Disponibilité du correspondant, détermine si le poste appelé souhaite communiquer, et autorise l'appelant à le contacter.
Etablissement et suivi de l'appel, avertit les parties appelant et appelé de la demande d'ouverture de session, gestion du transfert et de la fermeture des appels.
Gestion de fonctions évoluées : cryptage, retour d'erreurs, ...
Avec Sip, les utilisateurs qui ouvrent une session peuvent communiquer en mode point à point, en mode diffusif ou dans un mode combinant ceux-ci. Sip permet donc l'ouverture de sessions en mode :
Point-à-point - Communication entre 2 machines, on parle d'unicast.
Diffusif - Plusieurs utilisateurs en multicast, via une unité de contrôle M.C.U (Multipoint Control Unit)
Combinatoire - Plusieurs utilisateurs pleinement interconnectés en multicast via un réseau à maillage complet de connexions.
Voici les différents éléments intervenant dans l'ouverture de session :
Suivant nature des échanges, choix des protocoles les mieux adaptés (Rsvp, Rtp, Rtcp, Sap, Sdp).
Détermination du nombre de sessions, comme par exemple, pour véhiculer de la vidéo, 2 sessions doivent être ouvertes (l'une pour l'image et l'autre pour la vidéo).
Chaque utilisateur et sa machine est identifié par une adresse que l'on nomme Url Sip et qui se présente comme une Url Mailto.
Requête Uri permettant de localiser le proxy server auquel est rattaché la machine de l'appelé.
Requête Sip, une fois le client (machine appelante) connecté à un serveur Sip distant, il peut lui adresser une ou plusieurs requêtes Sip et recevoir une ou plusieurs réponses de ce serveur. Les réponses contiennent certains champs identiques à ceux des requêtes, tels que : Call-ID, Cseq, To et From.
Les échanges entre un terminal appelant et un terminal appelé se font par l'intermédiaire de requêtes :
Invite - Cette requête indique que l'application (ou utilisateur) correspondante à l'Url Sip spécifié est invité à participer à une session. Le corps du message décrit cette session (par ex : média supportés par l'appelant ). En cas de réponse favorable, l'invité doit spécifier les médias qu'il supporte.
Ack - Cette requête permet de confirmer que le terminal appelant a bien reçu une réponse définitive à une requête Invite.
Options - Un proxy server en mesure de contacter l'UAS (terminal) appelé, doit répondre à une requête Options en précisant ses capacités à contacter le même terminal.
Bye - Cette requête est utilisée par le terminal de l'appelé à fin de signaler qu'il souhaite mettre un terme à la session.
Cancel - Cette requête est envoyée par un terminal ou un proxy server à fin d'annuler une requête non validée par une réponse finale comme, par exemple, si une machine ayant été invitée à participer à une session, et ayant accepté l'invitation ne reçoit pas de requête Ack, alors elle émet une requête Cancel.
Register - cette méthode est utilisée par le client pour enregistrer l'adresse listée dans l'URL TO par le serveur auquel il est relié.
Une réponse à une requête est caractérisée, par un code et un motif, appelés code d'état et raison phrase respectivement. Un code d'état est un entier codé sur 3 bits indiquant un résultat à l'issue de la réception d'une requête. Ce résultat est précisé par une phrase, textbased (UTF-8), expliquant le motif du refus ou de l'acceptation de la requête. Le code d'état est donc destiné à l'automate gérant l'établissement des sessions Sip et les motifs aux programmeurs. Il existe 6 classes de réponses et donc de codes d'état, représentées par le premier bit :
1xx = Information - La requête a été reçue et continue à être traitée
2xx = Succès - L'action a été reçue avec succès, comprise et acceptée
3xx = Redirection - Une autre action doit être menée afin de valider la requête
4xx = Erreur du client - La requête contient une syntaxe éronnée ou ne peut pas être traitée par ce serveur
5xx = Erreur du serveur - Le serveur n'a pas réussi à traiter une requête apparemment correcte
6xx = Echec général - La requête ne peut être traitée par aucun serveur
Dans un système Sip on trouve deux types de composantes, les users agents (UAS, UAC) et un réseau de serveurs :
L'UAS (User Agent Server) - Il représente l'agent de la partie appelée. C'est une application de type serveur qui contacte l'utilisateur lorsqu'une requête Sip est reçue. Et elle renvoie une réponse au nom de l'utilisateur.
L'U.A.C (User Agent Client) - Il représente l'agent de la partie appelante. C'est une application de type client qui initie les requêtes.
Le relais mandataire ou PS (Proxy Server), auquel est relié un terminal fixe ou mobile, agit à la fois comme un client et comme un serveur. Un tel serveur peut interpréter et modifier les messages qu'il reçoit avant de les retransmettre :
Le RS (Redirect Server) - Il réalise simplement une association (mapping) d'adresses vers une ou plusieurs nouvelles adresses. (lorsqu'un client appelle un terminal mobile - redirection vers le PS le plus proche - ou en mode multicast - le message émis est redirigé vers toutes les sorties auxquelles sont reliés les destinataires). Notons qu'un Redirect Server est consulté par l'Uac comme un simple serveur et ne peut émettre de requêtes contrairement au Ps.
Le LS (Location Server) - Il fournit la position courante des utilisateurs dont la communication traverse les Rs et PS auxquels il est rattaché. Cette fonction est assurée par le service de localisation.
Le RG (Registrar) - C'est un serveur qui accepte les requêtes Register et offre également un service de localisation comme le LS. Chaque PS ou RS est généralement relié à un Registrar.
6.2.3 - Sécurité et Authentification
Les messages Sip peuvent contenir des données confidentielles, en effet le protocole Sip possède 3 mécanismes de cryptage :
Cryptage de bout en bout du Corps du message Sip et de certains champs d'en-tête sensibles aux attaques.
Cryptage au saut par saut (hop by hop) à fin d'empêcher des pirates de savoir qui appelle qui.
Cryptage au saut par saut du champ d'en-tête Via pour dissimuler la route qu'a emprunté la requête.
De plus, à fin d'empêcher à tout intrus de modifier et retransmettre des requêtes ou réponses Sip, des mécanismes d'intégrité et d'authentification des messages sont mis en place. Et pour des messages Sip transmis de bout en bout, des clés publiques et signatures sont utilisées par Sip et stockées dans les champs d'en-tête Autorisation.
Une autre attaque connue avec Tcp ou Udp est le « deny of service », lorsqu'un Proxy Server intrus renvoie une réponse de code 6xx au client (signifiant un échec général, la requête ne peut être traitée). Le client peut ignorer cette réponse. Si il ne l'ignore pas et émet une requête vers le serveur "régulier" auquel il était relié avant la réponse du serveur "intrus", la requête aura de fortes chances d'atteindre le serveur intrus et non son vrai destinataire.
6.2.4 - Comparaison avec H323
Voici les avantages du protocole H.323 :
Il existe de nombreux produits (plus de 30) utilisant ce standard adopté par de grandes entreprises telles Cisco, IBM, Intel, Microsoft, Netscape, etc.
Les cinq principaux logiciels de visioconférence Picturel 550, Proshare 500, Trinicon 500, Smartstation et Cruiser 150 utilisent sur Ip la norme H.323.
Un niveau d'interopérabilité très élevé, ce qui permet à plusieurs utilisateurs d'échanger des données audio et vidéo sans faire attention aux types de média qu'ils utilisent.
Voici les avantages du protocole Sip :
Sip est un protocole plus rapide. La séparation entre ses champs d'en-tête et son corps du message facilite le traitement des messages et diminue leur temps de transition dans le réseau.
Nombre des en-têtes est limité (36 au maximum et en pratique, moins d'une dizaine d'en-têtes sont utilisées simultanément), ce qui allège l'écriture et la lecture des requêtes et réponses.
Sip est un protocole indépendant de la couche transport. Il peut aussi bien s'utiliser avec Tcp que Udp.
De plus, il sépare les flux de données de ceux la signalisation, ce qui rend plus souple l'évolution "en direct" d'une communication (arrivée d'un nouveau participant, changement de paramètres...).
| SIP | H323 | |
| Nombre échanges pour établir la connexion | 1,5 aller-retour | 6 à 7 aller-retour |
| Maintenance du code protocolaire | Simple par sa nature textuelle à l'exemple de Http | Complexe et nécessitant un compilateur |
| Evolution du protocole | Protocole ouvert à de nouvelles fonctions | Ajout d'extensions propriétaires sans concertation entre vendeurs |
| Fonction de conférence | Distribuée | Centralisée par l'unité MC |
| Fonction de téléservices | Oui, par défaut | H.323 v2 + H.450 |
| Détection d'un appel en boucle | Oui | Inexistante sur la version 1 |
| Signalisation multicast | Oui, par défaut | Non |
6.2.5 - Conclusion
La simplicité, la rapidité et la légèreté d'utilisation, tout en étant très complet, du protocole Sip sont autant d'arguments qui pourraient permettre à Sip de convaincre les investisseurs. De plus, ses avancées en matière de sécurité des messages sont un atout important par rapport à ses concurrents.
6.3 - Transport Rtp et Rtcp
6.3.1 - Introduction
Rtp est un protocole qui a été développé par l'IETF afin de facilité le transport temps réel de bout en bout des flots données audio et vidéo sur les réseaux Ip, c'est à dire sur les réseaux de paquets. Rtp est un protocole qui se situe au niveau de l'application et qui utilise les protocoles sous-jacents de transport Tcp ou Udp. Mais l'utilisation de Rtp se fait généralement au-dessus de Udp ce qui permet d'atteindre plus facilement le temps réel. Les applications temps réels comme la parole numérique ou la visio-conférence constitue un véritable problème pour Internet. Qui dit application temps réel, dit présence d'une certaine qualité de service (QoS) que Rtp ne garantie pas du fait qu'il fonctionne au niveau Applicatif. De plus Rtp est un protocole qui se trouve dans un environnement multipoint, donc on peut dire que Rtp possède à sa charge, la gestion du temps réel, mais aussi l'administration de la session multipoint.
Rtp et Rtcp sont définis, depuis juillet 2003, par la Rfc 3550 rendant obsolète la version précédente Rfc 1889.
6.3.2 - Les fonctions de Rtp
Le protocole Rtp, Real Time Transport Protocol, standardisé en 1996, a pour but d'organiser les paquets à l'entrée du réseau et de les contrôler à la sortie. Ceci de façon à reformer les flux avec ses caractéristiques de départ. Rtp est géré au niveau de l'application donc ne nécessite pas l'implémentation d'un Kernel ou de librairies. Comme nous l'avons dit dans l'introduction, Rtp est un protocole de bout en bout. Rtp est volontairement incomplet et malléable pour s'adapter aux besoins des applications. Il sera intégré dans le noyau de l'application. Rtp laisse la responsabilité du contrôle aux équipements d'extrémité.
Rtp, est un protocole adapté aux applications présentant des propriétés temps réel. Il permet ainsi de :
Reconstituer la base de temps des flux (horodatage des paquets : possibilité de resynchronisation des flux par le récepteur)
Mettre en place un séquencement des paquets par une numérotation et ce afin de permettre ainsi la détection des paquets perdus. Ceci est un point primordial dans la reconstitution des données. Mais il faut savoir quand même que la perte d'un paquet n'est pas un gros problème si les paquets ne sont pas perdus en trop grands nombre. Cependant il est très important de savoir quel est le paquet qui a été perdu afin de pouvoir pallier à cette perte. Et ce par le remplacement par un paquet qui se compose d'une synthèse des paquets précédent et suivant.
Identifier le contenu des données pour leurs associer un transport sécurisé.
L'identification de la source c'est à dire l'identification de l'expéditeur du paquet. Dans un multicast l'identité de la source doit être connue et déterminée.
Transporter les applications audio et vidéo dans des trames (avec des dimensions qui sont dépendantes des codecs qui effectuent la numérisation). Ces trames sont incluses dans des paquets afin d'être transportées et doivent de ce fait être récupérées facilement au moment de la phase de dépaquétisation afin que l'application soit décodée correctement.
En revanche, ce n'est pas "la solution" qui permettrait d'obtenir des transmissions temps réel sur IP. En effet, il ne procure pas de :
Réservation de ressources sur le réseau (pas d'action sur le réseau, cf. RSVP);
Fiabilité des échanges (pas de retransmission automatique, pas de régulation automatique du débit);
Garantie dans le délai de livraison (seules les couches de niveau inférieur le peuvent) et dans la continuité du flux temps réel.
6.3.3 - Entête Rtp
L'entête d'un paquet Rtp est obligatoirement constitué de 16 octets. Cette entête précède le "payload" qui représente les données utiles.
6.3.3.1 - V
Ce champ, codé sur 2 bits, permet d'indiquer la version de Rtp. Actuellement, V=2.
6.3.3.2 - P
Ce bit indique, si il est à 1, que les données possèdent une partie de bourrage.
6.3.3.3 - X
Ce bit spécifie, si il est à 1, que l'entête est suivie d'une entête supplémentaire.
6.3.3.4 - CC
Ce champ, codé sur 4 bits, représente le nombre de CSRC qui suit l'entête.
6.3.3.5 - M
Ce bit, lorsqu'il est à 1, définie que l'interprétation de la Marque est par un profil d'application.
6.3.3.6 - PT
Basé sur 7 bits, ce champ identifie le type du payload (audio, vidéo, image, texte, html, etc.).
6.3.3.7 - Numéro de séquence
Ce champ, d'une taille de 2 octets, représente le numéro d'ordre d'émission des paquets. Sa valeur initiale est aléatoire et il s'incrémente de 1 à chaque paquet envoyé, il peut servir à détecter des paquets perdus.
6.3.3.8 - Timestamp
Ce champ horodatage, de 4 octets, représente l'horloge système ou l'horloge d'échantillonnage de l'émetteur. Elle doit être monotone et linéaire pour assurer la synchronisation des flux.
6.3.3.9 - SSRC
Basé sur 4 octets, ce champ identifie de manière unique la source de synchronisation, sa valeur est choisie de manières aléatoire par l'application.
6.3.3.10 - SSRC
Ce champ, sur 4 octets, identifie les sources de contribution. La liste des participants ayant leur contribution (audio, vidéo) aux donnée du paquet.
6.3.4 - Les fonctions de Rtcp
Le protocole Rtcp est fondé sur la transmission périodique de paquets de contrôle à tous les participants d'une session. C'est le protocole Udp (par exemple) qui permet le multiplexage des paquets de données Rtp et des paquets de contrôle Rtcp. Le protocole Rtp utilise le protocole Rtcp, Real-time Transport Control Protocol, qui transporte les informations supplémentaires suivantes pour la gestion de la session :
Les récepteurs utilisent Rtcp pour renvoyer vers les émetteurs un rapport sur la QoS. Ces rapports comprennent le nombre de paquets perdus, le paramètre indiquant la variance d'une distribution (plus communément appelé la gigue : c'est à dire les paquets qui arrivent régulièrement ou irrégulièrement) et le délai aller-retour. Ces informations permettent à la source de s'adapter, par exemple, de modifier le niveau de compression pour maintenir une QoS.
Une synchronisation supplémentaire entre les médias. Les applications multimédias sont souvent transportées par des flots distincts. Par exemple, la voix, l'image ou même des applications numérisées sur plusieurs niveaux hiérarchiques peuvent voir les flots gérées suivre des chemins différents.
L'identification car en effet, les paquets Rtcp contiennent des informations d'adresses, comme l'adresse d'un message électronique, un numéro de téléphone ou le nom d'un participant à une conférence téléphonique.
Le contrôle de la session, car Rtcp permet aux participants d'indiquer leur départ d'une conférence téléphonique (paquet Bye de Rtcp) ou simplement de fournir une indication sur leur comportement.
Le protocole Rtcp demande aux participants de la session d'envoyer périodiquement les informations citées ci-dessus. La périodicité est calculée en fonction du nombre de participants de l'application. On peut dire que les paquets Rtp ne transportent que les données des utilisateurs. Tandis que les paquets Rtcp ne transportent en temps réel, que de la supervision. On peut détailler les paquets de supervision en 5 types:
200 : rapport de l'émetteur
201 : rapport du récepteur
202 : description de la source
203 : au revoir
204 : application spécifique
Ces différents paquets de supervision fournissent aux noeuds du réseau les instructions nécessaires à un meilleur contrôle des applications temps réel.
6.3.5 - Entête Rtcp
Ce protocole défini cinq paquets de contrôle :
200 - SR (Sender Report) : Ce rapport regroupe des statistiques concernant la transmission (pourcentage de perte, nombre cumulé de paquets perdus, variation de délai (gigue), ...Ces rapports sont issus d'émetteurs actifs d'une session.
201 - RR (Receiver Report) : Ensemble de statistiques portant sur la communication entre les participants. Ces rapports sont issus des récepteurs d'une session.
202 - SDES (Source Description) : Carte de visite de la source (nom, e-mail, localisation).
203 - BYE : Message de fin de participation à une session.
204 - APP : Fonctions spécifiques à une application.
Voici l'en-tête commun à tous les paquets Rtcp.
6.3.5.1 - V
Ce champ, codé sur 2 bits, permet d'indiquer la version de Rtp, qui est la même que dans les paquets Rtcp. Actuellement, V=2.
6.3.5.2 - P
Ce bit indique, si il est à 1, que les données possèdent une partie de bourrage.
6.3.5.3 - RC
Ce champ, basé sur 5 bits, indique le nombre de blocs de rapport de réception contenus en ce paquet. Une valeur de zéro est valide.
6.3.5.4 - PT
Ce champ, codé sur 1 octet, est fixé à 200 pour identifier ce datagramme Rtcp comme SR.
6.3.5.5 - Longueur
Ce champ de 2 octets, représente la longueur de ce paquet Rtcp incluant l'entête et le bourrage.
6.3.5.6 - SSRC
Basé sur 4 octets, ce champ, représente l'identification de la source pour le créeateur de ce paquet SR.
6.3.6 - Conclusion
Rtp nécessite le protocole de transport Udp, (en-tête 8 octets), qui fournira les numéros de port source et destination nécessaire à la couche application. Pour l'instant le protocole Rtp se trouve au dessus de Udp, tandis que dans le futur, on aura une indépendance vis à vis des couches réseaux.
En résumant, ces deux protocoles sont adaptés pour la transmission de données temps réel. Cependant, ils fonctionnent en stratégie bout à bout et donc ne peuvent contrôler l'élément principal de la communication : le réseau.
Ces protocoles sont principalement utilisés en visioconférence où les participants sont tour à tour émetteurs ou récepteurs. Pour le transport de la voix, ils permettent une transmission correcte sur des réseaux bien ciblés. C'est-à-dire, des réseaux qui implémentent une qualité de service adaptée. Des réseaux bien dimensionnés (bande passante, déterminisme des couches sous-jacentes, Cos, ...) peuvent aussi se servir de cette solution.
6.4 - H261
Le protocole H.261 est décrit dans la RFC 2032, cette norme décrit le transport d'un flux vidéo sur Rtp. Le format de l'en-tête est le suivant :
SBIT (Start Bit) - Basé sur 3 bits, ce champ représente le nombre de bits de poids forts à ignorer dans le premier octet de données.
EBIT (End Bit) - Basé sur 3 bits, ce champ représente le nombre de bits de poids faible à ignorer dans le dernier octet de données.
I (Intra-frame encoded data flag) - Basé sur 1 bit, ce flag doit être mis à 1 si il contient seulement des intra-frame codé.
V (Motion Vector) - Basé sur 1 bit, ce flag indique si le Motion Vector est utilisé ou pas.
GOBN (GOB number) - Basé sur 4 bits, ce champ code le nombre de GOB actif au début du paquet. Placez à 0 si le paquet commence par un en-tête de GOB.
MBAP (Macroblock Address Predictor) - Basé sur 5 bits, ce champ code le prédicteur d'adresse de Macroblock. Placez à 0 si le paquet commence par un en-tête de GOB.
QUANT (Quantizer) - Basé sur 5 bits, ce champ représente la valeur actif avant le début de ce paquet.
HMVD (Horizontal Motion Vector Data) - Basé sur 5 bits, ce champ doit être à 0 si le flag V est à 0 ou si le paquet commence avec une entête Gob.
VMVD (Vertical Motion Vector Data) - Basé sur 5 bits, ce champ doit être à 0 si le flag V est à 0 ou si le paquet commence avec une entête Gob.
6.5 - Audio
Le transport de la voix sur un réseau IP nécessite au préalable tout ou une partie des étapes suivantes :
Numérisation : dans le cas où les signaux téléphoniques à transmettre sont sous forme analogique, ces derniers doivent d'abord être convertis sous forme numérique suivant le format PCM (Pulse Code Modulation) à 64 Kbps. Si l'interface téléphonique est numérique (accès RNIS, par exemple), cette fonction est omise.
Compression : le signal numérique PCM à 64 Kbps est compressé selon l'un des formats de codec (compression / décompression) (Tableau 3-3) puis inséré dans des paquets IP. La fonction de codec est le plus souvent réalisée par un DSP (Digital Signal Processor). Selon la bande passante à disposition, le signal voix peut également être transporté dans son format originel à 64 Kbps.
Décompression : côté réception, les informations reçues sont décompressées .il est nécessaire pour cela d'utiliser le même codec que pour la compression- puis reconverties dans le format approprié pour le destinataire (analogique, PCM 64Kbps, etc.).
L'objectif d'un codec est d'obtenir une bonne qualité de voix avec un débit et un délai de compression le plus faibles possibles. Le coût du DSP est lié à la complexité du codec utilisé. Le Tableau ci-dessous présente les caractéristiques des principaux codecs standards de l'UIT. Les codecs les plus souvent mis en oeuvre dans les solutions VoIP sont G.711, G.729 et G.723.1.
La qualité d'un codec est mesurée de façon subjective en laboratoire par une population test de personnes. Ces dernières écoutent tout un ensemble de conversations compressées selon les différents codecs à tester et les évaluent qualitativement selon la table suivante :
Tableau : Echelle utilisé pour l'évaluation de la qualité de voix
| Qualité de la parole | Score |
|
|
|
| Excellente | 5 |
| Bonne | 4 |
| Correcte | 3 |
| Pauvre | 2 |
| Insuffisante | 1 |
Sur la base des données numériques des appréciations, une opinion moyenne de la qualité d'écoute (Mean Opinion Score . MOS) est ensuite calculée pour chaque codec. Les résultats obtenus pour les principaux codecs sont résumés dans le tableau ci-dessous :
Tableau : Score MOSdes différents codecs
| Codec VoIP | Débit (Kbps) | Score MOS |
|
|
|
|
| G.711 (PCM) | 64 | 4.1 |
| G.726 | 32 | 3.85 |
| G.729 | 8 | 3.92 |
| G.723.1 | 6.4 | 3.9 |
| G.723.1 | 5.3 | 3.65 |
| GSM | 13 | 3.5 |
| G.729 x2 |
| 3.27 |
| G.729 x3 |
| 2.68 |
| G.729 x GSM |
| 3.17 |
Deux observations principales peuvent être tirées du Tableau 3-5 :
La qualité de la voix obtenue par les codecs G.729 et G.723.1 (à 6.4Kbps) est très proche de celle du service téléphonique actuel, et ce pour des débits entre 8 et 10 fois inférieurs. Ces deux codecs présentent une meilleure qualité que celle des réseaux téléphoniques cellulaires (GSM).
Le cumul, dans une même communication, d'opérations de compression/décompression conduit à une rapide dégradation de la qualité. Les solutions mises en oeuvre doivent éviter des configurations en tandem dans lesquelles un PBX reçoit un appel d'un poste distant à travers une liaison VoIP et le redirige vers une autre liaison semblable.
Offrant une qualité de voix très proche, les codecs G.729 et G.723.1 se distinguent essentiellement par la bande passante qu'ils requièrent et par le retard que chacun introduit dans la transmission. Le choix d'un équipement implémentant l'un ou l'autre de ces codecs devra donc être fait selon la situation, en fonction notamment de la bande passante à disposition et du retard cumulé maximum estimé pour chaque liaison (selon les standards de l'UIT, le retard aller (« one-way delay ») devrait être inférieur à 150 ms). Le facteur du jitter est primordiale pour une bonne écoute de la Voip.
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