La téléphonie sur IP Tristan Debeaupuis 2 septembre 1997 Le nombre de solutions permettant de mettre en place une liaison téléphonique sur IP augmente très rapidement. Panorama des offres, des performances, des protocoles utilisés, des aspects liés à la sécurité, des perspectives. Les expérimentations réalisées au sein du cabinet HSC seront présentées, ainsi que les leçons à en tirer pour la mise en place d'un service de téléphonie pour un ensemble d'utilisateurs. Mots clés : Internet, téléphone, téléphonie sur Internet, VoIP, H.323, H.324, MIC. 1. Introduction Un son n'est qu'une onde. Pour la convertir en signal numérique, il faut capturer certains points de cette onde que l'on appelle échantillons. Les échantillons rendent compte du mouvement de l'onde. Plus il y a de points, plus la retranscription est fidèle. On appelle cette technique échantillonnage. Le taux d'échantillonnage s'évalue en kilohertz. Le téléphone classique est échantillonné à 8 kHz, soit 8.000 échantillons par seconde. D'après le théorème de Nyquist, on considère qu'un bon échantillonnage doit être au moins le double de la fréquence la plus élevée du signal à échantillonner. Notre cerveau ne perçoit par les signaux au-delà de 22 kHz. C'est pour cette raison qu'il a été choisi 44 kHz pour la fréquence d'échantillonnage des disques laser audio. A un niveau moindre, les fréquences les plus hautes (les sons les plus aigus) tendent à être étouffés, tandis que du bruit apparaît dans les fréquences les plus basses. Il existe un autre paramètre qui caractérise la qualité de l'échantillonnage, c'est la résolution, ou le nombre de bits utilisés par chaque échantillon. A cela s'ajoute la possibilité d'enregistrer en mono ou en stéréo. Pour reprendre l'exemple du CD-audio, il est utilisé 16 bits pour coder l'information sonore. Les volumes nécessaires à une transcription numérique de qualité d'un signal sonore rendent son stockage possible sur un CD, mais son transport difficile sur Internet. On utilise la compression pour diminuer le nombre de bits nécessaires à la qualification de l'information. Nous traiterons dans ce document le téléphone sur IP d'utilisateur à utilisateur (IP vers IP), le fax sur IP et les interconnexions entre les réseaux téléphoniques classique et l'Internet en abordant la normalisation, les sociétés sur le marché et les produits disponibles. 2. La voix sur IP (Voice over IP) Les points clés de la téléphonie sur Internet sont : · l'interopérabilité : adoption d'un même ensemble de protocoles communs implémentés de manière analogue, interconnexion avec d'autres types de réseaux · la qualité de service, · la simplicité, · l'espace d'adressage (numérotation) et les annuaires. · les législations et les attaques de certains d'opérateurs téléphoniques. Le développement de la téléphonie a commencé par une recherche de standards. 2.1. H.323 2.1.1. Introduction à H.323 Le standard H.323 fournit depuis son approbation en 1996, un cadre pour les communications audio, vidéo et de données sur les réseaux IP. Il a été développé par l'ITU (International Telecommunications Union) pour les réseaux ne garantissant pas une qualité de service (QoS) : IP et IPX sur Ethernet, Fast Ethernet et Token Ring. Adopté par Cisco, IBM, Intel, Microsoft, Netscape, etc, et déjà présent dans plus de 30 produits, il concerne le contrôle des appels, la gestion du multimédia, la gestion de la bande passante pour les conférences point-à-point et multipoints. H.323 traite également de l'interfaçage entre le LAN et les autres réseaux. H.323 fait partie de la série H.32x qui traite de la vidéoconférence au travers différents réseaux. Elle inclue H.320 et H.324 liés aux réseaux ISDN (Integrated Service Data Network) et PSTN (Public Switched Telephone Network). 2.1.2. Les points clés du standard H.323 H.323 est prévu pour les LAN (connexion de terminal à terminal avec une bande passante importante) et pour l'Internet (bande passante faible, délais). Il est la base du groupement IMTC (International Multimedia Teleconfering Consortium) "VoIP Internet Telephony" Voice On IP Internet Telephony. Le trafic sur le LAN peut être géré et contrôlé. 2.1.3. Histoire de H.323 · Mai 1995 : début des travaux sur H.323, · Juin 1996 - décidé par l'ITU-T, · Janvier 1998 - approbation de l'ITU-T prévue pour la version 2 (ajout de fonctions). L'ITU apprend à fonctionner à la vitesse de l'Internet. 2.1.4. Les éléments définis H.323 définit plusieurs éléments de réseaux : les terminaux (terminals), les gardes-barrières (gatekeepers) et les passerelles (Gateways H.323 vers H.320/H.324/téléphones classiques) et les contrôleurs multipoints (MCUs - MC, Multipoint Controller, MP - Multipoint Processor). Il existe deux types de terminaux H.323, l'un de haute qualité (pour une utilisation sur LAN), l'autre optimisée pour les bandes passantes faibles (28.8/33.6 kbit/s - G.723.1 et H.263). Les capacités multipoints sont contenues dans les terminaux pour des conférences à plusieurs et le multicast (multi-unicast) permet à 3 ou 4 personnes de dialoguer directement, sans tiers centralisateur. Les gardes-barrières ont pour rôle de réaliser la traduction d'adresse et la gestion des autorisations. La traduction d'adresse n'est pas une translation d'adresse IP classique, mais l'association entre un alias H.323 (identifiant H.323 de l'utilisateur) et une adresse IP issu du référencement du terminal. Les adresses du type "email" sont possibles (Tristan.Debeaupuis@hsc.fr), ainsi que les adresses du type "numéro de téléphone" (33141409700 ou 192.70.106.33). La gestion des autorisations 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 garde-barrières permettent également de gérer les passerelles H.320, H.324, les téléphones classiques, la signalisation d'appel qui permet de router les appels afin d'offrir des services supplémentaires ou de permettre des fonctionnalités de contrôleur multi-point (MC). Les gardes-barrières permettent également la gestion des appels, la journalisation et la génération d'états (reporting). Les passerelles H.323 assurent l'interconnexion avec les autres réseaux (H.320, H.324, téléphones classiques, ...). Ils assurent la correspondance de signalisation de Q.931 vers H.225.0, la correspondance des signaux de contrôle (H.242/H.243 vers H.245) et la cohésion entre les médias (multiplexage, correspondance des débits, transcodage audio, conversion T.123). Le multipoint est géré par les Multipoint Controller (MC) et les Multipoint Processor (MP). Les MC Architecture Architecture Les différents protocoles utilisés dans H.323 sont : · H.323 : System Document · H.225.0 : signalisation d'appel, empaquetage, enregistrement au garde-barrière, admission et état · H.245 : contrôle (également utilisé dans H.324 et H.310) · T.120 : contrôle des données et des conférences, · RTP : Real-time Transport Protocol (IETF) · RTCP : Real-time Transport Control Protocol (IETF) 2.1.5. G.711 Cette recommandation concerne l'échantillonnage et les lois de compression à employer pour la modulation par impulsion et codage (MIC) des fréquences vocales. La bande téléphonique étant limitée à fmax = 3400 Hz, la fréquence d'échantillonnage sera fixé à 8 000 Hz ce qui donne environ Fe = 2,35 fmax (application du théorème de Shannon). Dans le transport d'une information numérique, la quantification n'est plus sensible aux perturbations qui gênaient la transmission analogique. L'écart entre la valeur de quantification et la valeur exacte se traduit par un bruit de quantification. Pour une meilleure qualité, il faut définir le rapport signal/bruit. Le rapport signal/bruit est une fonction linéaire du signal d'entrée jusqu'à saturation dans les niveaux forts. Or, il s'avère qu'une telle fonction pénalise les signaux faibles. Plus le signal est faible, donc proche du niveau de bruit, plus le rapport signal/bruit est mauvais. On peut arriver à un rapport de 15 dB pour les faibles signaux, ce qui est franchement mauvais : L'échelle des valeurs en fonction du rapport signal/bruit nous donne : · 50 dB = Excellent · 40 dB = Très Bon · 30 dB = Bon · 20 dB = Moyen · 10 dB = Inexploitable Pour améliorer la valeur du rapport signal/bruit, il faut soit rajouter des éléments binaires, soit diminuer la taille des échelons lorsque le signal est faible. Pour cela, on a recourt à la compression. Les lois de compression sont toutes logarithmiques mais on considère que pour les échelons les plus faibles, la loi est linéaire. On a donc une loi linéaire jusqu'à une certaine valeur, puis une loi logarithmique. Le taux de compression est la valeur de la pente de l'approximation linéaire. Il existe plusieurs méthodes pour calculer cette valeur. La loi µ et la loi A. Ensuite, on effectue une compression numérique définie par la norme, c'est-à-dire que l'on supprime tous les bits inutiles afin d'obtenir un mot de huit bits. On va trouver 32 échelons sur la loi linéaire que l'on va comprimer en 16 échelons pour obtenir la loi A. Cela est réalisé en laissant tomber le bit de poids 1 qui permettrait de reconnaître deux échelons consécutifs l'un de l'autre. Il y aura donc la correspondance suivante : à 2 échelles de la loi linéaire à 12 bits correspondra 1 échelon de la loi logarithmique à 8 bits. Pour le segment de droite suivant, on fera correspondre 4 échelons de la loi linéaire à 12 bits à l'échelon de la loi A, en négligeant les bits de poids 1 et 2. ainsi de suite... L'information est ensuite codée suivant des tables définies dans la norme et peut être transportée. 2.1.6. Une connexion sur IP La connexion s'effectue sur l'initiative du client. Il contacte le serveur en TCP ou UDP. Le serveur contacte alors en TCP ou en UDP le client sur des ports non privilégiés. Ouverture d'une session (1) Ouverture d'une session (2) Au niveau sécurité TCP/IP, il est donc nécessaire d'ouvrir un flux vers des ports non privilégiés depuis l'extérieur vers les machines internes, ce qui peut corrompre la sécurité du réseau interne. Par exemple, un serveur de base de données ou un autre applicatif peut fonctionner sur ces ports. Si l'on veut mettre en place un filtrage IP, il faut qu'il soit dynamique, c'est-à-dire qu'il détermine, d'après les informations contenues dans la première connexion du client vers le serveur, sur quels ports se mettent d'accord le client et le serveur pour lancer la connexion du serveur vers le client. La société Cisco a présenté avant l'été une version de PIX qui permettait cette détection, permettant ainsi de limiter les risques. 2.1.7. Futur De nombreux travaux sont en cours concernant d'une part l'implémentation des standards et la vérification de la bonne interopérabilité entre les produits d'une part et la rédaction des évolutions des standards d'autre part. On notera notamment : · H.323 : rédaction d'un guide d'implémentation, développement de la version 2 avec de nouveaux services, · H.323/H.225.0 Version 2 : Rédaction de la version 2 avec intégration des travaux de l'IETF sur l'empaquetage vidéo (Annexe E) et l'empaquetage audio (annexe F), amélioration de la description des procédures, procédures d'enregistrement sur une passerelle, authentification et sécurité, mise en cascade de plusieurs MC et transfert entre MC, relations avec T.120 et T.130, gestion de des ré-essais et des timeouts. · H.245 : version 3, supportera H.323 version 2 · H.235 ("H.Securisé") : Chiffrement pour les réseaux IP, authentification, échange de clés RSA et DSS, procédures de signalisation. · H.246 ("H.Interworking") : interconnexion entre H.323, H.320, H.324, H.310, téléphones classiques. Le but initial était uniquement H.323 vers H.320 et H.323 vers H.324 · H.332 ("H.Loose Multipoint") : conférences multipoints élargies avec potentiellement des centaines de participants avec des procédures permettant des actions d'un vers plusieurs (tableau blanc) · H.MediaMIB : définition d'une Management Information Database (MIB) pour les entités H.323 (terminaux, garde-barrières, passerelles et MCUs) et les entités de la série H. La coordination avec les travaux de l'IETF semble acquise pour cette partie. Les travaux IETF : · PINT, · RTP compressé : il permet une réduction des entêtes RTP/UDP/IP d'un facteur 20. · QoS enhanced PPP : des extensions à PPP permettant la qualité de service dans PPP avec les extensions ML-PPP et les mécanismes de séparation voix/données. Tous ces travaux doivent se terminer fin 1997. 2.2. La qualité de service, La qualité de service est un point clé dans le développement de la téléphonie et des services temps réel sur Internet. Les travaux concernent notamment la qualité de service sur PPP. 2.3. La simplicité La simplicité d'utilisation n'est pas encore satisfaisante. On trouve beaucoup d'interfaces différentes. Parfois, l'installation des logiciels n'est pas aisée. Il semble que les fournisseurs logiciels ont compris cela et les développements futurs vont dans ce sens, sachant que plus le logiciel sera simple d'emploi, plus le public visé sera important, plus les bénéfices seront importants. 2.4. L'espace d'adressage et les annuaires L'espace d'adressage (numérotation) et les annuaires restent un domaine d'investigation. Pour le moment, les annuaires envisagés sont basés sur le Web. 3. Le fax sur IP (Fax over IP) On connaissait les "local deliver agents" du Sendmail de Berkeley permettant d'interfacer le MTA avec un modem/fax. Ceci permettait de bénéficier de la gratuité des communications locales aux Etats-Unis et donc d'envoyer un fax gratuitement grâce aux dévouement de nombreux administrateurs systèmes. Ces passerelles Email-fax ont tout de même des limitations. Elle ne permettent que d'envoyer des fax depuis Internet vers les réseaux téléphoniques. Il n'est pas possible de recevoir un fax dans sa boite aux lettres électronique issu d'un fax. Il n'était pas non plus possible d'établir une communication de fax à fax par Internet. Ces limitations font l'objet de nombreux développements aujourd'hui qui se focalisent sur la gestion temps réel de l'envoi de fax et le support des différents protocoles de fax. 4. téléphoniques Interconnexion des réseaux téléphoniques IP avec les opérateurs Les premières connexions téléphoniques au travers d'Internet ont rassemblées par certains côtés au début du radio-amateurisme : le but est de réaliser une liaison d'un point A vers un point B tels que les points A et B soient les plus éloignés possibles. Petit à petit, on voit apparaître de véritables solutions professionnelles répondant à d'autres besoins. De la liaison de PC vers PC, on voit apparaître des solutions d'interconnexion de PC sur Internet vers un poste téléphonique standard dans une entreprise. Certains fournisseurs de services IP proposent également le transport de la voix sur leurs liaisons. On voit apparaître un nouveau métier : l'ITSP (Internet Telephone Service Provider). Même si H.323 fournit des protocoles pour interconnecter les réseaux publics avec les réseaux IP, au travers des passerelles, il a été créé un groupe de travail sur ce sujet à l'IETF dont l'un des présidents du groupe est Steve Bellovin (smb@research.att.com) : PINT (PSTN and Internet Interfaces - Public Switched Telephone Network and Internet Interfaces). Ce groupe de travail se penche sur les protocoles des applications Internet qui cherchent à utiliser des fonctionnalités avancées des réseaux PSTN. Un exemple de ce type de fonctionnalité est un service de Pages Jaunes sur un Web qui permet d'établir un appel PSTN entre des clients et des fournisseurs. Le groupe de travail a six objectifs principaux : · Etudier l'architecture et les protocoles nécessaires pour supporter des services permettant aux utilisateurs de l'Internet d'initier des appels vers les réseaux PSTN vers un terminal PSTN (téléphone classique, fax, etc). Les premiers services envisagés sont : Click-to-Dial, Click-to-Fax, Click-to-Fax-Back et l'accès à des boîtes aux lettres PSTN au travers du Web. · produire un RFC informationnel qui décrit les pratiques courantes pour supporter ces services, · A partir de ces pratiques, définir un protocol, SSTP (Service Support Transfert Protocol) entre les applications ou serveurs sur Internet et les équipements sur les réseaux PSTN qui supporteront la fonction de contrôle de service. · Etudier les problèmes de sécurité associés, · Développer une MIB associée, · Elargir le protocole à plus de services basés sur les PSTN intelligents. La première réunion a eu lieu au mois d'août 1997, le premier brouillon de RFC informationel et celui sur SSTP est prévu pour octobre 1997. La MIB est prévue pour mai 1998. 5. Les législations En 1996, un groupement d'opérateurs téléphoniques américains (l'ACTA America's Carriers Telecommunication Association) a déposé une plainte à la FCC (organisme de régulation de télécommunication des Etats-Unis) contre les fournisseurs de cartes et logiciels de communication téléphoniques sur Internet. Cette plainte a entraîné une forte réaction de la communauté Internet et de nombreuses pétitions ont été signées. La FCC a tranché en faveur de la téléphonie sur IP. Du côté de l'OCDE, Jurgen Spaandermann, rapporteur à l'OCDE a présenté à la VON'97 Spring conference les statistiques suivantes : · En janvier 1997, il y avait 19 pays dans lesquels le transport de la voix était un monopole et 10 pays dans lesquels il y avait compétition. · En janvier 1998, il y aura 10 pays dans lesquels le transport de la voix sera un monopole et 19 pays dans lesquels il y aura compétition. L'OCDE se positionne clairement en faveur de l'ouverture à la concurrence pour tout type de transport (longue distance, inter- urbain et boucle locale). Selon les chiffres OCDE, en moyenne 9,5 pourcent des revenus des opérateurs publics proviennent de l'international. L'OCDE considère que la téléphonie sur Internet va dans le sens de l'ouverture à la concurrence. L'OCDE a également étudier les freins ou catalyseurs potentiels dans les différents pays : · Nombre de host/habitant (classement du meilleur pays vers le pays le moins doté). La France se place 19/29 · Prix du domaine dans l'OCDE : (classement du plus cher vers le moins cher) : France 4/29 (environ 150 dollars) (très mauvaise place, après l'Islande 320 dollars, l'Allemagne à 300 dollars et l'Irlande à 160 dollars). Prix en dollars sans les taxes et comprenant (l'ouverture du domaine et 3 ans de cotisation) / 3 ans. · Règlementations spécifiques. Dans certains pays, le transport de la voix par Internet est très réglementée. Au Japon, jusqu'au 30 août 1997, ce service n'était pas libre. L'OCDE a publié une statistique du nombre de pays ou ce service était libre. Le téléphone à téléphone par Internet et le PC à téléphone et inversement (activité commerciale ou gratuite) est libre dans 70 pourcent des pays et réservé aux opérateurs dans 30 pourcent des pays. 6. Les acteurs et produits du marché 6.1. Vocaltec Vocaltec est une société israélienne qui développe et distribue des logiciels de VoIP pour PC, des passerelles et des systèmes de facturation et de suivi du réseau. Son produit le plus connu est Iphone (Internet Phone) qui fonctionne sur PC et permet de faire de la VoIP. 6.2. Microsoft Microsoft a développé NetMeeting qui connaît déjà 2 versions. Une version 3 est prévue pour l'année prochaine. NetMeeting 1.0 (1996) : · T.120 multipoint · partage d'applicatifs, · audio propriétaire, · Windows95 · Par interopérable ! NetMeeting 2.0 (1997) : · H.323 pour l'audio et la vidéo, · Kits de développement pour l'audio et la vidéo, · LDAP V2 avec extensions dynamiques, · Win95 / NT. Dans le NetMeeting 3.0 (1998), il est prévu le H.323 multipoint pour l'audio et la vidéo, LDAP V3, RSVP/RTP compressé / MLPPP-x, Multicast, l'intégration au butineur. 6.3. Netscape Netscape a développé CoolTalk avec Navigator 3.0. http://home.netscape.com/comprod/products/navigator/version3.0/commu nication/cooltalk/index.html CoolTalk utilise la norme de compression GSM. Elle se base sur une série d'échantillons de 20 millisecondes codés sur 250 bits. L'algorithme utilise alors un système prédictif pour analyser les redondances entre les échantillons déjà transmis afin de prévoir les échantillons futurs. CoolTalk est disponible sur PC/Windows, Unix (Solaris, HPUX, pas Linux). 6.4. Alcatel Alcatel n'a pas encore fait d'annonce dans ce domaine. 6.5. ATT ATT a développé un logiciel de téléphonie en interne, Peho. Suite à la dérèglementation au Japon, ATT vient de lancer un service commercial d'interconnexion au travers d'Internet. Pour le moment, les liaisons peuvent être entre Osaka et Tokyo et de Tokyo vers l'internationnal. Cette offre s'accompagne de terminaux téléphoniques pour Internet dont le prix avoisine les 5000 francs. Il permet à un usager japonais de téléphoner à l'étranger depuis son téléphone classique vers un autre téléphone classique au travers d'Internet. Internet est interconnecté avec les réseaux téléphoniques publics dans plusieurs pays. 6.6. Micom V/IP Phone Fax IP Gateway Leur produit permet d'interconnecter deux réseaux téléphoniques au travers de liens IP. Il fonctionne avec · Un PABX, · Un KTS (Key Telephone System), · Un système Centrex. 6.7. DataBeam DataBeam développe et commercialise des applications de téléconférence avec partage de document pour les utilisateurs et fourni des kits de développement sous licence pour des développeurs désirant utiliser H.323. Cette société, fondée en 1983 et basée à Lexington, Ky. est à capitaux privés. 6.8. ViaDSP ViaDSP propose des solutions complètes de 500 dollars à 1,500 dollars par port. Une E1 a 30 ports, coûte par exemple entre 15 dollars et 45000 dollars. 6.8.1. Produits : PacketTel PacketTel 1000 Gateway est un système d'interconnexion de PABX par IP compatible avec VoIP Forum IA 1.0. PacketTel 1000 peut avoir jusqu'à 96 ports. Il possède une carte Ethernet et des sorties T1/E1 et des sorties analogiques (PSTN). Il supporte G.723.1, G.729a, la suppression hybride d'écho, la suppression des silences. 7. Expérience utilisateur Une grosse société française basée dans le centre de la France économise 4 heures de téléphone par jour avec le sud-est asiatique. La typologie des utilisateurs peut se résumer à la suivante : · appels de parents géographiquement éloignés (sans statistique), · l'utilisation professionnelle (sans statistique), · inter-amateurisme (radio-amateurisme sur Internet) (20 pourcent) · sexe (80 pourcent). 8. Conclusion La téléphonie sur Internet se développe rapidement pour plusieurs raisons : Il y a de l'argent a gagner et tout va toujours très vite sur Internet (sauf certaines liaisons). Les responsables marketing ont prévu 16 millions d'utilisateurs dont 60 pourcent pour une utilisation professionnelle en 1999 alors qu'il n'y avait que 2 millions d'utilisateurs du téléphone sur Internet en 1996 dont 10 pourcent pour une utilisation professionnelle. 9. Glossaire · PSTN : Public Switched Telephone Network, · ISDN : Integrated Service Data Network, · ML-PPP Multi-Link Point to Point protocol permet de combiner deux canaux B ISDN pour obtenir un débit de 128 kbit/s. · VON : Voice On the Net 10. Références · Spring '97 VON Conference Slides · "H.324: Second Generation Multimedia Conferencing for Circuit Switched Networks", by David Lindbergh, Chair, ITU-T H.324 Systems Experts Group, PictureTel, presented at ITCA 1997. http://standards.pictel.com/reference/9706itcah324/default.htm · Summary Of ITU-T Speech / Audio Codecs Used In The ITU-T Videoconferencing Standards, by A. Crossman, PictureTel http://standards.pictel.com/reference/summaryitucodecs.htm · G.711 : http://www.artemis.jussieu.fr/dess/son/g711.htm · Une page sur les standards chez PictureTel · une page de pointeurs divers (très complet) : http://rpcp.mit.edu/ itel/resource.html · Comment interconnecter soi-même son PABX avec Internet ou comment réaliser un PABX Internet : http://www.phonezone.com/ip-phone.htm · Petition ACTA : http://www.pulver.com/von/vonyes/actapet.htm · OCDE : http://www.oecd.org/dsti/stiict.html Auteur : Tristan Debeaupuis - Hervé Schauer Consultants (www.hsc.fr)