1 Prezentare generală

Telefonia prin Internet definită ca şi comunicaţia prin voce în timp real prin reţeaua cu comutaţie de pachete nu mai este de mult o noutate. Această tehnologie datează încă de pe vremea zilelor de început ale Internetului. Proiectul “Network Secure Communications” al agenţiei ARPA (“Advanced Research Projects Agency”) implementa o infrastructură pentru comunicarea prin voce în timp real încă din decembrie 1973. Protocolul ce stă la baza implementării, “Network Voice Protocol”,  avea ca scop principal să demonstreze că este posibilă o convorbire între doua persoane prin voce în timp real, de bună calitate, sigură şi cu o bandă folosită mică. Concluzia proiectului a fost că transmisia împachetată a vocii prezintă avantaje economice şi poate fi realizată [16]. 

Totuşi au fost necesari aproape 20 de ani pentru ca această formă de transmisie să fie apreciată de publicul larg. Echipamentele specializate folosite atunci nu mai sunt necesare: un calculator personal are în mod obişnuit o placă de sunet, un microfon, boxe. Pe lângă acestea mai este nevoie şi de un software proiectat pentru transmisia şi recepţia vocii prin reţea care acum se găseşte foarte uşor. Având în vedere răspândirea calculatoarelor şi a conexiunilor la o reţea de date pe scară mondială, telefonia peste reţelele de pachete este posibilă pentru un număr foarte mare de utilizatori.    

La prima vedere transmisia vocii prin reţelele de date pare o idee proastă. Deja există o reţea telefonică ce se bazează pe comutarea de circuite şi care se extinde peste cele şapte continente şi formează cea mai mare reţea construită vreodată de om. În plus reţele de date sunt şi nepotrivite pentru transmisia vocii. Aceasta este o aplicaţie în timp real şi necesită privilegii speciale din partea reţelei deoarece în prezent cele mai multe reţele nu asigură servicii de timp real. Totuşi VoIP a găsit clienţi deoarece propunea la momentul apariţiei tarife ce nu se comparau cu cele practicate de furnizorii de telefonie clasică pentru apelurile la distanţă.  

Popularitatea apelurilor aproape gratuite la distanţă a dovedit că şi calitatea proastă este satisfăcătoare dacă preţul este convenabil. Astfel motto-ul “într-o piaţă competitivă şi dezvoltată trei lucruri sunt importante: preţul, preţul şi preţul” se adevereşte încă o dată.

În viitor tarifele pentru apelurile la distanţă se vor micşora nu din cauza VoIP, ci din cauza competiţiei din ce în ce mai acerbe între furnizorii de servicii. Avantajul din punctul de vedere al tarifelor se va diminua, dar experţii afirmă că această tehnologie are un viitor strălucitor. Datorită multiplexărilor statistice şi metodelor avansate de compresie, VoIP va fi prezenta în continuare tarife mai mici decât transmisia vocii prin reţelele bazate pe comutarea circuitelor. Alt avantaj ce impune această tehnologie pe piaţă îl reprezintă suportul pentru conferinţe ce permite realizarea unor conversaţii între mai multe persoane într-un mod simplu şi eficient.

Din punctul de vedere al utilizatorului, principalul avantaj al telefoniei prin Internet îl reprezintă schema de tarifare. Aici spre deosebire de telefonia clasică nu se ţine cont de distanţa dintre apelat şi apelant, astfel pentru distanţe medii şi mari telefonia prin Internet este mai rentabilă decât cea tradiţională. Dar pe lângă preţurile mai reduse, calitatea convorbirii trebuie să fie cel puţin la aceeaşi nivel cu cea oferită de telefonia clasică şi în plus să se asigure şi alte serviciile speciale. 

Transmisia vocii şi a datelor pe reţeaua cu comutaţie de pachete reprezintă o folosire mai eficientă a reţelei decât  în cazul telefoniei tradiţionale unde o parte din resursele reţelei se pune la dispoziţia utilizatorului pe tot parcursul convorbirii chiar dacă acesta vorbeşte sau nu. 

Telefonia clasică oferă astăzi pe lângă convorbiri de calitate înaltă şi servicii în plus cum ar fi convorbiri la numere speciale pentru care nu se taxează, transmiterea la alte adrese a apelurilor primite, restricţionarea unor apeluri, apeluri cu taxă inversă şi altele. O parte din aceste servicii ar trebui suportate şi de telefonia prin Internet pentru a putea concura cu adevărat cu telefonia clasică.

Utilizatorii de telefonie prin Internet pot profita şi de natura software a acesteia.  Soluţiile software pot fi uşor extinse şi integrate cu alte servicii şi aplicaţii cum ar fi “whiteboard”, calendar electronic sau internet propriu-zis. Dezvoltarea de servicii noi necesită mult mai puţine investiţii în timp şi bani decât dezvoltarea de servicii pentru reţeaua cu comutaţie de circuite.

O aplicaţie pentru telefonia prin Internet poate fi transmisia în timp real al facsimilelor. Calitatea transmisiilor faxurilor sunt în mod tipic afectate de întârzierile din reţea, compatibilitatea maşinilor şi calitatea semnalului analogic. Pentru a trimite faxuri prin o reţea cu comutaţie de pachete, o interfaţă trebuie să formeze pachete din datele ce trebuiesc trimise, să se ocupe de conversia protocoalelor de semnalizare şi control şi să asigure livrarea completă a datelor scanate în ordinea corectă. Pentru această aplicaţie este şi mai critic fenomenul de pierdere a pachetelor decât pentru aplicaţiile de voce.

Multe alte aplicaţii pot implementa VoIP. De exemplu, mesajele sonore pot fi pregătite utilizând un telefon şi apoi livrate unei căsuţe poştale ce poate conţine şi voce şi date folosind Internetul sau serviciile intranet. Documentele ce conţin note audio, fişierele multimedia, etc. pot uşor ajunge standarde în aplicaţiile tip “Office” în viitorul apropriat.

Principalele justificări pentru dezvoltarea VoIP pot fi concentrate după cum urmează:

• Preţ redus. Cum s-a menţionat mai sus, sunt avantaje reale pentru convorbiri pe distanţe mari, lucru de mare importanţă pentru companiile ce au legături cu alte ţări.

• Simplificare. O reţea voce/date permite standardizarea mai uşoară şi reduce necesarul de echipament.

• Aplicaţii avansate. Beneficiile pe termen lung ale VoIP includ şi suportul pentru aplicaţiile multimedia şi cu multiple întrebuinţări, cu care sistemul telefonic actual nu poate concura.

Creşterea pieţei VoIP a fost spectaculoasă în ultimii ani şi se crede că această tendinţă va continua. Totuşi, exista numeroase aspecte ce trebuiesc îmbunătăţite de către dezvoltatorii de echipamente VoIP cum ar fi calitatea vocii, întârzierea şi pierderea pachetelor dar şi controlul apelurilor şi managementul sistemelor [13].

Pentru interconectarea cu celelalte reţele de telefonie este folosit un “gateway” care în română poate fi tradus ca “convertor de interconectare” sau mai simplu poartă. În continuare am păstrat denumirea de “gateway”. Aici este locul unde semnalul de voce este pachetizat sau unde pachetele de voce sunt transformate în semnal de voce. În cazul unui apel telefon clasic – telefon clasic  prin reţeaua IP, un “gateway” este un server la care utilizatorul sună aşa cum ar suna la server-ul unui furnizor de Internet de la modemul calculatorului. Server-ul îi va cere utilizatorului să introducă informaţiile privitoare la contul folosit şi numărul la care va suna, apoi va pachetiza semnalul vocal, fiecare pachet având în antet informaţiile necesare care să-l trimită spre un alt “gateway” unde procesul va fi inversat şi apelul va fi trimis spre un telefon obişnuit. Pe de altă parte ultimul “gateway” care este localizat cât mai aproape de centrala apelatului, formează numărul telefonului apelat şi când conexiunea a fost stabilită, începe să trimită semnalul de voce al apelantului într-un sens şi în celălalt sens vocea pachetizată a apelatului.

“Gateway-urile” permit ca apelurile de lungă distanţă sau cele internaţionale să “pară” sistemelor de taxare ale operatorilor PSTN ca şi cum ar fi apeluri locale. Nu toate server-ele iniţiale trimit apelurile PSTN spre Internet şi nu toate server-ele finale primesc apeluri din Internet. “Gateway-urile” pot fi conectate la orice fel de reţea IP, şi în cazul furnizorilor de telefonie IP comerciali acea reţea nu este Internetul public.

Mulţi furnizori, totuşi, Internetul public este folosit pentru o parte sau pentru tot procesul de rutare a pachetelor de voce şi aceasta are implicaţii în calitatea apelului. Odată intrate pe Internet, pachetele sunt tratate la fel cu celelalte pachete indiferent dacă conţin text, grafice sau video. Atunci când ajung la “gateway-ul” final pachetele sunt procesate şi trimise spre reţeaua PSTN.

Operatorii de “gateway-uri” preferă să plaseze echipamentele în marile centre metropolitane, unde pot fi contactaţi cei mai mulţi abonaţi PSTN printr-un apel telefonic local. Dacă un server trebuie să folosească un apel de distanţă mare pentru a stabili apelul telefonic, avantajele economice reale se pierd. Operatorii de “gateway-uri” finale trebuie să plătească pentru liniile de acces în reţeaua PSTN, care sunt în general aceleaşi linii cu cele administrate de furnizorii de Internet, astfel încât utilizatorii să se poată conecta prin conexiuni “dial-up” la ambele servicii.

Utilizatorii de telefonie IP care sunt conectaţi în permanenţă la o reţea locală nu apelează la un “gateway”, cel puţin nu în prima fază. În schimb reţeaua lor este conectată mereu la unul sau mai multe echipamente de acest tip. În reţelele de telefonie IP ce ţin de o companie sau de un grup restrâns apelurile ar putea să nu treacă niciodată printr-un “gateway”.               

Scenariile de folosire a telefoniei prin reţelele de pachete sunt clasificate după tipul terminalelor ce se află la capetele unui apel. Deoarece la fiecare capăt al “firului” poate fi un telefon obişnuit sau un terminal de date, există patru clase generale. În clasificarea ce va urma abrevierea PC se referă la orice terminal de date capabil să transmită voce prin reţea (calculatoare personale, telefoane IP, etc.). Scenariile sunt:

• Terminalul apelantului: PC, terminalul apelatului: PC. Acestă situaţie este atractivă pentru utilizatorii privaţi care au deja o conexiune la Internet şi un calculator capabil să înregistreze şi să redea voce. Pachetul software necesar este gratis. Acest scenariu pur IP va beneficia de avantajele integrării serviciului de telefonie cu alte servicii Internet, ca WWW, mesagerie instantanee, e-mail, etc. . Pentru apelant costul convorbirii îl reprezintă costul conectării la Internet, costul achiziţionării pachetului software care deobicei este zero, plus costurile aferente deţinerii şi întreţinerii hardware-lui necesar.

• Terminalul apelantului: PC, terminalul apelatului: telefon legat la una din reţelele  non-ISDN, ISDN, GSM, …. Acest scenariu reprezintă o extensie a scenariului precedent în care cei care folosesc un PC ca telefon pot vorbi şi cu utilizatorii reţelei PSTN.  Este folosit un “gateway” ce converteşte apelul prin Internet într-un apel PSTN. Acest gateway trebuie să fie cât mai aproape de reşedinţa apelatului pentru ca să se minimizeze costurile conexiunii gateway-apelant. Acest scenariu este comercializat de operatorii de gateway-uri. Pentru apelant costurile iniţierii convorbirii şi menţinerii acesteia sunt suma costului accesului la Internet, a costului deţinerii software-lui care este de obicei zero, a costului cerut de operatorul gateway-ului folosit ce depinde în mare măsură de costul conexiunii gateway-utilizator apelat şi a costului deţineri şi întreţineri hardware-lui necesar.

• Terminalul apelantului: telefon ( non-ISDN, ISDN, GSM), terminalul apelatului: telefon ( non-ISDN, ISDN, GSM). Aceast scenariu este atractiv pentru utilizatorii care vor să economisească bani în cazul convorbirilor la mare distanţă şi nu au sau nu doresc să folosească un PC. De exemplu, utilizatori de telefoane mobile preferă să poarte doar aparatul propiu-zis fără alte aparate în plus. Apelul trebuie să treacă prin două gateway-uri: PSTN-Internet şi Internet-PSTN. Această soluţie este comercializată de operatorii de gateway-uri. Costurile se compun din tarifele percepute de cele două gateway-uri (tariful perceput de gateway-ul de destinaţie este proporţional cu costul conexiunii gateway-utilizator apelat) şi din costul conexiunii utilizator apelant-gateway local.

• Terminalul apelantului: telefon ( non-ISDN, ISDN, GSM), terminalul apelatului: PC. Aceasta formă de apel este folositoare utilizatorilor ce vor să vorbească cu utilizatori de Internet folosind un telefon normal. Costurile conţin tariful gateway-ului folosit şi  costul apelului până la acesta [12].

Indiferent de ce se află între interlocutori, o conversaţie telefonică între două persoane impune ca fiecare să aibă un microfon şi un difuzor. În telefonul tradiţional, microfonul şi difuzorul sunt incluse în receptor. În telefonul analogic (pe care toţi îl cunoaştem) semnalul vocal produs de microfon este trimis direct printr-un fir către centrala locală. Dacă se foloseşte telefonia prin Internet, este necesar şi aici folosirea unui microfon şi a unui difuzor. Acestea pot fi microfonul şi boxele livrate împreună cu calculatorul personal sau pot fi incluse într-o cască ce include elemente de emisie şi recepţie. Dar acestea pot proveni şi de la un telefon analogic care este legat la o centrală care suportă telefonia prin Internet sau de la un telefon conectat direct la Internet care cunoaşte tehnicile VoIP. Indiferent de aparatul folosit, mecanismul unui apel telefonic prin Internet este acelaşi.

Deci ce se întâmplă atunci când dorim să iniţiem un apel? Mai întâi, după ce am tastat un număr de telefon sau am accesat un link conţinând numele interlocutorului dorit, este necesar să pornească procesul de semnalizare pentru a determina starea terminalului apelat – disponibil sau ocupat – şi să stabilească conexiunea. Apoi, când conversaţia a început, semnalul analogic produs de microfon trebuie codat într-un format digital corespunzător transmisiei prin reţea cu comutaţie de pachete. Reţeaua însăşi trebuie să asigure că  datele produse de conversaţia în timp real este transportată peste mediul avut la dispoziţie într-o manieră care produce o calitate acceptabilă a vocii. În final, ar putea fi necesar ca fluxul de date ce reprezintă vocea utilizatorului să fie convertit de un gateway într-un alt format – ori din cauza interoperabilităţii cu o altă schemă multimedia, ori destinaţia apelului se află într-o reţea telefonică tradiţională [11] .

Ţinând cont de ceea ce s-a scris în paragraful de mai sus se poate emite ideea că, în mare, necesarul tehnologic al unei soluţii VoIP  se poate împărţi în patru categorii – semnalizare – prezentată pe larg în subcapitolul 3, codare – vocea şi codecurile folosite sunt prezentate în subcapitolul 4, transport – prezentat în continuare şi controlul gateway-ului – nu este prezentat în această lucrare, amănunte putându-se citi în cartea “IP telephony” [2] .

Scopul lucrării 4

I Introducere în VoIP 5

1 Prezentare generală 5

2. Transportul datelor 8

2.1 Problemele transportului datelor în timp real 9

2.1.1 Pierderea pachetelor 10

2.1.2 Întârzierea pachetelor 11

2.1.3 Jitterul 12

2.2 RTP (RFC 1889) 13

2.3 RTCP (RFC 1889) 19

2.4 RTSP (Real Time Streaming Protocol – RFC 2326) 23

3 Semnalizarea 27

3.1 Introducere 27

3.2 SIP sau Protocolul de Iniţiere a Sesiunii (RFC 3261) 28

3.2.1 Introducere SIP 28

3.2.2 SDP 29

3.2.3 SAP (RFC 2974) 31

3.2.4 Entităţile SIP şi definiţii 33

3.2.5 Modul de operare SIP 35

3.2.6 Proprietăţile protocolului SIP 36

3.2.7 Mesajele SIP 37

3.2.8 Exemple de apeluri SIP 41

3.2.8.1 Apel propriu-zis 41

3.2.8.2 Înregistrarea 43

3.2.9 Modul de operare 43

3.2.10 Servicii avansate SIP 45

3.2.10.1 Localizarea utilizatorilor şi mobilitatea 47

3.2.10.2 Conferinţa 49

3.2.10.3 Facturarea apelurilor 51

3.2.11 SIP şi telefonia tradiţională (RFC 3372, septembrie 2002) 52

3.2.12 Securitatea apelurilor 57

3.3 H.323 şi SIP 58

3.3.1 Introducere 58

3.3.2 Unde SIP este mai bun 61

3.3.3 Unde este H.323 mai bun 61

3.3.4 Interconectarea SIP - H323 62

3.3.5 Concluzii 64

4. Vocea în VoIP 64

II Aplicaţie software 70

1. Prezentare generală 70

2.  Modul de utilizare 71

3. Descrierea claselor constituente 72

4.  Modul de funcţionare 82

5.  Modul de configurare 88

6.  Modalităţi de extindere 89

7. Concluzii 90

Anexa 1 Codul aplicaţiei explicat 91

Listă de abrevieri 100

Bibliografie şi referinţe: 101