Conception et déploiement d'un réseau lan intégrant la voip pour le partage des données. cas de l'UNIKA

Conclusion Partielle

Nous avons essayé à travers ce chapitre de mettre le point sur l'introduction à la Télécommunication, son mode de transmission, mode de communication, leurs classifications. Ainsi, nous avons étudié la notion des bruits, en chutant par le routage ; son mode de routage et protocole de routage. Après avoir discuté les principaux points de ce chapitre, nous allons passer à un autre chapitre qui s'intitule « Notion de base sur la VoIP ».

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CHAPITRE III : NOTIONS DE BASE SUR LA VOIP III.1. INTRODUCTION

Dans ce chapitre, nous allons décrire le fonctionnement de la VoIP, ses protocoles, mais aussi les matériels adaptés à son implémentation.

Nous ferons également allusion aux avantages que cette nouvelle technologie occasionne lors qu'elle est mise en oeuvre.

III.2. PRESENTATION DE LA STRUCTURE VOIX SUR IP III.2.1. Définition

La VoIP signifie Voice over Internet Protocol ou Voix sur IP (IP = Protocole Internet). Comme son nom l'indique, la voix sur IP (VoIP) est une technologie qui permet d'acheminer, grâce au protocole IP, des paquets de données correspondant à des échantillons de voix numérisée.⁴⁹ Cette technologie convertit les signaux vocaux en signaux digitaux qui voyagent par internet. Par la suite, ces paquets doivent être acheminés dans le bon ordre et dans un délai raisonnable pour que la voix soit correctement reproduite.

La voix sur IP (VoIP) regroupe l'ensemble des techniques permettant de faire transiter de la voix sur un réseau informatique. La voix sur IP comprend ainsi les communications de PC à PC. Pour ce type de communication, chaque utilisateur doit disposer d'un logiciel approprié. Si la connexion passe par le réseau Internet, on parle alors de VoIP, la téléphonie par Internet. Deuxième catégorie de voix sur IP, les communications de PC à téléphone (PC to Phone). Dans les deux cas, le PC communicant est appelé Softphone, terme qui insiste sur l'émulation du PC en téléphone grâce à un logiciel.

La ToIP s'inscrit dans la troisième catégorie de communications en voix sur IP, les échanges de téléphone à téléphone. Les postes sont alors baptisés IP-Phone pour les distinguer de leurs homologues standards. Un téléphone IP doit en effet être alimenté par courant au contraire des téléphones classiques. Il est capable de numériser la voix pour la transmettre sur des réseaux IP et peut, à l'inverse, rassembler les paquets entrants pour interpréter la voix reçue. La téléphonie sur IP circule sur des réseaux privés LAN (Local Area Network), VPN (Virtual Private Network) ou publics.

La téléphonie sur IP (Telephony Over IP ou ToIP) est un service de téléphonie offert sur un réseau de télécommunication, public ou privé, utilisant la technologie de voix sur IP. La téléphonie sur IP définit l'utilisation de liens d'internet pour acheminer des appels téléphoniques. L'appel téléphonique de type IP diffère de celle dite conventionnelle (RTC) dans l'encodage de la voix. Dans le système traditionnel, la voix est encodée de façon analogique et numérique et transmise sur un réseau de commutation de circuit alors que dans le système IP, la voix est encodée en format numérique et mise en paquets sous

49 www.google.com, Voix sur IF, Consulté le 15 Mars 2022 à 11h35

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format IP et de ce faite elle utilise le même principe que pour la transmission de l'information sur internet.

III.2.2. Architecture de la VOIP

La VoIP étant une nouvelle technologie de communication, elle n'a pas encore de standard unique. En effet, chaque constructeur apporte ses normes et ses fonctionnalités à ses solutions. Les trois principaux protocoles utilisés sont H.323, SIP et MGCP/MEGACO. Il existe plusieurs approches pour offrir des services de téléphonie et de visiophonie sur des réseaux IP. Certains placent l'intelligence dans le réseau alors que d'autres préfèrent une approche égale à égale avec l'intelligence répartie à chaque périphérie. Chacune ayant ses avantages et ses inconvénients.

Elle comprend toujours des terminaux, un serveur de communication et une passerelle vers les autres réseaux. Chaque norme a ensuite ses propres caractéristiques pour garantir une plus ou moins grande qualité de service.

L'intelligence du réseau est aussi déportée soit sur les terminaux, soit sur les passerelles/ contrôleur de commutation, appelées Gatekeeper.

Dans une architecture VoIP, on trouve les éléments communs suivants :

V' Le serveur de communications : (exemple : Call Manager de Cisco) : Ce dernier gère les autorisations d'appels entre les terminaux IP ou soft phones et les différentes signalisations du réseau. Il peut posséder des interfaces réseaux opérateurs (RTC-PSTN ou RNIS), sinon les appels externes passeront par la passerelle dédiée à cela (Gateway).

V' La passerelle : Est un élément de routage équipé de cartes d'interfaces analogiques et/ou numériques pour s'interconnecter soit avec d'autres PABX (en QSIG, RNIS ou E&M), soit avec des opérateurs de télécommunications local, national ou international. Plusieurs passerelles peuvent faire partie d'un seul et même réseau, ou l'on peut également avoir une passerelle par réseau local (LAN). La passerelle peut également assurer l'interface de postes analogiques classiques qui pourront utiliser toutes les ressources du réseau téléphonique IP (appels internes et externes, entrants et sortants).

V' Le routeur : permet d'aiguiller les données et le routage des paquets entre deux réseaux. Certains routeurs permettent de simuler un Gatekeeper grâce à l'ajout de cartes spécialisées supportant les protocoles VoIP.

V' Le PABX (signifie : Private Automatic Branch eXchange) sert principalement à relier les postes téléphoniques d'un établissement (lignes internes) avec le réseau téléphonique public (lignes externes). Il permet en plus la mise en oeuvre d'un certain nombre de fonctions, notamment : Relier plus de lignes internes que de lignes externes, Permettre des appels entre postes internes sans passer par le réseau public, Programmer des droits d'accès au réseau public pour chaque poste interne et Proposer un

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ensemble de services téléphoniques (conférences, transferts d'appel, renvois, messagerie, appel par nom...).

V' Un commutateur réseau (switch) : Est un appareil qui sert à connecter plusieurs éléments dans un réseau informatique. Un switch ressemble à un boitier disposant de plusieurs ports Ethernet (entre 4 et plusieurs dizaines), il peut intégrer la télé alimentation des ports Ethernet à la norme 802.3af pour l'alimentation des IP-phones ou des bornes

V' Le Gatekeeper : Il effectue les transferts d'adresses (identifiant H323 et @ IP du référencement du terminal) et gère la bande passante et les droits d'accès. C'est le point de passage obligé pour tous les équipements de sa zone d'action.

V' L'IP-Phone : Est un terminal téléphonique fonctionnant sur le réseau LAN IP à 10/100 avec une norme soit propriétaire, soit SIP ou H.323. Il peut y avoir plusieurs codecs pour l'audio, et il peut disposer d'un écran monochrome ou couleur, et d'une ou plusieurs touches soit programmables, soit préprogrammées. IL est en général doté d'un hub passif à un seul port pour pouvoir alimenter le PC, l'utilisateur (l'IP-PHONE se raccorde sur la seule prise Ethernet mural et le PC se raccorde derrière l'IP-PHONE).

V' Les Terminaux : sont généralement de type logiciel (software phone) ou matériel (hardphone). Un SoftPhone est un logiciel de téléphonie sur Internet. Il permet de téléphoner d'ordinateur à ordinateur ou d'ordinateur à téléphone. Il existe un très grand nombre de softphones dont l'un des plus célèbres est X-Lite proposé par X-ten. Les interfaces de ces softphones sont souvent simples d'utilisation et très complètes puisque toutes les fonctionnalités qui existent sur des téléphones classiques existent aussi sur les softphones. D'autres fonctions sont parfois associées comme la messagerie instantanée (IM ou chat), la visiophonie, l'échange de fichiers (pour partager des photos par exemple...), la conférence à plusieurs....

Le hardphone est un téléphone IP qui utilise la technologie Voix sur IP pour permettre des appels téléphoniques sur un réseau IP, tel que l'Internet au lieu de l'ordinaire système PSTN. Les appels peuvent parcourir par le réseau internet comme par un réseau privé.⁵⁰ Un terminal utilise des protocoles comme le SIP (Session Initiation Protocol) ou l'un des protocoles propriétaires tel que celui utilisé par Skype.

50 DA CUNHA José, VoIP et Asterisk/Trixbox, metrise en systèmes distribués et réseaux, Université de Franche Comté, 2007-2008.

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Figure 17 : Architecture d'un réseau VoIP

III.2.3. LE PROCESSUS DU TRAITEMENT DE LA VOIX IP

L'utilisation de la VoIP a pour but de minimiser le coût des communications, offrir des services de données, de voix, et d'images. La VoIP peut faciliter des tâches et fournir des services qu'il serait difficile ou coûteux de mettre en oeuvre en utilisant le réseau RTC traditionnel. Dans le paragraphe ci-dessous, nous allons présenter le processus du traitement de la VoIP.

Figure 18 : Processus de traitement de la voix sur IP

Le traitement de la voix sur IP passe par plusieurs étapes à savoir :

? L'acquisition : C'est la première étape qui consiste à détecter la voix via un périphérique (téléphone ....)

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· La numérisation : La bande voix qui est un signal électrique analogique utilisant une bande de fréquence de 300 à 3400 Hz. Ce signal doit d'abord être converti sous forme numérique suivant le format PCM (Pulse Code Modulation) ou G.711 à 64 Kbps.

· La compression : Cette opération consiste à réduire la taille physique de blocs d'informations numériques en utilisant un algorithme de compression.

· L'habillage des entêtes : le signal numérisé et compressé va être après découpé, en ajoutant des entêtes, il faut prendre en compte l'ordre du réassemblage du paquet, le type du trafic de synchronisation.

· L'émission et transport : C'est l'acheminement jusqu'au destinataire dans des paquets IP en utilisant les protocoles du routage.

· La réception : La réception des informations émis pendant la transaction

· La conversion numérique/analogique : C'est l'étape inverse de la numérisation

· La restitution : Résultat finale l'écoute de la voix

III.2.4. LES CONTRAINTES DE LA VOIX SUR IP

La qualité du transport de la voix est affectée par les paramètres

suivants :

? La qualité du codage ;

? Le délai d'acheminement (delay) ; ? La gigue (jitter) ;

? La perte de paquets (packetloss) ; ? L'écho.

Toutes ces contraintes déterminent la QoS (Quality of Service ou Qualité de service en français). Le transport de la voix sur IP implique l'utilisation de nombreux protocoles, tels : RTP, RTCP, H245, H225,...

Des normes ont vu le jour afin que les équipements de différentes entreprises puissent Communiquer entre eux, le premier fut H.323, puis arriva la norme SIP en second lieu.

III.2.4.1. LES CODECS

Un codec est un algorithme qui permet de Compresser/ Decompresser les flux numériques en flux analogiques et inversement.⁵¹ Il peut se présenter sous la forme logicielle (programme à installer sur Asterisk ou déjà présent) ou matérielle (carte spécifique à installer dans le serveur). Le tableau ci-dessous nous montre la liste des codecs avec leur débit correspondant :

51 Sébastien DÉON, VoIP et ToIP Asterisk, 2^ème édition Eni, Paris, 1957, p.20

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Nom du codec	Débit
G.711	64 kbps	G711 utilise une bande passante élevée à 64kp/s (il faut rajouter l'overhead, lié aux flux RTP), mais consomme peu de CPU sur le serveur puisqu'il n'est pratiquement pas compressé. La qualité de G.711 est excellente et égale celle du RTC classique. Ce codec est à utiliser de préférence dans un LAN (Local Area Network) où la ressource en bande passante ne pose pas de problème particulier.
G.726	16, 24 ou 32 Kb/s	Il s'agit d'un codec gratuit qui utilise différents débits : 16, 24 ou 32 Kb/s. Il est supporté par Asterisk uniquement dans sa version 32 bits. C'est un très bon rapport qualité sonore/utilisation CPU.
GSM	13 kbps	GSM est le codec d'Asterisk et ne requiert pas de licences. Il utilise une bande passante intéressante de 13 Kbps, consomme beaucoup moins de ressource processeur que G.729a, tout en étant très performant. Seul inconvénient, le son peut s'avérer de moins bonne qualité que celui avec G.729a.
G.729	8 kbps	Ce codec réduit à 8 Kb/s la consommation d'un appel, auquel il faut ajouter l'overhead IP, cela fait un débit réel de 40 Kb/s environ. L'intérêt principal de G729, utilisé avec Asterisk, est de réduire la bande passante nécessaire donc est source de gain. Asterisk supporte seulement le G.729 Annexe A (G.729a). L'overhead IP dépend de la configuration matérielle du serveur. Par exemple, un Xeon 1.8 GHz permet environ 60 appels simultanés en G729 alors qu'un Xeon 2.8 Ghz en permet 80. Les performances de ce codec sont impressionnantes mais cela nécessite beaucoup de ressource processeur sur le serveur.
G.723.1	ACELP 5.3 kbps	Ce codec payant est utilisé uniquement en cas de transcodage, G.723.1 fonctionne à 5,3 Kb/s ou 6,3 Kb/s donc est très intéressant dans le cas de faibles bandes passantes.

III.2.4.2. Délai d'acheminement

Selon la norme ITU G114, le délai d'acheminement permet :

V' Entre 0 et 150 ms, une conversation normale ;

V' Entre 150 et 300 ms, une conversation de qualité acceptable ;

V' Entre 300 et 700 ms, uniquement une diffusion de voix en half duplex (mode talkie-walkie) Au-delà, la communication n'est plus possible.

III.2.4.3. Perte des Paquets

Lorsque les routeurs IP sont congestionnés, ils libèrent automatiquement de la bande passante en se débarrassant d'une certaine proportion des paquets entrants en fonction de seuils prédéfinis.

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La perte de paquets est préjudiciable, car il est impossible de réémettre un paquet voix perdu, compte tenu du temps dont on dispose. Le moyen le plus efficace de lutter contre la perte d'informations consiste à transmettre des informations redondantes (code correcteur d'erreurs), qui vont permettre de reconstituer l'information perdue. Des codes correcteurs d'erreurs, comme le Reed Solomon, permettent de fonctionner sur des lignes présentant un taux d'erreur de l'ordre de 15 ou 20 %. Une fois de plus, ces codes correcteurs d'erreurs présentent l'inconvénient d'introduire une latence supplémentaire. Certains, très sophistiqués, ont une latence très faible.

III.2.4.4. Echo

L'écho est un phénomène lié principalement à des ruptures d'impédance lors du passage de 2 fils à 4 fils. Le phénomène d'écho est particulièrement sensible à un délai d'acheminement supérieur à 50 ms. Il est donc nécessaire d'incorporer un équipement ou un logiciel qui permet d'annuler l'écho.

III.3. LES PROTOCOLES DE SIGNALISATION

Un protocole est un ensemble de spécifications décrivant les conventions et les règles à suivre dans un échange de données.⁵² Jusqu'à présent, il existe trois standard ou protocoles qui permettent la mise en place d'un service VoIP. Le plus connu est le standard H.323, ensuite, plus ancien le MGCP (Media Gateway Control Protocol) et le plus récent SIP. Notre étude sera basée sur les protocoles les plus utilisés : H323 et SIP que nous allons développer dans cette section.

III.3.1. LE PROTOCOLE H.323

a) Description Générale du Protocole 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 Télécommunications Union) pour les réseaux qui ne garantissent pas une qualité de service (QoS), tels qu'IPX sur Ethernet, Fast Ethernet et Token Ring. Il est présent dans plus de 30 produits et il concerne le contrôle des appels, la gestion 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.

Le protocole H.323 fait partie de la série H.32x qui traite de la vidéoconférence au travers différents réseaux. Il inclut H.320 et H.324 liés aux réseaux ISDN (Integrated Service Data Network) et PSTN (Public Switched Telephone Network). Plus qu'un protocole, H.323 crée une association de plusieurs protocoles différents et qui peuvent être regroupés en trois catégories : la signalisation, la négociation de codec et le transport de l'information.

52 Laurent OUAKIL, GUY PUJOLLE, Téléphonie sur IP, Eyrolles, Paris, 2008, p.188

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V' Les messages de signalisation sont ceux envoyés pour demander la mise en relation de deux clients, qui indique que la ligne est occupée ou que le téléphone sonne, etc. En H.323, la signalisation s'appuie sur le protocole RAS pour l'enregistrement et l'authentification, le protocole Q.931 pour l'initialisation et le contrôle d'appel.

V' La négociation est utilisée pour se mettre d'accord sur la façon de coder les informations à échanger. Il est important que les téléphones (ou systèmes) utilisent un langage commun s'ils veulent se comprendre. Il s'agit du codec le moins gourmand en bande passante ou de celui qui offre la meilleure qualité. Il serait aussi préférable d'avoir plusieurs alternatives de langages. Le protocole utilisé pour la négociation de codec est le H.245.

V' Le transport de l'information s'appuie sur le protocole RTP qui transporte la voix, la vidéo ou les données numérisées par les codecs. Les messages RTCP peuvent être utilisés pour le contrôle de la qualité, ou la renégociation des codecs si, par exemple, la bande passante diminue.

b) Rôle de Composants

L'infrastructure H.323 repose sur quatre composants principaux : les terminaux, les Gateways, les Gatekeepers, et les MCU (Multipoint Control Unit).

LES AVANTAGES ET INCOVENIENTS DU PROTOCOLE H.323⁵³ 1) Avantages

Les réseaux IP sont à commutation de paquets, les flux de données transitent en commun sur une même liaison. 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.

Voici les principaux bénéfices qu'apporte la norme H.323 :

? Codecs 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 peuvent 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.

53 http://hi-tech-depanne.com/voip/ Consulté le 12 Février 2022 à 13H15

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? 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 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.

III.3.2. LE PROTOCOLE SIP III.3.2.1. Historique

SIP (Session Initiation Protocol) a été normalisé par le groupe de travail WG MMUSIC (Work Group Multiparty Multimedia Session Control) de l'IETF. La version 1 est sortie en 1997, et une seconde version majeure a été proposée en mars 1999 (RFC 2543). Cette dernière a elle-même été largement revue, complétée et corrigée en juin 2002 (RFC 3261). Des compléments au protocole ont été définis dans les RFC 3262 à 3265.

SIP est au sens propre un protocole de signalisation hors bande pour l'établissement, le maintien, la modification, la gestion et la fermeture de sessions interactives entre utilisateurs pour la téléphonie et la vidéoconférence, et plus généralement pour toutes les communications multimédias.

Le protocole n'assure pas le transport des données utiles, mais a pour fonction d'établir la liaison entre les interlocuteurs. Autrement dit, il ne véhicule pas la voix, ni la vidéo, mais assure simplement la signalisation. Il se situe au niveau de la couche applicative du modèle de référence OSI et fonctionne selon une architecture client-serveur, le client émettant des requêtes et le serveur exécutant en réponse les actions sollicitées par le client.