VoIP

 

 

Per capire meglio il funzionamento la tecnologia VoIP, e quali sono i criteri per scegliere un buon servizio di telefonia su IP, dovrò entrare nel tecnico: ma cercherò di non appesantire troppo la lettura.

Vi ricordate la rete ITAPC, dove le informazioni erano inviate attraverso dei pacchetti. Anche la voce, per essere trasportata attraverso Internet, si dovrà impacchettare.

Dalla figura si capisce che il pacchetto non è formato solo dalle informazioni vocali, ma anche da altre nozioni. Non vorrei essere barboso ma ritengo necessario dare delle spiegazioni su questi acronimi.

Il sistema è composto di quattro livelli, e sono: Rete, Network, Trasporto, Applicazione.

Il formato e i contenuti delle informazioni aggiunte a ogni livello sono descritti da protocolli, e quelli che esamineremo saranno quelli del livello di Trasporto e Network.

Incominciamo dal protocollo del livello Network: IP (Internet Protocol), che ha come compito principale l’indirizzamento e l’instradamento tra sotto-reti eterogenee che, ha livello locale, utilizzano un indirizzamento proprio. Tra le informazioni aggiunte al pacchetto, troviamo la provenienza e la destinazione, e il protocollo di trasporto usato.

Il livello di Trasporto prevede l’uso di due protocolli: TCP (Transfer Control Protocol) e UDP (User Datagram Protocol). Si può usare uno o l’altro, dipende dall’applicazione.

TCP: stabilisce una connessione logica tra i nodi della rete. Questo protocollo prevede un controllo sulla sua integrità, e se un pacchetto andasse perso, ne richiede la ripetizione: ma l’affidabilità si scontra con la latenza dovuta alle ritrasmissioni.

UDP: User Datagram Protocol  è uno dei principali protocolli di trasporto in InternetÈ un protocollo di livello di trasporto a pacchetto, usato  in combinazione con il protocollo di livello di rete IP. A differenza del TCP, l’UDP è un protocollo che non gestisce il riordinamento dei pacchetti né la ritrasmissione di quelli persi, ed è considerato meno affidabile, ma in compenso è molto rapido in quanto non c’è latenza per il riordino e la ritrasmissione. Usato per la trasmissione di informazioni audio e video in tempo reale come le trasmissioni Voip.

RTP: è ancora un protocollo a livello di trasporto che usa i servizi di UDP/IP e aggiunge le informazioni sulla temporizzazione e l’ordine dei pacchetti. Queste informazioni sono molto utili per ristabilire l’esatta sequenza dei pacchetti.

Riassumendo: il pacchetto VOIP è un tassello fondamentale per la comunicazione telefonica su collegamenti Internet.

La differenza tra una chiamata attraverso la  Rete Telefonica Generale  e una VoIP è questa: in una chiamata telefonica tradizionale il collegamento rimane attivo per tutto il tempo della conversazione (Questo tipo di collegamento è anche chiamato: collegamento a circuito), e non può essere usato per altre telefonate (Fig.1).

Fig.1

PERCORSO DI UNA CHIAMATA TELEFONICA

 

invece ( Fig.2) con il VoIP si invia i pacchetti solo quando si parla e, ad esempio, quando ci sono silenzi il collegamento può essere usato per altre comunicazioni. Inoltre i pacchetti seguono percorsi diversi e il canale può essere condiviso da più conversazioni contemporanee.

Fig.2

 

Dal grafico si evince che con la commutazione a pacchetto si può ottimizzare le risorse, ma non sempre la frammentazione dei pacchetti sulla rete si sposa con la qualità del servizio. Per questo motivo, se il sistema VOIP voleva competere con la telefonia tradizionale, era necessario che la tecnologia sopperisse ad alcuni problemi che potevano ostacolare lo sviluppo della telefonia su IP.

Uno dei più importanti era costituito dai ritardi con cui si riusciva a comunicare.

Per garantire una buona comunicazione: il ritardo tra la partenza della parola e l’arrivo, doveva essere al massimo di 150 ms., anche se il cervello umano riesce a tollerare un ritardo fino a 200 ms.

I ritardi sono generati da diversi fattori: uno dei quali è la conversione da analogico a digitale, e la costruzione del pacchetto.

Senza entrare troppo nei particolari tecnici: la voce, che è un segnale analogico, deve essere trasformato in digitale (101011), che sarà poi compresso dal CODEC, e inserito nel pacchetto.

Alla fine del percorso avverrà la procedura inversa, e riconvertito in un segnale analogico.

Tutto è realizzato con processori che consentono di avere un tempo di lavorazione relativamente breve: circa venticinque ms. Teniamo conto però che il tempo massimo deve restare nei 150 ms., perciò abbiamo già consumato un sesto del totale.

Come abbiamo visto nel percorso di una chiamata VOIP, ogni pacchetto percorre vie diverse e questo comporta la necessità di riordinarli all’arrivo, e questo implica un tempo di accodamento di circa sei ms.

Il tempo di propagazione è un altro fattore che comporta del ritardo e dipende dalla velocità di trasmissione e dalla lunghezza della tratta. Se approssimiamo un ritardo di sei microsecondi al Km; su una distanza di mille chilometri: è di circa sei ms.

Il tempo di serializzazione è il ritardo nella sincronizzazione dei pacchetti vocali sull’interfaccia di rete. E dipende dalla BMG della linea ADSL, e dalla dimensione della trama.

Es. Se abbiamo un pacchetto RTP compresso che occupa 38 Byte, con una ADSL che assicura una BMG di 64 Kbps: il ritardo è di circa cinque ms.

Il jitter e il dejitter buffer, sono ritardi imputabili ai pacchetti che, non facendo lo stesso percorso, arrivano con un ritmo diverso da quello con cui sono stati inviati, il che provoca una distorsione nel segnale che è chiamato Jitter. Perciò è necessario ripristinare la giusta frequenza dei pacchetti. Per fare ciò occorre una memoria tampone (buffer) dove sono immagazzinati i pacchetti, per poi accodarli nel modo corretto. Tutta l’operazione provoca un ritardo di circa cinquanta ms.

Il tempo della rete è difficile da quantificare.  Se il ritardo totale deve restare sotto i 150, abbiamo a disposizione  58 ms.

Perciò, nel caso in cui il pacchetto arriva con un ritardo troppo grande, si preferisce perderlo piuttosto che accumularne altro. E fino a una soglia del cinque per cento di pacchetti persi la conversazione è comunque buona.

La qualità del servizio è indispensabile per una buona trasmissione in VoIP. I pacchetti quando entrano nella rete Internet sono instradati dai router, per poi accelerare nella rete in fibra ottica, e di nuovo smistati e convertiti in segnali vocali, o destinati alla rete tradizionale. Tutti questi scambi devono essere svolti, come abbiamo visto, nel più breve tempo possibile per garantire una buona qualità della voce. Per fare questo si deve avere una discreta disponibilità di banda (BMG), è una via prioritaria per i pacchetti voce.

Per la priorità si deve agire sui router che implementano e gestiscono le politiche d’istradamento, mantenendo una QoS (Quality of Service) elevata.

Quello che vedete sotto è lo schema di massima di una rete VoIP. Ma può anche succedere che la chiamata termina su di un telefono che è collegato alla rete telefonica ( PSTN) e  come si vede nel disegno, la chiamata 2 esce da Internet e si connette, attraverso un Gateway, alla rete telefonica  (PSTN) per poi concludere il suo percorso su un telefono BCA o attraverso un centralino (SCP) tradizionale.

Come abbiamo visto in precedenza i pacchetti VoIP viaggiano in rete trasportando la voce e, in alcuni casi, escono da Internet e si connettono, attraverso un Gateway, alla rete generale (PSTN), ma le informazioni vocali non bastano. Il servizio di telefonia prevede anche la gestione delle informazioni che riguardano la qualità del servizio, alla sicurezza, alla durata della chiamata, e alla tariffazione.

Per questi servizi sono usati altri pacchetti, che viaggiano separati da quelli VoIP, e un aspetto importante è dato dai protocolli di segnalazione e controllo della chiamata.

Questo serve a gestire le informazioni che permettono di instaurare una chiamata telefonica: come la selezione del numero, il segnale di libero o occupato, la chiamata multipla, e la chiusura della comunicazione.

Per le comunicazioni in VoIP si deve anche tenere conto l’interfacciamento della rete IP con la numerazione telefonica e con la rete PSTN.

Uno dei protocolli più usati si chiama SIP (Session Initiation Protocol), e permette la creazione, la modifica, e il rilascio di sessioni multimediali, che coinvolgono più clienti.

Vediamo un esempio di sessione di chiamata SIP tra due telefoni, e avviene in questo modo:

  • Il telefono chiamante invia un invito.
  • Il telefono chiamato invia la risposta informativa 100 Trying.
  • Quando il telefono comincia a squillare, il chiamante riceve la risposta 180 Ringing.
  • Quando il destinatario alza la cornetta, il telefono chiamato invia la risposta 200 OK.
  • Il telefono chiamante risponde con ACK conferma.
  • La conversazione è trasmessa sotto forma di dati mediante RTP.
  • Quando il cliente chiamato riattacca, viene inviata una richiesta di BYE al chiamante.
  • Il telefono chiamante restituisce la risposta 200 OK.

Rumore di fondo nelle comunicazioni VoIP

Dal telefono fisso analogico gli utenti di telefonia sono abituati a un leggero rumore di fondo, che potrebbe essere sentito anche durante le pause e sono  causati dalla rete telefonica , con i collegamenti in VoIP viene eliminato questo problema in quanto si utilizza le pause per inviare i dati. Tuttavia , il risultato sarebbe un silenzio assoluto e gli utenti potrebbero interpretarlo come un collegamento interrotto. Perciò si simula un rumore generato digitalmente, che viene trasmesso agli interlocutori (Comfort Noise Generation, CNG).

OBBIETTIVI 

  • Migliorare la comunicazione ed aumentare così l’efficienza dell’azienda introducendo la possibilità di lavorare con il telefono, l’web, e il fax sullo stesso collegamento fisico e lo stesso terminale.
  • In un’alta mobilità del personale nelle aziende si riesce a garantire l’accesso e lo scambio di informazioni su tutto il territorio in cui operano.
  • Si riduce i costi e i tempi di installazione e manutenzione del sistema di telecomunicazioni.
  • Si riesce a gestire centralmente, per tutti gli utenti,  nuovi servizi e a controllarne i costi.
  • Aumentare la flessibilità e innovazione nelle aziende per produrre vantaggi competitivi rispetto ad altre aziende concorrenti.
  • Avere a disposizione un sistema di alta affidabilità e continuità operativa introducendo il concetto di ripristino operativo degli apparati a livello geografico.