Távközlő Hálózatok 19. előadás 7. Beszédátvitel IP felett Németh Krisztián BME TMIT nov. 15.

2 7. Beszédátvitel IP felett VoIP bevezetés VoIP adatátvitel Kódolók Jelzésprotokollok:  H.323  SIP Egy különlegesség: a Skype

3 Beszédkódolók

4 Beszéd digitalizálása: kodek (KÓdoló, DEKódoló), codec (COder, DECoder)  Megj.: általában a kodek A/D -D/A átalakító, lehet pl. filmhez is  Mi most csak beszédkódolókkal foglalkozunk Ugyanaz a kódoló mindkét oldalon, vagy hálózaton belüli konverzió Kodek: főleg fekete doboz (black box) szemlélet most  Bővebb pl. Beszédinformációs rendszerek c. tárgy Beszédkódolók

5 Négyhuzalos rendszer:  két érpár  egy érpáron egyirányú jeláramlás Kéthuzalos rendszer  ugyanazon az érpáron kétirányú jeláramlás Kodek mindig négyhuzalos (felépítése miatt) Kézibeszélő négyhuzalos (értelemszerű) Előfizetői hurok kéthuzalos (így olcsóbb) Központon belüli feldolgozás manapság négyhuzalos (így egyszerűbb) 2/4 huzalos rendszerek (ismétlés)

6 Kodek jellemzők bitsebesség  2, kb/s beszédhangminőség  nehéz objektíven mérni  MOS (Mean Opinion Score, átlagolt véleménypontok): ember pontoz több mintát, az egészet átlagolják 1: elfogadhatatlan, 2: gyenge, 3: közepes, 4: jó, 5: tökéletes 4 felett: nagyon jónak számít kódolási késleltetés  minél nagyobb időszeletet dolgozunk fel egyszerre, annál jobban tömöríthetünk -- nagyobb késleltetés árán  0,125 – 80 ms komplexitás  főleg mozgó eszközök esetében fontos  mértékegység: MIPS (Million Instructions Per Second, millió utasítás másodpercenként)

7 Kodek jellemzők robosztusság  hiba esetén nincs idő újraadásra  rádiós átvitel hibaaránya kb  hibajavító kódolás, FEC (Forward Error Correction, előremenő hibajavítás tandemezhetőség és átkódolhatóság  önmagával vagy más kodekkel egymás után csatolása:  hogyan tűri? átlátszóság  DTMF (Dual Tone MultiFrequency, kéthangú többfrekvenciás jelzésátviteli rendszer), adatátvitel lehetséges? adaptivitás  terhelés esetén kisebb jelsebesség  de: hálózat nehezebben tervezhető

8 Kódoló típusok Hullámforma kódoló  analóg jel alakjának a megőrzése  jó minőség  nagy sebesség  átlátszóság Vokóder  adó oldalon: beszédből jellemző paraméterek kiszűrése  vevő oldalon: ezek alapján beszéd szintetizálás  kis sebesség  eredetire nem nagyon hasonlító hang Hibrid kódoló  előbbiek keveréke

9 Kódoló típusok log!

10 ADPCM ADPCM: adaptív differenciális PCM (Adaptive Differential PCM)  egymás utáni minták különbségének a kódolása 8 bites mintákból 2, 3, 4 vagy 5 biten  2: 16 kbps  3: 24 kbps  4: 32 kbps  5: 40 kbps Leggyakoribb a 32 kbps-os Egy IP csomag 20 ms-i mintát hordoz, ami byte

11 Kódoló típusok FR: Full Rate, teljes sebességű HR: Half Rate, félsebességű EFR: Enhanced Full Rate, javított teljes sebességű AMR: Adaptive Multirate, adaptív többsebességű

12 Beszéddetektor (angolul: Voice Activity Detector, VAD) Ha az adott fél épp nem beszél, akkor nem küldünk jelet  csökkenthető a kodek teljesítményfelvétele (mozgó készüléknél jó)  sávszélesség spórolható ha van statisztikus nyalábolás, VoIP pl. ilyen Vevő oldalon komfortzaj, hogy ne legyen zavaró a csend Alkalmazás, pl.:  mozgó távbeszélő rendszerek  műholdas rendszerek  VoIP rendszerek  telefon kihangosítók

13 Jelzésprotokollok H.323

14 ITU-T H.32x H.320 H.321 H.322 H.323 V1/V2/V3/V4/V5 H.324 Év ‘96/’98/’99/’00/’ Hordozó- közeg Narrowband switched digital ISDN Broadband ISDN ATM LAN Guaranteed bandwidth packet switched networks Non- guaranteed bandwidth packet switched networks PSTN or POTS, the analog phone system Picture telephony Multimedia A H.323 egy multimédia konferenciaprotokoll nem minőségbiztosított, csomagkapcsolt hálózatokra, beleértve a valós idejű hangátvitelt, videoátvitelt, adatátvitelt ITU: telefónia világa

15 H.323 protokollok A H.323 ún. Umbrella standard – esernyőszabvány, azaz sok másik szabvány összefogása  Híváskezelési jelzések: H.225, H.245  Audió kodekek: pl. G.711, G.722, G.723.1, G.728, G.729,...  Videó kodekek: H.261, H.263  Adatátvitel: T.120, Felhasználás például: közös rajzasztal (whiteboard) alkalmazásmegosztás közös dokumentumszerkesztés  Média átvitele: RTP/RTCP (IETF)  Biztonság: H.235  Kiegészítő szolgáltatások H általában, plusz pl.: H.450.2: hívásátadás H.450.3: hívásátirányítás H.450.4: hívástartás stb.

16 A H.323 hálózat elemei (1) Végberendezés (Terminal)  beszéd, adat, videó, vagy ezek kombinációja Zónavezérlő (Gatekeeper)  címfordítás: telefonszám – IP cím  sávszélesség-gazdálkozás (hívásengedélyezés)  végberendezés azonosítása  menedzsment képesség pl. hívások felépítése, bontása, hívásátirányítás  biztonsági funkciók  sok esetben a VoIP rendszer „intelligenciája”

17 A H.323 hálózat elemei (2) Átjáró (Gateway)  hálózatok közötti kapcsolat pl. ISDN, PSTN, SIP rendszerek felé  tolmácsolás különböző ITU szabványok között vezérlő üzenetek átviteli protokollok audio/video kodekek MCU (Multipoint Control Unit, konferenciavezérlő)  három vagy több résztvevő közötti multimédia konferencia Határoló elem (Border element)  telefonkönyv szolgáltatások  adminisztratív tartományok közötti kommunikáció

18 H.323 architektúra A H.323 hálózat felépítése és komponensei

19 H.323 hálózat – Zóna A zóna egy zónavezérlőből és a hozzá kapcsolódó eszközökből áll A zónavezérlő fizikai elhelyezkedése lényegtelen Lehetséges az is, hogy több fizikai eszközből áll össze az egy logikai zónavezérlő GK GW MCU T

20 H.323 hálózat – Adminisztratív tartomány Zónák összessége, amelyeknek az adminisztratív felügyelete közös  pl. egy szolgáltató hálózatába tartoznak

21 Berendezések: végberendezés Végberendezés (terminal)  Telefonok  Videotelefonok  IVR* eszközök  Voic rendszerek  “Soft phone”-ok (pl. NetMeeting®) *Interactive Voice Response, pl. banki automata telefonos ügyfélszolgálat

22 H.323 virtuális terminál (az ábra csak a megértést hivatott segíteni, megtanulni nem kell)

23 Berendezések: átjáró Átjáró (gateway)  Átjárást biztosít a H.323 tartomány és egy másik hálózat között  Hívásfelépítés és lebontás  A hang tömörítése és csomagolása Az átjáró egy „Media Gateway Controller”-ből (MGC) és egy „Media Gateway”-ből (MG) áll  Elhelyezkedhetnek egyben vagy külön  Az MGC kezeli a hívásjelzést és más, a médiával nem kapcsolatos funkciókat  A MG kezeli a médiát

24 Berendezések: zónavezérlő Zónavezérlő (gatekeeper)  A zónavezérlő opcionális elem a H.323 hálózatban  Hozzáférésvezérlésre és címfeloldásra használják  A rendszer intelligens eleme  A zónavezérlő engedélyezheti a hívások közvetlen felépítését a végberendezések között vagy vezetheti a hívásvezérlést önmagán keresztül, támogatva ezáltal olyan funkciókat, mint a hívásátirányítás, a foglaltság esetén történő átirányítást, stb.

25 Berendezések: zónavezérlő (folyt.) Zónát vezérel  Zónánként egy  (Egy másik tartalékként) Tipikusan szoftverként valósítják meg...  egy PC-ben  integrálva egy átjáróba vagy végberendezésbe Egy példa H.323 zóna (az ábra csak a megértést hivatott segíteni, megtanulni nem kell)

26 Berendezések: határoló elem Határoló elem (Border Element) Gyakran együtt a zónavezérlővel Címzési információt cserél és részt vesz az adminisztratív tartományok közötti híváshitelesítésben

27 Berendezések: MCU Konferenciavezérlő (Multipoint Control Unit)  Három vagy több végpont közötti konferencia létrehozását támogatja  Megvalósítás: Önálló eszköz – PC Integrálva egy átjáróba, zónavezérlőbe vagy terminálba Két részből áll:  multi-point controller (MC) és a konferencia vezérlését és jelzéseit kezeli  multi-point processor (MP) médiafolyamokat kap a konferenciában résztvevő végpontoktól, feldolgozza és médiafolyamokat küld vissza

28 Centralizált, elosztott és vegyes konferenciák Központosított:  MCU kezeli a jelzést és a médiafolyamok feldolgozását Elosztott:  Csak jelzés, a médiafolyamok közvetlenül a végpontok között Vegyes A F BCD E Multicast audió, videó Unicast audió, videó Elosztott oldalKözpontosított oldal MCU

29 H.323 kapcsolatfelépítés Nincs idő a részletes tárgyalására

30 Jelzésprotokollok SIP

31 Mi a SIP, honnan ered? A SIP-et az IETF MMUSIC (Multiparty MUltimedia SessIon Control) munkacsoportja dolgozta ki. RFC 2543 (1999. március)  RFC (2002. július 3.) A SIP jelzési protokoll  Nem foglalkozik a médiaátvitellel  Sem a minőségbiztosítással

32 Fő funkciók Multimédiás (MM) összeköttetések kezdeményezése és lezárása a felhasználók között Felhasználók megkeresése (mobilitás és proxy-támogatás)

33 SIP berendezések SIP felhasználói ügynök (SIP User Agent  SUA)  A SIP kapcsolat létrehozására képes  Végberendezés vagy szoftver  A SIP legfontosabb célja az, hogy két ilyen ügynök között kapcsolat kiépítését

34 SIP berendezések SIP átjárók (gateway)  Felületet biztosítanak SIP hálózatok és más jelzésprotokollt használó hálózatok között  Egy speciális típusú felhasználói ügynök  Másik protokoll képviseletében működik  Végződteti a SIP jelzésutat  Egyben a multimédia út vége is lehet  Akár több ezer felhasználót is kiszolgálhat

35 SIP berendezések SIP szerverek  Alkalmazások, amelyek képesek SIP kéréseket elfogadni, és válaszolni azokra  A valóságban a SIP szerver megvalósítások több típust tartalmaznak egyszerre  Különböző körülmények között eltérő típusú szerverként viselkedhetnek  SIP proxy szerver (Proxy) vagy ügynökként viselkedve továbbít egy SIP kérést vagy pedig válaszol  Átirányító SIP szerverek (Redirect) megmondják, hogy merre kell a kérést továbbítani de a felhasználói ügynök végzi a továbbítást  Regisztrációs szerver (Registrar) regisztrációs mechanizmusnak nincs megfelelője a hagyományos telefonos világban hasonló a mobiltelefon bekapcsolásakor lezajló folyamatra amikor az továbbítja az aktuális pozícióját (Location Server)

36 SIP architektúra SIP Client SIP Redirect Server SIP Proxy SIP Client (User Agent Server) Location Service Request Response

37 SIP - összefoglalás Internet-barát jelzési protokoll Jól illeszkedik az Internet protokolljaihoz Rugalmas Skálázható Integrálása a távközlés egyéb területeihez

38 Egy különlegesség: a Skype

39 Skype Az első bétaváltozat szeptemberétől A KaZaA készítőitől Terjedésének üteme annál is nagyobb Már több mint 100 millió letöltés P2P multimédia összeköttetés

40 Miért jobb, mint a „hagyományos” VoIP? A jelentős árcsökkenés és az elfogadható minőség nem jár együtt a VoIP esetén A VoIP hívások nagy része nem jön létre a tűzfalak és a NAT miatt A telepítés után a konfigurálás komoly technikai tudást kíván NEM H.323 és NEM SIP

41 Skype előnyök Áthatol a tűzfalakon, NAT-okon (Network Address Translation, címfordítás) Globális, decentralizált címtár Végpontok közötti titkosítás Egyszerű felhasználói felület Jó beszédhangminőség Multiplatform  Windows, MAC OS X, Linux, Pocket PC

42 Hogy is néz ki? Fájl átvitel: Tetszőleges méret Kódolás: Nem csak 300 és 3400 Hz között Globális címtár (Global User Directory) Azonnali üzenetküldés (csevegés) Kimenő TCP tetszőleges célporttal az 1024-es port felett, de legalább a 80-as és 443-as. Végső esetben: HTTPS/SSL proxy Kimenő UDP az 1024-es fölött és erre a válaszok Minimálisan 33,6 kbps-os modem

43 SkypeOut/SkypeIn SkypeOut  Hagyományos telefont hívhatunk a Skype-pal  Kedvező árak, még a VoIP-hoz képest is  Prepaid rendszer  Két Skype között természetesen ingyenes, csak különszolgáltatásokért kell fizetni, pl hangpostafiók SkypeIn  Hagyományos telefonszámmal rendelkező IP-telefon  Telefonszám: USA, Egyesült Királyság, Franciaország, Hongkong, Dánia, Finnország, Svédország, Lengyelország, Németország, Svájc, Észtország

44 Skype sávszélesség Hívás közben 3-16 kbps Ha nincs hívás kbps Videohívás (2.0-tól)

45 Skype részletek Bejelentkezés  Login szerver tárolja a felhasználóneveket, jelszavakat  Az on-line, off-line információk decentralizáltan (peer-to- peer) tárolódnak aktuális IP cím, port is Szállítás  Jelzés: TCP  Adat UDP, de ha az nem megy, TCP Kontaktok listája helyi gépen tárolva