Integratie van Voice over IP in een bedrijfsnetwerk

Transcriptie

1 DEPARTEMENT INDUSTRIELE WETENSCHAPPEN EN TECHNOLOGIE A s s o c i a t i e K. U. L e u v e n Basisopleiding van 1 cyclus Academiejaar : Opleiding : Optie : Keuzerichting : ELEKTRICITEIT TELECOMMUNICATIE ELEKTRONICA Eindwerk Integratie van Voice over IP in een bedrijfsnetwerk door Tony De Craemer onder leiding van Ing. L. Vanhee, KHBO De hr. I. Lingier, LICOM TELECOMCENTER BVBA Eindwerk aangeboden tot het behalen van het diploma GEGRADUEERDE IN ELEKTRICITEIT Katholieke Hogeschool Brugge - Oostende Zeedijk 101, 8400 Oostende tel fax

2 Deze eindverhandeling was een examen; de tijdens de verdediging vastgestelde fouten werden nadien niet gecorrigeerd. Gebruik als referentie in publicaties is toegelaten na inwinning van het advies van de KHBOpromotor, vermeld op het titelblad.

3 Tony De Craemer Woord vooraf Hierbij zou ik van de gelegenheid gebruik willen maken om alle mensen te bedanken die rechtstreeks en onrechtstreeks hebben bijgedragen tot de verwezenlijking van dit eindwerk. Daarom mijn welgemeende dank aan: De werknemers van de firma Licom Telecomcenter BVBA, in het bijzonder; Dhr. Ives Lingier die mij de kans gegeven heeft om mijn stage en eindwerk te realiseren bij Licom. Grad. Anthony Vandeberge en Grad. Ruben Adriaensens voor de aangename werksfeer en het delen van hun praktische kennis met mij, gedurende de stageperiode. Alle docenten die in de loop van de voorbije drie jaar getracht hebben hun kennis aan mij over te brengen. Ing. Luc Vanhee voor de goede begeleiding tijdens het uitschrijven van deze verhandeling. Alle personen die hun technische publicaties gratis ter beschikking stellen op het Internet. Mijn ouders voor de financiering van mijn studies. Mijn vriendin voor de steun in de moeilijkere periodes van mijn studieloopbaan.

4 Tony De Craemer Samenvatting In telecommunicatiesystemen vloeien data- en telefonienetwerken steeds meer in elkaar over. De integratie van deze netwerken maakt het mogelijk om spraak en allerhande data over eenzelfde netwerk te versturen en te ontvangen. Een technologie die voor deze integratie gebruikt kan worden, is gekend onder de naam Voice over IP of VoIP. Dit eindwerk handelt over de technologie van VoIP op zich en ook over de integratie ervan in een bestaand bedrijfsnetwerk. In het eerste deel wordt de technologie zelf besproken. Hierbij wordt vooral aandacht besteed aan de gebruikte audiocodecs ( voor de digitalisering van de spraak) en de gebruikte protocollen. Verder wordt er ook aandacht besteed aan de noodzakelijke eigenschappen om kwalitatieve VoIP-gesprekken te hebben. In het tweede deel van het eindwerk wordt besproken hoe deze technologie werd geïntegreerd in het bedrijfsnetwerk van de stageplaats. Tevens wordt nagegaan wat de voor- en nadelen zijn van VoIP en wat de aandachtspunten zijn bij de algemene integratie in een bedrijfsnetwerk.

5 Tony De Craemer Inhoudsopgave Woord vooraf Samenvatting 3 Inhoudsopgave 4 Figurenlijst 7 Tabellenlijst 8 Lijst van gebruikte afkortingen en symbolen 9 Inleiding 11 1 Evolutie van de telefonie 12 2 Het begrip VoIP Algemeen Soorten VoIP Verschillen t.o.v PSTN Verschillen t.o.v VoDSL 17 3 De H.323-standaard Media Control Protocol Call Signaling Protocol Real-Time Protocol De audiocodecs De G.711-audiocodec Principe Bemonsteren van het LF-signaal Kwantiseren en coderen De A-wet De G.729A audiocodec 26

6 Tony De Craemer Transport van data Lagenstructuur Het OSI-model De fysische laag (laag 1) De datalinklaag (laag 2) De netwerklaag (laag 3) De transportlaag (laag 4) De sessielaag (laag 5) De presentatielaag (laag 6) De applicatielaag (laag 7) Het TCP/IP model De Network acces-laag (laag 1) De internetlaag (laag 2) De Host to host-laag (laag 3) De applicatielaag (laag 4) Het IP-protocol De IP-header IP-adressering Routing Hogere protocollen Tranmission Control Protocol De TCP-header User Datagram Protocol De UDP-header 46 5 Kenmerken en problemen van VoIP Delay Propagation delay Serialization delay Handling delay Queuing delay Jitter Echo Packet loss Voice Activity Detection D/A conversies 53

7 Tony De Craemer Real-Time Protocol 53 6 Quality of Service CRTP Queuing FIFO Priority Queuing Custom Queuing Weighted Fair Queuing CB-WFQ PQ binnen CB-WFQ Packet classification IP precedence RSVP Traffic policing en shaping Commited Acces Rate Generic Traffic Shaping Frame Relay Traffic Shaping Congestion Avoidence Global synchronization RED en WRED 65 7 Praktische realisatie Bespreking van het bedrijfsnetwerk Netwerksituatie in Blankenberge Netwerksituatie in Brugge De telefooncentrale Virtual Private Network De integratie van VoIP Hardware Software Programmatie van de IP-extension kaart Programmatie van de IP-gateway kaart 82 Besluit 89 Bijlagen 91 Literatuurlijst 94

8 Tony De Craemer Figurenlijst Figuur 1.1: Circuitgeschakeld netwerk 13 Figuur 1.2: Pakketgeschakeld netwerk 14 Figuur 3.1: Relatie tussen verschillende protocollen binnen VoIP 19 Figuur 3.2: Indeling van MOS 21 Figuur 3.3: Sampling van een audiosignaal 23 Figuur 3.4: Voorstelling van uniforme kwantisering 24 Figuur 3.5: Voorstelling van niet-uniforme kwantisering 25 Figuur 3.6: Voorstelling van kwantisering volgens de A-wet 25 Figuur 3.7: Betekenis van alle bits in 8-bit codewoord 26 Figuur 4.1: Vereenvoudigde voorstelling van een lagenstructuur 29 Figuur 4.2: De 7 lagen van het OSI-model 30 Figuur 4.3: De 4 lagen van het TCP/IP-model 34 Figuur 4.4: Structuur van de IP-header 38 Figuur 4.5: Klasse A, B, C, D en E adresformaten 40 Figuur 4.6: Structuur van de TCP-header 44 Figuur 4.7: Structuur van de UDP-header 46 Figuur 5.1: Jitter 49 Figuur 5.2: Voice Activity Detection 52 Figuur 5.3: Structuur van de RTP-header 54 Figuur 6.1: Compressie van de IP/RTP/UDP-header 56 Figuur 6.2: Werking van PQ 58 Figuur 6.3: Werking van CQ 59 Figuur 6.4: Globale synchronisatie bij tail drop -systeem 64 Figuur 6.5: Werking van Random Early Detect 66 Figuur 7.1: Modulaire opbouw van telefooncentrale 69 Figuur 7.2: De PSU-eenheid van een KX-TDA Figuur 7.3: De MPR-kaart van de KX-TDA 100 in combinatie met een MEC-kaart 71 Figuur 7.4: BRI-kaart van de KX-TDA Figuur 7.5: DHCL 8-kaart van de KX-TDA Figuur 7.6: IP-GW 4-kaart van de KX-TDA Figuur 7.7: OPB 3-kaart van de KX-TDA Figuur 7.8: Principiële voorstelling van de VPN-situatie 75 Figuur 7.9: Kiezen van de verbinding voor de programmatie 77 Figuur 7.10: Buiten dienst stellen van de IP-extension kaart 78 Figuur 7.11: Instellen van IP-adres en subnetmasker 79 Figuur 7.12: Registratie van de router 80 Figuur 7.13: Registratie van IP-telefoons 80 Figuur 7.14: Beeld van de webpagina voor de programmatie van de IP-gateway 82 Figuur 7.15: Netwerkinstellingen van de IP-gateway kaart 83 Figuur 7.16: H.323-instellingen van de IP-gateway kaart 84 Figuur 7.17: Voice Communication Detailed Settings voor de IP-gateway kaart 85 Figuur 7.18: Instellen van Hunt Pattern op de IP-gateway 86 Figuur 7.19: Gateway Entry 87 Figuur 7.20: DN2IP Entry 88

9 Tony De Craemer Tabellenlijst Tabel 2.1: VoIP versus PSTN 17 Tabel 2.2: VoIP versus VoDSL 17 Tabel 3.1: De H.323 protocollen en hun functie 18 Tabel 3.2: Overzicht van Coderingsmethodes 20 Tabel 4.1: Voorbeeld van een routeringstabel 42 Tabel 5.1: Gebruiksvormen en hun vertragingen 48 Tabel 6.1: Overzicht van codecs en hun gebruikte bandbreedte 55 Tabel 6.2: Waarden van IP-precedence veld 61

10 Tony De Craemer Lijst van gebruikte afkortingen en symbolen ACK ACR ADC ADPCM ASCII ATM BECN BGP BRI CAR CB-WFQ CF CLEP CLIP CoS CQ CRC CRTP CS-ACELP CSIF CTI D/A DHCL DHCP DN2IP DSL DSP FDM FECN FIFO FR FRTS FTP GTS HF IHL INS IP IP-GW ISDN ISO ISP ITU-T LAN LAPD Acknowledgment Absolute category Rating Analoog naar Digitaal Convertor Adaptive Pulse Code Modulation American Standard Code for Information Interchange Asynchronous Transfer Mode Backward Explicit Congestion Notification Border Gateway Protocol Basic Rate Interface Commited Acces Rate Class Based-Weighted Fair Queuing Call Forwarding Code-exicted Linear Prediction Calling Line Identity Presentation Class of Service Custom Queuing Cyclic Redundancy Check Compressed Real-Time Protocol Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction Cell Station Interface Computer Telephony Integration Digitaal naar Analoog Digital Hybrid Line Card Dynamic Host Configuration Protocol Dailed Number to IP address translation Digital Subscriber Line Digital Signal Processing Frequency division multiplexing Forward Explicit Congestion Notification First In First Out Frame Relay Frame Relay Transfer Shaping File Transfer Protocol Generic Traffic Shaping Hoogfrequent IP-Header Length In Service Internet Protocol Internet Protocol-Gateway Integrated Services Digital Network International Standardization Organization Internet Service Provider Telecom standardisation sector of the International Telecommunication Union Local Area Network Link Access Protocol-channel D

11 Tony De Craemer LD-CLEP Low Delay Code-exicted Linear Prediction LF Laagfrequent LSB Least Significant Bit MAC Media Access Control MEC Memory Expansion Card MOS Mean Opinion Score MPR Main Processing MSB Most Significant Bit OPB Optional Base OSI Open System Interconnection OSPF Open Shortest Path First protocol OUS Out of Service PABX Private Automatic Branch Exchange PAM Pulse Amplitude Modulation PBX Private Branch Exchange PCM Pulse Code Modulation PPP Point-to-Point Protocol PQ Priority Queuing PRA Primary Rate Interface PSTN Public Switched Telephone Network PSU Power Supply Unit PT Payload Type QoS Quality of Service Qsig Quality signaling RAS Registration Admission Status RED Random Early Detect RJ-45 Recommended Jack 45 RMT Remote RSVP Resource Reservation Setup Protocol RTP Real-Time Protocol RTCP RTP Control Protocol SIP Session Initiation Protocol SMTP Simple Mail Transfer Protocol SSRO Synchroniztion Source Identifier TCP Transmission Control Protocol TDM Time Division Multiplexing ToS Type of Service UDP User Datagram Protocol USB Universal Serial Bus UTP Unshielded Twisted Pair VAD Voice Activity Detection VoDSL Voice over Digital Subscriber Line VoIP Voice over Internet Protocol VPN Virtual Private Network WAN Wide Area Network WFQ Weighted Fair Queuing WRED Weighted Random Early Detect WRR Weighted Round Robin

12 Tony De Craemer Inleiding Met dit eindwerk was het de bedoeling om de technologie van Voice over IP onder de knie te krijgen en deze technologie te integreren in het bedrijfsnetwerk van de stageplaats. Het doel van Voice over IP is: real- time spraaksignalen en de daarbij ho rende controleinformatie te versturen over netwerken die steunen op het Internet Protocol. In hoofdstuk 1 evolutie van de telefonie worden als algemene introductie, de veranderingen in de telefoniewereld gedurende de jaren aangehaald. Hierbij komen tevens enkele basisbegrippen aan bod. In hoofdstuk 2 het begrip VoIP wordt de globale werking van VoIP uitgelegd. Verder worden ook nog enkele soorten VoIP kort besproken en komen de verschillen van deze technologie t.o.v PSTN en VoDSL aan bod. Hoofdstuk 3 de H.323-standaard handelt over de belangrijkste, overkoepelende standaard voor VoIP op dit moment. In dit hoofdstuk wordt ondermeer een omschrijving gegeven van de protocollen die deel uitmaken van deze standaard. Daarnaast wordt er ook nog gedetailleerd ingegaan op de werking van de gebruikte audiocodecs, voor de digitalisatie van spraaksignalen. In hoofdstuk 4 transport van data worden de begrippen en protocollen besproken die belangrijk zijn voor het transport van data over IP-netwerken. Eerst en vooral wordt het begrip lagenstructuur uitgelegd en dieper uitgespit a.d.h.v het OSI- en TCP/IP-model. Vervolgens wordt het Internet Protocol en enkele begrippen hieromtrent besproken. Tot slot wordt ook nog aandacht besteed aan de werking van hogere protocollen, zoals UDP en TCP, die ook van belang zijn voor het transport van data. In hoofdstuk 5 kenmerken en problemen van VoIP worden de belangrijkste problemen die zich kunnen voordoen in een VoIP-omgeving besproken. Zo komen begrippen als delay, jitter, echo, enz. aan bod. Hoofdstuk 6 quality of service handelt over een aantal begrippen die een positieve invloed kunnen hebben op de kwaliteit van VoIP binnen een multimedianetwerk. In hoofdstuk 7 praktische realisatie wordt eerst de netwerksituatie van het stagebedrijf besproken. Daarna volgt ook nog een beschrijving van de werkelijke integratie van VoIP binnen het bedrijfsnetwerk van het stagebedrijf (BVBA Licom). Tot slot hoop ik dat elke lezer deze verhandeling mag ervaren als een aangename en leerrijke kennismaking met de wereld van VoIP.

13 Tony De Craemer Evolutie van de telefonie In 1876 werd voor de eerste keer spraak getransporteerd over een fysisch medium dat slechts twee toestellen met elkaar verbond. De man die dit verwezenlijkte en zo het startschot gaf voor de evolutie van het telefonienetwerk was Alexander Graham Bell. Doorheen de tijd evolueerde dit simpele ontwerp. Eerst was er sprake van een unidirectioneel spraaksysteem, waarbij enkel één gebruiker kon spreken. Later evolueerde het systeem verder tot een bidirectioneel spraaksysteem, waarbij twee gebruikers tegelijkertijd konden spreken. Om de spraak te verzenden was er een fysische kabel nodig naar elke gebruiker die men wenste te bereiken. Naarmate het gebruik van de telefoon evolueerde zag men al snel in dat dit een veel te duur en onefficiënt systeem was. Omdat het onmogelijk was om een kabel te trekken tussen iedereen over de hele wereld die toegang wilde tot het telefoonnetwerk, werd er een ander mechanisme uitgevonden. Dit mechanisme kon twee willekeurige toestellen met elkaar verbinden en werd een switch genoemd. Zo had elke gebruiker nog slechts één kabel nodig die naar een gecentraliseerde switch liep. In het begin handelde een telefoonoperator als switch. Deze persoon vroeg dan aan de bellers naar waar ze wilden bellen en maakte dan manueel de verbinding tussen de twee spraakkanalen. Ongeveer honderd jaar later werd deze menselijke switch vervangen door een electronische switch. Bij het telefoonnetwerk zoals het werd uitgevonden door Alexander Graham Bell aan het einde van de negentiende eeuw was het spraakverkeer volledig gebaseerd op analoge technieken. Spraak werd hierbij tijdens de overdracht op een geheel analoge manier behandeld d.m.v. filters, versterkers en mengers. Deze methoden van overbrenging van spraak en data kenden heel wat technologische beperkingen die te wijten waren aan fysische factoren zoals temperatuur en vochtigheid, die op hun beurt lijden tot verschillende problemen. Enkele van deze problemen zijn toenemende ruis, afnemende versterking, enz. Bovendien was het duur om dergelijke netwerken te onderhouden, aangezien ze een hoge graad van menselijke interactie vereisten. Daarbij komt nog dat de verbindingen zeer foutgevoelig waren en weinig beveiliging hadden, ze namen een belangrijke hoeveelheid aan plaats in en verbruikten heel wat energie. Nog een ander probleem was het verzenden van meerdere communicatiesessies over één enkele fysische verbinding. Dit werd verwezenlijkt d.m.v. een techniek die Frequency Division Multiplexing heet en die tot stand gebracht werd door complexe analoge HF mixers. Later, bij de introductie van ISDN ( Integrated Services Digital Network ) werd het mogelijk om spraak te transporteren in de vorm van digitale informatie. Dit was mogelijk doordat de analoge informatie eerst omgezet werd in digitale vorm alvorens de spraak werd overgezonden. In de praktijk kan deze omzetting gebeuren in de telefoon zelf (dit is dan wel een digitale telefoon) of in een telefooncentrale, ook wel PABX genoemd (Private Automatic Branch Exchange) die zich in het bedrijf van de consument bevindt.

14 Tony De Craemer Door deze toepassing was de telefonie-infrastructuur niet langer onderhevig aan de bestaande fysische aspecten zoals wel het geval was bij de volledige analoge structuur. De voordelen zijn: betere kwaliteit, lagere onderhoudskosten, betere beveiliging, hogere datasnelheden en bovenal de mogelijkheid om nieuwe diensten te creëren zoals CLIP (Calling Line Identity Presentation) en CF (Call Forwarding). Deze zijn slechts enkele van de vele diensten die mogelijk zijn. Nog een ander voordeel van ISDN is dat de gebruikte digitale trunks gebruik maken van TDM (Time Division Multiplexing) i.p.v. FDM. Dit laat een vloeiende integratie van spraak en data toe met een hoge graad van kwaliteit. Figuur 1.1 geeft een verduidelijkend idee van hoe het verkeer verloopt in een digitaal netwerk. Figuur 1.1: Circuitgeschakeld netwerk Wat alle traditionele telefoonnetwerken gemeen hebben is hun connectiegeoriënteerde werking. Dit houdt in dat er telkens voordat er een gesprek gevoerd kan worden, een verbinding tot stand gebracht moet worden. Dit heeft als gevolg dat een communicatie die niet connectiegeoriënteerd is moeilijk ondersteund wordt. Dit was een tiental jaar geleden nog geen probleem. Omdat alle connectieloze data getransporteerd werd over specifiek daarvoor voorziene netwerken. Een voorbeeld van zo n netwerk die iedereen kent is het internet. Het is een pakketgeoriënteerd netwerk dat werkt op een connectieloze manier. M.a.w de data wordt verzonden naar de bestemming zonder vooraf een bepaalde verbindingsweg op te bouwen tussen de bron en de bestemming. Pakketgeöriënteerd betekent dat de data in de vorm van pakketten getransporteerd wordt over een zogenaamd packet switched network. Dit soort netwerk behandelt alle pakketten individueel en onafhankelijk van de andere pakketten.

15 Tony De Craemer De steeds evoluerende technologie heeft ons tot een situatie gebracht waarbij steeds meer netwerken die gebruik maken van het IP protocol ook in staat zijn om connectiegeoriënteerde datatransport, zoals spraak, te verwezenlijken. Dit is dan ook het moment waarop VoIP op de proppen komt als de huidige technologie om spraak te versturen over IP georiënteerde netwerken met bepaalde eisen van kwaliteit. Figuur 1.2 geeft een verduidelijkende weergave van hoe spraak verzonden wordt over een packet switched network. Figuur 1.2: Pakketgeschakeld netwerk

16 Tony De Craemer Het begrip VoIP 2.1 Algemeen In dit hoofdstuk wordt een globale bespreking gegeven van VoIP, en wat de verschillen zijn met PSTN en VoDSL. Later wordt VoIP meer in detail behandeld. VoIP en IP-telefonie zijn begrippen die vaak door elkaar worden gebruikt. Er is echter een duidelijk verschil. IP-telefonie is VoIP met dit specifieke kenmerk dat bij IP-telefonie gebruik gemaakt wordt van beheerde bedrijfsnetwerken (LAN, WAN). Dus wanneer we spreken over de integratie van VoIP binnen een bedrijfsnetwerk, dan spreken we eigenlijk van IP-telefonie. Voice over IP ( VoIP ) is een technologie die er voor zorgt dat het mogelijk wordt om spraak met een aanvaardbare kwaliteit te versturen over een IP-netwerk. Voor alle duidelijkheid, een IP-netwerk is een computernetwerk dat gebruik maakt van het IP-protocol voor de overdracht van informatie. De VoIP-technologie werkt met het TCP/IP-protocol. De taak van het IP-protocol is het opsplitsen van de data in pakketten. Deze pakketten worden geadresseerd zodat ze op de juiste bestemming aankomen. De adressering zelf gebeurt met IP-adressen. Het TCP-protocol zal er voor zorgen dat de data foutloos van de zender naar de ontvanger wordt verzonden. Het controleert of de data goed is overgekomen. Indien dit niet het geval is zorgt het TCP-protocol ervoor dat het verloren datapakket opnieuw wordt uitgezonden. Voor de meeste internettoepassingen (zoals: , webpagina s en bestandsoverdrachten ) is dit een oplossing. Maar bij real-time toepassingen zoals VoIP is dit niet bruikbaar. Pakketten met geluidsbestanden die niet goed zijn aangekomen, kunnen beter verloren gaan dan dat ze opnieuw uitgezonden worden. Het komt de kwaliteit van audio niet ten goede wanneer er af en toe nog resten binnenkomen van voorgaande gesprekken. Gelukkig is er een eenvoudige oplossing voor dit probleem. Bij het TCP-protocol kan de foutcontrole worden uitgeschakeld door gebruik te maken van het ingebouwde UDP-protocol. UDP controleert niet of de data goed is overgekomen, voert geen controles uit, maar verzendt de data gewoon. En wat verloren gaat, gaat verloren. Om audio te versturen is er meer nodig dan het verpakken en adresseren. Zo dient de audio bijvoorbeeld gecomprimeerd te worden. Dit wordt niet gedaan door het TCP/IP-protocol maar door andere protocollen. De protocollen die zich hiertoe lenen zijn onderdelen, en dit samen met nog wat andere protocollen, van de alles overkoepelende H.323-standaard. Zowel het TCP/IP-protocol als de H.323-standaard zullen verder in deze tekst dieper uitgespit worden.

17 Tony De Craemer Soorten VoIP Op dit ogenblik zijn er verschillende soorten VoIP beschikbaar, vier om meer specifiek te zijn. Ze hebben allen hun eigen kostprijs en kwaliteit. 1. VoIP via speciale IP-lijnen Hiervoor moet u een eigen IP-netwerk hebben en investeren in een nieuwe telefooncentrale (IP telefonie server) en speciale IP-telefoons. Dat is alleen rendabel bij een behoorlijke schaalgrootte en voor bedrijven met veel verspreide vestigingen en een goed eigen IPnetwerk. Wel biedt deze vorm van VoIP vele extra mogelijkheden boven de traditionele telefonie. Zo kan de telefonie gekoppeld worden aan interne computerapplicaties. Een ander voordeel is dat u gratis kunt bellen naar andere vestigingen, mits er vaste computerverbindingen aanwezig zijn. 2. VoIP via de bestaande internetaanbieder U maakt gebruik van uw eigen internetaansluiting en laat de telefonie via deze verbinding versturen. Aan deze methode zit echter een groot nadeel. De internetconnectie is niet altijd even snel en betrouwbaar, waardoor de kwaliteit van de verbinding kan tegenvallen. Wel is dit vaak de goedkoopste oplossing. De investeringen zijn gering, afhankelijk van de aanbieder. Bij de een heeft u een apparaat nodig dat u tussen de internetverbinding en de telefoon plaatst, en bij de ander hoeft u alleen software te installeren. 3. VoIP via DSL Wordt ook wel VoDSL genoemd. De telefonie wordt verstuurd via dezelfde DSL-verbinding waarmee kan worden gesurft. Een groot voordeel van VoDSL ten opzichte van VoIP via een speciale IP-lijn is dat er geen nieuwe telefoontoestellen voor nodig zijn. Bovendien kunnen spraakverbindingen tussen klanten van dezelfde ISP goedkoper plaatsvinden en er zijn er al die het tegen een vast tarief 'gratis' aanbieden. 4. VoIP via kabelmodem Bij deze variant van VoIP heb je niet langer een telefoonlijn nodig. Het spraaksignaal wordt via de kabel verstuurd. Net als bij VoIP via de internetaanbieder is deze vorm echter niet geschikt voor een bedrijf dat veel lijnen nodig heeft. 2.3 Verschillen t.o.v PSTN Momenteel zijn de meeste functionaliteiten die met VoIP zonder meerprijs geleverd worden (caller ID, voic , call logs, call forwarding, call return en andere) vaak tegen meerprijs beschikbaar op het PSTN-netwerk. Door de integratie met andere IP-toepassingen zullen echter daadwerkelijke nieuwe functionaliteiten beschikbaar komen, zoals unified messaging (integratie van spraak, instant messaging, , voic , fax) en op basis hiervan presence, ofwel informatie over de beschikbaarheid van een persoon voor communicatie, waarbij ook het op dat moment meest geschikte communicatiemedium (telefoon, mobiel, sms, ) wordt aangegeven of automatisch wordt ingeschakeld. Dit is slechts één van de verschillen tussen VoIP en PSTN, er zijn er echter nog meerdere. Tabel 2.1 geeft hiervan een overzicht.

18 Tony De Craemer PSTN Adressering op basis van een locatiegebonden telefoonnummer. Gesloten netwerk in handen van de serviceprovider. Communicatiemedia zijn spraak en voic . Technologie en bedrijfsmodellen op basis van verticale integratie en zelfstandige netwerken. Gebruikersinterface op basis van beltoon en Voice Response systemen. Iedere gebruiker heeft dezelfde functionaliteit. Technologie en toepassingen op basis van industriestandaarden. VoIP Individuele adressering. Open netwerk, Internet. Unified messaging: integratie van spraak, instant messaging, , voic ,fax. IP-netwerk in gebruik door meerdere applicaties en gedeeld ( spraak, video, data ). Spraak is slechts één van de toepassingen. Audiovisuele gebruikersinterface, via display op telefoon of web-interface. Functionaliteit is aan de wensen van gebruikers aan te passen. Platform voor ontwikkeling van nieuwe diensten door individuele partijen. Tabel 2.1: VoIP versus PSTN 2.4 Verschillen t.o.v VoDSL VoDSL is iets wat de laatste tijd naast VoIP ook veel aan populariteit aan het winnen is. De belangrijkste verschillen tussen deze twee technologieën zijn daarom weergegeven in tabel 2.2. VoDSL VoIP ( via speciale IP-lijnen ) Spraak en data maken virtueel gescheiden Spraak- en datapakketten lopen door elkaar gebruik van hetzelfde transportkanaal. heen. Spraak is direct gekoppeld met het openbare De routers integreren en de-integreren de netwerk en vervangt de normale telefoonlijn. verschillende pakketten. Is single site georiënteerd. Is multi-site georiënteerd. Geen gratis on-net verkeer ( tussen Gratis on-net verkeer ( tussen vestigingen vestigingen van hetzelfde bedrijf ). van hetzelfde bedrijf ) is mogelijk maar vereist dan wel een IP-VPN. Gegarandeerde spraakkwaliteit. Kwaliteit van de spraak is afhankelijk van het toegepaste transmissiemedium. Tabel 2.2: VoIP versus VoDSL

19 Tony De Craemer De H.323-standaard Voor VoIP bestaan tal van IP-signaliseringsprotocollen bestaan. De meest besproken protocollen zijn op dit moment H.323 en SIP (Session Initiation Protocol). H.323 wordt op dit moment als de meest uitgewerkte standaard aanzien. Het is ook de standaard die al het langst van toepassing is binnen dit domein van de telecommunicatie. Daarom zal in het verdere verloop van deze verhandeling enkel de H.323-standaard besproken worden. De H.323-standaard is dan ook de standaard die gebruikt is voor de praktische realisatie van de eindwerk opdracht. H.323 is een ITU-T standaard die ontwikkeld is voor het versturen van audio, video en data over het Internet. Om deze reden speelt deze standaard ook een heel belangrijke rol bij VoIP. De H.323-standaard bestaat zelf ook nog eens uit een aantal protocollen. Deze protocollen zijn dan bedoeld om een aantal diensten te verwezenlijken die ook onder de standaard vallen. In tabel 3.1 wordt een overzicht gegeven van de protocollen die in de H.323-standaard vervat zitten samen met hun functie. Protocol H.225 Call Signaling H.245 Media Control G.711, G.722, G.723, G.728, G.729 Audio Codecs H.261, H.263 Video Codecs T.120 Data Sharing RTP/RTCP Media Transport Functie Tabel 3.1: De H.323 protocollen en hun functie In figuur 3.1 wordt de relatie tussen de verschillende protocollen die van belang zijn binnen het domein van VoIP weergegeven. De H.323-protocollen zijn hierbij aangeduid in de licht oranje kleur.

20 Tony De Craemer signalering transport G.711 G.723 G.729 H.261 H.263 T.120 H.225 RAS H.225 Q.931 H.245 RTCP RTP TCP UDP TCP IP Figuur 3.1: Relatie tussen verschillende protocollen binnen VoIP 3.1 Media Control Protocol H.245 zal meer bepaald het controle protocol voor multimediacommunicatie tussen twee H.323 eindpunten definiëren. H.245-procedures brengen logische kanalen tot stand voor de transmissie van audio, video en controle-informatie. Per gespreksessie zal een eindpunt een H.245-kanaal tot stand brengen. Het H.245-protocol maakt ook een onderscheid tussen de zender en de ontvanger, hierdoor kan het protocol er voor zorgen dat er alleen met protocollen wordt gewerkt die door beide zijden van een communicatiesessie ondersteund worden. 3.2 Call Signaling Protocol Het H.225-protocol specificeert het gebruik van Q.931-signaleringen. Hiervoor wordt een betrouwbaar controlekanaal opgezet over een IP netwerk. Over dit controlekanaal zullen Q.931-signaleringen overgezonden worden. Deze signalen hebben als doel: het opzetten, onderhouden en verbreken van gesprekken. 3.3 Real-Time Protocol RTP zal zorgen voor de goede transport van real-time toepassingen, zoals audio en video, in een H.323-omgeving. RTP maakt ook nog gebruik van ander mechanismen om ondermeer te zorgen voor betrouwbaarheid en QoS. RTP wordt nog dieper besproken in hoofdstuk 5.

21 Tony De Craemer De audiocodecs Deze codecs zorgen voor de digitalisering van het geluid. Binnen de H.323 standaard bestaan er echter nog verschillende codecs, elk met hun eigen specificaties. Tabel 3.2 geeft een overzicht van deze codecs. Coderingsmethode Snelheid Vertraging Framelengte MOS-score (kbps) (msec) (msec) G.711 PCM 64 0,75 0,125 4,1 G.726 ADPCM ,125 3,85 G.728 LD-CELP ,625 3,61 G.729 CS-ACELP ,92 G.729ª CS-ACELP ,7 G ACELP 5,3 37,5 30 3,65 Tabel 3.2: Overzicht van Coderingsmethodes De ITU- T aanbeveling G.711 PCM en G.726 ADPCM vormen de standaard golfvorm codec's. De ITU- T aanbeveling G.728 is een codec die gebruik maakt van een 16 kbps Low Delay Code-Exicted Linear Prediction algoritme (LD-CELP). De ITU- T aanbeveling G.729 is een 8 kbps Conjugate-Structure Algebraic-Code- Excited Linear-Prediction (CS-ACELP) algoritme. Het algoritme heeft een vertragingstijd van 10 ms en bezit een goede spraakkwaliteit. Hoewel oorspronkelijk ontworpen voor draadloze omgeving is het ook prima bruikbaar in de IP en de multimediawereld. De G.729A variant maakt gebruik van dezelfde snelheid en framestructuur als de G.729. Ze kunnen dan ook met elkaar gecombineerd worden. De ITU- T aanbeveling G bevat een 6,3 en 5,3 kbps vocoder voor multimediacommunicatie en is bedoeld voor gebruik in lage bandbreedte videotelefoons. De framelengte bedraagt 30 msec en de vertragingstijd bedraagt 37,5 msec. In toepassingen waar geringe vertraging van belang is, kan G dus niet bruikbaar zijn. Als dit wel toelaatbaar is, dan biedt G een alternatief voor G.729 met minder bandbreedte tegen een geringe reductie in geluidskwaliteit. In de laatste kolom wordt de MOS-score weergegeven. MOS staat voor Mean Opinion Score. Dit is een score die wordt toegekend aan de kwaliteit van de algoritmes. Deze kwaliteit wordt bepaald door een zogenaamde benchmark test. Een veelvuldig toegepaste benchmark test is de ACR (Absolute Category Rating) test. Meerdere proefpersonen worden gevraagd om naar geluidsfragmenten van 8 tot 10 seconden te luisteren en deze te beoordelen naar kwaliteit. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een schaal van 1 tot 5 die ingedeeld is zoals weergegeven in figuur 3.2.

22 Tony De Craemer Figuur 3.2: Indeling van MOS Kwaliteit van een gesprek van persoon tot persoon. Kwaliteit van een normaal telefoongesprek. Voldoende verstaanbaarheid, maar niet van goede kwaliteit. De woorden zijn begrijpbaar, maar de spreker is niet herkenbaar. De woorden zijn onverstaanbaar en de spreker is onherkenbaar. Bij uitmiddelen van de verschillende numerieke waarden ontstaat op deze manier de Mean Opinion Score (MOS). Het materiaal waarnaar geluisterd wordt, bestaat uit verschillende fragmenten met meerdere talen en verschillende stemmen (man, vrouw). Tijdens de testen wordt ook gebruik gemaakt van verschillende niveaus van achtergrondruis en situaties waarbij meerdere keren achter elkaar gecodeerd en gedecodeerd wordt. Op deze manier wordt een redelijk objectief beeld gekregen van de kwaliteit van coderingsalgoritmen. De hierboven besproken codecs verzorgen niet alleen de codering van de audio maar staan ook in voor andere functies i.v.m audio. Deze functies zijn ondermeer: geluidscompressie, VAD (Voice Activity Detection). Geluidscompressie Geluidscompressie is er om het gedigitaliseerde geluid kleiner te maken, waardoor deze minder bandbreedte in beslag neemt. Voor communicatie met telefoonkwaliteit waarbij er gedigitaliseerde spraakinformatie verzonden wordt, is er in normale omstandigheden een bandbreedte nodig van 64 Kbps. Indien er gebruik gemaakt wordt van compressie dan kan dit herleid worden tot 16 Kbps en in sommige gevallen zelfs tot 8 Kbps. Hierdoor wordt de snelheid van de te verzenden data verhoogd. VAD (Voice Activity Detection) Bij de meeste gesprekken is er altijd een persoon tegelijk aan het woord. De spreker vertelt terwijl de luisteraar stil is. Omdat het versturen van pakketten met stilte van de luisteraar verspilling is van de bandbreedte heet VAD hier een oplossing voor. De pakketten die stilte bevatten worden uitgefilterd en bijgevolg niet verstuurd. Indien de luisteraar terug spreekt dan wordt zijn stem gedetecteerd en worden er terug pakketten verstuurd. Dit fenomeen wordt dieper behandeld in hoofdstuk 5.

23 Tony De Craemer De audiocodecs die van toepassing zijn binnen het kader van de eindwerkopdracht zijn de G.711 en G.729A. Daarom worden deze codecs in het volgende stuk wat uitgebreider behandeld De G.711-audiocodec Principe De G.711-codec is eigenlijk niet meer of niet minder dan PCM codering van een spraaksignaal. PCM staat voor Pulse Code Modulation en is één van de best geschikte methoden om een audiosignaal te coderen. De omzetting van een analoog signaal in een digitale code gebeurt hierbij in twee stappen: bemonsteren van het LF-signaal, kwantiseren en coderen van de samples Bemonsteren van het LF-signaal Het bemonsteren, ook wel samplen genoemd van het LF-signaal, gebeurt met een samplefrequentie die minstens tweemaal zo groot moet zijn als de hoogste frequentie die in het LF-signaal voorkomt. Bij spraaksignalen zal de maximum frequentie zo n 4000 Hz bedragen, waardoor voor de samplefrequentie dan een waarde wordt genomen van 8000 Hz. Men moet aan deze eis voldoen bij het samplen om geen verlies aan informatie te hebben uit het LF-signaal. Interessant om weten is ook dat deze eis steunt op de sample-theorie van Shanon. Het bemonsteren gebeurt door een sample-and-hold-schakeling. Hierbij wordt het analoog signaal op een vast en periodisch ritme bemonsterd, waarna de analoge waarde wordt vastgehouden tot er een nieuwe sample wordt genomen. De nieuwe sample wordt pas genomen wanneer de ADC die zich in de volgende trap bevindt de overeenkomende digitale code gevormd heeft voor de huidige sample. Het signaal dat gebruikt wordt voor de bemonstering heeft liefst een zo kort mogelijke pulsduur. Het resultaat van deze bewerking zal een PAM-signaal afleveren, die dan wordt doorgegeven aan de ADC voor de kwantisering en codering van het signaal. In figuur 3.3 wordt een audiosignaal weergegeven, met daaronder het tijdsbeeld van de gesampelde versie van het signaal.

24 Tony De Craemer Figuur 3.3: Sampling van een audiosignaal Kwantiseren en coderen Kwantiseren is het omzetten van de amplitudes van de PAM-pulsen in een aantal vastgelegde waarden. Bij het coderen worden deze waarden omgezet in een n-bit code. De waarde van n is afhankelijk van het aantal kwantiseringsintervallen i die worden gebruikt. De waarde van n wordt dan bepaald aan de hand van de onderstaande formule. n = ²log i In het geval van 256 kwantiseringsintervallen is de waarde van n gelijk aan 8. We moeten ook opletten dat we door een te slechte kwatisering geen slechte benadering van het signaal gaan verkrijgen. Het is zo dat de benadering van het signaal beter wordt naarmate het aantal kwantiseringsintervallen groter wordt. Uit de stellingen van daarnet kunnen we dus ook afleiden dat de benadering van het werkelijke verloop van het signaal ook beter zal zijn naargelang het aantal gebruikte bits uit de n-bit code groter is. De meeste fabrikanten garanderen echter een adequate weergave indien er 16 bits gebruikt worden in de n-bit code. In dit geval wordt de maximale kwantiseringsfout beperkt tot een halve LSB. Met de kwatiseringsfout wordt het verschil tussen de aangenomen waarde en de werkelijke waarde van het analoge signaal bedoeld.

25 Tony De Craemer De A-wet In Europa wordt de G.711 codec gebruikt samen met het principe van de A-wet. De Amerikaanse variant hierop is de µ-wet. Deze A-wet is de toepassing van een techniek om een nadelig gevolg van de al eerder aangehaalde kwantiseringsfout te verminderen. De kwantiseringsfout veroorzaakt bij een gecodeerd signaal kwatiseringsruis. Er bestaan namelijk twee soorten kwantisering : uniforme kwantisering, niet-uniforme kwantisering. Bij uniforme kwantisering wordt het ingangssignaal ingedeeld in gelijke kwantiseringsintervallen en per interval is er één gekwantiseerde waarde. Dit heeft als gevolg dat de kwantiseringsruis even groot is voor kleine als voor grote ingangssignalen. Dit betekent dan ook dat de signaal-ruisverhouding van het gecodeerde signaal daalt naarmate het niveau van het ingangssignaal daalt. Figuur 3.4 geeft het verloop weer van de kwantiseringsfout bij uniforme kwantisering. Figuur 3.4: Voorstelling van uniforme kwantisering Bij niet-uniforme kwantisering wordt het signaal ingedeeld in ongelijke kwantiseringsintervallen. De intervallen worden dan ook zo ingedeeld dat ze groter worden naarmate het niveau van het ingangssignaal groter wordt. Hierdoor is de kwantiseringsruis bij de grote signalen groter dan bij kleine signalen. Op die manier verkrijgen we voor alle signaalniveaus een even grote signaal-ruisverhouding, wat beter is voor het onderscheiden van de signalen t.o.v de ruis. Figuur 3.5 geeft het verloop weer van de kwantiseringsfout bij niet-uniforme kwantisering.

26 Tony De Craemer Figuur 3.5: Voorstelling van niet-uniforme kwantisering De A-wet is nu eigenlijk een vorm van niet-uniforme kwantisering. Hierbij gaat men per kwantiseringsinterval één segment voorzien. In totaal zijn er 13 segmenten (A-G-A). Elk segment wordt dan nog eens opgedeeld in 16 niveaus. Segment A vormt hierop een uitzondering omdat die opgedeeld wordt in 4 maal 16 niveaus. Figuur 3.6 geeft nu een weergave van die indeling volgens de A-wet. Figuur 3.6: Voorstelling van kwantisering volgens de A-wet

27 Tony De Craemer Wanneer we nu de onderstaande berekening beschouwen, dan komen we op een totaal van 256 niveaus bij de toepassing van de A-wet. Tot. Aantal niveaus = (4 x 16 niveaus) + (12 x 16 niveaus) = 256 Bijgevolg kunnen de 256 kwantiseringsintervallen gecodeerd worden met 8 bits. n = ²log 256 = 8 Figuur 3.7 geeft een verduidelijkende weergave van de betekenis van alle bits uit het 8-bit codewoord dat als resultaat van een sample uit een analoog ingangssignaal wordt afgeleverd. Kortom een deel van het resultaat als gevolg van de uitvoering van de G.711 codec met de A- wet op een analoog signaal. Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Teken 1: + 0: - Segment 000 (A1) 000 (A2) 111 (G) Niveau 0000 (0) 0001 (1) 1111 (15) Figuur 3.7: Betekenis van alle bits in 8-bit codewoord De G.729A audiocodec De G.729 codec specificeert een codeerschema, dat als doel heeft een 64 kbps PCMspraaksignaal te comprimeren tot een 8 kbps signaal. De codec steunt hierbij op een bepaald algoritme dat het CS-ACLEP genoemd wordt. De afkorting staat voor Conjugate Structure Algebraic-Code-excited Linear-Prediction. Bij deze techniek gaat men elk spraaksignaal zo veel mogelijk comprimeren zonder dat de spraak onverstaanbaar wordt. Dit is mogelijk door de spraak te vergelijken met een gamma van signalen die opgeslagen zijn in een codeboek. Het signaal dat het best overeenkomt met het oorspronkelijke signaal gaat men dan ook gebruiken. Deze codec is ontworpen om frames van 80 samples, of 10 milliseconden van spraakdata te produceren. Hij doet tevens ook een voorspelling van 5 milliseconden, waardoor de totale vertraging oploopt tot 15 milliseconden. De G.729A is een variant van de G.729 codec en heeft een minder complexe opbouw dan de G.729 codec. Deze codecs worden meestal toegepast in de vorm van software die in een DSPprocessor geladen wordt.

28 Tony De Craemer Transport van data Naast de digitalisering en comprimering van spraak is het ook van belang dat gegevens op een behoorlijke manier worden overgezonden. Voor we kunnen spreken van VoIP is het van belang dat eerst uitgelegd wordt wat IP is en van waar dit komt. Zo is het van belang dat begrippen als netwerk software architectuur, OSImodel en TCP/IP-model duidelijk zijn. Om het transport proces bij VoIP zo duidelijk mogelijk te bespreken, wordt eerst aandacht besteed aan enkele belangrijke begrippen die hiervoor reeds vernoemd zijn. Zo wordt eerst het begrip lagenstructuur uitgelegd om dan over te gaan naar het OSI-model. Dit OSI-model is een toepassing van een lagenstructuur en vormt eveneens een referentiemodel voor het TCP/IP-model. Het uiteindelijke IP-protocol die van toepassing is binnen het VoIP domein, is gebaseerd op dit TCP/IP-model. Samen met het IP-protocol worden er ook nog andere protocollen gebruikt bij VoIP om de overdracht van data optimaal te laten verlopen. Deze protocollen zullen dan ook allemaal aan bod komen in dit hoofdstuk. 4.1 Lagenstructuur Tegenwoordig is netwerksoftware zeer gestructureerd in opbouw. Om het ontwerp van die netwerksoftware te vergemakkelijken wordt er meestal gebruik gemaakt van een lagenstructuur. In deze structuur voorziet elke laag in een bepaalde functionaliteit binnen het geheel. De functionaliteit van een bepaalde laag is dan ook bruikbaar voor de bovenliggende laag, er is dus een wisselwerking tussen twee lagen. Het gebruik van deze lagen structuur brengt dan ook heel wat voordelen met zich mee. Eerst en vooral is het op deze manier al gemakkelijker om software te ontwerpen. Wanneer je een bepaalde functionaliteit onmiddellijk zou integreren in het geheel zouden er heel wat fouten in de programmatie kunnen sluipen, die dan ook nog moeilijk op te sporen zijn. Als je nu gebruik maakt van een in lagen verdeelde structuur, dan hoeft men zich bij de integratie van een bepaalde structuur slecht zorgen te maken over één bepaalde laag. Dit maakt het daarom niet gemakkelijk, maar wel een stuk meer gestructureerd waardoor je ook sneller eventuele fouten zou terug vinden. Een ander voordeel is de mogelijkheid tot gemakkelijk aanpassen van de software. Wanneer je bijvoorbeeld de software wil aanpassen voor de verbetering van een bepaald algoritme, dan hoef je enkel veranderingen aan te brengen in de daartoe behorende laag, zolang de samenwerking met de bovenliggende laag dezelfde blijft. Wanneer de lagen goed ingedeeld zijn, dan is het ook zo dat slechts enkele hiervan zullen moeten aangepast worden om dezelfde software goed te laten werken met eventuele andere hardware of vernieuwde hardware.

29 Tony De Craemer Tenslotte is het ook zo, dat aangezien vele tot alle lagen geïmplementeerd zijn in het besturingssysteem, de applicaties voor de eindgebruiker deze lagen niet hoeven te bevatten. Op die manier wordt de omvang van deze applicaties ook gereduceerd. Om een communicatiesessie op te bouwen tussen twee eindgebruikers is er een bepaald fysisch medium nodig. Alle data zal dan over dit medium verzonden worden. Het is wel zo dat slechts de laagste laag van de lagenstructuur rechtstreeks toegang zal hebben tot dit medium. Naast de wisselwerking tussen 2 aangrenzende lagen is het ook mogelijk voor twee verschillende lagen die zich op hetzelfde niveau bevinden, maar binnen verschillende systemen, om een rechtstreekse verbinding op te zetten met elkaar via een peer-to-peer protocol. Wanneer een bepaalde laag nu data wenst te versturen naar een corresponderende laag die zich op een ander station bevindt, dan doet hij dit door gebruik te maken van de functies in de onderliggende lagen. De onderliggende laag zal dan aan de data die hij krijgt van de bovenliggende laag, controle-informatie toevoegen die van belang is voor de corresponderende laag aan de ontvangerzijde. Deze controle-informatie wordt toegevoegd in de vorm van een zo genoemde header. Dit proces blijft zich herhalen tot de data uiteindelijk over het fysische medium verstuurd wordt. Wanneer de data dan het ontvangende station bereikt, zal de eerste laag de controle-informatie (header) die op dat niveau van belang is verwerken en de overige data doorgeven aan de bovenliggende laag. Zo blijft dit proces zich voor alle lagen herhalen tot de uiteindelijke data van het oorspronkelijke bericht overblijft. De tot hier toe besproken aandachtspunten i.v.m een lagenstructuur worden verduidelijkt in figuur 4.1.

30 Tony De Craemer Werkstation A Werkstation B Laag 3/4 interface data data Laag 3/4 interface H 3 data data H 3 Laag 2/3 interface H 2 data Laag 2/3 interface data H 2 Laag 1/2 interface Laag 1/2 interface H 1 data data H 1 Fysische medium Figuur 4.1: Vereenvoudigde voorstelling van een lagenstructuur

31 Tony De Craemer Het OSI-model Het OSI-model is een referentiemodel voor een lagenstructuur met de kenmerken zoals deze eerder in de tekst besproken zijn. De afkorting staat voor Open System Interconnection. Het is een model dat uitgewerkt is in 7 lagen en ontworpen is door de ISO (International Standardization Organization). De naam van het model is niet zomaar gekozen, want onder Open System Interconnection moet worden verstaan: een ontwerp waarbij elk willekeurig gegevensverwerkend systeem in staat is te communiceren met elk ander gegevensverwerkend systeem door het gebruik van OSI-standaarden. Het model legt enkel uit wat elke laag moet doen zonder in detail te treden over de protocollen die er van toepassing zijn. Qua opbouw is het OSI-model een zeer goed voorbeeld van een lagenstructuur. Vele van deze structuren die opgebouwd worden steunen dan ook op dit referentiemodel. Dit is ook de reden waarom dit onderwerp aangehaald wordt vooraleer we dieper ingaan op de transportprotocollen en structuren die van toepassing zijn bij VoIP. Figuur 4.2 geeft de zeven lagen van het OSI-model weer. Laag 7 Applicatielaag Applicatie gericht Laag 6 Presentatielaag Laag 5 Sessielaag Laag 4 Transportlaag Transport gericht Laag 3 Laag 2 Netwerklaag Datalinklaag Laag 1 Fysische laag Figuur 4.2: De 7 lagen van het OSI-model

32 Tony De Craemer De fysische laag (laag 1) Dit is de laagste laag in het model. Het is ook de enige laag die directe toegang heeft tot het gebruikte transportmedium.deze laag bevat alle elementen die bijdragen tot de opbouw, het onderhouden en het verbreken van een fysische verbinding. Enkele begrippen die van toepassing zijn in deze laag: synchrone/asynchrone transmissie, snelheden, modulatiemethodes, interfaces, simplex, half-duplex en full-duplex, punt-tot-punt verbinding, multipuntverbinding De datalinklaag (laag 2) Deze laag maakt het mogelijk om blokken van data te verzenden tussen twee stations. Ze bevat bijgevolg alle elementen die bijdragen tot de opbouw, het onderhouden en verbreken van een logische verbinding. Enkele begrippen die van toepassing zijn in deze laag: berichtenopmaak, foutencontrole, statuscontrole De netwerklaag (laag 3) De tot nog toe besproken lagen staan enkel in voor de transport van informatie tussen stations die verbonden zijn met elkaar via hetzelfde transportmedium. De functie van de netwerklaag is, de overdracht van datapakketten mogelijk te maken tussen verschillende stations die met elkaar verbonden zijn via verschillende transportmedia. Dit betekent dat er zich tussen de verschillende fysische media toestellen bevinden die de overzetting van de data van het ene medium naar het andere verzorgen. Deze toestellen zijn de routers, ook wel gateways genoemd. Het gebruik van deze toestellen brengt extra werk mee voor de netwerklaag. Eerst en vooral is het mogelijk dat er tussen de bron en de bestemming verschillende routes mogelijk zijn. Het is dan de taak van de netwerklaag om te bepalen welke route er gevolgd zal worden. De bepaling van een route kan op voorhand gebeuren, maar het is ook mogelijk dat de netwerklaag de routeringsinformatie dynamisch aanpast om zo betere prestaties te bekomen binnen het transportgeheel. Ten tweede, de stroom van gegevens tussen aangrenzende netwerken kan zeer groot worden. Hierdoor is het mogelijk dat de router de hoeveelheid aan informatie niet aankan en zo de stroom van gegevens vertraagd. De taak van de netwerklaag is nu, het verwerken van dit soort congesties van data.

33 Tony De Craemer De transportlaag (laag 4) Deze laag zal data, afkomstig van de sessielaag, opsplitsen in kleinere stukken en deze vervolgens doorgeven aan de netwerklaag. Wanneer er pakketten verloren gaan dan zal deze laag ingrijpen en ervoor zorgen dat de ontvanger toch de juiste datastroom ontvangt. Dit is mogelijk doordat de transportlaag een foutencontrole doet op het volledige bericht (header + data). Aan de ontvangerzijde zal deze laag de gefragmenteerde data terug samenstellen. De transportlaag bevat ook een flow-control mechanisme om de overbelasting van de ontvanger met een teveel aan data te voorkomen. Het bevat ook nog een ander mechanisme ter preventie van datacongestie. De netwerklaag bevatte al een mechanisme om congesties op te lossen. Het mechanisme in de transportlaag probeert deze datacongesties zo veel mogelijk te voorkomen De sessielaag (laag 5) De sessielaag maakt het mogelijk om een sessie tot stand te brengen tussen twee eindgebruikers. De sessielaag zal er dus voor zorgen dat via de onderliggende lagen een dialoog tot stand kan gebracht worden. De sessielaag zal dan ook de hele dialoog besturen en controleren. Hij zal er bijvoorbeeld voor zorgen dat de commando s, van een systeem die functioneert met verschillende applicatieprogramma s, bij het juiste applicatieprogramma aankomen. Verder waakt deze laag er ook over gebeurtenissen waarbij verschillende terminal-gebruikers tegelijkertijd hetzelfde applicatieprogramma willen gebruiken. Tot slot zorgt deze laag er ook voor dat de transportgerichte lagen niet gereserveerd blijven wanneer ze niet in gebruik zijn De presentatielaag (laag 6) Deze laag zal ervoor zorgen dat de informatie die voor de eindgebruiker bestemd is, in de juiste vorm wordt aangeboden. Voorbeeld: Als het bronstation gegevens verzend in de vorm van Unicode en het bestemmingsstation werkt met ASCII-karakters, dan zal de presentatielaag de omzetting van de Unicode naar de ASCII-karakters verzorgen. Deze laag houdt zich niet enkel bezig met de omzetting van karaktercodes, maar ook met de omzetting van commando s.