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SeQ dei servizi su internet

© 2009 Università degli Studi di Pavia, C.Parisi 1

Voice Over IP

Generalità


VoIPQuadro generale

I dati si riferiscono alla modalità che consente di fare chaimate VoIP verso utenti della telefonia fissa. La diffusione del VoIP è quindi maggiore se si considerano anche i servizi di comunicazione tra PC-PC.

Tra i paesi industrializzati il Giappone rimane leader nel VoIP (16 milioni di abbonati cioè il 50% degli utenti a larga banda).

In Europa la Francia detiene la supremazia (9 milioni di utenti pari a 60% degli utenti a larga banda e pari al 25% degli utenti totali dei servizi telefonici da postazione fissa)

Utenti VoIPper area geografica (milioni)




VoIPGeneralità

Voice over IP è la modalità di raccolta, trasporto (ed eventuale consegna) della chiamata telefonica utilizzando la rete Internet, in luogo della normale rete telefonica tradizionale (PSTN).

Tecnicamente questo prevede l'invio della voce in formato digitale tramite diversi pacchetti, invece che in formato analogico come accade nel sistema PSTN.

Rete telefonica

PSTN

Rete telefonica

PSTNSegnale analogicoSegnale analogico


VoIPGeneralità

Il segnale audio (analogico) viene convertito in impulsi digitali inviato in rete (internet) e riconvertito all’arrivo nell’apparecchio del ricevente.

InternetInternet

Segnale analogico Segnale analogico

CODECCODECSegnale digitale Segnale digitale




VoIPGeneralità

É possibile effettuare connessioni telefoniche :

• da VoIP a VoIP – per esempio da computer a computer opportunamente configurati (in genere senza costi addizionali rispetto a quelli della connessione in rete)

• da VoIP a PSTN – per esempio da computer a telefono pstnopportunamente adattato (in genere hanno costi addebitati al VoIP)

• da PSTN a VoIP – per esempio da telefono opportunamente adattato a computer

• da VoIP a rete mobile – per esempio da computer e/o telefono adattato a cellulare


VoIPVoIP verso VoIP

Il VoIP puro (che utilizza terminali connessi direttamente ad internet) non utilizza le centrali di commutazione e consente di economizzare sulla larghezza di banda utilizzata in quanto vengono instradati sulla rete (internet) i pacchetti voce (digitalizzati) solo nel momento in cui ènecessario (cioè quando uno dei due utenti sta effettivamente parlando).

Fonte internet




VoIPVoIP verso VoIP

La chiamata è tra telefoni che sono stati adattati per il VoIP, la rete telefonica non viene utilizzata ma la trasmissione dei dati (voce) avviene tramite internet.

Fonte internet


VoIPVoIP verso rete PSTN

Trasmissione da un telefono adattato per il VoIP (e/o computer) ad un normale telefono PSTN.

In questo caso la rete telefonica è ancora utilizzata per raggiungere il destinatario (configurazione ibrida)

Fonte internet




VoIPVoIP verso rete mobile

Trasmissione voce da un telefono adattato per il VoIP(e/o computer) alla rete mobile (cellulare).

Fonte internet


VoIPprodotti per VoIP

Apparecchi terminali : • Telefoni per VoIP presentano un display

digitale, supporto di browsing, messaggistica, directory etc...

• Mobile unit (telefonia mobile per VoIP)• PC o softphones sono computer dove vengono

installati programmi per effettuare chiamate in VoIP

Il collegamento tra gli apparecchi terminali èeffettuato da tutti gli altri elementi tipici delle rete internet : firewall, router, gateways etc... configurati in modo opportuno per gestire il VoIP.

Fonte internet




VoIPAdattatore VoIP

• VoIP ATA's (Analogue Telephone Adapters) permette l’utilizzo di un normale telefono sia con la tecnologia VoIP che con la modalità classica PSTN (alcuni modelli dispongono di due porte per la connessione di dispositivi PSTN per cui è possibile aggiungere ad esempio un fax)

Fonte internet


VoIPSchema di una conversazione

In PSTN l’utente digita il numero di telefono del destinatario elaborato poi dalla compagnia telefonica.

In Internet – IP address based -il numero di telefono deve essere in qualche modo associato ad un indirizzo IP per potere essere raggiunto all’interno di internet.

Numero telefono N.Tel. � IP address

IP address

Internet

IP address � N.tel.

IP address

Numero telefono





Identificati i due punti terminali della comunicazione la sessione èinstaurata.

Il protocollo SIP gestisce la sessione di una chiamata voce tra due o piùentità, ovvero fornisce meccanismi per instaurare, modificare e terminare (rilasciare) una sessione.

Fonte internet



Stabilita la sessione la voce deve essere:

1) Digitalizzata2) Compressa (per risparmiare

banda)3) Impacchettata in datagram

specifici per il trattamento della conversazione in rete

4) Spedita utilizzando uno dei protocolli di trasporto della comunicazione in rete (in questo caso UDP)

Fonte internet




VoIPProtocolli

Elenco dei protocolli dal livello applicativo fino a quello fisico visti fino ad ora.

In particolare il protocollo RTP (RealTime Protocol) è utilizzato per la trasmissione di VoIP insieme all’UDP (User Datagram Protocol) come protocollo di trasmissione.

RTP

UDP

IP

DATA LINK

PHYSICAL

(APPLICATION)SMTP. POP3, HTTP, IMAP4,

SIP

TLS

TCP / UDP

IP

DATA LINK

PHYSICAL

VoIP stack


VoIPVantaggi

Vantaggi :

• Costo – potrebbe sostituire in pieno l’attuale linea PSTN per quanto riguarda la telefonia fissa (anche se parte dell’hardware deve sempre essere mantenuto in quanto la connessione di rete oggi si appoggia su parte di questa struttura)

• Manutenzione di una singola infrastruttura (identica sia per la trasmissione dei dati che della voce)

• Ottimizzazione dell’utilizzo del canale rispetto alla conversazione PSTN –la linea dati viene impegnata dalla trasmissione solo in corrispondenza di comunicazione vera e propria e non nei tempi morti (quando entrambi le parti sono in silenzio)

(segue ...)




VoIPVantaggi

(... segue)

• Indipendenza dalla locazione fisica, basta avere una connessione in rete

• Integrazione di altri servizi quali trasmissione contemporanea di dati (file etc...), video conferenza, video chiamata, audio conferenza.

• Possibilità di effettuare diverse chiamate contemporaneamente

• Le conversazioni non devono necessariamente viaggiare in internet ma possono anche usare una qualunque rete privata (tipo LAN) basata su protocollo IP (ad esempio all’interno di uno o più edifici)

• Notevole risparmio da parte degli utenti. Il solo costo è dato dalla connessione in rete abbattendo quello tradizionale relativo alla rete telefonica (PSTN).


VoIPProblematiche

Elenco delle principali problematiche introdotte dall’utilizzo di sistemi VoIP:

• Utilizzo della stessa struttura (internet) per la trasmissione anche dei pacchetti “audio” real-time determina possibili congestioni nella comunicazione e riduce la qualità della comunicazione vocale stessa

• I dispositivi e/o protocolli propri per la comunicazione in rete dei dati devono esplicitamente indirizzare la trasmissione della voce in modalitàfull duplex

• Confidenzialità della comunicazione – riuscire a mantenere lo stesso livello che si ha nei sistemi a commutazione di circuito (PSTN).

• Problemi per la trasmissione di fax

• Non funziona in mancanza di corrente elettrica (costi aggiuntivi per UPS...)




VoIPUtilizzi

Il sistema VoIP può essere utilizzato in due modi :

• Alternativa alla rete telefonica fissa. In questo caso si deve stipulare un contratto con un provider per migrare in parte o in toto le chiamate da rete fissa telefonica a rete internet, devono essere acquistati e installati appositi adattatori o telefoni VoIP. I costi delle telefonate in questo caso sono molto convenienti.

• Non legato ad una postazione fissa ma come servizio di VoIP all’interno della rete internet da qualunque postazione opportunamente configurata, con un accesso unico. Si utilizzano in genere computer come apparecchi terminale in luogo dei telefoni VoIP.


VoIPUtilizzi

Anche se è ad oggi è ancora poco utilizzato nel privato, il VoIP si sta sviluppando specialmente :

• Nei grandi gruppi per i collegamenti tra le diverse sedi (anche a costo di uno start-up iniziale, a lungo termine le aziende hanno da guadagnare dal fatto che devono mantenere una sola struttura per la trasmissione audio e dati, oltre che ad un risparmio economico per le singolechiamate).

• Nelle compagnie telefoniche per i collegamenti internazionali (in modo del tutto trasparente per l’utente) (anche Telecom usa VoIP per parte dei collegamenti Milano/Roma corrispondenti a circa il 60% dellecomunicazioni)



Voice Over IP

Qualità del Servizio


VoIPQualità del servizio

La QoS è di fondamentale importanza per la diffusione del VoIP.

Il risparmio in termini di costo e gli altri vantaggi menzionatiprecedentemente non riuscirebbero comunque a giustificare l’utilizzo di VoIP a patto di raggiungere una qualità di servizio paragonabile a quella dell’attuale sistema PSTN.

Molte delle misure atte a garantire confidenzialità della comunicazione nei termini richiesti dal servizio causano al tempo stesso un deterioramento della QoS rendendo ancora più critico il sistema.




VoIPQualità del Servizio

I parametri che determinano una qualità del servizio per la trasmissione della comunicazione con VoIP sono molteplici e critici. La trasmissione di canali voce su Internet è inserita in una infrastruttura che originariamente era stata pensata per la trasmissione di dati e non della voce.

I parametri relativi alla QoS sono:

• Disponibilità di banda• Latenza (comunicazione)• Perdita di pacchetti (integrità dei dati)• Jitter• Ordine di arrivo dei pacchetti diverso da quello di partenza

Fonte internet


VoIPQoS – Disponibilità di banda

Trasmissione di dati voce può essere effettuata se si ha a disposizione una banda sufficiente, se così non fosse il tutto si tradurrebbe in ritardi, e perdita di pacchetti.

Per la trasmissione di dati voce in rete sono state messe a punto delle tecniche per velocizzare il processo di trasmissione a parità di banda, tra questi:

• Algoritmi di compressione dati (riduzione della dimensione dei dati da trasmettere, anche se questo determina una riduzione della qualitàdell’ascolto)

• Dare una priorità ai vari pacchetti – i pacchetti che contengono voce sono segnati come prioritari nell’inoltro rispetto a pacchetti di semplici dati.




VoIPQoS – latenza

La latenza è il tempo impiegato dalla voce per arrivare dal mittente al destinatario.

Il tempo di latenza è determinato dal tempo effettivo per elaborare e trasmettere i dati e da possibili ritardi presenti in rete.

Latenze troppo grandi hanno come effetto un’attesa eccessiva della risposta da parte dell’interlocutore oppure sovrapposizione nella comunicazione tra i due interlocutori.

IP

Network

IP

NetworkRouter ADSL Router ADSL

3 2 1 3 2 1


VoIPQoS – latenza

Il tempo di latenza è determinato da:

• Codifica, compressione ed impacchettamento della voce• Eventuali controlli di sicurezza• Trasmissione dei pacchetti nella rete dal mittente al destinatario• Ritardi aggiunti eventualmente apposti dai vari dispositivi per

l’instradamento dei pacchetti• Decompressione e decodifica in fase di ricezione

La latenza nelle trasmissioni audio non deve essere superiore a 100-150ms per non degradare la qualità della comunicazione.




VoIPQoS – jitter

Il jitter misura la variazione della latenza. Una serie di pacchetti trasmessi presentano una latenza (tempo di trasmissione dal mittente al destinatario) diversa.

Effetto di un jitter è una cattiva qualità dell’audio fino ad essere incomprensibile.

La presenza di jitter nella trasmissione di dati voce determina un deterioramento della QoS anche peggiore rispetto alla latenza stessa.

IP

Network

IP


3 2 1 3 2 1


VoIPQoS – jitter

Cause del jitter:

• I pacchetti in internet non necessariamente fanno lo stesso percorso per arrivare a destinazione (in una rete a commutazione di circuito invece si).

• Presenza di ritardi o dispositivi congestionati all’interno della rete (la congestione dei dispositivi di rete determina l’accodamento dei pacchetti in un buffer che deve poi essere elaborato e svuotato)

Presenza di jitter determina cattiva qualità nella riproduzione della voce, salti irregolari, elaborazione di pacchetti fuori dalla sequenza corretta di invio.




VoIPQoS – jitter

Tecniche per diminuire il jitter:

• Il protocollo RTP permette il riordino dei pacchetti (non supportato da UDP) anche se a scapito di tempo di elaborazione.

• Presenza di buffer in ricezione per permettere il riordino e la sequenzializzazione dei pacchetti arrivati in ritardo o fuori ordine.

• Moderni dispositivi di rete (firewall, router) oltre che apparecchi VoIP(ad es. telefoni) supportano QoS dei sistemi VoIP per esempio dando priorità ai pacchetti VoIP rispetto ai tradizionali pacchetti dati durante il loro instradamento.


VoIPQoS – perdita di pacchetti

L’eventuale perdita di pacchetti è un rischio nella trasmissione VoIP perchèil protocollo di trasporto è basato su UDP che non gestisce il controllo e quindi la ritrasmissione dei pacchetti.

Perdita di un pacchetto significa perdere millisecondi (ms) di trasmissione di voce.

IP

Network

IP


3 2 1 3 1





Cause possibili :

• Latenza troppo alta• Jitter (ad es. il pacchetto arriva ma oramai i suoi pacchetti

immediatamente prime e/o dopo sono già stati elaborati • congestioni di rete

Nonostante la perdita di pacchetti riduca sensibilmente la QoS del servizio, non è comunque giustificabile l’utilizzo di TCP - che eviterebbe la perdita - in quanto aumenterebbe di troppo la dimensione del pacchetto e dei tempi di trasmissione ed elaborazione.



La percentuale di perdita di pacchetti in trasmissione audio non può essere maggiore del 3% del totale. Un pacchetto di dati VoIP contiene mediamente dai 40 ai 80 ms di conversazione.

Una banda garantita potrebbe essere una soluzione parziale al problema della perdita dei pacchetti e l’utilizzo di dispositivi di rete up-to-date (per esempio switch/hub che raggiungono 1000Mbps).

É stato dimostrato che una latenza di 100ms ed un jitter massimo di 40ms potrebbe diminuire di molto la possibilità di perdita di pacchetti

Esempio di file audio con perdita di pacchetti dell’ordine del 25%




VoIPQoS – errori di sequenza

Per effetto di congestione può essere che alcuni pacchetti vengano instradati in modo diverso e impieghino più tempo per arrivare causando un ordine di arrivo diverso da quello di partenza.

Il protocollo RTP prevede meccanismi (time stamp e numeri di sequenza) per la ricostruzione corretta della sequenza dei pacchetti (entro un certo tempo)

IP

Network

IP


3 2 1 2 3 1

Sequenza di arrivo dei pacchetti è

diversa da quella di partenza

Voice Over IP

Sicurezza




VoIPSicurezza

La sicurezza dei sistemi VoIP riguarda la confidenzialità, l’integrità e l’autenticazione.

L’implementazione di soluzioni tecniche che tengano conto dei requisiti di sicurezza della rete VoIP determina aumenti nei valori dei parametri di QoS quali latenza, jitter e perdita dei pacchetti.

Le soluzioni che implementano i requisiti di sicurezza determinano:

• Aumento di banda trasmissiva per trasmettere la voce (aumentano le informazioni accessorie rispetto ai dati propri della chiamata) e quindi del tempo di trasmissione.

• Aumento del tempo di elaborazione dei dati (implementazione di protocolli e sistemi per la crittografia dei dati).


VoIPSicurezza

Minacce al servizio di VoIP sono date da:

• Intercettazione delle comunicazioni – la comunicazione in VoIP deve essere protetta da meccanismi di crittografia ed integrità dei dati oltre che di autenticazione. Dal momento che non tutta la comunicazione VoIP è crittografata è tecnicamente possibile – anche se non facile –intercettare i pacchetti VoIP e ricostruire la conversazione.

• Man in the middle – VoIP è particolarmente vulnerabile ad attacchi di tipo man in the middle in quanto è possibile intercettare l’inizio di una sessione SIP ed interporsi tra le due parti della chiamata.

• Spam over internet telephony (spit) – invio di messaggi vocali a migliaia di indirizzi IP (ogni VoIP account è associato ad un indirizzo IP). Nel caso di VoIP i rimedi anti-spam usati nella posta elettronica (analisi e filtraggio in base al contenuto del messaggio) non funzionano.




VoIPSicurezza

• Denial of Service – veri e propri DoS a reti VoIP non sono frequenti ma data la natura real-time della trasmissione VoIP (ritardi devono essere contenuti etc...) congestioni dovute anche ad altri fenomeni possono rendere di fatto la rete VoIP inutilizzabile.

• Vishing – VoIP phishing. Consiste nell’inviare messaggi vocali ad una persona, facendo finta di essere o una società / assicurazione / banca / sistema di pagamento online (VoIP facilita questo meccanismo perchè èpossibile alterare il caller ID) e richiedendo dati privati (accounting etc...) o in alternativa inviare una mail invitando l’utente a chiamare un numero telefonico a cui non risponde l’ente legittimo ma il phisher.

Nel caso di comunicazioni VoIP che non attraversano la centrale di commutazione telefonica ma transitano interamente in Internet, potrebbe essere difficile l’intercettazione delle comunicazioni da parte della Polizia.


VoIPSicurezza

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VoIP

Servizi di VoIP


Unbundling dell’ultimo miglio

Nel 1999 è finito il monopolio detenuto da Telecom Italia per le connessioni in rete fissa.

Unbundling Local Loop (ULL) ovvero dell’ultimo miglio (tratto di collegamento che va dall’utenza alla centrale telefonica).

Con l’unbundling altri operatori telefonici (non solo Telecom) possono installare i loro appartati presso le centrali di telefoniche ed instradare i dati su di un backbone diverso da quello di Telecom.

Diversi sono i metodi per attuare unbundling




Unbundling Local LoopWholesale

Telecom (incumbent) ha accesso fisico al doppino telefonico, societàalternative all’incumbent acquistano la banda all’ingrosso e la vendono ai propri clienti.

(nessun investimento strutturale da parte dell’operatore alternativo perchè l’infrastruttura esiste già ed èmantenuta dall’incumbent)

L’operatore alternativo deve versare a Telecom un canone sia per l’affitto della rete che per la manutenzione degli apparati.

Fonte PC Professionale


Unbundling Local LoopShared access

Telecom (incumbent) gestisce la linea telefonica su doppino (rame) (parte di fonia è sempre dell’incumbent) ma affida a terzi la parte relativa alla sola trasmissione dei dati.

Provider alternativo deve provvedere ad installare i propri dispositivi all’interno della centrale telefonica

Il canone di affitto della linea all’incumbent è ovviamente minore rispetto al whoelsale in quanto la manutenzione delle apparecchiature nella centrale è fatta dall’operatore alternativo.





Unbundling Local LoopFull unbundling

Unbundling totale consta nella gestione integrale delle trasmissioni dell’ultimo miglio (sia voce che dati)

L’incumbent (Telecom) affitta solo il rame (la linea fisica) all’operatore alternativo e non interviene sulla trasmissione dei dati.

Ad esempio FastWeb ha una linea propria (backbone basato su fibra ottica) ed affitta la linea della Telecom solo nell’ultimo miglio)



Unbundling Local LoopPanoramica delle offerte

In base alla liberalizzazione dell’ultimo miglio e del full unbundling si hanno diverse offerte in ambio telefonia/dati:

• Operatori che offrono solo servizi a livello di trasmissione dati

• Operatori dual-play – stesso operatore per i servizi telefonici e di accesso a internet

Gli operatori VoIP utilizzano i canale di trasmissione dati per effettuare servizi telefonici




Servizi di VoIP

Caratteristica degli operatori che forniscono VoIP è l’indipendenza tra la linea VoIP e l’ubicazione fisica dell’utente (basta avere una connessione a internet).

Caratteristiche del servizio :• numero geografico (per es. prefisso 02) in questo caso il costo della

telefonata è a quel numero indipendentemente dal luogo fisico si trova l’utente

• Trasferimento di chiamata (ad altro fisso o mobile) gratuito o apagamento

• Servizio di segreteria su occupato con inoltro di messaggi vocali a casella di e-mail

(segue ...)


Servizi di VoIP

(... segue)

• In genere le chiamate verso utenti dello stesso operatore VoIP sono gratuite mentre sono a pagamento quelle verso numeri PSTN (telefonia classica) e cellulari.

• Possibilità di utilizzare in modo duale sia la telefonia tradizionale tipo PSTN che il VoIP.

• Supporto di dispositivi mobili (cellulari PDA)

Non tutti gli operatori VoIP utilizzano protocolli che prevedono la crittografia delle chiamate voce in Internet.




VoIPTariffe operatori

Tabella confronto tariffe per VoIP (PC Professionale marzo 2008)


VoIPMobile VoIP

Il Mobile VoIP è l’applicazione della telefonia VoIP applicata ai telefoni cellulari.

Diversi sono gli applicativi che installati su dispositivo mobile utilizzano connessioni a reti WiFi o 3G per effettuare chiamate tramite VoIP.

Caratteristiche:

• Riduzione del costo delle chiamate• Voice over WiFi offre un servizio gratuito ma limitato alla zona di

copertura della WiFi.• Skype offre una serie di applicazioni per effettuare chiamate con Skype

su iPhone o iPod su reti WiFi



Voice Over IP

Skype


SkypeGeneralità

Skype è un software proprietario freeware che integra servizi di messaggistica in internet tra cui:

• Messaggistica istantanea, chat, trasferimento file

• VoIP• Chiamate video

Funziona in due modalità :• Peer-to-peer• SkypeOut

Fonte internet




SkypeFunzionamento peer2peer

In modalità peer-to-peer è possibile effettuare telefonate tra terminali connessi in rete che hanno installato il client di skype.

Il servizio è completamente gratuito ed il solo costo è quello della connessione alla rete internet.

Il servizio utilizza la porta 80 tipica del protocollo http in modo da non essere bloccato dai firewall.

Fonte internet


SkypeFunzionamento SkypeOut

La modalità SkypeOut permette di effettuare telefonate tra un utente di skype verso la rete telefonica fissa e/o cellulare).

Il servizio è a pagamento ma il costo è estremamente ridotto in quanto la telefonata viene instradata attraverso la rete internet fino alla nazione del destinatario dove passa sulla normale rete telefonica.

Fonte internet




SkypeElementi

Per funzionare skype ha bisogno di:

• Sistema operativo (da Linux a Windows a MAC)• Collegamento ad internet (meglio ADSL)• Scheda audio, microfono

Oppure :• Telefoni VoIP e cellulari che supportino skype

Opzionalmente :• webcam o telecamere digitali per effettuare video chiamate

Fonte internet


SkypeCaratteristiche

Skype utilizza un software proprietario non standardizzato a livello internazionale (alternativo al SIP) per la gestione della sessione (cioèdelle chiamate).

Non si possono pertanto utilizzare telefoni VoIP in commercio ma si devono utilizzare telefoni propri che supportino il protocollo di sessione di skype (in genere molto più costosi dei normali telefoni VoIP).

La comunicazione in Skype è cifrata (cifratura non è configurabile dall’utente). Sistemi crittografici utilizzati sono

• RSA - sistema crittografico asimmetrico per la negoziazione della chiave di cifratura

• AES - sistema crittografico simmetrico per la cifratura dei dati• SHA-1 - funzione hash per l’integrità dei dati.




SkypeCaratteristiche

La differenza principale con gli altri client VoIP sta nella modalità di comunicazione.

Skype utilizza il modello peer2peer in luogo del classico modello client/server.

Non vi sono server centrali ma la gestione della comunicazione è definita in modo dinamico tra gli utenti connessi al servizio in quel determinato momento. L’architettura è pertanto scalabile.

I dati di autenticazione utente non sono memorizzati in un server centrale ma distribuiti nella rete peer2peer.


SkypeSicurezza

Spype presenta alcune debolezze tra cui:

• Il sistema all’atto della registrazione non prevede una verifica dell’identità dell’utente (la comunicazione in skype non dà garanzia di autenticità del soggetto con cui comunico).

• L’utilizzo della porta 80 lo rende un possibile mezzo per veicolare e distribuire virus e worm senza essere fermato dai firewall.

• I computer degli utenti connessi alla rete di skype potrebbero essere scelti come gestori della comunicazione (detti “supernodi”) e quindi devolvere parte delle loro risorse alla gestione delle telefonate degli altri utenti.

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