7
BAB II VOICE OVER INTERNET PROTOCOL (VOIP)
2.1 VOICE OVER INTERNET PROTOCOL
Internet berbasis protokol TPC/IP,sedangkan TCP/IP merupakan sekumpulan protokol yang dirancang untuk melakukan fungsi komunikasi data pada jaringan internet. TCP/IP dimodelkan dengan empat lapis seperti gambar dibawah ini:
Gambar 2.1 Layer TCP/IP
8
Penjelasan masing masing layer adalah sebagai berikut : Datalink layer bertanggung jawab mengirim dan menerima data ke dan dari media fisik. Network Layer bertanggung jawab dalam proses pengiriman paket ke alamat yang tepat. Trasport Layer bertanggung jawab untuk mengadakan komunikasi antara dua host. Protocols dalam hal ini ialah TCP ( Transmission Control Protocol ) yang realable dan bersifat connection oriented dan UDP ( User Datagram Protocol ) yang unreliable dan bersifat connectionless. TCP berorientasi pada hubungan yang handal ( tanpa kesalahan ) dan melakukan pembentukan hubungan terlebih dahulu serta melakukan perngurutan pengiriman paket hingga ke tujuan.
2.2 IP Telephony IP Telephony atau Internet telephony
atau
yang
biasa dikenal Voice Over IP
merupakan teknologi pengiriman Voice (dimungkinkan juga untuk tipe data multimedia yang lain ) secara real time antara dua atau lebih user/partisipan dengan melewati jaringan yang menggunakan protokol–protokol internet,dan melakukan pertukaran informasi yang dibutuhkan untuk mengontrol pengiriman voice tersebut. Teknologi ini bekerja dengan jalan merubah suara menjadi format data digital tertentu yang dikirimkan melalui jaringan IP.
9
Gambar 2.2 Signaling IP Telephony H.323 sumber : http://www.cs.columbia.edu/~hgs/internet/ Dari gambar diatas,signalling untuk IP Telephony dapat dilakukan oleh H.323 yang menumpang pada
protocol trasport TCP dan SIP pada UDP namun dapat juga pada
TCP.Protokol bertanggung jawab untuk media trasport-nya adalah RTP. Quality of service IP telephony dilakukan oleh RTSP, RSVP dan RTCP 2.2.1
IP Telephony Signalling
IP Telephony melakukan signalling-nya bergantung pada kapabilitas endpoint-nya. Endpoint pada jaringan IP mempunyai banyak kapabilitas berkenaan dengan kebutuhan bandwith,codec,audio,video,kapabilitas data,dsb. Oleh karena itu sebelum dua entity dapat membangun session,harus dipastikan bahwa kedua entity mempunyai kapabilitas yang sama. Signalling Call Control adalah signalling yang dilakukan untuk koneksi call antar dua partisipan,yang mencakup signalling di sisi user dan kontrol disisi jaringan. Standard protocol signalling yang digunakan antara lain H.323 atau SIP
10
2.3 Interoperabilitas VoIP
2.3.1 Standar H.323 VoIP dapat berkomunikasi dengan sistem lain yang beroperasi pada jaringan packetswitch. Untuk dapat berkomunikasi dibutuhkan suatu standar sistem komunikasi yang kompatible satu sama lain. Salah satu standart komunikasi pada VoIP menurut rekomendasi ITU-T adalah H.323. Standar H.323 terdiri dari komponen, protokol, dan prosedur yang menyediakan komunikasi multimedia melalui jaringan packed-based. Bentuk jaringan packed-based yang dapat dilalui antara lain jaringan internet,Internet Packet Exchange ( IPX )-based,Local Area Network ( LAN ),dan Wide Area Network ( WAN ).H.323 dapat digunakan untuk layanan–layanan multimedia seperti komunikasi suara ( IP Telephony ), komunikasi video dengan suara ( video telephony ),dan gabungan suara,video dan data. Tujuan
desain
dan
pengembangan
H.323
adalah
untuk
memungkinkan
interoperabilitas dengan tipe terminal multimedia lainnya. Terminal dengan standar H.323 dapat berkomunikasi dengan terminal H.320 pada N-ISDN,terminal H.321 pada ATM,dan terminal H.324 pada Public Switched Telephone Network (PSTN). Terminal H.323 memungkinkan komunikasi real time dua arah berupa suara,video dan data ditunjukkan oleh Gambar dibawah
Gambar 2.3 Interoperabilitas VOIP
11
Standar H.323 terdiri dari 4 (empat) komponen fisik yang digunakan saat menghubungkan komunikasi multimedia point-to-point dan point-to-multipoint pada beberapa macam jaringan : a.Terminal b.Gateway c.Gatekeeper d.Multipoint Control Unit (MCU) A. TERMINAL Digunakan untuk komunikasi multimedia real time dua arah.Terminal H.323 dapat berupa personal computer (PC) atau alat lain yang berdiri sendiri yang dapat menjalankan aplikasi multimedia. Gambar dibawah menjelaskan hubungan komponen-komponen H.323 pada terminal :
Gambar 2.4 Hubungan Komponen H.323
12
Fungsi dan kemampuan Terminal H.323 : - Audio Codec,mengkodekan sinyal dari peralatan audio untuk transmisi dan menguraikan audio yang diterima.Fungsi-fungsi yang dibutuhkan antara lain mengkodekan dan menguraikan kode pada G.711 dan mengirim dan menerima format a-law dan nlaw.Sebagai tambahan,audio codec ini juga dapat mengkode dan menguraikan kode pada G.726,G.728,G.729,dan G.731.1. - Video Codec, merupakan fungsi tambahan pada terminal H.323. - Data Channel, mendukung aplikasi-aplikasi seperti pengakses database, pengiriman file,dan audiographics conferencing ( kemampuan untuk memodifikasi gambar untuk beberapa pengguna secara bersama-sama ), dan direkomendasikan T.120. - System Control Unit, menyediakan H.225 dan call control H.245,pengirim pesan,dan perintah-perintah persinyalan. - Media Transmission, membentuk format audio,video,data,control stream,dan message yang sesuai dengan antarmuka jaringan juga menerima dari antarmuka jaringan. - Network Interface,merupakan suatu antarmuka yang packet-based untuk Transmission Control Protocol (TCP) dan User Datagram Protocol (UDP).
B. Gateway Sebuah Gateway dapat memberikan banyak layanan,salah satunya yang paling penting adalah sebagai interface antara jaringan-jaringan lain,seperti jaringan PSTN dengan jaringan IP. Gateway dapat mendukung untuk komunikasi real time,dan dapat melakukan komunikasi dua arah antar terminal H.323 pada jaringan IP dan terminal pada jaringan berbasis Swicthed atau dengan Gateway H.323 yang lain. Gateway pada system H.323 ini berfungsi sebagai translator. C. Gatekeeper Gatekeeper merupakan entity vital untuk system H.323 yang berfungsi untuk mengatur system H.323. Bertindak sebagai central point untuk semua call dalam zone H.323 dan menyediakan layanan pengontrol panggilan untuk me-register endpoint
13
Zone H.323 merupakan kumpulan entity (terminal,gateway, dan MCU) dari suatu system H.323 yang diatur oleh sebuah Gatekeeper. Sebuah zone H.323 menyediakan metode untuk mengontrol akses user ke resource jaringan dan men-charge untuk penggunaan tertentu,dan dapat menjadi suatu network service provider.
Fungsi Gatekeeper, antara lain : 1. Addressing translation Translansi dari alamat endpoint ke sebuah alamat transport.Translasi ini dilakukan dengan menggunakan table translasi yang selalu di up-date dengan massage registration.
2. Admission Translation Gatekeeper dapat menerima atau menolak akses in, berfungsi sebagai autorisasi call,source dan alamat yang dituju dengan menggunakan pensinyalan pada kanal H.225
3. Zone Managemnt Gatekeeper mengatur fungsi-fungsiyang diberikan tehadap zonenya
4. Bandwidth Managemnt Kontrol untuk perizinan terminal H.323 untuk akses secara simultan ke jaringan. Dengan pensinyalan H.225, Gatekeeper dapat menolak call dari terminal karena melewati limit bandwidth. 5. Call Authorization Autorisasi call dilakukan melalui pensinyalan pada kanal H.225.Gatekeeper dapat menolak call dari terminal jika autorisasi gagal.
6. Call Management Gatekeeper menjaga daftar dari on-going call H.323,sehingga dapat memberitahukan jika terminal sibuk dan menyediakan informasi untuk fungsi banwidth management.
14
7. Call control signalling Gatekeeper menerima call signalling end-point dan memproses call signalling tersebut yang mempunyai dua rute pada gambar dibawah
Gambar 2.5 Gatekeeper Route Call Signaling Mode
D. Multipoint Control Unit (MCU) Endpoint pada jaringan,yang menyadiakan kemampuan untuk berpartisipasi melakukan multipoint conference antara tiga atau lebih terminal/Gateway. MCU terdiri dari : -
MC (Multipoint Controller) Yang menangani pensinyalan dan kontrol massage yang diperlukan untuk set-up dan mengatur konference. MC juga menentukan kapabilitas terminal dengan menggunakan H.245 tetapi tidak melakukan multiplexing audio,video dan data.
-
MP (Multipoint Processor)
15
Yang menerima streams dari endpoint, mereplesikannya, dan memforward streams tersebut ke endpoint yang berpartisipasi dalam conference tersebut. Multiplexing stream media ditangani oleh MP dibawah kendali MC.
2.3.2 Session Initiation Protocol (SIP)
SIP merupakan protokol kontrol pada layer aplikasi untuk membangun, memodifikasi,dan mengakhiri sebuah session dengan dua atau lebih partisipan. Cara kerja SIP sama dengan cara kerja protokol HTTP yaitu dengan metode client-server atau request-response. Request dilakukan oleh client lalu dikirim ke server.Server me-response request lalu mengirimkan responsenya kembali ke client.
Komponen SIP Terdapat dua komponen utama SIP,yaitu : A. User Agent (UA) UA dibagi menjadi dua elemen yaitu User Agent Client (UAC) sebagai Aplikasi caller yang menginialisasi dan mengirimkan Request SIP,sedangkan User Agent Server (UAS) yang menerima dan memberikan response (accept,redirect,atau refuse call) terhadap request yang dikirim.
B. Network Server Terdapat tiga jenis Server SIP yang digunakan dalam jaringan SIP.
Registration Server: berfungsi menerima up-date sehubungan dengan lokasi user (disebut juga sebagai registar). Proxy Server: menerima request,mengembalikannya ke server hop berikutnya.Server ini mempunyai informasi yang lengkap tentang lokasi callee. Proxy Server dapat menerima
16
sebuah request INVITE,lalu mengirimkan request INVITE tersebut dalam jumlah lebih dari satu ke berbagai alamat,fitur ini disebut “Forking Proxy”. Redirect Server: menerima Request,
menentukan server hop berikutnya dan
mengembalikan alamat server tersebut ke client tanpa men-forward request.
2.3.2.1 Operasi Dasar Signalling H.323 Pembangunan call endpoint to endpoint H.323 menggunakan dua koneksi TCP antara dua terminal. Koneksi pertama untuk call set up dan koneksi kedua untuk call control dan capability exchange. Berikut prosedur untuk menset-up call H.323 -
Proses Gatekeeper discovery yang menangani managemen endpoint (kanal RAS)
-
Proses registrasi endpoint ke Gatekeeper-nya
-
Endpoint memasuki phase call set-up (pada kanal H.225)
-
Capability exchange terjadi antara endpoint dengan endpoint atau antara Gatekeeper (pada kanal H.225)
-
Pembangunan call telah dilakukan
-
Ketika pembicaraan telah selesai endpoint akan menterminasi call dengan menutup kanal-kanal yang dibangun untuk ,H.245,H.225 dan RAS
2.3.2.2 Operasi Dasar Signalling SIP SIP
bekerja
berdasarkan
pada
request-response.Untuk
memulai
sebuah
session,caller (UAC) mengirimkan Request (INVITE) yang dialamatkan ke user yang akan dipanggil (callee). Caller dan Callee diidentifikasi dengan SIP Address. Ketika melakukan sebuah call SIP,pemanggil harus mengetahui terlebih dahulu Ikasi dari server yang tepat dan mengirimkan request.Caller dapaut langsung mengubungi callee atau tidak langsung melewati Redirect Server. Field call ID pada Header SIP massage secara unik mengidentifikasi panggilan. Berikut operasi dasar SIP :
17
-
Pengalamatan SIP
-
Menentukan lokasi SIP Server
-
Transaksi SIP
-
Invitasi SIP
-
Menentukan lokasi user
-
Mengubah session yang tengah dilakukan
Gambar Dibawah memberikan contoh transaksi SIP melalui server :
Gambar 2.6 Transaksi SIP melalui Proxy Server
Pada kedua kasus diatas,Proxy atau Redirect Server tersebut telah harus dapat menentukan server hop berikutnya.Penentuan hop berikutnya itu merupakan fungsi dari location Server. Location Server bukan merupakan komponen SIP yang mempunyai informasi tentang server hop berikutnya untuk berbagai user.
18
2.4 Konversi dan Kompresi pada VoIP Proses konfersi dan kompresi sinyal analog dari PSTN dan ditransmisikan ke jaringan IP (VoIP) Jadi percakapan berupa sinyal analog yang melalui jaringan PSTN mengalami kompresi dan pengkodean menjadi sinyal digital oleh PCM G.711 sebelum memasuki VoIP Gateway. Pada VoIP gateway,dibagian terminal,terdapat audio codec melakukan proses framing (Pembentukan frame datagram IP yang dikompresi) dari sinyal suara terdigitasi (Hasil PCM G.711) dan juga melakukan rekontruksi pada sisi receiver. Frame-frame yang merupakan paket-paket informs ini lalu ditrasmisikan melalui jaringan IP dengan suatu standar komunikasi jaringan packet-based. Score (MOS).MOS memiliki kualifikasi kualitas terburuk sampai terbaik dengan interval standar penilaian kualitas suara hasil kompresi tersebut dinyatakan dengan Mean Opinion nilai 0 sampai 5.Berikut ini adalah tabel perbandingan beberapa teknik kompresi standart ITU-T Tabel 2.1 Standard Coding dan Kompresi
2.5. VoIP Banwidth Calculation
19
Pada sub bab ini diutarakan perhitungan kebutuhan banwidth dalam merancang sebuah jaringan VoIP. Banyak hal yg harus diperhatikan dari mulai data trafik,kebutuhan jumlah kanal,codec voice yang digunakan,flow rate yang dipakai sampai kebutuhan hardware yang mempunyai spesifikasi sesuai hasil perancangan. Pada gambar dibawah bahwa jaringan VoIP yang akan dibahas adalah jaringan backbone berada pada domain Wide Area Network (WAN),sehingga trafiknya yang akan disajikan adalah trafik voice untuk panggilan internasional.
Gambar 2.7 Jaringan Internet Telephony Antar Layanan VOIP Sedangkan gambar dibawah ini menunjukkan beberapa ISP (Internet Service Provider) yaitu ISP “A” dan ISP “B” yang akan berfungsi untuk menangani panggilan circuit dari PSTN menuju gerbang internet sebagai packet VoIP. Adapun urutan perancangan akan dijelaskan secara detail,termasuk bagaimana sistem paketisasi yang sesuai dan secara ekonomis menguntungkan Berikut langkah-langkah yang harus dilakukan dalam merancang jaringan VoIP,sehingga kebutuhan bandwidth total dari jaringan dapat ditentukan termasuk kebutuhan hardware yang harus disediakan
20
Intenet Telephony Service Provider Data-Data untuk realisasi Alokasi Traffic International Call A dan B Jumlah kanal E1 ke masing-masing Gateway local Point of Present (PoP) Jumlah Gateway Incoming dan Outgoing pada setiap Lokal Point of Present (PoP) Besar BW yang dibutuhkan pada setiap titik link IP Jumlah Router,LAN Switch,Gatekeeper dan Database Server yang dibutuhkan Data Incoming dan Outgoing SLI (Call Menit) Total Outgoing A+B = 212,136.61/bulan Jadi besar traffic per hari = 212,136.61/30 = 7,071.22 Besar traffic pada saat jam sibuk didapat 15% dari total traffic/hari (biasanya dipukul 19.00 – 20.30) Total Incoming A+B = 635,299.20/bulan Jadi besar traffic per hari = 635,299.20/30 = 21,176.64 Jadi besar traffic Outgiong pada saat jam sibuk = 15% x 7.071.22 = 1.060.68 call menit Besar Over Head Traffik : - Bila policy menentukan bahwa besar traffic pada jam sibuk = 0.7 dari total traffik Maka : -Penyediaan saluran = 100/70 x besar traffic pada saat jam sibuk Traffic Flow = c x ht/T -call_menit/60 - ht = holding time Outgoing Traffic Flow = (100/70x1060.68/60) = 25.25 Erlang (hasil tsb berguna mengetahui jumlah kanal trafik untuk Gateway local POP dan dimensioning jumlah kanal E1) Jumlah port kanal Outgoing = 36 untuk Gos = B=1% (Tabel Erlang) sesuai ITU-T untuk Sistem Switching Loss Call.
21
Perhitungan BW jaringan untuk setiap kanal Voice dengan Full-Rate Mementukan ukuran header -Tergantung pada network yang digunakanuntuk MLPPP (Multi Link Point to Point Protocol), maka header layer 2 = 6 byte Tersusun dari : -Layer 2 (6byte) + (IP (20 byte)+UDP(8byte)+RTP(12byte))+payload (sesuai Besarnya CODEC yang digunakan) -Besar CODEC kalau memakai G.729 = 20 byte (kualitas setara ADPCM 32 dan perangkat mudah didapat) -Jadi ukuran packet VOIP = 46 byte + 20 byte = 66 byte Perhitungan jumlah paket perdetik - Paket Voice per detik = Codec bit rate / Voice payload Size - = 8 kbps/(20 byte x 8 bit) = 50 pps (paket dalam 1 detik) BW per kanal Voice Full Rate -Ukuran packet VOIP x 50 pps x 8bit/byte = 66 byte x 50 pps x 8 bit/byte = 46,4 Kbps (dengan ini kanal voice yang seharusnya 64 kbps menjadi 26,4 kbps)
Perhitungan BW jaringan untuk setiap kanal Voice dengan CRTP, VAD Header Kompresi pada RTP yaitu IP/UDP/RTP jadi 2 byte sehingga ukuran packet = (6+2) byte + 20 byte = 28 byte Maka BW perkanal Voice = 28 byte x 50 pps x 8 bit /byte = 11,2 kbps dengan VAD (Voice Activity Detection) sebesar 50% (artinya 50% percakapan sisanya silence tidak terkirim) maka: -Banwidth perkanal Voice = 66 byte x (50%950pps)) x 8 bit/byte = 13.2 kbps Gabungan CRTP+VAD : -BW per kanal Voice = 28 byte x 25 pps x 8 bit/byte = 5,6 kbps Sehingga dapat di Tabel-kan : -Full Rate
= Jumlah kanal x 26,4 kbps
-CRTP
= jumlah kanal x 11,2 kbps
22
- VAD
= Jumlah kanal x 13,2 kbps
-CRTP+VAD
= jumlah kanal x 5,6 kbps
Kebutuhan BW (kbps) Out-going (36 port kanal) -Full rate
= 950.40
-CRTP
= 403.20
-VAD
= 475.20
-CRTP &VAD
= 201.60
In-coming (92 Port kanal) -Full Rate
= 2428.80
-CRTP
= 1030.40
-VAD
= 1214.40
-CRTP & VAD
= 515.20
Dimensioning dan desain jaringan VOIP Dimensioning Perangkat : -Jumlah E1 dari PSTN ke Gateway VOIP -Jumlah Gateway masing2 POP -Jumlah Gatekeeper -Besar BW Backbone
Penyediaan saluran = 100/70 X Besar traffic pada saat jam sibuk E1 = 2048 Kbps kapasitas 30 kanal voice 64 Kbps E1 untuk Incoming dan Outgoing dipisah Out-Going = 36/30 = 1.2 =>2 E1 In-Coming = 92/30 = 3.1 =>4 E1 Bila 1 Gateway mampu untuk 120 port Voice berarti 4 E1 . dengan 2 port Ethernet 10 base T dan 100 Base T Shg Incoming dan Outgoing butuh masing-masing 1 Gateway
23
8.Dari Gateway ke Router terhubung melalui 1 buah Switch Hub 9. 1 Gatekepeer mampu mengatur 1800 pangilan Voip sekaligus,berarti
mampu
untuk mengontrol sejumlah 15 Gateway (1800/120) 10.Jml Gatekeeper = Jml Gateway / 15
Kebutuhan BW local PoP Asumsi lewat Lease line Channel dengan Full rate tanpa VAD BW local PoP = (BW Outgoing Full Rate): 64 Kbps ( RoundUp) x 64 Kbps = (950.40/64) x 64 Kbps = 15 x 64 Kbps = 960 Kbps (BW In-Coming Full Rate) = 64 Kbps (RoundUp) x 64 Kbps = (2428.80/64) x 64 Kbps = 38 x 64 Kbps = 2432 Kbps Sehingga Total BW Lokal PoP = (960+2432) Kbps = 3.392. Kbp
Kebutuhan BW Link SLI Total BW Link Internasional = BW Incoming dan Outgoing Bila Outgoing Link Internasional = 2.877.60 Kbps Dan Incoming Link Internasional = 6.961.80 Kbps BW SLI Outgoing = (2.877.60 Kbps : 64 Kbps) (RoundUp) x 64 Kbps = 2.880.00 Kbps BW SLI In-Coming = (6.961.80 Kbps : 64 Kbps) (RoundUp) x 64 Kbps = 6.976.00 Kbps,maka Total BW SLI = (2.880.00 + 6.976.00) Kbps = 9.856.00 Kbps Tabel 2.2 Kebutuhan Perangkat dan BW hasil Perhitungan Traffik Flow/Blocking (1%)/kanal/GW/Codec
Full Rate/Crtp/VAD
25,25/1%/36 knl/2
75,63 E/1%/92
E1/1GW/G.729 8k
knl/4E1/1GW/G.729 8Kbps
Ya/tidak/tidak
Ya/tidak/tidak
24
BWLan/Lan Switch
Router PoP/BW LLC
960 Kbps/10/100BaseT 8
2432 Kbps/10/100BaseT
port
8 port
1/3392 Kbps
1/2432 Kbps
Lan Switch untuk ke
100 base T 16 Port
SLI/Router BW Internasional Gatekeeper Note : 1 GW = 4 E1 = 120 kanal Voice
9856 Kbps 2 buah
25
