Infokommunikáció
Forgalmi tervezés, VoIP - Varga Pál, BME TMIT -
Áttekintés
2
„Slide-okból NEM lehet tanulni!”
Forgalmi tervezés
VoIP
Varga Pál – BME TMIT
Blokkolás elkerülése – forgalmi tervezés
3
Adott számú előfizető Mennyien telefonálnak egyszerre? Ki mennyi ideig telefonál? (…átlag: „h”) Mennyi új hívás érkezhet másodpercenként? („i”) A forgalom: A = ih A fentiek alapján: Mekkora kapcsoló kell? (mennyi beszédáramkör) („N”) VP
Erlang B és C formulák
Mi a valószínűsége, hogy nem kap vonalat az előfizető? – –
Egy kiszolgáló átlagos kihasználtsága:
a=
Blokkolás a központban Erlang B formula
A [1 - PB] N
B
Mi a valószínűsége, hogy várnia kell a kiszolgálásra? – –
4
„Call Center” kapacitás Erlang C formula
VP
C
VP
Erlang B - grafikonon
5
VP
Erlang C – kalkulátorral
6
VP
VoIP – Voice Over Internet Protocol Beszédátvitel IP felett
7
Hogyan működik nagy vonalakban az IP feletti beszédátvitel?
Mi a kodek feladata, hogyan választunk?
Mi a QoS – Quality of Service?
Különféle kapacitástervezési kérdések…
VP
VoIP architektúrák
IP feletti beszédátvitel. De „mennyire IP”? 1. „alig” –
2. „jobban” – –
–
8
pl. két telefonközpont összekötése egy IP trönkkel (trönk = kapcsolóközpontok közötti nyalábolt átviteli út) PSTN végberendezések IP eszközökhöz csatlakoznak pl. PC kártya IP router PSTN interfésszel IP alapú telefonközpont ezek az eszközök végzik a PSTN/VoIP átjárást pl. tárcsahang generálás, jelzés fordítás, stb. VP
VoIP architektúrák
IP feletti beszédátvitel. De „mennyire IP”? (--- folyt.) 3. „szinte teljesen” – VoIP végberendezés
–
Softphone = VoIP szoftver
9
kinézetre hasonlít egy „hagyományos” telefonhoz IP címmel pl. Ethernet csatlakozóval plusz szolgáltatásokkal (pl. webböngésző) pl. Skype, ICQ, Windows Messenger, stb. futhat PC-n, PDA-n, mobiltelefonon is
2.-3. eset: VoIP/PSTN átjáró a VoIP hálózat határán VP
VoIP architektúrák
10
Négy funkcióhalmaz –
jelzési feladatok
–
beszédkódolás és dekódolás
–
beszédcsomagok szállítása
–
együttműködés más VoIP/PSTN hálózatokkal (gateway funkciók) VP
Szélsőséges példa: VoIP, Mobil Internet felett
Átviteli lehetőségek és hibáik – – – –
11
Cellás vezetéknélküli rendszerek (GSM, UMTS, LTE…) Wireless LAN-ok - 802.11 Multi-hop wireless Műholdas átvitel
Alacsony sávszélesség Nagy és változó késleltetés Aszimmetrikus uplink/downlink Varga Pál – BME TMIT
Beszédhívás mobil adathálózaton
„Skype” Client
12
„Skype” Client
Varga Pál – BME TMIT
Mobil Internet - példa
Mozgó végpont feléled Jelzi magáról, hogy megérkezett: ICMP –
–
Azonosítási cím kérése: DHCP Regisztrációs lépések – –
13
„hazai hálózat”? „idegen hálózat”?
Jelzés a hazai hálózatba Azonosítás az új hálózatban
Megismerteti magát a „helyiekkel”: ARP válasz Forgalmazás IP felett Varga Pál – BME TMIT
A protokoll-sztekk Alkalmazások (pl. FTP, HTTP) RTP
SIP
UDP
TCP
SCTP IP
ICMP ARP
Adatkapcsolati réteg (pl. Ethernet, ATM) Fizikai réteg (pl. WLAN, Optika) 14
Varga Pál – BME TMIT
IP-alapú átvitel
Manapság tipikusan Ethernet felett – de nem kizárólag!
IP felett: a szolgáltatásokhoz illeszkedő transzport protokoll – – –
Valahol megjelenik az „IP réteg” –
15
UDP TCP SCTP
Apps. TCP IP SNDCP LLC BSSGP TCP (NS) IP L2TP Ethernet Optikai szál
Lehet, hogy több IP-fejrész is van az üzenetben! Varga Pál – BME TMIT
Internet Protocol (IP) Elrejti a hordozó hálózat tulajdonságait Nem megbízható Best-effort Kapcsolatmentes A csomagok sorrendhelyessége NEM biztosított Csomagok elveszhetnek Csomagok duplikálódhatnak
16
Varga Pál – BME TMIT
Address Resolution Protocol - ARP
17
A forrásnak tudnia kell a cél hardver-címét mielőtt IP csomagokat küldhetne neki
ARP segítségével hardver-címet rendelünk IP címhez
Az ARP a helyi hálózaton küldött üzenetszórás (broadcast) segítségével állapítja meg a kérdéses IP címhez tartozó hardver-címet
Az ARP gyorsítótárban (cache) tárolja az összerendeléseket, hogy később használhassa (ez kiíratható az arp –a paranccsal Windows alatt) Varga Pál – BME TMIT
Internet Control Message Protocol, ICMP
Hibajelentésekre és IP szintű vezérlő üzenetek továbbítására TYPE Direkt IP csomagokban FIELD ICMP Message Types 0 Echo Reply (válasz adás) Gyakran használt 3 Destination Unreachable debuggoló eszköz 4 Source Quench –
18
Ping, traceroute
IP Header Type of Message Error Code Checksum Parameters, if any Information
8b 8b 16b Var Var
5
Redirect (change a route)
8
Echo Request (válasz kérés)
11
Time exceeded for a packet (TTL lejárt)
12
Parameter problem on a packet
13
Timestamp request
14
Timestamp reply
15
Information request (obsolete)
16
Information reply (obsolete)
17
Address mask request
18
Varga Pál – BME TMIT Address mask reply
User Datagram Protocol (UDP)
Kapcsolat nélküli szolgáltatás
Forrás-nyelő pár azonosítás portszám alapján (alkalmazási szintű nyalábolás) Ellenőrző összeg Az alkalmazás küldési sebességet változatlanul hagyja
19
nincs állapotinformáció
Valósidejű és multimédia alkalmazások
A fejléc 8 bájtos:
Varga Pál – BME TMIT
Transmission Control Protocol (TCP)
20
Kapcsolatorientált Megbízható kapcsolat Automatikus torlódáskezelés Meghatározza a csomagkövetési időt – az alkalmazás nem tudja azt vezérelni A fejléc legalább 20 bájtos:
Varga Pál – BME TMIT
Csomagolási Terminológia Teljes üzenet MSS
TCP Szegmens
TCP hdr TCP adat IP Csomag
20 bytes
IP hdr
IP adat
Ethernet Keret
20 bytes
Eth. hdr. Ethernet adat 21
14 bytes
4 byte
MTU 1500 bytes VP
Session Initiation Protocol (SIP)
Hívásvezérléshez: felépítés és bontás Kérés/válasz handshake TCP, vagy UDP felett is - Szöveges (ASCII) üzenettartalommal SIP User Agent Client
INVITE sip:
[email protected]
SIP User Agent Server
200 OK ACK Media Stream BYE 200 OK
22
host.mit.edu
sip.tmit.bme.hu
Varga Pál – BME TMIT
Hang RTP Kodek
(Real-Time Transport Protocol)
IP fejrész (20 byte)
UDP fejrész (8 byte)
csomagban
RTP fejrész (12 byte)
Beszédinformáció (4-100 byte)
RTP UDP IP
23
Nagyobb IP csomag: kisebb overhead nagyobb késleltetés
VP
VAD – Beszéddetektor Voice Activity Detector
Ha az adott fél épp nem beszél, akkor nem küldünk jelet – –
csökkenthető a kodek teljesítményfelvétele (mozgó készüléknél jó) sávszélesség spórolható
Vevő oldalon komfortzaj, hogy ne legyen zavaró a csend Alkalmazás, pl.: – –
– –
24
ha van statisztikus nyalábolás, VoIP pl. ilyen
mozgó távbeszélő rendszerek műholdas rendszerek VoIP rendszerek telefon kihangosítók VP
Beszédjel csomagolása, visszaállítása
25
tp - szegmens hossz, csomagolási késleltetés T - csomagtovábbítási idő - a hálózaton való áthaladásból eredő késleltetés tR - vevő oldali késleltetés - egy csomag teljes késleltetése
VP
Kodek jellemzők
bitsebesség – 2,4 -- 64 kb/s beszédhang-minőség – nehéz objektíven mérni – MOS (Mean Opinion Score, átlagolt véleménypontok):
26
15-40 ember pontoz több mintát, az egészet átlagolják 1: elfogadhatatlan, 2: gyenge, 3: közepes, 4: jó, 5: tökéletes 4 felett: nagyon jónak számít
kódolási késleltetés – minél nagyobb időszeletet dolgozunk fel egyszerre, annál jobban tömöríthetünk -- nagyobb késleltetés árán – 0,125 – 80 ms VP
Kódolási összefoglaló ITU-T ajánlás
Beszéd Bitsebesség Tömörítő sávszélesség algoritmus
Megjegyzés
G.711
3.4 KHz
45 kbit/s 64 kbit/s
PCM
G.728
3.4 kHz
16 kbit/s
LD-CELP
Egyszerű amplitudómodulált tömörítés PSTN, ISDN Elhanyagolható késleltetés Szintén 8 kHz-es mintavétel
G.722
7 kHz
ADPCM
A G.711-nél jobb minőség
G.723.1
3.4 kHz
48 kbit/s 56 kbit/s 64 kbit/s 5.3 kbit/s 6.4 kbit/s
G.729 és G.729A 27
3.4 KHz
8 kbit/s
Közel toll-quality A Netmeetingnél szokásos A GSM-nél még valamivel jobb minőség Bonyolult megvalósítás Nagy késleltetés CS-ACELP Kis késleltetés A G.723.1-nél még jobb minőség VP LP-MLQ
Késleltetés
150-200 ms egyirányú késleltetés felett már kényelmetlen a telefonbeszélgetés (különböző irodalmi források szerint…)
Csak a kódolásból adódó késleltetés – – –
28
PCM, ADPCM: kevesebb, mint 1 ms G.729A (CS ACELP): 25-30 ms egy irányban G.723.1 (MultiRate CELP): 100 ms egy irányban
VP
