บทที่ 3 วิทยาการโทรศัพท์ที่ใช้เครือข่าย IP (VoIP) โปรโตคอลต่างๆ ที่ใช้ในการส่งข้อมูล ปัญหาและอุปสรรคต่างๆ

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP สารบัญ What is VoIP? Benefit Motivation Technical Challenges IETF – Internet Engineering Task Force RTP - Realtime Transport Protocol H.323 SIP 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP What is VoIP? 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP What is VoIP? Definition: Voice Over IP (VoIP) aka Internet Telephony (IPT) is transporting of telephone calls over IP based networks No matter whether traditional telephony devices, multimedia PCs or dedicated terminals take part in the calls No matter whether the calls are entirely or only partially transmitted over the IP based network Not only voice 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Benifit? Lower cost of ownership Cost savings are the primary short-term reason to converge voice, data and video onto a single IP network Easy implementation of innovative services Unified Messaging, Instant Messaging etc. In the future, Internet Telephony Service Providers (ITSP) may use a single infrastructure for providing both, Internet access and Internet telephony Only data-oriented switches could be deployed for switching data as well as packetized voice Multiplexing data and voice could also result in better bandwidth utilization than in today's over-engineered voice-or-nothing links 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Motivation 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Motivation 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Voice conversion to digital Voice Codec Packetizing Sending 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Voice conversion to digital 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges A Little History – Packetizing Voice The concept of packetized voice goes back to 1974 No Internet; just sending voice signals in packet form between two universities Based on Packet Switching concepts Data path is shared and connectionless No longer dedicated paths as in circuit switching First Internet Telephony software platform (Softphone) introduced in 1994 Initial VOIP systems where phone-centric Using the PSTN to get connected to the Internet 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges A Little History – Packetizing Voice Internet PSTN (Circuit Switching) Modem PC 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Call routing across VoIP network Long distance calls can be carried on the dedicated network PSTN can be used for local calls PSTN gateway interface is POTS/T1/DSL/ISDN-PRI 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

Unacceptable speech quality Technical Challenges Quality of Service (QoS) Very good quality Acceptable quality Loss packet in % Unacceptable speech quality 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Speech Quality Data traffic characteristics Asynchronized (it can tolerate delay) Sensitive to packet loss (ACK is required) Voice traffic characteristics Considered as a real time application Very sensitive to delay Fewer than 5 percent loss can be tolerated Speech quality Delay Jitter Packet loss 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Delay or Latency Definition The time from when words are spoken until they are heard at the other end Measure of delay in a call Delay is also referred to the time that it takes a packet to make its way through the network to the destination or terminating device 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Latency Impact Large latency values do not necessarily degrade the sound quality of phone call but large latency values can result in a lack of synchronization between the speakers. This can cause hesitations during the voice conversation make it difficult to interact Latency greater than 150 milliseconds is unacceptable in most cases One-way latency is used for diagnosing network problems 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Latency 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Factors contribute to Latency The time it takes for the endpoints to create the packets used in voice service, known as packet creation latency. The time it takes to serialize the digital data onto the physical links of the interconnecting equipment, known as serialization delay. The time it takes an electrical signal to travel the length of a conductor, known as propagation delay. The time that a network device to buffer a packet and make the forwarding decision, known as packet forwarding delay. 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Latency Types Fixed delay Codec Time it takes to sample and digitize the voice signal Packetization Time it takes to convert voice into IP packets Network component propagation due to manufacturing Jitter buffer Variable delay Queuing delay Network delay 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Jitter Defined as delay variation (lack of predictability – high variance) – way to adjust Jitter buffers are used to lower the delay variance Speech packets are buffered and transmitted at a steady rate Jitter is due to two factors packet routing (Different routs can produce different packet delays) Different packet queuing time 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges For example, given a constant packet transmission rate of every 20 ms, new packets would be expected to arrive at the destination exactly over 20ms but unfortunately this is not always the case. The figure shows packet one (P1) and packet three (P3) arriving when expected, but packet two (P2) arriving 12ms later then expected and packet four (P4) arriving 5ms late. 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Jitter 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Packet Loss Some packets are lost during transmission Buffer overflow Real-time applications cannot utilize the same packet loss avoidance protocols The communication between the two ends take too long Retransmission time is very long Five percent loss is tolerable 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Technical Challenges Packet Loss VOIP is highly sensitive to packet loss Loss Rates as low as 1% can garble communications Latency and Jitter can contribute to “virtual packet loss” as packets arriving after their deadline are as good as “lost” 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP Speech Quality Codec G.711 64 kbps ADPCM 32 kbps G.728 16 kbps G.729 8 kbps CELP 4.8 kbps LPC 2.4 kbps GSM 13 kbps Space Shuttle Shuttle Crew Music Bit Errors 0.1 % Bitt Errors 1 % 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP VoIP Standards 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

Internet Engineering Task Force 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

Related IETF Working Group 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

What Protocols are needed? 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

What Protocols are needed? 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

Real Time Transport Protocol (RTP) 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

Real Time Transport Protocol (RTP) 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

Real Time Transport Protocol (RTP) 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP RTP Header 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP RTP Header 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP H.323 Environment Gateway Telephone Router H.323 gatekeeper H.323 terminal MCU Packet switched network Circuit switched network 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP H.323 Protocol Stack Q.931 H.245 G.711 G.723 G.729 H.263 RTCP RAS (H.225.0) Control (by GK) A / V control Audio Video TCP UDP IP RTP T.120 Data Used for call setup and teardown between two terminals. Q.931 Data protocols for multimedia conferencing. (application sharing, whiteboarding) T.120 Used for real time traffic synchronization and transportation. RTP/RTCP Stands for Registration, Admission and Status. RAS(H.225.0) Control protocol for capability negotiation and channel setup. H.245 Description Protocol 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

H.323 Setup Procedure of Calling Registration and admission Call setup Terminal capability negotiation ,channel setup and master-slave detection Stable call established and proceeds Close channel Call teardown Disengagement RAS Q.931 H.245 RTP/RTCP 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP SIP Environment Local proxy server Remote proxy server Redirect server Location server User Agent Server (UAS) User Agent Client (UAC) Internet 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP SIP Protocol Stack TCP UDP IP SAP/SDP RTP RTCP SIP Multimedia Traffic Control plane Data plane 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP

SIP – Operators and Reply Codes Description INVITE Invite a user to a call ACK Confirmation for the final response BYE Terminate a call between endpoints CANCEL Terminate the search for a user or request for a call OPTIONS Features supported for a call REGISTER Register current location of the client with location server INFO Use for mid-session signaling Reply Code Description 1xx (Informational) Trying, ringing and queued 2xx (Successful) The request was successful 3xx (Redirection) Give information about the receiver’s new location 4xx (Request Failures) Failure responses from a particular server 5xx (Server Failures) Failure responses given when a server itself has erred 6xx (Global Failures) Busy, decline, requests not acceptable 310482: Internet Telephony, บทที่ 3: วิทยาการโทรศัพท์ผ่านเครือข่าย IP