Module 19 - Scoptel Logiciel PBX IP - Introduction à la qualité de service (« Quality of Service »)

Module 19 - Scoptel Logiciel PBX IP - Introduction à la qualité de service (« Quality of Service »)

L’utilisation de l’IP comme fondement des réseaux convergents a soulevé plusieurs questions tant pour les services informatiques d’entreprise que pour les FAI. IP et Ethernet sont des technologies sans connexion et ne garantissent pas la bande passante. Le protocole ne différenciera pas le trafic réseau en fonction du type de flux pour s’assurer que la quantité de bande passante et le niveau de priorité appropriés sont définis pour un type particulier d’application. Étant donné que l’IP ne prend pas en charge la priorisation du trafic réseau, les gestionnaires de réseau et les fournisseurs de services doivent informer leurs composants réseau des applications et de leurs diverses exigences de performance.
Le modèle E (Recommandation UIT-T G.107) est un outil permettant d’estimer la qualité de la voix de bout en bout, en tenant compte des paramètres de téléphonie IP et des dégradations.
Le Mean Opinion Score (MOS) est un modèle standard de l’industrie qui utilise le modèle E-Model de la Recommandation UIT-T G.107 pour calculer la performance de la voix sur protocole Internet (VoIP) sur réseaux IP.

Les protocoles VoIP supportés par SCOPTEL

  1. SIP
  1. MGCP
  2. H.323
  3. SCCP/SKINNY
  4. IAX2
  5. Google Talk
  6. Jabber/XMPP
  7. ENUM
  8. DUNDi

Les CODECS vidéo supportés par SCOPTEL

  1. H.261
  1. H.263
  2. H.263+
  3. H.264

Les CODECS voix supportés par SCOPTEL

  1. G.711 (ulaw)
  1. G.711 (alaw)
  2. G.722
  3. G.726
  4. G.729 (nécessite une licence ou un matériel de transcodage tiers)
  5. PCM linéaire signé 16 bits (slin)
  6. GSM
  7. LPC10
  8. Speex
  9. ADPCM

Introduction au E-Model G.107

La sortie du modèle E est un scalaire appelé « Rating Factor » la « valeur R », ou simplement R. L’échelle est typiquement de 50 à 100, où tout ce qui est inférieur à 50 est clairement inacceptable et tout ce qui est supérieur à 94,15 (le maximum avec le modèle G.107 E, version 19 valeurs par défaut) est impossible à obtenir en téléphonie étroite bande (300 à 3400 Hz).
L’échelle R se traduit par un modèle subjectif de mesure de la qualité de service appelé MOS (Mean Opinion Score).

Les facteurs pouvant affecter la valeur R

Plusieurs facteurs au sein de l’application VoIP influencent la sortie de la valeur R
  1. Le retard, y compris la variation du retard, le transcodage et les tampons de gigue.
  2. L’écho
  3. La compression de la parole (CODEC)
  4. La perte de paquets
L’écho est le résultat d’un trop grand retard.
Une voix hachurée qui est le résultat d’une trop grande perte de paquets.

Gigue

La gigue, aussi appelée variation de délai, indique les différences de temps d’arrivée entre tous les datagrammes envoyés pendant un appel VoIP.
Lorsqu’un datagramme est envoyé, l’expéditeur lui donne un horodatage qui est placé dans l’en-tête RTP.
Lorsqu’il est reçu, le récepteur ajoute un autre horodatage.
Ces deux horodatages sont utilisés pour calculer le temps de transit du paquet.
Si les temps de transit des datagrammes d’un même appel sont différents, l’appel contient de la gigue.
Dans une application vidéo, la gigue se manifeste sous la forme d’une image vacillante, tandis que dans un appel téléphonique, son effet peut être similaire à celui d’une perte de données : certains mots peuvent manquer, être brouillés ou retardés.

Délai de transmission sur le réseau


CODECS contre MOS

Les retards affectent certains CODECS plus que d’autres

Tampon de gigue

Pour réduire l’impact de la gigue, le tampon de gigue peut s’ajuster dynamiquement en fonction de la gigue perçue. Lorsque les datagrammes arrivent, ils sont placés dans le tampon de gigue, qui les retient suffisamment longtemps pour les fournir au CODEC à un rythme plus constant.
Si un datagramme arrive trop tôt ou trop tard, il peut ne pas tenir dans le tampon de gigue et est rejeté.
Vous aimeriez rendre la mémoire tampon de gigue juste assez grande pour gérer toute variation due au réseau de données.

Tampon de gigue et délai

Les tampons de gigue résolvent le problème des paquets perdus et en retard en maintenant les datagrammes pour compenser le retard de gigue perçu. Lorsque les datagrammes arrivent, ils sont placés dans le tampon de gigue, qui les retient suffisamment longtemps pour les fournir au CODEC à un rythme plus constant.
Les tampons de gigue résolvent le problème des paquets perdus en ajoutant un délai qui réduit le budget de retard disponible. Les paquets vraiment perdus (écartés) n’apparaîtront jamais. Cela se traduit par une qualité vocale encore plus faible pour un délai de propagation donné. L’objectif est de minimiser le délai d’amortissement de la gigue.
Le délai de mise en paquets est inclus dans l’estimation MOS, de même que le « délai tampon de gigue », le délai introduit par les effets de la mise en tampon pour réduire les variations du délai entre les arrivées.
Exemple : Un tampon de gigue fixe de 60 ms ajoutera 60 ms de latence à chaque paquet RTP.

Utilisation de bande passante par CODEC

Chaque CODEC nécessite une largeur de bande différente pour les flux RTP d’émission et de réception. Et chaque CODEC porte un score MOS maximum.

CODEC MOS vs Perte aléatoire de paquets

La perte de paquets affecte certains CODECs plus que d’autres

Délai de transcodage

Le transcodage est défini comme deux ou plusieurs encodages d’un signal à travers différents types de CODECS. Exemple : GSM EFR vers G.711 vers G.729
La conversion des CODECS peut prendre un temps considérable en matériel ou en logiciel et le temps pris s’ajoute au délai global de bout en bout.
Comme les retards de transcodage varient selon les types d’algorithmes et le matériel utilisé, le retard ne peut être prédit, mais le transcodage peut ajouter un délai de fin à fin très important.
Le retard de transcodage est ajouté au retard réseau + tampon de gigue + autres facteurs

Méthodes de QoS par commutage LAN

Les commutateurs LAN de couche 3 supportant 802.1p 802.1q et/ou DiffServ doivent toujours être utilisés sur le LAN.
Ces commutateurs transfèrent les trames à la vitesse de la couche 2 afin de réduire les délais de transfert des paquets.
Ces commutateurs accordent généralement la priorité au trafic à l’aide de matériel file d’attente équitable pondéré mappé aux repères de priorité des couches 2 et 3.
Ces commutateurs marquent le trafic LAN de sortie avec des marques de priorité qui peuvent être portées par les réseaux MPLS afin de préserver les méthodes QoS sur les liaisons WAN.

Implémentation de QoS LAN sur des câbles de données partagés

Scénario 1

Lorsqu’un téléphone et un PC partagent un câble, le téléphone est branché dans la prise de données et le PC est branché dans le téléphone. Par conséquent, le téléphone doit prendre en charge le marquage VLAN et doit également prendre en charge le marquage de priorité VLAN.
Dans un scénario, le téléphone peut être membre du VLAN par défaut, mais le marquage VLAN doit être activé afin d’envoyer les étiquettes de priorité de couche 2 au commutateur. Le téléphone doit avoir une priorité de niveau 2 supérieure à celle du port PC. La priorité du téléphone doit être réglée sur 5 ou 6 pour que le commutateur puisse donner la priorité au trafic dans ses files d’attente prioritaires par défaut. Le port PC peut être réglé sur le meilleur effort ou la priorité 3. Le VLAN par défaut est généralement le VLAN 1. Ainsi, le téléphone et le port PC sont tous deux membres du VLAN 1, mais les trames vocales sont transmises avec une priorité beaucoup plus élevée par le commutateur.
Mise en garde :
  1. Le serveur DHCP et le sous-réseau doivent pouvoir prendre en charge suffisamment d’adresses IP pour les téléphones et les PC.
  2. Le serveur VoIP et tout autre périphérique réseau requis doivent se trouver sur un port dont la priorité est statiquement fixée à 5 ou 6.

Scénario 2

Lorsqu’un téléphone et un PC partagent un câble, le téléphone est branché dans la prise de données et le PC est branché dans le téléphone. Par conséquent, le téléphone doit prendre en charge le marquage VLAN et doit également prendre en charge le marquage de priorité VLAN.
Dans ce scénario, le téléphone peut être membre du VLAN de transport vocal, mais son marquage d’identité VLAN doit être activé afin d’envoyer les étiquettes de VLAN au commutateur. Le marquage VLAN du PC peut être désactivé, car il sera automatiquement membre du VLAN par défaut. Le principal avantage de cette approche est qu’un téléphone ou un PC peut être branché sur n’importe quel port réseau ou hybride et se trouve automatiquement dans le bon VLAN grâce à l’étiquette ID VLAN définie dans la configuration du téléphone.
Mise en garde :
  1. Chaque port de commutateur doit prendre en charge les ports réseaux ou hybrides.
  2. Chaque port réseau ou hybride doit permettre le trafic non balisé du VLAN 1.
  3. Chaque port réseau ou hybride doit autoriser le trafic balisé à partir du VLAN vocal configuré.
  4. Le serveur VoIP doit être sur un port avec un PVID appartenant au VLAN vocal.
  5. Il est recommandé d’attribuer une adresse IP à chaque VLAN du commutateur afin que le commutateur puisse passer d’un VLAN aux autres. Typiquement, l’adresse IP du VLAN est utilisée comme passerelle par défaut pour chaque périphérique sur ce VLAN et les routes sont configurées sur le commutateur.
  6. Tout périphérique qui ne prend pas en charge l’étiquetage VLAN doit être branché sur un port avec un PVID appartenant au VLAN correct.

Scénario 3

Lorsqu’un téléphone et un PC partagent un câble, le téléphone est branché dans la prise de données et le PC est branché dans le téléphone. Par conséquent, le téléphone doit prendre en charge le marquage VLAN et doit également prendre en charge le marquage de priorité VLAN.
Dans ce scénario, le téléphone et le commutateur Ethernet peuvent prendre en charge Cisco CDP, auquel cas le téléphone sera automatiquement mis en VLAN 100 lorsqu’il démarre et se connecte au commutateur.
Mise en garde :
  1. Le serveur VoIP doit être sur un port avec un PVID appartenant au VLAN vocal CPD.
  2. Il est recommandé d’attribuer une adresse IP à chaque VLAN du commutateur afin que le commutateur puisse passer d’un VLAN aux autres. Typiquement, l’adresse IP du VLAN est utilisée comme passerelle par défaut pour chaque périphérique sur ce VLAN et les routes sont configurées sur le commutateur.
  3. Tout périphérique qui ne prend pas en charge l’étiquetage VLAN doit être branché sur un port avec un PVID appartenant au VLAN 100.
  4. Tout serveur DHCP, DNS, TFTP, ou passerelle, etc…. requis pour le VLAN vocal doit être branché sur un port avec un PVID appartenant au VLAN CDP 100 correct.
  5. Si votre téléphone et votre commutateur prennent en charge nativement le CDP, mais que vous ne souhaitez pas utiliser le CDP, désactivez manuellement le support CDP sur le téléphone.

Implémentation de QoS LAN sur des câbles de données dédiés

Scénario 1

Lorsqu’un téléphone et un PC ont chacun un câble dédié branché dans des commutateurs dédiés pour la voix et les données, il n’est pas nécessaire d’utiliser un mécanisme QoS. En effet, les commutateurs dédiés ont le même effet d’isolation du trafic et des avalanches de messages qu’un VLAN configuré.
Mise en garde :
  1. Les réseaux voix et données ne peuvent pas être membres du même sous-réseau.
  2. Tout serveur DHCP, DNS, TFTP ou passerelle, etc… requis pour le sous-réseau vocal doit être branché sur le bon réseau.
  3. Tout serveur DHCP, DNS, TFTP ou passerelle, etc…. requis pour le sous-réseau de données doit être branché sur le bon réseau.
  4. Les routes doivent être configurées pour les VLANs voix et données si le trafic doit être routé entre les sous-réseaux.
  5. Le serveur SCOPTEL est par défaut obligé d’écouter le trafic vocal et vidéo sur n’importe quelle interface. Cela signifie que le port WAN du serveur SCOPTEL peut écouter même s’il est configuré en mode NAT/Gateway et que les ports entrants sont autorisés par le pare-feu SCOPTEL.

Scénario 2

Lorsqu’un téléphone et un PC ont chacun un câble dédié branché dans des commutateurs partagés pour la voix et les données, il n’est pas nécessaire d’utiliser un mécanisme QoS. En effet, chaque VLAN configuré isole le trafic et diffuse les orages sur chaque VLAN configuré. Le commutateur doit être configuré avec un ou plusieurs VLAN de données. Une adresse IP doit être attribuée à chaque VLAN. Des routes doivent être construites pour chaque VLAN si le transfert de paquets est nécessaire. L’adresse IP du commutateur VLAN devient la passerelle par défaut pour chaque VLAN. Un téléphone ou un autre appareil vocal doit être branché sur un port de commutation configuré pour le VLAN PVID de l’ID VLAN vocal. Un PC ou un autre appareil doit être connecté à un port de commutation configuré pour le VLAN PVID de l’ID VLAN requis. Cette méthode nécessite un port de commutation dédié pour chaque téléphone et chaque périphérique réseau. Cette méthode nécessite un port de commutation dédié pour chaque téléphone et chaque périphérique réseau.
Mise en garde :
  1. Les réseaux voix et données ne peuvent pas être membres du même sous-réseau.
  2. Tout serveur DHCP, DNS, TFTP ou passerelle, etc…. requis pour le sous-réseau de données vocales doit être branché sur le bon réseau.
  3. Tout serveur DHCP, DNS, TFTP ou passerelle, etc…. requis pour le sous-réseau de données doit être branché sur le bon réseau.
  4. Les routes doivent être configurées pour les VLANs voix et données si le trafic doit être routé entre les sous-réseaux.
  5. Le serveur SCOPTEL est par défaut obligé d’écouter le trafic vocal et vidéo sur n’importe quelle interface. Cela signifie que le port WAN du serveur SCOPTEL peut écouter même s’il est configuré en mode NAT/Gateway et que les ports entrants sont autorisés par le pare-feu SCOPTEL.

Implémentation QoS LAN sur WANs

La commutation multiprotocole par étiquette [MPLS] est similaire à DiffServ à certains égards, car elle marque également le trafic aux limites d’entrée d’un réseau et les points de sortie. Mais contrairement à DiffServ, qui utilise le marquage pour déterminer la priorité au sein d’un routeur, les marquages MPLS (étiquettes 20 bits) sont principalement conçus pour déterminer le saut suivant du routeur. MPLS n’est pas contrôlé par l’application (il n’existe pas d’API MPLS) et n’a pas de composant de protocole d’hôte final. Contrairement à tous les autres protocoles de QoS que nous décrivons dans cet article, le MPLS réside uniquement sur les routeurs. Et le MPLS est indépendant du protocole (c’est-à-dire « multiprotocole »), de sorte qu’il peut être utilisé avec des protocoles de réseau autres que IP (comme IPX, ATM, PPP ou Frame-Relay) ou directement sur la couche de liaison de données (MPLS Framework, Architecture MPLS).
Le but des réseaux MPLS est d’étendre un réseau privé existant sur Internet, mais en utilisant des liens privés créés et vendus par des opérateurs. Ces réseaux sont généralement vendus comme des extensions de couche 2 sécurisées du réseau Ethernet.
MPLS peut honorer la priorité de couche 2 et le marquage VLAN des trames provenant du réseau local. Par conséquent, la MPLS est un moyen idéal de préserver la QoS sur les connexions Internet.

Recommendations

  1. Le retard total de bout en bout ne doit jamais dépasser 250 ms.
  1. Le CODEC de la plus haute qualité doit toujours être utilisé afin de préserver le score MOS, car la gigue du réseau affecte moins les CODECS de qualité supérieure que les CODECS compressés.
  2. Éviter le transcodage dans la mesure du possible pour préserver le réseau MOS.
  3. Dans la mesure du possible, évitez l’utilisation de grands tampons de gigue.
  4. Utiliser les VLAN pour séparer le trafic voix et vidéo du trafic de données.
  5. Prendre en compte le trafic UDP voix et vidéo lors du partage du réseau avec le trafic TCP.
  6. Utilisez des commutateurs QoS sur les réseaux LAN et MPLS sur le WAN ou des connexions WAN dédiées voix/vidéo lorsque cela est possible.

Autres facteurs à considérer

Système d’opération. Quelle version du système d’exploitation fonctionne sur les routeurs, commutateurs, pare-feu et autres périphériques ? Est-ce une version qui peut supporter le trafic VoIP ? Possède-t-elle la fonctionnalité appropriée pour prendre en charge la VoIP ? Possède-t-il la fonctionnalité appropriée pour prendre en charge la VoIP ?
Mémoire. Combien de mémoire (RAM) est installée dans les routeurs ? Y a-t-il assez de mémoire pour bien supporter les fonctions VoIP ? Y a-t-il assez de mémoire pour supporter le nombre d’appels qui seront ajoutés au réseau ?
QoS La plupart des fournisseurs recommandent un mécanisme de qualité de service. Les périphériques réseau supportent-ils ces mécanismes de QoS ? La QoS est-elle déjà configurée sur les routeurs ? Quel mécanisme de QoS est utilisé ? Comment prioriser le trafic VoIP ?
VLANs Un réseau local virtuel (VLAN) est utilisé pour regrouper ou séparer le trafic LAN par utilisateurs. Les VLANs permettent de prioriser différentes classes de données par les commutateurs en utilisant le protocole 802.1P.Q. Les commutateurs prennent-ils en charge les VLAN et la norme 802.1p/Q ? Les commutateurs ont-ils des VLAN déjà configurés ?
Concentrateur LAN partagé. Les concentrateurs n’offrent aucune garantie de qualité de service. Tout appareil connecté au concentrateur, même un téléphone IP, finit par concurrencer tout autre appareil connecté pour la bande passante. Envisagez de mettre à niveau tous les concentrateurs partagés du réseau vers des commutateurs.
Vitesse de l’interface Les interfaces dans les routeurs fonctionnent à différentes vitesses. Les interfaces sont-elles à 56 kbit/s , 1,544 Mo/s, 10 Mo/s, 100 Mo/s ou 1000 Mo/s (gigaoctet) ? Les interfaces supportent-elles le mode de fonctionnement duplex intégral ? Les vitesses d’interface supportent-elles le nombre d’appels VoIP qui seront ajoutés au réseau ?
Alimentation du téléphone Si vous êtes sur le point de mettre à niveau vos commutateurs, demandez à votre fournisseur si la plate-forme spécifique est compatible.