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MEMOIRE DE FIN D’ETUDES ESIEA Solution IP-Centrex BSNetwork Date : A définir Co

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES ESIEA Solution IP-Centrex BSNetwork Date : A définir Composition du Jury A définir Parrain : Jean-Louis MAS Maître de stage : Pierre PRENEL Auteur : Frédéric OGUER Mémoire de fin d’études ESIEA Page 2 sur 248 Mémoire de fin d’études ESIEA Page 3 sur 248 Sommaire I. Introduction ...................................................................................................................... 19 1) Présentation de l’entreprise .......................................................................................... 19 a) Les partenariats Universitaires: ................................................................................ 20 b) Les partenariats Industriels : .................................................................................... 20 c) Les solutions de BSNetwork .................................................................................... 21 2) Présentation du stage .................................................................................................... 23 3) Qu'appelle t'on voix sur IP ? ......................................................................................... 23 II. Déroulement du stage ....................................................................................................... 24 III. La téléphonie classique ................................................................................................ 26 1) Une brève histoire du téléphone ................................................................................... 26 2) Le téléphone ................................................................................................................. 27 a) Les fondamentaux de la voix ................................................................................... 27 Fréquences .................................................................................................................... 27 Niveaux ........................................................................................................................ 27 b) Le fonctionnement du téléphone .............................................................................. 28 La signalisation ............................................................................................................ 28 SS7 (Signaling System 7) ............................................................................................. 29 La transfert de la voix ................................................................................................... 30 Autres types de téléphones. .......................................................................................... 31 Téléphonie 2 fils versus téléphonie 4 fils ..................................................................... 31 3) Les commutateurs privés ou PABX (Public Automatic Branch Exchange) ................ 31 a) Présentation d’un commutateur ................................................................................ 32 b) Le routage des appels dans un PABX ...................................................................... 32 c) Types d’interfaces sur un PABX .............................................................................. 33 Mémoire de fin d’études ESIEA Page 4 sur 248 4) Numérisation de la voix ............................................................................................... 33 a) Les « trains » numériques normalisés – 1,544 Mbps / 2,048 Mbps ......................... 33 b) La numérisation de la voix : PCM (Pulse Code Modulation) G.711 ....................... 34 Lois A et mu ................................................................................................................. 35 La loi "A" ................................................................................................................. 35 La loi "mu" ............................................................................................................... 36 c) Puissance d’un signal numérique ............................................................................. 37 d) Distorsion apportée par le processus de quantification ............................................ 37 5) L’interface numérique 1,544 Mbps (DS-1) .................................................................. 37 a) L’interface physique ................................................................................................. 38 b) Framing D4 .............................................................................................................. 39 c) Framinig – ESF (Extended Super Frame) ................................................................ 39 d) CAS – Channel Associated Signaling (CAS) - DS-1 ............................................... 39 e) CCS – Common Channel Signaling (CCS) - DS-1 .................................................. 40 6) L’interface numérique 2,048 Mbps (E1) ...................................................................... 40 a) L’interface physique – G.703 ................................................................................... 40 b) La structure des trames – G.704 ............................................................................... 40 c) CAS – Channel Associated Signaling (CAS) – E1 .................................................. 41 d) CCS – Common Channel Signaling (CCS) – E1 ..................................................... 41 e) Alarmes E1 ............................................................................................................... 42 7) Le besoin de la synchronisation entre commutateurs ................................................... 42 a) Commutateurs sans synchronisation ........................................................................ 42 b) Commutateurs avec synchronisation ........................................................................ 42 8) Analyse du trafic .......................................................................................................... 43 a) La théorie du trafic ................................................................................................... 43 Unités de mesure .......................................................................................................... 43 Heure de pointe ............................................................................................................ 43 Mémoire de fin d’études ESIEA Page 5 sur 248 Mesure de la capacité du réseau ................................................................................... 44 Grade of Service ........................................................................................................... 44 Types de trafic .............................................................................................................. 44 Méthodes d’échantillonnage ........................................................................................ 45 b) Critère pour choisir un modèle ................................................................................. 47 Types d’arrivée ............................................................................................................. 47 Régulier .................................................................................................................... 47 Par pique ................................................................................................................... 48 Aléatoire ................................................................................................................... 48 Appels bloqués ............................................................................................................. 48 Nombre de sources ....................................................................................................... 49 Durées d’appel .............................................................................................................. 49 c) Les modèles .............................................................................................................. 49 Erlang B ........................................................................................................................ 49 Equations d’états ...................................................................................................... 49 Etat d’équilibre ......................................................................................................... 51 Probabilité d’état ...................................................................................................... 52 Distribution d’Erlang ................................................................................................ 53 Temps de Congestion ............................................................................................... 54 Appel bloqué ............................................................................................................ 54 Erlang en pratique .................................................................................................... 55 IV. La compression de la parole ......................................................................................... 55 1) Différents types de codage ........................................................................................... 55 2) Adaptative Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) ........................................ 56 3) CELP – Code Excited Linear Prediction ...................................................................... 57 4) LD-CELP – Low Delay / Code Excited Linear Prediction (ITU-T G.728) ................. 58 5) CS-ACELP – Conjugate Structure / Algebraic Code Excited Linear Prediction (ITU-T G.729) ................................................................................................................................... 58 Mémoire de fin d’études ESIEA Page 6 sur 248 6) Autres techniques de compression ............................................................................... 58 a) Compression de la parole et traitement des données ................................................ 59 V. Introduction aux protocoles .............................................................................................. 62 1) Couche réseau pour les protocoles Internet .................................................................. 62 a) La couche physique .................................................................................................. 62 b) La couche Internet .................................................................................................... 63 IPv4 .............................................................................................................................. 63 IPv6 .............................................................................................................................. 63 c) La couche transport .................................................................................................. 63 TCP ............................................................................................................................... 64 UDP .............................................................................................................................. 65 TLS ............................................................................................................................... 65 SCTP ............................................................................................................................ 65 d) La couche application ............................................................................................... 66 VI. SIGNALISATION POUR LA VOIP ........................................................................... 67 1) Signalisation H.323 ...................................................................................................... 67 a) Introduction .............................................................................................................. 67 b) Principe du protocole H.323 ..................................................................................... 68 Les terminaux ............................................................................................................... 68 Les passerelles (gateway) ............................................................................................. 68 Les gardes-barrières (gatekeeper) ................................................................................ 70 Vue d’ensemble des gardes-barrières ....................................................................... 70 Différents niveaux de garde-barrières ...................................................................... 71 L’unité de contrôle multipoint...................................................................................... 72 Le contrôleur multipoint ........................................................................................... 72 Le processeur multipoints ........................................................................................ 72 Les ponts de conférence ........................................................................................... 73 Mémoire de fin d’études ESIEA Page 7 sur 248 c) Les protocoles de la norme H323 ............................................................................. 73 d) Une communication H.323 simple ........................................................................... 75 e) Une Communication H323 avec gatekeeper ............................................................ 76 f) Conclusion ................................................................................................................ 78 2) Signalisation SIP .......................................................................................................... 79 a) Introduction .............................................................................................................. 79 L’IETF .......................................................................................................................... 79 Histoire du SIP ............................................................................................................. 80 b) En pratique ............................................................................................................... 80 c) Une communication SIP simple ............................................................................... 81 Message INVITE .......................................................................................................... 81 Message 180 Ringing ................................................................................................... 88 Message 200 OK .......................................................................................................... 89 Message ACK .............................................................................................................. 90 Le message BYE .......................................................................................................... 90 d) SIP avec un serveur Proxy en mode Stateless .......................................................... 90 e) SIP avec un serveur Proxy en mode Statefull .......................................................... 92 f) Serveur registrar ....................................................................................................... 93 3) Comparaison SIP et H.323 ........................................................................................... 94 4) L’avenir de la signalisation VoIP ................................................................................. 96 VII. Analyse du trafic pour la VoIP ..................................................................................... 97 1) Les codecs .................................................................................................................... 97 2) Les échantillons ............................................................................................................ 97 3) Détection de l’activité .................................................................................................. 97 4) Compression des en-têtes RTP ..................................................................................... 98 5) Synthèse ....................................................................................................................... 98 VIII. Problèmes de la VoIP ................................................................................................... 99 Mémoire de fin d’études ESIEA Page 8 sur 248 1) Généralités sur les problèmes de qualité ...................................................................... 99 2) Problèmes de qualité sur les réseaux sans fils. ........................................................... 101 IX. Architecture SIP ......................................................................................................... 103 1) Passerelle Vegastream ................................................................................................ 104 a) Introduction ............................................................................................................ 104 b) Connexion .............................................................................................................. 105 c) Architecture ............................................................................................................ 108 d) Plan d’appel ............................................................................................................ 108 e) Configuration de la passerelle ................................................................................ 109 Configuration des paramètres LAN ........................................................................... 110 Configuration des paramètres de connexion .............................................................. 111 Configuration du réseau (Nom d’hôte, etc.) ............................................................... 113 2) Firewall Ingate ............................................................................................................ 114 a) Introduction ............................................................................................................ 114 b) Configuration ......................................................................................................... 116 3) IPBX Asterisk ............................................................................................................ 121 a) Introduction ............................................................................................................ 121 b) Architecture ............................................................................................................ 122 Globale ....................................................................................................................... 122 Le noyau ..................................................................................................................... 122 Le système de fichier .................................................................................................. 123 /etc/asterisk ............................................................................................................. 123 /usr/sbin .................................................................................................................. 123 /usr/lib/asterisk ....................................................................................................... 124 /usr/lib/asterisk/modules ......................................................................................... 124 /usr/include/asterisk ................................................................................................ 124 /var/lib/asterisk ....................................................................................................... 124 Mémoire de fin d’études ESIEA Page 9 sur 248 /var/run ................................................................................................................... 124 /var/spool/asterisk ................................................................................................... 124 Dénomination ............................................................................................................. 124 Canaux TDM Zaptel ............................................................................................... 125 SIP .......................................................................................................................... 125 IAX, H.323, MGCP, etc. ........................................................................................ 125 c) Configuration ......................................................................................................... 126 Plan d’appel ................................................................................................................ 126 Les contextes et les extensions ............................................................................... 126 Les menus ............................................................................................................... 126 Modèles d’équivalence ........................................................................................... 126 Définition des extensions ........................................................................................... 127 4) Terminaux SIP ............................................................................................................ 127 a) Snom ....................................................................................................................... 128 Introduction ................................................................................................................ 128 Configuration ............................................................................................................. 130 Premier démarrage ................................................................................................. 130 Serveur de configuration ........................................................................................ 132 b) Cisco ....................................................................................................................... 133 Introduction ................................................................................................................ 133 Configuration ............................................................................................................. 134 DHCP ..................................................................................................................... 136 Les fichiers de configuration .................................................................................. 136 5) Opérateur Primus Telecom ......................................................................................... 136 a) Primus et Asterisk .................................................................................................. 137 Dans sip.conf .............................................................................................................. 137 Dans extensions.conf .................................................................................................. 138 Mémoire de fin d’études ESIEA Page 10 sur 248 b) Primus et Vegatream .............................................................................................. 138 X. Solution hébergée ........................................................................................................... 141 1) Introduction à la solution ............................................................................................ 141 a) Stabilité ................................................................................................................... 141 b) Simplicité ............................................................................................................... 141 2) Introduction à la Haute Disponibilité ......................................................................... 141 a) Fiabilité versus disponibilité .................................................................................. 142 b) Les différentes méthodes ........................................................................................ 143 c) Les composants de la haute disponibilité ............................................................... 144 d) Exemples d’architecture ......................................................................................... 151 Cluster basé sur la réplication de données ................................................................. 151 Cluster basé sur le partage des données ..................................................................... 152 3) Architecture ................................................................................................................ 154 a) Introduction aux clusters Beowulf ......................................................................... 154 b) Comparaison Beowulf et SMP ............................................................................... 154 c) Architecture logique ............................................................................................... 155 Nœud de calcul ........................................................................................................... 156 Nœud de gestion ......................................................................................................... 156 Nœud d’installation .................................................................................................... 157 Nœud utilisateur ......................................................................................................... 157 Nœud de contrôle ....................................................................................................... 157 Nœud de stockage ...................................................................................................... 157 d) Architecture proposée ............................................................................................ 157 e) Base de données ..................................................................................................... 158 f) Asterisk ................................................................................................................... 158 g) SER ......................................................................................................................... 159 Introduction ................................................................................................................ 159 Mémoire de fin d’études ESIEA Page 11 sur 248 Architecture ................................................................................................................ 159 Configuration ............................................................................................................. 160 Le langage de routage ............................................................................................ 160 La redirection ......................................................................................................... 160 Les conditions ........................................................................................................ 160 Modification de l’URI ............................................................................................ 161 SER et BdD ............................................................................................................ 161 4) Obelisk ....................................................................................................................... 162 5) Haute Disponibilité des différents composants .......................................................... 163 a) Ingate Fail-Over ..................................................................................................... 163 Introduction ................................................................................................................ 163 Prérequis ..................................................................................................................... 164 Fonctionnalités ........................................................................................................... 164 Configuration ............................................................................................................. 164 Firewall actif .......................................................................................................... 165 Firewall en attente .................................................................................................. 165 b) HeartBeat et Mon ................................................................................................... 165 Fonctionnement .......................................................................................................... 165 Redondance d’adresses .............................................................................................. 166 Interactions avec Mon ................................................................................................ 166 Fonctionnalité manquante et problèmes communs .................................................... 166 Mise en place d’Heartbeat .......................................................................................... 167 Mon et Heartbeat ........................................................................................................ 167 Conclusion .................................................................................................................. 167 c) DRBD ..................................................................................................................... 167 6) Supervision ................................................................................................................. 169 a) Fournisseurs d’accès Internet ................................................................................. 169 Mémoire de fin d’études ESIEA Page 12 sur 248 b) Logiciel : Nagios .................................................................................................... 169 Principe de fonctionnemment ..................................................................................... uploads/S4/ voip-memoire-de-fin-d-x27-etudes-esiea-solution-ip-centrex.pdf