IP-telefoni Velio Roumenov 790429-0777 Stefan Rådesjö 800717-7010
1.Introduktion Detta arbete beskriver IP-telefoni, författarna anser att IP-telefoni så småningom kommer vara den telefonityp som används till största del. IP-telefoni ger en större utnyttjandegrad av det nätverket som används för samtal och därför blir det även billigare för samtal. Arbetet tar upp de centrala delarna för denna teknik såsom signalering. Arbetet skall ses som en introduktion och ge upphov till ökat intresse för den som vill gå in djupare på de olika delarna. 2. Traditionell telefoni I detta kapitel beskriver vi hur det traditionella telefonisystemet fungerar. Detta tas upp för att ge läsaren en bild av hur ett vanligt telefonisamtal utförs, på så sätt kommer läsaren att förstå skillnaderna då denne läser nästföljande kapitel (kapitel 3). 2.1. PSTN Den äldsta och mest använda telekommunikationsnätverket som existerar idag är Public Switched Telephony Network (PSTN). Detta nätverk har mer än 700 miljoner användare. Denna teknik var väldigt länge enda sättet för att utföra telefonsamtal, detta har dock förändrats och idag finns andra tekniker så som ATM, ISDN och mobil telefoni och sist men inte minst IP-telefoni (tekniken vi beskriver i detta arbete, se Kapitel 3) som är en teknik som tar stora andelar på marknaden. De primära karekterastiken för PSTN ges nedan: Analog access, 300-3400 Hz Kretskopplat duplex uppkoppling Bandbredd på 64 kbit/s, eller 300-3,400 Hz för analoga användningsområden; Ingen mobilitet Många funktioner som är lika N-ISDN PSTN tekniken har genomgått många förändringar sedan dess start, de mest revolutionerande förändringarna har kommit från 1960 och framåt, förändringarna har varit sådana som datakommunikation, telefax, digital ljudöverföring och så vidare. Dessa förändringar ger vi inte någon fördjupning i, vi ville bara belysa att det har kommit förändringar i den första versionen av PSTN. Ett PSTN kan se ut enligt Figur 2.1.
Figur 2.1: PSTN och de komponenter som kan kopplas till denna. I Figur 2.1 ser vi hur man kan koppla in mer än en vanlig analog telefon till det analoga nätverket, i denna bild består nätverket av komponenter som är digitala. Detta möjliggörs genom att man har A/D omvandlare mellan den digitala komponenten och PSTN. Digitalanalog omvandlare kan till exempel vara ett modem. Exempel på detta illustreras i Figur 2.2 nedan. Figur 2.2: PSTN med A/D omvandlare kopplade till denna. Som vi tidigare har nämnt så är ett av karakteristiken för PSTN det att denna typ av nätverk är kretskopplade, detta innebär att vid ett till exempel telefonsamtal så är en viss del av nätverket dedikerat till just detta samtal. Detta innebär viss möjlig förlust av effektivt användande av nätverket, till exempel som många redan har märkt så kan det uppstå vissa pinsamma tystnader då man pratar i telefon, detta medför då att den kapacitet som är dedikerat till detta samtal går förlorad. Just därför anser vi, författarna av detta arbete att ett paketförmedlat nätverk skulle kunna utnyttjas mycket effektivare. 3. IP-telefoni I detta kapitel behandlar vi IP-telefoni, vi belyser dess funktionalitet, de protokoll och standarder som används och sist så tas det upp en del säkerhetsaspekter. 3.1. Fördelar med IP-telefoni VoIP är en teknik för att utnyttjas i paketswitchade nät. Istället för att som i det tranditionella telefonsystemet allokera en uppkoppling mellan två telefoner oavsett användandegrad skickas istället samtalsinformationen som paket och därmed reduceras nätutnyttjandet dramatiskt. Det är inte bara bandbredden i nätet som tjänar på att kunden använder IP-telefoni. Förutom att kundens telefonräkning med största sannolikhet minskar, blir kunden mer kontaktbar och
mer flexibel. IP-telefoner eller ATA-boxar (beskrivs nedan) kan tas med på affärsresan eller semestern och med en bredbandsanslutning till internet man kan på så sätt alltid ringa från och bli uppringd till sitt hemnummer. Andra tekniker för att alltid vara kontaktbar via ett nummer är att använda en s.k. softphone som är en mjukvara som gör att datorn fungerar som en IP-telefon. IP-telefonin har dessutom många finesser inkluderade kostnadsfritt som leverantörer av fast telefoni kräver extra betalt för. Några exempel är: Nummerpresentation Telefonkonferens Återuppringning Samtal väntar Vidarekoppling Dessutom finns avancerade filtreringsfunktioner från vissa leverantörer som använder caller ID informationen för att erbjuda tjänster knutna till vissa nummer som t.ex. Blockering av samtal Vidarekoppling av samtal Spela ett Numret-går-ej-att-nå -meddelande Spela en upptagetsignal 3.2. Funktion VoIP finns för kunder i tre olika varianter beroende på vilket utbud som finns och vilka behov man som kund har. 3.2.1. Paketswitchade nät Paketswitchning innebär att telefonsamtalet delas upp i små paket, likadana som trafiken på internet består av. Detta gör att då fler kan utnyttja samma bandbredd utan att telefonlinjen blir överfull med användare. Uppdelningen i paket gör att internettrafiken går snabbare. I ett kretsnät startas en uppkoppling som hålls öppen under hela samtalet. I ett paketnät däremot startas endast en uppkoppling under små korta perioder för att skicka dessa små datamängder som kallas paket. 3.2.2. Prestanda VoIP kräver mycket lite av en internetanslutning, en bredbandsuppkoppling är dock att rekommendera. Nedanstående tabell är en sammanställning av de bandbreddskrav VoIP har med avseende på några codecs. 1 Codec Codec Bit Rate (Kbps) Nominal Ethernet Bandwidth (Kbps) G.711 64 87.2 1http://www.terracall.com/FAQs_white_1.aspx
G.729 8 31.2 G.723.1 6.4 21.9 GSM 13.2 N/A ilbc 13.3 N/A G.723.1 5.3 20.8 G.726 32 55.2 G.726 24 47.2 G.728 16 31.5 3.2.3. ATA ATA är den mest använda tekniken för att utnyttja IP-telefoni. En analog/digital-omvandlare som kallas analog telephone adaptor (ATA) kopplas in mellan telefonen och internetanslutningen. ATA:n digitaliserar de analoga signalerna från telefonen till digitala data som sänds på internet. I sverige använder sig bl.a. Bredbandsbolaget av denna teknik för att erbjuda sina kunder IP-telefoni 3.2.4. IP-telefoner IP-telefoner ser ut som en vanlig telefon men har istället för ett RJ-11 uttag ett RJ-45 Ethernet-uttag för att kopplas till kundens internetanslutning. Telefonen kopplar upp sig direkt mot kundens router och har all nödvändig hårtvara och mjukvara inbyggd för att hantera kommunikationen. 3.2.5. Dator-till-dator Den enklaste metoden för att testa eller använda IP-telefoni är dator-till-dator-uppkoppling. Det enda kunden behöver är mjukvara, ett ljudkort, en mikrofon, ett par högtalare och en internetanslutning; vilket de flesta idag har. Ett populärt program för detta ändamål är Skype. Denna metod kan fås helt gratis eller till en mycket låg kostnad. 3.3. Protokoll och Standarder I detta delkapitel belyser vi de olika protokoll som finns för IP-telefoni, vi behandlar bland annat signaleringsprotokoll och överföringsprotokoll. Då det finns en stor mängd av olika
protokoll har vi valt att begränsa oss till de protokoll som vi anser är viktigast att känna till, för den intresserade rekommenderar vi de referenser vi har tagit med. Två av de protokoll som beskrivs (RTP, RTCP) i följande delkapitel kan ses vilken position de innehar i protokollstacken. De signaleringstyper (SIP, H.323) som också beskrivs i kommande delkapitel kan också ses i denna protokollstack (signaling and controll). 3.3.1. SIP Figur 3.1: Positioner för RTP och RTCP i stacken. SIP (Session Initiation Protocol) är som namnet antyder en protokoll för initiering av sessioner. Protokollet har sitt ursprung under sent 1996 som en av komponenterna i Mbone. År 1999 blev SIP en officiell standard. Förutom att initiera sessioner så har SIP även hand om att modifiera och avsluta sessioner. SIP definierar inte vad en session är, utan detta beskrivs av innehållet som finns i ett SIP-medelande. Den svåraste delen av SIP är initieringen av sessionen, i detta förfarande ingår att bestämma var den som skall bli uppringd är lokaliserad, en användare skulle kunna vara på jobbet i sitt hem eller till och med mobil. I och med att den som skall bli uppring har blivit lokaliserad så är SIP:s uppgift att leverera sessionsbeskrivningen, det mest förekommande sättet att beskriva sessioner är SDP (Session Description Protocol). Efter att detta är utfört så ansvara SIP för att besvara Sessions initieringen såsom accept, reject, etc. I figur 3.1 kan man se vilka komponenter som ingår i SIP.
Figur 3.1: Komponenter i SIP. För att starta en session så skickar uppringaren en INVITE medelande till den som skall bli uppringd. Adresserna till uppringaren och den som blir uppringd är väldigt lika mailadresser. Till exempel om man har följande mail adress velio@student.chalmers.se så skulle motsvarande SIP adress vara sip:velio@student.chalmers.se eller att man exempelviss har ett siffernummer istället för prefixen velio. För ett mer detaljerat exempel för den intresserade se [1], där beskrivs hur ett samtal går igång. 3.3.2. RTP RTP (Real-time Transport Protocol), är en protokoll som tillgodoser end-to-end överföring av data, data är i denna mening ljud eller video. Dessa data överförs med realtids karakteristik. RTP tillgodoser möjligheter att upptäcka förlorad data, säkerhet och leverans och identifiering av kodningstekniker. RTP använder sig av UDP och är därför connectionless, dock tillgodoser RTP sekventieringssystem så att man på så sätt kan upptäcka förlorade paket. 3.3.3. RTCP RTCP (Real Time Controll Protcol) är en protokoll som används för påbyggnad av RTP, notera dock att RTP inte behöver denna. RTCP:s primära funktion är att tilgodose med information om data som distribueras med RTP. Funktionen är relaterad till flöde och stockningskontroll funktionerna i nätverket. RTCP förklara inte vart i nätverket problemn uppstår utan att det finns problem, detta kan sedan användas som ett verktyg för att
lokalisera vart problemet är. RTCP tillåter administratörer att övervaka kvalitén av ett samtal genom att man kollar upp borttappade paket, fördröjningar, jitter och andra problem som är relaterade till VoIP (IP-telefoni). Då man använder sig av RTCP måste man även ta hänsyn till att man använder en del av bandbredden för att tillgodose denna funktion. Man måste se till att RTCP funktioner som används hålls små mängder av den totala bandbredden som används för en session. 3.3.4. H.323 H.323 är en mängd av protokoll för ljud, video och datakonferenser. Det har under åren kommit flera rekommendationer och den senaste är version 5. SIP som vi tidigare har nämnt implementerar endast signaleringsdelen av H.323. I H.323 ingår följande kategorier: Point-to-point och multipoint konferens support Inter-network interoperability Heterogena klient möjligheter Audio och video kodeks Skötsel och betal tjänster Säkerhet Ytterliggareextra tjänster 3.4. Säkerhet Under uppsatsen gång har vi stött på en del artiklar som beskriver olika säkerhetsbrister med IP-telefoni. Den som vi tyckte var lämpligast att ta upp var en upptäckt gjord av en forskare på vår förra skola Karlstads Universitet. I detta arbete undersöker författaren en kommersiell IP-telefoni bolag. I arbetet beskrivs hur hemliga telefonnummer kunde upptäckas. Detta anser vi är en stor brist som företaget borde ha genomtänkt noggrant innan de överhuvudtaget bestämde sig för att ha hemliga nummer. Vi visar ett exempel på hur man kan ur ett from meddelande se vad det hemliga numret är. Ett from meddelande som inte innehåller hemligt nummer ser ut enligt följande: From: 0547001668 <sip:0547001668@pgw-a.sto2.company.se>;tag=a34bc Ett from meddelande som har ett hemligt nummer ser då istället ut enligt följande: From: Anonymous <sip:0547001668@pgw-a.sto2.company.se>;tag=a34bc Man ser klart o tydligt att numret som inte skall visas har blivit utbyt till Anonymous, det är dock inte frid och fröjd eftersom numret fortfarande syns. Detta är något som förmodligen inte kommer att glädja en person som blir trakasserad. Vi, författarna av denna uppsats anser att säkerhetsproblem av denna typ kan hämma utvecklingen av IP-telefoni detta med hänseende på att användare som inte är relativt tekniskt kunniga blir skrämda av dåliga nyheter som denna.
Andra aspekter att tänka på är att det kan uppstå säkerhetsrisker på grund av att brandväggen måste hantera en hel del portar. Detta beror på att SIP och H.323 använder väldigt många portar, SIP till exempel använder minst 3 portar varav en är statisk, H.323 använder 7 till 11 portar varav 2 är statiska. Vilka portar som används är ju inte i förväg uppgjort och på grund av detta måste man öppna alla portar som kan komma att användas och då uppstår en hel del portar vilket gör att nätverket utsätts för risker. Det finns väldigt mycket vi skulle vilja ta upp i uppsatsen men då detta blir ett alltför stort arbete ha vi bestämt oss att begränsa oss till dessa två enkla fall beskrivna ovan. 4.Slutsatser Vi anser att IP-telefoni så småningom kommer att vara den teknik som används för att tillgodose kommunikationen. Dock är det viktigt att utvecklingen fortsätter i den takt som den har gjort hittills, för i annat fall kan användningen av denna teknik stagnera. Säkerhetsaspekterna är också en viktig faktor som kommer att avgöra i vilken grad användningen av tekniken kommer att växa, För privatpersoner som inte har så stor teknisk erfarenhet kan nyheter så som [8] avgöra vilken teknik de väljer, och förmodligen väljer dessa att använda sig av den vanliga PSTN tekniken. 5.Referenser [1] The Session Initiation Protocol (SIP): A Key Component for Inertnet Telefony: http://www.cs.columbia.edu/sip/articles/sip_tutorial_ct_magazine_june2000.pdf 050427, 12:43 [2] Study of a Commercial {VoIP} Service Offering: http://www.cs.kau.se/~alfs/voip/ 050426, 13:28 [3] VoIP kurs på KTH: http://www.it.kth.se/courses/2g1325/voip-2005.pdf 050424, 20:15 [4] IP telephony Pocket Guide: http://www.webtorials.com/main/resource/papers/shoretel/paper2/book.pdf 050427, 14:05 [5] Voice Over IP 101: http://www.webtorials.com/main/resource/papers/juniper/paper20/voip101.pdf 050427, 13:08 [6] 2004 VoIP State of Market Report: http://www.webtorials.com/main/resource/papers/taylor/paper6/2004-voip.pdf 050427, 22:09
[7] H.323 and Associated Protocols: http://www.cse.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/ftp/h323.pdf 050427, 22:59 [8] Study of a Commercial VoIP Service Offering: http://www.cs.kau.se/~alfs/voip 050425, 13:12