VoIP 기술동향과 구현방안

1. 기술특급 메디오피아 테크날리지 VoIP 기술동향과 구현방안 2002. 01

2. VOIP 개요 I 1. VOIP 개요 1.1 VOIP 란 1.2 배경 1.3 구성 요소 1.4 Internet Phone 분류 1.5 VOIP 발전 단계 2. VOIP 기술 특징 2.1 VoIP 관련 기술 2.2 VoIP 구현 방식 2.3 VoIP 패킷 포맷 2.4 음성 압축 방식 2.5 H.323 2.6 SIP 2.7 QOS 3. VOIP 적용 사례

3. I. VOIP 개요 • 1.1 VOIP(Voice Over IP)란? • 인터넷의 발전에 따라 전세계에 통일된 데이터 망이 형성 되면서 음성과 데이터를 IP네트웍에 통합 • VoIP (Voice over Internet Protocol)서비스란 종래의 회선교환 방식의 전화와는 달리 인터넷 망의 근간인 IP Network에 음성을 패킷 형태로 전송하는 음성서비스. • 음성을 인터넷망으로 흡수하여 음성 통신 비용 절감 • 기 구축된 인터넷장비(Router, Switch등)를 활용함으로써 구축비용이 상대적으로 저렴함 • 통화품질의 보장이 관건임

4. I. VOIP 개요 • 1.2 배경 • 1995년 Vocaltec.社에서 인터넷을 통한 음성통화를 위한 Internet Phone 도입. • PC_to_PC ( 음성신호를 IP패킷으로 변환 ). • 연결된 두 PC에는 동종의 소프트웨어가 필요. • 이후 PSTN과 IP 사이에서 패킷을 변환할 수 있는 Interface가 필요. • Gateway의 기능이 확장.( 음성신호 IP 패킷) • PC_to_PC, PC_to_Phone, Phone_to_Phone 가능. • 양쪽 end point사이에서 동종의 소프트웨어를 사용할 필요가 없음. • PSTN망보다 IP망을 이용한 저렴한 요금. • ( VoIP발전의 가장 큰 요인이 됨.)

5. I. VOIP 개요 • 1.3 구성요소 • Clients (IP Phone, PC, Soft Phone, Analog Phones, Video etc.) • Infrastructure (Switches, Routers, Gateways etc.) • Call Control (Call Manager,Gatekeeper etc.) • Applications (Voice Mail, Unified Messaging, etc.)

6. I. VOIP 개요 • 1.4 Internet Phone 분류 • PC-to-PC 방식 • PC-to-Phone 방식 • Phone-to-Phone 방식 INTERNET PSTN INTERNET PSTN Gateway PSTN PSTN INTERNET PSTN PSTN Gateway Gateway

7. I. VOIP 개요 1.5 VOIP 발전 단계 PBX PBX PSTN Legacy PSTN Internetworking PBX PBX V V IP WAN Router/GW Router/GW Toll Bypass CallManager CallManager IP WAN Router/GW Router/GW End-to-End IP Telephony with Application Enablement

8. VOIP 기술 특징 II 2. VOIP 기술 특징 2.1 VoIP 관련 기술 2.2 VoIP 구현 방식 2.3 VoIP 패킷 포맷 2.4 음성 압축 방식 2.5 H.323 2.6 SIP 2.7 QOS

9. II. VOIP 기술특징 • 2.1 VoIP 관련 기술 • RTP (Real_time Transport Protocol) 실시간 으로 음성 을 송수신하기 위한 트랜스포트층 통신규약 RFC 1889에 RTCP(RTP control protocol)와 함께 규정 되어있다. 자원 예약프로토콜(RSVP)와는 달리 라우터 등의 통신망 기기에 의지하지 않고 단말 간에 실행되는 것이특징이다. RTP는 보통 사용자데이터그램 프로토콜(UDP)의 상위 통신규약 으로 이용된다. 송신 측은 타임 스탬프(time stamp)를 근거로 재생 동기를 취해서 지연이 큰 패킷을 포기할 수 있다. 또 수신 측에서 전송지연이나 대역폭 등을 점검, RTC(RTP control protocol)를 사용해서 송신 측의 상위층 애플리케이션에 통지하는 것으로 부호화 속도 등의 조정을 통해서 서비스품질제어(QoS)를 실현할 수 있다. LAN/인터넷 환경에서의 비디오 회의 시스템의 ITU-T권고 H.323에 채용되었으며 미국 MS사의 비디오 회의 소프트 NetMeeting 등이 탑재되어 있다. • RTCP (Real Time Control Protocol)

10. II. VOIP 기술특징 • 2.1 VoIP 관련 기술(계속) • H.323 H.323은 멀티미디어 화상회의 데이터를 TCP/IP와 같은 패킷 교환 방식의 네트웍을 통해 전송하기 위한 ITU-T의 표준이다. 여기에는 고품질 비디오를 위한 LAN 표준, 그리고 28.8 Kbps 정도의 느린 회선을 통해 저주파수 대역의 비디오를 전송하기 위한 인터넷 표준 등이 포함되어 있다. • SIP (Session Initiation Protocol) SIP(Session Initiation Protocol)은 새로운 IETF signaling protocol로서, IP네트워크상의 실시간 전화 및 화상을 지원한다. 대체로 SIP extensions은 audio Communication을 어드레스하나, 각각의 session은 audio/video 와 같은 상이한 유형의 자료도 포함한다. 기존의 텍스트 기반의 Internet protocol로는 HTTP/SMTP 등과 유사하다. SIP는 media description용으로 SDP(Session Description Protocol)를 사용한다. SIP는 독자적인 packet layer이며, open standard로, 사용자의 목적에 맞게 첨가/제거가 가능하다. 또한 일반적인 용도로 사용할 수 있도록 고안되었다. 그러나 SIP extensions은 interoperability에 관해 본 protocol이 제 기능을 할 수 있게끔 해 주어야 한다. SIP의 기본적인 기능 중에서, protocol은 single, location-independent address에서 called party로 이를 수 있는 capability를 제공함으로서 사용자 개개인의 mobility를 지원하고 있다.

11. II. VOIP 기술특징 2.2 VOIP 구현 방식 PC to PC 최초의 인터넷폰은 PC와 PC를 연결해서 마이크와 스피커를 통해 음성을 주고 받는 방식으로 Vocaltec 사에 의해 처음 소개되었다. 그것은 전화통화를 원하는 두 사람이 같은 시간에 인터넷에 접속하고 Vocaltec의 동일한 프로그램을 통해 Vocaltec사의 인터넷폰 서버로 접속하여 상대방을 찾아서 통화하는 방식이었다. 우선 말하는 사람의 PC 프로그램에서 마이크를 통해 들어온 음성신호 (아날로그)를 디지털화하고 이를 압축하여 H323, RSVP, RTP/RTCP 등의 전송규약(프로토콜)을 이용하여 패킷화된 음성을 패킷단위로 인터넷 망을 통해 듣는 사람의 PC로 보내면 압축을 풀고 디지털화된 것을 음성신호(아날로그)로 바꾸어 스피커를 통해 말한 음성이 복원되는 방식으로 통화가 이루어 진다.

12. II. VOIP 기술특징 2.2 VOIP 구현 방식(계속) PC to Phone PC 대 PC 이후에 개발된 것이 PC와 전화기를 연결하는 방식이다. 이것은 PC에 해당 프로그램을 설치하고 인터넷 망에 접속한 후에 특정지역 에 설치된 Internet Phone Gateway를 통해 전화망으로 연결되어서 통화를 하는 방식이다. 이전의 PC 대 PC 방식이 인터넷방식으로 모든 것이 이루어 지는데 반해 PC 대 전화 방식은 전화를 거는 쪽이 인터넷 방식이고 전화를 받는 쪽은 기존 전화방식으로 통화를 하는 것입니다. 이때 Internet Phone Gateway가 해주는 역할은 인터넷과 기존 전화망을 연결시켜 주는 기능을 하게 한다.

13. II. VOIP 기술특징 2.2 VOIP 구현 방식(계속) Phone to Phone PC 대 PC에서 진일보한 방식이 PC 대 전화방식이었으나 이 방식도 기존 전화를 대체하기에는 역부족이었다. 기존 전화방식을 대체하기 위해서는 전화 대 전화 방식이어야만 하고 그 방식은 앞서 얘기한 PC 대 전화 방식의 PC쪽을 전화기로 이용할 수 있도록 전화망과 인터넷 망을 연결할 수 있는 Gateway를 해당 지역에 설치하는 것이다. 즉 전화망 - 인터넷망 - 전화망 순으로 연결이 되어 전화통화를 할 수 있고 각 망 사이에 망 연결 및 신호감지를 할 수 있는 Gateway가 설치되면 이 방식이 구현되는 것이다. 현재 새롬기술 에서 “다이얼패드홈#서비스” 등 기타 유사한 서비스가 실시되고 있다.

14. II. VOIP 기술특징 2.3 VOIP 패킷 포맷 VoIP Packet Voice Payload Link Header UDP Header RTP Header IP Header X Bytes 20 Bytes 12 Bytes X Bytes 8 Bytes • Payload Size의 경우 가변적이나 대략 20~24Byte • Link layer를 제외하더라도 Payload에 비해 큰 헤더크기 (대략 20Byte기준으로 2배의 오버헤드) • 패킷의 크기를 증가시킬 경우 패킷 조립에 의한 대기시간 및 처리시간 증가 • 헤더의 압축기술 요망

15. II. VOIP 기술특징 • 2.4 음성 압축방식 • 음성을 Digital로 변환하면 8000번 샘플링을 통해 64kbps의 속도 필요(PCM) • 압축기술의 발달에 따라 다양한 압축방식이 등장

16. II. VOIP 기술특징 • 2.5 H.323 • LAN상에서 오디오, 비디오 및 데이터를 포함하는 멀티미디어 회의시스템 구현에 필요한 프로토콜을 정의 • H.323 시스템은 터미널, 게이트웨이, 게이트키퍼, MCU등의 요소들로 구성됨 Gatekeeper INTERNET V Gateway PSTN Terminal

17. II. VOIP 기술특징 • 가. H.323 구성요소 • H.323 Terminal • 실시간 양방향 통신을 제공하는 Client • MS Netmeeting등의 인터넷 전화 S/W를 탑재한 PC • 기존 전화기를 LAN에 접속하는 어댑터장치 • NIC으로 LAN에 직접 연결되는 전화기 • H.323 게이트웨이 • 기존 PABX의 음성신호를 IP Packet으로 변환하며H.323 Terminal과 WAN상의 다른 터미널들간의 실시간 양방향 음성통신을 지원

18. II. VOIP 기술특징 • H.323 게이트키퍼 • 주소변환 (E.164 전화번호 <-> IP) 및 관리 • 터미널의 등록과 인증 대역폭 관리 기능 • H.323 MCU(Multipoint Control Unit) • 터미널이 멀티캐스팅될 오디오 및 비디오 스트림을 MCU로 보내고 MCU에서는 이 스트림을 혼합하고 재분배하여 여러 터미널들에게 전송

19. II. VOIP 기술특징 • 2.6 SIP(Session Initiation Protocol) SIP(Session Initiation Protocol)는 세션 설치 프로토콜로 IETF의 WG (Working Group) RFC 2543 SIP의 확장 보안을 표준화한 프로토콜로 응용계층의 Signaling 프로토콜이다. 하나 이상의 참여자로 구성되는 세션을 생성, 변경 및 종료하기 위해 사용되며 이 세션은 인터넷 멀티미디어 회의, 인터넷 전화기의 Call, 멀티미디어 데이터 전송등을 포함한다. SIP은 인터넷 컨퍼런스와 인터넷 텔레포니를 위한 시그널링 프로토콜로써, 오디오, 비디오, 화이트보드 등과 같은 하나 또는 그 이상의 미디어 타입으로 이루어진 멀티미디어 회의, 인터넷 텔레포니 등에 적용할 수 있다. SIP은 IETF MMUSIC WG에서 개발되어 오다가 IETF SIP WG를 신설하여 작업을 진행 중에 있으며, SIP 프로토콜은 1999년 3월에 RFC2543로 확정되었다.

20. II. VOIP 기술특징 SIP는 H.323과 달리 클라이언트/서버 방식의 프로토콜로써 시도자가 상대편을 세션에 참석시키기 위하여 호출하는 형태로 전개되는 프로토콜이다. 또한 멀티미디어 서비스 통신을 위하여 세션에 표현되어야 할 세션 정보들은 SDP(Session Description Protocol)를 이용하여 기술한다. SIP는 5종류의 기능 구성요소 즉, 사용자 에이젼트 클라이언트, 사용자 에이젼트 서버, 프로시 서버, 재지정 서버, 등록 서버로 정의되어 있다. 사용자 에이젼트 클라이언트는 SIP 요청을 하는 구성요소이며, 이에 대한 응답을 하는 것이 사용자 에이젼트 서버이다. 사용자 에이젼트의 기능은 H.323 게이트웨이와 터미널 기능과 유사한 역할을 한다. 프록시 서버와 재지정 서버는 H.323의 게이트키퍼와 유사한 기능을 수행한다. 등록 서버는 사용자가 SIP 서버에 등록하는 기능을 가진다. SIP요청을 서버에서 처리하는 방법으로서 프록시 모드와 재지정 모드가 있다. 두 방법의 가장 큰 차이는 호출받은 수신자가 다른 곳으로 이동하였을 때, 새로운 주소로 다시 INIVITE 메시지를 보내는 주체이다.

21. II. VOIP 기술특징 즉 프록시 모드는 호 요청을 받으면 어떤 서버로 보낼 것인지 결정하고, 헤더를 수정한 후 포워딩하는 역할을 한다. 따라서 수신자의 주소가 이동된 경우에, 발신자의 메시지를 새로운 주소의 수신자에게 전달해 준다. 프록시 서버는 사용자 에이젼트 서버와 기능적으로 유사하나 호 제어 상태 정보를 가지고 있지 않다. 재지정 모드는 SIP 요청에 따라서 새로운 주소를 포함한 RedirectResponse를 발신자에게 전달함으로써 발신자가 직접 다른 서버에게 호를 재지정하도록 한다.

22. II. VOIP 기술특징 • 2.7 QoS (Quality of Service) • IP 기반의 인터넷망은 Best effort 데이터 전송 서비스 제공하기 때문에 서비스의 고품질을 보장하지 못함 • VOIP구현을 위해 IP 네트웍상의 QoS보장은 필수임 • QoS보장은 일반적으로 두가지로 구분 • 자원예약 : 망 자원은 응용의 QoS요구에 따라 할당됨(RSVP) • 우선순위 : 망 트래픽은 대역폭 관리 정책에 따라 분류되어 분배됨(TOS)

23. II. VOIP 기술특징 • IETF signaling protocol • 대역폭 보장 • Flow는 End-to-end까지 signalling에 의해 정적 대역폭을 할당받음 • Basically Reserves Queue Space • 가. RSVP (ReSource reserVation Protocol) RSVP가 지원되지 않으면 Best effort로 delivery함 End Points Send Unicast Signaling Messages (RSVP PATH + RESV) RSVP PATH Message FXS FXS RSVP RESV Message

24. II. VOIP 기술특징 • 나. IP Precedence & 802.1p 3bit CoS Layer 2 802.1Q/p Data Packet PREAM. SFD DA SA TAG 4 Bytes PT DATA FCS Layer 3 IPV4 Version Length ToS 1 Byte Len ID offset TTL Proto FCS IP-SA IP-DA Data Standard IPV4: 3bit IP Precedence Layer 2 의 경우 end-to-end는 보장할 수 없으나 Layer 3 는 end-to-end까지 트래픽의 우선순위 제공함

25. II. VOIP 기술특징 • 다. Fragmentation • 상대적으로 Voice packet에 비해 데이터가 큰 byte수를 가짐 (FTP > 1000Byte, Voice =20Byte) • 즉, Burst한 LAN 트래픽 발생시 Voice packet의 지연을 초래함 • Congestion예상지역에 Fragmentation을 적용하여 delay를 줄여 Qos를 보장함(음성패킷의 end-to-end delay가 150ms이내가 되는것이 바람직함) • Frame-Relay의 경우, FRF.12를 통해 Fragmentation방식 정의

26. II. VOIP 기술특징 • Fragmentation 적용 기준 • 768Kbps이상에서는 Fragmentation은 그다지 중요하지 않음 Frame Size Link Speed

27. VOIP 적용 사례 III 3. VOIP 적용 사례

28. V V V V V V III. VOIP 적용사례 • 3. VOIP 적용 사례 PBX C2600 FXS E&M C3640 IGX 원격지점 QoS C2600 C4700 C7500 E&M 지점 본부 C7500 지부