Computer Networking - VOIP-SIP

Computer-Network-VOIP-SIP

SIP : Session Init Protocol

• 모든 전화, 비디오 콜이 인터넷 통해서 이루어지도록
• 번호보다는 이름이나 이메일로 신원 확인
• 전화 받는 사람(Collee)가 어디서든, 어떤 장치를 쓰던 Reachable 하게

SIP 서비스들

• Call 셋업 시 SIP가 제공하는 메커니즘들
  • Coller가 Collee에게 전화하고 싶다는 사실을 Collee에게 알려줌
  • 이로서 미디어 타입, 인코딩 방식 등 협의
  • 전화 종료
• mnemonic (의미있는) 식별자들을 IP 주소로 변경
  • 이메일, 이름 등
• 통화 관리
  • 새로운 미디어 스트림 추가 (음성 → 비디오 전화 등)
  • 인코딩 방식 변경
  • 다른 통화상태 추가
  • 전화 홀드, 전달 등

Example

• 인코딩 협상
  • 만약 상대방이 요청한 인코딩을 자신의 시스템이 지원하지 않는다면 606 Not Acceptable
    • 상대방은 다른 인코딩 방식을 설정해 새 INVITE 메세지를 보낼 수 있음
• RTP(UDP) 뿐만 아니라 TCP도 사용 가능

이름 변환, User Location

• Collee의 IP 주소를 알아내야 하는데 IP는 계속 바뀜
  • USER는 돌아다니고
  • DHCP 프로토콜
  • 기기마다 다른 IP

SIP registrar

• 사용자가 SIP Client를 실행시키면 클라이언트는 SIP REGISTER에 메세지를 보내 등록

SIP Proxy

• Local DNS Server와 유사한 역할
• Alice가 프록시 서버로 invite 메세지를 보내면
  • 해당 메세지는 상대방 Bob의 주소(이름)을 포함
  • 프록시 서버는 다른 프록시 서버 등을 통해 라우팅하여 Bob에게 메세지 전달
  • Response를 받으면 다시 그것을 Alice에게 전달
    • Response에는 Bob의 IP가 포함

SIP example

Network and Multimedia

Multimedia support of network

• Best Effort
  • None services available
• Differentiated service (서비스 차등화)
  • Soft Guarantee available
  • Packet Marking
    • 패킷에 중요도 마킹
  • Scheduling policing
  • 복잡성 중간. 조금 사용
• Per-connection QoS
  • Hard Guarantee available
  • Packet Marking
  • Scheduling policing
  • Call admission
    • 보장해줄 수 있다면 허용, 아니라면 통신 비허가
  • 복잡성이 높아 실제로는 사용 거의 안함

Best effort networks

• 충분한 용량을 줘서 딜레이나 로스 없이 하겠다
• 좋은 라우터, 링크로 하겠다
• 비용이 많이 듬
• Challenges
  • 그럼 얼마만큼의 bandwith가 충분한 양인가?
  • 트래픽 추정도 필요함

Class of Service

• 서비스에 클래스를 두어 차등화하겠다
• 클래스 별로 다른 서비스를 제공

Class of Service : Sinario 1

• VOIP의 경우 실시간성 데이터이므로 우선순위가 높아지면 좋음
• VOIP인지 HTTP 클래스인지 식별하기 위해 Packet Marking 사용

Class of Service : QoS garantees

• 그런데 VOIP에 우선순위를 높게 줬더니 링크 캐퍼시티를 전부 사용해버린다면?
  • HTTP 연결은 아예 못하게 되어버림
  • 그러므로 QoS policing를 주어 연결속도 제한

Class of Service : QoS Problem

• 그런데 예를들어 VOIP에 1Mbps, HTTP에 0.5Mbps 식으로 고정적으로 할당해버리면
  • 만약 VOIP가 Idle 상태일때도 HTTP는 0.5Mbps만 사용 가능
  • 그러므로 링크 낭비
  • 따라서 최대한 효과적으로 사용할 수 있는 방법 궁리해야함

Packet Scheduling

• 큐에 쌓인 패킷들 중에 어떤 패킷을 보낼 지 정하는 것 (지난학기때 배움)
• 방법들
  • FCFS (선입선출)
  • Simple Multi-Class Proirity
  • Round robin
  • Weighted fair queueing (WFQ)

Policing mechanisms

• QoS 정책
• 평균 패킷 제한
  • (장기적으로) Unit time 당 얼마나 많은 패킷을 보낼 수 있는지 결정
• Peak Rate
  • 분당, 초당 얼마의 패킷을 보낼 수있는지 결정
• Burst size
  • 한번에 (연속적으로) 패킷을 보낼 때 얼마나 많이 보낼 수 있는지 결정

Policing mechanisms: Token bucket

• Token bucket : 제일 많이 사용
• 방법론
  • 가상의 통이 있는데 여기에는 티켓이 1초당 10개 생성됨
  • 패킷이 지나갈 때 마다 티켓을 한장 소모하고 가야함
  • 만약 가상의 통이 비어있다면 (티켓이 없다면) 패킷은 티켓이 생길 때 까지 대기했다가 지나가야함
• 티켓(토큰)이 생성되는 시간을 통해 속도 조절
  • 초당 A개의 토큰을 생성한다면 패킷도 초당 10개 지나갈 수 있음
• 통의 크기를 조절해 Burst Size 조절
  • 통의 크기가 B라면, Burst Size도 B
    • 기다리는 시간 없이 연속적으로 보낼 수 있는 양
• 따라서 주어진 T 시간에 대해 보낼 수 있는 패킷의 양은
  • A * T + B

Policing and QoS Guarantees

• Tocken bucket과 WFQ를 같이 쓰면 라우터 큐 딜레이의 Guaranteed upper bound를 구할 있다

• 즉 Dmax of Red = b / ((W1)/W1+..+Wn) * R)

Differentiated Services

• 차등화된 서비스 제공
• 간단한 펑션은 네트워크 코어에 유지하고, 복잡한 펑션은 엣지 라우터나 호스트에 유지
• 직접 클래스를 구현하진 않고, 클래스를 만들 수 있는 기능들을 정의

Diffserv Architecture

• Edge Router
  • Flow 별 트래픽 관리
  • 패킷 마킹
    • in-profile
      • Flow가 선언한 만큼의 속도 안에서 쓰고있는 패킷들에 마킹됨
    • out-profile
      • Flow가 선언한 만큼의 속도 이상을 사용하고 있는 패킷들에 마킹됨
• Core Router
  • Class 별 트래픽 관리
  • 엣지 라우터에서 마킹한 것에 기반하여 버퍼링, 스케줄링
  • in-profile 패킷들에 우선순위를 먼저 줌

Edge-router packet marking

• Profile = 협의된 전송 속도 R, 버킷 사이즈 B
• Flow 마다 Profile을 베이스로 패킷을 마킹함
• 마킹 사용법
  • Class-Based Marking
    • 클래스 별로 마킹
  • Intra-Class Marking
    • 클래스 내에서도 in-profile인지 out-profile인지에 따라 마킹 가능

Diffserv packet marking: Detail

• ToS를 이용해 마킹
• 6비트짜리 Differentiated Service Code Point (DSCP) 필드 이용

Per-Connection QoS Guarantees

• 아예 연결별로 QoS를 지정
• 예를 들어 1.5Mbps링크에 2개의 1Mbps 연결이 시도되고 있다면
  • 한개만 허용하고 다른 한개는 막아버림
  • Call Admission