Cosa bisogna conoscere per gestire al meglio Lync Server 2010 : Parte 1

Ritengo che un sistemista/progettista di infrastrutture Lync Server 2010 debba avere conoscenze almeno concettuali di alcune tecnologie di telecomunicazione (ed argomenti annessi).

Altre conoscenze richieste possono essere :

  • Active Directory
  • Exchange Messaging
  • SQL Server
  • Powershell
  • TCP/IP e DNS
  • PKI (Public Key Infrastructure)

Mi interessa, in questa serie di articoli, illustrare i concetti base di argomenti riguardanti le telecomunicazioni, e in particolare :

  • TDM (Time Division Multiplexing) e VoIP
  • Media Gateways e PBX (Private Branch eXchange)
  • Differenze tra “Signaling” e “Media”
  • SIP (Session Initiation Protocol) e H.323
  • RTP (Real-Time Transport Protocol) e RTCP (RTP Control Protocol)
  • Tecnica “Media Bypass” di Lync Server 2010
  • Codecs
  • Dialing Plans

Queste brevi informazioni possono essere di aiuto a chi si affaccia per le prime volte alla gestione di un sistema di Unified Communications.

In questa prima parte dell’articolo, comincio a trattare i concetti di TDM, VoIP, PBX, Media Gateway.

TDM (Time Division Multiplexing)

Tecnica conosciuta in Italia come “Multiplazione a Divisione di Tempo”.

Multiplexing (o “multiplazione”) significa ricevere diversi segnali in ingresso, e modularli ottenendo un unico segnale in uscita, trasmettibile su un unico collegamento fisico.

Volendo utilizzare questa tecnica in un sistema di telecomunicazioni, possiamo dire che è la tecnica che ci permette di trasmettere multiple chiamate utilizzando un singolo cavo, cioè di far convivere più “segnali informativi” sullo stesso mezzo di trasmissione.

Ovviamente all’altro capo del mezzo di trasmissione dovrà essere eseguita l’operazione inversa (cioè il “Demultiplexing”) per ricostruire i segnali informativi originali.

Sono evidenti i vantaggi di questa tecnica :

  • possibilità di occupare tutta la banda messa a disposizione dal mezzo di trasmissione
  • massimizzare l’utilizzo del mezzo trasmissivo (spesso qualche sorgente non è costantemente attiva)
  • semplificare la gestione dei collegamenti a lunga distanza (ne devo creare in minor numero)

Il Multiplexing può essere eseguito in diversi modi, e uno di questi è proprio il TDM : con questa tecnica, la condivisione del mezzo di trasmissione è ottenuta assegnando ad ogni sorgente un certo intervallo di tempo in cui trasmettere i suoi dati.  Il dispositivo di multiplexing raccoglie i dati delle varie sorgenti, e li trasmette in un flusso continuo verso il sistema di multiplexing destinatario.    Se una sorgente genera dati ad una velocità maggiore rispetto alle altre, il Multiplexer deve inserire in un buffer il flusso di dati troppo veloce, oppure deve campionare i dati da quella sorgente più velocemente rispetto alle altre.

Perchè ci interessa TDM ?  Il TDM è adatto per flussi di dati analogici e digitali e per trasmissioni di fonia nelle reti telefoniche.  Inoltre molti dei sistemi PBX collegabili a Lync Server 2010 sono tuttora basati su TDM.

VoIP (Voice over IP)

Tecnologia che rende possibile effettuare comunicazioni telefoniche utilizzando una qualunque rete IP (per esempio Internet).

La voce viene tradotta in formato digitale da un convertitore A/D (analogico/digitale), i dati digitali sono divisi in pacchetti e instradati sulla rete IP verso la destinazione.  Qui vengono ricevuti, riassemblati e riconvertiti in voce da un convertitore D/A (digitale/analogico).  Per espletare il loro compito, i convertitori A/D utilizzano particolari codec audio e video, che tratterò nella terza parte dell’articolo.

Le reti IP si possono definire “a commutazione di pacchetto”, e sono in antitesi con le tradizionali reti telefoniche, che invece sfruttano la “commutazione di circuito” : in quest’ultimo caso, una telefonata utilizza un circuito fisso dedicato su una giunzione tra centrali telefoniche, cioè la rete telefonica elabora il numero digitato e alloca una serie di circuiti fino a raggiungere il destinatario della chiamata.

Con la “commutazione di circuito” la banda utilizzata da ogni telefonata è fissa e riservata.

Con la “commutazione di pacchetto” la banda è sfruttata in maniera dinamica e migliore, in quanto i pacchetti vengono instradati (e quindi occupano banda) solo quando necessario, cioè quando i due utenti parlano.

Ecco alcuni vantaggi del VoIP :

  1. Minor costo delle chiamate, soprattutto quelle a lunga distanza
  2. Minore spesa in infrastrutture (è sufficiente una rete IP !!)
  3. Future nuove opzioni non richiederanno sostituzione di hardware
  4. Chiamate locali e a lunga distanza sono praticamente identiche
  5. Maggiore efficienza dei Fax
  6. Maggiore sicurezza delle chiamate (anche se non criptate)

VoIP funziona appoggiandosi a diversi protocolli.  Ci sono due categorie fondamentali di protocolli :

  • Protocolli per il trasporto di segnali audio e video
  • Protocolli per la gestione del traffico di “signaling”

Nella prima categoria rientra il protocollo RTP (Real-Time Transport Protocol), usato nella stragrande maggioranza delle implementazioni VoIP.

Nella seconda categoria rientrano diversi protocolli, proposti da diversi organismi internazionali di standardizzazione (ITU, IETF, ETSI).  I più conosciuti sono gli standard proposti da ITU e IETF, ma ne esistono tanti altri :

  • H.323 (ITU)
  • SIP (IETF)
  • SCCP (Skinny Call Control Protocol, o semplicemente “Skinny”) della CISCO
  • MGCP – Media Gateway Control Protocol (ETSI)
  • MEGACO (chiamato anche H.248) (ETSI)
  • MiNET della Mitel
  • XMPP – eXtensible Messaging and Presence Protocol (conosciuto anche come “Jabber”) (IETF)

Sistemi PBX (Private Branch eXchange)

Un sistema PBX non è altro che una “centralina telefonica” utilizzata dalle aziende per fornire una rete telefonica interna.  Piuttosto che assegnare una linea diretta verso l’esterno ad ogni utente (operazione costosa), il PBX assegna un canale di fonia interno e privato ad ogni utente: in questo modo gli utenti aziendali possono colloquiare tra di loro.  Inoltre il sistema PBX è in grado di condividere un certo numero di linee esterne, per permettere agli utenti aziendali di inoltrare e ricevere chiamate dalla rete telefonica PSTN pubblica.

Il centralino PBX svolge tre funzioni fondamentali :

  1. Creare la connessione (o il circuito) tra gli apparati telefonici che si stanno chiamando, mappando i numeri chiamanti e chiamati ai corrispondenti telefoni fisici
  2. Mantenere la connessione per il tempo voluto dagli utenti, tramite apposito traffico di “Signaling”
  3. Fornire informazioni sulla durata della conversazione

Oltre alle funzioni fondamentali, ogni PBX può offrire ulteriori servizi, in base al Vendor e al modello acquistato.  Alcuni esempi :

  • Avviso di chiamata
  • Trasferimento di chiamata
  • Musiche di attesa
  • Risposta automatica in caso di assenza
  • Blocco delle chiamate in arrivo
  • Blocco degli apparecchi telefonici con codice di sblocco
  • Selezione diretta di un numero con un tasto
  • Composizione diretta degli interni (DID, “Direct Inward Dialing”)
  • Risposta a chiamata in arrivo su un altro interno
  • Registrazione conversazioni

Al giorno d’oggi, con il termine PBX si intendono sempre i centralini PBX Legacy (chiamati anche ”TDM PBX”). Un sistema PBX Legacy non dispone di un adattatore di rete che permetta di trasmettere i segnali sottoforma di pacchetti IP.   Molte aziende hanno allora scelto di affidarsi a sistemi PBX più moderni, chiamati IP-PBX.

Per poter utilizzare un sistema TDM PBX con Lync Server 2010, è necessario implementare un Gateway IP opportunamente supportato (per es. quelli di AudioCodes e Dialogic).

I Sistemi TDM PBX sono generalmente collegati alla compagnia telefonica tramite opportune linee telefoniche speciali (linee T1 o E1), che dispongono di più canali. I TDM PBX possono essere utilizzati con linee analogiche o ISDN.

Essi, inoltre, sono in grado di instradare il numero di telefono composto verso uno specifico apparecchio telefonico.  Per esempio, potrebbe capitare che un utente esterno componga il numero interno diretto di un utente aziendale : la compagnia telefonica, utilizzando un particolare servizio DNIS (Dialed Number Identification Service), spedisce al PBX il numero DID per il raggiungimento dell’interno.  Il PBX, utilizzando il proprio Dial Plan, è poi in grado di inoltrare la chiamata al corretto telefono interno.

Un’ultima distinzione che si può fare, è quella tra sistemi TDM PBX Analogici o Digitali.

Un PBX Analogico invia comunicazioni vocali e signaling (per esempio i toni DTMF di chiamata) sottoforma di suono analogico, che non viene mai convertito in digitale.

Un PBX Digitale, invece, codifica il suono analogico in digitale, utilizzando dei Codec Audio che devono rispettare gli standard internazionali definiti da ITU-T  (tipicamente lo standard G.711).

Sistemi IP-PBX

Un sistema IP-PBX (più moderno) è come un PBX Legacy, ma è dotato di scheda di rete che gli permette di supportare IP.  Il protocollo IP è usato per inviare comunicazioni vocali e signaling in pacchetti, piuttosto che sottoforma di suono analogico o digitalizzato.

Esistono IP-PBX Tradizionali e IP-PBX Ibridi.  La differenza sostanziale tra i due è che quelli Ibridi permettono il collegamento anche di apparecchi telefonici analogici e digitali, mentre quelli tradizionali permettono il collegamento solo di telefoni IP (VoIP).

Un IP-PBX Tradizionale solitamente ha le seguenti caratteristiche :

  • Dispone di una o più interfacce di rete Ethernet; con queste può collegarsi ad altri host VoIP presenti in rete (cioè altri IP-PBX, telefoni VoIP, Gateway IP, Server di tipo Unified Communications come Lync Server 2010)
  • Dispone di una o più interfacce di telefonia per collegarsi a rete PSTN
  • Poichè è già in grado di convertire i protocolli basati su circuito della rete PSTN in protocolli VoIP a commutazione di pacchetto, l’utilizzo di un Gateway IP potrebbe non essere necessario per comunicare con i server UC interni

Un IP-PBX Ibrido solitamente ha le seguenti caratteristiche :

  • Dispone di una o più interfacce di rete Ethernet; con queste può collegarsi ad altri host VoIP presenti in rete (cioè altri IP-PBX, telefoni VoIP, Gateway IP, Server di tipo Unified Communications come Lync Server 2010)
  • Dispone di una o più interfacce di telefonia per collegarsi a rete PSTN
  • Dispone di una o più interfacce analogico/digitale per il collegamento di telefoni analogici e digitali
  • Poichè è già in grado di convertire i protocolli basati su circuito della rete PSTN in protocolli VoIP a commutazione di pacchetto, l’utilizzo di un Gateway IP potrebbe non essere necessario per comunicare con i server UC interni.  Diventa necessario se il sistema IP-PBX utilizza protocolli VoIP non compatibili con i server UC interni

Media Gateway (termine generico)

Il “Media Gateway” è generalmente considerato una unità di connessione e transcodificazione tra differenti tipi di rete aventi differenti tecniche di trasmissione e di codifica dei loro dati.  Per esempio, un Media Gateway può collegare tra loro reti PSTN, reti radio 3G, sistemi TDM-PBX o IP-PBX, reti IP, e altro ancora.

Ne esistono di parecchi tipi, e ognuno ha minori o maggiori capacità di supporto dei diversi tipi di rete.  Per questo motivo, nel linguaggio comune vengono utilizzati numerosi sinonimi di “Media Gateway”, che più o meno fanno capire la sua funzionalità principale.  Ecco un elenco dei sinonimi più comuni :

  • VoIP Media Gateway
  • VoIP Gateway
  • Voice IP Gateway
  • VoIP SIP Gateway
  • SIP VoIP Gateway
  • VoIP Telephone Gateway
  • VoIP to PSTN Gateway
  • IP Gateway
  • PSTN Gateway
  • IP-PSTN Gateway

Un’azienda potrebbe già averlo implementato in rete, oppure, se ancora non lo ha fatto, deve attentamente valutare la necessità di farlo o meno, quando sta pensando di migrare ad un’infrastruttura Lync Server 2010.  Devono anche essere definite la capacità e le precise funzionalità del Media Gateway da implementare, in base alle reti, agli apparati, ai server, alle applicazioni, ai link di collegamento presenti nella propria infrastruttura.

I compiti fondamentali del Media Gateway in un’infrastruttura Lync Server 2010 possono essere i seguenti (N.B. : non è detto che un’azienda abbia bisogno di tutti questi servizi) :

  • Codificare il traffico di “signaling” e il traffico di “media” tra il Mediation Server e la rete PSTN
  • Funzionare come punto di terminazione per i SIP Trunk
  • Funzionare come apparato intermedio tra Lync 2010 e qualunque TDM-PBX o IP-PBX non supportato da Lync
  • Connettere telefoni analogici e apparecchi Fax all’infrastruttura Lync

Detto questo, ecco alcune generali regole per decidere l’implementazione o meno di un Media gateway in un’infrastruttura Lync :

  • E’ necessario un Media Gateway per connettere Lync ad un TDM-PBX (che non supporta IP)
  • E’ necessario un Media Gateway per connettere Lync ad un IP-PBX non supportato da Lync (per es. quelli non conformi con la RFC 3261, la quale dichiara che un apparato IP-PBX deve supportare il protocollo SIP sia su UDP che su TCP)
  • Se l’azienda ha un IP-PBX conforme alla RFC 3261, il Mediation Server può collegarsi anche direttamente al IP-PBX usando il protocollo SIP/TLS o SIP/TCP, senza necessità di un Media Gateway
  • Se l’azienda si connette alla rete PSTN tramite un SIP Trunk realizzato in collaborazione con un Provider di Servizi di Telefonia (ITSP), il Mediation server può trasmettere il traffico di “signaling” tramite SIP/TCP e il traffico di “media” tramite RTP direttamente al provider, utilizzando una connesione IP : quest’ultima può essere realizzata tramite VPN, MPLS dedicata o normale connessione non criptata.  In questo caso, ai fini del collegamento con PSTN, non sono necessari nè un Media Gateway, nè un IP-PBX

Per un elenco di Gateway e apparati PBX compatibili con Lync Server 2010, si può consultare questo link :

http://technet.microsoft.com/en-us/lync/gg131938.aspx

Nella Parte 2 dell’articolo discuterò dei protocolli SIP e H.323, e delle differenze fra traffico di “signaling” e traffico di “media”.

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