I termini “telefonia via Internet” e “Voice over Internet Protocol” (VoIP) non hanno un significato universalmente condiviso e sono indifferentemente usati per indicare il trasferimento della voce attraverso la rete Internet. Sono necessarie, tuttavia, alcune distinzioni:

VoIP è un termine generico che si riferisce a tutti i tipi di comunicazione vocale che utilizzano l’Internet Protocol (IP) (il protocollo più diffuso nelle reti locali e alla base di Internet), in alternativa alla tradizionale tecnologia a commutazione di circuiti. Tra questi tipi di comunicazione vocale si possono includere l’uso della trasmissione “a pacchetto” (IP) per le comunicazioni vocali all’interno di una rete locale aziendale o l’utilizzo della stessa tecnologia da parte delle compagnie di telecomunicazione per trasportare la voce in modo del tutto trasparente agli utenti finali.

La telefonia via Internet è invece un servizio che l’utente finale decide di utilizzare, è una particolare forma di VoIP, con cui una normale telefonata è trasmessa attraverso la rete pubblica Internet, evitando interamente o in parte la rete telefonica tradizionale a commutazione di circuito (PSTN). La telefonia via Internet può permettere una conversazione telefonica tra computers (computer-to-computer), tra un computer ed un telefono (computer-to-phone) o tra telefoni (phone-to-phone).

Il rapido sviluppo del mercato della telefonia VoIP e dei servizi ad essa collegati è stato possibile grazie alla crescente diffusione delle connessioni Internet veloci, dette anche a “banda larga” (broadband), in grado di permettere agli utenti di inviare e ricevere chiamate in modo del tutto analogo a quello con cui il servizio veniva erogato attraverso la vecchia rete analogica commutata.
La tecnologia VoIP e la possibilità di telefonare via Internet erano già disponibili dieci anni fa, ma le caratteristiche delle connessioni Internet non permettevano comunicazioni audio qualitativamente paragonabili alla telefonia tradizionale e non si riteneva quindi possibile una larga diffusione e commercializzazione del servizio. Oggi, grazie alla grande diffusione di connessioni a “banda larga”, in grado di offrire un collegamento veloce e sempre disponibile, le comunicazioni vocali su Internet possono avvenire senza problemi e a livelli qualitativi elevati, assimilabili a quelli offerti dalla telefonia tradizionale. Le offerte di telefonia Internet possono inoltre comprendere nuovi ed innovativi servizi come la videoconferenza, l’invio di messaggi testuali e l’utilizzo di caselle vocali integrate con la posta elettronica.

La “banda larga”

“Banda larga” è un termine che si riferisce generalmente alle trasmissioni in cui più frammenti di informazione sono inviati simultaneamente per aumentare l’effettiva velocità di trasmissione.
In generale, è considerata a “banda larga” qualsiasi connessione che offra all’utente finale una velocità di ricezione di 256 kbit/s o più.
Il termine “banda larga” o broadband sottende (nel suo impiego più diffuso) tre concetti abbastanza diversi fra di loro, anche se di fatto correlati: la disponibilità di un collegamento veloce, che consenta il trasferimento di contenuti e applicazioni di tipo multimediale e interattivo, la connettività always-on, cioè la possibilità di essere sempre collegati, e la fornitura del servizio ad un prezzo ragionevole, che ne consenta la diffusione.
Esistono diverse tecnologie che permettono un accesso ad Internet dotato delle caratteristiche che contraddistinguono una connessione broadband: fibra ottica, DSL, UMTS, WiMAX e satellite sono le più diffuse. Queste tecnologie sono molto diverse fra di loro, ma tutte consentono all’utente di avere (seppur con modalità e prestazioni differenti) un collegamento ad Internet sufficientemente veloce da poter trasportare in tempo reale voce, video ed altre applicazioni.
Il concetto di always-on a sua volta racchiude tre aspetti: l’utilizzo di specifiche tecnologie nella rete di telecomunicazioni che impediscono le congestioni (tipiche delle prime fasi di Internet) causate da lunghi collegamenti da parte degli internauti; il poter accedere sempre (e progressivamente dovunque) ad un servizio e soprattutto pagare un prezzo costante che prescinda dall’utilizzo (tariffa flat rate).

La larga banda è ormai estremamente diffusa a livello internazionale: nel 2005 si stima che questo tipo di connessione abbia raggiunto più di 150 milioni di famiglie. Dal 2003 anche l’Italia si è avviata verso un dimensionamento sempre più vicino ai principali paesi europei (5,5 milioni di utenti, in rapida crescita), anche per tempo di permanenza on line.

Voice Over IP: gli aspetti tecnici del suo funzionamento

Voice over IP (Voce tramite protocollo Internet), acronimo VoIP, è la tecnologia che rende possibile effettuare una conversazione telefonica sfruttando una connessione ad Internet o un’altra rete che utilizza il protocollo IP, anziché utilizzare esclusivamente la normale linea di trasmissione telefonica, permettendo di eliminare le centrali di commutazione ed economizzare sulla larghezza di banda occupata. Vengono instradati sulla rete pacchetti di dati contenenti le informazioni vocali, codificati in forma digitale, e ciò solo nel momento in cui è necessario, cioè quando uno degli utenti collegati sta parlando. Le conversazioni VoIP possono usare come mezzo trasmissivo una qualsiasi rete basata sul protocollo IP come una rete privata locale (LAN) all’interno di un edificio o di un gruppo di edifici o una rete più ampia (WAN), fino alla grande rete pubblica, Internet.

Di seguito saranno messe a confronto le due tipologie di rete che permettono di fornire servizi di telefonia: la tradizionale rete a commutazione di circuito e le reti dati, a commutazioni di pacchetto. Queste ultime si sono rivelate più efficienti e versatili nel trasporto della voce, a scapito però della qualità del servizio, che potrebbe risentire delle particolari caratteristiche di questo tipo di reti.

La rete telefonica tradizionale a commutazione di circuito

La rete telefonica tradizionale o PSTN (Public Switched Telephony Network), a differenza della rete Internet, è stata pensata e progettata per il trasporto della voce ed adotta la tecnologia a commutazione di circuito, attraverso la quale per ogni comunicazione telefonica viene creato un circuito diretto fra la parte chiamante e quella chiamata. Ciò significa che per tutta la durata della comunicazione, gli interlocutori dispongono di un canale dedicato non accessibile agli altri utenti, indipendentemente dal fatto che le parti siano in conversazione attiva o in silenzio. Si ha, quindi un’allocazione statica delle risorse, più in dettaglio, ogni circuito garantisce una banda di 64 kbps bidirezionale (full duplex).

La banda costante e il collegamento diretto tra le due parti permettono, al segnale vocale, di avere qualità garantita per tutta la durata della comunicazione, ma al tempo stesso si ha una bassa percentuale di utilizzazione della rete.

La rete dati e la commutazione di pacchetto, l’Internet Protocol

La totalità delle reti dati oggi esistenti si basa sulla commutazione di pacchetto, ossia la creazione di un’unità elementare di trasporto che sia in grado di viaggiare in maniera più o meno autonoma sulla rete, recapitando a destinazione il suo contenuto informativo.
L’Internet Protocol (IP) è un protocollo di interconnessione di reti (Inter-Networking Protocol), nato per interconnettere reti eterogenee per tecnologia, prestazioni, gestione. Gli apparati intermedi non creano un circuito fisico tra le parti, ma instradano il pacchetto nella giusta direzione in base all’informazione contenuta nell’intestazione dello stesso. In questo modo non si ha un’allocazione statica di risorse riservate, ma su una linea di collegamento possono transitare contemporaneamente pacchetti appartenenti a flussi diversi, aumentando notevolmente l’efficienza della rete rispetto a quella telefonica.

L’utilizzo di queste reti nell’offerta di servizi di telefonia è l’idea alla base della telefonia via Internet. Il prossimo paragrafo spiegherà come sia possibile la trasmissione della voce su una rete dedicata al trasporto dati.

Come funziona la trasmissione della voce sulle reti IP

La trasmissione della voce per mezzo della tecnologia VoIP è possibile grazie ad una serie di operazioni ed apparecchiature che intervengono nel trasferimento dei segnali vocali in diversi momenti e a diversi livelli, nel percorso dal chiamante al ricevente.
Poiché tutte le trasmissioni devono essere digitali, la voce del chiamante viene prima di tutto digitalizzata (da una compagnia telefonica che utilizza la rete IP, da un Internet Service Provider (ISP) o dall’utente finale attraverso un software).

Utilizzando complessi algoritmi la voce digitalizzata è compressa e separata in pacchetti, successivamente, attraverso l’Internet Protocol, i pacchetti vengono inviati sulla rete e riassemblati nel corretto ordine raggiunta la loro destinazione.
Durante la trasmissione sulla rete Internet (o su una qualsiasi rete dati), i pacchetti possono venire persi e subire ritardi o danneggiamenti. E’ necessaria quindi una sofisticata tecnica di correzione degli errori adatta alla trasmissione in tempo reale della voce. Trasmessi e giunti a destinazione, i pacchetti sono riassemblati e decompressi per riportare il segnale audio alla sua forma originaria.

Nel trasferimento dei dati relativi ad una conversazione telefonica intervengono anche altri protocolli, oltre a quello IP, che si occupano della gestione della telefonata, dall’individuare l’utente sulla rete, fino a far squillare il suo telefono.

Protocolli di trasferimento e segnalazione

La tecnologia VoIP richiede due tipologie di protocolli di comunicazione in parallelo, una per il trasporto dei dati (pacchetti voce su IP), ed una per la “segnalazione” della conversazione (ricostruzione del frame audio, sincronizzazione, identificazione del chiamante, etc…). Per il trasporto dei dati, nella grande maggioranza delle implementazioni VoIP, viene adottato il protocollo RTP (Real-time Transport Protocol). Per la seconda tipologia di protocolli necessari alla telefonia via Internet, il processo di standardizzazione non si è ancora concluso.

Al momento, sono coinvolti tre enti internazionali di standardizzazione: l’ITU8 (International Telecommunications Union), l’IETF9 (Internet Engineering Task Force) e l’ETSI10 (European Telecommunication Standard Institute) con alcuni consorzi (per esempio, Softswitch, H.323ORG, Vivida ecc.). La gestione delle chiamate voce sulla rete IP è, al momento, indirizzata verso due differenti proposte, elaborate in ambito ITU e IETF, che sono rispettivamente H.323 e SIP (Session Initiation Protocol).
I sostenitori della proposta dell’ITU affermano che H.323, storicamente nato prima, abbia ormai ottenuto il supporto di tutti i fornitori di apparati VoIP, mentre i sostenitori di SIP dubitano dell’interoperabilità dei prodotti H.323 di differenti produttori ed, allo stesso tempo, evidenziano i vantaggi di SIP in particolar modo per quanto riguarda la ridotta segnalazione durante l’attivazione della chiamata. Volendo confrontare H.323 e SIP bisogna comunque osservare che lo scopo dei due standard è piuttosto differente. SIP è stato creato come protocollo per la comunicazione voce in tempo reale su IP e presiede a tutte le funzioni base di controllo di una chiamata: instaurazione e terminazione della sessione, operazioni di segnalazione, tono di chiamata, chiamata in attesa, trasferimento, identificazione del chiamante e via dicendo. Mentre SIP è un protocollo per la segnalazione e il controllo di sessioni multimediali, H.323 delinea un’architettura completa per lo svolgimento di conferenze multimediali, comprendente la definizione dei formati di codifica a livello applicativo, la definizione di protocolli per la segnalazione e il controllo, per il trasporto dei flussi audio, video e dati e per la gestione degli aspetti di sicurezza, tutto ciò con riferimento ad architetture di rete locali.

La suite di protocolli H.323 è stata, inizialmente, l’unica soluzione standard adottata dai produttori di dispositivi per telefonia su IP e in generale per applicazioni multimediali, ed è supportata sia da applicativi PC che da dispositivi di rete (router) e da terminali utenti (IP Phone). La proposta SIP, però, sta incontrando sempre maggiore favore, grazie alla sua ottima integrazione con gli altri protocolli della suite TCP/IP (mentre H.323 è pensato per una generica rete a pacchetto) e alla sua maggiore semplicità. H.323, infatti, nasce in ambito telefonico dove le specifiche sono estremamente precise e complete ma anche estremamente complicate, inoltre, ingloba, al suo interno, altri componenti precedentemente definiti dall’ITU, aumentandone notevolmente la complessità.

Nonostante la diffusione dello standard H.323, il mercato dei dispositivi per l’utenza finale, del software e dei gateway per la connessione alla rete PSTN si è ormai orientato verso soluzioni basate su SIP. Quasi tutti i prodotti sul mercato sono compatibili con entrambi gli standard e numerosi consorzi ed enti di standardizzazione, tra cui il 3GPP per UMTS, hanno incluso SIP nelle loro specifiche.

Dal punto di vista degli utenti finali e quindi del mercato di soluzioni VoIP come telefoni, adattatori, cordless e telefoni “dual mode” (VoIP e tradizionali) i produttori sembrano però orientarsi verso uno “standard” tecnicamente non disegnato per diventare tale: Skype. Con i suoi 100 milioni di utenti l’impresa di Niklas Zennström e Janus Friis è riuscita a sfruttare il vantaggio del first-comer e, grazie alla sua rete chiusa (gli utenti Skype possono chiamare solo altri utenti Skype o telefoni sulla rete PSTN) ed al protocollo di segnalazione proprietario che utilizza per il proprio software, ha potuto allargare la sua attività alla gestione di partnerships con produttori di hardware e sviluppatori di software.

I Gateway

Molti servizi di telefonia Internet permettono di raggiungere utenti di telefonia tradizionale grazie a delle apparecchiature in grado di collegare la rete dati Internet e la rete telefonica tradizionale. Queste apparecchiature sono note come Internet Telephony Gateway (o Voice Gateway) e sono solitamente installate presso gli operatori di telefonia via Internet.

I gateway manipolano le trasmissioni vocali convertendole, dalla rete tradizionale, in forme idonee alla trasmissione su reti a commutazione di pacchetto. Permettono quindi di terminare sulla rete tradizionale PSTN telefonate che hanno avuto origine sulla rete IP di un operatore di telefonia via Internet o viceversa di rendere accessibile un utente di telefonia VoIP dalla rete telefonica tradizionale.
Un ulteriore aspetto tecnico in grado di condizionare l’effettiva diffusione di questi nuovi servizi di telefonia è la qualità del servizio offerto.

La qualità del servizio

La rete Internet e le reti dati in genere non sono di per sé adatte alla trasmissione della voce, si è resa quindi necessaria l’introduzione di tecniche ed apparecchiature avanzate per garantire la qualità del servizio (Quality of Service, QoS) e facilitare l’accesso a questa tecnologia da parte della tradizionale utenza telefonica. Quasi tutte le nuove apparecchiature necessarie al collegamento di reti locali alla rete Internet (chiamate router) incorporano sistemi per la gestione della qualità del servizio che permettono di assegnare una priorità diversa a certi pacchetti, come ad esempio quelli in cui viene suddivisa una telefonata, garantendo per questi tempi di risposta e latenza molto ristretti e diminuendo i ritardi.

Gli operatori di telefonia Internet richiedono spesso l’utilizzo di appositi router da loro configurati per garantire la qualità del servizio da loro offerto. Altre imprese, in grado di controllare la rete di accesso ad Internet, implementano tecniche di filtering in grado di discriminare il tipo di pacchetti in transito sulle proprie reti e assegnare una priorità diversa al traffico VoIP.

Riferimenti bibliografici

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