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Les réseaux multimédia

Alexandre THURIOT Décembre 2005

Exposé de veille technologique

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- Etat des lieux

- Avant Propos

- Le Défi d’Internet

- IP vs ATM

- QoS

- H.323

- VoIP

- Le streaming

- Ressources

Sommaire

Les réseaux multimédiaExposé de veille technologique

- Les réseaux multimédia -

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Etat des lieux

• La taille d’Internet double tous les 9 mois.• Explosion des tables de routage (chute performance).• Saturation des @IPv4 vers 2010.• Augmentation des transferts plus rapide que les débits.

• Emergence en masse de nouvelles classes d’application :– Multimédia : streaming audio, vidéo– Temps réel et transactionnel (e-teaching, e-commerce)– Nomade : WAP, Bluetooth, WIFI– Jeux en réseau– Téléphonie, visioconférences

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

Alexandre Thuriot


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Avant Propos

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

Nécessité de conserver ou de développer un protocole à l’image du succès d’IP : routage d’information hétérogène sur des réseaux hétérogènes à partir de machines hétérogènes.

Internet propose 2 services de transports :

TCP et UDP (simple, non connecté, non fiable) qui doivent prendre en compte :• Temps réel / non (contraintes temporelles)• Faible/ hauts débits (mémoire – bande passante) • Satisfaction (erreurs / restitution son / couleurs…)

Alexandre Thuriot


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Le défi d’Internet

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

Complexité des réseaux :• Assurer QoS• Diversité des technologies (codecs / réseaux)• Compatibilité

• Ces nouvelles applications sont gourmandes en ressources• Très sensibles au délai de transmission (delay-sensitive) (1/10s)• et à ses variations : gigues

Alexandre Thuriot


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Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

IP vs ATM

• Objectifs d’ATM :

– Unification de réseau : remplacer commutation de paquets / commutation de circuits par une technologie alliant l’avantage de chacun, fondée sur la commutation de cellules.

– Forte qualité de service.

• Avantage des cellules :

– Temps de remplissage faible, mémoires buffer réduites.– Traitement des cellules plus rapide (packetisation parallèle des cellules), moins

de ressources.– Respect des contraintes de temps d’un réseau.– Etablissement d’un tunnel par connexion

Alexandre Thuriot


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Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

Rappel : la commutation de paquet

•L’information est découpée en paquets qui sont transportés de point en point à l’autre extrémité du réseau.

•La commutation de paquets est utilisée sur les réseaux locaux, Internet, Frame Relay, GPRS

•Elle est adaptée au transport des données

Alexandre Thuriot


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Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

Rappel : la commutation de cellule

•Temps de commutation très faible par rapport au temps de propagation du signal

•Permet d’introduire des notions de qualité de service

•Utilisée principalement sur les liens d’interconnexion ou dans des applications multimédia

Alexandre Thuriot


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Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

IP vs ATM

• Complexité d’utilisation du protocole (voix), nécessite modification de la structure du réseau et formation du personnel

• Cartes ATM pour terminaux chères :• 2$ Mbps Ethernet vs 10$ en ATM

• Peu efficace dans le gestion de bande passante car incapable d’adapter le débit à la bande passante destinataire

• Popularité, simplicité, standardisation d’IP

• Utilisation de nouvelle technologie (IP over SONET ou IP over WDM)

• Le trafic d’entêtes 5 octets / cellule soit 10% de taxe

• Les paquets IP ne coïncident que rarement avec la taille fixe des cellules (48octets) : 1paquet IP : 64octets -> 2 cellules soit 40% de taxe

Conclusion : il apparait plus rentable de commuter directement des paquets plutôt que des cellules fractionnant ces mêmes paquets.

Paradoxalement : ATM : ‘dead but still growing’ : Cisco

Alexandre Thuriot


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Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

QoS : Qualité de Service

Définition :

‘Ensemble des effets portant sur les performances des services decommunication et qui détermine le degré de satisfaction d’un utilisateur de ce même service (CCITT E.800).’

Les défaut des réseaux IP, délais, gigue, perte de paquets, variation de bande passante ne pourront être surmontés sans une rénovation profonde de l’architecture pour l’adapter aux nouvelles applications multimédia.

Les application temps réels critiques ne migreront pas définitivement tant que sur IP la QoS n’égalera pas celle des opérateurs historiques.

Défi : Rénovation sans renier ses principes : simplicité, robustesse, universalité prenant en compte les mécanismes :

• Classification des flux.

• Marquages des flux.

• Contrôle d’admission.

• Réservation des ressources.

• Surveillance du trafic.

• Lissage du trafic.

• Ordonnancement des paquets.

• Contrôles des congestions.

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Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

QoS : Qualité de Service

Les applications temps réels ont des contraintes strictes qui ne sont pas compatibles avec TCP:

• Fiabilité par acquittement et réémission des paquets manquants

•Contrôle de flux par fenêtre de congestion

Toutefois, dépourvu de son entête TCP le paquet IP se trouve privé d’informations importantes comme par exemple son numéro de séquence

Nécessité d’établir un nouveau protocole :

• Encapsuler les données dans une entête supplémentaire

• Gestion d’un numéro de séquence

• Un champs d’horodatage

• Couplé à un protocole de contrôle

Cette solution : RTP (Real Time Protocol) : approuvé le 25.01.1996 par l’IETF comme standard (RFC 1889 – 1990)

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Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

QoS : Qualité de Service : Transport avec RTP

• RTP n’interfère jamais dans le processus de transmission qui reste essentiellement basé sur UDP/IP

•RTP est indépendant du protocole sous-jacent et fonctionne avec d’autres protocoles (ATM/IPv6), c’est un protocole de transport

• RTP ne réserve pas de ressources sur le réseau

• RTP n’apporte aucunes fiabilités (dessus UDP/IP déjà pas fiables)

• RTP ne garantit pas de délais de livraison, ni stabilité de flux, ni contrôle de congestion

RTP ne fournit que des fonction de bout en bout, il doit seulement compléter les entêtes nécessaires à la synchronisation des données. Il nécessite d’être combiné à d’autres protocoles pour la mesure des performances et le contrôle de la session en cours

Alexandre Thuriot


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QOS : Entête RTP

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

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QOS : en Complément de RTP

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

RTCP : protocole de contrôle de RTP

Les paquets ne véhiculent pas de données audio / vidéo mais des informations périodiques nécessaires au bon fonctionnement de l’application. (nb de paquets envoyés, perdus, gigue, …) (en UDP)

• Edition d’un rapport sur la qualité de la session

• Permet par exemple à l’expéditeur de changer de politique (débit)

• En cas de visioconférence permet la synchronisation du flux audio avec le flux vidéo liés aux horloges d’échantillonnage.

• Contrôle de session (exemple : nouveau participant sur les écrans)

• Régler le trafic RTCP en dessous de 5% du trafic de la session

Il existe plusieurs rapports :

SR : Sender Repport (ci-contre)

RR: Receive Repport

SDES : Source DEScription

BYE : fin

APP : spécifique application

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QOS : en Complément de RTP

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

RSVP : Réservation de ressources (RFC 2205)

•Proposé à l’IETF en 1996 par Real Networks & Netscape

•Réserve les parties de débits nécessaires aux transferts de flux, maintient les états des sessions en cours

•C’est plus un protocole de signalisation qu‘un protocole de routage.

•Par opposition à la réservation d’un chemin statique (par exemple l’établissement d’un circuit virtuel), cet état logiciel est caractérisé par des messages périodiques de rafraichissement envoyés le long du chemin pour maintenir l’état.

• Dans RSVP, le destinataire est responsable de la réservation de ressources

• L’émetteur RSVP envoie ses exigences au destinataire

• Après réception, le destinataire utilise le même chemin pour renvoyer unmessage de QoS souhaitant fixer la réservation des ressources correspondantes dans chaque nœud

• L’émetteur RSVP envoie alors les données.

RSVP fournit une QoS dynamique tenant compte des modification de ressources pouvant survenir sur le réseau (émetteur / récepteur / nouveaux membres)

Alexandre Thuriot


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QOS : Transport de RTP / RTCP / RSVP

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

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Le protocole H.323

• Avec le développement du multimédia sur les réseaux, il est devenu nécessaire de créer des protocoles qui supportent ces nouvelles fonctionnalités, telles la visioconférence : l’envoi simultanée de son et de vidéo avec un soucis de temps réel. Le protocole H.323 est l’un d’entre eux. Il permet de faire transiter tous types de données sur le réseau.

• H.323 est un protocole de communication englobant un ensemble de normes utilisées pour l’envoi de données audio et vidéo sur Internet. Il existe depuis 1996 et a été initié par l’ITU (international Communication Union).

• Il existe un projet Open H.323 qui développe un client H.323 gratuit.

• Représente 95% des minutes se voix sur IP en 2003.

Une communication H.323 se déroule ainsi :• Etablissement d’appel• Echange de capacité de réservation éventuelle de la bande passante à travers la protocole RSVP• Etablissement de la communication audio-visuelle• Invocation éventuelle de service sen phase d’appel (par exemple, transfert d’appel, changement de bande passante,…)

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

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Le protocole H.323H.323 définit plusieurs éléments de réseaux :

– Les terminaux : Un poste téléphonique IP est raccordé directement au réseau Ethernet de l’entreprise. Un PC multimédia sur lequel est installé une application compatible H.323.

– Les passerelles (Gateway) : Elles assurent l’interconnexion entre un réseau IP et le réseau historique RTC. Elles assurent la correspondance de la signalisation et des signaux de contrôle et la cohésion entre les médias. Pour ce faire, elles implémentent les fonctions suivantes de transcodage audio, de modulation / démodulation, de suppression d’échos, de suppressions de silence et de contrôle d’appels.

– Les portiers (GateKeeper) : Ils sont des éléments optionnels dans une solution H.323. Ils ont pour rôle de réaliser la traduction (numéro de téléphone / @IP), permet de sonner au non la permission d’effectuer un appel, de limiter la bande passante si besoin.

– Les unités de contrôle multipoint (MCU) : référence au protocole T.120 qui permet aux clients de se connecter aux sessions de conférence de données. Les MCU peuvent communiquer entre elles pour échanger des informations de conférence.

Ces différents éléments peuvent être matériels ou logiciels.

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

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Le protocole H.323

Protocoles de signalisation spécifiés dans le cadre de H.323 :

• RAS (Registration, Admission and Status) : Ce protocole est utilisé pour communiquer avec un Gatekeeper. Il sert notamment aux équipements terminaux pour découvrir l’existence d’un Gatekeeper et s’enregistrer au près de ce dernier ainsi que pour l’existence de traduction d’adresses.

• H.245 : ce protocole est utilisé pour l’échange de capacités entre deux équipements terminaux. Pare exemple, il est utilisé pas ces derniers pour s’accorder sur le type de codecs à activer. Il peut également servir à mesurer le retard Aller/Retour (Round Trip Delay) d’une communication.

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

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Le protocole H.323 dans le modèle OSI

Protocoles secondaires ou associés

Pour la voix : G.711 G.723 G.726 G.728 G.729

Pour la vidéo : H.261 H.263 H.264

Pour les données : T.123 T.124 T.125

Pour la signalisation : H.225 H.245 Q.931 RTCP RAS

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

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Ressources

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Le protocole H.323

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

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VoIP

• La téléphonie IP utilise les standards l’IETF / l’ITU-T pour les transmissions multimédias sur tout réseau utilisant le protocole Internet IP.

• Le système fusionne totalement la voix et les données et supprime l'obligation de faire fonctionner séparément des réseaux de données et des réseaux vocaux.

• Selon les protocoles disponibles, la téléphonie basée sur réseau local utilise VoIP ou le mode ATM pour transmettre des appels vocaux sur le réseau local.

• La connexion au système téléphonique traditionnel est fournie par une passerelle RTPC

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

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23

VoIP

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Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

La téléphonie sur Internet consiste :

• A faire passer des communications téléphoniques numérisées dans des paquets IP

• A vouloir remplacer intégralement ou une partie du réseau téléphonique commutépublic (RTC) par le réseau Internet

• A finaliser la convergence voix/données autour d’un unique protocole

• Au delà de l’objectif de remplacer les infrastructures par un réseau multiservices c’est aussi concrètement :

• Réduction des coûtes de communications.

• Simplifier la gestion des services téléphoniques.

• Développer des CTI (Convergence Téléphonie informatique).

• Un réseau voix, vidéo, et données (triple play)

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VoIP : communication P2P simple IP

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

• L’appelant entre l’adresse IP du destinataire dans le champ du logiciel réservé à cet effet

• Les protocoles de signalisation proposent au logiciel du destinataire d’établir la communication et transmet son ID H.323

• Le logiciel du destinataire répond ‘occupé’, ‘libre’, ou ne répond pas. Si libre, l’appelant énumère ses possibilités de codecs audio et vidéo

• Le destinataire énumère ses codecs compatibles à l’appelant pour accord.

• Si accord, d’autres ports TCP et UDP sont négociés pour l’audio (UDP), la vidéo (UDP) et les données (TCP).

• Chaque flux est ensuite transmis indépendamment des autres

• A la fermeture d’une session, les ports sont libérés et les transmissions de contrôle stoppées.

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VoIP : communication IP - RTC

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

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VoIP : la sécurité

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Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

Streaming

Ressources

C’est la le nouveau défi :

• Avec la voix sur IP, tous les postes téléphoniques deviennent en quelques sortes serveurs car ils sont désormais accessibles de l'extérieur.

• Les équipements demandent de traiter l'information en IP brute, sans l'appui du protocole TCP et donc sans utiliser la sécurisation SSL.

• Si les protocoles de voix sur IP peuvent être chiffrés avec IPsec, cependant IPsec n'est pas déployé dans les réseaux d'entreprise, car il est trop complexe.

• Ainsi, que ce soit le H.323 ou le SIP, ces deux protocoles ont déjà fait l'objet de failles de sécurité.

• Autre menace, l'attaque en déni de service. Dès lors, il est envisageable de saturer les réseaux des sociétés équipées en voix sur IP, bloquant ainsi communications internes, externes mais aussi le système d'information.

• Le Spit (équivalent du spam : engorgement des messageries électroniques)

•Autres problèmes :

• la localisation géographique des appels

• Gestion de la facturation

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VoIP : Qui est demandeur ?

Etat des lieux

Avant Propos

Internet

IP vs ATM

QoS

H.323

VoIP

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VoIP : Les solutions du marché

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Internet

IP vs ATM

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H.323

VoIP

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Ressources

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Les solutions logicielles : (P2P)

+ nombreuses :Messagerie instantanée : MSN, AOL, Yahoo…

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VoIP : avenir

•Le marché de la téléphonie IP est très jeune mais se développe à une vitesse fulgurante.

•Le fait est que IP est maintenant un protocole très connu et qui a fait ses preuves. Ceci est le grand avantage de la téléphonie IP car elle demande un investissement relativement faible pour son déploiement.

•La téléphonie IP est une bonne solution en matière d’intégration, de fiabilité, d’évolutivitéet de coût. Elle fera partie intégrante des Intranets d’entreprises dans les années à venir et apparaîtra aussi dans la téléphonie publique pour permettre des communications àbas coût.

•On peut ainsi vraisemblablement penser que le protocole IP deviendra un jour un standard unique permettant l'interopérabilité des réseaux mondialisés. C'est pourquoi l'intégration de la voix sur IP n'est qu'une étape vers EoIP (Everything over IP).

La VoIP n'est peut être pas encore assez mature et pose une problématique de sécurité(gros problèmes chez France Télécom en novembre 2004 et Free en mai 2005) surtout en milieu professionnel. La téléphonie devient aussi vulnérable qu’un PC.

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Les types de communication multimédia

1 : Interactif : cours délai pas de bufferisation

2 : Playback continu : un délai initial pour courte mémoire tampon avant lecture temps réel

3 : Téléchargement : pas de contraintes de délai mais beaucoup de mémoire

4 : Streaming : utilisation magnétoscope

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Internet

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VoIP

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La diffusion en flux continu sur Internet ne présente pas la même complexité que la téléphonie du fait de l’utilisation de buffer

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Le Streaming

• Permet le téléchargement et l’écoute simultanée d’un fichier multimédia• Le contenu multimédia disponible est préenregistré et hébergé au sein d'un serveur.• Le client peut commencer à lire le fichier quelques secondes à peine après avoir commencer à le transférer (streaming). Il peut aussi faire une « pause ».• Peu exigent en régularité et en temps de transfert.• Lorsqu’il est dynamique : il y a plusieurs débit possible• Tendance à la standardisation : W3C soutient SMIL comme standard de synchronisation et le MPEG-4 comme format audio.

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RTSP : (Real Time Streaming Protocole)

• RTSP, est un protocole de niveau session pour visualiser en continu des flux multimédia à partir d’un serveur distant.

• Il offre un contrôle sur les flux à la manière d’un magnétoscope : pause, lecture, stop

• Les séquences peuvent être préenregistrées ou Live

• Couplé avec RSVP pour fournir un service de streaming sur IP

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Les différents formats

Real audioPionniers en la matière, les gars de Real Networks ont inventé le Realaudio à une époque où il n'y avait pas de concurrents. C'est en partie pour cette raison que le Realplayer s'est répandu aussi facilement et qu'il est installé sur la majorité des postes connectés à l'internet.

MP3 - ShoutcastDéjà très largement diffusé sur le net grâce à son taux de compression très intéressant, le MP3 a muté vers une variant multi-bandes grâce à une technologie appelée Shoutcast. Le format Shoutcast est reconnu par Winamp, sans conteste le plus célèbre lecteur MP3 au monde.

FlashFlash permet de faire du streaming statique au format MP3 ou FLV.C'est très intéressant d'une part parce que le plug-in flash est le plus répandu au monde, et d'autre part parce qu'il existe sur quasiment tous les supports

QuickTimeQuickTime permet le streaming depuis déjà longtemps. Le plug-in est assez largement répandu et il est envisageable d'utiliser le format QuickTime pour faire du streaming sur le Net.

ASFActive Streaming File est un format de Microsoft, qui ne pouvait bien sûr pas s'empêcher d'explorer un marché où il ne régnait pas en maître. Comme d'habitude, le format ASF est très performant. Et comme d'habitude, il est réservé aux mondes Windows et Mac.

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RessourcesInternet :

– http://www.labo-cisco.com– http://www.frameip.com– http://www.wikipedia.org– http://www.actu-streaming.com

Ouvrages :

Analyse Structurés des réseaux 2ème éditionISBN : 2744 0700 09Ed. Pearson EducationJames Kurose et Keith Ross

Internet Multimédia et Temps RéelISBN : 2212 0911 84Ed. EyrollesJean-François Susbielle

La Voix sur IPISBN : 2100 0748 06Ed. DunodOlivier Hersent / David Gurle / jean-pierre Petit

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