Cos'è il Voice over Internet Protocol (VoIP)?

Il Voice over Internet Protocol (VoIP) è un'alternativa ai sistemi telefonici basati su rete fissa. La tecnologia VoIP sfrutta Internet per effettuare chiamate telefoniche anziché la rete telefonica pubblica commutata.

Obiettivi di apprendimento

Dopo aver letto questo articolo sarai in grado di:

  • Spiegare come funziona Voice over Internet Protocol (VoIP).
  • Descrivere i dettagli tecnici del VoIP
  • Riconoscere le cause delle interruzioni del servizio VoIP e degli attacchi informatici

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Cos'è il Voice over Internet Protocol (VoIP)?

Voice over Internet Protocol (VoIP) è un metodo per effettuare chiamate telefoniche su Internet. A differenza del vecchio sistema telefonico di rete fissa, Internet non è stato progettato per trasportare segnali audio in tempo reale tra persone connesse. Per rendere possibile tutto ciò è stato necessario sviluppare tecnologie e protocolli specializzati: le tecnologie e i protocolli che compongono il VoIP. Oggi il VoIP è un metodo altamente efficiente per le comunicazioni audio e video in tempo reale*.

Il VoIP è stato ampiamente adottato. In molti settori è la forma dominante di sistema telefonico, in sostituzione delle linee fisse (il cui nome tecnico è "rete telefonica pubblica commutata").

La tecnologia VoIP offre numerosi vantaggi rispetto alla linea fissa. È più flessibile, è più facile aggiungere linee, è spesso più economico del servizio telefonico tradizionale, supporta sia il video che l'audio ed è accessibile da qualsiasi luogo.

Tuttavia, il VoIP è vulnerabile alle interruzioni del servizio e agli attacchi informatici a cui i telefoni fissi sono per lo più immuni (come gli attacchi DDoS). Anche il VoIP necessita di una connessione Internet affidabile e di una fonte di alimentazione elettrica.

*In tempo reale significa che i messaggi di tutti gli utenti connessi vengono recapitati non appena vengono creati anziché essere archiviati per una trasmissione successiva.

Come viaggia l'audio tramite VoIP?

Supponiamo che Alice chiami Bob utilizzando una linea telefonica VoIP. Alice prende un telefono abilitato per VoIP, compone il numero di Bob e dice "Ciao, Bob". Cosa deve succedere affinché le parole di Alice raggiungano Bob?

  1. Viene stabilita una connessione: il servizio VoIP stabilisce una connessione digitale tra il telefono di Alice e quello di Bob. Questa parte del processo è gestita da protocolli di rete specializzati.
  2. Si passa da analogico a digitale: il telefono di Alice converte il suono della sua voce in informazioni digitali.
  3. Avviene una codifica: queste informazioni digitali vengono codificate e compresse in modo che possano viaggiare su Internet.
  4. Sono creati pacchetti di dati: la versione digitale codificata della voce di Alice è divisa in blocchi più piccoli chiamati pacchetti, ciascuno con diverse intestazioni collegate da vari protocolli di rete.
  5. I pacchetti viaggiano attraverso Internet: i pacchetti vengono inoltrati prima dal router della rete locale (LAN) di Alice e poi da vari altri router, a un server VoIP all'interno del centralino privato (PBX) del provider di servizi VoIP. Il server instrada i pacchetti al telefono di Bob. I pacchetti vengono inoltrati da una rete all'altra fino a quando non raggiungono il router LAN di Bob, che alla fine inoltra i pacchetti al telefono di Bob.
  6. Bob sente Alice: i passaggi da 2 a 4 sono invertiti: i pacchetti vengono riassemblati nel suono digitale compresso della voce di Alice, quindi decompressi, quindi riprodotti come suono dall'altoparlante nel telefono di Bob.

Nonostante il numero di passaggi necessari, l'intero processo dura pochi millisecondi. In teoria, non ci sarebbe alcun ritardo percepibile dall'uomo e Bob sentirebbe Alice dire "Ciao, Bob" quasi nello stesso momento in cui lo pronuncia lei. La quantità di ritardo dipende dall'efficienza e dalla larghezza di banda delle reti locali, nonché dalla distanza tra Alice e Bob (i ritardi causati dalla distanza sono noti come latenza).

Una volta stabilita la connessione, il resto del processo può avvenire simultaneamente su entrambi i lati. Un telefono abilitato per VoIP può inviare e ricevere dati audio contemporaneamente, quindi se Alice e Bob si chiedono accidentalmente "Come stai?" contemporaneamente, si sentiranno mentre parlano.

Che parte ha il "protocollo Internet" del VoIP?

I dati che vengono trasferiti su Internet, che si tratti di testo e codice (come in questa pagina Web), immagini o contenuti audio (come nel VoIP), sono divisi in piccole sezioni chiamate "pacchetti". Questi pacchetti viaggiano attraverso i cavi e le apparecchiature che compongono Internet e vengono poi interpretati in contenuti utilizzabili dal dispositivo che li riceve.

Il protocollo Internet (IP) è il metodo standardizzato di formattazione dei pacchetti di dati che rende possibile la creazione di reti. L'IP descrive, tra gli altri requisiti, come indirizzare questi pacchetti e come fornire informazioni sul loro contenuto. Qualsiasi dispositivo abilitato a Internet può creare e interpretare automaticamente i pacchetti IP. Fondamentalmente tutti i servizi Internet sono basati su IP, incluso il VoIP, da cui il nome "voce su IP".

Quali protocolli utilizza il VoIP oltre all'IP?

Diversi protocolli operano su IP per rendere possibili diversi tipi di servizi Internet. I primi sono i protocolli di trasporto, che aiutano a garantire che i pacchetti arrivino nel posto giusto e vengano ricevuti correttamente. L'IP può essere utilizzato con il Transmission Control Protocol (TCP) o lo User Datagram Protocol (UDP).

La maggior parte dei servizi VoIP utilizza UDP come protocollo di trasporto anziché TCP, perché UDP è più veloce, in contrasto con i servizi di streaming uno-a-molti, che utilizzano il più affidabile TCP per garantire la trasmissione di ogni secondo di audio e video.

I protocolli a livello di applicazione vengono utilizzati sopra i protocolli di trasporto. Questi protocolli inseriscono i dati in un formato che le applicazioni rivolte all'utente possono interpretare. Gran parte di Internet utilizza il protocollo di trasferimento ipertestuale (HTTP) come protocollo a livello di applicazione. Tuttavia, il VoIP utilizza altri protocolli più adatti di HTTP al trasferimento di dati audio e video in tempo reale.

I protocolli a livello di applicazione VoIP variano a seconda del servizio VoIP. Alcuni provider utilizzano protocolli aperti come i seguenti:

  • Protocollo di inizio sessione (SIP), che imposta e termina le chiamate. Nell'esempio sopra, il servizio VoIP di Alice ha probabilmente utilizzato SIP per iniziare la connessione tra il suo telefono e il telefono di Bob.
  • Protocollo di trasporto in tempo reale (RTP), che trasporta il contenuto audio e video effettivo di una chiamata.
  • Protocollo di trasporto sicuro in tempo reale (SRTP), che è la versione crittografata di RTP.
  • Il Media Gateway Control Protocol (MGCP) controlla le connessioni tra VoIP e la rete telefonica pubblica commutata.
  • H.323 svolge la stessa funzione di SIP, ma è basato su codice binario anziché su testo. H.323 non è molto utilizzato oggi.

Questi protocolli sono documentati pubblicamente e chiunque può utilizzarli. Tuttavia, alcuni provider VoIP utilizzano protocolli proprietari. A differenza dei protocolli aperti che rendono possibile Internet e trasportano la maggior parte del traffico Internet, questi protocolli proprietari sono chiusi e il reverse engineering su di essi potrebbe essere vietato dalle condizioni del servizio dei provider. Operano ancora su protocolli aperti come TCP, UDP e IP.

Esempi di protocolli proprietari per il VoIP includono:

  • Protocollo Skype: questo protocollo è stato sviluppato da Skype per essere utilizzato solo con l'applicazione Skype. Microsoft ha deprecato questo protocollo nel 2014 dopo aver acquisito Skype e lo ha sostituito con:
  • Microsoft Notification Protocol 24 (MNP24): Skype utilizza questo protocollo dal 2014.
  • Skinny Client Control Protocol (SCCP): questo protocollo proprietario appartiene a Cisco.
  • Inter-Asterisk eXchange (IAX): da utilizzare con i servizi VoIP che utilizzano un tipo specifico di software PBX open source chiamato Asterisk.

Quali sono le cause delle interruzioni del servizio VoIP?

Scarsa connessione Internet: una connessione Internet con larghezza di banda ridotta rende difficile il passaggio dei pacchetti, influendo sulla qualità dell'audio. L'assenza di una connessione a Internet implica che il VoIP non può funzionare affatto.

Congestione della rete: se vengono scambiati troppi dati contemporaneamente su una rete, le chiamate VoIP potrebbero non trasferire i pacchetti di dati in modo efficiente, proprio come un grande volume di traffico su un'autostrada rallenta i tempi di percorrenza.

Timeout UDP: come descritto sopra, il VoIP di solito viene eseguito sul protocollo di trasporto UDP. I firewall possono terminare le connessioni UDP oltre un certo tempo per motivi di sicurezza.

Attacchi informatici: come qualsiasi servizio basato su Internet, il VoIP è vulnerabile agli attacchi. In particolare, i servizi VoIP sono spesso presi di mira da attacchi DDoS (Distributed Denial-of-Service). Questi attacchi possono disattivare i servizi VoIP per minuti, ore o giorni.

Perché il VoIP è vulnerabile agli attacchi DDoS (Distributed Denial-of-Service)?

Quasi tutti i protocolli di rete possono essere utilizzati per avviare un attacco DDoS. Gli autori di attacchi sono spesso motivati a prendere di mira il VoIP perché tali attacchi hanno l'effetto immediato di ostacolare la produttività aziendale: un'azienda che non può effettuare chiamate telefoniche non riuscirà a fare molto.

In termini generali, gli attacchi DDoS al VoIP rientrano in due categorie diverse:

1. Attacchi diretti ai provider di servizi VoIP. Tali attacchi DDoS possono potenzialmente compromettere il servizio per tutti i clienti dei provider VoIP e possono assumere diverse forme, tra cui:

  • Prendere di mira le applicazioni Web dei provider per impedire agli utenti di effettuare l'accesso
  • Prendere di mira i server dei provider per bloccare il loro servizio PBX
  • Rimozione della risoluzione DNS in modo che gli utenti non possano navigare sui siti Web dei provider

Alcuni attacchi diretti ai provider VoIP sfruttano il funzionamento del VoIP, ad esempio tramite flood SIP che sovraccaricano i server che supportano SIP. Altri potrebbero utilizzare metodi di attacco DDoS più generici, efficaci contro la maggior parte dei siti Web e dei server non protetti, come flood HTTP e flood SYN.

Inoltre, sono stati effettuati attacchi DDoS con richiesta di riscatto contro i provider VoIP. In un attacco DDoS con richiesta di riscatto, l'attacco continua fino a quando la vittima non paga un riscatto autore di un attacco.

2. Attacchi diretti alle organizzazioni che utilizzano VoIP. Questi attacchi si concentrano su un'organizzazione alla volta, anziché interrompere il servizio per più clienti provider VoIP. Le organizzazioni che ospitano sia la propria rete VoIP che i propri server potrebbero essere particolarmente vulnerabili. A differenza di un grande provider VoIP, è probabile che non dispongano di un gran numero di server di backup a cui passare nel caso in cui i loro server VoIP primari siano presi di mira da un attacco SIP flood o da un altro attacco.

Flood SIP in VoIP

Uno degli aspetti del VoIP più presi di mira negli attacchi DDoS è il SIP. Gli attacchi DDoS basati su SIP sono difficili da fermare perché, come HTTP, SIP è un protocollo basato su testo e le richieste SIP illegittime sono difficili da distinguere da quelle legittime.

I flood SIP INVITE sovraccaricano un server SIP con false richieste "INVITE" per avviare una chiamata. Il server deve elaborare ciascuna di queste richieste, rallentando o negando il servizio alle chiamate legittime. I flood SIP REGISTER sono simili ma utilizzano i messaggi "REGISTER" invece di "INVITE".

Gli autori di attacchi possono inviare anche messaggi SIP appositamente creati che interrompono un server provocandone il riavvio o il guasto parziale. L'invio ripetuto di tali messaggi può negare il servizio agli utenti legittimi per un lungo periodo di tempo.

La mitigazione degli attacchi DDoS di Cloudflare aiuta a proteggere dagli attacchi DDoS al VoIP. Cloudflare ha una capacità di rete molto più grande di quella dei più grandi attacchi DDoS mai registrati. Scopri di più sulla protezione da attacchi DDoS di Cloudflare per le applicazioni Web o su Magic Transit per la protezione delle reti locali.