Introducción a la VoIP

Programa Introducción Voz sobre Redes de Paquetes Modelo de referencia TCP/IP Norma RFC 1889: Protocolos RTP y RTCP Análisis del Paquete de VoIP El Gateway Trunking IP y el Toll Bypass API 2004

Objetivos Comprender que es y cuales son los fundamentos de Voz sobre IP Comprender las similitudes y diferencias con Telefonia Básica Desarrollar una comprensión completa y estructurada sobre funciones, protocolos y componentes de VoIP Comprender los distintos protocolos que existen en VoIP Comprender como se puede mejorar la QoS en VoIP Comprender que es y cuales son los fundamentos del protocolo H.323 Comprender el protocolo SIP Comprender y evaluar calidad de servicio en VoIP Conocer cuales son las distintas estrategias para su implementación Vincular los conocimientos teóricos con implementaciones reales de VoIP que funcionan en su empresa o lugar de trabajo API 2004

Hitos Telefonía Internet VocalTec Inc. (Feb 1995) Software Internet Phone permitía que dos usuarios de Internet se hablaran entre sí (PC a PC) Su principal limitación era no poder hablar desde un PC a un teléfono Gateway de Telefonía VocalTec / Dialogic (Ago. 1996) Creación de VoIP VocalTec / Cisco (Verano 1996) Primeras experiencias de establecimiento de llamadas de teléfono a computadora y de teléfono a teléfono. API 2004

¿Por qué tanta emoción? Reduce costos en las redes Integración de Redes Convergencia de escritorio Simplificación de Administración y Mantenimiento Mismo personal para Voz y Datos Incrementa la movilidad y el acceso a la información Mensajería Unificada Centros de atención remotos Facilita la movilidad de trabajadores Habilita nuevas aplicaciones de eBusiness Habilita la Web al centro de llamadas API 2004

¿En que consiste? Es una forma de codificación y encapsulamiento de señales digitales de voz para ser transmitidas a través de redes de paquete (p.e. IP) La voz es primeramente digitalizada y procesada para ocupar menos ancho de banda (Codificada) Los DSP (Digital Sound Prossesor) son dispositivos electrónicos encargados de la compresión y paquetización Luego se encapsula en el protocolo IP formando paquetes y se transmite Aprovecha la red IP para la comunicación de voz Utiliza las redes LAN y WAN como medio de Transmisión Voz y datos completamente integrados En el extremo receptor se realiza el proceso inverso y se recupera la voz API 2004

Voz sobre Redes de Paquetes Funciones básicas que debe realizar un sistema de voz sobre IP Digitalizar (G.711) y comprimir si es necesario (G.723 ó G.729) La voz es nativamente una señal analógica si el paquete va a pasar por una red WAN Paquetizar (encapsulada en paquetes IP) Enrutamiento de los paquetes Señal de voz Codificación Empaquetado Red de paquetes IP (Internet, MPLS) De c odificación Des e mpaquetado API 2004

Tipos de llamadas de VoIP PC a PC PC a Teléfono Teléfono a Teléfono PSTN Cable Modem Gateway INTERNET Gateway Acceso Internet Dedicado Dedicado API 2004

En la Red IP Los Routers y Switches en la Internet examinan las Direcciones IP de los paquetes para llegar al destino deseado Pueden haber muchos “Routers” y switches en el camino que toma el paquete de VoIP hasta su destino API 2004

Modelo de referencia TCP/IP API 2004

Criterios de entrega IP (Internet Protocol) Protocolo de nivel de red Se preocupa de hacer llegar cada paquete a su destino del mejor modo posible Datos Entrega confiable (TCP, protocolo de nivel de transporte) Proporciona transporte de datos de un nodo a otro mediante el uso de técnicas orientadas a la conexión Multimedia: Entrega a tiempo (UDP) Intercambio de información (audio y video en tiempo real) Transmisión de paquetes de sonido y video no interactivo bajo UDP (User Datagram Protocol) Protocolo de nivel de transporte Establece la comunicación entre dos estaciones pero no provee confiabilidad Los paquetes pueden llegar en desorden o no llegar API 2004

Protocolo de nivel de Transporte TCP (Transmission Control Protocol) Servicio de entrega de paquetes orientado a conexión Es confiable y se basa en el establecimiento de Circuitos Virtuales Maneja el concepto de puertos Las conexiones se identifican por dos pares : (Dirección IP Host 1, Puerto Host 1) (Dirección IP Host 2, Puerto Host 2) Se pueden tener varias conexiones simultáneas al mismo puerto en un host Existen (al igual que en UDP) Puertos BIEN CONOCIDOS que son asignados a aplicaciones específicas Los bloques de información que entrega la aplicación son divididos en segmentos de datos y manejados óptimamente El tamaño de los segmentos es independiente del tamaño de los bloques de información Estos segmentos de datos son entregados al nivel IP para su transmisión API 2004

Protocolo de nivel de Transporte UDP (User Datagram Protocol) Servicio de entrega de paquetes NO orientado a conexión Las aplicaciones desarrolladas que utilizan UDP deben ser responsables de la confiabilidad Varias aplicaciones pueden utilizar simultáneamente los servicios de UDP La forma de diferenciar las aplicaciones consiste en la asignación de PUERTOS Algunos puertos se denominan PUERTOS BIEN CONOCIDOS y se asignan a aplicaciones específicas API 2004

UDP UDP Mux Nivel IP Puerto l Puerto n Puerto m Datagrama UDP Cada aplicación que utiliza UDP se liga a un puerto específico Algunas aplicaciones tienen asignados puertos “bien conocidos” en todos los hosts; por ejemplo: 67/68 BOOTP & DHCP 69 TFTP 161/162 SNMP 1024 hasta 65536 VoIP API 2004

Norma RFC 1889: Protocolos RTP y RTCP

Protocolo: RTP RTP: Real-Time Transport Protocol (protocolo en tiempo real) Estándar para el transporte de tráfico en tiempo real sobre Internet Origen: red MBONE (Multicast Backbone): red virtual de difusión superpuesta sobre Internet para multiconferencias Se asume la existencia Imperfecciones en la red (pérdidas y retardos) Posible variación de características de la red durante la comunicación Corre sobre UDP Considera sincronización, con tags de tiempo. RTCP: Real-Time Trasport Control Protocol RTP: No se concentra en entrega segura de información como TCP Es preferible entregar a tiempo, que entregar confiable RTP le agrega a cada trama la identificación del tipo de información que contiene, el número de secuencia y la hora en que fue generada. Esto permite que el receptor transmita la información al usuario al mismo ritmo en que fue generada y permite conocer si hubo descartes de información API 2004

Estructura paquete RTP Cabecera UDP IP Datos (Audio o Video digital) RTP 8 20 12 Bytes Variable Número de secuencia (16 bits) Ordenar datagramas recibidos, detectar perdidos Timestamp (32 bits) Reproducir en el instante adecuado, sincronizar audio y vídeo Tipo de carga útil (7 bits) Identificar el tipo de información recibida (ej.: audio G.722) La cabecera RTP incluye: Con esto el receptor puede: API 2004

Cabecera RTP El campo ‘Tipo de carga útil’ (Payload Type) permite especificar el formato de la información digital de audio o vídeo que lleva el paquete (por ejemplo el valor 9 representa audio G.722). Esto permite al receptor realizar correctamente la decodificación. El emisor puede variar el formato cuando lo desee durante una sesión simplemente cambiando el valor de este campo El campo ‘Número de secuencia’ lo utiliza el emisor para numerar de forma monótonamente ascendente los paquetes enviados. Esto permite al receptor (o receptores) detectar paquetes perdidos (por ejemplo por congestión en la red) y reordenar los paquetes recibidos fuera de orden API 2004

RTCP (RTP Control Protocol) Protocolo que trabaja en conjunto con RTP que se basa en la transmisión periódica, a todos los participantes de una sesión, de paquetes de control con información sobre la calidad de la comunicación Regula intercambio de mensajes de control en una sesión multimedia Información de calidad de servicio: Retardo Tasa de paquetes recibidos y perdidos... No proporciona mecanismos QoS API 2004

Análisis del Paquete de VoIP De tramas (Frames) a Paquetes El Software Ensamblador de Paquetes dentro del DSP toma los frames del CODEC y crea paquetes (packets) Combinación de tramas en un paquete Varias tramas pueden estar contenidos en un sólo paquete 10110101 Frames Packet API 2004

Análisis del Paquete de VoIP Se agrega un encabezado Real Time Protocol (RTP) de 12 bytes, que provee: Número de secuencia Time stamp El paquete es enviado a través de la red WAN RTP 10110101 Se agrega al paquete un IP header de 20 bytes que contiene: Dirección IP de origen La dirección IP de destino Se agrega también un header UDP de 8 bytes conteniendo los puertos sockets de origen y destino IP UDP RTP 10110101 API 2004

Análisis del Paquete de VoIP Por tanto el Overhead Total es de 40 Bytes 20 Bytes de IP 8 Bytes de UDP 12 Bytes de RTP Total de 40 Bytes O 320 Bits por cada paquete Normalmente se lleva 20 ms de voz en cada paquete por lo que implica un BW de 320bits/20ms = 16 Kbps Si se está empleando G.729 a se tiene un BW adicional 8 Kbps Por lo tanto se obtiene un BW total de 24 Kbps API 2004

El Gateway El Gateway es responsable por la adaptación desde la telefonía tradicional a la Telefonía IP Interconexión entre la red IP y el sistema telefónico tradicional analógica (PBX tradicional) o red pública (PSTN) o con la red RDSI Emplea DSP´s y Microprocesadores DSP Digital Signal Processor(s) Voice Compression Tone Detection/Generation Echo Cancellation Silence Suppression Micro Processor(s) Telephony Protocols Network Protocols Management Routing Micro Ethernet (Internet) DSP Telephones (Circuitos) API 2004

Gateway Un gateway es un dispositivo que cuida las funciones de Interworking para hacer de puente entre circuitos-paquetes y la red basada en IP. Transforma los paquetes IP en señales digitales o analógicas y viceversa. Traduce la señalización de la llamada. La media gateway conectada a la LAN permitirá que un teléfono IP se comunique a través de la red PSTN/ISDN y trabajar con un cliente que utilice una PABX estándar. No se debe olvidar que todavía se necesita PSTN/ISDN para conectar 2 compañías con sistemas IP que no tienen una línea de datos entre ellos. API 2004

Teléfono a Teléfono IP WAN Sitio Remoto Analog Voice Digital Voice IP Packet LAN Gateway Voice LAN IP WAN Router Router Gateway Sitio Remoto API 2004

ATA (Analog Telephone Adaptors) API 2004

ATA 3COM API 2004

ATA Cisco API 2004

Gateway Voice Interfaces PBX FXO FXS Eth PBX E1/PRI Eth PBX E&M Eth FXO FXS Eth FXO—Foreign Exchange Office FXS—Foreign Exchange Station E&M—Ear and Mouth PRI—Primary Rate Interface API 2004

Trunking IP (Trunking sobre IP) Implementación de VoIP en WAN para Toll bypass La compañía puede elegir entre usar líneas arrendadas de un operador e instalar sus propios dispositivos de red (routers etc…). Las grandes compañías continúan favoreciendo las WANs privadas sobre líneas arrendadas La compañía puede elegir entre usar la red de datos de un operador siendo ATM, Frame Relay o MPLS (VPN´s) Voz sobre IP en la WAN algunas veces pasa directamente sobre una red IP VPN, pero es más común sobre una red ATM, Frame-Relay o MPLS API 2004

Toll Bypass Sede 4 PBX: 5 ext LAN: 5 puertos Sede 3 PBX: 3 ext LAN: 3 puertos Sede 2 PBX: 12 ext LAN 12 puertos Sede 1 LAN 5 puertos Sedes Remotas Red privada de datos Red Pública para voz Sede principal PSTN Cada sede remota tiene una PABX pequeña y aislada sin acceso a las aplicaciones de voz centrales Las llamadas de voz desde las sedes remotas a la principal se realizan a través de la red pública Gateway (conectado a la LAN) permitirá la comunicación a través de PSTN API 2004

Toll Bypass PSTN WAN IP PBX PBX E1 (QSIG) E1 (QSIG) Gateway Gateway Ethernet Ethernet WAN IP Router Router API 2004

Reemplazo de Enlaces TDM No se requieren enlaces dedicado en configuración punto a punto Mayor eficiencia en utilización de ancho de banda Funciones Tandem se trasladan a la red IP, mejor utilización del CPU Se crece en canales de manera más granular VoIP PSTN WAN E1 PSTN API 2004