Módulo V: Voz sobre IP Tema II: Protocolos y Arquitectura

¿Qué es un Protocolo? Un protocolo es un método establecido de intercambiar datos en Internet. Un protocolo es un método por el cual dos computadoras acuerdan comunicarse, una especificación que describe cómo los ordenadores hablan el uno al otro en una red. Como seres humanos, utilizamos el lenguaje como protocolo, en este caso hemos acordado comunicarnos con la lengua española.

El protocolo determina lo siguiente: El tipo de comprobación de errores que se utilizará. El método de compresión de los datos, si lo hay. Cómo indicará el dispositivo que envía que ha acabado el enviar un mensaje. Cómo indicará el dispositivo que recibe que ha recibido un mensaje.

Protocolo H.323 El estándar H.323 es un conjunto de normas y protocolos recomendado por el ITU-T (International Telecommunication Union) diseñado para permitir transmisiones multimedia en LANs basadas en IP. Fue rápidamente adoptado por fabricantes de equipos para transmitir voz y videoconferencia sobre IP ya que define un modelo básico de llamada con servicios suplementarios (convergencia de voz, vídeo y datos en una sola red) y surgió en el momento adecuado. Forma parte de la serie de protocolos H.32x, los cuales también dirigen las comunicaciones sobre RDSI (H.320), RTC o SS7. Esta familia de protocolos ha ido evolucionando con el tiempo para permitir mejorar las transmisiones de voz y vídeo en LANs y WANs sobre distintos medios. La versión actual data de 2006 y se conoce como H.323v6.

Sus principales características son: No garantiza una calidad de servicio (QoS) Es independiente de la topología de la red Admite pasarelas (Una pasarela es un extremo que proporciona comunicaciones bidireccionales en tiempo real entre terminales de la red IP y otros terminales o pasarelas en una red conmutada.). Permite usar más de un canal (voz, vídeo, datos) al mismo tiempo. El estándar permite que las empresas añadan funcionalidades, siempre que implementen las funciones de interoperabilidad necesarias.

Los componentes principales del sistema H.323 son: Terminales: Equipamiento que utilizan directamente los usuarios. Se pueden implementar tanto por software (mediante un ordenador) como por hardware (dispositivo físico). Guardianes (GateKeepers): Son el centro de toda organización VoIP y son el equivalente a las centrales privadas o PBX (Private Branch eXchange). Normalmente se implementan por software. Pasarelas (Gateways): Hacen de enlace con la red telefónica conmutada, actuando de forma transparente para el usuario. Unidades de Control Multipunto (MCUs): se encargan de gestionar las multi-conferencias.

Componentes Terminal Un terminal es un extremo de la red que proporciona comunicaciones bidireccionales en tiempo real con otro terminal, con una pasarela (gateway) o con una unidad de control multipunto (MCU). Esta comunicación consta de señales de control, indicaciones, audio, vídeo y/o datos entre los dos terminales. Conforme a la especificación, un terminal debe proporcionar audio (voz) y opcionalmente puede proporcionar más canales de audio (por ejemplo para emitir en varios idiomas), datos o vídeo. Además del códec de audio puede disponer de un códec específico para voz humana. Generalmente el terminal receptor se encarga de incluir el retardo necesario en las tramas para obtener una buena sincronización. Por ejemplo retardando las tramas de audio para mantener la sincronización con las tramas de vídeo.

Un terminal H.323 consta de: Interfaces de usuario: cámaras, monitores, micrófonos, aplicaciones de datos... Códecs de vídeo (opcional) y audio. Canal de datos. Unidad de control que gestiona de los protocolos RAS, H.245 y H.225. Capa H.225 para definición de mensajes. Interfaz con la red por paquetes.

Guardián (Gatekeeper) La función del guardián es gestionar una ``zona de control'' que consiste en un conjunto de equipos registrados (terminales, pasarelas y MCUs). Para las comunicaciones entre el guardián y los equipos de su zona se utiliza el protocolo RAS (Registro, Admisión, Situación). Las funciones principales del guardián son: Gestión de la zona: Lleva a cabo el registro y la admisión de los equipos de su zona. Traducción de direcciones E.164: Existen varias formas de asignar direcciones E.164 a terminales H.323, siendo la más universal la asignación de números de extensión. Gestión del ancho de banda: Asignación de ancho de banda a terminales, pasarelas y MCUs, de manera que se garantice ancho de banda suficiente, o rechazo de la conexión (red saturada).

El guardián puede también ofrecer otros servicios de control: Restricciones de uso: Por tipo de conexión (entrante o saliente), por pasarela, por franjas horarias. Localización de las pasarelas: Si existen varias pasarelas registradas, encamina las conexiones salientes por la pasarela más conveniente (generalmente elige en base al coste una pasarela a telefonía móvil o fija en distintas ciudades o países...). Un ejemplo de guardián es GNU Gatekeeper (GnuGk).

Pasarela (Gateway) Una pasarela es un extremo que proporciona comunicaciones bidireccionales en tiempo real entre terminales de la red IP y otros terminales o pasarelas en una red conmutada. Además de realizar la conversión de protocolo puede realizar opcionalmente una conversión de formatos de audio y vídeo (transcodificación). Una organización puede disponer de pasarelas a redes de telefonía móvil y de telefonía fija distribuidas por todo el mundo de tal manera que una llamada a la red convencional se realice desde la pasarela más conveniente. Un ejemplo de pasarela (y guardián) es Asterisk (es tanto pasarela como PBX completo tanto para H.323 como SIP).

MCU (Multipoint Control Unit) Para conectar dos o más terminales -para realizar una llamada o una vídeoconferencia- hace falta una Unidad de Control Multipunto (MCU). Una MCU comprende dos unidades lógicas: Controlador Multipunto (MC: Multipoint Controller): gestiona las conexiones y se encarga de realizar la negociación entre los terminales para determinar las capacidades comunes para el proceso de audio y vídeo. Procesador Multipunto (MP: Multipoint Processor): mezcla, conmuta y procesa los diferentes canales de audio, vídeo y/o datos y los enviar a los participantes.

Las MCUs no son la única forma de realizar conferencias multipunto Las MCUs no son la única forma de realizar conferencias multipunto. Una alternativa muy interesante la constituye el uso de transmisión multicast, por ejemplo mediante el uso de la red MBone de Internet. En este caso en vez de encargarse un equipo de replicar los flujos de audio-vídeo es la propia red (más concretamente los encaminadores) la que se ocupa de replicar los paquetes en los puntos donde se producen las bifurcaciones del árbol multicast. Los estándares H.323 no contemplan la transmisión multicast, por lo que los terminales H.323 no pueden participar en este tipo de conferencias.

Existe una gran cantidad de usuarios que no tienen acceso a la red Mbone (IP Multicast Backbone), bien porque su proveedor de acceso no soporta encaminamiento multidifusión o porque la velocidad de su conexión no hace viable o interesante activar encaminamiento multicast. La solución es instalar en la red multicast una pasarela bidireccional que convierta el flujo multicast en flujos unicast y viceversa, generando un flujo diferente para cada usuario unicast. Los flujos unicast pueden ser transcodificados o no. Desde el punto de vista de eficiencia la pasarela debería estar en el borde de la red multicast y tan cerca como sea posible de los usuarios unicast, ya que de este modo se aprovecha al máximo la optimización que supone la transmisión multicast.

SIP (Session Initiation Protocol) Características Modelo cliente – servidor. Reutiliza conceptos de otros servicios (Web, correo, dns) Proporciona escalabilidad, flexibilidad y facilita la creación de nuevos servicios También se utiliza en aplicaciones de vídeo, notificación de eventos, mensajería instantánea, juegos interactivos, Chat, etc.

SIP (Session Initial Protocol) Protocolo de señalización para el establecimiento de sesiones sobre redes IP Datos de muy diversa naturaleza Trabaja en sintonía con otros protocolos, pero con independencia de los mismos SIP no provee servicios, sino primitivas para implementar servicios

SIP (Session Initiation Protocol) Proceso para establecer la comunicación Localización del usuario. Determinación del medio a utilizar (ej. Códec, media port, tiempo de la sesión, etc) Determinación de la llamada – aceptar o rechazar Establecimiento de la llamada Modificación de la llamada o manejo de la misma (ej. Transferencia) Terminación de la llamada

SIP vs. H.323 SIP H.323 Complejidad Media: Protocolo HTTP Alta: Varios protocolos (H.450, H.225.0, H.245, entre otros) Flexible Abierto a nuevas características de los Protocolos Propietarias Protocolo de Transporte UDP y TCP, la mayoria de las implementaciones usa UDP UDP y TCP, la mayoria de las implementaciones usa UDP Integración Integración con otros servicios de Internet (ejemplo: la llamada puede enviarse en un e-mail como archivo adjunto) Integración muy compleja

SIP vs H.323 (II) Diferencias técnicas :

SIP Como se registra un dispositivo Cada vez que el usuario enciende su dispositivo (Teléfono IP, PC, u otro dispositivo SIP), el cliente se registra El registro también ocurre cuando el usuario modifica su locación física La información de registro se refresca periódicamente y cada usuario debe de registrarse

ARQUITECTURA SIP División funcional no física Agente de usuario SIP Servidor SIP Servidor Proxy SIP Servidor de redireccionamiento SIP Registro SIP

FUNCIONALIDAD DE SIP

Funcionamiento de SIP 2.1 - Objetivos de SIP 2.2 – Control de llamadas 2.3 – Intercambio de mensajes 2.4 – Cabeceras de los mensajes 2.5 – Algunos servicios

Objetivos Integración voz (VoIP), web y servicios multimedia sobre IP Soporte a la movilidad: Agentes de Presencia Mecanismos de control de llamadas

Control de llamadas (I)

Control de llamadas 1 El usuario se registra ante el proxy 2 Le indica al proxy el destino 3 El proxy busca el servidor destino (DNS) 4 Servidor destino contacta con destinatario 5 Negociación de los parámetros de sesión extremo a extremo

Mensajes SIP Basadas en los mensajes HTTP Primitivas: Modelo cliente – servidor Primitivas: register: para registrarse ante el proxy invite, re-invite: negociación de la sesión options: testea si un terminal soporta los parametros de sesión Otros: bye, ack, cancel…

Códigos de respuesta : 1xx: en curso 2xx: finalizada con éxito 3xx: redirección 4xx, 5xx, 6xx : errores en cliente, servidor y global

Cabeceras de los mensajes Estructura: cabecera + cuerpo Cuerpo: información de niveles superiores SDP: negociación de parámetros de conexión Campos: Status Line: tipo de mensaje VIA: identificador de equipo Max-Forwards: nº máximo de saltos

To y From: direcciones de origen y destino Sip:usuario@maquina.dominio Call-ID: identificador de la conexión Cseg: número de secuencia del mensaje Contact: dirección de acceso directo al terminal Content type y length: descripción y tamaño del cuerpo del mensaje

INVITE sip:javi@terra. es SIP/2. 0 Via: SIP/2. 0/UDP pc33. esi. us INVITE sip:javi@terra.es SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP pc33.esi.us.es;branch=z9hG4bK776asdhds Max-Forwards: 70 To: Javi <sip:javi@terra.es> From: Gonzalo <sip:gonzalo@esi.us.es>;tag=1928301774 Call-ID: a84b4c76e66710@pc33.esi.us.es CSeq: 314159 INVITE Contact: <sip:gonzalo@pc33.esi.us.es> Content-Type: application/sdp Content-Length: 142

SIP/2. 0 200 OK Via: SIP/2. 0/UDP servidor. terra SIP/2.0 200 OK Via: SIP/2.0/UDP servidor.terra.es ;branch=z9hG4bKnashds8;received=192.0.2.3 Via: SIP/2.0/UDP servidor.esi.us.es ;branch=z9hG4bK77ef4c2312983.1;received=192.0.2.2 Via: SIP/2.0/UDP pc33.esi.us.es ;branch=z9hG4bK776asdhds ;received=192.0.2.1 To: Javi <sip:javi@terra.es>; tag=a6c85cf From: Gonzalo <sip:gonzalo@esi.us.es>;tag=1928301774 Call-ID: a84b4c76e66710@pc33.esi.us.es CSeq: 314159 INVITE Contact: <sip:javi@192.0.2.4> Content-Type: application/sdp Content-Length: 131

Servicios Multimedia: chat, juegos interactivos, mensajería instantánea (Messenger)… Telefónicos: Call Hold, Consultation Hold, Unattended Transfer, Call Forward Inconditional, Call on Busy, Call on No Answer, 3-Way Conference, Single Line Extension, Find ME, Incoming Call Screening, Secondary Number In/Out, Do not Disturb, Call Waiting...

Protocolo MGCP Permite controlar las pasarelas de (Gateways) de los medios de comunicaciones de los elementos de control de llamada externas que se llaman Gateway o Agente de Llamada. La pasarela de medio es, típicamente, un elemento de la red que proporciona la conversión entre señal de audio de un teléfono conmutado por circuito y la señal de paquete que se puede transportar a través de Internet o sobre la red de conmutación de paquete como ATM y Frame Relay.

El protocolo MGCP presenta una arquitectura de control de llamada donde la “inteligencia” está fuera de las pasarelas y es manejado por elementos de control de llamada externos, conocidos como Agentes de Llamada. El MGCP presupone que estos elementos del control de llamada, o Agentes de Llamada, se sincronizan entre sí para enviar órdenes coherentes y respuesta a las pasarelas. Si esta suposición se viola, debe esperarse una conducta incoherente. No define un mecanismo para sincronizar a los Agentes de Llamada.

El Protocolo MGCP implementa la Interfaz de control de gateway de medios de comunicación como un conjunto de transacciones. Las transacciones están compuestas por un orden y una respuesta obligatoria. Para la implementación de una buena señalización de la llamada, el Agente de Llamada debe guardar huella del estado del Equipo Terminal, y la entrada debe asegurarse que se notifiquen los eventos apropiadamente al Agente de Llamada. Las condiciones especiales existen cuando la entrada o el Agente de Llamada se reinician. La entrada debe remitirse a un nuevo Agente de Llamada durante los procedimientos de “fallas”, el mismo debe tomar la acción cuando la entrada se desconecta, o hay que reiniciar.

Los mensajes MGCP viajan sobre UDP, por la misma red de transporte IP Los mensajes MGCP viajan sobre UDP, por la misma red de transporte IP. El formato de trabajo genera una inteligencia externa a la red (concentrada en el MGC) y donde la red de conmutación está formada por los router de la red IP. El GW solo realiza funciones de conversión vocal (analógica o de velocidad digital) y genera un camino RTP entre extremos. La sesión de MGCP puede ser punto-a-punto o multipunto. MGCP entrega a GW la dirección IP, el puerto UDP y los perfiles de RTP; siguiendo los lineamientos del Protocolo de Descripción de Sección (SDP).

Relación con la Norma H.323 MGCP está diseñado como un protocolo interno dentro de un sistema distribuido que aparece en el exterior como una sola pasarela de VoIP. Este sistema está compuesto por un Agente de Llamada que puede ser o no distribuido sobre varias plataformas de la computadora, y de un conjunto de Gateways, incluyendo un Gateways que realiza la conversión de los medios de comunicación, por lo menos de las señales entre conmutación de circuitos y paquetes, y un Gateway de señalización cuando es conectado a una red controlada por SS7 (Signalling Systems 7) que permite el enrutamiento y control de la información y el tráfico de voz a través de las diferentes redes de comunicación. En una configuración típica, estos sistema distribuidos hace interfaz con una o varias partes de conmutación y compatible con H323.

Conclusiones • MGCP (Media Gateway Control Protocol), es un protocolo que soporta un control de señalización de llamada escalable. El control de QoS se integra en el gateway o en el controlador de llamadas. • Su compatibilidad con Normas de IETF y H323 lo hace ideal para aplicaciones de multimedia sobre redes IP. • Los mensajes MGCP viajan sobre UDP, por la misma red de transporte IP y su sesión puede ser punto-a-punto o multipunto.