Introducción a la VoIP

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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

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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

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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.

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¿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

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¿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

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Voz sobre Redes de Paquetes

Señal de voz

Codificación

Empaquetado Red de paquetes IP

(Internet, MPLS)

Señal de voz

Decodificación

Desempaquetado

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

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Tipos de llamadas de VoIP PC a PC PC a Teléfono Teléfono a Teléfono

Dedicado

PSTN

Gateway

INTERNETAcceso Internet

Dedicado

Cable Modem

Gateway

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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

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Modelo de referencia TCP/IP

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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

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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

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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

Norma RFC 1889: Protocolos RTP y RTCP

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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

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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

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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

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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 10110101 10110101 10110101

Frames

Packet

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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 10110101 10110101 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 10110101 10110101 10110101

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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 23

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

MicroEthernet(Internet)

DSP

DSP

DSP

DSP

Telephones(Circuitos)

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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.

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Teléfono a Teléfono

LANAnalogVoice

DigitalVoice

LAN

Gateway

Gateway

Router Router

IPPacket

Voice

IPWAN

IPWAN

Sitio Remoto

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ATA (Analog Telephone Adaptors)

API 2004 27

ATA 3COM

API 2004 28

ATA Cisco

API 2004 29

Gateway Voice Interfaces

FXO—Foreign Exchange Office FXS—Foreign Exchange Station E&M—Ear and Mouth PRI—Primary Rate Interface

PBXPBX

FXO FXSEth

PBXPBX

E&M E&MEth

PBXPBX

E1/PRI E1/PRIEth

FXO FXS Eth

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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 31

Toll Bypass

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

Sede 4PBX: 5 ext

LAN: 5 puertos

Sede 3PBX: 3 ext

LAN: 3 puertos

Sede 2PBX: 12 ext

LAN 12 puertos

Sede 1PBX: 5 ext

LAN 5 puertos

Sedes RemotasSedes Remotas

Red privada de datos

Red Pública para voz

Sede principalSede principal

PSTN

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Toll Bypass

PSTN

PBX PBX

WAN IP

Router Router

E1 (QSIG)

GatewayGateway

E1 (QSIG)

Ethernet Ethernet

API 2004 33

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

E1

E1

E1

E1

E1

PSTN

VoIP VoIP

PSTN

WAN

VoIP

VoIP

VoIP