Introducción a la VoIP

1. Introducción a la VoIP

2. 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

3. 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

4. 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

5. ¿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

6. ¿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

7. Señal de voz Señal de voz Codificación De c odificación Empaquetado Des e mpaquetado Red de paquetes IP (Internet, MPLS) 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 API 2004

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

9. 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

10. Modelo de referencia TCP/IP API 2004

11. 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

12. 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

13. 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

14. Norma RFC 1889: Protocolos RTP y RTCP

15. 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

16. 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

17. 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

18. Frames 10110101 10110101 10110101 10110101 Packet 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 API 2004

19. IP UDP RTP 10110101 10110101 10110101 10110101 10110101 10110101 10110101 10110101 RTP 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 • 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 API 2004

20. 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

21. Telephones (Circuitos) Ethernet (Internet) Micro DSP DSP DSP DSP 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 API 2004

22. 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

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

24. ATA (Analog Telephone Adaptors) API 2004

25. ATA 3COM API 2004

26. ATA Cisco API 2004

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

28. 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

29. Sede 4 PBX: 5 ext LAN: 5 puertos Sede principal PSTN Sede 3 PBX: 3 ext LAN: 3 puertos Sede 2 PBX: 12 ext LAN 12 puertos Sede 1 PBX: 5 ext LAN 5 puertos Sedes Remotas Red privada de datos Red Pública para voz 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 API 2004

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

31. PSTN PSTN VoIP VoIP E1 E1 WAN E1 E1 VoIP VoIP E1 VoIP 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 API 2004