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VOIP Voz sobre IP Sistemas Telemáticos Departamento de Informática Universidade do Minho.

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1 VOIP Voz sobre IP Sistemas Telemáticos Departamento de Informática Universidade do Minho

2 Materiais usados Apresentação do Will Dennis com permissão do autor Cap 7 de Multimedia Systems and Signals, Mandal Ver livro VOIP na página do TERENA –Terena VOIP Cookbook Cap.2, Cap.3 e Cap.7 (donde foram extraídas figuras)

3 Sumário Motivação para o VOIP Qualidade da voz no VOIP Digitalização de voz : CODECs Componentes VOIP Protocolos VOIP Cenários para VOIP

4 O que é a VoIP? A VOIP e o Telefone na Internet são métodos que convertem os sinais de voz em dados digitais e enviam-na através da Rede IP.

5 Vantagens do VOIP Redução de custos Mais largura de banda Integração da voz e dados Eficiência da rede Mais e melhores serviços

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9 Cenários de Utilização VOIP Cenário 1: Encaminhamento de mínimo custo para chamadas de longa distância Cenário 2: Alternativa às centrais PBX Cenário 3: Integração de VOIP e Video- Conferência

10 Cenário 1 A separação tradicional

11 Cenário 1 Integração entre a Rede Telefónica e de dados

12 Cenário 1 Implementação da arquitectura

13 Cenário 1 Facilidades Encaminhamento das chamadas de acordo com hora e o dia da semana Encaminhamento por destino Modificação de números Gestão de classe de serviço

14 Cenário 1 Utilização: Uma empresa com vários escritórios em cidades diferentes da Europa que tem que contactar telefonicamente clientes em todo mundo

15 Cenários de Utilização VOIP Cenário 1: Encaminhamento de mínimo custo para chamadas de longa distância Cenário 2: Alternativa às centrais PBX Cenário 3: Integração de VOIP e Video- Conferência

16 Cenário 2 Situação tradicional

17 Cenário 2a Telefones IP sem PBX

18 Cenário 2b Integração do VOIP com o PBX

19 Cenário 2C Substituição completa do PBX

20 Cenário 2c Terminais simples vs inteligentes Sinalização: SIP/H.323 Funcionalidades tradicionais –Números de emergência –Plano de encaminhamento de chamadas –Integração com a rede pública de móveis –Beeps/telefones sem fios privados/elevadores VOIP sem fios Outros aspectos: servidor de autenticação RADIUS etc…

21 Cenários de Utilização VOIP Cenário 1: Encaminhamento de mínimo custo para chamadas de longa distância Cenário 2: Alternativa às centrais PBX Cenário 3: Integração de VOIP e Video- Conferência

22 Cenário 3c O foco tradicional é na voz –O VOIP tem capacidade de transportar vídeo Problemas com a videoconferência –Acessibilidade –Serviços de valor acrescentado –Inter-operabilidade entre diferentes tecnologias

23 Cenário 3c Aplicações –Teletrabalho –Telemedicina –Ensino à distância –Serviços ao cliente –Justiça –Laboratórios virtuais/remotos

24 Cenário 3c

25 Mercado VOIP na Europa Source: IDC, European IP Telephone Tracker Q2 2004

26 Mercado VOIP na Europa ($M) Source: IDC, European IP Telephone Forecast, ($M)

27 Mercado Europeu IP PBX, ($M) Source: IDC, European IP PBX Forecast, ($M)

28 Mercado IP PBX vs PBX tradicional ($M) Source: IDC, 2004 ($M)

29 Minutos VOIP (chamadas de saída empresas ), Source: IDC, European IP Telephony Services Forecast, (Minutes in Millions)

30 Aspectos técnicos do VOIP Aspectos chave –Qualidade de Serviço (QoS) –Interoperabilidade –Escalabilidade –Segurança –Integração com a RTC Arquitectura Protocolos

31 Algumas definições Rede Telefónica Comutada (RFN) Rede de Comutação de Circuitos Rede Internet (Rede IP)

32 Algumas definições Rede Telefónica Comutada é a rede telefónica disponível ao público incluindo as linhas telefónicas, micro-ondas e outros modos de transmissão. Quer a rede IP como a rede de comutação de circuitos podem ser suportadas pela RTC. Rede de Comutação de Circuitos é a rede telefónica tradicional que envia informação através dum circuito fixo a ligar o chamador e o recipiente. É estabelecido um circuito temporário entre o chamador e o chamado durante a comunicação. Essa linha não pode ser usada por mais ninguém nesse período. A Rede IP transmite dados usando pacotes. As comunicações são divididas em pequenos pacotes e enviados de forma independente para a rede. Os pacotes por vezes são enviados através de linhas de transmissão diferentes e reagrupados no destinatário.

33 Algumas definições Rede Telefónica Comutada é a rede telefónica disponível ao público incluindo as linhas telefónicas, micro-ondas e outros modos de transmissão. Quer a rede IP como a rede de comutação de circuitos podem ser suportadas pela RTC. Rede de Comutação de Circuitos é a rede telefónica tradicional que envia informação através dum circuito fixo a ligar o chamador e o recipiente. É estabelecido um circuito temporário entre o chamador e o chamado durante a comunicação. Essa linha não pode ser usada por mais ninguém nesse período. A Rede IP transmite dados usando pacotes. As comunicações são divididas em pequenos pacotes e enviados de forma independente para a rede. Os pacotes por vezes são enviados através de linhas de transmissão diferentes e reagrupados no destinatário.

34 Algumas definições Rede Telefónica Comutada é a rede telefónica disponível ao público incluindo as linhas telefónicas, micro-ondas e outros modos de transmissão. Quer a rede IP como a rede de comutação de circuitos podem ser suportadas pela RTC. Rede de Comutação de Circuitos é a rede telefónica tradicional que envia informação através dum circuito fixo a ligar o chamador e o recipiente. É estabelecido um circuito temporário entre o chamador e o chamado durante a comunicação. Essa linha não pode ser usada por mais ninguém nesse período. A Rede IP transmite dados usando pacotes. As comunicações são divididas em pequenos pacotes e enviados de forma independente para a rede. Os pacotes por vezes são enviados através de linhas de transmissão diferentes e reagrupados no destinatário.

35 Linhas de transmissão em Redes Comutação de Pacotes e de Circuitos Com. de Circuitos Com. de Pacotes ( Rede Telefónica) (Rede IP)

36 Qualidade da Voz A largura de banda é facilmente quantificada –Qualidade da voz é subjectiva MOS, Mean Opinion Score – Recomedação P.800 ITU-T Excelente – 5 Boa – 4 Razoável– 3 Pobre – 2 Má – 1 –Um mínimo de 30 pessoas –Ouvir amostras da voz ou conversações

37 Problemas de QoS no VOIP

38 Qualidade da voz Mean Opinion Score (MOS) –Numa escala de 1-5 (5 é melhor) –4 é a chamada toll quality –Os telemóveis têm baixa qualidade VoIP é comparável aos telemóveis Causas da baixa qualidade da voz –Atraso –Jitter –Perdas –Eco

39 Eco Chamada telefónica normal Chamada telefónica normal com eco

40 Eco e Qualidade da Voz Cancelador de Eco é necessário para atraso (num sentido) >30ms Atraso 1-s (ms) QualidadeEfeito na qualidade da voz 0-25ExcelenteGama esperada para chamadas nacionais BoaGama esperada para chamadas internacionais por cabo RazoávelGama esperada para chamadas internacionais por satélite >400PobreA evitar

41 Compensação de Eco As reflexões do sinal geradas pelo circuto híbrido que converte um circuito de 2 pares (1 para TX outro para RX) num circuito de 1 par (1 único par para TX e RX) O atraso de ida e volta da rede é quase sempre superior a 50ms A norma G.165 do ITU define o desempenho requerido para os canceladores de eco.

42 Atraso Processamento –Tempo necessário para colectar as amostras codificadas e colocá-las em pacotes da rede –O tempo de codificação depende do algoritmo do CODEC usado e da velocidade do processador Rede –Meio fisico de transmissão –Capacidade das ligações e dos nós intermédios e pelos buffers do destinatário para remover o jitter

43 Jitter Intervalo de tempo variável entre pacote provocado por percursos de rede diferentes Remoção do jitter: colocar os pacotes num buffer e aguentá-los o tempo suficiente para permitir a chegada dos pacotes mais atrasados Causa atraso adicional

44 Compensação da Perda de Pacotes A perda de pacotes pode transformar-se num problema sério, dependendo do tipo de pacote de rede que estiver a ser usado Interpolar os pacotes perdidos voltando a reproduzir o último pacote recebido durante o intervalo Enviar informação redundante Usar um codificador de voz híbrido que use menor largura de banda Evitar e controlar a congestão na rede

45 Especificação de QoS ParâmetrosToll QualityAbaixo da Toll Quality MOS R-Value 4 80 >3.5 and < 4 >70 and < 80 Atraso fim a fim (1 sentido) 150ms (sem ligação satélite) 400 (com satélite) 400ms Grau de Serviço < 2% Perda de Pacotes < 0.1% < 2% Jitter dos pacotes < 5 ms < 10 ms

46 CODECs Codificam e descodificam dados analógicos para transporte sobre redes digitais (independe/ do tipo de rede) –Série g para audio;Série h para video Comum - pulse code modulation (PCM) –amostragem -> quantização -> codificação –G.711: 8000 Hz x 256 Níveis Q= 64 kbit/s Norma bem conhecida para RDIS codecs podem oferecer compressão e detecção de silêncios

47 Codificadores de Voz Codificador de Forma de ondaCodificador de Fonte Domínio do tempo: PCM, ADPCM Domínio da frequência: Codificador de sub-banda, Codificador de Transformada adaptativa Codificador Predictivo Linear Vocoder Codec de forma de onda: tenta preservar a forma de onda; não específico da voz. q PCM 64 kbps, ADPCM 32 kpbs, CVSDM 32 kbps qVocoders: q Analise a voz extrai e transmite os parãmetros q Usa parâmetros do modelo para sintetizar voz q LPC-10: 2.4 kbps qHíbridos: Combinam o melhor dos dois… Eg: CELP Taxonomia de CODECs de Voz

48 G.728 LD-CELP G.729 CS-ACELP G.729a CS-ACELP Codificação de Voz codecs comums usados na VoIP:

49 Classes de Codecs 3 classes diferentes – Codecs de forma de onda –Codecs de fonte (Vocoder) –Codecs Híbridos

50 Codecs de Forma de Onda PCM, ADPCM A entrada é amostrada, quantizada e reconstruída no receptor Não é necessário conhecimento da fonte

51 Princípios de Compressão Áudio Redundância Estatística Menos bits para valores de amostra mais comuns Redundância Temporal Correlação entre valores de amostras vizinhas Redundância inter-amostra Redundância do Conhecimento Explorar conhecimento partilhado entre codificador e descodificador Ficheiros MIDI /Vocoder Propriedades do Sistema Humano de Audição Aumentar a qualidade subjectiva do sinal áudio

52 Função Taxa de Distorção Teorema de Shannon para codificação da fonte sem erros Limite na compressão sem erros Fontes áudio naturais Compressão sem perdas máxima 2:1 Compressão com perdas usada na prática Obtenção de maior razão de compressão.

53 Função Taxa de Distorção distorção d m Débito D(d m ) Codificador simples Codificador complexo Limite da teoria da informação

54 Redundância Estatística Compressão de Texto –Métodos de compressão eficientes baseados na entropia Pode-se usar a mesma abordagem na compressão de áudio

55 Exemplo 7.2 Considere um sistema de aquisição áudio que tem amostras de áudio mono com resolução de 3 bits com níveis entre 0 e 7. O número de ocorrências para os oito níveis foram [700,900,1500,3000,1700,1100,800,300] –Calcule e desenhe a função densidade de probabilidade para cada símbolo –Calcule a entropia da fonte

56 Solução p[0] = 700/10000 = 0.07 p[1] = 900/10000 = 0.09 p[2] = 1500/10000 = 0.15 p[3] = 3000/10000 = 0.30 p[4] = 1700/10000 = 0.17 p[5] = 1100/10000 = 0.11 p[6] = 800/10000 = 0.08 p[7] = 300/10000 = 0.03

57 Sinal chord.wav Fig. 4.14(a) Fig. 7.3,pag.149

58 Redundância Estatística O método de codificação baseado na entropia –Não consegue altos níveis de compressão para a maioria dos sinais áudio –Mas disponibiliza bom desempenho quando aplicado a coeficientes de transformada Norma MPEG-1 utiliza codificação baseada na entropia

59 Codificação MU-LAW ghh*g* Quantificador Uniforme

60 Codificação MU-LAW Caratcterísticas de E/S com

61 Exemplo 7.3 –Considere o sinal áudio chord. Quantifique o sinal uniformemente com 8 bits, utilizando a compressão com mu=255. Expanda o sinal e calcule a relação sinal-ruído (SNR). Compare a SNR com a obtida com o exemplo 4.6

62 Redundância Temporal

63 Exercício (de FT) Suponha que na amostragem dum sinal áudio obteve a seguinte sequência de valores reais 2.3,2.1,3.2,1.2,1.3,2.3,2.5,3.2,3.8,2.52.0,1.4,1.2,1.2,1.0,0.8,0.6,0. 0,-0.3,-0.5,-0.8,-1.2,-1.5,-1.7,-1.9,-2.2,-2.5,-2.7,-2.9,-3.1,-3.9 a)Quantize esta sequência dividindo o intervalo [-4,4] em 32 níveis igualmente distribuídos (coloque o nível 0 a -4.0, o nível 1 a-3.75, etc…). Assuma que os valores na gama [-4,-3.75) correspondem à saída -4(que corresponde ao nível 0 do quantizador) os valores da gama [-3.75,-3.5) correspondem à saída (nível do quantizador), etc… Observe que os intervalos são abertos à direita o que significa que o -4 está incluído mas o não está incluído no nível 0. b)Escreva a sequência quantizada. Codifique-a usando o PCM. Quantos bits precisa para transmiti-la? c)Codifique a sequência usando o PCM mas usando apenas as diferenças. Qual o valor máximo e mínimo entre amostras sucessivas? Quantos bits precisa para transmitir a sequência?

64 DPCM Differential Pulse Code Modulation No DPCM –Uma amostra áudio é prevista com base nas amostras anteriores –O valor previsto é aproximado mas diferente do valor da amostra –Fórmula usada pela técnica LPC(Linear Preditive Coding)

65 Codificador DPCM Esquema simplificado Codificador Previsor Áudio original Áudio Compactado Quantificador

66 Descodificador DPCM Esquema simplificado Descodificador Previsor Áudio Reconstruído Áudio Compactado

67 DPCM

68 Exemplo 7.4 Considere o sinal áudio chord. Determine o conjunto óptimo de coeficientes de previsão de 1ª,2ª e 3ª ordem.

69 Erros de previsão

70 DPCM Depois de obtida o erro da sequência en –É codificado para reconstruir o sinal perfeitamente –Na codificação com perdas uma qualidade de reconstrução razoável é aceitável A quantificação é a única operação na codificação DPCM que introduz ruído

71 Exemplo 7.5 As 4 primeiras amostras duma sequência digital áudio são [70,75,80,82,...]. São necessários no mínimo 7 bits para codificar cada uma das amostras. As amostras áudio são codificadas usando o DPCM usando o previsor de primeira ordem. Os coeficientes de erro de predição são quantificados por 2 e arredondados para o próximo inteiro e armazenados sem perdas. Determine o número aproximado de bits necessários para representar cada amostra e o erro reconstruído em cada instância de amostra.

72 Codificação DPCM vários passos para a sequência [70,75,80,82,...] Instâncias deamostras 0123 Sinal original Erro do sinal = = =4.8 Erro do sinal quantificado07.1/2=46.4/2=34.8/2=2 Erro reconstruído04*2=83*2=62*2=4 Sinal reconstruído = = = 81.2 Sinal previsto para próxima amostra 70*0.97= *0.97= *0.97= *0.97 =78.8 Erro de reconstrução Nº de bits necessários7322

73 Codecs de Fonte Unificam o sinal de entrada com um modelo matemático Modelo de Filtro predictivo linear do aparelho vocal Flag Voz/Sem voz para a excitação É enviada informação em vez do sinal Baixos débitos de bits mas sons sintéticos Débitos maiores não melhoram muito

74 Codecs de Fonte Construir um modelo básico para voz –Implementá-lo no TX e no RX Durante a codificação determinar os parâmetros do modelo para ajustá-lo ao sinal de entrada Determinar a excitação –Apenas dois estados de excitação :Ruído branco (sem voz) e Trem de pulsos (voz) Transmitir a excitação & parâmetros

75 Codecs da Fonte O receptor reproduz a voz com os parametros recebidos e a excitação A taxa de bits é baixa 2.4 kbit/s Qualidade bastante longe do som natural

76 Codecs Híbridos Tenta combinar as vantagens dos codecs de forma de onda e os codecs fonte Baixa taxa de bits & Alta qualidade Os mesmos princípios que os codecs de fonte mas –Múltiplos estados de excitação –Minimiza erros entre voz gerada e voz de entrada –Usa quadros (frames) de 20 ms

77 www-mobile.ecs.soton.ac.uk

78 Componentes VOIP Terminal Um sistema final onde terminam comunicações e as suas cadeias de dados (media). –Telefone hardware ou software, Videofone –Há uns concebidos para uso por pessoas e outros para resposta automática –Tem atribuído um endereço IP Podem ser usados vários terminais no mesmo IP mas são independentes Na maior parte das vezes um terminal pode ter mais que um endereço que são usados para o chamar… –Se forem usados servidores de Telefone IP os terminais registam-se.

79 Telefones VoIP Escolhas possíveis: Telefone Hardware Telefone software Adaptador de telefone analógico

80 Skype –Aplicação VOIP mais popular –Chamadas gratuitas para outros utilizadores Skype –Chamadas baratas (~ ?/min) para fixos e móveis –Várias funcionalidades adicionais Skype

81 Componentes VOIP Servidores Podem também fornecer mecanismos adicionais de encaminhamento de chamadas São também responsáveis pela autenticação de registos, autorização dos participantes nas chamadas e elaboração de contabilização

82 Componentes VOIP Gateway São terminais de telefone que facilitam a comunicação entre sistemas terminais que não inter-operam –Tradução de protocolos de sinalização SIP e ISDN –Tradução entre endereços de rede diferente IPv6/IPv4 –Tradução entre Codecs Podem acumular várias destas funcionalidades Gateways –VOIP/PBX é fácil –Entre diferentes protocolos VOIP já é mais complicado

83 Componentes VOIP Pontes de Conferência Fornecem meios para ter conferência multiponto ad hoc ou previamente programadas Têm requisitos muito elevados de recursos –Servidores dedicados –Hardware especial para media

84 Componentes VOIP Endereçamento O utilizador precisa de se identificar a si próprio e destinatário da chamada Idealmente –Identificador deve ser independente da localização do utilizador –Deve ser a rede a localizar o utilizador –Um utilizador deve ser identificado de vários formas

85 Componentes VOIP Endereçamento Rede Telefónica normal –Números E.164 Ex: Ao discar o + é substituído por 00 seguido o código de país e número do assinante –Inicialmente na telefonia IP usava-se o endereço IP Difícil de memorizar Dependente da localização física

86 Componentes VOIP Endereçamento Actualmente –URIs (RFC 2396) –Números (E.164) URIs –Usa um espaço de nomes registado para descrever um recurso duma forma independente da localização Endereços Idenficadores SIP e H.323

87 ENUM ENUM é um protocolo definido pelo RFC 2916, que tem como objectivo traduzir números E.164 em nomes de de domínio Internet O ENUM permite o uso de números de telefone tradicionais num contexto de diferentes meios de comunicação nomeadamente os resultantes do desenvolvimento das Redes IP ( , VOIP) facilitando a penetração das novas aplicações no mercado

88 O objectivo do ENUM Correspondência entre números de telefone no mundo Permite a qualquer dispositivo IP estabelecer quando um número de telefone está descrito por um endereço de ponto de serviço IP –E … qual é o ponto de serviço Internet preferido actualmente –E.. Que endereço IP, protocolo, numero de porta e endereço de aplicação deve ser usado para contactar o ponto de serviço preferido

89 O que é o ENUM? ENUM é parte da extensão da RTC na Internet –ENUM é definida pelo IETF e traduz qualquer número E164 number em pontos de serviço Internet; [RFC 2916, September 2000] Define o uso de RRs do DNS para estabelecer a correspondência para uma colecção de endereços de serviço incluindo: –endereços SIP / H.323 VOIP –servidores IP FAX servidores Voice Mail – serviços PSTN (redirect)

90 Porquê o ENUM? Cada central VOIP é uma rede terminal ligada à RTC Cada gateway duma central VOIP tem que usar a RTC para chegar a outros terminais VOIP = Tem que se pagar à mesma aos operadores de telecomunicações ENUM é uma forma de ligar as ilhas VOIP no mar da RTC ENUM permite que cadal gateway duma central VOIP descobrir outros gateways VOIP se necessário Terminais VOIP podem chamar outros terminais VOIP sem recorrer à RTC = Evita-se pagar às operadoras de telecomunicações As funcionalidades disponibilizadas para chamadas originadas na RTC não são muito claras no ENUM

91 O mundo do multi-Gateway VOIP A RTC é usada como rede inter-VOIP –Implicações óbvias nos custos a pagar às operadoras de telecomunicações –Implicações mais subtis para as redes VOIP privadas extendidas PSTN Internet

92 VOIP + ENUM = PSTN Bypass Como pode ser encontrado o gateway VOIP de forma dinâmica? –Pode um número de telefone ser atingível através dum dispositivo Internet? –Se sim, qual é o endereço de serviço Internet? PSTN Internet

93 Como funciona o ENUM? Um gateway ENUM VOIP Gateway consulta primeiro o DNS para verificar se o número discado é atingivel através dum serviço A resposta do DNS é uma colecção ordenada de URIs (NAPTR records) Se há uma resposta, o gateway selecciona o serviço preferido para completar a chamada e164.arpa 2. Gateway DNS Query 3. DNS URI response tel: tel: A minha preferência para chamadas de voz é: Tente estabelecer uma chamada VOIP para o meu servidor sip, depois o telefone móvel e a seguir o fixo. 1. Dial: Gateway IP Phone DNS Resolver 4. SIP call to

94 Qual é o potencial do ENUM? ENUM pode também fazer uma correspondência dum número de telefone para um endereço de , endereço web, ou qq outra forma de endereço, especificada por um URL ENUM tem como objectivo potenciar a reciclagem dos números de telefone com identificadores de serviço Internet –Permite o uso dum número de telefone tradicional num meio de comunicação diferente como por exemplo endereço de , mensagem instantânea, páginas web pessoais e pode facilitar a penetração de novas aplicações no mercado –Uma pessoa, um número, múltiplos serviços

95 E.164 como identificador universal? Use this number for any service: ENUM fax: tel:

96 ENUM: mais informação O RFC Cap. 7 do cookbook

97 Protocolos para VOIP

98 Ligação da Rede IP à RTC Que problemas se colocam? Que componentes e protocolos são necessários? Como suportar a voz na rede IP? A rede IP é adequada?

99 Ligação da Rede IP à RTC Identificação dos utilizadores –Conversão de identificadores Sinalização da chamada –Protocolos de sinalização Transferência dos média –Conversão de média –Transporte : TCP vs UDP Conferências –IP Multicast …

100 Protocolos e Normas

101 Protocolos e Normas (contd.)

102 Pilha de Protocolos H.323 Presentation Session Transport Data Link Physical Network Audio Signal G.711 G.722 G G.728 G.729 Video Signal H.261H.263 T.127 Data T.126 RTCP H.235 UDP RASRTP T.124 T.125/T.122 Supplementary Services H.450.3H H Control H.245H.225 TCP X IP

103 Protocolos H.323 H.225 Covers narrow-band visual telephone services H.225 Annex G H.235 Security and authentication H.245 Negotiates channel usage and capabilities H Series defines Supplementary Services for H.323 H Call Transfer supplementary service for H.323 H Call diversion supplementary service for H.323 H Call Hold supplementary service H Call Park supplementary service H Call Waiting supplementary service H Message Waiting Indication supplementary service H Calling Party Name Presentation supplementary service H Completion of Calls to Busy Subscribers supplementary service H Call Offer supplementary service H Call Intrusion supplementary service H ANF-CMN supplementary service H.261 Video stream for transport using the real-time transport H.263 Bitstream in the RTP Q.931manages call setup and termination RAS Manages registration, admission, status RTCP RTP Control protocol RTP Real-Time Transport T.38 IP-based fax service maps T.125 Multipoint Communication Service Protocol (MCS).

104 Arquitectura H.323

105 Desenvolvimento típico H.323

106 Protocolos A série de recomendações H.323 evolui do trabalho do ITU-T no videotelefone e conferência multimédia para RDIS até 2 Mbit/s na série H.320 O ITU-T trabalhou em comunicações similares sobre redes ATM (H.310, H.321) Na RTC analógica (H.324) Na então recém nascida Ethernet isócrona (H.322) A partir de 1995 começou a trabalhar em LANs com o IP como protocolo de nível de rede –Problema da Qualidade de Seviço

107 Protocolos A versão inicial do H.323 foi aprovado pela ITU- T em Junho de 1996 –Os problemas com o QoS atrasaram o processo até o 1998 H.323v2 e H.323v3 3m 1999 –Incorporação de muitas novas funcionalidades para servir de base ao telefone sobre IP à escala global –Muitos novos melhoramentos no H.323v4 em finais de 2000 Fiabilidade, escalabilidade, flexibilidade

108 H.323: Abrangência e componentes

109 H.323: Protocolos de sinalização

110 Descoberta do Gatekeeper e Registo

111 Endereços e Registos H.323 suporta vários tipos de endereços –Endereço numérico (RTC) Não inclui informação adicional (Plano de discagem) O servidor converte-o num endereço de entidade –H.323-ids: Endereços tipo , URL-ID –Ao contrário do SIP Um endereço registado por zona que resolve num ponto terminal Chamadas 1:n requerem um gatekeeper a expandir o endereço colectivo Registos –Expiram após um tempo bem definido –Mensagem de KeepAlive –Registos aditivos

112 Modelos de Sinalização Sinalização Directa Sinalização de chamada via gatekeeper Controlo H.245,RAS H.225 e H.225 via Gatekeeper

113 Sinalização Directa

114 Sinalização via gatekeeper

115 Sinalização controlada por H.245

116 Fases de uma comunicação H fases: –Estabelecimento de chamada –Comunicação inicial e troca de funcionalidades –Estabelecimento da comunicação audiovisual –Serviços de chamada –Terminação de chamada

117 Estabelecimento de chamada Pode ter as seguintes realizações –Básica com 2 terminais não registados Comunicação directa –2 terminais registados no mesmo gatekeeper –Só o terminal chamador tem gatekeeper –Só o terminal chamado tem gatekeeper –Ambos os terminais têm gatekeepers diferentes Comportamento do terminal depende da configuração do modelo de sinalização

118 Estabelecimento de chamada Gatekeeper A Gatekeeper B Terminal ATerminal B

119 Estabelecimento de chamada Utilização do FAST CONNECT –Acelera o estabelecimento duma chamada ponto-a- ponto Apenas num RTT –É usado se a entidade chamadora tiver este elemento activo Connect –Permite abrir imediatamente os canais de média –Senão for usado o FAST Connect é necessário usar as mensagens H.245 para troca de capacidades e abertura dos canais de média –Fast connect permite mais informação para o estabelecimento de gateways H.323/SIP

120 Call Set-up H.323

121 Comunicação inicial e troca de funcionalidades Canal de controlo H.245 –Usado para troca de funcionalidades e abrir canais de media –Aberto a seguir ao CONNECT, ALERTING, CALL PROCEEDING ou RELEASE COMPLETE –Mensagem TERMINALCAPABILITYSET –MASTERSLAVEDETERMINATION(ACK) Encapsulado em mensagens H.225

122 Comunicação Audiovisual Aberta usando procedimentos H.245 Aberto 1 canal lógico por stream de informação –Áudio e Vídeo sobre transporte não fiável –Dados sobre transporte fiável

123 Comunicação Audiovisual

124 Serviços de Chamada Serviços invocados pelo terminal quando a chamada está activa Bandwidth Change Services Supplementary Services

125 Terminação de chamada Feita pelo ponto terminal ou gatekeeper A terminação dos média (áudio, vídeo, dados) só quando os canais estão fechados H.245 ENDSESSIONCOMMAND –Se recebida de volta é fechado o canal de controlo H.245 –Deve ser enviada uma mensagem RELEASE COMPLETE para fechar o canal de sinalização –Terminar a chamada não significa terminar uma conferência É necessária uma mensagem H.245 DROPCONFERENCE enviada pelo MC

126 Terminação de Chamada Terminador sem gatekeeper Terminador com gatekeeper –Gatekeeper precisa de ser informado da terminação Terminal->Gatekeeper: Disengage Request (DRQ) Gatekeeper->Terminal: Disengange Confirm (DCF) Feita pelo gatekeeper Gatekeeper->Terminal: Disengage Request (DRQ) Terminal ->….: Release Complete Terminal->Gatekeeper: Disengage Confirm (DRQ)

127 Localização de Terminais fora de Zona LOCATION REQUEST (LRQ) Unicast ou Multicast Pode envolver uma rede gatekeepers LOCACTION CONFIRM (LCF) TSAP: IP+Nº Porta

128 Exemplo de Chamada (1)Permissão para Chamar B (2) Confirmação e Endereço (3) Est.Canal de Sinalização (4)Determinação de Localização e Reencaminhamento de pedido (6,7) Confirmação de permissão de aceitação (8) Indicação de Alerta ou Chamada estabelecida

129 Serviços de chamada adicionais Conferência –Suporta conferências fechadas –Controlo de acesso –Gestor de Conferência –MC+MP: sincronização da conferência Conferência em difusão –Suporte de conferências abertas tipo MBONE Serviços suplementares –Transferência de chamada –Chamadas em espera (com mensagem) –….

130 Segurança H.235 Autenticação –Password, Assinaturas digitais Integridade –Geração de verificações de mensagem via password Privacidade –Para cifragem dos média –DES, Triple DES ou RC2

131 Sinalização: SIP Session Initiation Protocol –Protocolo Multimédia que tira partido do modelo iInternet para construir redes e aplicações VOIP com base numa arquitectura distribuída Entidades –Agente do Utilizador –Gateways –Servidor Proxy –Servidor Redirect –Servidor Registrar Protocolos (RFC 2543 v1, RFC 3261 v2) –SDP ( Session Definition Protocol ) –URLs –DNSs –TRIP ( Telephony Routing Over IP)

132 SIP (Session Initiation Protocol) Protocolo de controlo ao nível de aplicação –que pode estabelecer, modificar e terminar – sessões e chamadas multimédia. Essas sessões multimédia incluem –conferências multimédia –ensino à distância –telefone sobre IP O SIP pode envolver –pessoas – robots como serviço de armazenamento. O SIP pode convidar participantes –para sessões unicast como Multicast –O niciador não precisa de ser mebro da sessão para a qual é convidado

133 Servidores SIP Servidor Proxy SIP – reencaminha a sinalização de chamada funcionando tanto como cliente como servidor –Funciona de forma transacional, isto é, não mantém informação de estado – Servidor SIP Redirect –Redirecciona chamadas para outros servidores Servidor SIP Registrar – Aceita pedidos de registo dos servidores –Mantém informações de utilizadores num Servidor de Localização (como o GSM)

134 Session Initialization Protocol O chamador e o chamado trocam mensagens de texto –Formatos são similares ao HTTP O chamado é identificado através dum URL SIP, –A parte do utilizador é um nome do utilizador ou um nº de telefone –A parte do host é um nome de domínio ou um endereço de rede

135 Registo SIP

136 Session Initialization Protocol (SIP) Um participante pode registar o seu identificador na localização corrente via um servidor de registo. –Suporta a mobilidade do utilizador uma vez que as chamadas são redireccionadas para a localização actual do utilizador O DNS está a ser expandido para disonibilizar lookups para a localização normal do utilizador

137 Estabelecimento de chamada directa SIP INVITE Session parameters …... (Response) OK Session parameters ……. ACK

138 SIP (Estabelecimento de chamada)

139 SIP (Estabelecimento de chamada com redirecção)

140 Proxy vs. Redirect A servidor SIP server pode servidor de proxy ou redirecionar um pedido de chamada –Qual dos métodos aplicar é um problema de configuração. Pode ser configurado estática ou dinamicamente A redirecção é útil se o utilizador se mover ou mudar o seu fornecedor de serviço –PSTN: The number you have dialed is not available.) – o utilizador da próxima vez não precisa de tentar o mesmo servidor O Proxy é util se é necessário for necessário mais controlo: AAA, firewall, etc…

141 Encoding: SIP is a text-based protocol and uses the ISO character Format : SIP-message = Request | Response generic-message = start-line *message-header CRLF [ message-body ] start-line = Request-Line | Status-Line message-header = ( general-header | request-header | response-header | entity-header ) Method = "INVITE" | "ACK" | "OPTIONS" | "BYE" | "CANCEL" | "REGISTER" Mensagens SIP

142 Códigos de Resposta SIP 4yzClient – 400 Bad Request – 401 Unauthorized – 482 Loop Detected – 486 Busy Here 5yzServer failure – 500 Server Internal Error 6yzGlobal Failure – 600 Busy Everywhere Borrowed from HTTP: xyz explanatory text Receivers need to understand x 1yz Informational – 100 Trying – 180 Ringing (processed locally) – 181 Call is Being Forwarded 2yz Success – 200 ok 3yz Redirection – 300 Multiple Choices – 301 Moved Permanently – 302 Moved Temporarily

143 Mensagens SIP INVITE –Descripção de sessão incluída no corpo da mensagem. –re-INVITE usados para mudar estado da sessão ACK confirma estabelecimento de sessão – pode ser usado apenas com o INVITE BYE termina sessões CANCEL cancela um INVITE pendente OPTIONS pergunta sobre funcionalidades REGISTER associa um endereço permanente à localização corrente

144 Arquitectura SIP

145 Sinalização: MGCP, MAGACO Media Gateway Control Protocol –Usar o modelo de pacotes de software e disponibilizar uam arquitectura centralizada para controlar as chamadas e os serviços –Controlador os gateways de telefone de elementos externos de controlo de chamada designados por gateway de controlo de média ( media gateway controllers ) ou agentes de chamada (call agents). Entidades –MGC (Media Gateway controller / Call agent) –MG (Media Gateway) Protocolos –MGCP v1 – RFC 2705 –H.248 (H.248 / MAGACO) – RFC 3525 –SDP (Session Definition Protocol) - RFC 3407

146 Arquitectura MGCP PSTN PBX T1/E1 FXO/FXS E&M Call Agent MGCP Voice Gateway MGCP RTP IP Phone ( MGCP Client ) IP Phone ( MGCP Client )

147 Comparação da Sinalização VoIP

148

149 DTMF

150 Gateway Asterisk: O que é? Um software completo de PBX software para plataformas Linux desenvolvido pela Digium (M.S.) Faz a comutação de chamadas num PBX, tradução de CODECs, e várias aplicações Software Open Source sob licença GNU

151 Asterisk: Aplicações Voic Discar numa interface (ZAP, SIP, IAX, etc) Pontes para Conferência Filas para distribuição automática de chamadas –ACD Queues –Excelentes para Call Centers Resposta interactiva por voz – IVR ( press 1 if you know the ext) Operações em Bases de Dados ENUMlookup AGI (asterisk gateway interface, como a CGI) –Para scripting

152 Asterisk: Visão geral

153 Asterisk: Lógica de chamada Usa uma máquina de estados para saber o que fazer com a chamada –Contexto : A origem da chamada (SIP, RFN, etc) –Extensão: o número discado pelo utilizador –Prioridade: Um contador que ordena a sequência de comandos

154 Asterisk: Exemplo de Lógica de chamada Um utilizador disca 3001, que é uma extensão para a central Central. O utilizador está definido no contexto local ( context => local) extensions.conf [local] exten => 3001,1,Voic main2 Um utilizador sip (4001) disca 1001 que é um telefone analógico (Zap/1), e cai no voic se estiver indisponível (ninguém responde em 30 secs) sip.conf [4001] Username=4001 Context=from-sip … extensions.conf [from-sip] exten => 1001,1,Dial(Zap/1,30 ) exten => 1001,2,Voic 2(u1001)

155 Asterisk: ENUM Como é que um utilizador da RFN pode chamar um utilizador SIP? Só tem teclado numérico normal? Como especificar um URI? ENUM. Cria um directório global que faz a correspondência número de telefones para endereços SIP (ou ) DNS lookup (E.164 -> URIs) As interrogações E.164 queries são formadas com os números ao contrário separados com pontos com domínio de topo ENUM no fim (normalmente e164.arpa) – e164.arpa

156 Asterisk: Enum Example

157 Asterisk: IAX Inter-Asterisk eXchange (IAX) –Usada pelo gateway Asterisk como alternativa ao SIP, H.323, etc Suporta estilo de segurança PKI e tronca Quando se usa tronca, aloca apenas a largura de banda usada Qualidade similar ao SIP, mas com o aumento de número de conexões (no modo tronca) torna-se melhor –Versions: IAX and IAX2

158 Asterisk: IAX (cont) IAX é transparente ao NAT/PAT IAX2 triplica as chamadas da tronca por megabyte –100 chamadas/MB (com o G.729) Cerca de 1000 utilizadores registados iaxtel (como FWD)


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