Administração e Projeto de Redes Material de apoio VoIP – Voice over IP Cap.17 25/01/2010

Esclarecimentos Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a leitura da bibliografia básica. Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais. O conteúdo de slides com o título “Comentário” seguido de um texto, se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide correspondente. Bibliografia básica: KUROSE, James F.; ROSS, Keith. Redes de Computadores e a INTERNET - Uma nova abordagem. Pearson. : , 2004.

VoIP Voice over Internet Protocol Utilizar uma rede IP (exemplo, Internet), que só trafega dados, para trafegar voz. O conceito é razoavelmente simples: converter os pacotes de voz analógicos provenientes de aparelhos telefônicos e PABX em pacotes digitais formatado como pacote IP. Primeira experiência de transmissão de pacotes IP com áudio, entre a University of Southern California e o Massachusetts Institute of Technology (Ago/1974). A primeira RFC (Request for Comments) sobre pacotes de voz: RFC 741 (1977). By Silvano C Junior

Comentário: Etapas VoIP Transmissão VoIP Sinal analógico de voz: canal de voz padrão com largura de banda entre 0 a 4KHz. Amostragem do sinal digital: coleta de 8000 amostras/segundo. Quantizar cada amostra: arredondar o valor amostrado para o valor mais próximo ao código digital correspondente. Codificar o valor quantizado em um código de 8 bits (possibilitando identificar 256 níveis de variação do sinal de voz). O resultado é um sinal digital a 64Kbps. Comprimir o sinal digital (existem vários padrões de codificador). Criar pacotes IP com a informação. Transmitir os pacotes IP. Recepção VoIP Receber os pacotes VoIP. Recuperar informação VoIP. Descomprimir a informação. Recuperar o sinal de 64Kbps. Recuperar cada amostra de 8 bits (8000 amostras/segundo). Converter o sinal digital em sinal analógico.

Conceitos O uso mais simples de VoIP é a comunicação Computador a Computador (normalmente o serviço nessa configuração é grátis). O provedor do serviço tem os recursos de telefonia. Usando a Internet, sendo o SKYPE um dos programas mais utilizados para este fim. Internet A voz digitalizada é retirada dos pacotes IP restaura para a forma original A Internet é “grátis” Não há tarifação por distância ou tempo Voz é digitalizada é colocada em pacotes IP Provedor tem os recursos de telefonia VoIP

Telefonia IP  Telefonia IP é a aplicação de VoIP que permite estabelecer chamadas telefônicas com a rede de telefonia privada ou pública (fixa e celular). Os serviços de Telefonia IP existentes são de 2 tipos: Para fazer chamadas para rede pública: neste caso o usuário disca o número convencional do telefone de destino para completar a chamada. Para fazer e receber chamadas da rede pública: neste caso o usuário recebe um número convencional de telefone, para receber as chamadas da rede pública, e disca o número convencional do telefone de destino para fazer a chamada para a rede pública.

Telefonia Convencional x VoIP Característica Telefonia Convencional Telefonia VoIP Conexão na casa do usuário Cabo de cobre (par trançado) Banda larga de Internet Falta de Energia Elétrica Continua funcional Pára de funcionar Acesso em qualquer lugar do mundo, desde que conectado a Internet Mobilidade Limitada a casa do usuário Associado à área local do número contratado Número Telefônico Associado ao domicílio do usuário Área local do número contratado Chamadas locais Área local do domicílio do usuário

Tipos de Telefone VoIP Telefone Hardware. Telefone software. Adaptador de telefone analógico (ATA). Tem atribuído um endereço IP: Podem ser usados vários terminais no mesmo IP mas são independentes. É possivel que um terminal possa ter mais que um endereço para receber chamada (“2 linhas”). Se forem usados servidores de Telefone IP os terminais registram-se nele a serem ativados.

Telefones para VoIP Os serviços VoIP utilizam telefones apropriados para as redes IP e que são muito diferentes, dos telefones analógicos convencionais, por serem digitais e possuírem recursos semelhantes àqueles encontrados nos computadores. Normalmente utilizam-se os seguintes tipos de telefones IP: Computador (com programa Softphone): o próprio computador pode ser usado como telefone IP, desde que tenha uma placa de som, um microfone, alto falantes ou fones de ouvidos, e um programa do tipo softphone, que possui todos os recursos para funcionar como um telefone IP. Adaptador para Telefone Analógico (ATA): é um dispositivo que funciona como um conversor de telefone IP para um telefone analógico convencional. O ATA tem uma porta Ethernet convencional para acesso a LAN e um conector onde se liga um telefone analógico convencional. Telefone IP: é um telefone que possui todos os recursos necessários para um serviço VoIP. Para ser usado é necessário apenas conectá-lo à LAN para fazer e receber ligações do serviço VoIP.

Estrutura Tradicional (separação das redes de dados e voz) RNTf WAN IP

Situação tradicional com PABX (não VoIP) Situação tradicional de interligação com a rede de telefonia pública.

Cenário 1 p/ VoIP: Tronco entre PABXs Integração entre a Rede Telefônica e de Dados. Digitalização IP do entroncamento entre os PABX convencionais com interface de tronco VoIP. PABX

Cenário 2 p/ VoIP: PABX VoIP com entroncamento convencional As funções do PABX estão distribuídas no IP Telephony Call Server e Gateway. A rede telefônica pública não percebe nenhuma diferença entre PABX tradicional e PABX VoIP. PABX VoIP Rede Pública de Telefonia Convencional LAN

Cenário 3: Integração VoIP c/ PABX As funções do PABX estão distribuídas no IP Telephony Call Server e Gateway. O PABX tradicional e a PSTN não percebem nenhuma diferença entre eles e a IP Telephony. PABX VoIP PABX convencional LAN Rede Pública de Telefonia Convencional

Cenário 4: VoIP completo com vídeo Solução utilizando PABX tradicional com protocolo ISDN (RDSI – Rede Digital de Serviços Integrados), video-conferência e IP Telephony

Causas da baixa qualidade da voz c/ VoIP Pouca disponibilidade de banda nos acessos e na rede Atraso Jitter (variação do atraso dos pacotes é denominado jitter) Perda de pacotes Eco

Pouca disponibilidade de banda (bps) (1/2) Efeito O volume de dados de voz gerado acaba não encontrando capacidade de entrega pela rede e o sinal de voz não chega ou chega entrecortado. Alternativas Aumentar a capacidade dos links. Efetuar a supressão de silêncio codificando o tempo de silêncio ao invés de transmitir um sinal de silêncio, proporcionando melhor aproveitamento da banda. Conversação = 50% - 40% Pausas = 50% - 60% Uso do VAD (Voice Activity Detection) fala silêncio sem pacote pacote

Pouca disponibilidade de banda (bps) (2/2) Compressão de Cabeçalhos IP - RFC 2508 Carga útil Header = 40 bytes IP Header (20) UDP (8) RTP (12) 20 bytes 2-4

Atraso e Jitter No processamento: Tempo necessário para coletar as amostras codificadas e colocá-las em pacotes da rede. Na rede: Meio físico de transmissão. Capacidade das ligações e dos nós intermediários. Capacidade dos buffers utilizados na recepção para remover o Jitter do atraso de pacotes. JITTER do atraso de pacotes: variabilidade do tempo de atraso de chegada dos pacotes devido ao tráfego na rede.

Comentário: Atraso Limites estabelecidos para o tempo de transmissão fim-a-fim em um sentido: Atraso total de sistema. 0 a 150 ms - Aceitável para a maioria das aplicações 150 a 400 ms - Deve ser avaliado o impacto na qualidade da aplicação acima de 400 ms - Geralmente inaceitável

Compensação da Perda de Pacotes Efeito: a perda de pacotes pode acarretar truncamento do sinal de voz. Alternativas “Recuperar” os pacotes perdidos voltando a reproduzir o último pacote recebido. Enviar informação redundante: enviar a informação mais de uma vez. Evitar e controlar a congestão na rede.

Requisitos dos equipamentos de rede Roteadores: Todos os roteadores em que o pacote de voz irá trafegar deverão suportar funcionalidades de QoS. Switches: Todos os switches da rede deverão possuir alguma forma de priorização de tráfego (QoS). Hubs: A LAN do cliente não poderá possuir Hubs nos segmentos onde haverá tráfego VoIP.

Endereçamento Atualmente usam-se Números (E.164) e URIs (RFC 2396) Rede Telefônica normal: Números E.164: Ex: +351 253 604431. Inicialmente na telefonia IP usava o endereço IP. Mas era: Difícil de memorizar. Dependente da localização física. URIs Usa um espaço de nomes registrado para descrever um recurso de forma independente da localização: Endereços E-Mail. Identificadores SIP e H.323.

ENUM ENUM [RFC 2916]: tem como objetivo traduzir números E.164 em nomes de domínio Internet e dessa forma, ligar as ilhas VoIP no mar da RTC – Rede Telefônica Convencional. O ENUM permite o uso de números de telefone tradicionais num contexto de diferentes meios de comunicação resultantes do desenvolvimento das Redes IP (email, VoIP), para facilitar a entrada de novas aplicações. ENUM permite que cada gateway de uma central VoIP descubra outros gateways VoIP , se necessário. Terminais VoIP podem chamar outros terminais VoIP sem recorrer à RTC e assim, evita-se pagar as operadoras de telecomunicações, já que as ligações serão efetuadas somente pela rede de telefonia IP.

Protocolos H.323 O padrão H.323 é um conjunto de protocolos para sinalização e controle da comunicação entre terminais que suportam aplicações de áudio (Voz), vídeo ou comunicação de dados multimídia. É uma recomendação “guarda-chuva” do ITU-T que define padrões para comunicação multimídia através de redes que não oferecem Qualidade de Serviço (QoS) garantida, como é o caso das redes do tipo LAN, IP e Internet.

Configuração sistêmica típica com H.323

Protocolo SIP - Session Initiation Protocol Baseado no HTTP. Arquitetura cliente-servidor. Protocolo de controle referente à camada de aplicações do Modelo OSI, usado para gerir uma sessão entre usuários multimídia. Funcionalidades: Localização de usuários. Estabelecimento de chamadas. Suporte a unicast ou multicast. Administração na participação de chamadas (transferências, conferência, ...). Possibilidade de participação de um usuário em terminal H.323, via gateway.

Arquitetura SIP

Comparação H323 x SIP