Serviços Multimídia em Redes 5ºSemestre Aula 01 Prof Serviços Multimídia em Redes 5ºSemestre Aula 01 Prof. Carlos Vinícius cvalves@senacrs.edu.br SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM COMERCIAL FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAC PELOTAS

Componentes da tecnologia; Exemplos de cenários e aplicações; Sumário Fundamentos de VoIP (Voz sobre IP); Componentes da tecnologia; Exemplos de cenários e aplicações; Referências;

VoIP (Voz sobre IP) Voice over IP (VoIP) Conceito: “Telefonia/Voz sobre a pilha de protocolos TCP/IP, com possibilidade de integração com a rede pública de telefonia”. VoIP não é um protocolo. É uma coleção de protocolos e padrões que permitem a codificação, transporte e roteamento (sinalização) da chamadas de áudio sobre uma rede TCP/IP. Telefonia IP é um subconjunto de VoIP. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 3

Não há congestionamento VoIP (Voz sobre IP) Redes baseadas em Circuitos Tipos de Tráfego Voz PBX Desperdício de banda Utilização Outros 50–60% LAN Vídeo Enlace WAN Fatias de tempo (TDM) Time Division Multiplexing – Tipo de multiplexação que perite a transmissão de vários sinais simultaneamente dentro do mesmo meio Desperdício de Banda Não há congestionamento Serviços Multimídia em Redes – VoIP 4

Alta eficiência na utilização da Banda Gerência de Congestionamento VoIP (Voz sobre IP) Redes de Pacotes Tipos de Tráfego Voz PBX F I L A Utilização Vários 90–95% LAN Células/Pacotes/Quadros Vídeo Pacotes Individuais Alta eficiência na utilização da Banda Gerência de Congestionamento Serviços Multimídia em Redes – VoIP 5

Momento atual para o mercado de serviços VoIP VoIP (Voz sobre IP) Momento atual para o mercado de serviços VoIP Problema Dados Voz Voz Dados Economia Consolidação da Rede Custos de Utilização Disponibilidade de Largura Banda mais barata Tráfego de Voz excede ao de dados Avanços em QoS Padrões e protocolos abertos DSP SIP H.323 MGCP IAX IP Precedence, RSVP 802.1p,DiffServ Avanços em Digital Signal Processors (DSP) Serviços Multimídia em Redes – VoIP 6

VoIP (Voz sobre IP) Custo por ponto de um sistema telefônico proprietário (PBX) vs. Custo por porta de switch padrão Ethernet Serviços Multimídia em Redes – VoIP 7

Vantagens x Desvantagens do VoIP VoIP (Voz sobre IP) Vantagens x Desvantagens do VoIP Vantagens: Convergência; Possibilidade de novos serviços e aplicações; Diminuição de custos das ligações (DDD/DDI); Melhor aproveitamento da infra-estrutura de rede existente. Desvantagens: Custo dos equipamentos; Requisitos para garantir a qualidade da telefonia convencional (QoS); Problemas para garantir a localização das chamadas (911 nos EUA). Serviços Multimídia em Redes – VoIP 8

VoIP (Voz sobre IP) Componentes: Protocolos, recomendações e padrões SIP, H.323, MGCP, IAX RTP/RTCP, SDP ENUM Codecs (codificadores/decodificadores) Arquiteturas Equipamentos Serviços Multimídia em Redes – VoIP 9

VoIP (Voz sobre IP) Esquema simplificado da distribuição dos protocolos e recomendações VoIP Dados Sinalização Sinalização Transporte dos Dados (Voz) Transporte da Sinalização/ Mídia Transporte da Sinalização/ Mídia Serviços Multimídia em Redes – VoIP 10

Codecs (codificadores/decodificadores): VoIP (Voz sobre IP) Codecs (codificadores/decodificadores): Tem a função de gerar bits a partir de amostras de voz Podem fazer a compressão da voz, diminuindo a largura de banda necessária para a transmissão Inserem perdas na qualidade do sinal da voz Existem codecs comerciais e gratuitos Possuem papel importante na tecnologia de VoIP Serviços Multimídia em Redes – VoIP 11

VoIP (Voz sobre IP) Processo de Digitalização, Codificação e Empacotamento de amostras de voz Aplicação Transporte Rede Enlace Física Digitalização Codificação Compactação Inserção dos cabeçalhos Overhead muito alto Serviços Multimídia em Redes – VoIP 12

Tabela com características de alguns codecs VoIP (Voz sobre IP) Tipos de Codecs Baseado em forma de onda (WaveForm codecs) Amostragem e digitalização Baseado em voz humana (Vocoders) Transmite parâmetros de variação de uma voz padrão Características G.711 G.729A G.723.1 Kbps 64 8 5.3-6.3 Quadro (ms) 10 30 Atraso algor. (ms) - 15 37.5 Qualidade Ótima Boa Tabela com características de alguns codecs Serviços Multimídia em Redes – VoIP 13

Características dos Codecs VoIP (Voz sobre IP) Características dos Codecs Recuperação de perdas Nível de perdas de pacotes deve ficar abaixo dos 5% para não haver prejuízo na qualidade da conversação Quanto maior a compressão e número de amostras por pacote, menor a tolerância a perdas Consumo de banda diretamente relacionado a compressão dos codecs Detecção de atividade de voz (VAD – Voice Activity Detection) Serviços Multimídia em Redes – VoIP 14

Cálculo da Banda Consumida VoIP (Voz sobre IP) Cálculo da Banda Consumida Assumindo uma rede Ethernet e uso do codec G.711 (PCM) As amostras são coletadas a cada 20ms (50 pacotes por segundo) Cada pacote contêm 160 bytes de áudio Largura de banda do codec: 64Kbits Cabeçalhos dos protocolos: RTP, UDP, IP e Ethernet (12 bytes + 8 bytes + 20 bytes + 38 bytes) = 78 bytes (overhead) por pacote Aplicação Transporte Rede Enlace Física Áudio RTP/UDP IP Ethernet Física 160 bytes 12+8 bytes 20 bytes 38 bytes Física Banda Real: 95,2 kbits Serviços Multimídia em Redes – VoIP 15

Componentes Protocolos e padrões: ITU-T – H.323 É uma recomendação abrangente que determina os padrões a serem utilizados para: sinalização; estabelecimento de sessões; controle de chamadas; gerenciamento de largura de banda; controle de admissão; codecs para transferência de áudio e vídeo, e; protocolos de transferência de dados. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 16

Componentes ITU-T – H.323 RTCP RTP TCP UDP IP Distribuição das recomendações e protocolos do H.323 Gatekeeper H.225.0/RAS G.7xx H.26x H.235 (Opcional p/ Criptografia) RTCP H.245 T.120 H.225. 0 / Q931 RTP TCP UDP IP Serviços Multimídia em Redes – VoIP 17

Implementações do H.323 Bibliotecas: Gatekeeper: Terminais: OpenH323 – http://www.openh323.org Gatekeeper: GnuGK – http://www.gnugk.org Terminais: Openphone – http://www.openh323.org Serviços Multimídia em Redes – VoIP 18

IETF - SIP (Session Initiation Protocol) Componentes IETF - SIP (Session Initiation Protocol) Protocolo com funções de sinalização Mensagens Textuais Parecidas com o protocolo HTTP Parte de um conjunto de vários protocolos SDP (Session Description Protocol) – Descrição de sessão SIP – Início de sessão Adotado amplamente pela indústria Serviços Multimídia em Redes – VoIP 19

IETF - SIP (Session Initiation Protocol) Componentes IETF - SIP (Session Initiation Protocol) Agentes: Clientes – originam as chamadas Telefones SIP, softphones (e.g messenger) Servidores – atendem ou direcionam a chamada Proxy (funciona também como cliente) Redirect User-agent Registrar Serviços Multimídia em Redes – VoIP 20

IETF - SIP (Session Initiation Protocol) Componentes IETF - SIP (Session Initiation Protocol) Funções dos servidores: Telefone SIP Messenger, ... Ponto a ponto (sem servidor): Cliente User Agent User Agent Cliente Servidor Proxy: Client/ User Agent Proxy Client/ User Agent Servidor de Redirecionamento: Redirect 1 2 Client/ User Agent Client/ User Agent Servidor de Registro: Localização dinâmica Client/ User Agent Registrar Serviços Multimídia em Redes – VoIP 21

IETF - SIP (Session Initiation Protocol) Lógica de uma chamada: Componentes IETF - SIP (Session Initiation Protocol) Lógica de uma chamada: Serviços Multimídia em Redes – VoIP 22

Componentes Equipamentos: Softphones (Telefones em Software) Telefones IP Adaptadores analógicos (ATA) Gateways PABX IP (Private Automatic Branch Exchange) Serviços Multimídia em Redes – VoIP 23

Componentes Softphones Software de telefonia que permite a utilização de todas as funções de um telefone convencional, através da utilização de placa de som e microfone/fone de ouvido (headsets) Ideal para uso em laptops, uma vez que basta estar conectado à Internet para ser possível originar e receber chamadas IP, independente do local onde esteja. Softphones mais simples são gratuitos Softphones Serviços Multimídia em Redes – VoIP 24

ATA - Analog Telephone Adapter (Adaptador de Telefone Analógico) Componentes ATA - Analog Telephone Adapter (Adaptador de Telefone Analógico) Conecta-se um telefone convencional e passa a ser um terminal VoIP Funciona como um gateway de uma porta Basta conectar um telefone convencional e um cabo de rede para poder realizar ligações Custo relativamente baixo (~R$ 500,00) Serviços Multimídia em Redes – VoIP 25

Componentes Telefones IP Equipamento conectado diretamente a um acesso de rede, estando sempre em operação e dispensando o uso do computador para originar e receber chamadas. Funciona como uma linha telefônica convencional. Alimentação pela rede (Power over Ethernet) Custo alto (~R$ 700,00) Telefones USB são apenas uma interface, não um telefone IP! Serviços Multimídia em Redes – VoIP 26

Componentes Gateways Tem a função de converter a mídia e a sinalização entre VoIP e a telefonia convencional. Pode fazer a conversão entre protocolos de sinalização (H.323, SIP) e entre tipos de codecs Possuem capacidade de interface de telefonia digital - E1. Interfaces FXS e FXO (para uso com telefones e linhas convencionais) Alguns modens podem funcionar como gateways de uma porta FXO (Chipset MD3200) Serviços Multimídia em Redes – VoIP 27

Componentes PBX IP Linux É uma central telefônica digital conectada a rede local ou Internet, com todas as funcionalidades de um PABX. Os ramais são telefones IP, ATA ou softphones e não estão limitados ao ambiente da empresa, podendo estar instalados na rede da empresa ou num ponto remoto conectado a Internet. PBXs em software: Asterisk, SER, GnuGK (gratuitos) Cisco CallManager Linux Serviços Multimídia em Redes – VoIP 28

Componentes Cenários mais comuns de serviços VoIP: RPTC  VoIP  RPTC Telefonia Convencional Telefonia Convencional Rede TCP/IP Gateway Gateway Fone Fone VoIP  RPTC Telefonia Convencional Rede TCP/IP Gateway Fone IP Fone VoIP  VoIP Rede TCP/IP Rede TCP/IP Roteador Fone IP Fone IP RPTC – Rede Pública de Telefonia Comutada Serviços Multimídia em Redes – VoIP 29

Cenário típico de uma rede corporativa com serviços VoIP Componentes Cenário típico de uma rede corporativa com serviços VoIP Serviços Multimídia em Redes – VoIP 30

QoS (Quality of Service) Fatores de QoS Atraso - ideal 150ms, aceitável até 400ms Jitter - variação do atraso, limite de 75ms Taxa de perdas - abaixo dos 5% (depende do codec) Serviços Multimídia em Redes – VoIP 31

Inserção de atrasos, jitter e perdas na transmissão de pacotes VoIP QoS (Quality of Service) Inserção de atrasos, jitter e perdas na transmissão de pacotes VoIP Perdas Jitter Rede Digital Origem Conversor A/D Conversor D/A Destino sinal analógico amostras digitais voz comprimida voz comprimida Amostras digitais descomprimidas sinal analógico aplicação/terminal rede aplicação/terminal Atraso de captura, digitalização e compressão Atraso de transmissão Atraso de descompressão, conversão analógica e reprodução Serviços Multimídia em Redes – VoIP 32

QoS (Quality of Service) Como garantir os níveis de QoS: Nível 2 e 3 do modelo OSI (padrões IEEE 802.1p/q, VLANs, IP Precedende, DiffServ) Políticas de filas (roteadores e switches) Reserva de banda Serviços Multimídia em Redes – VoIP 33

QoS (Quality of Service) Como medir a Qualidade da voz: MOS (Mean Opinion Score) : Método Subjetivo Valor de referência Escala de 1 a 5 Valor 5 melhor qualidade Modelo E Recomendação ITU-T G.107 Método objetivo (comportamento da rede) Considera tipo de codec, atrasos e perda de pacotes Métrica “Fator R”, com escala de 0 a 100 Função de conversão para valores MOS Serviços Multimídia em Redes – VoIP 34

Skype; Gizmo Project; TeamSpeak; Solução da empresa GVT. Aplicações e Serviços Skype; Gizmo Project; TeamSpeak; Solução da empresa GVT. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 35

Aplicações e Serviços Skype: http://www.skype.com Com quase 210 milhões de downloads do cliente, o Skype é o serviço de VoIP mais utilizado atualmente; Clientes disponíveis para Windows, Linux, Mac OS X, Pocket PC, Android e iOS; Baseado em protocolos P2P (Peer to Peer); Possui integração com a rede de telefonia pública, através dos serviços SkypeOut e SkypeIn. Para usar o serviço, o usuário deve baixar o cliente e fazer o cadastro. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 36

Aplicações e Serviços Skype: http://www.skype.com O usuário é encontrado por um endereço alfanumérico, não possuindo relação com o a numeração da rede pública de telefonia. Os protocolos e os codecs usados pelo Skype são proprietários e não são divulgados. As informações públicas a respeito dos codecs reportam que o consumo de largura de banda fica entre 24 e 64 kbits, dependendo das condições da rede e processamento. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 37

Aplicações e Serviços Gizmo Project: http://www.gizmoproject.com O projeto Gizmo é baseado em padrões abertos (SIP); Cliente disponível para Windows/Linux/MacOSX; “ as chamadas telefônicas através da Internet devem ser gratuitas tais como as páginas web, e-mail e mensagens instantâneas”. Cadastro e download do cliente (softphone) Após o cadastro, o usuário receberá um número de identificação no padrão 1-747-XXX-XXXX. Serviços adicionais CallOut e CallIn; Banda larga. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 38

Aplicações e Serviços Gizmo Project: Serviços Multimídia em Redes – VoIP 39

Aplicações e Serviços TeamSpeak: http://www.goteamspeak.com TeamSpeak: Aplicação gratuita para uso não-comercial; Roda em Windows/Linux (servidor e cliente); Interessante para testar a tecnologia de VoIP; Existem vários servidores públicos; Vários codecs disponíveis, com largura de banda chegando aos 4Kbits; Protocolo proprietário; Usado principalmente para jogos on-line. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 40

Aplicações e Serviços GVT - VoIP: Serviço WebFone 100; http://www.gvt.com.br GVT - VoIP: Serviço WebFone 100; Baseado em banda larga; Reduz o custo das ligações de longa distância; Faz ligações pela Internet para 146 cidades com preço de ligação local; Pode receber e fazer ligações para qualquer telefone fixo ou celular; É fornecido um número telefônico, que será ativado em uma das 18 cidades brasileiras disponíveis, atualmente. Comparativo de tarifas com os serviços de DDD convencionais. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 41

Motivação; Objetivos; Asterisk/Digium; Cenário. Caso VoIP-UCPel Serviços Multimídia em Redes – VoIP 42

Caso VoIP-UCPel Motivação: Resolver o problema do esgotamento de ramais convencionais; Possibilitar o uso de serviços de telefonia/informática em conjunto (reduzindo o trabalho de instalação/administração) ; Possibilitar o uso de telefonia da UCPel para usuários (professores/funcionários) em trânsito e para as extensões (Sta Vitória, Jaguarão). Serviços Multimídia em Redes – VoIP 43

Caso VoIP-UCPel Objetivos: Implantar o uso de serviços VoIP na área administrativa da UCPel, usando ferramentas de software livre e com baixo custo. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 44

Caso VoIP-UCPel Asterisk/Digium: O Asterisk é um PABX completo baseado em software, com código-fonte aberto. Roda em Linux/FreeBSD, provendo funcionalidades de centrais telefônicas de grande porte, tais como: Serviço de Voicemail; Conferência; URA - Unidade de Resposta Audível; DAC - Distribuidor automático de chamadas. Utiliza protocolos abertos (SIP, H.323, MGCP); A empresa Digium, criadora do Asterisk, fornece placas para integração de VoIP com telefonia convencional a custo baixo. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 45

Caso VoIP-UCPel Serviços Multimídia em Redes – VoIP 46

Conclusão Voz sobre IP não irá substituir totalmente a telefonia convencional a curto prazo A popularidade de serviços VoIP está diretamente relacionada com o acesso em banda larga (ADSL, Cable, Wireless) Celulares com acesso banda larga a Internet e softphones inetgrados são o futuro próximo de serviços VoIP Mercado e pesquisa em aberto para aplicações de VoIP VoIP não possui custo zero! Serviços Multimídia em Redes – VoIP 47

Referências Sites: Livros: Laboratório de VoIP (UFRJ) - http://voip.ufrj.br VoIP – Wiki – http://www.voip-info.org Cisco – http://www.cisco.com Asterik – http://www.asterisk.org IP Telephony Cookbook – http://www.terena.nl/library/IPTELEPHONYCOOKBOOK/ Livros: Jared Smith; Jim Van Meggelen; Leif Madsen; “Asterisk – The Future of Telephony”, O´Reilly , 2005. Theodore Wallingford,” Switching to VoIP”, O´Reilly, 2005.   Colcher; Soares; Souza; Gomes; Silva; “Voz sobre IP”, Campus, 2005. Jonathan Davidson; James Peters; Brian Gracely;”Voice over IP Fundamentals”, Cisco Press, 2000. Serviços Multimídia em Redes – VoIP 48