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Realizado por: Alberto Villaescusa RuizDirigido por: Eduardo Casilari Pérez
Dpto. Tecnología Electrónica - Universidad de Málaga
Málaga Fecha 4–Octubre-06
Diseño de una red de telefonía IP con calidad de servicio
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1. Introducción
2. Especificaciones de partida
3. Tecnologías de voz sobre paquetes
4. Protocolos de VoIP
5. Diseño de la red
6. Presupuesto
7. Conclusiones
Índice de contenidos
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1. Introducción
• Tendencia creciente a ofrecer redes que integren diferentes servicios.
• Mejor aprovechamiento del ancho de banda
• La arquitectura de PSTN no es la idónea para transportar datos, a la vez que no permite la creación e integración rápida de nuevos servicios.
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1. Introducción
• El objetivo de este proyecto es realizar el diseño de red para una hipotética empresa que desea ofrecer servicios de telefonía sobre su infraestructura de acceso a Internet.
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2. Especificaciones de partida
Modem
Modem DSLAM
RouterEdge
BACKBONE IP
Modem
Ordenador
Ordenador
Ordenador
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2. Especificaciones de partida
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2. Especificaciones de partida
• Los abonados podrán realizar llamadas a otros abonados de la red VoIP y a abonados de la red PSTN. Los abonados dispondrán de un servicio de buzón de voz.
• Se reutilizará en la medida de lo posible el equipamiento del que ya dispone el operador.
• Los usuarios finales no van a poseer teléfonos IP.
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2. Especificaciones de partida
• El 20% del tráfico originado pertenece a empresas y el resto a usuarios particulares.
• La calidad del servicio deberá ser mayor para usuarios corporativos.
• Debe ser posible tarificar las llamadas.
• La red se podrá supervisar y controlar.
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3. Tecnologías de Voz sobre paquetes
• Voz sobre Frame Relay• Fragmentación del PVC
• Multiplexación del servicio
• VoFR
• Voz sobre ATM
• Voz sobre IP
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3. Tecnologías de Voz sobre paquetes
• ¿Por qué VoIP?
• Razones comerciales
• Presencial universal de IP
• Maduración de las tecnologías
• La migración a redes de datos
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3. Tecnologías de Voz sobre paquetes
Tecnologías presentes en WAN en EEUU ([Baird’03])
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4. Protocolos de VoIP• Protocolos de control de llamadas
• H.323. Media Gateway – Gatekeeper – Media Gateway
• MGCP. Media Gateway Controller – Media Gateway
• SIP. Media Gateway – Media Gateway
• MEGACO. Media Gateway Controller – Media Gateway
• Protocolos de transporte de medios• RTP
• Protocolo de transporte de señalización• SCTP
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4. Protocolos de VoIP
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5. Diseño de la red
• Esquema de la red
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5. Diseño de la red
• Zona de acceso de abonados
• Introducción de un Media Gateway Residencial
• Marcado de paquetes en los routers frontera.
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5. Diseño de la red• Acceso de abonados
Ordenador
Teléfono
HGW
Ordenador
Teléfono
HGW
Ordenador
Teléfono
HGW BACKBONE IPDEL
OPERADORDSLAMEdge
RED DETRANSPORTE
Router
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5. Diseño de la red• Elección del codec: G.729A y G.711
3.65≈30.006.3, 5.3MultirateCELP
G.723.1
3.7≈15.008CS-ACELPG.729A
3.61≈2.516LD-CELPG.728
3.85<1.0032, 16, 24, 40
ADPCMG.726
4.1<1.0064PCMG.711
MOSRetardo de conversión
(ms)
Ancho de banda (Kbps)
DescripciónStandard ITU
Estandards de codificación ITU
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5. Diseño de la red• Zona POP: nodos para la gestión de Voz sobre IP
Routers deinterconexión
BACKBONE IP DEL
OPERADOR
IPIP
Access
Routers
IPIP
Access
Routers
ZONA DE SERVIDORES
ZONA DE VoIP
SwitchesEthernet
RED EXTERNA
RED INTERNA
RED ADMINISTRACIÓN
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5. Diseño de la red• Diagrama lógico
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5. Diseño de la red• Conexionado
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5. Diseño de la red
• Zona de acceso a PSTN
PSTNSSP MG
BACKBONE IP DEL OPERADOR
SG/MGC
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5. Diseño de la red• Arquitectura completa
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5. Diseño de la red
• Flujo de llamadasabonado VoIP a abonado VoIP
HGW A GK HGW BBSC
Radius
H.225
RTP flow
H.225
H.225
H.245
H.245
H.225
Radius
Radius
RadiusH.225
H.225
H.225
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5. Diseño de la red
• Flujo de llamadas de un abonado VoIP a PSTN
RadiusMGHGW A GK MGCBSC
Radius
H.225
RTP flow
H.225
H.225
H.245
H.245
H.225
H.225 Radius
MGCP
MGCP
MGCP
MGCP
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5. Diseño de la red
• Flujo de llamadasdesde PSTN a un abonado VoIP
RadiusMGHGW A GK MGCBSC
H.225
RTP flow
H.225
H.225
H.245
H.225
H.225 Radius
MGCP
MGCP
MGCP
MGCP
RadiusH.225
H.245
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5. Diseño de la red
• Dimensionamiento• Cálculo del ancho de banda
• Cálculo del tráfico medio ofrecido en Hora Cargada
• Fórmula de Erlang B ped
hMCHenErlangsenestimadoMedioTráfico⋅⋅⋅
⋅=
60
∑=
=
N
i
i
N
iA
NA
GoS
0 !
!
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5. Diseño de la red• Fórmula de Erlang B extendida
Tráficototal
ofrecido
Marcar el
paquete
Manejo dela llamadabloqueada
Tráficoofrecidoinicial
Bloqueada
Sí Conectada ala primeraelección
Conectada ala segunda
elección
Llamadaperdida
Primeraopción
disponible
No
Reintento
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5. Diseño de la red
• Dimensionamiento
RESULTADOSMinutos mes 14166666,67llamadas/seg BH 7,18755285llamadas simultáneas BH 1293,759513Erlangs en BH 1873,897707Canales de 64 kbps necesarios 1914Número de E1 64Número total teléfonos 46000Minutos/ año y teléfono 3695,652174Minutos/ mes y teléfono 307,9710145
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5. Diseño de la red• Dimensionamiento
Datos codificador G.729Periodo muestra 10 msBW del codificador 8 KbpsFrecuencia 100 muestras/segTamaño de la muestra 10 bytes/muestra
DATOSTamaño cabecera IP 20 bytesTamaño cabecera UDP 8 bytesTamaño cabecera RTP 12 bytesPayload 10 bytesTotal 50 bytes
DATOSPreámbulo Ethernet + Delimitador de trama 8 bytesTamaño cabecera Ethernet 14 bytesCRC 4 bytesEspacio entre tramas 12 bytesTotal 38 bytes
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5. Diseño de la red
• DimensionamientoCálculo del ancho de banda G.729 1 muestra/paquete 2 muestras/paquete 3 muestras/paqueteBW para 1 llamada (IP) 40 24 18,6666648 KbpsBW para 1 llamada (Ethernet) 70,4 39,2 28,79999712 KbpsBW total (IP) 61,248 36,7488 28,58239714 MbpsBw total (Ethernet) 107,79648 60,02304 44,09855559 MbpsBw total de señalización 0,012144089 0,00676205 0,006210045 MbpsBw total (Ethernet) + Señalización 107,8086241 60,02980205 44,10476564 Mbps
Cálculo del ancho de banda G.711 1 muestra 2 muestras BW para 1 llamada (IP) 80 72 KbpsBW para 1 llamada (Ethernet) 95,2 79,6 KbpsBW total (IP) 30,624 27,5616 MbpsBw total (Ethernet) 36,44256 30,47088 MbpsBw total de señalización 0,00410553 0,003432775 MbpsBw total (Ethernet) + Señalización 36,44666553 30,47431278 Mbps
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5. Diseño de la red
• Dimensionamiento
Cálculo del ancho de banda totalBw total llamadas G.729 107,8086241 MbpsBw total llamadas G.711 36,44666553 MbpsBw total 144,2552896 Mbps
Conclusión: Se necesitarán enlaces de 1Gbps
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5. Diseño de la red
FirewallJuniper Netscreen SSG 550
Servidor NTP, FTP y RadiusHP Proliant DL 360G4p
Equipo de BackendNetcentrex
BSCNeotip NeoXBC
Router de fronteraJuniper ERX 710
Switch EthernetCisco Catalyst 3560-24TS
Switch EthernetCisco Catalyst 3560G-24TS
Media Gateway Controller y Signalling Gateway
Cisco PGW 2200
Media GatewayCisco AS5400HPX
GatekeeperCisco 7204 VXR
FunciónEquipo
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5. Diseño de la red
• Previsión de espacio
28,9 x 44,5 x 54,6 cmFirewallJuniperNetscreen SSG
550
64,32 x 42,62 x 70,49 cmServidor NTP, FTP y Radius
HP Proliang DL 360G4p
125,92 x 42,62 x 70,49 cmEquipo de Backend
Netcentrex
145 x 42,62 x 75 cmBSCNeotip NeoXBC
226,67 x 48,26 x 40,64 cmRouter de fronteraJuniper ERX 710
24,4 x 44,5 x 37,8 cmSwitch EthernetCisco Catalyst3560-24TS
24,4 x 44,5 x 30,1 cmSwitch EthernetCisco Catalyst3560G-24TS
28,89 x 44,45 x 46,36 cmMedia GatewayController y SignallingGateway
Cisco PGW 2200
48,89 x 44,45 x 46,36 cmMedia GatewayCisco AS5400HPX
413,34 x 42,67 x 43,18 cmGatekeeperCisco 7204 VXR
CantidadMedidas (altura x anchura x fondo)
FunciónEquipo
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5. Diseño de la red• Política de QoS: Diffserv
Paso 1
No Mapeode QoS
WRRRED
Reescriturade bits deprecedenciaSalida cola 2
Salida cola 0Salida cola 1
Salida cola 3
Paso 2 Paso 5Pasos 3 y 4
Marcar elpaquete
Transmitir elpaquete
Tirar elpaquete
Tirar omarcar elpaquete
paqueteTirar el
Tráfico deentrada
Tráfico deentradasobreumbral
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5. Diseño de la red• Política de QoS
40%
10%
85%
5%
55%
5%
TAMAÑO DE LA COLA
% DE ATENCIÓN A LACOLA
COLA DE SALIDA 0(Tráfico de datos)
COLA DE SALIDA 1(Tráfico de voz y
señalización)
COLA DE SALIDA 3(Tráfico de protocolos
de enrutamiento)
COLA DE SALIDA 0(Tráfico de datos)
COLA DE SALIDA 1(Tráfico de voz y
señalización)
COLA DE SALIDA 3(Tráfico de protocolos
de enrutamiento)
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5. Diseño de la red
• Presupuesto de retraso: 265 ms• Retraso en el acceso: 245ms
• Retraso en el backbone: despreciable
• Retraso en el POP: 20 ms
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6. Presupuesto
Coste de los equipos
17038,08 €28519,04 €7344 €FirewallJuniperNetscreen SSG
550
18096 €63016 €2600 €Servidor NTP, FTP y Radius
HP Proliant DL 360G4p
20880 €120880 €18000 €
Equipo de Backend
Netcentrex
11600 €111600 €10000 €
BSCNeotip NeoXBC
55680 €227840 €24000 €
Router de frontera
Juniper ERX 710
5586,56 €22793,28 €2408 €SwitchEthernet
Cisco Catalyst3560-24TS
8945,92 €24472,96 €3856 €SwitchEthernet
Cisco Catalyst3560G-24TS
20880 €210440 €9000 €Media Gateway
Controller y SignallingGateway
Cisco PGW 2200
39161,6 €49790,4 €8440 €Media Gateway
Cisco AS5400HPX
23664 €45916 €5100 €GatekeeperCisco 7204 VXR
Coste totalCantidadCoste individual con IVA incluido
Coste individual sin IVA
FunciónEquipo
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6. PresupuestoCoste de montaje y configuración
12.960,00 €TOTAL960,00 €80 12,00 €Instalador
12.000,00 €400 30,00 €Ingeniero de Telecomunicación
TotalHorasSueldo efectivo/hPersonal
45.389,15 €TOTAL6.260,57 €0,16* Total (sin IVA)IVA (16%)39.128,58 €1Total (sin IVA)
39.128,58 €1Presupuesto de Contrata
TotalValorConcepto
Coste de la elaboración del proyecto
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6. Presupuesto
279881,31 €TOTAL
38604,32 €0,16* Total (sin IVA)
IVA (16%)
241276,99 €1Total (sin IVA)
TotalValorConcepto
Coste total
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7. Conclusiones
• Cambio en la tendencia de las redes de telecomunicaciones
• Aprovechamiento del ancho de banda
• Amplio uso de la tecnología IP
• Las redes de VoIP permite abaratar el coste de las llamadas y la introducción de servicios de valor añadido.
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7. Conclusiones
• H.323 y MGCP son la elección para los protocolos de control de llamadas.
• Arquitectura de la red pensada para facilitaruna migración a SIP en el futuro.
• Se ha desestimado el uso de SIGTRAN.
• La red de VoIP diseñada se interconecta con la red PSTN.
• Optimización del ancho de banda consumido, eligiéndose dos tipos de codificadores.
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7. Conclusiones
• Se emplea una política de QoS en la red parapriorizar el tráfico de voz sobre el de datos.
• Después de realizar un presupuesto de retraso, éste está dentro de unos márgenes aceptables para ofrecer el servicio.
• Será posible tarificar las llamadas mediante un equipo de Backend.
• Existe una red diferenciada de O&M para acceder a todos los equipos.
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7. Conclusiones
• Protección de la red frente a ataques. Asímismo la red es redundante y resistente a fallos.
• Presupuesto, incluyendo coste de los equipos, su montaje y configuración, y el coste de la elaboración del diseño de la red.
• Se incluye el detalle del tamaño de los mismos para facilitar su integración en planta.