semana 14 -_servicios_sobre_ip

SERVICIOS SOBRE IP

Redes de computadoras

Ing. John Antony Ruíz Cueva

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Introducción VoIP : Voice Over Internet Protocol La voz se digitaliza y viaja en paquetes de

datos utilizando el protocolo IP La infraestructura de paquetes sustituye el

switching de circuitos de una PSTN (Public Switched Telephone Network - Red Telefónica Pública Conmutada).

Actualmente para telefonía se dos tipos de infraestructura: ISDN – RDSI (Red Digital de Servicios Integrada) y ADSL (Asimetric Digital Suscriber Line) orientado a empresas.

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Introducción.VoIP, en términos simples, corresponde al proceso de dividir audio o video en pequeños paquetes, transmitir dichos paquetes sobre una red IP y reensamblarlos en el extremo receptor, con el fin de lograr una comunicación multimedial.

Esta idea no es nueva y su popularidad se explica principalmente por sus atractivos económicos, pues resulta muy eficiente utilizar una sola red integrada para proveer transporte de datos y voz, disminuyendo así los costos de mantención de varias redes.

Además, VoIP ofrece la ventaja de la integración con la actual red telefónica.

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Introducción.La diferencia con la tecnología actual de telefonía radica en la exclusividad de uso de los recursos y en la orientación de la conexión.Mientras en VoIP la red es de conmutación de paquetes, la red telefónica se orienta a la conmutación de circuitos.

Esto trae como ventaja que en VoIP se hace un uso más eficiente de los recursos, liberando la conexión cuando esta está inactiva. Sin embargo, esto puede producir degradación de la calidad precisamente por este uso compartido de la conexión.

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Modalidades de Voz/IP De PC a PC De PC a la red pública conmutada De teléfono a PC Teléfono IP Teléfono Wi-Fi De teléfono a teléfono

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Ámbitos de aplicación En las empresas: sustitución de PBX e

integración con telefonía – ahorro de costos

En el hogar: ahorro de costos En proveedores de servicio: migración de

centrales telefónicas a “Softswitches”

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Funciones que debe realizar Digitalización de la voz. Paquetización de la voz. Enrutamiento de los paquetes. Además:

Conversión de números telefónicos a direcciones IP y viceversa.

Generación de la señalización requerida por la red telefónica.

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Voz sobre IP: características principales

Se utiliza y administra una única red. Si dos empresas están unidas a través de Internet, ¿por qué no aprovecharlo?

Finalmente se puede hablar de: estándares abiertos e internacionales. Inter-operabilidad.

Disminución de precios en proveedores y fabricantes de hardware para VoIP.

Calidad: es posible conseguir la misma calidad, de hecho hoy el 40% de las llamadas de las grandes operadoras se encaminan por VoIP.

Fiabilidad: en LAN, se puede lograr una gran fiabilidad. En Internet también, pero intervienen demasiados factores.

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Problemas de la VoIPProblemas que no existían o estaban solucionados con la telefonía tradicional y que afectan la calidad del servicio (Quality Service -QoS).

Latencia o retardo (>300 ms es impracticable).

Jitter: variación de latencia.Pérdida de paquetes

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Parámetros de QoS en VoIP.

Para poder otorgar QoS en VoIP existen tres parámetros básicos a ser considerados:

1. Retardo (Delay, Latency): El retardo se define como el tiempo que tarda un paquete

en llegar desde la fuente a su destino. Debiera ser inferior a 150[ms] (según ITU-T G.114), dado que el oído humano es capaz de detectar latencias de unos 250[ms]. Es la característica de QoS más exigente.

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2. Jitter:Se define como la variación en el tiempo en la llegada de los paquetes.Puede ser causada por congestión de red, pérdida de sincronización o por las diferentes rutas seguidas por los paquetes para llegar al destino.El jitter entre el punto inicial y final de la comunicación debiera ser inferior a 100[ms].

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2. Jitter:Para compensar el jitter se utilizan jitter buffers. En ellos se almacenan los paquetes recibidos con “adelanto” y se van sirviendo con un pequeño retraso. Los paquetes con “retraso” se descartan.Si el jitter buffer es muy pequeño, se descartarán muchos paquetes; si es muy grande, se agregará mucho retardo a la comunicación. Por lo tanto, hay un compromiso. Usualmente el retardo está entre 30 y 50[ms].

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Para poder otorgar QoS en VoIP existen tres parámetros básicos a ser considerados:3. Pérdida de paquetes:

Debido a que el protocolo UDP no es orientado a la conexión, si existen pérdidas de paquetes, estos no se reenvían. Además se deben considerar aquellas pérdidas producidas por descarte.La tasa admitida en VoIP debe ser menor al 1%. Sin embargo, este valor es fuertemente dependiente del códec utilizado.Para minimizar este problema, se utiliza la técnica de supresión de silencios.

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Parámetros de QoS en VoIP.Si no es posible cumplir con dichos parámetros, aún se puede tratar de evitar estos problemas, en forma preventiva. Para evitar o subsanar estos problemas existen variadas soluciones, cuyas implementaciones dependen de muchos factores, como le red en que serán implementados. Algunos de ellos son:Reserva de recursos: Con esto se busca asegurar en BW a lo largo del canal antes de que se curse la llamada. Sólo aplicable a redes privadas, no a Internet.Priorización: Se marcan los paquetes con un valor de prioridad, luego los routers deciden si pueden cumplir con la petición.

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Hasta el momento se han analizado los parámetros que VoIP debe satisfacer para cumplir con cierta QoS.

Pero para comprender mejor la naturaleza de esta tecnología, a continuación se presentará su arquitectura.

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Limitaciones Las redes IP generalmente no permiten garantizar

un tiempo mínimo para atravesarlas. Las redes IP están diseñadas para descartar

paquetes en caso de congestión y retransmitirlos en caso de error. Esto no es adecuado para la voz.

Los retardos de cientos de ms, comunes en redes de datos, son inaceptables en una conversación telefónica.

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Capa de infraestructura de paquetes El protocolo utilizado es RTP (Real time

Transport Protocol). En caso de pérdida de paquetes, éstos no se

retransmiten ya que RTP funciona sobre UDP. Para garantizar la calidad y poder priorizar estos

paquetes, la red debería soportar esquemas de conocimiento de la aplicación y marcado de paquetes.

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Capa de control de llamada (Señalización)

Es la capa que le informa a RTP dónde terminar y dónde comenzar.

Traduce el número de teléfono a la dirección IP. Es el proceso de tomar una decisión de enrutamiento:

adónde debe ir y cómo hacer para que ocurra la llamada.

En PSTN esta tarea es realizada por los protocolos de señalización (SS7).

Los protocolos mas importantes que se utilizan para negociar y establecer las comunicaciones de voz sobre IP son: SIP, H323, IAX2, MGCP.

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Arquitectura de VoIP.Una red IP que entregue un servicio de VoIP, debe poseer algunos componentes adicionales a los comúnmente usados.Estos componentes son fundamentalmente tres:1.- Terminales: Son los sustitutos de los teléfonos actuales. Se

implementan tanto en hardware como en software.2.- Gateways: Corresponden a la interfaz entre la red IP y la red de

telefonía tradicional.3.- Gatekeepers: Las nuevas centrales telefónicas (PBX). Se

implementan usualmente en software.

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Arquitectura de VoIP.

1. Terminal:Existen dos tipos de terminales usadas:1.1 Softphones:Se define como el software necesario para realizar una llamada telefónica usando un computador ordinario. Se diseña para que funcione como un teléfono tradicional.Estos, a su vez, se pueden subclasificar en:1.1.1 Libre elección del proveedor: Se pueden configurar los

servidores SIP proxy o gatekeepers y elegir el proveedor de VoIP que más nos interese.

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1. Terminal:Existen dos tipos de terminales usadas:1.1 Softphones:Se define como el software necesario para realizar una llamada telefónica usando un computador ordinario. Se diseña para que funcione como un teléfono tradicional.Estos, a su vez, se pueden subclasificar en:1.1.2 Clientes preconfigurados: Son los programas que permiten

hablar con otros usuarios que tengan el mismo programa.

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1. Terminal:Existen dos tipos de terminales usadas:1.1 Softphones:Se define como el software necesario para realizar una llamada telefónica usando un computador ordinario. Se diseña para que funcione como un teléfono tradicional.Estos, a su vez, se pueden subclasificar en:1.1.3 Programas tipo messenger con Voz: Los programas de chat

de toda la vida pero en los que actualmente puedes hablar también.

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SoftphoneSon programas que permiten llamar desde la computadora utilizando tecnologías VoIP.

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1. Terminal:Existen dos tipos de terminales usadas:1.2 Hardphones:

Se define como el equipo físico usado para hacer llamadas en redes VoIP.No necesitan un software o una conexión a un computador, sino que se enchufan directamente al router y cursan las llamadas como en una línea telefónica tradicional.

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Teléfonos IPCaracterísticas avanzadas.Dual Lan: algunos teléfonos disponen de dos conectores RJ45 e implementan funciones de switch, de esta forma no es necesario tirar otro cableado para los nuevos dispositivos IP.

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2. Gateway:Dispositivo que convierte llamadas de voz, en tiempo real, entre la telefonía pública conmutada (PSTN) y redes IP. Las funciones de una Gateway IP incluyen compresión/descompresión de voz, paquetización, ruteado de llamadas y señalización de control. Puede, además, incluir funciones de interfaz con controladores externos, como Gatekeepers o Proxy, sistemas de facturación y sistemas de control de red.

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3. Gatekeeper:Entidad de control central que ejecuta las funciones de gestión en una red VoIP o en aplicaciones multimedia como conferencias de video. Los Gatekeepers proveen inteligencia de red, incluyendo resolución de direcciones, autorización, servicios de autenticación, gestión de CDRs (Call Detail Record) y comunicación con la red. Los Gatekeepers controlan el ancho de banda, proveen compatibilidad entre sistemas y monitorizan la red para servicios de ingeniería, control en tiempo real y balanceo de carga.

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Arquitectura de VoIP.En la figura se observan los dispositivos antes mencionados.

Nótese la interacción entre la red de telefonía tradicional y la de VoIP.

La interfaz entre ambas la componen los Gateways.

Los Gatekeepers se encargan de la administración de las llamadas.

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Establecimiento de una llamada.

1. Un usuario disca un número de acceso a un servicio de telefonía sobre IP.2. La llamada es ruteada a un conmutador de telefonía IP.3. El gateway solicita al usuario que indique el número al que llamará. Este número es

enviado al gatekeeper.4. El gatekeeper determina la dirección IP del destino, basado en el número de teléfono

del destino. Un paquete IP requiriendo información de status (disponibilidad) del gateway de destino es enviado al gatekeeper del destino.

5. El gatekeeper de destino responde la solicitud, dando información de disponibilidad y la dirección IP del gateway de destino. El gatekeeper de origen transfiere esta información al gateway de origen.

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Establecimiento de una llamada.

6. El gateway de origen establece un canal de comunicación con el gateway de destino. Este canal es identificado por una variable de referencia de llamada (CRV), que será utilizada durante toda la llamada para identificar los paquetes IP que corresponden a dicha llamada.

7. El gateway de destino elige un troncal de salida para la PSTN y envía una señalización a la red pública para que inicie una llamada con el número solicitado.

8. Si la llamada puede ser completada con éxito, un mensaje de señalización IP es enviado por el gateway de destino al gatekeeper de destino y por éste al gatekeeper de origen. Éste último señaliza al gateway de origen y a su vez, el gateway de origen encamina hacia la PSTN de origen que el destino está siendo llamado (tono de llamada). Luego la conversación es sostenida mediante los gateway’s.

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Establecimiento de una llamada.Como se ha visto, los pasos para lograr una comunicación exitosa requieren de la intervención de varios dispositivos (gateways, gatekeepers, terminales, etc.).

Pero para que dichos dispositivos puedan establecer y mantener una llamada, se requieren los protocolos.

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Los codecs se utilizan para transformar la señal de voz analógica en una versión digital.

Los softphone, hardphone, PBX-IP... soportan una serie de codecs cada uno. Cuando “hablan entre sí” negocian un codec común.

Aspectos a tener en cuenta por el codec:Calidad de sonido.Ancho de banda requerido.Requisitos de computación.

Codecs

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ATA : Adaptadores telefónicos analógicos

Permiten aprovechar los teléfonos analógicos actuales (incluido inalámbricos), transformando su señal analógica a los protocolos de VoIP. Se configuran desde los menú es del propio teléfono o por interfaz Web.

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Cambio de mentalidad:telefonía convencional

PBX (Private Branch eXhange) propietarias Requieren hardware y módulos de software costosos. Incompatibles. El Hardware de un marca no funciona en

otra marca. Sistema rígido y cerrado, sin personalización. Su modelo de licenciamiento condiciona el crecimiento. Requiere hardware especializado.

Redes telefónicas Sobre la base de conmutación de circuitos. El circuito está dedicado a una comunicación telefónica,

inclusive en los silencios. Se “garantiza” la calidad de la transmisión.

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Cambio de mentalidad: telefonía IP

Integra dos mundos: transmisión de voz y de datos: Transporta voz convertida en datos (transmisión de paquetes). La llamada se transmite por varios caminos (en paquetes de datos)

sin bloquear el enlace. Un Gateway se encarga de interactuar entre la telefonía

convencional y la telefonía IP. Integra las dos redes (voz y datos) en una sola red. Reduce costos en el usuario final. Integra telefonía, video, mensajería instantánea. Problema: pueden perderse paquetes Para lograr calidad de servicio requiere esquemas de marcado de

paquetes y conocimiento de la aplicación.

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Cambio de mentalidad: Open SourceTelefonía IP con base en software de código abierto PBX (Private Branch eXhange) open source

Utiliza hardware estándar. Es desarrollada y mantenida por la comunidad

(centenares). El desarrollo es modular, dinámico, flexible, adaptable. Aprovecha lo mejor que encuentra en otros PBX. No se limita a las leyes del mercado. Es interoperable. Tiene su base en estándares abiertos. Permite personalización por parte del usuario. Su infraestructura no está manejada por una sola empresa. Facilita el trabajo remoto.

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Telefonía IP bajo software de código abierto

PBX (Private Branch eXhange) open source El cliente decide lo que quiere, elimina lo que no le

interesa Su crecimiento es ilimitado; escalable. Telefonía: una aplicación más de red que se integra al

resto de las aplicaciones (voz-datos). Entorno de desarrollo, plataforma de aplicación. Escalable a Pyme, call centers y grandes empresas. Incorpora toda la funcionalidad de los PBX propietarios. Aprovecha el crecimiento de la banda ancha y las

tecnologías WiMAX, Wireless.

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