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Administração de Sistemas

Universidade da Beira Interior Departamento de Informática

Serviços de Voz sobre IP

Unidades Curriculares Administração de Sistemas

Licenciatura em Tecnologias e Sistemas de Informação


Cap. 5 - Sumário

ü  Introdução ü  Protocolo H.323 ü  Session Initiation Protocol

(SIP)


Introdução •  A Internet é uma rede em que cada vez mais

se procura uma integração de serviços. •  A Internet utiliza a arquitectura TCP/IP. •  Disponibilizando um serviço sobre o

protocolo IP, temos acesso ao mercado global.

•  Deste modo, o serviço de voz também se apresenta como um serviço de enorme potencial para a Internet.

•  É expectável que possa vir a substituir, em grande medida, o serviço de voz convencional.


Introdução •  O desafio associado a esta transição

prende-se com a necessidade da existência de garantias a vários níveis, nomeadamente, em termos de operacionalidade, segurança, etc.

•  Assim, o serviço de voz sobre IP (VoIP), apresenta-se como um serviço apetecível para o cliente: –  redução de custos –  facilidade de administração


Introdução •  Para o operador (enquanto fornecedor)

que disponibiliza este serviço, também é apetecível pois dispõe de um mercado completamente aberto à escala global.

•  O serviço de VoIP também é conhecido por telefonia IP, telefonia via Internet ou telefone digital.


Introdução

•  Que tipo de protocolos são necessários: – Sinalização – Protocolo para estabelecer a

presença, localizar utilizadores, e estabelecer, alterar e desligar sessões.

– Media – Protocolos de transporte para transmissão de áudio/vídeo em pacotes.

– Protocolos de suporte: localização de Gateways, IP, tradução de endereços, Qualidade de Serviço, etc.


Introdução

•  Alguns protocolos que temos ao dispor: – Sinalização – H.323 (ITU-T) e SIP (IETF). – Media – RTP (IETF, adoptado pela ITU-T). – Transporte – TCP, UDP e o Stream Control

Transmission Protocol (RFC 2960) – Protocolos de suporte: DNS, TRIP (telephony

routing over IP), RSVP (resource reservation setup protocol), COPS (common open policy service, para QoS) e Diameter (para autenticação, accounting e autorização)


Introdução

•  A maioria das soluções de VoIP usam os protocolos de sinalização: – H.323 (definido pela ITU-T)

– Session Initiation Protocol (SIP), definido pela IETF (mais recente que o H.323 e em franco crescimento)


Introdução •  Outros protocolos são:

– Megaco (Media Gateway Controller), definido pelo RFC 2535, fruto de um trabalho conjunto entre a IETF e a ITU. Megaco é o nome utilizado pela IETF e H.248 é o nome utilizado pela ITU.

– Skinny Client Control Protocol – Protocolo proprietário da Cisco

– MiNET - Protocolo proprietário da Mitel

– CorNet-IP - Protocolo proprietário da Siemens


Introdução

•  Outros protocolos são: –  IAX – Protocolo Inter-Asterisk eXchange

usado pelo servidor PBX (open source) Asterisk, e pelo respectivo cliente

– Skype – Protocolo proprietário Peer-to-Peer usado pelo Skype

– Jajah - Protocolo proprietário Peer-to-Peer usado pelo Jajah, que é compatível com o SIP e IAX.


VoIP – uma Solução Típica

Fonte: Wikipedia


Cap. 5 - Sumário


(SIP)


H.323 - Introdução •  O protocolo H.323 é um protocolo standard

para comunicações multimédia em redes comutadas de pacotes (não apenas em redes IP).

•  O H.323 é uma espécie de “chapéu de chuva” que inclui os protocolos estandardizados H.323, H.225.0, H.245, a série H.450, e a série H.460.

•  Geralmente, referimo-nos apenas ao protocolo H.323 – Por exemplo, o protocolo H.460.2 é utilizado

em sistemas de videoconferência profissionais


H.323 - Introdução •  O âmbito do protocolo H.323 abrange:

– Voz em tempo real; – Vídeo; – Comunicações de dados em redes de pacotes.

•  A primeira versão draft do H.323 foi lançada em Fevereiro de 1996

•  H.323 foi o primeiro protocolo estandardizado de VoIP

•  Actualmente a ITU-T trabalha no H.323v6


H.323 •  Elementos de um sistema H.323:

–  Terminais –  Multipoint Control Units (MCUs) –  Gateways –  Gatekeeper –  Border Elements

•  Terminais: –  Telefones –  Videotelefones –  Dispositivos IVR (sistemas Interactive Voice Response) –  Sistemas de Voicemail –  “Soft phones” (ex.: NetMeeting®)

Referred to as “endpoints”


H.323 - MCUs

•  Multipoint Control Units (MCUs) – São responsáveis pela gestão de

sessões/conferências multiponto •  O MCU contém um controlador

multiponto que gere a sinalização das chamadas e, opcionalmente, pode ter processadores multiponto para gerir vários tipos de media, comutação e outros processamentos


H.323 - Gateway •  A Gateway é composta por um “Media

Gateway Controller” (MGC) e uma “Media Gateway” (MG), que podem existir ou coexistir separadamente.

•  O MGC gere a sinalização das chamadas e outras funções não relacionadas com os media.

•  O MG gere os próprios media. •  A interface da Gateway H.323 com outras

redes inclui a rede telefónica pública, os sistemas H.320,e outras redes H.323 (como proxy).


H.323 - Gatekeeper

•  O Gatekeeper é um componente opcional de um sistema H.323, sendo usado inicialmente para controlo de admissão e resolução dos endereços.

•  O Gatekeeper permite chamadas directamente entre pontos terminais ou pode encaminhar o sinal de chamada através dele próprio para desempenhar funções como follow-me/find-me e reencaminhar quando ocupado.


H.323 – Border elements e Peer Elements

•  Os Peer Elements, que muitas vezes são colocados com um Gatekeeper, trocam informação de endereçamento e participam na autorização da chamada dentro e entre domínios

•  Os Peer Elements podem agregar informação de endereçamento por forma a reduzir a informação de routing passada através da rede


H.323 – Border elements e Peer Elements

•  Os Border Elements são um tipo especial de Peer Element que existe entre dois domínios

•  Os Border Elements também podem auxiliar directamente na autorização/autenticação da chamada entre dois domínios


H.323 - Protocolos •  O H.323 é um documento de referência que descreve o

modo como as várias peças do sistema trabalham em conjunto.

•  O H.225.0 define a sinalização de chamada entre pontos teerminais e o Gatekeeper.

•  O RTP/RTCP (Real-Time Protocol/ Real-Time Control Protocol) (RFC 3550) é o protocolo usado para transmitir medias, tais como vídeo e vídeo sobre IP.

•  O H.225.0 Anexo G e o H.501 definem os procedimentos e protocolos para comunicação dentro e entre os Peer Elements.

•  O H.245 é o protocolo usado para controlar o estabelecimento e encerramento dos canais dos media dentro do contexto de uma chamada e gerir o controlo da conferência.


H.323 - Protocolos •  O H.450.x é uma série de protocolos de serviços

complementares. •  O H.460.x tem uma série de extensões

(independentemente da versão) para o protocolo H.323 base.

•  T.120 especifica como fazer data conferencing •  T.38 define como retransmitir sinais de FAX. •  V.150.1 define como retransmitir sinais de modem. •  H.235 define a segurança dentro dos sistemas H.323 •  X.680 define a sintaxe ASN.1 (Abstract Syntax

Notation One). •  X.691 define as Packed Encoding Rules (PER) usadas

para codificar mensagens para transmissão na rede.


H.323 - Registration, Admission, and Status – RAS

•  Definido no protocolo H.225.0. •  Permite que um ponto terminal possa pedir

autorização para efectuar ou aceitar uma chamada.

•  Permite que um Gatekeeper controle o acesso de e para dispositivos que estão sob seu controlo.

•  Permite que um Gatekeeper comunique o endereço de outros pontos terminais.

•  Permite que dois Gatekeepers possam facilmente trocar informação de endereçamento.


H.323 – Sinalização de chamada c/ H.225.5

•  Permite que um ponto terminal inicialize e termine uma chamada com outro ponto terminal

GW GW Setup Alerting

Connect (chamada está estabelecida)

Release Complete (chamada está terminada)

H.245 Sinalização pode ocorrer noutro lugar qualquer


H.323 – Sinalização H.245

•  O H.245 é usado para negociar capacidades e controlar aspectos da conferência entre dois ou mais pontos terminais

Abre um canal em

cada direcção

TCS + MSD TCS + TCS Ack + MSD Ack

TCS Ack + MSD Ack + OLC OLC Ack + OLC

OLC Ack

GW GW


H.323 – Ligação rápida e H.245

•  Algumas chamadas H.323 não utilizam grande parte das capacidades oferecidas pelo H.245 e apenas usam os procedimentos “Fast Connect” dos canais de dados (media)

•  Deste modo, uma chamada pode ser estabelecida com apenas duas mensagens (Setup / Connect)

Setup Connect GW GW


H.323 – Pilha Protocolar

RAS RTP / RTCP

Rede de Pacotes

Aplicações H.323

H.245

Sinalização de chamada H.225.0


H.323 – Resolução dos Endereços •  Uma Gatekeeper pode resolver os endereços de várias

formas –  Enviando uma mensagem Location Request (LRQ) para outra

Gatekeeper –  Acedendo a um Peer Element –  Acedendo a uma base de dados back-end (e.g., LDAP)

•  Os Gatekeepers e os Peer Elements podem efectuar queries a outros Gatekeepers e outros Peer Elements e podem trocar informações de endereçamento fora do contexto de uma chamada.

•  Desde que um Gatekeeper não seja requisitado, os pontos terminais podem resolver os endereços eles próprios usando, por exemplo, o DNS, o LDAP ou outro “phonebook” local que contenha endereços IP estáticos.


H.323 – Características principais •  Videoconferência avançada (ex.: MCUs em

cascata, controlo do MCU sobre audio e video).

•  Serviços complementares (ex.: transferência de chamadas, chamada em espera, etc. e controlo baseado em HTTP - H.323 Anexo K).

•  Routing e Re-routing dinâmico (ex.: o Gatekeeper pode fornecer caminhos alternativos para o destino e o protocolo H.460.8 permite que um ponto terminal possa efectuar uma query ao Getekeeper para buscar um caminho alternativo quando o inicial está indisponível).


H.323 – Características principais •  Endereçamento (ex.: suporta URLs, incluindo URLs

“h323” e URLs “tel”; números e chamadas para telefones normais).

•  Qualidade de Serviço (QoS) (ex.: o protocolo H.460.9 permite que um ponto terminal possa enviar informação de QoS ao Gatekeeper; os dispositivos podem utilizar os standards da IETF para fornecer QoS).

•  Outras capacidades: –  Diagnóstico do dispositivo (utilizando “test calls” ou “media loops”

para medir o atraso e perda de pacotes) –  Serviços de emergência (os dispositivos podem indicar a prioridade

de uma chamada) –  Apoio ao utilizador, ao terminal e serviço de mobilidade (H.510)


H.323 – Características principais •  Escalável (permite a ligação entre pontos terminais sem

necessidade de uma entidade intermédia para manter a ligação).

•  Decomposição de Gateways (O H.248.1 define como decompor uma Gateway H.323 em uma Media Gateway Controller, e uma ou mais Media Gateways).

•  Robustez (permite Gatekeepers alternativos).

•  Flexibilidade (Suporta: VoIP, videoconferência, T.120 – troca de dados, comunicação em tempo real em modo texto e retransmissão de sinais FAX e Modem - T.38 e V.150.1).

•  Multimedia (“H.323 is multimedia over IP”)


H.323 – Mailing Lists •  H.323 Announcement List - Para

subscrever: [email protected]

•  H.323 Implementors List - Para subscrever: [email protected]

•  ITU SG16 WP2 Mailing List - Para subscrever: [email protected] – No corpo da msg, escrever: subscribe itu-sg16

•  H.323 Forum - Para subscrever, visitar: http://www.h323forum.org/mailing-lists/


Cap. 5 - Sumário


(SIP)


SIP •  O SIP é um protocolo em modo texto

semelhante ao HTTP ou ao SMTP. •  Permite o estabelecimento de uma ligação

interactiva (uma sessão), em tempo real, entre utilizadores, em redes IP.

•  Esta ligação pode incluir voz, vídeo, chat, jogos interactivos e realidade virtual.

•  O SIP surgiu em 1995, no IETF mmusic Workgroup, sendo publicado o 1º Draft em 1996.

•  O SIP é um protocolo standard da IETF.


SIP •  O SIP é menos complexo que o H.323. •  O SIP é um protocolo de sinalização de sessão

extremo a extremo baseado no modelo Cliente-Servidor.

•  O SIP não está limitado à telefonia via Internet, permitindo estabelecer a presença do utilizador.

•  É um protocolo apropriado para: –  Sistemas distribuídos de realidade virtual; –  Jogos em rede; –  Videoconferência; etc.


SIP •  A negociação das capacidades é efectuada pelo

protocolo SDP (Session Description Protocol) •  O protocolo SDP foi desenvolvido para

descrever sessões de áudio, vídeo e multimedia (qualquer tipo de MIME - Multipurpose Internet Mail Extension pode ser descrita de forma semelhante à facilidade do e-mail suportar todos os tipos de anexos em mensagens).

•  A descrição da sessão pode ser usada para negociar a aceitação de um conjunto de tipos de medias compatíveis.


SIP •  O SIP utiliza mensagens, sendo o seu

tamanho maior que as do H.323. •  A Microsoft desinvestiu no H.323 (do

NetMeeting) e apenas se dedica ao SIP (incluído no Messenger).

•  A especificação mais recente do SIP está no RFC 3261.


SIP – Terminais •  Aplicações/terminais para o utilizador:

– User agent cliente (para efectuar chamadas); – User agent Servidor (para receber as

chamadas de entrada); – Equipamentos (hardware) e software

disponível.


SIP - Componentes •  O SIP define e utiliza os seguintes

componentes: –  UAC (User agent client) – cliente no terminal que

inicializa a sinalização SIP. –  UAS (User agent server) – servidor no terminal que

responde à sinalização SIP que vem do UAC. –  UA (User Agent) – Terminais de rede SIP (telefones

SIP ou gateways para outras redes), contém UAC e UAS.

–  Proxy server – recebe pedidos de ligação de um UA e transfere-o para outro servidor proxy caso uma estação em particular não esteja na sua área de administração.


SIP - Componentes •  O SIP define e utiliza os seguintes componentes:

–  Redirect server – recebe pedidos de ligação e responde ao autor do pedido, incluindo os dados de destino.

–  Location Server – recebe os pedidos de registo do UA e actualiza a base de dados de terminais com eles.

•  As sessões dos servidores (proxy, redirect e location servers) estão geralmente localizadas na mesma máquina que é o Proxy Server, que é responsável pela manutenção da base de dados dos clientes e pelo estabelecimento, manutenção e terminação das ligações.


Mensagens SIP •  Mensagens mais importantes trocadas no

ambiente SIP (RFC 2543): –  INVITE – pedido para o estabelecimento de uma

ligação –  ACK – acknowledgement do INVITE por parte do

destinatário final da mensagem –  BYE – terminação da ligação –  CANCEL – terminação de uma ligação não

estabelecida –  REGISTER – registo do UA no proxy SIP –  OPTIONS – inquirição das opções do servidor


Extensões às Mensagens SIP •  Extensões às mensagens SIP:

–  INFO – permitir o carregamento da informação relacionada com o controlo da sessão (RFC 2976) – Ex. Mensagens de sinalização RDIS usadas para controlar a chamada de serviços telefónicos

–  COMET – usado para confirmar a conclusão de todas as pré-condições por parte do originador da sessão (draft-ietf-sip-manfolks-resource)

–  PRACK – Provisional Response ACKnowledgement - resposta afirmativa provisional (draft-ietf-sip-100rel)

–  SUBSCRIBE/NOTIFY/MESSAGE – mensagem instantânea (draft-rosemberg-impp-*)


SIP - Respostas •  As respostas às mensagens SIP são em formato

digital, semelhantes às do protocolo HTTP. •  As mais importantes são as seguintes:

–  1XX – mensagens informativas (100 – trying, 180 – ringing, 183 – progress)

–  2XX – pedido satisfeito com successo (200 – OK) –  3XX – reencaminhamento de chamada, o pedido deve

ser dirigido para outro lado (302 – temporarily moved, 305 – use proxy)

–  4XX – erro (403 – forbidden - proibido) –  5XX – erro no servidor (500 – Server Internal Error,

501 – not implemented) –  6XX – falha global (606 – Not Acceptable)


Estrutura da Mensagem SIP Request Method

INVITE SIP: [email protected] SIP/2.0 Response Status

SIP/2.0 200 OK

Via: SIP/2.0/UDP here.com:5060 From: BigGuy<sip:[email protected]> To: LittleGuy<sip:[email protected]> Call-ID: [email protected] Cseq: 1 INVITE Subject: Happy Christmas Contact: BigGuy<sip:[email protected]> Content-Type: Application/SDP Content-Length: 147

v=0 o=UserA 28908442556 2890844526 IN IPv4 here.com s=Session SDP c=IN IPv4 193.136.45.21 t=0 0 m=audio 49172 RTP/AVP 0 a=rtpmap:0 PCMU/8000

Payload

Campos do Cabeçalho da Mensagem:

“Recebe RTP G.711 - Áudio codificado no 193.136.45.21:49172”

Via: SIP/2.0/UDP here.com:5060 From: BigGuy<sip:[email protected]> To: LittleGuy<sip:[email protected]>;tag65a35 Call-ID: [email protected] Cseq: 1 INVITE Subject: Happy Christmas Contact: BigGuy<sip:[email protected]> Content-Type: Application/SDP Content-Length: 134

Campos do Cabeçalho da Mensagem:

v=0 o=UserB 2890844527 2890844527 IN IPv4 there.com s=Session SDP c=IN IPv4 193.136.68.70 t=0 0 m=audio 3456 RTP/AVP 0 a=rtpmap:0 PCMU/8000


Session Description Protocol (SDP) •  O SDP fornece informação suficiente para

permitir uma sessão multimédia. •  O SDP inclui descrição do:

– Media utilizado (Codec, taxa de amostragem); – Media de destino (Endereço IP e nº do porto); – Nome da sessão e propósito; – Tempo desde que a sessão está activa; –  Informação de contacto.

Nota: O SDP, mais que um protocolo, é uma forma de formatação de dados.


Campos do Cabeçalho da Mensagem From: Criador da mensagem To: Receptor final Contact: Aparece nos pedidos de INVITE, OPTIONS, ACK ou

REGISTER e nas respostas. Indica o endereço directo da resposta para as transações subsequentes que são enviadas. –  Um UA (user agent) pode enviar subsequentemente BYE ou

ACK para o Contact: endereço; –  Inclui redireccionamento do endereço em respostas 3xx ou

485; –  Inclui informação adicional de erro nas respostas 4xx, 5xx ou

6xx; –  Pode incluir pesos de referência; –  Inclui a localização actual nos pedidos REGISTER; –  Em múltiplos contactos: os campos do cabeçalho podem ser

incluídos.


Endereços SIP •  O SIP fornece um endereço único. •  Exemplos de endereços SIP:

–  sip:[email protected] –  sip:[email protected]?subject=callme –  sip:[email protected];geo.position:=48.54_-123.84_120

•  O endereço deve incluir o nome da máquina, pode incluir o nome do utilizador, o porto da máquina, parâmetros (ex.:transportes), etc.

•  O endereço SIP pode ser embebido em páginas web, assinaturas eMail, impresso no cartão de visita, etc.

•  Também podem ser usados endereços não SIP (ex.: http:, mailto:, etc.)


Servidores Públicos SIP •  http://www.hotfoon.com (sip:hotfoon.com) •  http://www.iptel.org/user (sip:[email protected]) •  http://www.lucent.com (sip:www-db.research.bell-labs.com) •  http://www.coe.psu.ac.th (sip:cnrsipserver.coe.psu.ac.tw) •  http://www.ikn.tuwien.ac.at (sip:kalipso. ikn.tuwien.ac.at) •  http://www.zdots.com (sip:zdots.com) •  http://sipfx.com (sip:sipfx.com) •  http://www.sipcenter.com (sip:sipcenter.com) •  http://www.siphappens.com (sip:siphappens.com) •  http://sipaccount.mci.com (sip:sipaccount.mci.com)


Comunicações Multimedia baseadas em IP

•  O SIP estabelece, principalmente, os endereços IP e os portos para que os pontos terminais possam enviar e receber dados.

•  O SIP não transporta dados e não está dependente do tipo de compressão utilizado.

•  Provavelmente, os pacotes de dados não seguem o mesmo caminho que os pacotes SIP.


Comunicações Multimedia baseadas em IP

•  As fontes de áudio/vídeo são digitalizadas, comprimidas e enviadas em pacotes UDP.

•  Os algoritmos de compressão utilizam as limitações dos ouvidos/olhos humanos para reduzir a largura de banda.

•  Reduz-se a largura de banda áudio usando a supressão do silêncio.

•  Reduz-se a largura de banda vídeo usando a detecção do movimento.


Protocolo RTP – Real Time Transport Protocol

•  O protocolo RTP foi estandardizado pela IETF e também é usado pela ITU-T

•  Este protocolo foi desenhado para ser escalável, flexível e existe separação entre os mecanismos de dados e controlo


Funções do Protocolo RTP •  O protocolo RTP Fornece informação

acerca do(e/a): – Tipo de conteúdo do media – Fluídos/jorros de conversa –  Identificação de quem enviou – Sincronização – Detecção de perdas – Segmentação e re-assemblagem – Segurança (encriptação)


SIP – Mailing Lists

•  SIP - Para subscrever: [email protected]

•  sipping - Para subscrever: [email protected]

•  simple - Para subscrever: [email protected]

•  SIP implementations - Para subscrever: [email protected]


Algumas referências Internet •  http://www.ietf.org/html.charters/sip-charter.html •  http://www.softarmor.com/sipwg/ •  http://en.wikipedia.org/wiki/VoIP •  http://www.sipforum.org •  SIP Information Site (http://www.packetizer.com/voip/sip/) •  Tech-invite SIP Technical Portal (http://www.tech-invite.com/) •  SIP - Columbia University (http://www.cs.columbia.edu/sip/) •  Session Initiation Protocol (SIP) Working Group Supplemental

Home Page (http://www.softarmor.com/sipwg/) •  JAIN(tm) SIP API (http://jcp.org/jsr/detail/32.jsp) •  Unicoi Systems - SIP Stack (http://www.unicoi.com/fusion_net/

fusion_sip.htm) •  Tekea - SIP ENUM Directory Services (http://www.tekea.com/

frames.php?session_id=21694006748634) •  SIP Foundry (http://www.sipfoundry.org/)

universidade da beira interiorngarcia/old/admin1314/as - cap5.pdfsip • o sip é menos complexo que...

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