Telefonia IP na Rede Acadêmica

Telefonia IP na Rede

Acadêmica

Paulo Aguiar

GT-VOIP/RNP

Roteiro

„

Conceitos de Telefonia

„

Retrospectiva de P&D em VOIP

no âmbito da UFRJ

Grupos de Trabalho da RNP

GT-VOIP

Novas metas

Telefonia Tradicional

PBX

„ Conversão analógica-digital nas

centrais (PCM G.711)

„ Coleta amostras de voz (1 byte) a cada

125 µs (freqüência de 8 khz)

„ 8 khz x 8 bits = 64 kbps

„ Dentro da rede de telefonia

tradicional , a voz trafega em um circuito digital dedicado

„ Comutação por circuito

„ Banda alocada completamente para a

sessão de voz

„ Sinal digital é convertido novamente

em analógico para ser enviado ao assinante 123 456 789 *8# voz analógica sobre par trançado assinante rede de telefonia tradicional 123 456 789 *8# voz analógica sobre par trançado _assinante PBX

Telefonia IP

lnternet rede

local

„ Amostras de voz são acumuladas em

pacotes IP e enviadas pela Internet

„ Pode ser enviada sem compressão,

resultando em taxa de voz de 64 kbps

„ Pode ser comprimida, resultando em

taxas de voz até 6,4 kbps

„ Intervalos de silêncio podem ser

suprimidos, economizando banda adicionalmente

„ Problemas

„ Atrasos, variação de atraso (jitter) e

perdas de pacotes comprometem a qualidade da conversa

123 456 789 *8#

telefone IP voz pacotizada roteador

123 456 789 *8# rede local

voz pacotizada _{telefone IP}

Chamada IP

„

Dividida em etapas

„ Localização do usuário

• Descobrir o IP destino com base no número telefônico ou alias

„ Negociação dos parâmetros para a chamada

• Algoritmo de codificação

„ Estabelecimento dos canais para a mídia de

voz

• Usa protocolo RTP/RTCP sobre UDP

P&D em VOIP na UFRJ

„

Retrospectiva

„ 1999

• Interconexão de PBXs via rede ATM

„ 2000

• Telefonia sobre ATM (em rede local)

„ 2001

• Gateway H.323/SIP, WEB to dial (SIP), serviços suplementares no GK com uso de linguagem CPL

„ 2002/2003

Interconexão de PBXs

via rede ATM (1999)

„ Viabilizar a interligação de PBXs entre o Fundão e o campus da Praia Vermelha, através da Rede Rio (backbone ATM)

„ Questões tecnológicas

„ Sincronização, interoperabilidade, sinalização R2,

metodologia de testes e configuração de PBX

Central Telefônica (PBX) -NEAX 2400 da NEC Switch ATM FORE ASX-1000 Telefone #9980 Telefone #9981 3Com AccessBuilder 9600 Switch 3Com CoreBuilder Linha Analógica Linha Analógica E1 (G.703) E1 (G.703) E1 (G.703) Fibra Ótica OC-3 Loop PVC

Voz sobre ATM (2000)

PABX NCE NEAX 2400 - Placa E1

Switch ATM FORE ASX-1000 PhoneHUB - VBX PB1200

Telefone Telefone Telefone Telefone

Rede Telefônica Convencional

Telefone

Telefone

Ambiente Marconi® de Telefonia ATM

fibra ótica - oc3

fibra ótica - oc3

fibra ótica - oc3

fibra ótica - oc3 E1 estruturado com sinalização R2

Conexão da Rede Telefônica via Telemar COHub - VBX CH2410 „ Teste de facilidades „ Transferência e encaminhamento de chamada „ Auto-atendimento „ Multiconferência „ Voice mail „ Análise e avaliação de desempenho „ Aderência a padrões

Gateway H.323/SIP

(2001)

„

Características

„ Estrutura modular, envolvendo módulo SIP

(v2) e módulo H.323 (v1)

„ Testado com NetMeeting, IPTele, OpenPhone

e Ubiquity SIP Client

„

Razões principais do projeto

„ Domínio tecnológico e aprofundamento do

conhecimento da sinalização VOIP

„ Trabalhar com software aberto

„ Passo inicial para implantação de ambiente

Grupos de Trabalho

da RNP

„

Criados com o objetivo de prospecção

tecnológica visando o incentivo a novos

serviços no backbone da RNP

„

Grupos aprovados em 2002

„ GT-VOIP (até out/2003)

„ GT-Vídeo

„ GT-Diretórios „ GT-Medições

GT-VOIP

„

Objetivo

„ Implantar piloto de telefonia IP na RNP2

„ Contribuir decisivamente para capacitação em

VOIP em várias instituições

• Interação entre as áreas de redes e telefonia

„ Promover o suporte a tráfego real na RNP

• Explorar QoS e engenharia de tráfego

„

Estratégia

„ Focar na implantação do piloto

„ Usar Lab VOIP/UFRJ para apoio técnico

Piloto: Arquitetura H.323

R

N

P

2

Elementos

„ Gateway (Cisco)

„ Conexão a ramais analógicos ou troncos digitais

• Sinalização R2, ISDN ou QSIG

„ Utilização de IVR (Interactive Voice Response)

„ Directory GK (Cisco)

„ Interação entre GKs e com Internet2

„ Gatekeeper (GnuGK)

„ Usado para registro e localização de usuários (PBXs ou

telefones virtuais)

• Roda em Linux, FreeBSD ou W2000

„ Servidor Radius e banco SQL

Software

Função Produto Recomendado Origem Gatekeeper GnuGK http://www.gnugk.org

Gateway de voz

Ver capítulo 2 e documento com requisitos para aquisição de

gateways de voz especificado pelo

GT-VOIP

http://www.voip.nce.ufrj.br/publication/reports/gt-voip-7.pdf

Servidor Radius FreeRadius http://www.freeradius.org

Banco de Dados MySQL http://www.mysql.org

Cliente H.323 Microsoft Netmeeting http://www.microsoft.com

Cliente H.323 OpenPhone V1.7.0 http://www.openh323.org/bin/

„ Referência

„ Relatório Gt-VOIP P5.1

• Projeto-Piloto VOIP: requisitos de produção

Gatekeeper

Projeto-Piloto

Plano de Numeração

DGK Internet2

I2 GATEKEEPER CONFIGURATION

(gk01.internet2.edu)

Updated 06 December 2002

gatekeeper

zone local IUGK iu.edu 134.68.106.10 ! Indiana University zone local PSUGK psu.edu ! Penn State University zone local UVIRGINIAGK virginia.edu ! University of Virginia zone local NWUGK nwu.edu ! Northwestern University

zone local UWISCGK wisc.edu ! University of Wisconsin, Madison zone local UWASHINGTONGK washington.edu ! University of Washington

zone local IHETSGK ihets.org ! Indiana Higher Education Telecommunication System

zone remote AARNet edu.au 203.22.212.245 1719 ! Australian Academic and Research Network zone remote UIUCGK uiuc.edu 130.126.1.3 1719 ! University of Illinois at Urbana-Champaign zone remote UFRJGK ufrj.br 146.164.247.202 1719 ! Universidade Federal do Rio de Janeiro –

Universidade do Brasil zone remote UFLGK ufl.edu 128.227.75.68 1719 ! University of Florida

zone remote CESNETGK cesnet.cz 195.113.144.84 1719 ! Czech National Research & Education Network

zone remote UCGK uc.edu 129.137.0.2 1719 ! University of Cincinnati zone remote TAMUI2 tamu.edu 165.91.160.4 1719 ! Texas A&M University

zone remote UNAMGK unam.mx 132.247.253.242 1719 ! Universidad Nacional Autónoma de México zone remote SURFNET surfnet.nl 192.87.116.96 1719 ! SURFNET (Netherlands)

zone remote CSUGK colostate.edu 129.82.103.67 1719 ! Colorado State University zone remote ITESMGK qro.itesm.mx 132.254.80.51 1719! Tecnologico De Monterrey

Projeto-Piloto

Plano de Numeração

Estado atual do Piloto

„

Participam 14 instituições

„ Com gateways em aquisição pela RNP

• MEC, CNPq

• INPA

• UFRJ, UFSC, UFC

• RNP-DF, RNP-Campinas, RNP-RJ

„ Com gateways próprios

• USP, UFPE, UFAM, UFF, IME

„ GKs, Radius e telefones virtuais em

IVR

„

Interactive Voice Response

„

Coleta dígitos DTMF em resposta a

mensagens pré-gravadas

„

Roda no gateway ou externamente

„

Desenvolvido IVR externo que pode

interagir com gateway via facilidades

Papel do IVR

„

Permite que o serviço VOIP seja

acessado de forma explícita

„

Essencial para evitar necessidade de

reprogramação de PBX nas instituições

• Número chave no PBX direcionado para o gateway

„

Discando para o gateway na UFRJ

Ao Vivo

„ Acessaremos informação dos usuários registrados nos GKs

„ Discaremos 2598-3050 para conexão ao serviço

„ # virtual local: 0 <número>

„ # virtual remoto: 0 <área> <número> „ # PBX remoto: <área> <número>

„ Internacional: 00 <país> <área> <número>

„ Importante

Descobrindo Usuários

de Telefones Virtuais

Descobrindo Usuários

de Telefones Virtuais

Descobrindo Usuários

de Telefones Virtuais

Demo durante WRNP

e SBRC (maio/03)

„

Instalamos gateway e GK no hotel

Pirâmide em Natal, local do evento

„

Gateway conectado a portas FXO e

usando ramais internos do hotel

„

Através do gateway na UFRJ,

permitimos ligações locais para o Rio

Incentivar demanda para coleta

experimental de estatísticas (perda,

RTT)

Demo VOIP

no WRNP/SBRC 2003

Complexidade

do Demo

Problemática VoIP

„ Qualidade da voz impactada por perda, atraso e variação

de atraso (jitter)

„ Perda (ideal < 1%)

„ Atraso

• Para conversa interativa, atraso máximo fim-a-fim deve ser

inferior a 150 ms (ITU-T)

• Valores de 200 ms ainda toleráveis na prática

• Contribuições

• Atrasos nos codificadores de voz

• 25 ms (G.729a), até 100 ms (G.723.1)

• Buffer de compensação de atraso (30 a 60 ms, configurável)

• Atrasos nas filas dos elementos de rede (variável)

• Atrasos de propagação no meio físico (10 ms/ 1000 km)

„ Jitter

• Se for alto, pacote atrasado é considerado perdido

Estatísticas Coletadas

Número de ligações realizadas por hora

SUN MON TUE WED THU FRI

„ Total de 440 ligações

„ 376 de Natal para o Rio, 52 do Rio para Natal, 2 para telefones

virtuais, 10 para ramais internos do NCE

Estatísticas Coletadas

Estatísticas Coletadas

Pacotes perdidos (%) – média por hora

SUN MON TUE WED THU FRI

Rio → Natal

Estatísticas Coletadas

RTT médio por chamada (ms)

SUN MON TUE WED THU FRI

Rio → Natal

Papel das Estatísticas

„

Geração de alarmes automáticos, no

início e término das chamadas

„

Geração de relatórios

„ Uso, características do serviço, matriz de

tráfego, métricas de desempenho, etc

„

Apoio ao planejamento de QoS e

engenharia da rede

„ Determinação de enlaces congestionados „ Indicação de comportamento falho no

tratamento de QoS

Metodologia de

Medição Ativa

„ Realizar ligações VOIP simuladas entre pontos e mapear a qualidade de serviço que será

Arquivos de Logs

Medidas Médias (RTCP) Medidas Instantâneas

Traceroute e MRTG _{Buffer de Compensação}

Visualização

„ Ambiente em Javascript

para selecionar o sentido do fluxo e o codificador;

„ Agregação das Medidas

por Dia com Valores Máx., Min., Média e Desvio

Padrão;

„ Possibilidade de Realizar

zoom em uma medida específica;

„ Criação automática dos

gráficos usando scripts Perl com GD.pm e

Visualização das

Ligações Num Dia

„ RTT (Round Trip Time) „ Packet Loss

„ Jitter

„ Eixo X representa a hora da ligação

Visualização De Uma

Ligação Particular

Pesquisa Por

Avaliação de

Qualidade de Voz

„ Estudo e aprimoramento do E-Model [ITU-T G.107 e ETSI ETR250]

„ Projetado para ser utilizado somente no planejamento de redes

„ Não avalia a distribuição de perdas

„ Não leva em consideração aspectos subjetivos da percepção humana, como a dependência

temporal

„ Não diferencia qualidade instantânea da rede de qualidade percebida pelo usuário

da percepção humana, como a dependência „ Estudo e aprimoramento do E-Model [ITU-T

G.107 e ETSI ETR250]

„ Projetado para ser utilizado somente no planejamento de redes

„ Não avalia a distribuição de perdas

„ Não leva em consideração aspectos subjetivos temporal

„ Não diferencia qualidade instantânea da rede de qualidade percebida pelo usuário

Avaliação de

Qualidade de Voz

„

Aprimoramento e validação de propostas

para extensão do E-Model

„ Avaliação e determinação do grau de

influência de cada fonte de degradação da voz

„

Implementação de arquitetura para

medição ativa e passiva

„ Permitir análise comparativa de diferentes

políticas de QoS

„ Criação de ferramenta para avaliação de

qualidade e voz em tempo real

Mean Opinion Score

(MOS)

Mean Opinion Score

(MOS)

Mean Opinion Score

(MOS)

Mean Opinion Score

(MOS)

Mean Opinion Score

(MOS)

Mean Opinion Score

(MOS)

Mean Opinion Score

(MOS)

Mean Opinion Score

(MOS)

Mean Opinion Score

(MOS)

Contabilização das

Chamadas

SNMP

Radius

„ Atributos definidos pelo IETF

(RFCs 2138 e 2139)

Autenticação e

Segurança

Segurança (ITU-T H.235)

Autenticação

Integridade

Privacidade

Servidor Radius

„

AAA (Authentication, Authorization e

Convivência

Firewall/NAT

„ Características VOIP

„ Uso dinâmicos de portas (UDP e TCP)

„ Referência às portas nos campos de msgs de

sinalização, causa problemas com firewalls e NAT

„ Soluções

„ Application Layer Gateways (ALGs) nos firewalls „ Proxies / Gatekeepers

„ IETF Midcom Working Group „ Túneis / VPN

„ No piloto, GK é configurado como PROXY de mídia, sinalização e NAT (se necessário)

GT-VOIP Avançado

(out/03 a out/04)

„

Focará em problemas relacionados com

escalabilidade do serviço VOIP

„ Controle de admissão de chamadas (CAC)

„ Integração GK e DNS

„ Suporte a SIP e integração H.323/SIP „ Explorar e consolidar soluções para

firewall/NAT

„ Integração GK com LDAP, sofisticando os

esquemas de autorização e autenticação

Opções para CAC

„

Uso direto da sinalização H.323

Uso de Intserv (RSVP)

„

Uso de Intserv e negociadores de políticas

(Policy Broker ou PB)

„ Com aderência aos padrões mais recentes do

IETF (RFC- 2749 e RFC-2750), denominado COPS (Common Open Policy Server)

„

Uso de integrado de Diffserv, Intserv e

negociadores de políticas, usando as

recomendações da RFC-2998.

Projetos Europeus

Focando Escalabilidade

„ COPS DRA (COPS Diffserv Resource Allocation) que é um

projeto de pesquisa do consórcio CoRiTeL consortium (http://www.coritel.it), e visa o desenvolvimento de servidor e clientes COPS

„ CADENUS - Creation and Deployment of End-UserServices

in Premium IP Networks (http://www.cadenus.org)

„ TEQUILA (traffic engineering for quality for service in the

internet, at large scale), que é parte do programa europeu de tecnologias da sociedade da informação IST

(Information Society Technologies Programme)

Implementações de

Policy Brokers

„ Tampere University of Technology – Implementação de negociador de

banda (BB) baseado na IETF RFC 2638 (http://cvs.atm.tut.fi/faster/diffserv.html,

http://www.atm.tut.fi/faster/qbone/tutbb.pdf).

„ ABB: Active Bandwidth Broker

(http://www.comm.toronto.edu/~eddie/Papers/abb_spie_itcom2001.pdf)

„ AQUILA - The Siemens Bandwidth Broker

(http://qos.internet2.edu/houston2000/proceedings/Stelzl/20000209-QoS2000-Stelzl.pdf)

„ ENICOM's Bandwidth Broker

(http://www.qbp.gr.jp/QiQ/open/SAINT01-BB/saint01-bb.pdf)

„ On Scalable Network Resource Management Using Bandwidth Brokers

-University of Minnesota

(http://www.cs.umn.edu/research/networking/BB/)

„ Implementation of the Two Tier Differentiated Services Architecture –

Integração GK e DNS

„ Elimina a figura do DGK

„ Plano de numeração alterado para permitir incluir prefixo para certo GK

„ Localização de usuários e telefones seria feita diretamente entre GKs via DNS

„ Processo de localização via DNS torna-se semelhante à forma com que o SIP opera

„ GK tem que suportar interação com DNS

„ Referência

„ ITU-T, Study Group 16, Document AVC-1161, Using

ENUM

„ O grupo de trabalho ENUM da IETF

(http://www.ietf.org/) cria um mapeamento de

números telefônicos E.164 para serviços na Internet, baseando-se em uso de DNS

sofisticado (RFC-2916)

„ www.enum.org/information/files/enumfaq.pdf

„ Nossa meta é aprofundar no estudo da

arquitetura proposta, e verificar a possibilidade e impacto de migração do piloto no futuro para um ambiente misto de localização H.323 com ENUM

Alternativa a Radius

„ Radius (criado em 1995) não suporta mobilidade de forma eficiente e não foi desenhado para

interagir com serviços QoS (RSVP, IntServ, DiffServ)

„ Diameter (concebido em 1996) hoje provê AAA

para usuários fora da base, além de suporte a VPN, VOIP, IP móvel e gerência de recursos ( ou negociadores de políticas)

„ Nosso interesse é ter suporte ao tratamento de políticas sofisticadas de acesso ao serviço VOIP para clientes fora da base

Documentação

Site www.voip.nce.ufrj.br

Documentos do projeto

Referências para H.323

Relatórios diversos

Estatísticas