VIRGILIO PIERDONÁ
VoIP COM UTILIZAÇÃO DO ASTERISK
Palhoça 2009
MAICON PEREIRA
VIRGILIO PIERDONÁ
VoIP COM UTILIZAÇÃO DO ASTERISK
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Elétrica-Telemática da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica-Telemática.
Orientador: Prof. Dr. Julibio David Ardigo
Palhoça 2009
VoIP COM UTILIZAÇÃO DO ASTERISK
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica-Telemática e aprovado em sua forma final pelo Curso de Graduação em Engenharia Elétrica-Telemática, da Universidade do Sul de Santa Catarina.
Palhoça, 02 junho de 2009.
______________________________________________________ Professor e orientador Julibio David Ardigo, Dr. Eng.
Universidade do Sul de Santa Catarina
______________________________________________________ Professor Fernando Cerutti, Dr.
Universidade do Sul de Santa Catarina
______________________________________________________ Professor Mario Gerson Miranda Magno Junior Msc.
“Dedico este trabalho a todos os meus familiares e em especial à Simone Teresinha da Silva por ter me ajudado e dado apoio nos momentos difíceis desta jornada. Dedico também a todos os professores que nos deram acesso às informações coerentes utilizadas.” (Maicon Pereira)
“Aos meus irmãos, vocês sempre estão comigo, nunca deixo de pensar em vocês, e faço uma dedicatória toda especial a uma pessoa que completa minha vida, obrigado Franciny Moraes Perego, por todo companheirismo e apoio nos momentos em que mais precisei.”
Agradecemos a Job de Medeiros pelas diversas aulas e explicações relativas ao Asterisk tornado este trabalho possível, bem como ao Alexandre Grum pelas dúvidas sanadas.
Um agradecimento muito especial as nossas namoradas, Simone Teresinha da Silva e Franciny Moraes Perego, por terem nos amparado nos momentos difíceis, tendo paciência e nunca nos deixando sós, dando seu apoio e fazendo tudo que estivesse ao seu alcance.
Não podemos deixar de agradecer a Deus por tudo e a nossos familiares pois sem estes não estaríamos aqui.
“A mente que se abre a uma nova idéia jamais voltará ao seu tamanho original” (Albert Einstein).
A tecnologia VoIP e sua rápida disseminação estão transformando o cenário mundial das telecomunicações. Na esteira destas mudanças surge um software em código aberto, o Asterisk, sobre o qual foi desenvolvido este trabalho, cujo foco é o desenvolvimento de uma metodologia para sua instalação e configuração. Para tal, são introduzidos conceitos fundamentais de Voz sobre IP e seus protocolos mais importantes, além dos princípios de digitalização e compressão de dados. Por fim, o Asterisk é abordado em detalhes, com seções dedicadas à arquitetura do programa, ao hardware disponível para incrementar suas funcionalidades, aos arquivos de configuração e planos de discagem.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Arquitetura do Protocolo TCP/IP...19
Figura 2 - Distribuição na pilha de protocolos...24
Figura 3 - Cabeçalho RTP...27
Figura 4 - Seqüência da codificação da voz...43
Figura 5 - Esquema representativo da arquitetura do Asterisk...53
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Representação dos Codecs suportados pelo Asterisk...50 Tabela 2 - Representação da conversão dos Codecs...51 Tabela 3 - Configurações adotadas de particionamento do disco...57
1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 OBJETIVOS ... 14 1.1.1 Objetivo Geral ... 14 1.1.2 Objetivos Específicos ... 14 1.2 JUSTIFICATIVA ... 14 1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 15 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 16 2.1 HISTÓRICO DA TELEFONIA ... 16
2.2 HISTÓRICO DAS REDES DE COMPUTADORES ... 17
2.3 TCP/IP ... 18
2.4 PROTOCOLO DE INTERNET ... 20
2.5 H.323 ... 21
2.5.1 Identificação e descrição das funções dos elementos ativos do sistema ... 22
2.5.2 Protocolos em pilha H.323 ... 24 2.6 RTP ... 26 2.6.1 Controle de Gerenciamento – RTCP ... 28 2.6.2 Formatos de payload ... 29 2.7 SIP ... 29 2.7.1 Arquitetura SIP ... 30
2.7.2 Arquitetura SIP – Novos tipos de serviços ... 32
2.7.3 O SIP no mercado atual ... 32
2.8 RELACIONADO SIP E H.323 ... 33
2.8.1 Interoperabilidade com o H.323 ... 33
2.9 O SURGIMENTO DO VoIP ... 34
2.10 DIFICULDADES NA UTILIZAÇÃO DO VOIP ATRAVÉS DA INTERNET ... 35
2.11 QUALIDADE DE SERVIÇO (QoS) ... 35
2.11.1 CONCEITOS DE QoS ... 36
2.11.2 ARQUITETURA QoS ... 36
2.11.3 NÍVEIS DE QoS ... 37
2.11.4 CLASSES DE SERVIÇOS – PRECEDÊNCIA IP ... 38
2.11.5 PARÂMETROS DE REDE ... 38
2.11.6 ATRASO DE PACOTE DE REDE ... 38
2.11.7 JITTER ... 39
2.11.8 PERDA DE PACOTES ... 39
2.11.9 DESORDEM DOS PACOTES ... 40
2.11.10 ECO ... 40
2.11.11 SUPRESSÃO DO SILÊNCIO E DETECÇÃO DE VOZ ... 41
2.11.12 MODO DE TRANSMISSÃO ... 41 2.12 DIGITALIZAÇÃO ... 42 2.12.1 CODEC ... 42 2.13 LARGURA DE BANDA ... 45 2.13.1 CABEÇALHOS ... 46 2.13.2 FREQUÊNCIA DE PACOTES ... 46
3 ASTERISK ... 48
3.1 PROJETO ZAPATA ... 48
3.2 PRINCIPAIS FUNCIONALIDADES ... 48
3.3 LIMITAÇÕES DA SOLUÇÃO ASTERISK ... 49
3.4 CODECS SUPORTADOS PELO ASTERISK ... 49
3.5 ARQUIVOS DE ÁUDIO SUPORTADOS PELO ASTERISK ... 51
3.6 PROTOCOLOS VoIP SUPORTADOS PELO ASTERISK ... 51
3.7 CANAIS ... 52
3.8 APLICAÇÕES ... 52
3.9 ARQUITETURA ... 53
3.10 CARACTERÍSTICAS DOS CLIENTES QUE PERMITEM CONFIGURAÇÃO NO ASTERISK ... 54
3.11 ORGANIZAÇÃO DOS ARQUIVOS ... 55
3.12 CONFIGURAÇÃO E INSTALAÇÃO DO ASTERISK E SUAS DEPENDÊNCIAS 56 3.12.1 PROCEDIMENTO PARA INSTALAÇÃO DO LINUX RED HAT ENTERPRISE ES – VERSÃO 5.1 PARA 32BITS X86 ... 57
3.12.2 INSTALAÇÃO DO ASTERISK ... 59
3.12.3 CONFIGURAÇÃO DAS REGRAS DE DISCAGEM ... 62
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 64
A crescente evolução da humanidade trouxe consigo a necessidade de comunicação entre as pessoas de uma forma cada vez mais rápida, fácil e menos onerosa. A partir desta necessidade surgiram as primeiras formas de transmissão de voz utilizando-se de aparelhos telefônicos. Esta invenção datou-se de 1876 e foi assinada pelo inventor Alexandre Graham Bell. Mesmo com os notáveis avanços dessa tecnologia, a essência de seu funcionamento manteve-se inalterada.
A telefonia teve um crescimento exponencial no número de usuários desde sua invenção, independente de fronteiras. Esta expansão na comunicação não se limitou à voz devido a necessidade de compartilhar dados para interligar trabalhos desenvolvidos por todo o mundo.
Esta comunicação de dados culminou no surgimento da Internet, cuja expansão transformou o mundo de tal forma que podemos datá-los em antes e depois de sua concepção. Um grande avanço advindo do surgimento da Internet foi a convergência da telefonia para pacotes de dados, originando assim o Voz sobre IP (VoIP). Este método vem crescendo de forma assombrosa tornando-se popular e acessível nos dias atuais.
Com essa evolução, o sistema telefônico conhecido atualmente está sendo substituído pela tecnologia VoIP devido ao baixo custo, fácil manuseio e manutenção simples, podendo esta ser realizada pelos próprios usuários que possuam conhecimento básico em sistemas operacionais. Entretanto, a administração da rede sobre a qual o VoIP estará trafegando demanda profissionais com conhecimento específico na área.
A partir da utilização do VoIP surgiu a necessidade de sua interligação com a telefonia convencional e do gerenciamento das ligações. Uma das soluções possíveis para este desafio é a utilização do software denominado Asterisk, que é uma solução de código aberto, característica que possibilita, entre outros fatores, um baixo investimento de implementação.
O Asterisk pode ser utilizado como uma central telefônica ligada à Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC), tanto fixa, digital e analógica, como celular, com outro equipamento, utilizando-se de protocolos da Internet, ou de forma mista, utilizando estas duas características.
Entretanto, sua instalação e configuração demandam um conhecimento técnico específico, o que motivou a realização deste trabalho de forma a possibilitar que um profissional que possua apenas uma capacitação básica possa implementá-lo.
Cabe salientar que nesse trabalho utilizaremos o Asterisk apenas como uma central administrativa sem vínculo a quaisquer redes externas.
1.1 OBJETIVOS
1.1.1 Objetivo GeralEsse trabalho objetiva demonstrar, de forma simples, a instalação e a configuração do Asterisk para o gerenciamento de ligações telefônicas utilizando VoIP.
1.1.2 Objetivos Específicos
Para se atingir o objetivo geral descrito, os seguintes objetivos específicos têm de ser alcançados:
• Apresentar um breve histórico da evolução da telefonia e rede de dados.
• Descrever a tecnologia VoIP bem como os conceitos necessários ao seu entendimento.
• Apresentar o Asterisk e suas principais funcionalidades.
• Elaborar um guia de instalação e configuração do Asterisk para usuário com conhecimentos básicos.
1.2 JUSTIFICATIVA
O Asterisk é um software que surgiu da busca pela integração de dados e telefonia em uma única central de baixo custo. Utilizando VoIP como base de funcionamento, este software é capaz de realizar todas as funcionalidades oferecidas por um equipamento de troca automática de ramais privados (PABX) com as seguintes vantagens: extinção do cabeamento específico para a telefonia; possibilidade de suporte e implantação realizados pelos próprios técnicos da empresa; utilização de vários protocolos de transmissão; utilização de hardware 14
simples e aproveitamento dos aparelhos telefônicos convencionais bem como telefones virtuais (softphones) fornecidos gratuitamente para download (DIGIUM, 2009).
Assim, é possível prover um servidor PABX munido do Asterisk, integrando as redes de dados e voz de maneira prática, rápida e eficiente, não perdendo qualidade frente às soluções PABX convencionais apresentadas no mercado.
Por se tratar de um software livre, o Asterisk está disponível para acesso comum, podendo ser encontrado facilmente na Internet. Além disso, encontra-se em constante aprimoramento, sendo que essas alterações procuram a melhoria de seus serviços e buscam desenvolver novas funções dentro das já existentes.
Devido à carência de material e à dificuldade ao acesso do conhecimento sobre essa tecnologia muitos tem dificuldade em implementar um PABX através desta solução. Assim, o desenvolvimento do presente trabalho auxiliará na compreensão e facilitará a implantação deste sistema, bem como difundirá ainda mais o seu uso.
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
Neste capítulo foi apresentada a contextualização, justificativa e os objetivos deste trabalho. No segundo capítulo é apresentado um histórico sobre a telefonia convencional, a Internet, rede de dados, tecnologias VoIP e conceitos necessários ao seu entendimento. No capítulo 3 é feita a apresentação do software Asterisk e como proceder sua instalação e configuração. Por fim, no último capítulo, são apresentadas as consideração finais sobre este trabalho.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Neste capítulo é apresentado o histórico sobre a telefonia convencional, Internet, rede de dados, tecnologias VoIP e conceitos necessários ao seu entendimento.
2.1 HISTÓRICO DA TELEFONIA
Enquanto realizava experimentos para aprimorar o telégrafo, Alexandre Graham Bell descobriu um aparelho capaz de transmitir sons, isto se datava de 1875. Este equipamento utilizava-se de variações de correntes elétricas para realizar as transmissões. Com o avanço da descoberta, Alexandre Graham Bell fundou sua empresa em 1877.
Com o passar dos anos o invento foi se popularizando, aumentando a demanda de tal forma a ser inviável e impraticável manter linhas dedicadas entre usuários dos aparelhos telefônicos.
A topologia original do invento necessitava de uma comunicação ponto a ponto. Assim, com o incremento da demanda surgiu a criação de uma Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC), que utilizava recursos compartilhados de infra-estrutura.
A rede passou a se integrar a uma central manual operada por uma pessoa (telefonista) que comutava as pontas de acordo com a requisição do cliente.
Sentindo a necessidade de aprimorar a comutação e agilizar o processo, em 1891 Almon Strowger desenvolveu uma central automática através de circuitos elétricos dispensando assim a figura da telefonista e ganhando velocidade no processo. Os telefones também receberam avanços com esta nova central ganhando discos. Estes discos eram providos de uma sinalização decádica que consiste em pulsos (0 a 9).
Apenas em 1925 foram inauguradas as primeiras centrais automáticas do Brasil na cidade de Porto Alegre, RS.
A rede analógica foi totalmente empregada apenas em meados dos anos de 1950. Em 1958 surgiu a primeira central telefônica digital, iniciando a comunicação digital entre as centrais, o que possibilitou a comutação automática das conexões e incluiu facilidades na manutenção, gerência e operação dos equipamentos.
2.2 HISTÓRICO DAS REDES DE COMPUTADORES
As redes de computadores surgiram para suprir a necessidade de interligar os computadores de forma rápida e prática. Esse surgimento datou-se na década de 1960 e desde seu início sofreram grandes avanços. Nesta época, uma forma comum de transporte de dados era por cartões perfurados que possuíam poucos recursos de armazenamento e demandavam de muito espaço físico para o seu transporte.
Em 1969 foi criada a Arpanet, os primórdios da Internet. A rede entrou em operação em dezembro deste mesmo ano com apenas quatro nós.
A transmissão era feita por links de telefonia adaptados e dedicados, que possuíam taxas de transmissão de 50Kbps. Esta taxa pode parecer baixa para os padrões de hoje, mas para a época era estrondosa tomando como parâmetro que os modems da década de 1970 transmitiam apenas a 110bps (bits por segundo).
A rede teve um grande crescimento, e em 1973 já haviam 30 nós conectados com redundância. Existia um roteamento entre os nós para envio dos dados e caso houvesse alguma interrupção, esta era rapidamente identificada e redirecionada de forma muito confiável.
Em 1974 houve a criação do protocolo de comunicação Transmission Control
Protocol / Internet Protocol, difundido como TCP/IP, representando um avanço nas
transmissões. Hoje este protocolo ainda é largamente utilizado. Com redes interligadas foram surgindo serviços como o FTP, telnet e e-mail.
Com a rede em larga ascensão e vários computadores conectados a esta, estava cada vez mais complexo lembrar de todos os hosts interligados. Foi assim que em 1980 surgiu o Domain Name System (DNS), que trouxe consigo o nome de domínios facilitando a usabilidade. Hoje o DNS é amplamente utilizado.
O padrão Ethernet surgiu em 1973. Os primeiros testes, realizados dentro do PARC (o laboratório de desenvolvimento da Xerox, em Palo Alto, EUA), atingiram a taxa de transmissão de 2.94 megabits devido à freqüência de clock de 2.94MHz e utilizavam como meio de transmissão cabos coaxiais, permitindo a conexão de até 256 hosts.
A Arpanet e a Ethernet deram origem à Internet e às redes locais, respectivamente, sendo que uma servia para interligar universidades e a outra as redes locais para compartilhar arquivos e recursos como impressoras, etc.
Em 1990, com a abertura da Internet, a conexão das redes locais e de seus recursos com o mundo exterior se popularizou, pois se tornou mais barata e prática.
Há uma década atrás ainda era comum o acesso via linha discada, assim como encontrar cada micro interligado a um modem e a uma linha telefônica, porém isso multiplicava os custos. Uma alternativa mais barata e que permitia que todos os micros ficassem constantemente conectados seria locar uma linha dedicada e compartilhar a conexão entre eles. Assim, as conexões de banda larga foram se popularizando sendo cada vez mais utilizadas.
Atualmente, quem possui mais de um computador em casa monta uma pequena rede, utilizando um modem ADSL configurado como roteador, um ponto de acesso de rede sem fio (wireless) ou ainda um cabo crossover, compartilhando diretamente a conexão entre dois computadores. O acesso à rede mundial de computadores já se tornou tão difundido que é impraticável imaginar utilidades para um micro desconectado da rede.
Além disso, as redes continuam compartilhando recursos entre diversos micros, permitindo assim que você economize tempo e dinheiro, pois não necessita que cada um tenha sua própria impressora, ou seja o único detentor das informações ali armazenadas, podendo até comandar outros microcomputadores remotamente.
2.3 TCP/IP
Para todo o conjunto de protocolos utilizados pela Internet foi dado o nome de arquitetura de rede TCP/IP. Esta arquitetura pode ser vista como um modelo de camadas, como ilustrado na Figura 1 - Arquitetura do Protocolo TCP/IP, onde cada camada é responsável por um conjunto de tarefas.
Ele foi desenvolvido de maneira a permitir que diversos computadores possam compartilhar recursos da rede. Para toda a família de protocolos existe um conjunto de regras ditando a forma de como deve ser feita a comunicação entre os computadores, assim como determinar a conexão de rede e o roteamento do tráfego.
Seu nome vem da associação de Transmission Control Protocol e Internet
Protocol, hoje somente conhecida como TCP/IP devido aos seus dois protocolos mais
importantes.
O TCP é um protocolo da camada de transporte confiável e orientado à conexão, garantindo a entrega de pacotes ao usuário destino, controlando informações que garantem esta entrega.
Na mesma camada de transporte do TCP temos o User Datagram Protocol (UDP), mas trata-se de um protocolo não orientado à conexão, portanto não confiável.
Figura 1 - Arquitetura do Protocolo TCP/IP
Fonte: VIANA, 2001.
Desde sua origem, o protocolo IP foi baseado na regra de melhor esforço,
(Best-effort Service), este recurso não provê nenhum mecanismo de qualidade de serviços,
consequentemente, nenhuma garantia de alocação dos recursos na rede. Com o rápido crescimento da Internet, a tendência atual é a integração de voz (telefonia) e dados numa única infra-estrutura de redes de pacotes IP. E para garantia de produtos que garantissem a qualidade de serviços fim-a-fim, gerou-se uma corrida desenfreada para a melhoria dos equipamentos de rede que utilizam protocolos dos serviços IP.
TCP/IP é, portanto, uma arquitetura de rede simples popularizada entre computadores com o sistema operacional UNIX, Windows e outros. Atualmente o TCP/IP está presente na maioria dos sistemas operacionais e é utilizado por muitas empresas em uma variedade de aplicações. TCP/IP é, especificamente, um protocolo de comunicação de dados projetado para aplicações não sensíveis ao atraso tais como: e-mail, http, ftp.
Com o TCP/IP, um processo leva dados de um host, que por sua vez encaminha para outro processo. Um host transmissor fornece à rede o endereço do host receptor para garantir o endereçamento correto na rede.
O protocolo UDP é restrito a portas e socktes, e transmite dados de forma não orientada à conexão. Trata-se de um protocolo para interface do protocolo IP. Este protocolo substitui o protocolo TCP quando a transferência não necessita estar submetida a serviços de controle de fluxo.
A função básica do protocolo UDP é servir de multiplexador ou demultiplexador para o tráfego de informações do IP, e como o TCP/IP trabalha com portas que direcionam a informação a cada nível superior.
Este protocolo é composto de:
Porta destino: é um datagrama que indica o aplicativo ao qual se deve enviar a informação que chega.
Porta origem: localiza-se no outro estremo do datagrama e indica o aplicativo que enviou a mensagem. Podendo ser utilizado para reenvio, e quando não utilizado é preenchido por zeros.
2.4 PROTOCOLO DE INTERNET
O IP corresponde à sigla de Internet Protocol (Protocolo de Internet), que é um protocolo usado entre duas máquinas em redes para trafegar dados.
Em uma rede IP os dados são enviados em pacotes ou datagramas, que podem ser basicamente sinônimos no IP, já que são usados para dados em diferentes locais nas camadas IP. Antes do host tentar enviar pacotes para outro host para o qual não se comunicou previamente, nenhuma definição será necessária no IP.
Neste protocolo é oferecido um serviço de datagrama não confiável. O pacote pode chegar desordenado comparado com outros pacotes enviados pelo mesmo host, ou duplicado ou até ser perdido. Se for necessária uma aplicação confiável, esta deve ser feita na camada de transporte.
Na segunda camada existe a interconexão de redes através de roteadores para encaminhar pacotes IP. Pela falta de garantia na entrega de pacotes essa troca é feita de forma mais simplificada.
O IP é o elemento mais comum encontrado nas redes públicas de hoje. Está descrito na RFC 791 da IETF (Internet Engineering Task Force), tendo sua primeira publicação em Setembro de 1981. Neste documento está a descrição de um protocolo baseado em camadas de rede que veio a se tornar o mais popular em todo o mundo.
2.5 H.323
Em Craig (2001), tendo uma popularização em seus serviços, os sistemas de comunicação junto das redes de computadores mostram diariamente novas oportunidades e desafios para seus usuários. O uso de serviços em tempo real vem sendo cada vez mais solicitados no uso deste tipo de tecnologias. Dentro do que o mercado vem pedindo, o uso do H.323 vem a estancar esta vertente demonstrada.
No H.323 temos uma maior interação com serviços como áudio, vídeo e dados, podendo gerenciá-los através de uma rede baseada em pacotes, disponibilizando a conversação entre equipamentos que suportam este padrão.
A arquitetura demonstrada no padrão H.323 trabalha com dados multimídia dispostos em redes baseadas em protocolo IP. Neste padrão temos a interação entre fabricantes diferentes, fazendo uso dos serviços e podendo deixar transparente seus utilitários sem que se preocupem com a velocidade da rede.
Por recomendação da ITU-T (Interntion Telecom Union), organização que define padrões para as redes de computadores e telecomunicações, também são incluídas nestas redes o TCP/IP com uso sobre Ethernet, Fast Etehernet e Token Ring.
Sua aprovação é datada de 1996 pelo grupo de estudos 16 da ITU, tendo sua segunda versão lançada em 1998. No H.323 temos vários padrões de comunicação que possibilitam através da rede a conferência de vídeo e o VoIP.
A recomendação do H.323 possibilita a flexibilidade podendo ser aplicada tanto em voz quanto em videoconferência multimídia. Dentre as várias razões que popularizaram o H.323 no mercado temos:
a) Padronização de voz para estruturas já existentes, possibilitando aos clientes o uso das aplicações sem que seja necessária uma nova infra-estrutura de rede.
b) Atualmente o progresso no mercado baseado em tecnologia IP vem deixando suas redes mais velozes, migrando sua arquitetura Ethernet de 10Mbps para 100Mbps, e Gigabit Ethernet.
c) No padrão H.323 a interoperabilidade entre LANs e outras redes já é prevista. d) Pode-se fazer a administração do fluxo de dados. O gerente de rede tem a autonomia de restringir a largura de banda para uso em conferências de voz. O uso de
Multicast também possibilitará uma redução na largura de banda.
e) Muitas empresas apóiam as especificações H.323, entre elas a Intel, Microsoft, Cisco e IBM. Com a confiança destas empresas, o reconhecimento e a garantia de alto nível nos serviços prestados vem lhe garantindo um grande valor no mercado de telefonia.
Conforme Nóbrega (2001), propostas da ITU-T vem difundindo o padrão H.323, especialmente por ser precursor da Telefonia IP. Entre as características do padrão H.323 podemos citar como as principais:
a) A especificação de algoritmos para compressão garantindo a confiabilidade (codecs.
b) Protocolos para controle de chamadas, negociação de qualidade de serviço e estabelecimento de canais de comunicação.
c) Possibilita a interoperabilidade entre outros tipos de canais de voz, como RDSI, telefonia convencional, voz ATM, e se necessário a construção de gateways.
2.5.1 Identificação e descrição das funções dos elementos ativos do sistema
As recomendações utilizadas pelo H.323 na ITU-T são: H.225 utilizada para conexão, H.245 usada para controle, H.332 para conferências, H.335 para segurança, H.246 possibilita o uso com RTPC e o grupo H.420.x responsável por serviços complementares.
Dentro das recomendações H.323 verificou-se os elementos que compõem uma rede de telefonia IP, podendo ser definidos como:
Terminal H.323: O terminal nada mais é que o computador onde está implementado o serviço de telefonia IP, tem como funcionalidades telefonia IP, terminal de voz, vídeo e dados, fazendo uso de recursos multimídia. A comunicação entre os clientes da LAN é feito em tempo real, em ambas as direções. Terminais H.323 devem suportar também H.245, Q931, Registration, Admission and Status (RAS) e RTP.
Terminais H.323 também podem incluir protocolos de conferência de dados T.120, codificadores de vídeo e suporte para MCU. A comunicação entre terminais H.323 pode ser em um gateway ou em um MCU.
Gateway H.323: É o elemento que faz a comunicação da rede IP com a rede de telecomunicações, podendo ser tanto sistema telefônico convencinal (RTPC), rede integrade de serviços digitais (RDSI), telefonia celular, oferecendo a interoperabilidade entre as duas redes.
O gateway H.323 é o ponto final da rede fornecendo informações em tempo real nas duas direções, entre os terminais na rede IP e os outros terminais ITU em rede comutada, ou entre gateways. Aqui é feira a troca de informações entre os diferentes tipos de formatos de dados.
Gateways podem ser opcionais em uma LAN, onde há comunicação direta entre os
terminais, porém ao existirem terminais que necessitam comunicar-se com o ponto final de outra rede, é indispensável o uso do gateway através do protocolo H.245 e Q.931.
Gatekeeper: Dito o componente mais importante de um sistema H.323, executa a função de gerência. Atua como ponto central para as chamadas dentro de sua zona (agrega o
gatekeeper e todos os terminais registrados nele), fornecendo também serviços aos pontos
finais registrados.
Abaixo algumas funcionalidades oferecidas pelo Gatekeepers:
a) Tradução de endereços: fornece um método alternativo de endereçamento de um ponto. Pode ser atribuído a um endereço de e-mail, número telefônico ou algo similar para um endereço de transporte. Faz uso de uma tabela de tradução podendo atualizá-la através de mensagens de registro.
b) Controle de admissão: pode permitir ou negar acesso baseando-se na autorização de chamadas, endereço de fonte e destino, etc.
c) Sinalização de chamadas: controla o processo de sinalização entre dois pontos finais que queiram se conectar.
d) Autorização de chamada: o gatekeeper pode rejeitar chamadas de um terminal devido a falhas de autorização através do uso de sinalização H.225. O que pode delimitar a rejeição seriam os acessos restritos durante alguns períodos de tempo ou acesso de certos terminais ou gateways.
e) Gerenciamento de largura de faixa: controla o número de terminais que podem acessar simultaneamente a rede. Com sinalização H.225, o gatekeeper poderá rejeitar chamadas de um terminal devido à limitação de largura de banda.
f) Gerenciamento de chamadas: através de uma lista de chamadas que pode ser mantida no gatekeeper, poderá se necessário indicar um terminal chamado como ocupado, fornecer informações para a função de gerenciamento de largura de faixa.
2.5.2 Protocolos em pilha H.323
A figura a seguir, segundo Monteiro (2000), mostra a distribuição na pilha de protocolos. Para pacotes de áudio, vídeo e registro faz-se uso de UDP; já pacotes de dados e controle ficam em TCP.
Figura 2 - Distribuição na pilha de protocolos
Fonte: MONTEIRO, 2000.
Para H.323 são fornecidos três tipos de protocolos H.225.0, RAS H.225.0 e o controle de mídia H.245. O protocolo H.225.0 é usado em conjunto com o H.323 fornecendo a sinalização para o controle de chamadas. Quando é necessário que se faça uma chamada de uma fonte para um receptor, um canal RAS H.225 é usado. Ao se estabelecer a chamada o H.245 é usado na negociação de fluxo de mídia.
Usa-se o protocolo Real Time Protocol (RTP) para a transmissão de pacotes tendo sua aplicação em Áudio Codecs e Vídeo Codecs.
H.225.0: RAS (Registration Admission and Status) é um canal usado para comunicação entre o gatekeeper e pontos finais. Sabendo que o envio das mensagens se dá via UDP (protocolo não confiável), recomenda-se o uso de timeouts. Alguns procedimentos são definidos para o uso de um canal RAS, são eles:
a) Deconectar o Gatekeeper: para ser definido pelos pontos finais qual o
gatekeeper vai ser registrado se utiliza este tipo de processo.
b) Registro de ponto final: ao se juntar a uma zona o gatekeeper informa quais seus endereços de transporte.
c) Localização do ponto final: um gatekeeper ou ponto final que tenha um endereço alias (endereçamento que fornece um método alternativo de endereçamento de um ponto), de um ponto final, desejando suas informações de contato pode utilizar uma mensagem específica.
d) Mensagens: o canal RAS também é usado na transmissão de mensagens de admissão, status, mudança de largura de faixa e desligamento.
RTP/RTCP (Real Time Protocol / Real Time Control Protocol) utilizado no transporte de pacotes multimídia, em tempo real, também possui as funções de estatística de qualidade de serviço.
H.225.0: Sinalização de chamada – é usado para carregar mensagens de controle H.225. Nas redes que não possuem gatekeeper, as mensagens de sinalização de chamadas são passadas diretamente entre o ponto que o chamou e o que foi chamado, fazendo uso de um endereçamento de sinalização de chamadas.
As trocas de mensagens em redes que contem gatekeeper são feitas entre o ponto que chama e o gatekeeper, utilizando mensagens de endereçamento RAS.
H.245: Controle de conferencia e mídia – no H.323 depois que o estabelecimento de chamadas foi completado é feio o uso do protocolo de controle de mídia H.245. Ele é usado para negociar e estabelecer todos os canais de mídia baseados em RTP/RTPC.
Este mesmo protocolo (H.245) possibilita o uso de canais, tendo o Q.931 usado pra sinalização e o estabelecimento de chamada, o RTP como protocolo de transporte em tempo real carregando pacotes de voz, enquanto que o RAS fará a interação com o
gatekeeper. Algumas das funcionalidades oferecidas são:
a) Determina máster e slave: através do H.245 será designado o Controlador de Multiponto (MC) que é o responsável pelo controle central para chamadas estendidas em uma conferencia.
b) Troca de capacidades: o H.245 fará a negociação das capacidades quando a chamada é estabelecida. Pode ocorrer em qualquer momento da chamada a troca de capacidades, possibilitando assim que seja feita a negociação a qualquer momento.
c) Controle do canal de mídia: com os pontos finais tendo feito a troca de capacidades, pode-se abrir e fechar canais lógicos de mídia.
d) Controle de conferência: o H.245 em conferências fornece aos pontos finais anúncios mútuos, estabelecendo um modelo de fluxo de mídia entre todos os pontos finais.
Q.931: são as mensagens trocadas entre os terminais para uma sinalização de chamada.
Multipoint Control Unit (MCU): o MCU é o ponto final da rede fornecendo a capacidade de três ou mais terminais e gateways que participem de uma conferência multiponto. O MCU é formado por um Controlador Multiponto MC e Processador Multiponto MP. A determinação das capacidades comuns dos terminais que usam H.245 é feita através do MC, nele não serão executadas multiplexação de áudio, vídeo e dados. Esta multiplicação dos fluxos de mídia é feita pelo MP sobre o controle do MC.
2.6 RTP
Conforme Oliveira (2001), o protocolo de tempo real (RTP) é geralmente usado em conjunto com o UDP, podendo em alguns casos fazer uso de qualquer protocolo de nível inferior baseado em pacotes. Se um host desejar enviar um pacote de mídia, deve formatá-lo para empacotamento, adicionar um cabeçalho específico, adicionar um cabeçalho RTP, e passar para a carga de nível mais baixo.
Além do re-sequenciamento de detecção de perda são oferecidas pelo RTP outras funcionalidades:
a) Multicast-friendly: tanto o RTP como o RTCP foram projetados para pequenos grupos multicast, como é o caso dos usados em ligação telefônica compartilhada pro três pessoas, ou até para um grupo maior de pessoas, semelhante a um evento broadcast.
b) Independência de mídia: são fornecidos serviços de mídia em tempo real, tais como voz e vídeo. A codificação destes cabeçalhos específicos serão definidos para cada mídia separadamente.
c) Mixers e Translators: dispositivos que usam mídias de vários usuários e as misturas, enviando um único fluxo resultante, são chamados de Mixers. Já os Translators usam um único fluxo de mídia, convertendo-o e enviando-o em outro formato.
d) Retorno da QoS: o RTC`P envia informações sobre a qualidade da recepção permitindo aos receptores fornecer um retorno a todos os membros do grupo. As informações coletadas pelas fontes RTP podem ser usadas para ajustar a taxa de comunicação, outros receptores podem determinar os tipo de problemas na qualidade do serviço, se locais ou gerais. Estas informações podem ser usadas por observadores para gerenciamento do QoS.
e) Controle de sessão livre: o RTCP permite aos participantes trocar informações de identificação tais como nome, e-mail, número telefônico e mensagens curtas.
f) Criptografia: pode ser feita a criptografia dos fluxos de mídia RTP usando-se de chaves que serão trocadas por algum método não RTP.
Conforme a Figura 3 - Cabeçalho RTP, o cabeçalho RTP tem um tamanho de 12 bytes. O campo V2 indica a versão do protocolo. O flag X sinaliza a presença de um cabeçalho estendido entre o cabeçalho e o payload. Estando o bit P configurado, a carga estará preenchida com bits extras (padding) assegurando uma alimentação apropriada para a criptografia.
Para usuários participantes de um grupo multicast se fará a distinção por um Indicador de Sincronização de Fonte (SSRC) sendo um número aleatório de 32 bits. Possuir este tipo de indicador de chamada de aplicação possibilita a distinção dos fluxos vindos do mesmo Mixer ou Tranlator de uma forma fácil, da mesma forma que associa os relatórios do receptor.
Figura 3 - Cabeçalho RTP
Fonte: OLIVEIRA, 2001.
Como citado, o Mixer combina fluxos de mídia de várias fontes. Com a atual telefonia pode haver uma dificuldade na identificação de quem está falando em um instante de tempo. No SSRC temos o formato contribuinte, Identificador de Fontes Contribuintes
(CSRC), tendo o comprimento indicado pelo campo contador CSRC, possibilitando listar todos os SSRC que contribuem para o conteúdo do pacote. Um exemplo seria uma audioconferência, onde todos os locutores ativos seriam listados.
No RTP são suportados noções de framing dependente da mídia auxiliando no processo de reconstrução e produção. Esta informação é fornecida no bit de marcação M. No
payload identificamos a marcação utilizada no pacote. A incrementação é seqüencial de um
pacote para o outro e será usada para detecção de perdas e restauração da ordem dos pacotes. Para se indicar quando um frame de mídia foi gerado são usados os timestamp, que incrementa junto da freqüência de amostragem de mídia essa geração.
2.6.1 Controle de Gerenciamento – RTCP
Conforme Monteiro (2000), o RTCP é o protocolo de controle que auxilia o RTP. Transmissores e receptores de tempo em tempo enviam pacotes RTCP para o mesmo grupo
Multicast (fazendo uso de diferentes portas) fazendo assim a distribuição dos pacotes RTP.
Para cada pacote RTCP há um número de elementos, normalmente comportado por um Relatório Transmissor (SR) ou um Relatório Receptor (RR) tendo logo após a descrição da fonte (SDES). Os relatórios citados terão funções diferentes:
a) Relatório do transmissor (SR): gerados pelos usuários que também enviam mídia (fontes RTP). Fazem a descrição da quantidade de dados enviados até o momento, ao mesmo tempo em que correlacionam o timestamp retirado do RTP com um tempo que garanta a sincronização entre mídias diferentes.
b) Relatório do receptor (RR): enviados pelos participantes da sessão RTP que estão recebendo mídia. Para cada relatório gerado a um bloco para fonte RTP no grupo. Nos blocos está a descrição da taxa de perda dessa fonte para cada um deles. Também é indicado o último timestamp, bem como o atraso do último relatório do transmissor recebido, permitindo assim uma estimativa da distância entre as fontes e os receptores.
c) Descrição de fonte (SDES): são pacotes usados para controle de sessão. Composto por Canonical Name (CNAME), que é um identificador global único, com o formato semelhante ao do endereço de e-mail. CNAME´s são usados para associar diferentes fluxos de mídia gerados pelo mesmo usuário. Pacotes SDES também fazem a identificação do participante através do seu nome, e-mail e número telefônico, fornecendo assim um controle simples da sessão. Em aplicações a clientes podemos mostrar as informações de nome e
mail na interface do usuário, possibilitando aos participantes que saibam mais um dos outros. Ao se ter um usuário saindo, uma mensagem BYE será incluída. Para informações adicionais da aplicação nos pacotes RTCP elementos APP de aplicação serão usados.
2.6.2 Formatos de payload
Segundo Domingues (2000), com os mecanismos descritos anteriormente se permite ao RTP fornecer requisitos necessários ao transporte de áudio e vídeo genéricos.
Para codificadores particulares serão necessários requisitos adicionais de informação havendo a necessidade de transmissão. Para que se suporte este tipo de informações o RTP permite que formatos de payload sejam definidos para codificações particulares. Através destes formatos podem se descrever a sintaxe e a semântica do payload RTP. Com os bits indicadores de tipo de payload RTP é possível comunicar a semântica particular de um payload. Faz-se o mapeamento dos bits para os codificadores e formators atuais via uma ligação de nomes, em seguida registra-se pela Internet Assigned Number
Authority (IANA), possibilitando que uma fonte RTP mude o formato de codificação no meio
do fluxo sem sinalização explícita. Qualquer um pode fazer um registro de nome, sendo necessário apenas que este não esteja sendo usado. Essa intervenção possibilita ao RTP ser utilizado com qualquer tipo de codificador.
Atualmente temos definidos vários tipos de payloads para varias mídias, tais como os codificadores de vídeo H.323, H.261, JPEG e MPEG, como também codificadores de áudio e vídeo suportados por formatos de payload mais simples.
Conforme Leopoldina (2001) para codificações de áudio redundantes é possível transmitir conteúdo de áudio usando múltiplas codificações, uma atrasada da outra, usando de uma taxa de codificação menor, possibilitando a recuperação de pacotes subseqüentes, porém com uma qualidade de codificação mais baixa.
2.7 SIP
A sigla SIP significa Session Initiation Protocol ou Protocolo de Iniciação de Sessão, padronizado pela Internet Engeneering Task Force (IETF) (RFC 3261, 2002). É um protocolo responsável pelo sinal para estabelecer chamadas e conferências através de redes IP. Na configuração de sessão, mudança ou término temos uma relação não proporcional com os
tipos de mídia ou aplicação que será usada na chamada, podendo trabalhar independente delas, podendo em uma chamada ser usado diferentes tipos de dados, incluindo áudio, vídeo e outros formatos diversos.
Este é um protocolo de aplicação baseado em texto. Utiliza um modelo de “requisição-resposta”, semelhante ao HTTP, quando comparado à inicialização de sessões de comunicação interativa dos usuários.
A origem do SIP vem de meados dos anos 90, época em que o H.323 estava caminhando para se tornar um padrão. Com o desenvolvimento do SIP a relação de importância com o HTTP foi significante. Ao mesmo tempo em que o HTTP efetuava esta integração através de paginas web, o SIP integra diversos conteúdos a sessões de administração. O SIP transformou-se rápidamente em um padrão para comunicações integradas.
Modelado depois de outros protocolos de Internet baseados em texto como o SMTP (e-mail) e o HTTP (páginas da web), o SIP foi desenvolvido para estabelecer, mudar e terminar chamadas de um ou mais usuários em uma rede IP de uma maneira totalmente independente do conteúdo de mídia da chamada. Da mesma forma que o HTTP, o SIP elimina a necessidade de uma central de troca levando os controles da aplicação para o terminal.
2.7.1 Arquitetura SIP
2.7.1.1 Agente do usuário SIP
O agente do Usuário ou software de estação final, ou simplesmente terminal SIP, funciona como um cliente no pedido de inicialização de sessão, agindo também como servidor quando responde a um pedido de sessão; resumindo, opera numa arquitetura básica cliente/servidor.
No agente do usuário são armazenadas e gerenciadas situações de chamadas, por exemplo, um usuário SIP: [email protected]. Temos uma URL SIP fácil de associar com o endereço de e-mail do usuário.
Um agente do usuário aceita chamadas de outro agente de usuário sem requerer nenhum componente adicional SIP. Os componentes restantes fornecem o gerenciamento e funcionalidades adicionais.
2.7.1.2 Servidores SIP
a) Servidor Proxy SIP: O servidor Proxy SIP é um servidor intermediário do protocolo SIP. Este servidor passa requisições de um agente do usuário para outro servidor SIP, podendo reter informações com a finalidade de contabilidade/faturamento. Pode operar de duas maneiras Statful (como um circuito), ou Stateless (como um TCP). No servidor SIP
Stateful é possível dividir chamadas por ordem de chegada fazendo com que varias extensões
toquem e o primeiro a atender recebe a chamada. Essa aplicação significa que é possível configurar de tal maneira que sua estação desktop SIP, seu celular e suas aplicações de vídeo conferência “toquem” todos ao mesmo tempo para qualquer chamada que chegue, e ao atender de qualquer uma das opções de atendimento, as outras pararam de tocar instantaneamente. Para encontrar o endereço de host o servidor SIP pode se utilizar de múltiplos métodos, como um busca DNS, busca a base de dados, ou fazer a retransmissão do pedido para o próximo servidor Proxy.
b) Servidor de Redirecionamento SIP: Existe outro tipo de servidor SIP, é o servidor de Redirecionamento SIP, ele fornece a resolução do nome e aloca o usuário. Este tipo de servidor responde ao pedido do agente do usuário lhe passando informações como o endereço do servidor, possibilitando ao cliente contatar o endereço diretamente.
2.7.1.3 Registrador SIP
Através do Registrador SIP é possível ter um serviço de informação de localidades, ele vai capturar esta informação do Agendo do Usuário e armazenar em um registro.
Na arquitetura SIP faz-se uso do SDP (Session Description Protocol), esta é uma ferramenta para conferência multicast via IP criada para descrever sessões de áudio, vídeo e multimídia. Ao certo, qualquer tipo de MIME (Multipurpose Internet Mail Extension) pode ser descrita, similar ao e-mail que suporta todos os tipos de anexos em mensagens. O conjunto de tipos de mídias compatíveis poderá ser negociado através da descrição de sessão.
Na arquitetura SIP o endereço de usuário seguirá sempre o mesmo padrão (Ex: sip: [email protected]), mas ao invés de estar amarrado a um endereço estático, ele se comporta como um endereço dinâmico, refletindo no endereço a locação atual da pessoa remota. Com o Proxy e Servidor Redirecionador temos um SIP com grande flexibilidade em sua arquitetura, podendo o usuário empregar simultaneamente vários esquemas para os
usuários localizados, o que faz este tipo de arquitetura ser adaptada para uma melhor mobilidade. Mesmo se tendo um usuário remoto móvel, o Proxy Redirecionador pode ser usado para passar adiante um pedido de conexão feito pelo usuário de locação atual. Sessões podem envolver múltiplos participantes, semelhante a uma chamada multiponto H.323. As comunicações feitas dentro de uma sessão em grupo podem ser via multicast ou usando uma rede de chamadas unicast, ou ate mesmo com uma combinação dois a dois. Também na arquitetura SIP é possível se ter um ambiente de colocação devido suas habilidades de apresentar múltiplos tipos de dados, aplicações, multimídia etc. com um ou mais usuários.
2.7.2 Arquitetura SIP – Novos tipos de serviços
Um certo tipo de “transmissão de chamadas” possibilita aos usuários especificar onde eles se encontram para que as chamadas possam ser passadas para lá, ou escolher passar essas chamadas ao “e-mails de voz” ou outro serviço de atendimento automático qualquer. Os participantes da chamada podem gerenciá-la, permitindo que os participantes introduzam uma nova chamada participante ou cancelem uma conexão na mesma. A possibilidade de responder a uma determinada chamada com um diferente tipo de mídia permite, por exemplo, que um stream de voz que está chegando possa ser respondido por uma página da web. Na informação de “presença” pode-se usar o agente do Usuário para indicar se o mesmo está disponível para atender a chamada, ou se ele se encontra ausente (não disponível para atender).
2.7.3 O SIP no mercado atual
Atualmente existe um número de produtos comerciais e de fonte aberta do SIP que estão disponíveis. Os Agentes do Usuário como o telefone SIP e os softwares de Agentes do Usuário tem sido focados pelo desenvolvimento comercial. Um grande exemplo é o “Messenger” da Microsoft. Existe uma linha mais desenvolvida de produtos com a arquitetura SIP que está disponível pela 3COM, PingTel, Cisco, entre outros. Há um produto bastante interessante que está disponível pela Wave3 Software, o qual inclui software para as plataformas Windows e Macintosh.
Foi anunciado pela Microsoft que eles não irão mais desenvolver o H.323 (adeus
NetMeeting e Exchange Conferencing Server) e passaram a desenvolver com exclusividade
produtos dentro do SIP. O “Windows Messenger” faz a transformação de seu PC em um software de telefone (uma voz através de um dispositivo IP) usando as ferramentas adicionais de Chat, vídeo e compartilhamento de dados. Tendo-se os componentes do servidor SIP, constitui-se uma fronteira para se ter um grande impacto no mercado.
Em janeiro do ano de 2002, o Network World Fusion conduziu um teste de interoperabilidade no Windows Messenger, fazendo registro do cliente Microsoft com um
Synamicsoft SIP Proxy Server e passando as chamadas por um telefone IP Pingtel expressa.
As chamadas de voz foram feitas com grande sucesso e com uma qualidade de voz denominada “qualidade-de-negócios”.
2.8 RELACIONADO SIP E H.323
Tanto o SIP como o H.323 são padrões para uma rota de chamada, um sinal de chamada, troca de capacidade, controle de mídia e serviços adicionais. O principal diferencial do H.323 tem sido sua interoperabilidade com o Packet Switched Telephone Network (PSTN) e a possibilidade de se usar sistemas/aplicações desktop e salas de videoconferência tendo um preço acessível e com confiabilidade. Já o SIP é um protocolo desenvolvido preferencialmente para Internet, prometendo grande escalabilidade e flexibilidade. O mais provável é que o H.323 tenha seu uso restrito em conferências para gerenciar serviços do tipo conferência/colaborador, e o SIP usado quando a MCU SIP, gateways e servidores passarem além do beta teste. Um exemplo é o RADVISION que demonstra um gateway H.323/SIP em algumas exposições profissionais, mesmo ainda sendo um produto Truking SIP.
2.8.1 Interoperabilidade com o H.323
Já existe o uso da interoperabilidade SIP-H.323 pelas organizações de padrões, que prometem ser possível um período razoável de transmissão entre as tecnologias H.323 e SIP. A IMTC (International Multimedia Telecommunications Consortium), que constitui uma corporação sem fins lucrativos que possui centenas de organizações pelo mundo, e a ETSI (European Telecommunications Standards Institute) são duas das organizações que têm grande interesse nessa questão.
2.9 O SURGIMENTO DO VoIP
O Voice Over Internet Protocol (Voz Sobre IP) ou apenas VoIP é a tecnologia empregada para a transmissão de voz por pacotes TCP/IP, o que difere da rede telefônica comutada que é orientada a conexão. Este conceito nasceu na década de 1990, pela empresa VocaTec Communications, quando esta desenvolveu um software que através da rede IP permitia o transporte de amostras de voz. A voz é codificada e empacotada dentro do protocolo IP para ser enviada por meio da rede de dados.
De acordo com Comarú (2005), “o conceito de VoIP nasceu da junção de duas vertentes: uma partiu do mundo das redes públicas de telecomunicações, com digitalização do tráfego entre centrais telefônicas, e a outra é oriunda do mundo da internet, para reduzir custos em telefonia de longa distância”.
Já na década de 1990 pequenas empresas prestavam serviços VoIP interligados ao serviço telefônico convencional.
Uma chamada VoIP pode ser esmiuçada da seguinte forma:
a) O usuário munido de um software específico com um fone ao ouvido aperta no ícone de discagem, em seguida é enviado pelo software um tom de discar. O software então aguarda a digitalização dos números a serem discados. Após discados, esses números são armazenados para serem enviados de forma única.
b) Os pacotes contendo os dados da chamada são enviados ao servidor (no nosso caso Asterisk). O Aplicativo no servidor verifica as regras do usuário e mapeia o redirecionamento da chamada.
c) É executado o protocolo H245 (abertura e fechamento do canal virtual) sobre TCP para determinar os canais de transmissão e recepção à rede IP. Após a comutação das pontas os protocolos Real-Time Transport Protocol (RTP) são encaminhados sobre User
Datagram Protocol (UDP).
d) Seguindo no evento, os Codecs são habilitados para codificar e decodificar os pacotes de voz. Isto ocorre nas pontas da transmissão e pode ser negociado pelos softwares. Então a pilha de protocolos RTP/UDP/IP prossegue com a chamada de voz.
e) Após completar a chamada, se torna possível a transmissão de sinais como DTMF (Freqüências de Tons) para ativação e navegação de Unidades de Resposta Audível (URAS) e afins.
f) Para encerrar a ligação basta uma das pontas solicitar a requisição para finalizar a comutação. Logo todo caminho lógico é desconectado e os pacotes encerram sua tramitação. 34
2.10DIFICULDADES NA UTILIZAÇÃO DO VOIP ATRAVÉS DA
INTERNET
Embora seja economicamente atrativo utilizar a conexão comum de internet para comunicação via VoIP, esta utilização se mostra muitas vezes inviável devido à grande perda e atrasos de pacotes, reduzindo muito a qualidade das ligações. Um dos motivos responsáveis por estas perdas ou atrasos é a não utilização do protocolo de qualidade de serviço (QoS) no inteiro percurso dos pacotes.
A grande maioria das redes hoje utilizadas foi projetada apenas para o transporte de dados, cujo atraso na entrega destes não é sentido. Já os pacotes de voz recebem muita interferência caso não sejam entregues, cheguem com atrasos ou até mesmo fora de ordem, podendo impossibilitar a identificação da fala na ligação.
Um pacote pode ser descartado por um roteador quando este está com a fila de chegada cheia. Os descartes também podem ocorrer devido ao grande atraso na entrega, onde os softwares das pontas não encontram mais utilidades para estes pacotes.
Outra dificuldade encontrada são os recursos de banda exigidos pelo VoIP, tornando-se muitas vezes inviável a sua utilização em redes domiciliares.
Ao contrário da rede comutada por circuitos, o VoIP está continuamente disputando recursos com outras aplicações, o que pode afetar e muito o seu funcionamento.
Para que ocorra integração de dados e voz, esta última deve ser considerada como uma aplicação e ter garantido todo o recurso que necessita, tendo em vista que é um aplicativo de tempo real com interatividade.
2.11QUALIDADE DE SERVIÇO (QoS)
A capacidade de prover na rede uma melhor qualidade no tráfego para um segmento ou tipo de tráfego específico, rodando em diversas tecnologias, é denominado Qualidade de Serviço (QoS).
Entre as tecnologias possíveis de se aplicar o QoS temos : Frame Relay, ATM,
Ethernet e Redes 802.1, SONET, e outras redes baseadas no protocolo IP que utilizam uma ou
várias das tecnologias apontadas. O principal objetivo do QoS é prover prioridade incluindo largura de banda dedicada, atraso e latência pré-determinados e outras características que
melhoram a qualidade da comunicação. Outro quesito importante é certificar-se de que a priorização do tráfego para apenas um ou mais fluxos não faça com que os outros fluxos de informação venham a falhar. As tecnologias de QoS provêem a peça fundamental na construção daquilo que será utilizado pelas aplicações comerciais de grande importância.
2.11.1 CONCEITOS DE QoS
A principal função do QoS é prover melhores serviços para alguns fluxos, o que se realiza através de mecanismos que fazem o aumento na prioridade de um fluxo ou limitem a prioridade de outros fluxos. Ao se utilizar de ferramentas de gerenciamento de congestionamento, tenta-se através de filas ou serviços de enfileiramento aumentar a prioridade de um fluxo. A ferramenta de gerenciamento de filas usada para evitar congestionamento aumenta a prioridade através do descarte de fluxos de prioridade baixa que apareçam antes de fluxos de maior prioridade. Através de um policiamento provemos a prioridade para fluxos, limitando a capacidade de outros. Uma ferramenta de eficiência do
link limita grandes fluxos e prefere fluxos menores.
Ferramentas de QoS poderão aliviar a maioria dos problemas de congestionamento. Porém, diversas vezes existe um alto tráfego comparado com a capacidade de largura de banda. Neste momento percebe-se que o QoS passará a ser apenas uma técnica improvisada.
2.11.2 ARQUITETURA QoS
Para uma arquitetura básica teremos três partes fundamentais para a implementação de QoS:
a) Identificação e determinação de técnicas para coordenação de QoS fim-a-fim entre os diversos elementos da rede.
b) QoS sobre apenas um único elemento de rede (fila, agendamento e outros). c) Funções de policiamento, gerenciamento e controle de serviço para administração do tráfego fim-a-fim através da rede.
2.11.3 NÍVEIS DE QoS
Níveis de serviços estão diretamente ligados à transmissão fim-a-fim, sendo então diretamente relacionados à capacidade da rede de prover o serviço necessário pelo tráfego de rede específico fim-a-fim. Há uma diferenciação dos serviços pelo nível de necessidade de QoS, determinando o quanto um serviço deve precisar em termos de largura de banda, atraso, variação do atraso e características de perda de pacotes.
Através de uma rede heterogênea podemos prover três tipos de níveis básicos de QoS, são eles:
a) Serviço de melhor esforço (Best Effort): pode ser descrito como uma conexão básica sem garantias, também chamado de falta de QoS. Caracterizado por filas do tipo FIFO (fist in fist out), não detendo nenhuma diferenciação entre os fluxos.
b) Serviço diferenciado (Differentiated Service): neste, o tráfego é melhor tratado que o resto, possuindo uma maior largura de banda e menor taxa de perda de pacotes, também conhecido por ter um QoS fraco (soft QoS). Estatisticamente este é o serviço mais usado, mesmo sendo de menor garantia.
c) Serviço garantido (Garanteed Service): dotado de uma reserva absoluta de recursos de rede para tráfegos específicos, também conhecido por ter um QoS robusto (hard Qos). Sua robustez é garantida através de ferramentas como RSVP e CBWFQ.
Para decisão de qual tipo de serviço utilizar deve-se avaliar vários fatores, estando diretamente envolvido com a aplicação ou o problema que o cliente está tentando resolver. A cada um dos serviços citados anteriormente estão ligadas determinadas aplicações. Normalmente em uma aplicação do tipo ‘serviço diferenciado’, se proverá uma migração para uma de tipo ‘serviço garantido’, sendo que ambos os serviços podem ser aprimorados para aplicações de alto desempenho, dependendo de seus pré-requisitos. Também está diretamente ligado a qual serviço escolher a taxa na qual o cliente vai atualizar suas infra-estruturas, o custo de implementação e a distribuição do serviço, já que um serviço do tipo garantido, com certeza será superior a um serviço de qualidade mediana como o diferenciado.
2.11.4 CLASSES DE SERVIÇOS – PRECEDÊNCIA IP
A precedência IP utiliza os três tipos de serviços em seu protocolo IPv4 fazendo assim a especificação das classes de serviços para cada pacote. Pode-se fazer a partição do tráfego em até seis tipos de classes de serviço utilizando Precedência IP, havendo duas outras que fazem as reservas para uso em rede interna. Tecnologias de enfileiramento através da rede podem se utilizar deste sinal para prover HANDLING apropriadamente expedida.
Nos três bits mais significativos do campo de Tipo de Serviço no cabeçalho IP estão os bits usados para Precedência IP. Nestes bits é possível priorizar entre 0 e 7 o pacote IP, sendo que as prioridades 6 e 7 não devem ser alocadas por um administrador de rede. (CISCO, 2000)
2.11.5 PARÂMETROS DE REDE
Entre diversos parâmetros que possam afetar a qualidade e Voz, apresentaremos somente os mais importantes. O conceito de qualidade tem diferentes significados para diferentes usuários. A qualidade da telefonia IP pode ser aferida em diferentes níveis que atendem a diferentes necessidades e cenários. Uma pequena empresa pode escolher implementar telefonia IP com uma boa qualidade de som ao invés de comprar novos equipamentos de rede que poderiam prover uma excelente qualidade de voz. A uma grande empresa de tele-marketing pode interessar um excelente som de voz como parte de sua estratégia mercadológica. Assim, apresenta-se a seguir diversos fatores que permitem ao cliente escolher o nível de qualidade que melhor encaixa no seu perfil empresarial.
2.11.6 ATRASO DE PACOTE DE REDE
Atraso do pacote é o tempo que leva para o pacote atravessar a rede entre a origem e o destino. Cada elemento da rede adiciona um tempo de atraso incluindo switches, roteadores distância entre os pontos, firewalls e jitter decorrentes de buferizações. O atraso decorrente dos roteadores depende não somente do hardware, mas também das suas configurações como listas de acesso, métodos de enfileiramento, modos de transmissão, etc. 38
O atraso pode ter um efeito considerável na qualidade da transmissão de voz, porém é facilmente controlado em redes privadas. (AVAYA, 2002)
2.11.7 JITTER
Jitter é a medida da variância no tempo que leva para uma comunicação atravessar a rede da origem até o destino, ou seja, é a variância média estatística da entrega dos pacotes ou datagramas. Este fator pode criar problemas para a qualidade da voz se a variação for maior que 20 milisegundos. Os sintomas de jitter excessivo são muito parecidos com os sintomas de um grande valor de atraso, pois em ambos os casos os pacotes são descartados se o atraso exceder metade do tamanho do buffer do jitter.
Para compensar o jitter, muitos fabricantes implementam um buffer para o jitter nas aplicações de voz baseadas no protocolo H.323. O propósito deste desenvolvimento é segurar os pacotes recém-chegados por um período de tempo específico antes de redirecioná-los para o processo de descompressão, porém esta técnica pode aumentar o atraso dos pacotes. Estes buffers devem ser dinâmicos para prover a melhor qualidade, ou se estáticos, devem ser calculados pelo dobro da variância média estatística entre os pacotes. Os fabricantes de roteadores têm diversos métodos de enfileiramento para alterar o comportamento destes buffers. Entretanto, isto não é suficiente para definir o tamanho correto do buffer do jitter.
A topologia da rede também pode afetar o jitter, pois existem menos colisões em uma rede com switches do que em uma rede cuja arquitetura é baseada na utilização de hubs. (AVAYA, 2002).
2.11.8 PERDA DE PACOTES
A perda de pacotes pode ocorrer quando os pacotes são enviados, mas não são recebidos no destino devido a algum problema na rede. Qualificar problemas causados por perdas ocasionais de pacotes é difícil de realizar, pois cada Codec tem o seu próprio método de descarte de pacotes. Entretanto, é possível que a qualidade da voz seja melhor se forem utilizados Codecs de compressão (G.729A) comparado a um Codec que utiliza toda a banda (G.711). Vários fatores são responsáveis para que os requisitos de perdas de pacotes variem conforme o cenário estudado, entre eles:
a) A perda de pacotes pode ser mais tolerável para um Codec do que para outro. b) A perda de pacotes pode ser mais prejudicial para pacotes de voz maiores do que para menores.
c) Perder mais pacotes contíguos é pior do que perder o mesmo número de pacotes em tempos espaçados.
d) A retransmissão de pacotes quando em sinalizações TCP pode significar um aumento de 3% na perda dos pacotes.
A máxima taxa de perda de pacotes ou frames entre terminais finais deve ser de 1% para se garantir uma excelente qualidade ou de até 3% para se garantir uma qualidade melhor ou tão boa quanto a uma comunicação via celulares. (AVAYA, 2002)
2.11.9 DESORDEM DOS PACOTES
A desordem é, para o VoIP, muito semelhante à perda de pacotes. Se um pacote chega ao seu destino fora da ordem, é geralmente descartado, pois não faz sentido lê-lo fora da ordem. Especificamente, os pacotes são descartados quando chegam depois que o buffer do jitter pode armazená-los. A desordem pode ocorrer quando redes enviam pacotes através de diferentes rotas. Eventos planejados como balanceamento de carga ou eventos não-planejados como reroteamento devido ao congestionamento, ou outras dificuldades transientes podem causar a desordem dos pacotes. (AVAYA, 2002)
2.11.10 ECO
Os dois tipos principais de ecos são acústico e impedância, porém as fontes de eco podem ser diversas. O eco resulta da transição de uma ligação VoIP para uma rede telefônica em péssimas condições de transmissão. Outra grande causa é da impedância MISMATCH entre sistemas de quatro cabos e sistemas de dois cabos. Ele também ocorre quando uma impedância MISMATCH existe entre o gancho e o seu adaptador telefônico. A impedância
MISMATCH causa a transferência de energia ineficiente. A energia da impedância deve ir
para algum lugar e é então refletida de volta na forma de um eco. Usualmente, o que está falando ouve o eco, mas o receptor não.
Os canceladores de eco, que devem possuir um alto valor de memória, comparam a voz recebida com os padrões vigentes de voz. Se o padrão casa, a solução cancela o eco. 40
Esta não é uma solução perfeita, entretanto em algumas circunstâncias o problema é exacerbado em sistemas de telefonia IP. (AVAYA, 2002)
2.11.11 SUPRESSÃO DO SILÊNCIO E DETECÇÃO DE VOZ
O VAD (Voice Activity Detection) é um sistema que monitora o sinal recebido indicando a atividade da voz. Quando nenhuma atividade é detectada por um período de tempo pré-configurado, o software ou hardware informa o protocolo responsável pelo empacotamento da voz. Isso previne que a saída do codificador seja transportada através da rede quando apenas o que existe é o silêncio, o que poderia resultar na utilização desnecessária da largura de banda. O sistema também pode medir algumas características de baixa transmissão na interface da rede, podendo então reportar ao terminal remoto para que este possa ativar algum método de supressão de ruído enquanto o sinal de voz não se fizer presente. (AVAYA, 2002)
2.11.12 MODO DE TRANSMISSÃO
A rede LAN ideal para a transmissão de pacotes Vo1P é uma rede que utilize a arquitetura de switches em todos os pontos, pois esta reduz significativamente e pode eliminar a ocorrência de colisões, o que não acontece quando se utiliza segmentos compartilhados com
hubs. O modo de transmissão deve ser full-duplex para que não existam problemas de
velocidade e definição das negociações que se fizerem necessárias a comunicação. Os outros dois tipos de transmissão, duplex e half-duplex, não são interessantes para a comunicação VoIP porque representam um modelo muito inferior se comparado aos que existem hoje na telefonia tradicional. (AVAYA, 2002)
Resumidamente, Qualidade de Serviço é um quesito extremamente importante para a convergência dos dados, mas seu nível depende de quanto cliente está disposto a investir. Existem meios de se determinar o quanto uma rede pode alcançar em qualidade de serviço de voz, tais como fidelidade da voz, disponibilidade da rede online, escalabilidade, tempo de manutenção dos serviços inerentes aos aparelhos.
