Tecnologias e Componentes de Redes
Material de apoio
VoIP – Voice over IP Cap.16
19/01/2012
Esclarecimentos
Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a leitura da bibliografia básica.
Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não
presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais.
O conteúdo de slides com o título “Comentário” seguido de um texto, se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide correspondente.
Bibliografia básica: KUROSE, James F.; ROSS, Keith. Redes de
Computadores e a INTERNET - Uma nova abordagem. Pearson. : , 2004.
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VoIP
Voice over Internet Protocol
Utilizar uma rede IP (exemplo, Internet), que só trafega dados, para trafegar voz.
O conceito é razoavelmente simples: converter os pacotes de voz analógicos provenientes de aparelhos telefônicos e PABX em pacotes digitais formatado como pacote IP.
Primeira experiência de transmissão de pacotes IP com áudio, entre a University of Southern California e o Massachusetts Institute of
Technology (Ago/1974).
A primeira RFC (Request for Comments) sobre pacotes de voz: RFC 741 (1977).
Comentário: Etapas VoIP
Transmissão VoIP
Sinal analógico de voz: canal de voz padrão com largura de banda entre 0 a 4KHz.
Amostragem do sinal digital: coleta de 8000 amostras/segundo.
Quantizar cada amostra: arredondar o valor amostrado para o valor mais próximo ao código digital correspondente.
Codificar o valor quantizado em um código de 8 bits (possibilitando identificar 256 níveis de variação do sinal de voz).
O resultado é um sinal digital a 64Kbps.
Comprimir o sinal digital (existem vários padrões de codificador).
Criar pacotes IP com a informação.
Transmitir os pacotes IP.
Recepção VoIP
Receber os pacotes VoIP.
Recuperar informação VoIP.
Descomprimir a informação.
Recuperar o sinal de 64Kbps.
Recuperar cada amostra de 8 bits (8000 amostras/segundo).
Converter o sinal digital em sinal analógico.
Conceitos
O uso mais simples de VoIP é a comunicação Computador a
Computador (normalmente o serviço nessa configuração é grátis).
O provedor do serviço tem os recursos de telefonia.
Usando a Internet, sendo o SKYPE um dos programas mais utilizados para este fim.
Internet
A voz digitalizada é retirada dos pacotes IP restaura para a forma original
• A Internet é “grátis”
• Não há tarifação por distância ou tempo Voz é digitalizada é
colocada em pacotes IP
Provedor tem os recursos de telefonia VoIP
Telefonia IP
Telefonia IP é a aplicação de VoIP que permite estabelecer chamadas telefônicas com a rede de telefonia privada ou pública (fixa e celular).
Os serviços de Telefonia IP existentes são de 2 tipos:
Para fazer chamadas para rede pública: neste caso o usuário disca o número convencional do telefone de destino para completar a chamada.
Para fazer e receber chamadas da rede pública: neste caso o
usuário recebe um número convencional de telefone, para receber as chamadas da rede pública, e disca o número convencional do telefone de destino para fazer a chamada para a rede pública.
Característica Telefonia Convencional Telefonia VoIP
Conexão na casa do usuário
Cabo de cobre (par trançado)
Banda larga de Internet
Falta de Energia Elétrica Continua funcional Pára de funcionar
Mobilidade Limitada a casa do usuário
Acesso em qualquer lugar do mundo, desde que conectado a Internet
Associado à área local do número contratado
Área local do número contratado
Área local do domicílio do usuário Associado ao domicílio do usuário Número Telefônico
Chamadas locais
Telefonia Convencional x VoIP
Telefones para VoIP
Os serviços VoIP utilizam telefones apropriados para as redes IP e que são muito diferentes, dos telefones analógicos convencionais, por
serem digitais e possuírem recursos semelhantes àqueles encontrados nos computadores. Normalmente utilizam-se os seguintes tipos de telefones IP:
Computador (com programa Softphone): o próprio computador pode ser usado como telefone IP, desde que tenha uma placa de som, um microfone, alto falantes ou fones de ouvidos, e um
programa do tipo softphone, que possui todos os recursos para funcionar como um telefone IP.
Adaptador para Telefone Analógico (ATA): é um dispositivo que funciona como um conversor de telefone IP para um telefone analógico convencional. O ATA tem uma porta Ethernet
convencional para acesso a LAN e um conector onde se liga um telefone analógico convencional.
Telefone IP: é um telefone que possui todos os recursos
necessários para um serviço VoIP. Para ser usado é necessário apenas conectá-lo à LAN para fazer e receber ligações do serviço VoIP.
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Estrutura Tradicional
(separação das redes de dados e voz)
Não é possív el exibir esta imagem no momento.
RNTf
WAN IP
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Situação tradicional com PABX (não VoIP)
Situação tradicional de interligação com a rede de telefonia pública.
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Cenário 1 p/ VoIP:
Tronco entre PABXs
Integração entre a Rede Telefônica e de Dados.
Digitalização IP do entroncamento entre os PABX convencionais com interface de tronco VoIP.
PABX PABX
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Cenário 2 p/ VoIP: PABX VoIP
com entroncamento convencional
As funções do PABX estão
distribuídas no IP Telephony Call Server e Gateway.
A rede telefônica pública não
percebe nenhuma diferença entre PABX tradicional e PABX VoIP.
PABX VoIP
Rede Pública de Telefonia Convencional
LAN
Cenário 3: Integração VoIP c/ PABX
As funções do PABX estão
distribuídas no IP Telephony Call Server e Gateway.
O PABX tradicional e a PSTN não percebem nenhuma diferença entre eles e a IP Telephony.
PABX convencional
PABX VoIP
Rede Pública de Telefonia Convencional
LAN
Cenário 4: VoIP completo com vídeo
Solução utilizando PABX tradicional com protocolo ISDN (RDSI – Rede Digital de
Serviços Integrados), video-conferência e IP Telephony
Causas da baixa qualidade da voz c/ VoIP
Pouca disponibilidade de banda nos acessos e na rede
Atraso
Jitter (variação do atraso dos pacotes é denominado jitter)
Perda de pacotes
Eco
Pouca disponibilidade de banda (bps)
(1/2) Efeito
O volume de dados de voz gerado acaba não encontrando
capacidade de entrega pela rede e o sinal de voz não chega ou chega entrecortado.
Alternativas
Aumentar a capacidade dos links.
Efetuar a supressão de silêncio codificando o tempo de silêncio ao invés de transmitir um sinal de silêncio, proporcionando melhor aproveitamento da banda.
Uso do VAD (Voice Activity Detection)
fala silêncio fala
sem pacote
pacote pacote
Conversação = 50% - 40%
Pausas = 50% - 60%
Pouca disponibilidade de banda (bps)
(2/2) Compressão de Cabeçalhos IP - RFC 2508
Carga útil Header = 40 bytes
IP Header (20) UDP (8) RTP (12)
20 bytes
Carga útil 2-4
Atraso e Jitter
No processamento:
Tempo necessário para coletar as amostras codificadas e colocá-las em pacotes da rede.
Na rede:
Meio físico de transmissão.
Capacidade das ligações e dos nós intermediários.
Capacidade dos buffers utilizados na recepção para remover o Jitter do atraso de pacotes.
JITTER do atraso de pacotes: variabilidade do tempo de atraso de chegada dos pacotes devido ao tráfego na rede.
Comentário: Atraso
Limites estabelecidos para o tempo de transmissão fim-a-fim em um sentido:
Atraso total de sistema.
0 a 150 ms - Aceitável para a maioria das aplicações 150 a 400 ms - Deve ser avaliado o impacto na
qualidade da aplicação
acima de 400 ms - Geralmente inaceitável
Compensação da Perda de Pacotes
Efeito: a perda de pacotes pode acarretar truncamento do sinal de voz.
Alternativas
“Recuperar” os pacotes perdidos voltando a reproduzir o último pacote recebido.
Enviar informação redundante: enviar a informação mais de uma vez.
Evitar e controlar a congestão na rede.
Requisitos dos equipamentos de rede
Roteadores:
Todos os roteadores em que o pacote de voz irá trafegar deverão suportar funcionalidades de QoS para priorizar o tráfego de pacotes de voz frente aos demais tipos de pacotes de dados.
Switches:
Todos os switches da rede deverão possuir alguma forma de priorização de tráfego (QoS).
Hubs:
A LAN do cliente não poderá possuir Hubs nos segmentos onde haverá tráfego VoIP. Assim evitam-se as colisões de dados na LAN que prejudicam muito o desempenho da comunicação (tempo de resposta).
Endereçamento
Atualmente usam-se Números (E.164) e URIs (RFC 2396)
Rede Telefônica normal:
Números E.164:
Ex: +351 253 604431.
Inicialmente na telefonia IP usava o endereço IP. Mas era:
Difícil de memorizar.
Dependente da localização física.
URIs
Usa um espaço de nomes registrado para descrever um recurso de forma independente da localização:
Endereços E-Mail.
Identificadores SIP e H.323.
ENUM
ENUM [RFC 2916]: tem como objetivo traduzir números E.164 em nomes de domínio Internet e dessa forma, ligar as ilhas VoIP no mar da RTC – Rede Telefônica Convencional.
O ENUM permite o uso de números de telefone tradicionais num contexto de diferentes meios de comunicação resultantes do
desenvolvimento das Redes IP (email, VoIP), para facilitar a entrada de novas aplicações.
ENUM permite que cada gateway de uma central VoIP descubra outros gateways VoIP , se necessário.
Terminais VoIP podem chamar outros terminais VoIP sem recorrer à RTC e assim, evita-se pagar as operadoras de telecomunicações, já que as ligações serão efetuadas somente pela rede de telefonia IP.
Protocolos H.323
O padrão H.323 é um conjunto de protocolos para sinalização e
controle da comunicação entre terminais que suportam aplicações de áudio (Voz), vídeo ou comunicação de dados multimídia.
É uma recomendação “guarda-chuva” do ITU-T que define padrões para comunicação multimídia através de redes que não oferecem Qualidade de Serviço (QoS) garantida, como é o caso das redes do tipo LAN, IP e Internet.
Configuração sistêmica típica com H.323
Protocolo SIP - Session Initiation Protocol
Baseado no HTTP.
Arquitetura cliente-servidor.
Protocolo de controle referente à camada de aplicações do Modelo OSI, usado para gerir uma sessão entre usuários multimídia.
Funcionalidades:
Localização de usuários.
Estabelecimento de chamadas.
Suporte a unicast ou multicast.
Administração na participação de chamadas (transferências, conferência, ...).
Possibilidade de participação de um usuário em terminal H.323, via gateway.
Arquitetura SIP
Comparação H323 x SIP
H323 SIP
Tem a mesma função do SIP. Tem a mesma função do H323.
Mais complexo que o SIP. Mais simples que o H323.
Originado do padrão de sinalização utilizado em centrais telefônicas digitais (SS7 –
Signalling System 7).
Originado do protocolo HTTP.
Mais limitado que o SIP para
desenvolvimento de novos serviços (complexidade).
Arquitetura cliente-servidor mais simples de implementar.
Tecnologia mais madura que a SIP. Tecnologia menos “madura” que a H323.
Netmeeting usa H323. Windows XP já começa a incorporar algumas funcionalidades em SIP.
Maioria dos portais de comunicação VoIP na Internet usam H323.
Escalabilidade de soluções (maior facilidade de crescimento da quantidade de
aplicações).
