VoIP sobre wireless. Serviços Multimédia. Mestrado em Redes e Serviços de Comunicação 2003/2004. Jorge André Leitão Mário Serrão

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1 VoIP sobre wireless Serviços Multimédia Mestrado em Redes e Serviços de Comunicação 2003/2004 Jorge André Leitão Mário Serrão

2 Conteúdo 1 Objectivos 1 2 Introdução 2 3 VoIP e wireless Tecnologia VoIP Conceito Protocolos Transporte de voz Qualidade de serviço (QoS) VoIP numa rede wireless Vantagens Dificuldades e desafios SoftPhones versus IP Phones Futuro Implementação de um sistema VoIP sobre wireless Estratégia para a migração Análise de requisitos Soluções existentes no mercado Cisco IP Telephony Spectralink NetLink Symbol NetVision Phone TeleSym SymPhone NP System Vocera Communications System Ponto de partida para o projecto da UP Redução de custos Rede wireless da UP Proposta para a UP Estratégia de implementação Análise do investimento na FEUP

3 5 Um caso de sucesso Tecnologia Benefícios Análise efectuada A Outras soluções de SIP SoftPhones 44 2

4 Lista de Figuras 2.1 Evolução das tecnologias de voz, com acessos fixo e móvel Especificação H Componentes H Arquitectura SIP Interligação de redes H.323 e SIP Modelo de transporte fixo para as aplicações de voz sobre IP Diagrama representativo das vantagens dos serviço WLAN e VoWLAN Níveis de atraso máximo (delay) e percentagem de perda de pacotes (loss) necessários para garantir diferentes nível de qualidade de serviço (toll quality equivale à qualidade de PSTN) Etiqueta (tag) inserida na trama ethernet pelo 802.1Q Campo ToS do cabeçalho IP Escalonamento Weighted Fair Queing (WFQ) Efeito do CRTP Exemplo de uma rede wireless com VoIP usando equipamentos Cisco Cisco Wireless IP Phone Cisco IP SoftPhone Exemplo de uma rede wireless com VoIP usando equipamentos Spectralink Spectralink Netlink SVP Server Spectralink NetLink Telephony Gateway Spectralink OAI Gateway Spectralink NetLink e340 e NetLink i Symbol NetVision Phone Exemplo de uma rede wireless e fixa com VoIP usando equipamentos TeleSym (TeleSym, 2004 ) Telesym SymPhone Client Vocera Communication Badge

5 5.1 Número de chamadas VoIP efectuadas em Dartmouth, a partir da rede wireless, da rede fixa e total, desde a entrada em funcionamento do sistema até ao fim de Fevereiro Tráfego total de cada aplicação em Dartmouth A.1 SoftJoy Labs SJphone A.2 Xten X-Pro A.3 VLI Gphone A.4 Modelo de camadas de funcionamento do VLI Gphone

6 Lista de Tabelas 3.1 Comparação de H.323 com SIP Níveis de prioridade do 802.1p Valores de precedência IP Equipamentos necessários para a FEUP, para cada fabricante Equipamentos necessários para cada cenário na FEUP Custo de cada solução dos fabricantes para a FEUP, de acordo com os três cenários Destino das chamadas efectuadas em Dartmouth (a partir da rede wireless, fixa e total)

7 Capítulo 1 Objectivos O objectivo do presente trabalho assenta primordialmente no estudo da tecnologia VoWLAN (Voz sobre IP, em ambientes Wireless LAN), tendo-se começado por analisar as principais vantagens e requisitos e dificuldades que se colocam. Após esta fase, efectuou-se um estudo de mercado com o objectivo de recolher características técnicas e preços dos principais equipamentos existentes, por forma a proporem-se variados cenários de integração de tráfego de voz na rede de dados da Universidade do Porto, utilizando para tal a infra-estrutura de comunicação sem fios (WLAN) existente nas diferentes Unidades Orgânicas. Na parte final do trabalho é apresentado um caso de sucesso de implementação de VoWLAN numa Universidade dos EUA. 1

8 Capítulo 2 Introdução A crescente implementação das tecnologias Wi-Fi e WLAN, associada ao aumento da velocidades de transmissão (802.11g - 54 Mbit/s) e ao aumento da largura de banda, em conjugação com os benefícios da transmissão de voz em redes IP (VoIP) veio abrir uma nova perspectiva de comunicação, designada VoWLAN (Voice over Wireless LAN ). Pretende-se apresentar um estudo desta recente tecnologia de transmissão de dados (multimédia), que combina basicamente a redução de custos de implementação decorrente da tecnologia wireless com a eficiência da transmissão de voz associada ao VoIP. A Figura 2.1 apresenta uma panorâmica da evolução das tecnologias de voz, com acesso fixo e móvel, começando pelas tecnologias analógicas com a primeira geração de telemóveis e PSTN na rede fixa. Houve então uma convergência para as redes digitais, com o GSM ou segunda geração de telemóveis e a RDIS na rede fixa. Neste momento assiste-se a uma passagem da voz para as redes IP. A rede móvel passou ainda pela chamada geração 2,5 com várias tecnologias, entra as quais o GPRS, estando agora a aparecer a 3G. As tecnologias de banda larga permitem agora a introdução da voz sobre a rede IP (VoIP) estando-se a assistir pela primeira vez a uma convergência entre o acesso fixo e móvel, com o aparecimento da VoWLAN e o fim da distinção entre os dois tipos de acesso. 2

9 Figura 2.1: Evolução das tecnologias de voz, com acessos fixo e móvel. 3

10 Capítulo 3 VoIP e wireless Neste capítulo é feita a descrição da tecnologia VoIP, as vantagens, dificuldades e desafios que se colocam na implementação de VoIP numa rede wireless e um panorama das perspectivas de evolução. 3.1 Tecnologia VoIP Procura-se fazer uma breve apresentação da tecnologia VoIP, em que consiste, quais os protocolos usados, como é feito o transporte da voz na rede IP e o importante aspecto da qualidade de serviço Conceito A tecnologia de Voz sobre IP (VoIP) pode definir-se como sendo a capacidade de enviar tráfego de voz (chamadas telefónicas, fax, ou quaisquer serviços de voz oferecidos pela rede telefónica comutada) através de redes IP (baseada em comutação de pacotes ou células). Os principais objectivos da tecnologia visam manter uma qualidade de serviço (QoS) aceitável e uma relação custo/benefício bastante maior, quando comparada com a solução tradicional PSTN (Public Switched Telephone Network) - rede telefónica comutada. Por forma a garantir a introdução de tráfego de voz (analógico) numa rede IP, é necessário em primeiro lugar realizar um processo de digitalização. Este é habitualmente efectuado por um DSP (Digital Signal Processor, processador digital de sinal) e envolve três fases distintas: amostragem, quantização e codificação. Após a geração de um fluxo de bits (saída do DSP), é necessário armazená-lo em memória, proceder ao seu empacotamento através das diversas camadas TCP/IP e, assim que possível, transmiti-lo para a rede. No destino deve ser efectuada a operação inversa, isto é, desencapsular o pacote de dados, guardar em memória e por fim entregar o fluxo de bits ao DSP 4

11 do receptor, que o converte num sinal analógico, reproduzindo-o de forma audível Protocolos Existem actualmente vários protocolos de sinalização (SCCP), que foram desenvolvidos seguindo diferentes orientações e prioridades, mas todos eles com o objectivo de oferecer as necessidades de sinalização requeridas pelas sessões em tempo real, em redes baseadas em comutação de pacotes. Apresentam-se de seguida os dois protocolos mais utilizados no suporte à tecnologia VoIP, H.323 e SIP [8]. H.323 A recomendação H.323 faz parte da família de protocolos de comunicação em tempo real (H.32X) e foi desenvolvida pelo ITU. Não se trata que de um protocolo individual mas sim de um conjunto (organização vertical na pilha) de protocolos que interagem entre si. Na Figura 3.1 apresenta-se a arquitectura protocolar H.323, onde se podem salientar os seguintes protocolos: Q.931 Sinalização para o estabelecimento de chamada H.225 Recomendação que inclui duas partes distintas, uma componente nuclear (H layer) onde são especificados os canais lógicos para: transferência de dados multimédia e informação de controlo (H control e H.245), e uma componente de controlo (H control) que inclui um o protocolo Q.931 e o prrotocolo RAS. H.235 Protocolo de segurança (autenticação, integridade, privacidade, etc.) H.245 Protocolo que permite o estabelecimento de um canal de comunicação para transferência de informação de controlo extremo-a-extremo (distinto do canal de transferência de informação). As mensagens de controlo permitem a negociação de capacidades de cada terminal H.323, controlo de fluxo e estabelecimento e terminação de canais para a transmissão de streams. H.246 Para interligação com serviços de comutação de circuitos H.450 Responsável por serviços suplementares (p. ex. chamada em espera, transferência de chamadas, etc.) RAS Para o controlo de registo, admissão e estado, utilizado para a comunicação entre um terminal e um gatekeeper RTP/RTCP Protocolo de transporte de voz sobre IP (ver Figura 3.1) G.7XX Especificação dos codecs áudio (p.ex. G.711, G.723, G.729, G.728) 5

12 Figura 3.1: Especificação H.323 H.26x Especificação dos Vídeo codecs (p. ex. H.261 e H.263) T.120 Para conferencia de dados A especificação H.323 define também um conjunto de componentes funcionais/lógicos (Figura 3.2), entre os quais se salientam: Terminal Estações H.323, implementadas em software (SoftPhones) residente num computador ou em hardware dedicado (IP Phones). A cada terminal está associado um ou mais aliases (p. ex. nome de utilizador/uri) e/ou um ou mais números de telefone. Gateway Equipamento central de comunicação que interliga as diferentes entidades H.323 (terminais, Multipoint Controller Units, MCUs, etc.) a outras redes/protocolos (p.ex. PSTN). A recomendação H.323 define especificações detalhadas para ligação das gateways a redes baseadas em outras tecnologias (H.320 para RDIS, H.324 para a rede telefónica comutada, H.310 e H.324 para ATM). 6

13 Figura 3.2: Componentes H.323 Gatekeeper É o elemento chave para a gestão de redes H.323, uma vez que fornece serviços como controlo de acessos, gestão de recursos (p. ex. controlo de largura de banda) e resolução de endereços. Os ambientes H.323 estão subdivididos em zonas (conjunto de terminais e gateways) geridos por um gatekeeper, que pode adicionalmente providenciar serviços de segurança e controlo de qualidade de serviço (QoS). Multipoint Controller Unit (MCU) Um MCU é uma entidade lógica que pode ser implementada numa entidade H.323 (p. ex. num terminal ou gatekeeper) ou num dispositivo isolado. Um MCU é constituído por um Multipoint Controler (MC) e opcionalmente por Multipoint Processors (MP), sendo que o MC é o responsável pelo processamento de mensagens de sinalização e controlo e pela gestão de negociações entre terminais, por forma a determinar capacidades comuns de processamento de dados (áudio e vídeo). O MP aceita fluxos de vários terminais e encaminha-os para os vários receptores em conferência. SIP O Session Initiation Protocol (SIP) é um protocolo que faz parte da arquitectura de protocolos de conferência multimédia definida pelo IETF, utilizado para iniciar, modificar e terminar sessões. Actualmente, as suas aplicações típicas estão relacionadas com sessões interactivas de multimédia (p. ex. chamadas telefónicas ou conferências multimédia). No entanto, o protocolo está também associado a sistemas de mensagens instantâneas (p. ex. MSN Messenger) e notificação de acontecimentos. Na fase de estabelecimento de sessões, o SIP comporta-se como um protocolo de sinalização, oferecendo serviços similares aos protocolos de sinalização utilizados no serviço telefónico, como por exemplo o Q.931 ou o H.323, mas num contexto Internet. 7

14 A principal diferença entre o SIP e os demais protocolos utilizados na PSTN, reside no facto de não fazer reserva de recursos, mas em contrapartida estende as suas funções para novos domínios, uma vez que se baseia noutros protocolos já conhecidos, tais como o SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) e HTTP (Hiper Text Transport Protocol). Tal como estes, o SIP é um protocolo textual, baseado no sistema de cliente/servidor, em que o cliente elabora um pedido que é enviado ao servidor ao qual este último responde. Um pedido evocará um método no servidor e este pode ser enviado sobre TCP ou UDP. A Figura 3.3 apresenta a arquitectura do SIP, ode são definidas as seguintes entidades tipo: Agentes de utilizador (User Agents, UA) Responsáveis por iniciar os pedidos. Podem-se distinguir dois tipos de agentes de utilizador: os que efectuam os pedidos (agentes de utilizador cliente) e os que atendem pedidos (agentes de utilizador servidor). Exemplos de agentes de utilizador são os SoftPhones SIP, os IP Phones e diversas aplicações de conferência. Entidades de registo (registrars) Responsáveis pela localização de utilizadores dentro do seu domínio, efectuando também a aceitação de pedidos de registo (REGISTER). Servidores de proxy (proxy servers) Programas ao nível da camada de aplicação, que actuam simultaneamente servidores e clientes no intuito de efectuar pedidos em benefício de outros clientes. Pode-se afirmar que um proxy interpreta e se necessário escreve uma mensagem de pedido antes de a reenviar, uma vez que a sua principal função é a de intermediário no processo de comunicação. Servidores de redireccionamento (redirect server) Aceitam pedidos SIP e efectuam a conversão de endereços em novos endereços (redireccionamento de pedidos). É ainda importante salientar que estas entidades não aceitam chamadas, nem iniciam pedidos SIP (ao contrário dos proxy servers). Servidores de localização Entidades que, não fazendo parte da especificação SIP, são importantes para que os servidores de proxy e redireccionamento obtenham informação acerca da localização de um determinado cliente. Gateways Entidade que serve de interface entre uma rede que implementa o protocolo SIP e redes baseadas noutro tipo de sinalização (p. ex. PSTN, H.323). As suas principais funções são: terminar a sinalização SIP, podendo igualmente terminar o caminho de dados de utilizador (áudio, vídeo). 8

15 Figura 3.3: Arquitectura SIP H.323 versus SIP Na Tabela 3.1 apresentam-se de forma resumida algumas das características das recomendações H.323 e SIP num estilo comparativo. A Figura 3.4 apresenta a possibilidade de interligação/coexistência dos dois protocolos/especificações num cenário VoIP. Assim sendo, é de realçar a existência de três gateways: H.323/PSTN Interface de ligação H.323 á rede telefónica comutada. SIP/PSTN Interface de ligação SIP para a rede telefónica comutada. H.323/SIP Interface de ligação H.323/SIP, neste caso a gateway termina a sinalização SIP e converte-a para H.323 mas a informação de media (áudio e vídeo) não necessita de ser alterada, podendo ser enviada directamente entre terminais sem ser necessário passar pela gateway. As operações típicas de uma gateway SIP/H.323 podem ser subdivididas em cinco áreas de acção distintas: registo de utilizador, translação de chamadas SIP para H.323, translação de chamadas H.323 para SIP, negociação de capacidades e estabelecimento de canais lógicos e terminação de chamadas. 9

16 Tabela 3.1: Comparação de H.323 com SIP 10

17 3.1.3 Transporte de voz Figura 3.4: Interligação de redes H.323 e SIP. O transporte de voz numa rede de dados é efectuado segundo a arquitectura protocolar TCP/IP [8]. Assim sendo, na camada 4 (transporte) do referido protocolo, operam os mecanismos TCP e UDP. Apesar do primeiro ser o ideal, uma vez que oferece a garantia de fiabilidade às ligações (garantia de entrega e ordenamento de pacotes), apenas o UDP é utilizado em aplicações de voz sobre IP. As principais razões associadas a este facto são: Uma das características chave do funcionamento do TCP, a retransmissão de pacotes perdidos, revela-se uma solução não aplicável em aplicações sensíveis ao atraso, uma vez que que usa largura de banda para retransmissão de pacotes sem qualquer utilidade. O facto de o UDP não ser orientado à conexão torna-o bastante mais leve para os processadores, uma vez que o TCP requer manutenção dos estados de ligação. A diferença de tamanho de cabeçalhos (8 bytes no UDP e 20 bytes no TCP) é um factor decisivo para a adopção do UDP em aplicações VoIP, uma vez que a sua utilização resulta numa economia de largura de banda e de tempo de transmissão. Desta forma, para o transporte de tráfego de voz em redes de comutação de pacotes, é usado em conjunto com o UDP, o RTP (Real-Time Transport Protocol) 11

18 definido no RFC 1889 e que fornece um serviço de transporte de dados com características de tempo real (áudio e vídeo), incluindo serviços como: identificação do tipo do payload, numeração sequencial, marcas temporais (timestamping) e monitorização da entrega de dados. O RTP é composto por duas partes distintas, o RTP propriamente dito, responsável pela transferência de dados, e o RTCP (RTP Control Protocol) usado para monitorizar a qualidade de serviço (QoS) e geração de informação acerca dos participantes numa conferência. As principais características do protocolo RTP são: Executado extremo-a-extremo. Transporte dos dados com características de tempo real (streaming e interactivos). Não inclui mecanismos de fiabilidade de entrega nem de garantia de QoS. Inclui timestamping (para compensação do jitter em pacotes do mesmo stream), numeração sequencial (para detecção de perdas e reordenação), identificação do tipo de payload (para descrever o tipo de codificação usado no payload) e identificação da fonte (em sessões multicast) Por sua vez as principais características do RTCP são: Informação sobre a qualidade de serviço - receptores indicam a qualidade da recepção relativa a cada emissor (número de pacotes perdidos, jitter e round-trip delay) e os emissores podem usar esta informação (no caso de aplicações adaptativas) para reajustar os parâmetros de sessão). Sincronização - por razões de flexibilidade, pacotes de áudio e vídeo são muitas vezes transportados em streams separados, no entanto aquando da sua chegada ao receptor é necessária a sincronização que é fornecida pelo RTCP. Identificação dos participantes na sessão (nome, endereço electrónico, número de telefone). Controlo da sessão - devido ao facto do número de participantes numa conferencia multimédia não ser constante, torna-se necessário evitar que o número de pacotes RTCP cresça indefinidamente. Assim sendo, o período entre pacotes RTCP deve ser ajustado dinamicamente à dimensão do grupo, procurando-se desta forma, que o tráfego RTCP consuma uma percentagem sensivelmente constante do tráfego total Apresenta-se na Figura 3.5 o modelo de transporte fixo para as aplicações de voz sobre IP, que assenta na conjugação dos protocolos RTP/UDP/IP. Por fim, é importante salientar que o RTP/RTCP é adoptado tanto na arquitectura multimédia IETF (onde se insere o SIP), como na arquitectura H

19 Figura 3.5: Modelo de transporte fixo para as aplicações de voz sobre IP Qualidade de serviço (QoS) Num ambiente VoIP é importante garantir qualidade de serviço (QoS), uma vez que as aplicações multimédia (áudio/vídeo) são aplicações em tempo-real, tendo por isso requisitos específicos relativamente às seguintes variáveis [3, 1, 18]: Atraso Jitter (variação do atraso) Perda de pacotes Desta forma, o tráfego VoIP (sensível ao atraso e muitas vezes considerado critico), requer garantias de QoS distintas das outras aplicações concorrentes numa rede IP (p. ex. ), devido principalmente aos seguintes aspectos: O tráfego VoIP é de natureza determinista, ao contrário das aplicações concorrentes (dados) que tem natureza bursty. As aplicações de dados são normalmente baseadas no protocolo TCP (nível de transporte da arquitectura IP), tendo por isso associados mecanismos de reenvio de pacotes no caso de ocorrência de falhas, ao contrário das aplicações VoIP (baseadas em UDP) que não têm ao seu dispor este tipo de mecanismos, pelo que são quase inadmissíveis as perdas de pacotes. As aplicações típicas (dados) são insensíveis ao atraso (uma vez que não são de tempo real); no entanto as aplicações de voz sobre IP, tem sérias restrições relativamente ao atraso e à variação do mesmo (jitter), pois tais ocorrências criam discrepância entre a informação emitida e a informação que chega ao receptor. 13

20 Assim sendo, deverão ser especificados/activados diversos mecanismos de QoS nos diferentes elementos centrais de comunicação pertencentes à arquitectura VoWLAN, tais como Access Points, switches e routers, por forma a garantir reserva de recursos para as aplicações VoIP. 3.2 VoIP numa rede wireless Nesta secção apresentam-se as vantagens associadas à implementação do VoIP e do VoWLAN, assim como dificuldades e desafios que se colocam. São ainda apresentados os dois tipos de equipamentos usados para comunicação de VoWLAN: SoftPhones e IP Phones Vantagens As principais vantagens da tecnologia VoWLAN podem ser vistas de dois diferentes prismas, utilizadores/clientes e fornecedores de serviço. Assim sendo, estas serão algumas das vantagens em implementar um serviço de VoWLAN: Benefícios ao nível do cliente: Custos reduzidos, uma vez que é possível diminuir drasticamente as facturas associadas às chamadas telefónicas. Melhor qualidade do sinal de voz numa wireless LAN quando comparada com as tecnologias móveis (segundo vários estudos realizados). Convergência de tecnologias, que se irá traduzir num aumento exponencial dos serviços oferecidos e numa redução do preço dos equipamentos centrais de comunicação e do preço dos terminais (IP Phones wireless e SoftPhones). Redução da largura de banda utilizada, uma vez que se associam na mesma infra-estrutura de comunicações dados e voz. Infra-estrutura de comunicações e aplicações integradas, tornam as operações e os custos associados à gestão mais baixos e facilitam essas mesmas operações. Benefícios ao nível dos fornecedores de serviços (VoWLAN ISPs): Aumento da eficiência e redução dos custos, uma vez que poderão disponibilizar serviços baseados numa infra-estrutura de comunicação com comutação de pacotes. Crescimento do volume de dados e consequentemente dos lucros de exploração, com a integração de serviços numa infra-estrutura comum. 14

21 Figura 3.6: Diagrama representativo das vantagens dos serviço WLAN e VoWLAN. Aumento do investimento e desenvolvimento de uma tecnologia multiserviço, potencializadora das soluções e produtos oferecidos A Figura 3.6 apresenta um diagrama representativo das vantagens associadas aos serviço WLAN e VoWLAN Dificuldades e desafios As principais dificuldades e desafios associados à tecnologia VoWLAN combinam os requisitos das duas tecnologias em fusão (WLAN + VoIP). O primeiro aspecto que deve ser considerado para o sucesso das VoWLAN prende-se com o grau de cobertura wireless das instituições/organismos aderentes. Assim sendo é necessário que a cobertura wireless seja total e não especifica (como na maior parte dos projectos Wi-Fi existentes) por forma a garantir total mobilidade aos utilizadores. Ora este aumento de cobertura trás associado múltiplos desafios, entre os quais se salientam: Sobreposição de frequências - Com o aumento do número de equipamentos centrais de comunicação wireless (Access Points), por forma a garantir a necessária cobertura, aumentam os problemas de sobreposição de canais rádio disponíveis para transmissão de dados. Assim sendo, torna-se indispensável uma revisão (em alguns casos bastante trabalhosa) dos planos de frequências adoptados por forma a que não existam problemas de sobreposição espectral. Roaming através de segmentos da rede WLAN - É absolutamente necessário garantir interoperabilidade entre células de cobertura wireless por forma a atender ao requisito de mobilidade oferecido aos utilizadores. A este nível é importante salientar que com a tecnologia VoWLAN a mobilidade 15

22 QoS aumenta (comparativamente á WLAN), uma vez que são disponibilizados por exemplo telefones IP móveis e aumenta o uso de PDAs. Congestão em Access Points - Com a introdução de tráfego de voz na infraestrutura de rede wireless a largura de banda disponível para dados é menor. Assim sendo é importante uma monitorização constante dos equipamentos, atendendo a que num cenário VoWLAN coexistem agora fluxos com diferentes requisitos (o tráfego VoIP é sensível a atrasos de transmissão e é muitas vezes considerado mission critical). Distúrbios das WLANs causados por fontes externas - Este problema está associado às interferências de sinal rádio causadas por fontes de ruído externas ao sistema de comunicação, tais como fornos microondas ou obstáculos. Outras das dificuldades/desafios que surgem com a implementação de redes VoWLAN, estão relacionados com a necessidade de garantia de qualidade de serviço (QoS) necessária para a coexistência do tráfego de voz em redes IP (baseadas em modelos best-effort). A este nível e tal como foi apresentado na Secção 3.1.4, é necessário garantir nos diferentes equipamentos de comunicação (Access Points e comutadores de nível 2 e 3) QoS, uma vez que o modelo de transporte das aplicações de voz (RTP/UDP/IP) não oferece fiabilidade. As técnicas de QoS para o VoIP devem ser desta forma aplicadas por forma a prioritizar os fluxos de voz relativamente aos fluxos de dados concorrentes, uma vez que estes possuem necessidades especificas de fiabilidade (como se tratam de aplicações em tempo-real a percentagem de perda de pacotes admissível é estreita) e de atraso (têm que se garantir níveis de atraso específicos e pouca variação dos mesmos). A este nível é importante salientar que para o tráfego VoIP são admitidos atrasos na ordem dos 150 ms e percentagens de perda de pacotes até 2%. A Figura 3.7 apresenta os níveis de atraso máximo (delay) e percentagem de perda de pacotes (loss) necessários para garantir diferentes nível de qualidade de serviço (toll quality equivale à qualidade de PSTN). Apresentam-se de seguida alguns mecanismos de QoS a aplicar em cada um dos componentes centrais de comunicação de uma infra-estrutura VoWLAN: 802.1q/802.1p, IP precedence, Diff Serv, Weighted Fair Queuing (WFQ), Resource Reservation Protocol (RSVP), RTP Header Compression e Link Fragmentation and Interleaving (LFI). 16

23 Figura 3.7: Níveis de atraso máximo (delay) e percentagem de perda de pacotes (loss) necessários para garantir diferentes nível de qualidade de serviço (toll quality equivale à qualidade de PSTN). Figura 3.8: Etiqueta (tag) inserida na trama ethernet pelo 802.1Q Q/802.1p Trata-se de um método a ser aplicado quer nos Access Points, quer nos comutadores de nível 2 (switches) e que basicamente utiliza 3 bits dos 4 bytes (inseridos pelo protocolo 802.1Q - VLAN) para prioritizar tráfego. Uma vez que o método de prioritização de tráfego está associado ao protocolo de 802.1Q, é importante a criação de uma VLAN dedicada ao tráfego de voz, para que depois sejam aplicados filtros estritamente a essa VLAN. Apresenta-se na Figura 3.8 a definição da etiqueta (tag) inserida na trama ethernet pelo 802.1Q e a Tabela 3.2 onde estão definidos os níveis de prioridade do 802.1p. 17

24 Prioridade Binário (3 bits) Tipo de tráfego Controlo de rede Voz interactiva Multimédia interactiva Aplicações de carga controlada (streaming) Esforço excelente Económico Background Melhor esforço (por defeito) Tabela 3.2: Níveis de prioridade do 802.1p. Valor Significado 0 Routine (por defeito) 1 Priority 2 Immediate 3 Flash 4 Flash-override 5 Critical 6 Internet 7 Network Tabela 3.3: Valores de precedência IP IP precedence Método de classificação de pacotes (mas aplicado na camada de rede do modelo OSI), trata-se de um método de sinalização QoS in-band uma vez que circula em conjunto com os dados a transmitir. A precedência IP é definida com o uso dos 3 bits mais significativos do campo ToS (Type of Service - 1 byte) do cabeçalho IP e permite especificar diferentes classes de serviço para cada pacote. Na Tabela 3.3 apresentam-se as seis diferentes classes de serviço disponíveis, sendo que os valores 6 e 7 são reservados para informação de controlo da rede. È ainda importante referir que esta técnica deverá ser aplicada nos equipamentos de nível 3 - routers. Diff Serv Trata-se de um modelo de serviços diferenciados que permite a discriminação (diferenciação) de serviços, de forma escalável, sem necessidade de manter informação de estado por fluxo e de executar procedimentos de sinalização, em cada nó da rede. Neste modelo podem ser especificados os seguintes atributos por serviço: valores de débito (throughput), atraso, variação do atraso (jitter) e taxa 18

25 Figura 3.9: Campo ToS do cabeçalho IP. de perdas. O Diff Serv utiliza também o campo ToS do cabeçalho IP, mas prevê a criação de 63 diferentes classes de serviço (usa os 6 bits mais significativos do byte ToS). Apresenta-se na Figura 3.9 a representação do campo ToS do cabeçalho IP e o uso de bits para prioritizar tráfego, quer usando precedência IP (bits P), quer usando o método Diff Serv (bits D). Weighted Fair Queing (WFQ) Num comutador de nível 3 (router) sempre que existam múltiplos fluxos de dados a competir pelo mesmo recurso (p. ex. uma interface de saída) torna-se necessária a utilização de um mecanismo que realize a partilha desse recurso. Esses mecanismos (escalonadores) podem seguir diversas estratégias, sendo que a mais básica é a técnica FIFO (First In - First Out), cujo objectivo é o de servir os diferentes fluxos pela ordem de chegada dos seus pacotes. Ora tal método não é adequado para a garantia de QoS necessária para os fluxos de VoIP, uma vez que não lhes dá qualquer nível de prioridade relativamente aos fluxos (de dados) concorrentes. Assim sendo o WFQ é uma solução que oferece um tempo de resposta justo, baseado em pesos, aos diferentes fluxos de acordo com o perfil de tráfego, identificando o fluxo mediante as seguintes características dos cabeçalhos IP (endereço IP de origem e destino, porto TCP ou UDP, endereço MAC e preferência). Este método cria uma fila por fluxo e atribui diferentes pesos a essas filas, sendo que as filas servidas em primeiro lugar são as que têm menor peso (no caso as filas associadas ao tráfego de voz). A grande vantagem do WFQ é o facto de se adaptar dinamicamente às condições de tráfego, no entanto apesar deste mecanismo garantir prioridade mais elevada às conversações de voz (alta precedência, baixo volume de dados) não lhe garante prioridade estrita sobre os outros fluxos (pode ser por vezes necessário garantir que o tráfego VoIP se sobreponha aos fluxos de dados). A Figura 3.10 apresenta o escalonamento de dados associado ao WFQ. 19

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