Tecnologias e Componentes de Redes

Transcrição

1 Tecnologias e Componentes de Redes Material de apoio VoIP Voice over IP Cap.16 19/01/2012

2 2 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.

3 3 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).

4 4 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.

5 5 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. Provedor tem os recursos de telefonia VoIP Internet Voz é digitalizada é colocada em pacotes IP A Internet é grátis Não há tarifação por distância ou tempo A voz digitalizada é retirada dos pacotes IP restaura para a forma original

6 6 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.

7 7 Telefonia Convencional x VoIP 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 Número Telefônico Associado ao domicílio do usuário Associado à área local do número contratado Chamadas locais Área local do domicílio do usuário Área local do número contratado

8 8 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.

9 9 Estrutura Tradicional (separação das redes de dados e voz) Não é possível exibir esta imagem no momento. RNTf WAN IP

10 10 Situação tradicional com PABX (não VoIP) Situação tradicional de interligação com a rede de telefonia pública.

11 11 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

12 12 Cenário 2 p/ VoIP: PABX VoIP com entroncamento convencional PABX VoIP 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. LAN Rede Pública de Telefonia Convencional

13 13 Cenário 3: Integração VoIP c/ PABX PABX VoIP 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. LAN PABX convencional Rede Pública de Telefonia Convencional

14 14 Cenário 4: VoIP completo com vídeo Solução utilizando PABX tradicional com protocolo ISDN (RDSI Rede Digital de Serviços Integrados), video-conferência e IP Telephony

15 15 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

16 16 Efeito Pouca disponibilidade de banda (bps) (1/2) 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. Conversação = 50% - 40% Pausas = 50% - 60% Uso do VAD (Voice Activity Detection) fala silêncio fala pacote sem pacote pacote

17 17 Pouca disponibilidade de banda (bps) (2/2) Compressão de Cabeçalhos IP - RFC 2508 IP Header (20) UDP (8) RTP (12) 20 bytes Header = 40 bytes Carga útil 2-4 Carga útil

18 18 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.

19 19 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

20 20 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.

21 21 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).

22 22 Endereçamento Atualmente usam-se Números (E.164) e URIs (RFC 2396) Rede Telefônica normal: Números E.164: Ex: 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 . Identificadores SIP e H.323.

23 23 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 ( , 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.

24 24 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.

25 25 Configuração sistêmica típica com H.323

26 26 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.

27 27 Arquitetura SIP

28 28 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). Mais limitado que o SIP para desenvolvimento de novos serviços (complexidade). Originado do protocolo HTTP. Arquitetura cliente-servidor mais simples de implementar. Tecnologia mais madura que a SIP. Tecnologia menos madura que a H323. Netmeeting usa H323. Maioria dos portais de comunicação VoIP na Internet usam H323. Windows XP já começa a incorporar algumas funcionalidades em SIP. Escalabilidade de soluções (maior facilidade de crescimento da quantidade de aplicações).