CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA

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1 CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA FACULDADE DE TECNOLOGIA DE LINS PROF. ANTONIO SEABRA CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM REDES DE COMPUTADOR PEDRO HENRIQUE DE CARVALHO ESTRUTURAS E TECNOLOGIAS DE UM SISTEMA DE VIDEOCONFERÊNCIA: UMA ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS PROTOCOLOS SIP E H.323. LINS/SP 1 SEMESTRE /2013

2 CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA PAULA SOUZA FACULDADE DE TECNOLOGIA DE LINS PROF. ANTONIO SEABRA CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM REDES DE COMPUTADOR PEDRO HENRIQUE DE CARVALHO ESTRUTURAS E TECNOLOGIAS DE UM SISTEMA DE VIDEOCONFERÊNCIA: UMA ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS PROTOCOLOS SIP E H.323. Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Faculdade de Tecnologia de Lins para obtenção do Titulo de Tecnólogo em Redes de Computadores. Orientador: Prof. Dr. Renato Correia de Barros LINS/SP 1 SEMESTRE /2013

3 À minha esposa Gabriela, e filho Rafael que me dedicam tanto amor e carinho, e que aceitam as ausências e agradam as presenças nesse caminho que aqui trilhei, e aos meus pais Pedro e Terezinha a quem tudo devo. Pedro Henrique de Carvalho

4 AGRADECIMENTOS Nessa oportunidade em que é alcançada uma meta importante em minha vida profissional, quero expressar a minha mais profunda gratidão à minha amada esposa Gabriela que me da força e sentido em tudo o que eu realizo. Aos meus queridos pais, Pedro e Terezinha, devo a pessoa que sou. Quantas preocupações em nosso tropeço, e alegrias em nossas vitórias. As minhas irmãs Ligia e Lilian pelo carinho que sempre me dedicaram. Ao meu orientador Professor Dr. Renato Correia de Barros pelo comprometimento para com o meu trabalho, pois sem dúvidas, foi peça fundamental para seu desenvolvimento e realização. Agradeço também aos demais professores e colegas que desde o primeiro semestre me ajudaram e acrescentaram conhecimento a minha vida. E por fim, agradeço a todos que direta ou indiretamente participaram ou contribuíram para a conclusão deste trabalho. Pedro Henrique de Carvalho

5 RESUMO O presente trabalho estudou alguns modelos de videoconferências, bem como as tecnologias e ferramentas utilizadas para realiza-las. Além disso, foram feitos breves relatos sobre os ambientes ideais para obter-se a mais alta qualidade de videoconferência. Procurou-se também conhecer os diversos tipos de hardwares e protocolos utilizados direta ou indiretamente para realiza-las. A partir disso, entre os protocolos estudados nesse trabalho, dois se destacam como os principais protocolos de inicialização de chamada VOIP e de videoconferência, o H.323 e o SIP. Para tanto, foi criado um ambiente de testes, com dois sistemas operacionais virtualizados sobre o aplicativo VMware Workstation 9, sendo ambos Microsoft Windows XP, e neles instalados os softwares CU-SeeMe Pro 4 e Ekiga 4.0.1, representantes dos protocolos H.323 e SIP respectivamente. O software Wireshark foi instalado no sistema operacional nativo Windows 7 para analisar o tráfego de rede entre as videoconferências realizadas nas máquinas virtuais. Ao final, foram apresentadas tabelas resumidas de comparação entre os testes realizados com os protocolos, além de um gráfico exemplificativo, para que assim, possam fornecer base para a conclusão final do trabalho. Palavras-chave: Videoconferência, H.323, SIP.

6 ABSTRACT The present work studied some models of videoconferencing as well as the technologies and tools used to place them. In addition, we made brief statements about the ideal environments to obtain the highest quality videoconferencing. We also sought to know the different types of hardware and protocols used directly or indirectly to place them. Based on this, between the protocols studied in this work, two stand out as the main boot protocols call VOIP and videoconferencing, H.323 and SIP. To that end, we created a test environment, with two OSes virtualized application on VMware Workstation 9, both Microsoft Windows XP, and the software installed on them CU-SeeMe Pro 4 and Ekiga 4.0.1, representatives of H.323 and SIP respectively. Wireshark The software was installed on the native operating system Windows 7 to analyze network traffic between video conferences held in virtual machines. At the end, we presented summary tables of comparison between the tests performed with the protocols, as well as a graph of example, so that, they can provide a basis for the final completion of the work. Keywords: Videoconferencing, H.323, SIP.

7 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1.1 Imagem do Software CU-SeeMe Figura 1.2 Exemplo de uma Sala de Videoconferência Figura 1.3 Exemplos de Equipamento de Videoconferência Figura 1.4 Exemplos de MCUs Vendidos no Mercado Figura 2.1 Funcionamento do Protocolo TCP Entregando Pacotes IPs Figura 2.2 Independência da Topologia do Protocolo H Figura 2.3 Pilha do Protocolo SIP em Relação ao Modelo OSI Figura 2.4 Comunicação SIP entre um Servidor Proxy SIP Figura 2.5 Pilha do Protocolo SIP em Relação ao Modelo OSI Figura 3.1 Janela de Diálogo de Instalação do Software CU-SeeMe Figura 3.2 Assistente de Configuração do Software CU-SeeMe Figura 3.3 Diretório de Serviços CU-SeeMe Figura 3.4 Configuração do Desempenho CU-SeeMe Figura 3.5 Instalação do Software Ekiga Figura 3.6 Janela de Configuração do Ekiga Figura 3.7 Parâmetros Escolhidos na Configuração do Ekiga Figura 3.8 Instalação do Wireshark Figura 3.9 Instalação do VMware Figura 4.1 Software Vmware Configuração de Largura de Banda Figura 4.2 Imagem de Videoconferência a 56 Kbps CU-SeeMe Figura 4.3 Pacotes da Chamada entre Terminais - Software CU-SeeMe Figura 4.4 Quantidade de Pacotes CU-SeeMe Figura 4.5 Videoconferência com SIP a 56 Kbps Ekiga Figura 4.6 Pacotes de Inicialização de Chamada SIP Ekiga Figura 4.7 Quantidade de Pacotes Capturados a 56 Kbps Wireshark Figura 4.8 Imagem de Videoconferência a 512 Kbps - CU-SeeMe Figura 4.9 Imagem de uma Videoconferência a 512 Kbps Ekiga Figura 4.10 Imagem de uma Videoconferência a 1 Mbps CU-SeeMe Figura 4.11 Quantidade de Pacotes Capturados a 1 Mbps Wireshark Figura 4.12 Pacotes de Chamada e Conexão com Ekiga (SIP) Wireshark Figura 4.13 Imagem de uma Videoconferência a 1 Mbps Ekiga... 53

8 Figura 4.14 Imagem de uma Videoconferência a 4 Mbps CU-SeeMe Figura 4.15 Imagem de uma Videoconferência a 4 Mbps Ekiga... 55

9 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 4.1 Gráfico de Comparação entre os Protocolos H.323 e SIP... 58

10 LISTA DE TABELAS Tabela 4.1 Comparativo entre H.323 e SIP na Velocidade de 56 Kbps Tabela 4.2 Comparativo entre H.323 e SIP na Velocidade de 512 Kbps Tabela 4.3 Comparativo entre H.323 e SIP na Velocidade de 1 Mbps Tabela 4.4 Comparativo entre H.323 e SIP na Velocidade de 4 Mbps... 57

11 LISTA DE QUADROS Quadro 2.1 Padrões Referenciados na Recomendação H

12 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS AT&T American Telephone and Telegraph DNS Domain Name System EAD Ensino à distância GB Gigabyte IP Internet Protocol ITU-T International Telecommunications Union Telecom Standardization Sector Kbps Kilobit por Segundo LAN Local Area Network MB Megabyte Mbps Megabit por Segundo MCU Multipoint Control Unit OSI Open Systems Interconnection QoS Quality of Service RTCP Real-time Transport Control Protocol RTP Real-time Transport Protocol SCTP Stream Control Transmission Protocol SIP Session Initiation Protocol TCP Transmission Control Protocol UA User Agent UDP User Datagram Protocol VOIP Voice over IP

13 SUMÁRIO INTRODUÇÃO SISTEMAS DE VIDEOCONFERÊNCIA HISTÓRIA E USABILIDADE DA VIDEOCONFERÊNCIA MODALIDADES DE VIDEOCONFERÊNCIA Videoconferência Baseada em Estúdio Videoconferência Desktop INFRAESTRUTURA FÍSICA DE UM SISTEMA DE VIDEOCONFERÊNCIA Especificação do Ambiente de Realização de Videoconferências EQUIPAMENTOS ESPECIFICOS DE VIDEOCONFERÊNCIA Computador Equipado com Kit Multimídia Kit com Câmera e Hardware Específicos para Videoconferência Unidade de Controle Multiponto TEORIA DE PROTOCOLOS DE REDES DE COMPUTADORES IP TCP UDP REAL-TIME TRANSPORT PROTOCOL (RTP) REAL-TIME TRANSPORT CONTROL PROTOCOL (RTCP) RECOMENDAÇÃO H SIP MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS UTILIZADOS Hardware Software e Sistema Operacional... 34

14 3.1.3 CU-SeeMe Pro Ekiga Wireshark VMware Workstation MÉTODOS ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE SIP E H CENÁRIOS Cenário 1 Velocidade de 56 Kbps com H.323 (CU-SeeMe) Cenário 2 Velocidade de 56 Kbps com SIP (Ekiga) Cenário 3 Velocidade de 512 Kbps com H.323 (CU-SeeMe) Cenário 4 Velocidade de 512 Kbps com SIP (Ekiga) Cenário 5 Velocidade de 1 Mbps com H.323 (CU-SeeMe) Cenário 6 Velocidade de 1 Mbps com SIP (Ekiga) Cenário 7 Velocidade de 4 Mbps com H.323 (CU-SeeMe) Cenário 8 Velocidade de 4 Mbps com SIP (Ekiga) TABELAS COMPARATIVAS e RESUMIDAS GRÁFICO DE COMPARAÇÃO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS GLOSSÁRIO... 63

15 15 INTRODUÇÃO A maior necessidade do homem em coletividade é a comunicação, e isso, claro está, faz se presente desde o início da humanidade. Hoje, essa comunicação também se apresenta com o uso da tecnologia, que atualmente exerce um papel fundamental no comportamento das pessoas, pois age principalmente como um facilitador de tarefas diárias. (CARVALHO, 2005) Ao falar-se de tecnologia, é percebido lembrar-se da internet, o meio de comunicação mais amplo do mundo. Segundo um estudo divulgado pela empresa de análise de tráfego na internet Pingdom (2012), os usuários ativos na rede mundial de computadores já somam 2,1 bilhões de pessoas. Ainda sobre esse aspecto, Bittencourt (1999) acrescenta, como vantagens da Internet, a possibilidade do rompimento de barreiras geográficas de espaço e tempo, onde é permitido ainda o compartilhamento de informações, o que apoia o estabelecimento de cooperação e comunicação entre grupos de indivíduos. Conforme Santarém (2010) vive-se um momento de mudança e as inovações advindas com a Tecnologia da Informação e Comunicação tem papel muito importante. Mas as principais mudanças estão em como se relacionar com as tecnologias, tanto como indivíduos, como grupos ou organizações. Foi nesse contexto que surgiu a videoconferência, uma tecnologia que proporciona a comunicação entre grupos de pessoas através da transmissão de áudio e vídeo, em tempo real e de qualquer lugar do mundo. Segundo Musey (1995), a transmissão de som e imagem envolvida no diálogo é muito importante, uma vez que, sabidamente, a expressão corporal corresponde de 70 a 80 por cento das impressões de uma conversa. Em um sistema de videoconferência, os envolvidos podem compartilhar arquivos de computador, apresentar slides, vídeos, ou ainda, apresentar informações em um quadro branco. Por isso, a videoconferência passou a ser muito usada em reuniões empresariais e no ensino a distância, recurso esse utilizado cada vez mais nas instituições educacionais no país, tornando-se um assunto vital em tecnologia de informação.

16 16 Nesse contexto, dois protocolos, o H.323 e o Session Initiation Protocol (SIP) destacaram-se como os principais e mais populares protocolos de videoconferência sobre Internet Protocol (IP). A competição entre os dois é visível e os defensores de cada um são radicais. Além disso, há quem defenda os dois protocolos. Por isso, o objetivo geral do trabalho foi fazer uma analise comparativa entre os protocolos H.323 e SIP. Para isso, o trabalho discorre sobre a teoria dos diversos tipos de videoconferência, analisando sua história, estruturas, protocolos e equipamentos, para que no final, depois de ter fornecido a revisão da literatura sobre a teoria, realizar os testes e uma análise comparativa especifica dos protocolos acima citados. Para a realização desse trabalho, o tipo de metodologia utilizada foi à pesquisa ação, por satisfazer os requisitos do estudo, pois nessa metodologia, o pesquisador desempenha um papel ativo no equacionamento dos problemas encontrados, no acompanhamento e na avaliação das ações desencadeadas em função destes problemas. (ROESCH, 1999) Para alcançar o objetivo do trabalho, foram estabelecidos os seguintes objetivos específicos: Apresentar a história e aplicações da videoconferência; Introdução a redes de computadores e protocolos relacionados a videoconferência; Apresentar os equipamentos necessários em uma estrutura de videoconferência, assim como a descrição dos ambientes físicos padronizados para sua realização; Conceituar os tipos e características da videoconferência; Fazer uma analise comparativa entre os protocolos SIP e H.323, representados pelos softwares Ekiga e CU-SeeMe, respectivamente. Este trabalho contempla a seguinte estrutura: no primeiro capitulo descrevese a base do conhecimento necessário para entender o funcionamento de uma videoconferência, suas tecnologias e protocolos de comunicação, padrões de ambientes, bem como os requisitos básicos para que ela seja bem sucedida. No segundo capitulo é apresentado os materiais e softwares utilizados, assim como os métodos realizados na implementação do comparativo. A seguir, é feito a comparação dos protocolos e os resultados obtidos. Finalmente, no quarto capítulo

17 tem-se as conclusões, seguidas das referências. 17

18 18 1 SISTEMAS DE VIDEOCONFERÊNCIA O entendimento teórico sobre os conceitos de uma videoconferência é fundamental para o prosseguimento do estudo. Este capitulo discorre sobre as características, conceitos e ambientes de um sistema de videoconferência, apresentando os principais protocolos utilizados em seu funcionamento, além de especificar as características de cada tipo de videoconferência. 1.1 HISTÓRIA E USABILIDADE DA VIDEOCONFERÊNCIA A videoconferência surgiu em 1964 com a apresentação, pela American Telephone and Telegraph (AT&T) de um sistema chamado Picture Phone, onde era visualizada fotos na tela, ao mesmo tempo em que ouvia-se a voz do interlocutor. Apesar de ser uma novidade na época, não foi bem recebida pelo público. (LOPES, 2004) Em meados dos anos setenta, surgiram tecnologias do tipo freeze frame (congelamento da imagem quadro a quadro) e slow motion (câmera lenta) ponto a ponto. O desconforto causado pela câmera lenta não ajudou essa tecnologia a se firmar naquela época. (LOPES, 2004) Na década de oitenta, as pesquisas criaram os chamados codecs (codificadores e decodificadores), equipamentos responsáveis pela compressão de dados desenvolvidos para sistemas de videoconferência. Era utilizado um algoritmo de codificação conhecido como Transformada Discreta do Cosseno. Com este algoritmo, as imagens de vídeo podiam ser analisadas para encontrar redundância espacial e temporal. Essa tecnologia ganhou impulso com a criação de um consórcio europeu, onde duas empresas inglesas investiram neles, cobrindo taxas de a Kilobit por Segundo (Kbps), que possibilitaram um melhor gerenciamento da banda utilizada e diminuição do custo de transmissão envolvido. (LOPES, 2004) Na final dos anos oitenta, observou-se uma melhora nos algoritmos empregados nos codecs, e também uma baixa substancial nos custos dos meios de transmissão. Em 1990 eles já eram vendidos a um custo 80 por cento menores que nos anos 80 e atingiam razões de proporção de 235:1 quadros por segundo. Fato que começou a tornar propício o uso de videoconferência. (PAZMIÑO, 1997)

19 19 Contudo, na década de noventa começaram a surgir sistemas mais confiáveis e rápidos, com destaque para o CU-SeeMe (Figura 1.1). Ele promove conexão ponto-a-ponto ou conexão multiponto que podem ser obtidas através do uso de um software chamado refletor. A conferência em grupo é realizada por participantes e com o software, conectados ao refletor, com equipamentos a computadores pessoais. (LOPES, 2004) Figura 1.1 Imagem do Software CU-SeeMe Fonte: Elaborado pelo autor, Consequentemente, o aperfeiçoamento técnico estimula a instalação de um número crescente de salas de reunião providas de equipamentos para videoconferência onde permite-se a comunicação com áudio, vídeo e imagens entre pessoas que estejam em locais diferentes e em tempo real. (FILHO, 1999) Na atualidade, reuniões, cursos, conferências, debates e palestras são conduzidos como se todos os participantes estivessem juntos no mesmo local. Com os recursos da videoconferência, pode-se conversar com os participantes e ao mesmo tempo visualizá-los na tela do monitor, com troca de informações como se faria pessoalmente. Além disso, é possível compartilhar programas de computador,

20 20 dialogar através de canais de bate-papo, apresentar slides, vídeos, desenhos e fazer anotações em um quadro branco compartilhado. (FILHO, 1999) Com a expansão da internet, a videoconferência, além de facilitar as reuniões corporativas, também tornou-se uma estrutura necessária a diversas áreas, como o ensino a distância (EAD), telemedicina e julgamentos jurídicos. Essa ultima, proporciona mais segurança aos julgamentos e economia aos estados, pois assim, evita-se transportar os detentos para audiências em fóruns ou locais distantes do local de detenção. Assim, o uso da videoconferência apresenta uma série de vantagens, dentre elas está o melhor uso do tempo, pois evita-se o deslocamento físico para um local especial, assim como economizar recursos, com a redução dos gastos com viagens, além de também ser usada como um recurso de pesquisa, já que a reunião pode ser gravada e disponibilizada posteriormente. (SANTOS, 1998) 1.2 MODALIDADES DE VIDEOCONFERÊNCIA A videoconferência é dividida em modalidades que diferenciam os equipamentos e o uso da tecnologia empregada conforme especificado nesta seção Videoconferência Baseada em Estúdio A videoconferência baseada em estúdio é realizada em salas especialmente preparadas com modernos equipamentos de áudio e vídeo que proporcionam uma alta qualidade nas reuniões, palestras e cursos. (LEOPOLDINO, 2001) Em videoconferências baseadas em estúdio, normalmente é utilizado o padrão de circuitos, onde é utilizado uma conexão dedicada, pois assim a banda disponível fica diretamente a disposição da transmissão, diferente da transmissão pela internet, que sofre a interferência do tráfego de outros dados. Também pode-se utilizar o padrão de pacotes, que utiliza conexões de dados normais para videoconferência, pois não necessita de Unidades de Controle Multiponto (Multipoint Control Unit - MCU). Assim todos os participantes recebem todos os dados da videoconferência, onde os próprios participantes devem fazer o papel do MCU e decidir o que querem ver e ouvir. Porém, nesse sistema, a videoconferência está sujeita a interrupções causadas pelo tráfego de outras

21 21 aplicações na rede. (LEOPOLDINO, 2001) Videoconferência Desktop Com o avanço da tecnologia e aparelhos e softwares mais baratos, surgiu um novo tipo de videoconferência, a desktop. Nesta tecnologia não é necessário o uso de salas especiais e muito menos equipamentos específicos. A interação é feita usando webcans, caixa de som e microfone. A compressão ou descompressão e todo o resto são efetuados por software que deve estar instalado em uma máquina padrão. A conexão é feita através da própria internet e conecta-se pessoas ao redor do planeta a um custo quase zero. (LEOPOLDINO, 2001) Finalmente, esse tipo de videoconferência foi à utilizada para a realização dos testes e análises dos protocolos em estudo. 1.3 INFRAESTRUTURA FÍSICA DE UM SISTEMA DE VIDEOCONFERÊNCIA Para a realização de uma videoconferência, as salas devem respeitar algumas especificações aqui descritas Especificação do Ambiente de Realização de Videoconferências Para uma pequena videoconferência, computadores e webcans instalados em qualquer ambiente são suficientes para realiza-las. Mas caso queira-se obter uma videoconferência para várias pessoas, o local terá que ser especifico para suportar os requisitos necessários. Caso necessite mostrar outros objetos ou pessoas na sala ou de controlar a câmera à distância, poderá ser usada uma câmera com mais recursos, como por exemplo, ajuste de foco e zoom (assunto especificado na seção 1.4). (COOKBOOK, 2000) Uma sala de videoconferência geralmente não precisa ter uma quantidade superior que vinte lugares, sendo que aproximadamente 70 metros quadrados (7 X 10) é uma ótima área, mas pode variar conforme o caso. No mesmo raciocínio, elas devem estar em locais distantes de fontes de ruídos, onde também devem possuir tratamento acústico, caso contrário o áudio do

22 22 sistema de videoconferência pode ser prejudicado. (COOKBOOK, 2000) Um bom exemplo de sala equipada para a realização de videoconferência é mostrado na Figura 1.2. Ainda sobre o assunto, a iluminação do ambiente que será utilizado na videoconferência interfere diretamente na qualidade da imagem gerada, sendo aconselhável seguir algumas recomendações conforme abaixo especificado. (TAROUCO, 2003) A sala construída especialmente para a realização da videoconferência não pode ter janelas. Caso reutilizar alguma sala já construída para outro fim, o uso de cortinas torna-se imprescindível, de modo a neutralizar fontes externas de luz. (TAROUCO, 2003) Figura 1.2 Exemplo de uma Sala de Videoconferência Fonte: Reuna, A iluminação da sala deve utilizar fontes de luz homogênea, preferencialmente lâmpadas fluorescentes, com uma claridade uniforme por toda extensão da sala. A intensidade luminosa deve estar situada na faixa de 600 a 800 lux. (TAROUCO, 2003) Ainda na linha de pesquisa sobre os ambientes, além das especificações citadas acima, outra faz-se muito importante, o ambiente não deverá conter objetos de decoração que possam desviar a atenção dos participantes. As cores da sala e

23 23 de todo seu conteúdo deverá ser uniforme, suave e clara. A superfície das paredes, pisos e móveis deverão ser foscas para não refletir a imagem. (TAROUCO, 2003) 1.4 EQUIPAMENTOS ESPECIFICOS DE VIDEOCONFERÊNCIA Esta seção discorre sobre os equipamentos específicos usados na realização de uma videoconferência Computador Equipado com Kit Multimídia Este equipamento geralmente é usado em locais onde haverá participação de apenas uma pessoa em cada equipamento. Existem diversos softwares, seja proprietário ou gratuito, que fornece soluções para esse tipo de modalidade, como o CU-SeeMe e Ekiga, que são os representantes dos protocolos H.323 e SIP respectivamente, utilizados nesse trabalho. Assim, para estar apto a participar de uma videoconferência, é preciso que o equipamento esteja equipado com webcam, microfone embutido ou de mesa e placa de som. Essa configuração de equipamento demonstra ser a mais barata e indicada para usuários do tipo home, ou seja, que fazem videoconferência em casa, geralmente com apenas dois participantes. Os equipamentos citados foram utilizados para a realização dos testes e analises das videoconferências Kit com Câmera e Hardware Específicos para Videoconferência Este equipamento geralmente é usado em salas de reuniões ou salas especificas para uso de videoconferência. Seu hardware específico permite ao usuário utiliza-lo sem o auxilio de um computador, além de gerar uma qualidade superior de áudio e vídeo se comparados ao computador equipado com kit multimídia. Esse sistema é amplamente utilizado onde é preciso obter uma qualidade superior de áudio e vídeo e acomodar uma quantidade superior de pessoas, apesar de também ser utilizado em salas menores nas empresas que necessitam de uma maior descrição e sigilo em suas reuniões.

24 24 Consequentemente, há diversos equipamentos desse sistema à venda no mercado, tendo o Polycom View Station e otandberg 7000, conforme a Figura 1.3, citados como exemplos. Figura 1.3 Exemplos de Equipamentos de Videoconferência Fonte: Avtg, Adaptado pelo autor Unidade de Controle Multiponto Segundo Colcher et al. (2005), o MCU é projetado para suportar a conferência entre três ou mais terminais, pois traz a negociação entre os pontos para determinar a capacidade comum de processamento e controle de áudio e vídeo multicast de cada um. A Figura 1.4 exibe dois exemplos de MCUs. Figura 1.4 Exemplos de MCUs Vendidos no Mercado Fonte:Telcom, Adaptado pelo autor. Assim, o sinal de áudio é digitalizado e comprimido sob um dos algoritmos de

25 25 suporte. Já o sinal de vídeo e dados é tratado com padrões que permitem o compartilhamento de aplicativos em conferência ponto a ponto e multiponto. Por causa das flutuações e atraso da chegada de pacotes IPs, ele também é usado para cancelar ou reduzir o efeito negativo que a instabilidade possa resultar em fluxos de informações do usuário com requisitos de tempo real. (COLCHER et al., 2005) Existem MCUs baseados em softwares que, como são instalados em maquinas rodando sistema operacional, seu hardware é compartilhado com outros processos. Seu uso não é aconselhado em sistemas que necessitem de alto desempenho e qualidade de videoconferência.

26 26 2 TEORIA DE PROTOCOLOS DE REDES DE COMPUTADORES Para que cada fornecedor não projete sua própria pilha de protocolos, várias partes interessadas reuniram-se para desenvolver padrões, mais conhecidos como protocolos. Eles possibilitam uma conexão heterogênea na comunicação e transferência de dados entre dois sistemas computacionais. Abaixo uma abordagem sobre os principais voltados a videoconferência. 2.1 IP Segundo Kurose (2005) o IP, que em português significa Protocolo de Internet, é um dos principais protocolos de comunicações utilizados para encapsular datagramas, também conhecido como pacotes de rede. Cada datagrama tem dois componentes, um cabeçalho e uma carga útil. O cabeçalho IP é marcado com o endereço IP de origem, endereço IP de destino e outros metadados necessários para rotear e entregar o datagrama, como o Transmission Control Protocol (TCP) ou User Datagram Protocol (UDP), descritos nos subcapítulos e respectivamente. A carga útil contém os dados a serem transportados. Este processo de cargas de nidificação de dados em um pacote com um cabeçalho é chamado de encapsulamento. (COMER, 2006) Além disso, ele traça rotas para o pacote a ser enviado, pois possui uma série de regras nas quais determinam como hosts e roteadores irão processar os pacotes. 2.2 TCP O TCP é um protocolo de comunicação orientado a conexão que trabalha na camada de transporte do modelo Open Systems Interconnection (OSI). Ele transporta os datagramas IPs para o seu destino. É considerado um protocolo confiável, pois fornece entrega garantida e integra dos pacotes. (KUROSE, 2005) Os terminais devem acordar entre eles uma abertura de conexão para que os dados possam ser transferidos. Além disso, o TCP contém um serviço chamado controle de fluxo, que assegura que nenhum dos terminais enviem pacotes rápido demais, pois um dos lados pode não ter banda suficiente para comunicar-se com a

27 27 velocidade do outro. A Figura 2.1 mostra um exemplo de como o TCP trabalha com a entrega de pacotes IPs. (KUROSE, 2005) Figura 2.1 Funcionamento do Protocolo TCP Entregando Pacotes IPs Fonte: Kurose, Adaptado pelo autor. 2.3 UDP, Segundo Tanenbaum (2003), o UDP é um protocolo da camada de transporte do modelo OSI onde usa um modelo de transmissão mais simples que o TCP. Ele assume que a verificação e correção de erros não é necessária, ou podem ser realizados na própria aplicação, evitando assim a sobrecarga de processamento, tais em nível de interface de rede. Por isso, aplicações sensíveis, como Voz Sobre IP (VOIP) ou videoconferência, usam-no pelo simples fato de que o descarte de pacotes é preferível a ter que esperar a chegada de pacotes atrasados. Além disso, ele é muito usado em servidores que respondem consultas pequenas de um grande número de clientes.

28 28 Ainda sob o raciocínio de Tanenbaum (2003), se a opção de correção de erros é necessária em nível de interface de rede, o aplicativo pode usar o TCP ou o Stream Control Transmission Protocol (SCTP), que são projetados para essa finalidade. 2.4 Real-time Transport Protocol (RTP) O protocolo RTP foi desenvolvido para oferecer serviços de envio e chegada de dados em tempo real, muito utilizado em videoconferências. Na grande maioria das aplicações de videoconferências existentes, é utilizado o UDP como protocolo de transporte, entretanto, ele é incapaz de prover algumas funcionalidades, como o aviso de que o pacote chegou ao destino. Por isso fez-se necessária a implementação do RTP. A especificação do protocolo inclui serviços como identificação do tipo de dados transportado, número de sequência e monitoração de envio (LOPES, 2004, p. 48). Ele não trata da reserva de recurso e não garante Quality of Service (QoS). Além disso, o transporte de dados é complementado pelo protocolo Real-time Transport Control Protocol (RTCP), um protocolo de controle que permite o monitoramento da entrega de dados, além de oferecer funcionalidades de controle e identificação, conforme explicado no subcapitulo Por sua vez, o protocolo RTP foi elaborado para ser independente das camadas de rede, fazendo com que a camada subjacente de transporte promova a multiplexação adequada para os pacotes de dados e controle. (COLCHER et al., 2005) 2.5 Real-time Transport Control Protocol (RTCP) Segundo Colcher et al. (2005), o protocolo RTCP trabalha lado a lado com o protocolo RTP. Ele transmite pacotes de controle periódicos a todos os participantes de sessão RTP, usando o mesmo mecanismo de distribuição dos pacotes de mídia. A função principal é fornecer controle sobre a qualidade do serviço prestado pelo RTP, pois os dados estatísticos contido no pacote de controle, pode ser usado para finalidades de diagnósticos. Assim como o RTP, o RTCP trabalha independente da camada de rede e da camada subjacente de transporte. (COLCHER et al., 2005)

29 Recomendação H. 323 Tanenbaum (2003) explica que o H.323 é mais um conjunto de especificações e avaliações de arquiteturas de telefonia da Internet, definido pela International Telecommunication Union Telecom Standardization Sector (ITU-T), que um protocolo específico. Ainda no mesmo raciocínio Ela faz referência a um grande número de protocolos específicos para codificação de voz, configuração de chamadas, sinalização, transporte de dados e outras áreas, em vez de especificar propriamente cada um desses elementos. (TANENBAUM, 2003, p. 518) Segundo Leopoldino (2001), ele é completamente independente dos aspectos relacionados à rede e pode ser utilizadas quaisquer tecnologias de enlace, conforme Figura 2.2. Figura 2.2 Independência da Topologia do Protocolo H.323 Fonte: Elaborada pelo autor, Desde o ano 2000, é implementado por diversos aplicativos de Internet que funcionam em tempo real sendo uma parte de uma série de protocolos H.32x. Quanto à topologia da rede, pode consistir tanto de uma única ligação ponto a ponto, ou de um único segmento de rede, ou ainda serem complexas, com vários segmentos de redes interconectados, podendo-se livremente escolher as que dominam o mercado atual como Ethernet, Fast Ethernet ou Token Ring. (TAROUCO, 2003) O único quesito obrigatório no padrão é o suporte a mídia de áudio. Caso o suporte de mídia de vídeo e dados forem utilizadas, a aplicação precisa seguir as especificações da recomendação H.323 como quesito obrigatório.

30 30 Na Figura 2.3 segue a pilha H.323 em relação ao modelo de referência OSI. Figura 2.3 Pilha do Protocolo SIP em Relação ao Modelo OSI Fonte: Colcher et al., Adaptado pelo autor. São quatro os componentes especificados na recomendação H.323, utilizados conforme a estrutura da comunicação: Terminais: são os computadores pessoais utilizados na rede, os quais devem suportar voz, pois o suporte a vídeo e dados é opcional. (TAROUCO, 2003) Gateways: são elementos opcionais que têm como função prover a comunicação de terminais H.323 com outros terminais de padrões diferentes. Gatekeeper: é o componente mais importantes, pois atua como ponto central de todas as chamadas de sua zona (zona é o conjunto de todos terminais, gateways e MCUs gerenciados por um único gatekeeper. Uma zona deve incluir, ao menos, um terminal e pode incluir segmentos de redes conectados usando roteadores), além de prover serviços de controle de chamada para registrar participantes. Dentre outras coisas, são também responsáveis pelo gerenciamento da largura de banda em videoconferências H.323. MCUs: é um dispositivo normalmente utilizado para conectar diversos pontos de videoconferência. Ele atua como ponto de convergência em uma rede local, Local Area Network (LAN) que fornece a capacidade de três ou mais terminais de videoconferência e gateways a participar de uma conferência multiponto. (TAROUCO, 2003)

31 31 Segundo Colcher et al. (2005), a recomendação H.323 depende de uma série de outros padrões e recomendações, conforme Quadro 2.1. Quadro 2.1 Padrões Referenciados na Recomendação H.323 PADRÕES DESCRIÇÃO T.38 Transporte de dados (texto, imagens, fax, sinais de T.120 modem) V RTP Transporte de áudio e vídeo RTCP H.245 Protocolos de controle e sinalização H H.246 Interoperabilidade entre redes telefônicas comutadas por H,248 circuito Segurança em sistemas baseados no protocolo de H.235 controle H.245 H.450.X Serviços suplementares Extensões aos serviços de sinalização do protocolo H.460.X H H.501 Gerência e segurança de usuários, terminais e serviços H.510 em ambientes móveis H.530 Fonte: Colcher et al., 2005 Adaptado pelo autor. 2.7 SIP O protocolo SIP se concentra na criação, modificação e terminação de sessões. Ele complementa, entre outros, o conteúdo de mídia da sessão, tais como quais endereços IP, portas e codecs serão usados para a comunicação. Também é suplementado com o protocolo RTP, que é a portadora de voz e conteúdo de vídeo, em uma sessão estabelecida pelo SIP. (COLCHER et al., 2005) Embora originalmente destinado à simplicidade, o SIP, em seu estado atual, tornou-se tão complexo como o H.323, onde segue uma estrutura de solicitaçãoresposta com base no modelo cliente-servidor. As respostas têm um código de estado que fornecem informações dos pedidos, como se foram resolvidas com

32 32 sucesso ou não. O pedido inicial e todas as respostas são de uma transação (Figura 2.4). Figura 2.4 Comunicação SIP entre um Servidor Proxy SIP. Fonte: Packetizer, Embora dois terminais SIP possam se comunicar sem intervenção de uma infraestrutura SIP, como é o caso deste trabalho, esta abordagem não é prática para um serviço público, onde eles necessitam de servidores proxy para registrar elementos e servidores de localização Domain Name System (DNS). Além disso, o protocolo SIP usa um núcleo de rede simples e altamente escalável, com inteligência distribuída nas extremidades da rede, inclusive nos terminais (hardware ou software). (COLCHER et al., 2005) Assim, em uma comunicação completa entre clientes SIP, são definidos quatro componentes em sua estrutura, são eles: (COLCHER et al., 2005) Agente Usuário (User Agent - UA): é o terminal SIP ou o software de estação final. Ele é capaz de iniciar requisições SIP. Ele também age como um servidor quando responde a um pedido de sessão. Servidor Proxy SIP: ele encaminha requisições antes do UA para o próximo servidor SIP, retendo também informações para que possam ser usadas para fins contabilísticos. Ele também age em requisições, que beneficiam outros clientes que não conseguem fazer as requisições diretamente. Servidor de Redirecionamento SIP: a finalidade do servidor de redirecionamento SIP é resolver os nomes e localização do usuário para que o

33 33 cliente possa contatar o endereço diretamente. Servidor de Registros: o Servidor de Registros SIP fornece um serviço de informação de localidades, pois ele recebe informações do UA e armazena essa informação de registro no servidor. Na Figura 2.5, segue uma demonstração do protocolo SIP em relação ao modelo OSI. Figura 2.5 Pilha do Protocolo SIP em Relação ao Modelo OSI Fonte: Colcher et al., Adaptado pelo autor.

34 34 3 MATERIAIS E MÉTODOS Para prosseguimento do estudo, é fornecido o conhecimento dos materiais usados para a implementação do trabalho, assim como os métodos de extração de dados do modelo de simulação. Além disso, este capítulo também aborda a instalação e configuração dos softwares. 3.1 MATERIAIS UTILIZADOS Esse subcapítulo discorre sobre as características dos materiais utilizados na elaboração do trabalho Hardware Na implementação desse trabalho, foram utilizados um notebook com processadores Intel Core i3 com 4 GB de memória e 320 GB de disco. Ele é equipado com duas webcams, sendo uma embutida no notebook e a outra acoplada, microfone embutido, placa de rede e placa de som. Além disso, o link de transmissão utilizado é um Speedy de 8 Mbps Software e Sistema Operacional O sistema operacional utilizado no notebook para a implementação do projeto foi o Windows 7 com a configuração padrão de instalação. Ele foi escolhido por suportar os softwares de videoconferência abaixo descritos. Além disso, foi instalado o software de virtualização de sistemas operacionais Vmware Workstation 9, em versão de teste (trinta dias). Nele foram instalados dois sistemas operacionais, sendo ambos Microsoft Windows XP em versão de teste (trinta dias). Para os testes de videoconferência utilizando os protocolos da família H.323, foi instalado o software CU-SeeMe Pro 4.0 enquanto que para os testes com o protocolo SIP, foi o Ekiga Ademais, o aplicativo Wireshark também foi instalado e utilizado. Enquanto

35 35 cada software de videoconferência foi executado, o Wireshark monitorou o tráfego da rede e com isso, permitiu-se sustentar os detalhes e fundamentar os dados de cada um sobre consumo de banda, tráfego, qualidade de transmissão e quantidade de pacotes enviados para a rede CU-SeeMe Pro 4.0 O software CU-SeeMe foi uma das primeiras soluções em videoconferência a ser criado. Foi desenvolvido na década de 90 pela Cornell University e era disponibilizado gratuitamente. Ainda atualmente usa a recomendação H.323 para conexão e transmissão dos dados. (CUSEEME NETWORKS, 2002) Os testes foram feitos ponto a ponto, com a utilização de apenas dois terminais, mas servidores de MCU podem ser utilizados para possibilitar conferência com mais de dois terminais. Ademais, a instalação segue conforme o padrão Windows, com janelas interativas e intuitivas, o que o torna um software de fácil instalação. A Figura 3.1 mostra uma janela de instalação do CU-SeeMe como exemplo. Figura 3.1 Janela de Diálogo de Instalação do Software CU-SeeMe Fonte: Elaborado pelo autor, Depois de instalado o software, é recomendado configura-lo através de um assistente que aparece logo na primeira execução, conforme a Figura 3.2.

36 36 Figura 3.2 Assistente de Configuração do Software CU-SeeMe. Fonte: Elaborado pelo autor, A primeira tela é composta por informações do assistente de configuração. Depois é necessário preencher as informações pessoais. Em seguida, outra janela forneceu opções para que escolha os diretórios de serviços. No trabalho em tela, foi selecionado o diretório ils3.microsoft.com., na categoria personal, conforme a Figura 3.3. Figura 3.3 Diretório de Serviços CU-SeeMe Fonte: Elaborado pelo autor, A tela seguinte contém opções para ajustar o vídeo da webcam. Logo em

37 37 seguida, outra janela forneceu alternativas sobre o desempenho desejado da videoconferência, como configuração de largura de banda e tamanho, além da qualidade do vídeo. Aqui, ajustou-se para proporcionar um desempenho máximo do software, conforme mostrado na Figura 3.4. Figura 3.4 Configuração do Desempenho CU-SeeMe Fonte: Elaborado pelo autor, Nas quatro próximas janelas, o software apresentou opções de configurações básicas do som. Configurou-se, assim como o vídeo, opções que proporcionaram desempenho máximo. A última tela conteve uma mensagem de boas vindas ao usuário Ekiga Ekiga, anteriormente conhecido como Gnome Meeting é uma aplicação de software livre de videoconferências e telefonia IP. Inicialmente, era fornecido apenas para Gnome Linux, mas atualmente é disponibilizado também para plataformas Windows e Unix. (EKIGA, 2013) Ele fornece opções de configuração para diversos codecs e tem como base o protocolo SIP. Assim como o CU-SeeMe, o Ekiga segue o padrão Windows de janelas para instalação de softwares, tornando-o de fácil entendimento, conforme Figura 3.5.

38 38 Figura 3.5 Instalação do Software Ekiga. Fonte: Elaborado pelo autor, Apesar disso, em um momento da instalação, foi preciso aceitar a opção de instalar um complemento que se chama GTK2 Runtime, pois é uma biblioteca para ambientes gráficos, necessária para execução do Ekiga. Depois de instalado o Ekiga, em sua primeira execução, é exibido um assistente de configuração dos parâmetros do software, conforme mostrado na Figura 3.6. Figura 3.6 Janela de Configuração do Ekiga. Fonte: Elaborado pelo autor, A primeira tela contem instruções de preenchimento dos parâmetros. Já na

39 39 segunda, foi preciso preencher o nome e sobrenome. Logo, na terceira janela, mostraram-se instruções para obter uma conta SIP. A quarta tela exibe um link no meio da janela, com a seguinte mensagem Obter uma conta SIP do Ekiga.net. O link redirecionou para uma página on-line do Ekiga.net. Na página, clicou-se na opção get a free SIP-Address, e foi preenchido as informações contidas no site para obter-se a conta SIP. A conta SIP foi enviada para o que foi cadastrado. De volta à janela do assistente de configuração, foram preenchidas as informações da conta SIP que foi recebido por . Ao avançar para a próxima tela, marcou-se a opção Eu não quero me inscrever no serviço de chamada do Ekiga, pois aqui o Ekiga fornece a opção de obter-se uma conta, onde terá que pagar (recarregar) para utilizar o serviço VOIP em outras operadoras de telefonia. As próximas quatro janelas são de configuração de áudio e vídeo, onde por opção para o trabalho, optou-se por deixar no default (padrão) do software. Ao final do assistente de configuração, surgiu uma tela com todos os padrões escolhidos, conforme mostra a Figura 3.7. Figura 3.7 Parâmetros Escolhidos na Configuração do Ekiga. Fonte: Elaborado pelo autor, Wireshark1.8.6 O software Wireshark é uma poderosa ferramenta de analise de tráfego de rede, muito utilizada por administradores de redes, pois com ela é possível controlar

40 40 o tráfego e saber tudo o que entra e sai do computador, com diferentes protocolos, ou da rede, à qual o computador está ligado. (VIVA O LINUX, 2007) Assim como o CU-SeeMe e o Ekiga, o Wireshark possui uma interface de instalação muito fácil, sem complicações, onde foi avançando, até terminar a instalação, conforme mostra a Figura 3.8. A versão desse software foi utilizada por demonstrar estabilidade, sem grandes complicações nas análises de redes, nem bugs, próprio de versões recentes. Figura 3.8 Instalação do Wireshark. Fonte: Elaborado pelo autor, VMware Workstation 9.0 O VMware é um software de virtualização de sistemas operacionais muito poderoso, além de conter diversas funcionalidades que outros softwares não possuem, como por exemplo, cada placa de rede, de cada máquina virtual, ser configurável por velocidade de largura de banda. Essa funcionalidade foi a que proporcionou a realização dos testes e analises dos protocolos estudados no trabalho. Assim, por ser um software que requer muito recurso para obter a virtualização das máquinas virtuais citadas no trabalho, o computador requer, no

41 41 mínimo, dois gigabytes de memória para suportar a execução do sistema operacional nativo, do Wireshark e do VMware. A instalação, assim como os softwares de videoconferência, possui uma interface amigável, sem grandes dificuldades para executa-la, conforme pode-se ver na Figura 3.9. Figura 3.9 Instalação do VMware. Fonte: Elaborado pelo autor, MÉTODOS Para a realização deste trabalho, foram realizadas amplas pesquisas bibliográficas, além de diversas consultas em sites especializados no assunto, a fim de dar subsídios suficientes a implementação da análise e teste. Por ser tratar de softwares, sejam eles proprietários ou livres, a maioria dos locais pesquisados, para aprender a manuseá-los, foi a internet, que contém diversos fóruns de discussões, manuais e documentos que respaldam esse trabalho. Existem disponíveis hoje no mercado uma grande variedade de ferramentas que viabilizam sessões de videoconferência para diversas plataformas, onde recentemente, o desenvolvimento de aplicações destinadas à captura, transmissão e reprodução de multimídia em tempo real tornaram-se muito vantajosa para empresas como a Microsoft, CU-SeeMe Networks, Real Networks, Ekiga e muitas outras. Hoje é possível encontrar soluções variadas e, muitas delas, gratuitas.

42 42 Por isso, para o desenvolvimento desse projeto, foram instalados os softwares CU-SeeMe e Ekiga, utilizados para analisar o protocolo H.323 e SIP, respectivamente. Logo em seguida foram realizadas as conexões com cada software. O CU- SeeMe, em sua configuração básica, tem a opção de se fazer conexões ponto a ponto, porém, caso opte-se por fazer conexões com mais de duas pessoas, é preciso instalar um software chamado de refletor. Já o software Ekiga, possui apenas a opção de conectar-se em um servidor SIP, para só então, realizar chamadas para outros terminais. Assim, o aplicativo Wireshark foi utilizado para monitorar e analisar o consumo de banda e tráfego usados nos diferentes softwares testados, e assim, sustentar a avaliação final sobre a velocidade e qualidade dos protocolos das aplicações. Sua instalação é de fácil compreensão, como citado no tópico 2.2.5, contudo, a geração de análise de pacotes necessita possuir certa habilidade com a ferramenta. Tarefa considerada razoavelmente difícil, mas a partir disso, foram pesquisados na internet manuais e recomendações de uso e grande material de apoio foi encontrado. Por fim, ao executar o Wireshark, foi feita uma analise da qualidade de serviço conforme especificado abaixo: Qualidade e rastro do vídeo (imagem). Qualidade do áudio recebido e enviado. Quantidade de pacotes transmitidos pela rede em 1 minuto. Quantidade de dados transmitidos pela rede em 1 minuto Tamanho médio de cada pacote transmitido pela rede. Todos esses parâmetros serão analisados durante 1 minuto, em 3 videoconferências distintas nas seguintes velocidades: 56 Kbps, 512 Kbps, 1 Mbps e 4 Mbps. Ao final, os dados serão impressos em tabelas para uma analise dos testes realizados.

43 43 4 ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE SIP E H.323 Este capítulo mostra uma análise comparativa de três videoconferências realizadas para cada software, onde serão utilizados os protocolos SIP e H.323 representados pelos softwares Ekiga e CU-SeeMe, respectivamente. No final do capitulo, tabelas apresentarão o resultado dos testes resumidamente. 4.1 CENÁRIOS Em muitos países subdesenvolvidos ou mesmo em alguns em desenvolvimento, a oferta de largura de banda para clientes, por empresas de telefonia é muito baixa, causada pela falta de investimento desse setor nesses países. Por sua vez, em países desenvolvidos e alguns em desenvolvimento, a velocidade de banda é muito alta, podendo chegar a vários megabits por segundo (Mbps). Por isso, achou-se necessária a comparação dos protocolos pela métrica largura de banda, para verificar a qualidade da transmissão em velocidades baixas e altas. Para isso, o Vmware possui uma configuração que faz com que cada máquina virtual possa ser configurada com uma velocidade diferente, conforme mostra a Figura 4.1. Figura 4.1 SoftwareVmware Configuração de Largura de Banda. Fonte: Elaborado pelo autor, 2013.