TELEFONIA VOIP. Prof. Marco Cazarotto

Transcrição

1 TELEFONIA VOIP Prof. Marco Cazarotto

2 Telecomunicação Atual

3 Rede de Dados Atual

4 Hierarquia do Sistema VoIP

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6 Motivação Redução nos custos; Evolução do comércio eletrônico; Novos serviços com aplicações avançadas; Uso da rede integrada de voz e dados; Permitir que o IP concorra com o mundo das telecomunicações.

7 Motivação (Provedor de Serviço Internet)

8 VoIP é a comunicação de Voz sobre redes IP. Essas redes podem ser de 2 tipos: Públicas: a Internet representa a rede IP pública usada para comunicações VoIP: O usuário deve ter preferencialmente um acesso de banda larga (ADSL, cabo, rádio, Wimax, etc.) instalado para poder fazer uso do serviço VoIP; Privadas: as redes corporativas das empresas representam as redes privadas usadas para comunicações VoIP: Podem ser desde pequenas redes locais (LAN) até grandes redes corporativas (WAN) de empresas com presença global.

9 O uso mais simples de VoIP é a comunicação Computador a Computador usando a Internet, sendo o skype o programa mais utilizado para este fim.

10 Telefonia IP é a aplicação de VoIP para estabelecer chamadas telefônicas com a rede de telefonia pública (fixa e móvel); Os serviços de Telefonia IP existentes são de 2 tipos: Para fazer chamadas para rede pública; Para fazer e receber chamadas da rede pública.

11 Para fazer chamadas para rede pública. o usuário disca o número convencional do telefone de destino para completar a chamada.

12 Para fazer e receber chamadas da rede pública. 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.

13 Protocolos SIP (Session Initiation Protocol - Protocolo de Inicialização de Sessão): Responsável pela sinalização da telefonia IP e usado para estabelecer, modificar e finalizar chamadas telefônicas VoIP; RTP (Real Time Protocol - Protocolo de Tempo Real): Responsável pelo transporte de voz em tempo real entre os computadores e os gateways da rede; RTCP (RTP Control Protocol - Protocolo de Controle RTP): Responsável pelo controle do transporte de voz realizado pelo RTP nos Sistemas VoIP.

14 Protocolos - SIP Endereçamento via URLs; Comunicação entre domínios administrativos através de DNS; Herança do protocolo HTTP requisições e respostas no formato texto; MIME-types podendo enviar qualquer conteúdo no corpo das mensagens SIP como fotos, vídeo, páginas web, etc.

15 VoIP na Rede Corporativa

16 VoIP na Rede Corporativa e PSTN

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18 Funções do Gateway Fornecer uma conexão entre o ponto terminal na rede local e a rede de comutação de circuitos; Sinalização de pacotes; Sinalização dos circuitos; Terminação da mídia dos pacotes; Terminação da mídia de circuitos; Controle da conexão e tradução de protocolos.

19 Funções do Gatekeeper Tradução de endereços; Controle da admissão - autoriza o acesso à rede; Controle da largura de banda; Gerenciamento de zona Gateway; Sinalização do controle de chamadas em nome dos terminais; Autorização da chamada e Gerenciamento da largura de banda; Serviços de lista.

20 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 Número Telefônico Limitada a casa do usuário Associado ao domicílio do usuário Acesso em qualquer lugar do mundo, desde que conectado a Internet Associado à área local do número contratado Chamadas locais Área local do domicílio do usuário Área local do número contratado Da mesma forma que na Internet, os serviços VoIP são Nômades, ou seja, não importa qual a localização física do prestador do serviço VoIP ou do usuário para que o serviço seja utilizado; O número telefônico, no entanto, não é nômade e está associado à área local do número contratado.

21 Telefones para VoIP Os serviços VoIP utilizam telefones apropriados para as redes IP, e que são muito diferentes, em complexidade, dos telefones analógicos convencionais, por serem digitais e possuírem recursos semelhantes àqueles encontrados nos computadores.

22 Telefones para VoIP Computador: 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.

23 Telefones para VoIP Preço: até R$ 300,00 com roteador Adaptador para Telefone Analógico (ATA): é um dispositivo que funciona como um conversor de telefone IP para um telefone analógico convencional; O ATA é conectado a um acesso de banda larga (rede IP) e a um telefone analógico convencional, que pode ser usado normalmente para fazer e receber ligações do serviço VoIP contratado.

24 Telefones para VoIP Preço: até R$ 600,00 com roteador Telefone IP: é um telefone que possui todos os recursos necessários para um serviço VoIP. Para ser usado é necessário apenas conectá-lo a um acesso de banda larga (rede IP) para fazer e receber ligações do serviço VoIP.

25 As dificuldades O protocolo UDP não fornece um mecanismo para assegurar que os pacotes de dados sejam entregues em ordem seqüencial, ou ainda, não forneça garantias de qualidade de serviço; As implementações VoIP sofrem com o problema de latência e jitter (variações de atraso); Esse problema é acentuado quando uma conexão por satélite é usada ou até mesmo por 3G, devido ao grande atraso de propagação;

26 As dificuldades Um grande número de elementos estão envolvidos na elaboração de uma chamada VoIP com qualidade de serviço aceitável; Estes elementos incluem o codec de voz, empacotamento, perda do pacote, atraso, variação do atraso e a arquitetura da rede que visa fornecer QoS; Outros fatores envolvidos em uma chamada VoIP bem sucedida incluem o protocolo de sinalização do estabelecimento da chamada e questões de segurança.

27 Desafios básicos dos serviços em tempo real

28 Obstáculos à conectividade

29 Diversidade de protocolos (A Batalha das Normas)

30 Diversidade de protocolos H.323 O padrão H.323 é parte da família de recomendações ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication Standardization sector) H.32x, que pertence a série H da ITU-T, e que trata de "Sistemas Audiovisuais e Multimídia ; A recomendação H.323 tem o objetivo de especificar sistemas de comunicação multimídia em redes baseadas em pacotes e que não provêem uma Qualidade de Serviço (QoS) garantida; Além disso, estabelece padrões para codificação e decodificação de fluxos de dados de áudio e vídeo, garantindo que produtos baseados no padrão H.323 de um fabricante interopere com produtos H.323 de outros fabricantes.

31 Diversidade de protocolos MGCP MGCP é um acrônimo para a expressão inglesa Media Gateway Control Protocol (evolução do SGCP - Simple Gateway Control Protocol), um protocolo proposto pelo grupo de trabalho IETF (Internet Engineer Task Force) para integração da arquitetura SS#7 em redes VOIP. Embora o SS#7 se encontre presente na telefonia tradicional, o MGCP especifica também para as redes IP, Frame Relay e ATM.

32 Análise do Jitter da Rede

33 Sobre a segurança A maioria das soluções VoIP ainda não suportam criptografia, o que resulta na possibilidade de se ouvir chamadas alheias ou alterar seu conteúdo; Um método de segurança possível é utilizar codificadores de áudio patenteados que não são disponíveis para o público externo, dificultando o entendimento do que está sendo trafegado e protegendo o consumidor; Pode se usar codificadores nas duas pontas, mas isso exigiria que os dois pontos tivessem o mesmo tipo de equipamento ou software.

34 Regulamentação A Anatel, assim como a maioria dos órgãos regulatórios no mundo, procura regulamentar os serviços de telecomunicações e não as tecnologias usadas para implementá-los; As tecnologias VoIP servem como meio e não como fim para os serviços de telefonia; Não existe ainda uma regulamentação específica para VoIP no Brasil.

35 Regulamentação Entretanto, devido ao novo paradigma, os serviços VoIP têm sido oferecidos no mercado de telecomunicações distribuídos em 4 classes: Classe 1: oferta de um Programa de Computador que possibilite a comunicação de VoIP entre 2 (dois) ou mais computadores (PC a PC), sem necessidade de licença para prestação do serviço;

36 Regulamentação Classe 2: uso de comunicação VoIP em rede interna corporativa ou mesmo dentro da rede de um prestador de serviços de telecomunicações, desde que de forma transparente ao usuário; Neste caso, o prestador do serviço de VoIP deve ter pelo menos a licença SCM. O Serviço de Comunicação Multimídia SCM é definido pela Agência Nacional de Telecomunicações, Anatel, como um serviço fixo de telecomunicações de interesse coletivo, prestado em âmbito nacional e internacional, no regime privado, que possibilita a oferta de capacidade de transmissão, emissão e recepção, por qualquer meio, de informações multimídia, a assinantes dentro de uma área de prestação de serviço.

37 Regulamentação Classe 3: uso de comunicação VoIP irrestrita, com numeração fornecida pelo Órgão Regulador e interconexão com a Rede Pública de Telefonia (Fixa e Móvel); Neste caso o prestador do serviço de VoIP deve ter pelo menos a licença STFC.

38 Regulamentação Classe 4: uso de VoIP somente para fazer chamadas, nacionais ou internacionais; Neste caso a necessidade de licença depende da forma como o serviço é caracterizado, e de onde (Brasil ou exterior) e por qual operadora é feita a interconexão com a rede de telefonia pública.

39 O Serviço A maioria das empresas VoIP estão oferecendo planos por minuto estruturados como contas de celular; Por outro lado, algumas oferecem planos ilimitados. Com a eliminação dos custos não regulamentados e as vantagens gratuitas incluídas, estes planos podem ser uma grande economia;

40 O Serviço A maioria das empresas VoIP fornecem serviços que as companhias telefônicas normais cobram à parte quando adicionam ao seu plano de serviço. O VoIP inclui: identificação de chamadas; chamada em espera; transferência de chamada; rediscagem; retorno de chamada; teleconferência.

41 O Serviço Há também opções de seleção de chamadas, disponíveis em algumas operadoras. Estes serviços usam a identificação de chamadas para permitir que o usário decida como as chamadas de um determinado número devem ser recebidas; O usuário pode: redirecionar uma chamada para um número determinado; enviar a chamada direto para seu correio de voz; dar sinal de ocupado; tocar uma mensagem de "fora de serviço"; enviar a chamada para uma linha de rejeição de chamadas.

42 O Serviço É possível também verificar a caixa de voz via web ou anexar mensagens a um ; Nem todos os serviços VoIP oferecem todas as características citadas; Os preços e serviços variam entre os provedores.

43 Protocolos de Transporte Devido à natureza sensível à temporização do tráfego de voz, o UDP/IP foi a escolha lógica para o transporte de voz. Mais informações em uma base pacote a pacote eram necessárias, contudo, do que o UDP oferecia. Então, para o tráfego em tempo real ou sensível ao atraso, o IETF (Internet Engineering Task Force) adotou o RTP. A VoIP trafega sobre o RTP, o qual, por sua vez, opera sobre o UDP. Assim, a VoIP é transportada com um cabeçalho de pacote RTP/UDP/IP. 46

44 Cabeçalho do RTP 47

45 RTP O RTP é o padrão para a transmissão de tráfego sensível ao atraso através de redes baseadas em pacotes. O RTP opera sobre o UDP e IP. O RTP fornece às estações receptoras informações que não estão presentes nos fluxos não-orientados à conexão UDP/IP. Dois elementos de informação importantes são o número de sequência e o timestamp. O RTP usa o número de sequência para determinar quando os pacotes estão chegando em ordem, e usa o timestamp para determinar o intervalo de chegada entre os pacotes (jitter). 48

46 Detalhes do RTP O RTP pode ser utilizado para transmitir mídia sob demanda, assim como para serviços interativos como a telefonia IP. O RTP consiste em uma parcela de dados e uma de controle, a última denominada RTP Control Protocol (RTCP). A parte de dados do RTP é um protocolo simples que fornece o suporte para aplicações com propriedades de tempo real, como a encontradas em mídias contínuas (por exemplo, áudio e video), incluindo a reconstrução temporal, detecção de perdas e identificação do conteúdo. Usar o RTP é importante para o tráfego em tempo real, mas existem algumas desvantagens. Os cabeçalhos IP/RTP/UDP são de 20, 8 e 12 bytes, respectivamente. Isso adiciona um cabeçalho de 40 bytes, o qual é o dobro do tamanho do payload de um pacote usando o G.729 com duas amostras de voz. 49

47 RUDP O Reliable User Data Protocol (RUDP) adiciona alguma confiabilidade ao protocolo UDP usual, não-orientado à conexão. O RUDP permite a confiabilidade sem a necessidade de usar um protocolo orientado à conexão como o TCP. O método básico do RUDP é enviar diversas cópias do mesmo pacote e permitir que a estação receptora descarte pacotes desnecessários ou redundantes. Isso também é conhecido como FEC (Forward Error Correction). Existem poucas implementações de FEC devido a considerações relativas à largura de banda (necessita-se o dobro ou triplo de largura de banda). Clientes que possuem uma largura de banda quase ilimitada, contudo, consideram o FEC um mecanismo valioso para incrementar a confiabilidade e a qualidade da voz. 50

48 Fluxo de Chamada de uma Central Local x Chamada VoIP Para simplificar o fluxo de chamada de uma central local de assinante e de VoIP, abordam-se as formas pelas quais pode-se realizar uma chamada usando tanto a RPTC quanto a Internet. Nesse exemplo, Bob faz uma chamada a sua vizinha Judy. Ambos são assinantes da central local e, assim, não é necessário usar o SS7. Os seguintes passos ocorrem: 51

49 Fluxo na RTPC 1. Bob tira o fone do gancho (off hook). 2. A central fornece um tom de chamada para Bob. 3. Bob disca o número telefônico de Judy. 4. A central coleta e analisa o número para determinar o destino da chamada telefônica. A central sabe que alguém na casa do Bob está fazendo a chamada já que uma porta específica é dedicada a Bob. 5. A central analisa o número discado e determina se o número é um número local que a própria central pode servir. 52

50 Fluxo na RTPC 6. A central determina a linha de assinante específica de Judy. 7. A central então sinaliza o circuito para Judy acionando a campainha do telefone. 8. Um caminho de voz de volta para Bob é estabelecido, de modo que Bob pode escutar o tom de retorno (chamando) que a central lhe envia. O tom chamando é enviado para Bob de modo que ele saiba que o telefone de Judy está tocando (o tom de alerta do telefone de Judy e o tom de retorno de Bob não necessitam ser sincronizados). 9. Judy tira o telefone do gancho (off hook). 10. A central local estabelece o caminho direto de voz de Bob para Judy. O mesmo é um circuito de 64 Kbps, bidirecional, DS-0 (Digital Service, nível 0) no comutador da central que permite a transmissão da voz. 53

51 Fluxo VoIP A figura abaixo demonstra o fluxo de chamada necessário para completar uma chamada telefônica via Internet usando uma aplicação para PC. 54

52 Fluxo VoIP Tanto Bob quanto Judy devem estar na Internet ou ter algum tipo de rede IP entre as suas casas a fim de falar um com o outro. Assumindo que essa rede IP exista ou que ambos os vizinhos tenham uma conexão para a Internet, o seguinte fluxo de chamadas é possível: 1. Judy abre a sua aplicação de telefonia IP (I-phone), a qual é compatível com H.323 (neste exemplo). 2. Bob já estava com o seu I-phone aberto. 3. A Judy sabe que o nome de Bob na Internet, ou a entrada DNS (Domain Name System), é bob@nextdoorneighbor.com, de modo que ela coloca essa informação na seção quem chamar da sua aplicação l-phone e pressiona Enter. 4. A aplicação I-phone converte Bob.nextdoorneighbor.com para um nome DNS de host e consulta o servidor DNS remoto que está configurado estaticamente na máquina de Judy para resolver o nome DNS e obter o endereço IP. 55

53 Fluxo VoIP 5. A máquina DNS retorna o endereço IP de Bob. 6. A aplicação I-phone de Judy toma o endereço IP de Bob e envia uma mensagem H.225 para Bob. 7. A mensagem H.225 sinaliza ao PC de Bob que o mesmo deve tocar a campainha. 8. Bob clica no botão Aceitar, o qual diz à aplicação I-phone para enviar de volta 9. uma mensagem H.225 connect. 10. A aplicação I-phone da Judy então inicia a negociação H.245 com o PC do Bob. 11. A negociação H.245 termina e os canais lógicos são abertos. Bob e Judy podem agora falar um com o outro através de uma rede baseada em pacotes. O exemplo não mostra todos os passos e omite alguns detalhes que um provedor de serviços necessita para implantar uma rede VoIP. Já que o IP é um protocolo ubíquo, quando uma chamada é colocada em pacotes, ela pode ser destinada ao seu vizinho de porta ou a um parente na Europa. 56