VoIP. 1. Introdução. 2. Conceitos e Terminologias. Tecnologias Atuais de Redes VoIP

Transcrição

1 1. Introdução Muitas empresas ao redor do mundo estão conseguindo economizar (e muito) nas tarifas de ligações interurbanas e internacionais. Tudo isso se deve a uma tecnologia chamada (Voz sobre IP). Muitos ousam afirmar que a é a reinvenção da telefonia, tanto na forma de prestar o serviço, quando de utilizá-lo. A está se expandido no mundo, com milhares de usuários existentes que usufruem das reduções de custos em ligações interurbanas e internacionais. Essa expansão abrange tanto o ambiente doméstico, quanto o ambiente corporativo, pois com a utilização de, se tornam inexistentes aspectos como as distâncias geográficas e a duração das chamadas, que são tarifadas pelo sistema telefônico tradicional. O objetivo da tecnologia é prover uma alternativa ao sistema de telefonia tradicional, com a provisão das mesmas funcionalidades e qualidade, querendo também melhorar a eficiência na comunicação telefônica. 2. Conceitos e Terminologias A tecnologia, ou Voz sobre IP, permite que o tráfego de uma comunicação telefônica ocorra numa rede de dados, como a Internet. As ligações podem ocorrer entre computadores, telefones fixos e celulares, também em aplicações PBAX, com a diferença de não ser utilizada a rede de telefonia, mas a rede de computadores. Um PABX (Private Automatic Branch Exchange - Troca automática de ramais privados) é um centro de distribuição telefônica pertencente a uma empresa que não inclua como sua atividade o fornecimento de serviços telefônicos ao público em geral. Permite efetuar ligações entre telefones internos sem intervenção manual, ou ainda telefonar e receber telefonemas da rede externa (geralmente pública). Podem consistir de uma plataforma de hardware ou somente software, este último que pode ser instalado no computador para a interação com a telefonia via Internet. A consiste em transformar sinais de áudio analógicos, como os de uma chamada telefônica, em dados digitais que podem ser transmitidos através da Internet ou de qualquer outra rede de computadores baseada em IP. Uma das vantagens que isso pode trazer é que uma conexão de Internet pode se tornar uma maneira de fazer ligações telefônicas gratuitamente, embora geralmente apenas para outro sistema. ete.fagnerlima.pro.br 1

2 Foi desenvolvida ao longo da década de 90. Padrões para protocolos de funcionamento a serem usados na foram criados pela ITU (International Telecommunication Union) e pela IETF (Internet Engineering Task Force). A nasceu de duas vertentes: a digitalização do tráfego entre as centrais telefônicas e a Internet, possibilitando custos menores em ligações de longa distância. Empresas que fornecem o serviço de são geralmente chamadas provedoras, e os protocolos usados para transportar os sinais de voz em uma rede IP são geralmente chamados protocolos. Existe uma redução de custo devido ao uso de uma única rede para carregar dados e voz, especialmente quando os utilizadores já possuem uma rede com capacidade subutilizada, que pode transportar dados sem custo adicional. Chamadas de para no geral são gratuitas, enquanto chamadas para redes públicas (PSTN - Public Switched Telephone Network) podem ter custo para o utilizador. A PSTN (Public Switched Telephone Network - Rede Comutada de Telefonia Pública, ou Sistema Telefônico Tradicional), é a rede destinada ao tráfego de voz a longas distâncias. Ela existe desde o início do século XX, e apresenta uma hierarquia para seu pleno funcionamento, baseada em grandes centrais telefônicas interligadas entre si. Essa rede funciona com a comutação de circuitos, que estabelece um caminho físico entre a origem e o destino enquanto a ligação estiver em andamento, trazendo alta qualidade de serviço na transmissão de voz. 3. Estrutura O sistema telefônico tradicional é formado por três componentes principais: Loops locais: São conexões de fios entre o telefone do usuário e a estação final. Se o telefone da origem da ligação se conectar a um telefone de destino que pertence à mesma estação final, a comutação será feita entre os dois loops locais. Se o telefone de destino estiver em outra estação final, é necessária a chamada interurbana. Pois cada estação final contém linhas de saída para outras estações finais, possibilitando a comunicação. Troncos de conexão: Conectam as estações de comutação, como as estações interurbanas. Nesse caso, os troncos passam a ser chamados de troncos interurbanos de alta largura de banda, pois o caminho é estabelecido num ponto mais alto da hierarquia de infraestrutura do sistema telefônico. Estações de comutação: É nelas que as chamadas são transferidas de um tronco para o outro. ete.fagnerlima.pro.br 2

3 Figura 1: Estrutura do Sistema Telefônico Tradicional (ISDN). Há diversos outros detalhes em relação ao loop local, aos troncos e as estações de comutação, como por exemplo, o sistema telefônico pode ser classificado em planta interna e externa, porém esses detalhes não serão discutidos. Uma característica mais importante a ser descrita sobre o sistema telefônico tradicional é que ele inicialmente era totalmente analógico, com o sinal de voz sendo transmitido como uma voltagem elétrica da origem ao destino. Devido a isso, a comunicação telefônica sofria com as variações de tensão e das correntes elétricas, prejudicando a qualidade do áudio, com a instabilidade do volume, ocorrência de eco, estática e até mesmo a queda da chamada. Atualmente, os troncos são de fibra óptica e os equipamentos de comutação (switches) são digitais, somente o loop local continua ainda analógico, com cabos de pares trançados. Essa digitalização já presente nos sistemas telefônicos começou a motivar a ideia da convergência com os sistemas computacionais. Esses sistemas presentes nas centrais telefônicas proporcionam diversas vantagens de operação, manutenção e provisão de serviços. Um exemplo é a configuração, que pode ser realizada remotamente de modo flexível, por meio de ferramentas de software. A digitalização no sistema telefônico tradicional também proporcionou a conversão dos sinais analógicos em digitais entre as estações de comutação através da codificação Pulse Code Modulation (PCM). A codificação PCM regenera os sinais analógicos com processos de amostragem e quantização da amplitude dos mesmos em um determinado período de tempo, transformando-os em 0's (zeros) e 1's (uns), para então transmiti-los. Para que tudo isso ocorra, a PCM baseia-se em um código de 8bits, que é registrado 8000 vezes por segundo, resultando em um circuito de 64 Kbit/s. A importância da PCM no sistema telefônico é justificada devido a sua possibilidade de melhorar a qualidade da comunicação a longas distâncias. Quando o sistema era totalmente analógico, ele funcionava bem somente em curtas distâncias, mas com a presença da codificação PCM, que digitaliza o sinal analógico ete.fagnerlima.pro.br 3

4 para digital, o sistema telefônico pode então se expandir com mais eficiência na sua transmissão. Atualmente existem dois tipos de codificação PCM, a que é utilizada nos Estados Unidos e no Japão, chamada de G.711u ou µ-law, e no resto do mundo é do tipo G.711a, ou a-law. A diferença entre elas é mínima, a salvo que a G.711u possui uma pequena vantagem em relação ao desempenho da sinalização de ruídos de baixo nível. Portanto a maior parte da infraestrutura do sistema telefônico atual pode suportar a tecnologia de transporte de dados digitais, pois além de realizar a comutação de circuitos, ela também pode realizar a comutação de pacotes, resultando no serviço de Internet de banda larga, e consequentemente na Voz sobre IP. 4. Softswitch Um softswitch é um tipo de arquitetura computacional que executa um software especializado, transformando-se em comutador telefônico inteligente. O softswitch é uma tendência bem atual no desenvolvimento da tecnologia de comutação de circuitos. Além de manipular funções de canais de dados tradicionais, um softswitch pode converter um fluxo de bits de voz digitalizada em pacotes, possibilitando a Voz sobre IP. Ele também faz o mapeamento entre os endereços da origem o do destino da comunicação por meio de um banco dados com estes endereços. O softswitch pode saber onde um terminal de destino está, pelo seu número de telefone associado, e seu endereço IP atual. Assim o softswitch é metade computador, trabalhando com a comutação de pacotes, e metade comutador telefônico, realizando a comutação de circuitos. O softswitch realiza a interoperabilidade entre a Internet e a rede de telefonia tradicional, podendo ser chamado também de gateway. A comutação física do softswitch é realizada pelo gateway de mídia, que faz a conversão dos dados entre as duas redes. Já a lógica de processamento, responsável pela comutação de pacotes, reside no controlador de gateway de mídia, que gerencia as chamadas telefônicas. O gateway de mídia e o controlador podem ser equipamentos distintos, até de diferentes fornecedores, ou num mesmo equipamento, formando a arquitetura do softswitch. Portanto, a comutação de circuitos está para a rede de telefonia tradicional assim como a comutação de pacotes está para a Voz sobre IP, que pode se utilizar da Internet (uma rede de computadores baseada em IP). E o softswitch é o equipamento chave para realizar a comunicação entre essas redes. ete.fagnerlima.pro.br 4

5 5. Funcionamento Na efetuação de uma ligação telefônica utilizando, há a conversão do sinal analógico de voz para dados, essa conversão é necessária, pois os dados são sinais digitais que trafegam numa rede IP. As redes locais e remotas de computadores são redes IP, um ótimo exemplo é a própria Internet. E quando a informação é entregue ao destino, o sinal digital é novamente convertido em sinal analógico para que possa ser compreendido. Portanto a ideia básica é estabelecer uma comunicação entre origem e destino através de uma rede IP, e trocar pacotes de dados em tempo real com a informação de áudio (voz), de forma bidirecional. O processo anteriormente descrito está bem simplificado, ocultando vários detalhes e características da. Figura 2: Arquitetura típica de rede com. Para entender melhor como tudo funciona, é necessário conhecer alguns equipamentos que possibilitam o processo: Gateway: Equipamento que conecta a Internet (uma rede IP), a rede de telefonia tradicional. Ele é ao mesmo tempo de mídia e de sinalização, ou seja, um conversor que realiza operações de repasse de fluxo de voz entre as duas redes e também faz o tratamento das solicitações de estabelecimento de chamadas telefônicas. O gateway trabalha com os protocolos no lado da rede IP, e com os protocolos da telefonia tradicional, no lado telefônico. Também pode ser chamado de softswitch no âmbito. Gatekeeper: Gerencia os demais equipamentos envolvidos na comunicação. Um gatekeeper controla de forma centralizada o sistema com Voz sobre IP, pois os equipamentos se registram nele, para que ele admita e gerencie a largura de banda solicitada para uma chamada telefônica. Terminais: São os equipamentos de comunicação, como telefones comuns, telefones IP, e os próprios computadores, configurados com software (softphone) específico para a. ete.fagnerlima.pro.br 5

6 Zona: Conjunto dos terminais controlados pelo gatekeeper, zona esta que pode ser uma rede local (LAN). 6. Cenários Simplificados de Comunicação em Há diversos cenários de comunicação em que a tecnologia pode ser aplicada, a seguir são apresentados alguns deles. Um detalhe importante a ser mencionado, é que em todos os cenários há a presença de uma rede IP, tipo de rede essencial para Entre dois computadores Os computadores precisam estar equipados de kits multimídia, com fones de ouvido ou caixas de som e microfones, além da conexão de velocidade razoável com a Internet. Mas o mais importante nesse tipo de comunicação é a instalação nos computadores do softphone, programa que possibilita as ligações em, pois o softphone já tem implementado todas as funcionalidades e protocolos necessários. Portanto, um computador com o softphone e kit multimídia, assume o papel de um telefone, que se comunica com outro computador também equipado pela Internet. Sem dúvida, a comunicação entre computadores com a tecnologia é a mais simples de ser implementada e utilizada, sendo difundida principalmente entre usuários domésticos. Figura 3: entre dois computadores. Os computadores também podem se comunicar com numa rede local, pois ela também é uma rede IP Entre dois telefones IP Os telefones IP foram desenvolvidos exclusivamente para a comunicação em. Eles têm conectores RJ-45 e software apropriado para a tecnologia. Também pode ser preciso a contratação da empresa provedora do serviço, que se encarregará dos procedimentos mais específicos para estabelecer a comunicação. Basta conectar os telefones IP a Internet para fazer e receber ligações em. Para iniciar a ligação telefônica, o telefone IP é tirado do gancho, e digita-se o número de destino. Esse número é armazenado pela aplicação da sessão. O gateway compara o ete.fagnerlima.pro.br 6

7 número, para realizar um mapeamento de endereço IP. A aplicação de sessão executa o procedimento de estabelecer o canal de transmissão e recepção através da Internet. Quando o telefone IP de destino é atendido, inicia-se a comunicação, que pode ser encerrada por ambas as partes. A utilização dos telefones IP é igual a dos telefones comuns. No entanto, esses telefones são sofisticados o suficiente para a transmissão de voz em tempo real com qualidade que muitas vezes supera a telefonia tradicional. Os telefones IP normalmente se encontram no ambiente corporativo, conectados a uma LAN, que também é uma rede IP como a Internet. Figura 4: entre dois telefones IP Entre computador e telefone comum Figura 5: entre computador e telefone comum. Neste cenário, um computador pessoal (PC), está conectado numa rede local (LAN) com um gatekeeper, e tem o softphone para poder se comunicar com um telefone comum. Primeiro, o PC descobre o gatekeeper na rede. O gatekeeper envia ao PC o seu endereço IP. O computador se registra com o gatekeeper que por sua vez manda de volta uma mensagem de gerenciamento. O PC, aceitando a mensagem, pede ao gatekeeper largura de banda, para iniciar-se a configuração da chamada, com o estabelecimento de uma conexão. Depois que a largura de banda é liberada ao computador, ele envia outra mensagem com o número de telefone a ser chamado para o gatekeeper. O gatekeeper confirma a solicitação da chamada e encaminha a informação para o gateway. O gateway é metade computador, metade comutador de telefonia, portanto, ele faz a chamada telefônica para o telefone comum. O telefone toca, e o PC recebe o sinal de que ele está tocando. Quando o telefone é atendido, é enviada uma mensagem ao computador indicando que houve a conexão. ete.fagnerlima.pro.br 7

8 Depois disso, o gatekeeper pode aceitar outras requisições de ligação de outros PCs na rede. Mas ainda há uma série de parâmetros de chamadas a serem negociados antes que a transmissão de voz realmente ocorra. Após a conclusão de todas as negociações, os dados de voz começam realmente a fluir dentro dos pacotes de um lado para o outro permitindo assim a comunicação. Quando uma das partes desliga o telefone, a conexão é desfeita e o PC sinaliza ao gatekeeper a liberação da largura de banda usada, podendo efetuar outra chamada. Um computador doméstico também pode realizar uma ligação telefônica para um telefone comum através da Internet, onde os equipamentos gatekeeper e gateway permanecem na empresa provedora de serviços, que é contratada pelo usuário Entre dois telefones comuns Para que dois telefones comuns (analógicos) possam se comunicar com a tecnologia, é necessário que os dois sejam conectados a Adaptadores Telefônicos Analógicos (ATA's), que por sua vez são conectados à Internet. A utilização de um telefone comum junto ao ATA não difere na sua usabilidade, a diferença ocorre na transmissão da voz, que em vez de trafegar pela rede de telefonia, trafega pela Internet. Figura 6: entre dois telefones comuns. Ao tirar o telefone do gancho, o ATA já emite o sinal de discagem, afirmando que a conexão com a Internet está ativa. Quando o número do telefone é discado, o ATA converte os tons em dados digitais e os armazena temporariamente. Os dados do número solicitado são enviados a empresa provedora do serviço (contratada anteriormente), e são verificados se estão num formato válido. O gateway, também chamado de softswitch (que está na empresa provedora do serviço ), mapeia o número telefônico e depois o traduz para um endereço IP, conectando os dois terminais para a chamada. No outro lado da linha um sinal é enviado para o ATA de destino para que o telefone comece a tocar. ete.fagnerlima.pro.br 8

9 O destino atende a ligação e a comunicação se inicia, a informação de voz é transmitida em pacotes de dados pela Internet, e quando chega ao ATA de destino há a conversão dos sinais digitais para analógicos. Quando a ligação é encerrada, o ATA indica ao softswitch que terminou e a sessão então termina. 7. Telefonia IP Comumente considera-se e telefonia IP o mesmo assunto, porém há diferenças entre os dois termos. A voz sobre IP, é uma tecnologia que consiste no uso da rede de computadores que utiliza o protocolo IP para a transmissão de sinais de voz em tempo real na forma de pacotes de dados, a rede pode ser pública, como a Internet, ou privada, como uma rede local. A telefonia IP usa a tecnologia. Ela tem como objetivo fornecer funcionalidades e qualidade iguais as da telefonia tradicional. Além de digitalizar e transportar voz, a telefonia IP permite outros tipos de serviços comuns aos da telefonia, como transferir chamadas, chamadas em espera, implementação de ramais, etc. O fato mais interessante é que a telefonia IP consegue essa eficiência sem necessitar de centrais telefônicas e ainda pode apresentar uma integração com outros serviços de dados. A telefonia IP pode ser vista como uma plataforma de integração de serviços, que pode se tornar a próxima geração das redes de telecomunicações. Devido a esta estreita relação entre e telefonia IP, sendo mencionadas juntamente todo o tempo, é plausível o fato da consideração que os dois termos tratem do mesmo assunto e sejam encarados como equivalentes. Equivalência ao ponto da junção destes termos em um só: Telefonia. Porém devido também as diferenças, e telefonia IP devem ser mencionadas dentro de seus respectivos escopos. O que é perceptível e comum aos dois termos, seja utilizando ou telefonia IP, é que seja necessária a comunicação não apenas no nível de usuários com as ligações telefônicas, mas entre os terminais da rede com. Como foi citado, há a troca de informações computacionais do computador entre o gatekeeper, entre o gatekeeper e o gateway, entre os telefones IP, e os ATA's. Essa comunicação no nível computacional entre os terminais é realizada pelos protocolos. ete.fagnerlima.pro.br 9

10 8. Protocolos Os protocolos são responsáveis pela comunicação entre os equipamentos utilizados na tecnologia, essa comunicação é estabelecida no nível computacional, para resultar na comunicação no nível de usuário, ou seja, nas ligações telefônicas. Há basicamente dois processos simultâneos que ocorrem numa comunicação em : Sinalização e controle de chamadas telefônicas: estabelecimento, acompanhamento e finalização. Processamento da informação a ser enviada e recebida: controle e transporte da mídia (voz e/ou vídeo). Para que a tecnologia alcance o seu pleno funcionamento possibilitando a comunicação entre os diversos terminais, esses processos precisam ser realizados. E para que eles sejam realizados, os protocolos de são implementados cada qual com sua função específica nos processos correspondentes. O principal protocolo utilizado para transporte dos datagramas é o UDP (User Datagram Protocol). Uma aplicação gera um volume de dados e é sensível ao atraso que afeta a qualidade de serviço (QoS). Apesar de ser um protocolo de transporte confiável, o protocolo de controle de transporte TCP (Transmission Control Protocol) não suporta transmissão de voz em tempo real porque ele recupera os dados perdidos por retransmissão, assim o fornecimento dos dados, deve esperar por todas as retransmissões, gerando grandes atrasos. Já o protocolo UDP não tem esse problema, mas tem a desvantagem de ser não confiável. Como o atraso tem que ser evitado em aplicações de voz, pode-se concluir que o UDP é a melhor escolha dentre os protocolos de transporte. Alguns dos principais protocolos utilizados para sinalização de chamadas são: SIP (Session Initiation Protocol); H.323; MGCP (Media Gateway Control Protocol); H.248/MEGACO (MEdia GAteway COntrol); Jingle; IAX-2 (Inter Asterisk exchange). Alguns dos principais protocolos utilizados no transporte de mídia: RTP (Real-time Transport Protocol); RTCP (Real-time Transport Control Protocol). ete.fagnerlima.pro.br 10

11 8.1. H.323 H.323 é uma recomendação criada pela ITU para o estabelecimento, controle e término das chamadas, ou seja, é uma recomendação que especifica os protocolos de sinalização e controle das ligações. Ela é mais antiga e complexa, atualmente está sendo menos usada nos sistemas. Ela tem como características: Suporte a conferência ponto a ponto e multiponto: estabelecimento da chamada entre dois ou mais usuários. Heterogeneidade: o equipamento com H.323 obrigatoriamente deve dar suporte a comunicação de áudio. Vídeo e dados são opcionais, porém aplicáveis. Suporte a contabilidade e gerência: prevê a contabilidade para a tarifa dos serviços e bloqueio de chamadas. Segurança: autenticação dos usuários. Serviços suplementares: transferência e redirecionamento de chamadas. A recomendação contém um conjunto amplo de protocolos. Figura 7: Alguns protocolos da recomendação H.323. A pilha H.323 se firma no protocolo de rede IP e nos protocolos de transporte TCP e UDP. Os demais protocolos mostrados na figura 9 são: H.245: negocia aspectos de conexão, como taxa de bits e algoritmos de compactação de voz (codecs). H.225 (RAS): se comunica com o gatekeeper, sendo responsável pelo registro, admissão e status dos equipamentos de rede. As mensagens RAS podem ser trocadas entre os gatekeepers e os terminais, gateways e MCU. A troca de mensagens RAS também ocorre entre gatekeeper de zonas distintas. ete.fagnerlima.pro.br 11

12 H.225 (Q.931): estabelece e encerra conexões, fornece tons de discagem e gera sons de chamada. H.235: estabelece autenticação e segurança para os terminais. H.450: estabelece transferência e redirecionamento de chamadas, atendimento simultâneo, chamada em espera, identificação de chamadas entre outros. A recomendação H.323 tem outros protocolos, cada qual com seu uso específico: Uso Protocolos Vídeo (codecs) H.261; H.263; G.711; G.722; G.723.1; G.726; G.728; G.729 Áudio (codecs) G.711; G.722; G.723; G.726; G.728; G.729 Dados T.120; T.122; T.124; T.125; T.126; T.127 Controle H.225; H.235; H.245; H.246; H.248; H.450 Transporte RTP; RTCP Tabela 1: Mais protocolos da H.323. Como observado na tabela 1, a H.323 pode ser utilizada em diversas aplicações baseadas em, como vídeo, áudio e dados multimídia. Como exemplo de uso, considera-se um computador em uma LAN com um gatekeeper que pretende se comunicar com um telefone comum, através da pilha H.323. O computador envia um pacote UDP de difusão para descobrir o gatekeeper na rede. Depois de descoberto o gatekeeper, o computador envia uma mensagem RAS do protocolo H.225 solicitando largura de banda. Sendo a largura de banda liberada, inicia-se o estabelecimento da ligação telefônica com uma mensagem SETUP de Q.931 do H.225 com o número do telefone do destino. O gatekeeper responde com CALL PROCEEDING confirmando a solicitação e encaminhando a mensagem SETUP ao gateway. O gateway, por sua vez, entra em contato com o telefone comum e envia de volta uma mensagem ALERT de Q.931 informando ao computador que a chamada teve início. Quando o telefone é atendido, é enviada outra mensagem chamada CONNECT de Q.931, indicando ao computador que houve a conexão. O protocolo H.245 é usado para negociar os parâmetros da chamada, como a manipulação de vídeo, chamadas de conferência, codecs aceitos etc. Dependendo da negociação os protocolos de vídeo, dados e áudio são usados. Mas como o terminal de destino é um telefone comum, a negociação é relacionada ao áudio. Depois da negociação, é atribuído a cada parte um codec e outros parâmetros. Só a partir disso que o fluxo de dados (voz digitalizada) começa com o protocolo RTP, que por sua vez é gerenciado pelo RTCP para controlar possíveis congestionamentos. ete.fagnerlima.pro.br 12

13 Quando a ligação termina, o computador manda uma mensagem RAS para o gatekeeper liberando a largura de banda que recebeu para uso. Além dos terminais IP, gateways e gatekeepers, a recomendação H.323 tem um componente opcional chamado Multipoint Controller Unit (MCU), que permite videoconferências entre três ou mais terminais. Um MCU se compõe de um controlador multiponto (MC), e um processador multiponto (MP). O MC centraliza as chamadas multipontos para a negociação de parâmetros entre os participantes da videoconferência, e o MP se responsabiliza pelo fluxo de áudio, vídeo e dados, utilizando-se dos protocolos RTP e RTCP. O componente MCU pode residir nos gateways e gatekeepers, não sendo necessariamente um equipamento físico distinto SIP O SIP (Session Initiation Protocol) foi padronizado pela IETF e é descrito na RFC (Request for Comments) O SIP é um módulo projetado para interoperar bem com aplicações da Internet já existentes para a utilização da tecnologia. Com o SIP é possível efetuar chamadas entre computadores, entre telefones IP, e de um computador para um telefone comum, havendo o gateway apropriado entre a Internet e o sistema de telefonia tradicional neste último caso. Uma rede com arquitetura SIP contém os principais componentes: Cliente o Agente do usuário: emite e recebe solicitações do protocolo. O agente do usuário se compõe de duas partes: a que emite as solicitações é o User Agent Client (UAC), e a parte que recebe as solicitações é o User Agent Server (UAS). O agente do usuário reside nos terminais de origem e destino, como os telefones IP, softphone e ATA's. Servidores o Servidor de redirecionamento: fornece a resolução de nome e a localização do terminal de destino para o terminal de origem a fim de que eles entrem em contato diretamente. Portanto o servidor de redirecionamento realiza o mapeamento de endereços. o Servidor proxy SIP: faz o roteamento para outra entidade mais próxima do destino. O proxy também desempenha a função de impor políticas de uso, como autorizações de acesso. o Registrador: servidor que aceita solicitações REGISTER, retendo informações e endereços SIP e IP do dispositivo que se registrou. Assim ele armazena a ete.fagnerlima.pro.br 13

14 o informação de onde um destino pode ser encontrado. O trabalho de registrador é em conjunto com o servidor de redirecionamento e o servidor proxy. Serviço de localização: usado pelos servidores de redirecionamento e proxy para obter as localizações dos terminais. Para essa obtenção, o serviço mantém um banco de dados de mapeamento dos endereços SIP e IP. Figura 8: Agentes de usuário e servidores SIP. Os servidores são definidos na RFC 3261 como dispositivos lógicos. Portanto podem ser implementados separadamente, configurados na Internet, ou combinados numa única aplicação residindo num único servidor físico. O SIP define os números telefônicos como URL's (Uniform Resource Locators). Por exemplo, um número de telefone no SIP pode ser sip:usuario@fantasia.com.br, semelhante a um endereço de . Mas os endereços SIP também podem ser endereços IP ou os números dos telefones propriamente ditos. Esse protocolo permite que a comunicação tenha além de áudio, também vídeo e dados, podendo ser utilizado em videoconferência. O SIP incorpora o uso do protocolo SDP (Session Description Protocol) que justamente define o conteúdo desta comunicação. O SIP somente configura, gerencia e encerra as chamadas, ele é um protocolo de sessão. Outros protocolos são encarregados pelo transporte de dados, normalmente o protocolo UDP, por motivos de desempenho. Assim o SIP fornece seus próprios mecanismos de confiabilidade, mas o TCP também pode ser usado. O protocolo RTP se encarrega pelo tráfego em tempo real da informação, muito importante na comunicação de voz, e consequentemente em conjunto com o RTP, também há o RTCP, que controla os fluxos de dados em tempo real. ete.fagnerlima.pro.br 14

15 Figura 9: Posição do SIP na pilha de protocolos. O protocolo é modelado com base no HTTP (HyperText Transfer Protocol), com transações de solicitações e respostas. O SIP usa a maior parte dos cabeçalhos, códigos de status e regras de codificação do HTTP. Há seis métodos que o SIP usa nos cabeçalhos de suas mensagens: INVITE: solicita o início da sessão (comunicação). ACK: confirma que a sessão foi iniciada. OPTIONS: consulta os recursos do destino. REGISTER: informa a localização atual do destino. CANCEL: cancela uma solicitação pendente. BYE: termina a sessão entre os dois agentes SIP. Para estabelecer uma sessão com SIP, o agente de origem envia uma mensagem com o método INVITE como convite ao agente de destino. Se o agente de destino aceitar a ligação, ele responderá com um código de resposta 200, que por sua vez será confirmado pela origem com uma mensagem de método ACK. Depois disso os dois podem trocar dados de voz pelo protocolo RTP. O método OPTIONS consulta o agente de destino sobre os seus recursos, para descobrir se ele é capaz de se comunicar em. Assim o método OPTIONS não estabelece a chamada, somente realiza essa verificação. O método REGISTER notifica uma configuração SIP de seu endereço IP atual e as URL's que o agente gostaria de receber chamadas. Com esse método é possível controlar a localização de cada usuário com uma operação de redirecionamento se o usuário estiver em outro lugar. O método REGISTER é manipulado pelo servidor registrador para esse controle. O método CANCEL cancela uma solicitação pendente, mas não cancela uma chamada completada. E o método BYE termina a comunicação entre os dois agentes SIP. O SIP tem dois modos de comunicação baseados em sua arquitetura, a comunicação ponto a ponto, e a comunicação via servidor proxy. Na comunicação ponto a ponto, um agente do usuário SIP troca mensagens de solicitação e reposta com outro agente de usuário sem a ete.fagnerlima.pro.br 15

16 presença de nenhum servidor. Devido a essa simplicidade, não há suporte de diversos recursos e serviços, como de localização, por exemplo. Na comunicação via proxy, o agente do usuário envia sua solicitação ao servidor proxy, que encaminha as mensagens adequadamente a fim de controlar a entrada e a saída das mesmas no sistema. O servidor proxy como já citado anteriormente, pode se encontrar integrado aos servidores de redirecionamento e registrador, que também realizam as suas respectivas funções. Mais uma característica a ser descrita do SIP é a implementação da segurança. Mensagens SIP podem ser transportadas pelo protocolo Transport Layer Security (TLS) das quais os endereços SIP se iniciarão com "sips:". O SIP for Telephones (SIP-T), define uma arquitetura para integrar a sinalização das ligações telefônicas da rede de telefonia tradicional com as técnicas de encapsulamento e tradução das mensagens SIP. Assim as chamadas podem se originar na rede de telefonia tradicional, atravessar um gateway e alcançar um telefone IP que suporta SIP, por exemplo. O inverso também pode ocorrer, o telefone IP se comunica através do gateway com a rede de telefonia. Dessa forma, as ligações se originam e se destinam na rede de telefonia, porém atravessam uma rede baseada em SIP pelo caminho Comparação entre H.323 e SIP A recomendação H.323e o SIP têm em comum a possibilidade de chamada entre dois ou vários participantes, com terminais independentes de serem computadores ou telefones. Ambos também negociam parâmetros, têm recursos de segurança e utilizam o protocolo RTP para transportar o fluxo de dados. Apesar dessas semelhanças, eles se diferem em vários aspectos. A recomendação H.323 é típica da indústria de telefonia tradicional, com a definição de protocolos específicos, trazendo a ele a dificuldade de se adaptar a aplicações futuras. Por outro lado, o SIP é típico da Internet, por ser um módulo que interopera bem com os outros protocolos da rede mundial, trazendo a ele maior flexibilidade e melhor adaptação a novas aplicações. Característica H.323 SIP Projetado por ITU IETF Compatível com a telefonia tradicional Grande Maior Compatível com a Internet Não Sim Arquitetura Monolítica Modular Negociação de parâmetros Sim Sim Transporte de informação RTP/RTCP RTP/RTCP ete.fagnerlima.pro.br 16

17 Endereçamento Número de host ou telefone URL Segurança com criptografia Sim Sim Implementação Grande e complexa Moderada Tamanho do documento de padrões páginas 269 páginas Estado atual Tornando-se menos utilizado em, mas ainda disponível. Tabela 2: Comparação entre H.323 e SIP Interoperabilidade de H.323 e SIP Tornando-se mais utilizado em, em expansão. Para a interoperabilidade de comunicação entre agentes SIP e terminais H.323, é necessário um conversor de protocolos: o SIP-H.323 InterWorking Function (IWF). O IWF pode se integrar a um gatekeeper H.323 ou a um servidor SIP. Ele faz a intermediação para que os dois protocolos se comuniquem. Figura 10: Interoperabilidade entre H.323 e SIP. As funcionalidades de um IWF são: Mapear sequências de estabelecimentos e encerramento de chamadas. Registrar os terminais SIP e H.323 com os servidores registradores SIP e os gatekeepers. Realizar a resolução de endereços SIP e H.323. Negociar a capacidade dos terminais e agentes. Abrir e fechar os canais de mídia. Mapear os codecs de mídia para as redes SIP e H.323. Reservar e liberar recursos relacionados à chamada. Processar as mensagens de sinalização da chamada. Tratar serviços e facilidades adicionais. O IWF trata somente da conversão das mensagens entre os protocolos nos processos de sinalização da chamada telefônica. Em relação ao nível do fluxo de dados, como ambos SIP ete.fagnerlima.pro.br 17

18 e H.323 utilizam o RTP, os pacotes de voz são trocados diretamente entre os terminais e agentes, o IWF pode até encaminhar os pacotes, mas sem modificá-los Codecs Os codecs são necessários na tecnologia para codificação e decodificação dos dados analógicos (voz humana) em digitais (bits) para que a comunicação ocorra na rede IP. Eles são protocolos extras que adicionam funcionalidades e maior qualidade na comunicação. Além da conversão, os codecs também realizam a compressão dos sinais de voz. De acordo com o nível de compressão, atinge-se um equilíbrio entre largura de banda e qualidade de voz para o sistema. Os equipamentos suportam sempre mais de um codec, para que haja a negociação de qual será utilizado na comunicação. Os codecs podem ser classificados como codificadores de forma de onda, dos quais codificam o sinal apenas baseando-se na sua forma de onda, desprezando outras características. É o que ocorre com o codec G.711, que tem a qualidade muito boa, mas uma taxa de transmissão muito alta. Já o codec G.729, pode ser considerado um codificador de fonte ou paramétrico, que codifica o sinal apenas na fonte como foi gerado, a qualidade é boa (não tão quanto o G.711), mas a taxa de transmissão é baixa. Os codecs de áudio fazem a conversão por amostragem do sinal de áudio milhares de vezes por segundo. Por exemplo, o codec G.711 tira amostras do áudio 64 mil vezes por segundo. Ele converte os dados digitalizados e comprime para transmissão. Quando as 64 mil amostras são reunidas, partes do áudio são perdidas entre cada tomada de amostra, mas elas são tão pequenas que, ao ouvido humano, soam como um segundo contínuo de áudio digital. O codec G.729 tem a velocidade de amostragem de 8 mil vezes por segundo e é o mais usado em. Apesar do codec G.711 oferecer ótima qualidade de voz, o G.729, provê um equilíbrio entre a qualidade (que é considerada boa) e a eficiência da largura de banda. As principais características dos codecs são: Taxa de transmissão em Kbit/s: quantidade de informação em bits por segundo que precisam ser transmitidos para entregar um pacote de voz. Intervalo de amostra: o tempo de amostragem em que o codec opera. Por exemplo, o codec G.729 tem um intervalo de amostra de 10 ms. Tamanho da amostra: os bytes capturados em cada intervalo de amostra. No caso do G.729, o tamanho da amostra é de 10 bytes (80 bits), pois tem um intervalo de 10 ms, sendo a taxa de 8 Kbit/s. ete.fagnerlima.pro.br 18

19 Tamanho do payload de voz: a carga útil de voz realmente transportada em um pacote IP. O tamanho do payload influencia na ocupação da largura de banda. Na tabela 1 há uma listagem dos codecs de áudio que podem ser utilizados em. Apesar da tabela especificar os codecs de áudio como parte da recomendação H.323, eles não são exclusivos desta pilha de protocolos. O protocolo SIP, também pode utilizar os mesmos codecs. Os codecs operam usando algoritmos avançados que ajudam a amostrar, selecionar, comprimir e montar os pacotes de dados de áudio. O algoritmo CS-ACELP é um dos algoritmos mais predominantes em. Ele ajuda a organizar e aperfeiçoar a largura de banda disponível e é utilizado pelo codec G.729. Há também os codecs de vídeo, como H.261 e H.263. É possível entre os equipamentos ocorrer o processo de transcodificação, que converte um codec em outro, como o G.729 para o G.711. Mas isso pode prejudicar a qualidade do áudio da ligação telefônica. O ideal é que os equipamentos possuem os mesmos codecs, para não utilizarem a transcodificação RTP e RTCP O protocolo RTP (Realtime Transport Protocol) é responsável pelo fluxo de voz já convertida em dados na tecnologia. A voz precisa ser transmitida em tempo real e é o protocolo RTP que possibilita essa transmissão. Ele é utilizado tanto na pilha de protocolos H.323 como com o SIP. Já o protocolo RTCP (Realtime Transport Control Protocol) monitora a entrega dos dados, além de ter funções de controle e identificação IAX O RTP tem uma limitação de funcionalidade quando uma rede IP tem um sistema de NAT (Network Address Translation). O RTP do terminal de origem escolhe dinamicamente uma porta para a transferência de dados da qual é armazenada na tabela NAT. Porém quando o terminal de destino tenta se comunicar, ele pode passar pelo problema da porta utilizada na transmissão não estar mais na tabela NAT. Isso impossibilita um PABX IP de se comunicar com uma rede IP externa que tenha o sistema de NAT. Daí surgiu o protocolo IAX (Inter Asterisk exchange), para resolver este problema. O protocolo IAX tem como propósito definir um modelo de comunicação entre servidores Asterisk, (para PABX IP), com recursos de multiplexação de dados de mídia e sinalização através do mesmo canal, evitando os problemas relacionados a NAT. Ele também proporciona a simplificação das configurações de firewall. O IAX é um protocolo de aplicação e ele utiliza ete.fagnerlima.pro.br 19

20 a porta 4569 sobre o protocolo UDP. Ele é também um protocolo aberto, onde atualmente há a expectativa de que seja padronizado pela IETF. Esse protocolo se divide em cliente e servidor. A troca de mensagens é em formato binário. As mensagens são classificadas como frames. Ele se utiliza dos chamados full frames, para transmissão de dados de sinalização, ou seja, a chamada telefônica é estabelecida, monitorada e encerrada com a troca de full frames, que são enviados de tempos em tempos. Já os chamados mini frames, são responsáveis pela transmissão dos dados de mídia (voz). O tráfego de informação do protocolo IAX também pode ser feito em modo trunk, de tal maneira que várias chamadas podem ser agrupadas em um único conjunto de pacotes, com um único cabeçalho IP, economizando os recursos de rede, diminuindo o atraso dos pacotes de voz. Atualmente o protocolo se encontra em sua versão dois: IAX2. Ele não é somente utilizado em servidores Asterisk, mas também pode ser encontrado em softphones, ATA's e gateways Softswitch (protocolos de gateway) O equipamento de gateway, ou softswitch, também tem a necessidade da utilização de protocolos, para o controle das ligações telefônicas por ele gerenciadas na tecnologia. Assim como os protocolos SIP e a recomendação H.323, os protocolos de gateway são usados para o processo de sinalização das chamadas. São descritos, portanto, os protocolos MGCP e MEGACO MGCP O MGCP (Media Gateway Control Protocol) foi definido na RFC 2705 da IETF e é usado para controlar as chamadas nos gateways do sistema. O MGCP implementa uma interface de controle usando um conjunto de transações do tipo comando/resposta que criam, controlam e auditam as chamadas. Estas mensagens usam como suporte os pacotes UDP da rede IP, e são trocadas para o estabelecimento, acompanhamento e finalização das ligações. O MGCP tem como finalidade principal a simplificação do uso da tecnologia, eliminando a necessidade de terminais complexos para a telefonia IP H.248/MEGACO O MEGACO (MEdia GAteway COntrol) realiza as mesmas funções do MGCP. Ele foi criado com o esforço conjunto da IETF e ITU. Ele pode ser utilizado em um gateway com funções implementadas em único equipamento ou em um gateway com funções que podem ser distribuídas por vários equipamentos. ete.fagnerlima.pro.br 20