Tecnologia em Redes de Computadores REDES CONVERGENTES

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1 Tecnologia em Redes de Computadores REDES CONVERGENTES

2 Professor: Gustavo Salvador Campos Bacharel em Sistemas de Informação, PUC/MG Especialista em Redes, PUC/MG Especialista em Gestão de Infraestrutura de TI utilizando Software Livre, PUC/MG CCIE Routing and Switching Written Exam # , v4.0

3 EMENTA Matéria: Redes atuais. Evolução para redes convergentes. Conversão analógico-digital de voz e video. Protocolos TCP/UDP e IP. Protocolo RTP e CRTP. Protocolos de L2. Roteamento em rede IP. Cálculo de banda para serviços em rede IP. Qualidade de Serviço (QoS) em redes IP. Técnicas em QoS (DiffServ e IntServ). Sinalização por canal comum. Protocolos de sinalização de telefonia para voz e vídeo (SIP, H.323, MGCP e MEGACO). Serviços em redes convergentes (VoIP, VoD, 3Play) Unidade I - Conversão Analógico-Digital e Codificação Digital e Voz e Vídeo I.1 Teorema da Amostragem I.2 Codificação PCM (G.711) I.3 Compressão de Voz (G.721 e G.729)

4 EMENTA Matéria: I.5 Características dos Serviços em Tempo Real (Tolerância a Retardo, Jitter) Unidade II - A Pilha TCP/IP e o Protocolo RTP (Real Time Protocol) II.1 Protocolo TCP e suas Características de Confiabilidade e Orientação a Conexão II.2 Protocolo UDP e suas Características de Melhor Esforço II.3 Comparação Entre TCP e UDP em Termos de Aplicabilidade a Serviços em Tempo Real e Dados II.4 Protocolos RTP (Real Time Protocol) e RTCP (Real Time Control Protocol) e Recursos para transporte de Serviços de Voz e Vídeo II.5 Protocolos de Camada 2 II.6 Encapsulamento dos Serviços através da Pilha TCP/IP considerando RTP Unidade III - Cálculo da Banda de Voz e Vídeo em uma Rede IP III.1 Tamanho dos Datagramas IP (Quantidade de Amostras) para os Serviços Real Time III.2 Tamanho dos Cabeçalhos RTP, UDP, IP e Quadros de Camada 2 III.3 Banda Ocupada para o Transporte de Voz e Vídeo em uma Rede IP

5 EMENTA Matéria: IV.1 Operação de um Roteador para o Encaminhamento de Datagramas IP IV.2 Tabela de Roteamento IV.3 Roteamento Estático e Roteamento Dinâmico IV.4 Filas nos Roteadores IV.5 Protocolo Resource Reservation Protocol (RSVP) Unidade V - Qualidade de Serviço (QoS) em Rede IP V.1 Características dos Serviços em termos de Tolerância a Retardo e Variação de Retardo, Ocupação de Banda, Tempo de Conexão. V.2 Mecanismos de Indentificação de Tráfego em Uma Rede IP V.3 Classes de Serviço V.4 IntServ e DiffServ V.5 Marcação de Tráfego V.6 Políticas de Quailidade de Serviço (Traffic Sapping e Enfileiramento)

6 EMENTA Matéria: Unidade VI - Protocolos e Topologia para Telefonia e Vídeo VI.1 Topologia da Rede de Telefonia Pública Comutada (RTPC) VI.2 Rede Sistema de Sinalização 7 (SS7) VI.3 Protocolos de Sinalização H.323 e SIP VI.4 Protocolos MGCP e MEGACO VI.5 Topologia da NGN (Next Generation Network)

7 EMENTA Matéria: Unidade VII - Serviços em Redes Convergentes VII.1 Voz sobre IP (VoIP) VII.2 Vídeo Sobre Demanda (VoD) VII.3 Vídeo Conferência VII.4 Mensagens Instantâneas VII.5 Telepresença VII.6 Comunicações Unificadas VII.7 Terminais Convergentes Indicação do material didático Livro: Fundamentos de VoIP Autor: Jonatan Davison Capítulo 4 Sistema de Sinalização Número 7 Capítulo 8 Qualidade de Serviço Capítulo 14 Interoperabilidade VoIP e RTPC

8 EMENTA Avaliações: Avaliação 1 (AV1), Avaliação 2 (AV2) e Avaliação 3 (AV3)

9 O mundo no final do século XX 3 Redes separadas: voz, vídeo e dados Dificuldade de integração com aplicações Cada área em seu próprio mundo: Infraestrutura, PABX, Satff, etc... Unidade 1

10 Unified Communications Products Provide reliable and advanced communications capabilities for your staff no matter where they are working, with a full suite of IP Communications solutions and endpoints. Manage voice, video, mobility, and presence services between IP endpoints, mediaprocessing devices, voice over-ip (VoIP) gateways, mobile devices, and multimedia applications. Cisco IP Communications products can also help your business: Efficiently run voice, data, and video communications over a single, converged network Take advantage of a wide array of Cisco IP endpoints to meet diverse communications needs Optimize efficiency with Cisco Unified Communications network management Unidade 1

11 As soluções de tecnologia da Avaya ajudam as empresas a aumentar a agilidade dos negócios e a reduzir custos. Nossa arquitetura de comunicações altamente flexível que abrange toda a empresa simplifica a implantação de voz, vídeo e aplicações de colaboração. As Comunicações Unificadas da Avaya proporcionam economia significativa de custos e um caminho evolutivo que utiliza os sistemas de voz de múltiplos fornecedores. Com a Avaya, as empresas aceleram os processos de negócios através da integração simples e aberta com aplicações de negócio, ambientes de trabalho, mídias sociais emergentes, e sistemas de comunicações de múltiplos fornecedores. A Avaya permite que você aproveite as integrações acondicionadas e adequadas a sua finalidade em uma estrutura de web services para desenvolvedor de TI maduro. Unidade 1

12 Is your network ready for UC&C? Communications, interaction and engagement are the backbone of your organization's day-to-day activities. With unified communications and collaboration (UC&C) organizations can accomplish more with fewer people and tighter budgets, support flexible work styles and lower cost from streamlined communications. Make communicating simple and continuous These benefits are exciting, but they can also place significant demands on network performance, quality of service (QoS), scalability and security. So when it comes to your UC&C solution, leave nothing to chance. You can depend on HP Networking's experience and deep portfolio integration with UC&C solutions to provide the high performance platform you need to make your UC&C solution highly reliable, easier to use and more cost effective to maintain. Unidade 1

13 VoIP Justificativas: Moves, Adds and Changes (MACs) Obamas Redução de cabeamento Redução de custo com contas? Consolidação do staff de TI Consolidação de aplicações e novas aplicações Arquitetura aberta (multi-vendor solution)

14 Asterisk What is Asterisk? Asterisk is an open source framework for building communications applications. Asterisk turns an ordinary computer into a communications server. Asterisk powers IP PBX systems, VoIP gateways, conference servers and other custom solutions. It is used by small businesses, large businesses, call centers, carriers and government agencies, worldwide. Asterisk is free and open source. Asterisk is sponsored by Digium. Today, there are more than one million Asterisk-based communications systems in use, in more than 170 countries. Asterisk is used by almost the entire Fortune 1000 list of customers. Most often deployed by system integrators and developers, Asterisk can become the basis for a complete business phone system, or used to enhance or extend and existing system, or to bridge a gap between systems. O Asterisk é um Software Livre, portanto de código aberto, que implementa em software os recursos encontrados em um PABX convencional, utilizando tecnologia de VoIP. Inicialmente desenvolvido pela empresa Digium, hoje recebe contribuições de programadores ao redor de todo o mundo. Seu desenvolvimento é ativo e sua área de aplicação muito promissora

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16 Modelo de infraestrutura VoIP CISCO:

17 Unified Communications Manager Express ou Call manager Express Segundo a CISCO suporta até 450 ramais (se passar de 100, parabéns...) Mercado alvo SMB (small and medium-sized businesses) Suporte a voice mail via expansão Roda nos novos roteadores 2800, 2900, Suporta configuração via linha de comando e CCP (Cisco configuration professional)

18 Unified Communications 500 Suporte entre 8 e 48 ramais IP Secretária External music on hold Port FXO módulo para conexões analógicas externas FXS módulo para conexões analógicas internas Roteamento e NAT VPN (10 usuários) wifi (opcional)

19 CALL MANAGER Unified Communication Manager Business Edition (não aceita cluster) 500 phones Unified Communication Manager Até phones por cluster

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21 Conectividade analógica Transmissão analógica: Utiliza alguma propriedade da mídia de transmissão para enviar o sinal. - Thomas Edison s Phonagraph em Record Player - Linhas de telefone convencionais As linhas de telefones analógicas utilizam as propriedades da eletricidade para a transmissão da voz Unidade 1

22 Propriedades da Eletricidade A medida que você fala em um telefone analógico, a sua voz é convertida em eletricidade As propriedades da são utilizadas para enviar as propriedades da sua voz. Unidade 1

23 Sinalização (Information Signal) Utilizado para enviar sinais de informação através de uma linha analógica como: Ocupado Número não existente Congestionamento Ringback Etc Informações de discagem... Pulse e DTMF (Dual Tone Multi Frequence) Unidade 1

24 Problemas com transmissões analógicas: 1 Limitação de distancia 2 - Cabeamento Unidade 1

25 Digitalizando Passo 1 - Amostra Dr Nyquist: Se você tiver o dobro de amostras da maior frequência, você consegue reconstruir o sinal de forma aceitável Frequências Comuns: Ouvido Humano: Hz Voz Humana: Hz Teorema de Nyquist: Hz Unidade 1

26 Digitalizando Passo 2 Quantization (da amostra) (PAM) Unidade 1

27 Digitalizando Passo 3 Converter o Quantization para binário (PCM) Unidade 1

28 Digitalizando Passo 4 Opcional - Compress Unidade 1

29 PAM - Pulse amplitude modulation Every sigle sample have 1byte size 8 * 8000 = 64000bps - 64kbps Unidade 1

30 Wave Codecs G711 - uses PCM coding e "come" 64Kbps o que é a mesma coisa que um PABX digital convencional gasta por ligação (private automatic branch exchange) convencional mas acaba sendo pior pois ainda tenho que adicionar o overhead dos cabeçãlhos do TCP/IP no final das contas vc acaba com 80kbps G726 - uses ADPCM coding and eats: 32 Kbps, 24, 16 What's the diference? AD - Adaptative Differential Source Codec (design do work with human voice) G729-8kbps (utilizado pela CISCO) Tabela MOS G729a o mais utilizado, o original tem um melhor MOS mas come muito recurso de hardware ILBC Internet Low Bitrate Codec 15.2Kbps MOS 4.1 Unidade 1

31 Qualidade do Som Unidade 1

32 TCP x UDP O Transmission Control Protocol (TCP) é definido na RFC 793 e tem como características as seguintes: Orientado a conexão: Estabelecimento de conexão antes do envio de dados. Entrega ordenada de dados na seqüência enviada. Verificação de integridade do transporte. Controla o reenvio de pacotes com erro ou não recebidos. Protocolo seguro, lento e requer processamento.

33 TCP x UDP O User Datagram Protocol (UDP) é definido na RFC 768 e pode ser definido como segue: Não orientado a conexão. Entrega não garantida dos datagramas IP. Sem verificação de integridade. Entrega na ordem de chegada. Sem confirmação de entrega. Protocolo sem garantia, rápido e que requer pouco processamento.

34 TCP x UDP O TCP é adequado ao transporte de serviços que requeiram confiabilidade e que não tenham como requisito o retardo de transporte. O UDP é um protocolo simples e rápido sem qualquer recurso de controle do transporte. Mais adequado que o TCP para o transporte de serviços em tempo real, o UDP, por não ter recursos, precisa de outros protocolos auxiliares para o transporte do tráfego em tempo real, por exemplo o RTP

35 TCP Size 20 Bytes

36 UDP Size 8 Bytes

37 RTP Complementa o UDP com, principalmente, as facilidades de time stamp e sequence number. Time-stamping: permite que seja indicada uma marca do tempo em que o pacote é enviado. A facilidade permite monitorar o retardo e a variação de retardo entre o tempo de chagada dos pacotes ao destino. Sequence number: permite numerar os pacotes enviados e perceber na recepção dos pacotes se estes chegam na ordem enviada. Permite monitorar perda de pacotes no caso de ausência de algum pacote.

38 O RTCP (Real Time Control Protocol) opera em conjunto com o RTP. Permite informar à origem dos pacotes sobre a qualidade dos dados entregues no destino. Informa o maior número de pacotes recebido, jitter, timestamps que permitem o cálculo de latência entre origem e destino. O RTSP (Real Time Streaming Protocol) é um protocolo para controle da transferência de dados sob demanda com propriedades de tempo real. Permite a interação cliente-servidor manipulando a execução do arquivo de forma semelhante a um controle remoto sobre um reprodutor de mídia gravada (CD ou DVD player). O RTP/RTCP são os protocolos responsáveis pela fase de transferência de mídia entre transmissor e receptor de vários serviços em tempo real, tal como o serviço VoIP ou video sob demanda.

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42 RTCP

43 Qual a quandidade de áudio devo colocar em um pacote? O tamanho do pacote está diretamente relacionado com aquantidade de áudio que será incluída nele. (default 20ms) Colocar muito aúdio em um pacote é bom ou ruim?

44 Cálculos: A A partir de um determinado tamanho de áudio (quantidade gasta para armazenar o áudio, dado em bytes), calcular qual o tempo de áudio. B A partir de um determinado tempo de áudio, calcular qua o tamanho do áudio (quantidade gasta para armazenar o áudio, dado em bytes). Fórmula: Bytes por pacote (bytes) = (Tempo de áudio (s) * Banda do codec (bps))/8

45 Exemplos: Fórmula: Bytes por pacote (bytes) = (Tempo de áudio (s) * Banda do codec (bps))/8 A Quero armazenar 240Bytes de áudio em cada pacote, mas 240Bytes são quantos segundos de áudio? 240B = (TA * 64000)/8 240*8=64000TA TA=1920/64000 TA=0.03 * 1000 = 30ms B Quero colocar 20ms de áudio em cada pacote, mas 20ms ocupa quantos bytes? BPP = (0.02 * 64000) / 8 BPP = 1280 / 8 BPP = 160bytes

46 E ainda não acabou... Já sabemos quanto de informação útil vamos colocar em cada pacote (também chamado de payload), mas temos que lembrar que cada PDU (protocol data unit), possui um cabeçalho. Esse cabeçalho está presente nas camadas 4, 3 e 2, e cada um desses cabeçalhos consome um espaço para ser armazenado, esse espaço que os cabeçalhos utilizam não tem importância para o usuáio final, eles são chamados de overhead.

47 Abaixo segue uma lista de quantos bytes cada cabeçalho ocupa: L2: Ethernet: 18 Bytes Frame Relay: 4 6 Bytes PPP: 6 Bytes L3 + L4: IP: 20 Bytes UDP: 8 Bytes RTP:12 Byte Bonus Overhead (Tunel): GRE: 24 Bytes MPLS: 4 Bytes IPSec: Bytes

48 Conta Final (mais uma fórmula): Banda total = Tamanho do pacote * pacotes por segundo Tamanho do Pacote: é o valor dado ou obtido na primeira fórmula, mais a soma dos cabeçalhos gastos nas camadas 2, 3 e 4. Pacotes por segundo: quantos pacotes eu envio em um segundo (1seg = 1000ms = 1000/tamanho da amostra em ms)

49 B Quero colocar 20ms de áudio em cada pacote, mas 20ms ocupa quantos bytes? BPP = (0.02 * 64000) / 8 BPP = 1280 / 8 BPP = 160Bytes Estou utilizando ethernet como camada 2. Camada 3 e 4 sempre vai ser IP + UDP + RTP = 218Bytes Banda total = Tamanho do pacote * pacotes por segundo Banda Total = 218 * (1/0,02) Banta Total = 218 * 50 Banda Total = Bytes por segundo (mas banda é medida em bits, não em bytes...) Banda Total = * 8 = 87200bps ou 87,2Kbps Fim...

50 Outras Fórmulas: Overhead protocol em %: Protocol Overhead = (Tamanho total do frame - Payload)/Tamanho total do frame Eficiência do Protocolo = Payload/Tamanho total do frame

51 Exercícios: 1) Qual é a taxa de operação de um canal de VoIP com um codificador G.711 sobre PPP, utilizando 160 bytes de payload? 2) Qual é a taxa de operação de um canal de VoIP com um codificador G.711 sobre ETHERNET, utilizando 200 bytes de payload? 3) Qual é a taxa de operação de um canal de VoIP com um codificador G.729 sobre ETHERNET, utilizando 200 bytes de payload? 4) Refaça os cálculos acima utilizando crtp.

52 Compress RTP - crtp Há recursos para reduzir o tamanho dos headers RTP, UDP e IP. A técnica crtp (compressão de RTP), que inclui a compressão dos headers UDP e IP, pode reduzir o tamanho dos headers de 40 bytes para 2 bytes.

53 Exercícios: 1) Qual é a taxa de operação de um canal de VoIP com um codificador G.711 sobre PPP, com os pacotes sendo gerados a cada 30ms? 2) Qual é a taxa de operação de um canal de VoIP com um codificador G.711 sobre ETHERNET com os pacotes sendo gerados a cada 20ms? 3) Qual é a taxa de operação de um canal de VoIP com um codificador G.729 sobre ETHERNET com os pacotes sendo gerados a cada 20ms? 4) Na situação da questão anterior, o que é mais eficiente em termos de relação header/payload, pacotes gerados a 20ms ou a 30ms? 5)Na mesma situação da primeira questão, qual é a desvantagem de se usar pacotes sendo gerados a cada 30ms?

54 Voice Active Detection (VAD): Supress Silence in the conversationd Média de economia de 35% de banda

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