Telefonia IP na Rede Acadêmica
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- Maria do Pilar Espírito Santo Casado
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1 Telefonia IP na Rede Acadêmica Paulo Aguiar GT-VOIP/RNP Bennett GT-VOIP 1
2 Roteiro Conceitos de Telefonia Retrospectiva de P&D em VOIP no âmbito da UFRJ Grupos de Trabalho da RNP GT-VOIP Motivação e objetivos Atividades em curso Resultados esperados Novas metas GT-VOIP Avançado Bennett GT-VOIP 2
3 Telefonia Tradicional * 8 # assinante voz analógica sobre par trançado rede de telefonia tradicional PBX Conversão analógica-digital nas centrais (PCM G.711) Coleta amostras de voz (1 byte) a cada 125 µs (freqüência de 8 khz) 8 khz x 8 bits = 64 kbps Dentro da rede de telefonia tradicional, a voz trafega em um circuito digital dedicado Comutação por circuito Banda alocada completamente para a sessão de voz Sinal digital é convertido novamente em analógico para ser enviado ao assinante PBX voz analógica sobre par trançado * 8 # assinante Bennett GT-VOIP 3
4 Telefonia IP * 8 # telefone IP rede local voz pacotizada roteador lnternet Amostras de voz são acumuladas em pacotes IP e enviadas pela Internet Pode ser enviada sem compressão, resultando em taxa de voz de 64 kbps Pode ser comprimida, resultando em taxas de voz até 6,4 kbps Intervalos de silêncio podem ser suprimidos, economizando banda adicionalmente Problemas Atrasos, variação de atraso (jitter) e perdas de pacotes comprometem a qualidade da conversa rede local * 8 # roteador voz pacotizada telefone IP Bennett GT-VOIP 4
5 Chamada IP Dividida em etapas Localização do usuário Descobrir o IP destino com base no número telefônico ou alias Negociação dos parâmetros para a chamada Algoritmo de codificação Estabelecimento dos canais para a mídia de voz Usa protocolo RTP/RTCP sobre UDP Protocolos VOIP: H.323 e SIP Bennett GT-VOIP 5
6 P&D em VOIP na UFRJ Retrospectiva 1999 Interconexão de PBXs via rede ATM 2000 Telefonia sobre ATM (em rede local) 2001 Gateway H.323/SIP, WEB to dial (SIP), serviços suplementares no GK com uso de linguagem CPL 2002/2003 GT-VOIP Bennett GT-VOIP 6
7 Interconexão de PBXs via rede ATM (1999) Viabilizar a interligação de PBXs entre o Fundão e o campus da Praia Vermelha, através da Rede Rio (backbone ATM) Questões tecnológicas Sincronização, interoperabilidade, sinalização R2, metodologia de testes e configuração de PBX Linha Analógica Telefone #9980 Linha Analógica E1 (G.703) Switch ATM FORE ASX E1 (G.703) Fibra Ótica OC-3 Loop PVC Telefone #9981 Central Telefônica (PBX) - NEAX 2400 da NEC E1 (G.703) 3Com AccessBuilder 9600 Switch 3Com CoreBuilder Bennett GT-VOIP 7
8 Voz sobre ATM (2000) Teste de facilidades Telefone Telefone Telefone Telefone PhoneHUB - VBX PB1200 E1 estruturado com sinalização R2 PABX NCE NEAX Placa E1 Rede Telefônica Convencional COHub - VBX CH2410 Conexão da Rede Telefônica via Telemar fibra ótica - oc3 fibra ótica - oc3 Telefone Switch ATM FORE ASX-1000 fibra ótica - oc3 Telefone fibra ótica - oc3 Servidor Sphericall (Servidor NT 4.0) Cliente Sphericall Servidor Exchange (Servidor NT 4.0) Ambiente Marconi de Telefonia ATM Transferência e encaminhamento de chamada Auto-atendimento Multiconferência Voice mail Análise e avaliação de desempenho Aderência a padrões Bennett GT-VOIP 8
9 Gateway H.323/SIP (2001) Características Estrutura modular, envolvendo módulo SIP (v2) e módulo H.323 (v1) Testado com NetMeeting, IPTele, OpenPhone e Ubiquity SIP Client Razões principais do projeto Domínio tecnológico e aprofundamento do conhecimento da sinalização VOIP Trabalhar com software aberto Passo inicial para implantação de ambiente VOIP heterogêneo Bennett GT-VOIP 9
10 Grupos de Trabalho da RNP Criados com o objetivo de prospecção tecnológica visando o incentivo a novos serviços no backbone da RNP Grupos aprovados em 2002 GT-VOIP (até out/2003) GT-Vídeo GT-Diretórios GT-Medições GT-QoS Bennett GT-VOIP 10
11 GT-VOIP Objetivo Implantar piloto de telefonia IP na RNP2 Contribuir decisivamente para capacitação em VOIP em várias instituições Interação entre as áreas de redes e telefonia Promover o suporte a tráfego real na RNP Explorar QoS e engenharia de tráfego Estratégia Focar na implantação do piloto Usar Lab VOIP/UFRJ para apoio técnico Criar uma comunidade técnica participativa Bennett GT-VOIP 11
12 Piloto: Arquitetura H.323 Cenário - 1 PBX PBX Gateway Gateway Cisco ATA Cenário - 2 Cenário - 3 Cisco ATA Radius Local Gatekeeper Local Radius Local R N P 2 Estação de Gerência Gatekeeper Diretório (DG K) VOIP WG Internet 2 Radius Secundário Cisco ATA Bennett GT-VOIP 12
13 Elementos Gateway (Cisco) Conexão a ramais analógicos ou troncos digitais Sinalização R2, ISDN ou QSIG Utilização de IVR (Interactive Voice Response) Directory GK (Cisco) Interação entre GKs e com Internet2 Gatekeeper (GnuGK) Usado para registro e localização de usuários (PBXs ou telefones virtuais) Roda em Linux, FreeBSD ou W2000 Servidor Radius e banco SQL Coleta de estatísticas Bennett GT-VOIP 13
14 Software Função Produto Recomendado Origem Gatekeeper GnuGK Ver capítulo 2 e documento com Gateway de voz requisitos para aquisição de 7.pdf gateways de voz especificado pelo GT-VOIP Servidor Radius FreeRadius Banco de Dados MySQL Cliente H.323 Microsoft Netmeeting Cliente H.323 OpenPhone V Referência Relatório Gt-VOIP P5.1 Projeto-Piloto VOIP: requisitos de produção Arquitetura, requisitos de hardware/software, protocolos, estrutura de gerência, descrição de testes Bennett GT-VOIP 14
15 Gatekeeper Zona administrativa DGK Zona administrativa Gateway GK GK Gateway Terminal H.323 Terminal H.323 Terminal H.323 Gateway Gateway Terminal H.323 Bennett GT-VOIP 15
16 Projeto-Piloto Plano de Numeração Internet2 DGK * DGK Brasil * GK MEC GK UFRJ Bennett GT-VOIP 16
17 DGK Internet2 I2 GATEKEEPER CONFIGURATION (gk01.internet2.edu) Updated 06 December 2002 gatekeeper zone local IUGK iu.edu ! Indiana University zone local PSUGK psu.edu! Penn State University zone local UVIRGINIAGK virginia.edu! University of Virginia zone local NWUGK nwu.edu! Northwestern University zone local UWISCGK wisc.edu! University of Wisconsin, Madison zone local UWASHINGTONGK washington.edu! University of Washington zone local IHETSGK ihets.org! Indiana Higher Education Telecommunication System zone remote AARNet edu.au ! Australian Academic and Research Network zone remote UIUCGK uiuc.edu ! University of Illinois at Urbana-Champaign zone remote UFRJGK ufrj.br ! Universidade Federal do Rio de Janeiro Universidade do Brasil zone remote UFLGK ufl.edu ! University of Florida zone remote CESNETGK cesnet.cz ! Czech National Research & Education Network zone remote UCGK uc.edu ! University of Cincinnati zone remote TAMUI2 tamu.edu ! Texas A&M University zone remote UNAMGK unam.mx ! Universidad Nacional Autónoma de México zone remote SURFNET surfnet.nl ! SURFNET (Netherlands) zone remote CSUGK colostate.edu ! Colorado State University zone remote ITESMGK qro.itesm.mx ! Tecnologico De Monterrey Bennett GT-VOIP 17
18 Projeto-Piloto Plano de Numeração * GK UFRJ (Registrados GK) 0... (Registrados no GK) * *... (ramal) Rede UFRJ PBX peixoto cesar Bennett GT-VOIP 18
19 Estado atual do Piloto Participam 14 instituições Com gateways em aquisição pela RNP MEC, CNPq INPA UFRJ, UFSC, UFC RNP-DF, RNP-Campinas, RNP-RJ Com gateways próprios USP, UFPE, UFAM, UFF, IME GKs, Radius e telefones virtuais em instalação, enquanto gateways não chegam Bennett GT-VOIP 19
20 IVR Interactive Voice Response Coleta dígitos DTMF em resposta a mensagens pré-gravadas Roda no gateway ou externamente Desenvolvido IVR externo que pode interagir com gateway via facilidades H.225 ou serviços suplementares H.450 Bennett GT-VOIP 20
21 Papel do IVR Permite que o serviço VOIP seja acessado de forma explícita Essencial para evitar necessidade de reprogramação de PBX nas instituições Número chave no PBX direcionado para o gateway Discando para o gateway na UFRJ Bennett GT-VOIP 21
22 Ao Vivo Acessaremos informação dos usuários registrados nos GKs Discaremos para conexão ao serviço # virtual local: 0 <número> # virtual remoto: 0 <área> <número> # PBX remoto: <área> <número> Internacional: 00 <país> <área> <número> Importante RNP2 ainda sem QoS Bennett GT-VOIP 22
23 Descobrindo Usuários de Telefones Virtuais Bennett GT-VOIP 23
24 Descobrindo Usuários de Telefones Virtuais Bennett GT-VOIP 24
25 Descobrindo Usuários de Telefones Virtuais Bennett GT-VOIP 25
26 Demo durante WRNP e SBRC (maio/03) Instalamos gateway e GK no hotel Pirâmide em Natal, local do evento Gateway conectado a portas FXO e usando ramais internos do hotel Através do gateway na UFRJ, permitimos ligações locais para o Rio Incentivar demanda para coleta experimental de estatísticas (perda, RTT) Bennett GT-VOIP 26
27 Demo VOIP no WRNP/SBRC 2003 Hotel UFRJ PBX PSTN PBX Cisco 2611 Cisco 4224 IVR Gateway RNP2 Gateway IVR GK Bennett GT-VOIP 27
28 Complexidade do Demo Bennett GT-VOIP 28
29 Problemática VoIP Qualidade da voz impactada por perda, atraso e variação de atraso (jitter) Perda (ideal < 1%) Atraso Para conversa interativa, atraso máximo fim-a-fim deve ser inferior a 150 ms (ITU-T) Valores de 200 ms ainda toleráveis na prática Contribuições Atrasos nos codificadores de voz 25 ms (G.729a), até 100 ms (G.723.1) Buffer de compensação de atraso (30 a 60 ms, configurável) Atrasos nas filas dos elementos de rede (variável) Atrasos de propagação no meio físico (10 ms/ 1000 km) Jitter Se for alto, pacote atrasado é considerado perdido Tráfego de voz deve ter tratamento prioritário sempre! Bennett GT-VOIP 29
30 Estatísticas Coletadas Número de ligações realizadas por hora SUN MON TUE WED THU FRI Total de 440 ligações 376 de Natal para o Rio, 52 do Rio para Natal, 2 para telefones virtuais, 10 para ramais internos do NCE Duração média de 179 segundos por ligação Bennett GT-VOIP 30
31 Estatísticas Coletadas Tráfego nos enlaces da RNP Bennett GT-VOIP 31
32 Estatísticas Coletadas Pacotes perdidos (%) média por hora Rio Natal SUN MON TUE WED THU FRI Natal Rio Bennett GT-VOIP 32
33 Estatísticas Coletadas RTT médio por chamada (ms) Rio Natal SUN MON TUE WED THU FRI Natal Rio Bennett GT-VOIP 33
34 Papel das Estatísticas Geração de alarmes automáticos, no início e término das chamadas Geração de relatórios Uso, características do serviço, matriz de tráfego, métricas de desempenho, etc Apoio ao planejamento de QoS e engenharia da rede Determinação de enlaces congestionados Indicação de comportamento falho no tratamento de QoS Evolução da demanda Bennett GT-VOIP 34
35 Metodologia de Medição Ativa Realizar ligações VOIP simuladas entre pontos e mapear a qualidade de serviço que será percebida pelos usuários. Bennett GT-VOIP 35
36 Arquivos de Logs Medidas Instantâneas Medidas Médias (RTCP) Traceroute e MRTG Buffer de Compensação de Jitter Bennett GT-VOIP 36
37 Visualização Ambiente em Javascript para selecionar o sentido do fluxo e o codificador; Agregação das Medidas por Dia com Valores Máx., Min., Média e Desvio Padrão; Possibilidade de Realizar zoom em uma medida específica; Criação automática dos gráficos usando scripts Perl com GD.pm e GDGraph.pm Bennett GT-VOIP 37
38 Visualização das Ligações Num Dia 13/11/02, entre Brasília e Rio RTT (Round Trip Time) Packet Loss Jitter Eixo X representa a hora da ligação Bennett GT-VOIP 38
39 Visualização De Uma Ligação Particular Bennett GT-VOIP 39
40 Pesquisa Por Variáveis de Interesse Bennett GT-VOIP 40
41 Avaliação de Qualidade de Voz Estudo e aprimoramento do E-Model [ITU-T G.107 e ETSI ETR250] Projetado para ser utilizado somente no planejamento de redes Não avalia a distribuição de perdas Não leva em consideração aspectos subjetivos da percepção humana, como a dependência temporal Não diferencia qualidade instantânea da rede de qualidade percebida pelo usuário Bennett GT-VOIP 41
42 Avaliação de Qualidade de Voz Aprimoramento e validação de propostas para extensão do E-Model Avaliação e determinação do grau de influência de cada fonte de degradação da voz Implementação de arquitetura para medição ativa e passiva Permitir análise comparativa de diferentes políticas de QoS Criação de ferramenta para avaliação de qualidade e voz em tempo real Cooperação com a empresa americana Telchemy ( pioneira no mercado Bennett GT-VOIP 42
43 Mean Opinion Score (MOS) Bennett GT-VOIP 43
44 Mean Opinion Score (MOS) Bennett GT-VOIP 44
45 Mean Opinion Score (MOS) Bennett GT-VOIP 45
46 Mean Opinion Score (MOS) Bennett GT-VOIP 46
47 Mean Opinion Score (MOS) Bennett GT-VOIP 47
48 Mean Opinion Score (MOS) Bennett GT-VOIP 48
49 Mean Opinion Score (MOS) Bennett GT-VOIP 49
50 Mean Opinion Score (MOS) Bennett GT-VOIP 50
51 Mean Opinion Score (MOS) Bennett GT-VOIP 51
52 Contabilização das Chamadas SNMP MIB IETF RFC 2128 Recomendação ITU-T H.341 MIBs privadas Radius Atributos definidos pelo IETF (RFCs 2138 e 2139) Atributos especificos dos fabricantes (VSAs) Bennett GT-VOIP 52
53 Autenticação e Segurança Segurança (ITU-T H.235) Autenticação Integridade Privacidade Servidor Radius AAA (Authentication, Authorization e Accounting) Bennett GT-VOIP 53
54 Convivência Firewall/NAT Características VOIP Uso dinâmicos de portas (UDP e TCP) Referência às portas nos campos de msgs de sinalização, causa problemas com firewalls e NAT Soluções Application Layer Gateways (ALGs) nos firewalls Proxies / Gatekeepers IETF Midcom Working Group Túneis / VPN No piloto, GK é configurado como PROXY de mídia, sinalização e NAT (se necessário) Recomendação é colocar GK em DMZ NAT deve ser tratado pelo GK e não pelo firewall Bennett GT-VOIP 54
55 GT-VOIP Avançado (out/03 a out/04) Focará em problemas relacionados com escalabilidade do serviço VOIP Controle de admissão de chamadas (CAC) Integração GK e DNS Suporte a SIP e integração H.323/SIP Explorar e consolidar soluções para firewall/nat Integração GK com LDAP, sofisticando os esquemas de autorização e autenticação Estudar uso de Diameter no lugar de Radius Bennett GT-VOIP 55
56 Opções para CAC Uso direto da sinalização H.323 Uso de Intserv (RSVP) Uso de Intserv e negociadores de políticas (Policy Broker ou PB) Com aderência aos padrões mais recentes do IETF (RFC e RFC-2750), denominado COPS (Common Open Policy Server) Uso de integrado de Diffserv, Intserv e negociadores de políticas, usando as recomendações da RFC Bennett GT-VOIP 56
57 Projetos Europeus Focando Escalabilidade COPS DRA (COPS Diffserv Resource Allocation) que é um projeto de pesquisa do consórcio CoRiTeL consortium ( e visa o desenvolvimento de servidor e clientes COPS CADENUS - Creation and Deployment of End-UserServices in Premium IP Networks ( TEQUILA (traffic engineering for quality for service in the internet, at large scale), que é parte do programa europeu de tecnologias da sociedade da informação IST (Information Society Technologies Programme) Outros projetos como Géant e Sequin Bennett GT-VOIP 57
58 Implementações de Policy Brokers Tampere University of Technology Implementação de negociador de banda (BB) baseado na IETF RFC 2638 ( ABB: Active Bandwidth Broker ( AQUILA - The Siemens Bandwidth Broker ( QoS2000-Stelzl.pdf) ENICOM's Bandwidth Broker ( BB/saint01-bb.pdf) On Scalable Network Resource Management Using Bandwidth Brokers - University of Minnesota ( Implementation of the Two Tier Differentiated Services Architecture UCLA ( Bennett GT-VOIP 58
59 Integração GK e DNS Elimina a figura do DGK Plano de numeração alterado para permitir incluir prefixo para certo GK Localização de usuários e telefones seria feita diretamente entre GKs via DNS Processo de localização via DNS torna-se semelhante à forma com que o SIP opera GK tem que suportar interação com DNS Referência ITU-T, Study Group 16, Document AVC-1161, Using DNS to find the Gatekeeper Bennett GT-VOIP 59
60 ENUM O grupo de trabalho ENUM da IETF ( cria um mapeamento de números telefônicos E.164 para serviços na Internet, baseando-se em uso de DNS sofisticado (RFC-2916) Nossa meta é aprofundar no estudo da arquitetura proposta, e verificar a possibilidade e impacto de migração do piloto no futuro para um ambiente misto de localização H.323 com ENUM Bennett GT-VOIP 60
61 Alternativa a Radius Radius (criado em 1995) não suporta mobilidade de forma eficiente e não foi desenhado para interagir com serviços QoS (RSVP, IntServ, DiffServ) Diameter (concebido em 1996) hoje provê AAA para usuários fora da base, além de suporte a VPN, VOIP, IP móvel e gerência de recursos ( ou negociadores de políticas) Nosso interesse é ter suporte ao tratamento de políticas sofisticadas de acesso ao serviço VOIP para clientes fora da base Bennett GT-VOIP 61
62 Documentação Site Documentos do projeto Referências para H.323 Relatórios diversos Estatísticas Registro de telefones virtuais Bennett GT-VOIP 62
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