Universidade da Beira Interior Departamento de Informática Unidades Curriculares Serviços de Voz sobre IP Licenciatura em Tecnologias e Sistemas de Informação
Cap. 5 - Sumário ü Introdução ü Protocolo H.323 ü Session Initiation Protocol (SIP)
Introdução A Internet é uma rede em que cada vez mais se procura uma integração de serviços. A Internet utiliza a arquitectura TCP/IP. Disponibilizando um serviço sobre o protocolo IP, temos acesso ao mercado global. Deste modo, o serviço de voz também se apresenta como um serviço de enorme potencial para a Internet. É expectável que possa vir a substituir, em grande medida, o serviço de voz convencional.
Introdução O desafio associado a esta transição prende-se com a necessidade da existência de garantias a vários níveis, nomeadamente, em termos de operacionalidade, segurança, etc. Assim, o serviço de voz sobre IP (VoIP), apresenta-se como um serviço apetecível para o cliente: redução de custos facilidade de administração
Introdução Para o operador (enquanto fornecedor) que disponibiliza este serviço, também é apetecível pois dispõe de um mercado completamente aberto à escala global. O serviço de VoIP também é conhecido por telefonia IP, telefonia via Internet ou telefone digital.
Introdução Que tipo de protocolos são necessários: Sinalização Protocolo para estabelecer a presença, localizar utilizadores, e estabelecer, alterar e desligar sessões. Media Protocolos de transporte para transmissão de áudio/vídeo em pacotes. Protocolos de suporte: localização de Gateways, IP, tradução de endereços, Qualidade de Serviço, etc.
Introdução Alguns protocolos que temos ao dispor: Sinalização H.323 (ITU-T) e SIP (IETF). Media RTP (IETF, adoptado pela ITU-T). Transporte TCP, UDP e o Stream Control Transmission Protocol (RFC 2960) Protocolos de suporte: DNS, TRIP (telephony routing over IP), RSVP (resource reservation setup protocol), COPS (common open policy service, para QoS) e Diameter (para autenticação, accounting e autorização)
Introdução A maioria das soluções de VoIP usam os protocolos de sinalização: H.323 (definido pela ITU-T) Session Initiation Protocol (SIP), definido pela IETF (mais recente que o H.323 e em franco crescimento)
Introdução Outros protocolos são: Megaco (Media Gateway Controller), definido pelo RFC 2535, fruto de um trabalho conjunto entre a IETF e a ITU. Megaco é o nome utilizado pela IETF e H.248 é o nome utilizado pela ITU. Skinny Client Control Protocol Protocolo proprietário da Cisco MiNET - Protocolo proprietário da Mitel CorNet-IP - Protocolo proprietário da Siemens
Introdução Outros protocolos são: IAX Protocolo Inter-Asterisk exchange usado pelo servidor PBX (open source) Asterisk, e pelo respectivo cliente Skype Protocolo proprietário Peer-to-Peer usado pelo Skype Jajah - Protocolo proprietário Peer-to-Peer usado pelo Jajah, que é compatível com o SIP e IAX.
VoIP uma Solução Típica Fonte: Wikipedia
Cap. 5 - Sumário ü Introdução ü Protocolo H.323 ü Session Initiation Protocol (SIP)
H.323 - Introdução O protocolo H.323 é um protocolo standard para comunicações multimédia em redes comutadas de pacotes (não apenas em redes IP). O H.323 é uma espécie de chapéu de chuva que inclui os protocolos estandardizados H.323, H.225.0, H.245, a série H.450, e a série H.460. Geralmente, referimo-nos apenas ao protocolo H.323 Por exemplo, o protocolo H.460.2 é utilizado em sistemas de videoconferência profissionais
H.323 - Introdução O âmbito do protocolo H.323 abrange: Voz em tempo real; Vídeo; Comunicações de dados em redes de pacotes. A primeira versão draft do H.323 foi lançada em Fevereiro de 1996 H.323 foi o primeiro protocolo estandardizado de VoIP Actualmente a ITU-T trabalha no H.323v6
H.323 Elementos de um sistema H.323: Terminais Multipoint Control Units (MCUs) Gateways Gatekeeper Border Elements Referred to as endpoints Terminais: Telefones Videotelefones Dispositivos IVR (sistemas Interactive Voice Response) Sistemas de Voicemail Soft phones (ex.: NetMeeting )
H.323 - MCUs Multipoint Control Units (MCUs) São responsáveis pela gestão de sessões/conferências multiponto O MCU contém um controlador multiponto que gere a sinalização das chamadas e, opcionalmente, pode ter processadores multiponto para gerir vários tipos de media, comutação e outros processamentos
H.323 - Gateway A Gateway é composta por um Media Gateway Controller (MGC) e uma Media Gateway (MG), que podem existir ou coexistir separadamente. O MGC gere a sinalização das chamadas e outras funções não relacionadas com os media. O MG gere os próprios media. A interface da Gateway H.323 com outras redes inclui a rede telefónica pública, os sistemas H.320,e outras redes H.323 (como proxy).
H.323 - Gatekeeper O Gatekeeper é um componente opcional de um sistema H.323, sendo usado inicialmente para controlo de admissão e resolução dos endereços. O Gatekeeper permite chamadas directamente entre pontos terminais ou pode encaminhar o sinal de chamada através dele próprio para desempenhar funções como follow-me/find-me e reencaminhar quando ocupado.
H.323 Border elements e Peer Elements Os Peer Elements, que muitas vezes são colocados com um Gatekeeper, trocam informação de endereçamento e participam na autorização da chamada dentro e entre domínios Os Peer Elements podem agregar informação de endereçamento por forma a reduzir a informação de routing passada através da rede
H.323 Border elements e Peer Elements Os Border Elements são um tipo especial de Peer Element que existe entre dois domínios Os Border Elements também podem auxiliar directamente na autorização/ autenticação da chamada entre dois domínios
H.323 - Protocolos O H.323 é um documento de referência que descreve o modo como as várias peças do sistema trabalham em conjunto. O H.225.0 define a sinalização de chamada entre pontos teerminais e o Gatekeeper. O RTP/RTCP (Real-Time Protocol/ Real-Time Control Protocol) (RFC 3550) é o protocolo usado para transmitir medias, tais como vídeo e vídeo sobre IP. O H.225.0 Anexo G e o H.501 definem os procedimentos e protocolos para comunicação dentro e entre os Peer Elements. O H.245 é o protocolo usado para controlar o estabelecimento e encerramento dos canais dos media dentro do contexto de uma chamada e gerir o controlo da conferência.
H.323 - Protocolos O H.450.x é uma série de protocolos de serviços complementares. O H.460.x tem uma série de extensões (independentemente da versão) para o protocolo H. 323 base. T.120 especifica como fazer data conferencing T.38 define como retransmitir sinais de FAX. V.150.1 define como retransmitir sinais de modem. H.235 define a segurança dentro dos sistemas H.323 X.680 define a sintaxe ASN.1 (Abstract Syntax Notation One). X.691 define as Packed Encoding Rules (PER) usadas para codificar mensagens para transmissão na rede.
H.323 - Registration, Admission, and Status RAS Definido no protocolo H.225.0. Permite que um ponto terminal possa pedir autorização para efectuar ou aceitar uma chamada. Permite que um Gatekeeper controle o acesso de e para dispositivos que estão sob seu controlo. Permite que um Gatekeeper comunique o endereço de outros pontos terminais. Permite que dois Gatekeepers possam facilmente trocar informação de endereçamento.
H.323 Sinalização de chamada c/ H.225.5 Permite que um ponto terminal inicialize e termine uma chamada com outro ponto terminal GW Setup Alerting Connect (chamada está estabelecida) GW H.245 Sinalização pode ocorrer noutro lugar qualquer Release Complete (chamada está terminada)
H.323 Sinalização H.245 O H.245 é usado para negociar capacidades e controlar aspectos da conferência entre dois ou mais pontos terminais GW TCS + MSD TCS + TCS Ack + MSD Ack TCS Ack + MSD Ack + OLC OLC Ack + OLC OLC Ack GW Abre um canal em cada direcção
H.323 Ligação rápida e H.245 Algumas chamadas H.323 não utilizam grande parte das capacidades oferecidas pelo H.245 e apenas usam os procedimentos Fast Connect dos canais de dados (media) Deste modo, uma chamada pode ser estabelecida com apenas duas mensagens (Setup / Connect) GW Setup Connect GW
H.323 Pilha Protocolar Aplicações H.323 RAS H.245 Sinalização de chamada H.225.0 RTP / RTCP Rede de Pacotes
H.323 Resolução dos Endereços Uma Gatekeeper pode resolver os endereços de várias formas Enviando uma mensagem Location Request (LRQ) para outra Gatekeeper Acedendo a um Peer Element Acedendo a uma base de dados back-end (e.g., LDAP) Os Gatekeepers e os Peer Elements podem efectuar queries a outros Gatekeepers e outros Peer Elements e podem trocar informações de endereçamento fora do contexto de uma chamada. Desde que um Gatekeeper não seja requisitado, os pontos terminais podem resolver os endereços eles próprios usando, por exemplo, o DNS, o LDAP ou outro phonebook local que contenha endereços IP estáticos.
H.323 Características principais Videoconferência avançada (ex.: MCUs em cascata, controlo do MCU sobre audio e video). Serviços complementares (ex.: transferência de chamadas, chamada em espera, etc. e controlo baseado em HTTP - H.323 Anexo K). Routing e Re-routing dinâmico (ex.: o Gatekeeper pode fornecer caminhos alternativos para o destino e o protocolo H.460.8 permite que um ponto terminal possa efectuar uma query ao Getekeeper para buscar um caminho alternativo quando o inicial está indisponível).
H.323 Características principais Endereçamento (ex.: suporta URLs, incluindo URLs h323 e URLs tel ; números e chamadas para telefones normais). Qualidade de Serviço (QoS) (ex.: o protocolo H.460.9 permite que um ponto terminal possa enviar informação de QoS ao Gatekeeper; os dispositivos podem utilizar os standards da IETF para fornecer QoS). Outras capacidades: Diagnóstico do dispositivo (utilizando test calls ou media loops para medir o atraso e perda de pacotes) Serviços de emergência (os dispositivos podem indicar a prioridade de uma chamada) Apoio ao utilizador, ao terminal e serviço de mobilidade (H.510)
H.323 Características principais Escalável (permite a ligação entre pontos terminais sem necessidade de uma entidade intermédia para manter a ligação). Decomposição de Gateways (O H.248.1 define como decompor uma Gateway H.323 em uma Media Gateway Controller, e uma ou mais Media Gateways). Robustez (permite Gatekeepers alternativos). Flexibilidade (Suporta: VoIP, videoconferência, T.120 troca de dados, comunicação em tempo real em modo texto e retransmissão de sinais FAX e Modem - T.38 e V. 150.1). Multimedia ( H.323 is multimedia over IP )
H.323 Mailing Lists H.323 Announcement List - Para subscrever: h323-announce-join@lists.packetizer.com H.323 Implementors List - Para subscrever: join-imitch323implementors@mail.imtc.org ITU SG16 WP2 Mailing List - Para subscrever: majordomo@cisco.com No corpo da msg, escrever: subscribe itu-sg16 H.323 Forum - Para subscrever, visitar: http://www.h323forum.org/mailing-lists/
Cap. 5 - Sumário ü Introdução ü Protocolo H.323 ü Session Initiation Protocol (SIP)
SIP O SIP é um protocolo em modo texto semelhante ao HTTP ou ao SMTP. Permite o estabelecimento de uma ligação interactiva (uma sessão), em tempo real, entre utilizadores, em redes IP. Esta ligação pode incluir voz, vídeo, chat, jogos interactivos e realidade virtual. O SIP surgiu em 1995, no IETF mmusic Workgroup, sendo publicado o 1º Draft em 1996. O SIP é um protocolo standard da IETF.
SIP O SIP é menos complexo que o H.323. O SIP é um protocolo de sinalização de sessão extremo a extremo baseado no modelo Cliente-Servidor. O SIP não está limitado à telefonia via Internet, permitindo estabelecer a presença do utilizador. É um protocolo apropriado para: Sistemas distribuídos de realidade virtual; Jogos em rede; Videoconferência; etc.
SIP A negociação das capacidades é efectuada pelo protocolo SDP (Session Description Protocol) O protocolo SDP foi desenvolvido para descrever sessões de áudio, vídeo e multimedia (qualquer tipo de MIME - Multipurpose Internet Mail Extension pode ser descrita de forma semelhante à facilidade do e-mail suportar todos os tipos de anexos em mensagens). A descrição da sessão pode ser usada para negociar a aceitação de um conjunto de tipos de medias compatíveis.
SIP O SIP utiliza mensagens, sendo o seu tamanho maior que as do H.323. A Microsoft desinvestiu no H.323 (do NetMeeting) e apenas se dedica ao SIP (incluído no Messenger). A especificação mais recente do SIP está no RFC 3261.
SIP Terminais Aplicações/terminais para o utilizador: User agent cliente (para efectuar chamadas); User agent Servidor (para receber as chamadas de entrada); Equipamentos (hardware) e software disponível.
SIP - Componentes O SIP define e utiliza os seguintes componentes: UAC (User agent client) cliente no terminal que inicializa a sinalização SIP. UAS (User agent server) servidor no terminal que responde à sinalização SIP que vem do UAC. UA (User Agent) Terminais de rede SIP (telefones SIP ou gateways para outras redes), contém UAC e UAS. Proxy server recebe pedidos de ligação de um UA e transfere-o para outro servidor proxy caso uma estação em particular não esteja na sua área de administração.
SIP - Componentes O SIP define e utiliza os seguintes componentes: Redirect server recebe pedidos de ligação e responde ao autor do pedido, incluindo os dados de destino. Location Server recebe os pedidos de registo do UA e actualiza a base de dados de terminais com eles. As sessões dos servidores (proxy, redirect e location servers) estão geralmente localizadas na mesma máquina que é o Proxy Server, que é responsável pela manutenção da base de dados dos clientes e pelo estabelecimento, manutenção e terminação das ligações.
Mensagens SIP Mensagens mais importantes trocadas no ambiente SIP (RFC 2543): INVITE pedido para o estabelecimento de uma ligação ACK acknowledgement do INVITE por parte do destinatário final da mensagem BYE terminação da ligação CANCEL terminação de uma ligação não estabelecida REGISTER registo do UA no proxy SIP OPTIONS inquirição das opções do servidor
Extensões às Mensagens SIP Extensões às mensagens SIP: INFO permitir o carregamento da informação relacionada com o controlo da sessão (RFC 2976) Ex. Mensagens de sinalização RDIS usadas para controlar a chamada de serviços telefónicos COMET usado para confirmar a conclusão de todas as pré-condições por parte do originador da sessão (draft-ietf-sip-manfolks-resource) PRACK Provisional Response ACKnowledgement - resposta afirmativa provisional (draft-ietf-sip-100rel) SUBSCRIBE/NOTIFY/MESSAGE mensagem instantânea (draft-rosemberg-impp-*)
SIP - Respostas As respostas às mensagens SIP são em formato digital, semelhantes às do protocolo HTTP. As mais importantes são as seguintes: 1XX mensagens informativas (100 trying, 180 ringing, 183 progress) 2XX pedido satisfeito com successo (200 OK) 3XX reencaminhamento de chamada, o pedido deve ser dirigido para outro lado (302 temporarily moved, 305 use proxy) 4XX erro (403 forbidden - proibido) 5XX erro no servidor (500 Server Internal Error, 501 not implemented) 6XX falha global (606 Not Acceptable)
Estrutura da Mensagem SIP Request Method INVITE SIP: userb@there.com SIP/2.0 Campos do Cabeçalho da Mensagem: Via: SIP/2.0/UDP here.com:5060 From: BigGuy<sip:UserA@here.com> To: LittleGuy<sip:UserB@there.com> Call-ID: 12345600@here.com Cseq: 1 INVITE Subject: Happy Christmas Contact: BigGuy<sip:UserA@here.com> Content-Type: Application/SDP Content-Length: 147 SIP/2.0 200 OK Response Status Campos do Cabeçalho da Mensagem: Via: SIP/2.0/UDP here.com:5060 From: BigGuy<sip:UserA@here.com> To: LittleGuy<sip:UserB@there.com>;tag65a35 Call-ID: 12345600@here.com Cseq: 1 INVITE Subject: Happy Christmas Contact: BigGuy<sip:UserA@here.com> Content-Type: Application/SDP Content-Length: 134 v=0 o=usera 28908442556 2890844526 IN IPv4 here.com s=session SDP c=in IPv4 193.136.45.21 t=0 0 m=audio 49172 RTP/AVP 0 a=rtpmap:0 PCMU/8000 Payload Recebe RTP G.711 - Áudio codificado no 193.136.45.21:49172 v=0 o=userb 2890844527 2890844527 IN IPv4 there.com s=session SDP c=in IPv4 193.136.68.70 t=0 0 m=audio 3456 RTP/AVP 0 a=rtpmap:0 PCMU/8000
Session Description Protocol (SDP) O SDP fornece informação suficiente para permitir uma sessão multimédia. O SDP inclui descrição do: Media utilizado (Codec, taxa de amostragem); Media de destino (Endereço IP e nº do porto); Nome da sessão e propósito; Tempo desde que a sessão está activa; Informação de contacto. Nota: O SDP, mais que um protocolo, é uma forma de formatação de dados.
Campos do Cabeçalho da Mensagem From: Criador da mensagem To: Receptor final Contact: Aparece nos pedidos de INVITE, OPTIONS, ACK ou REGISTER e nas respostas. Indica o endereço directo da resposta para as transações subsequentes que são enviadas. Um UA (user agent) pode enviar subsequentemente BYE ou ACK para o Contact: endereço; Inclui redireccionamento do endereço em respostas 3xx ou 485; Inclui informação adicional de erro nas respostas 4xx, 5xx ou 6xx; Pode incluir pesos de referência; Inclui a localização actual nos pedidos REGISTER; Em múltiplos contactos: os campos do cabeçalho podem ser incluídos.
Endereços SIP O SIP fornece um endereço único. Exemplos de endereços SIP: sip:teste@iptel.org sip:voicemail@iptel.org?subject=callme sip:sales@hotel.ab;geo.position:=48.54_-123.84_120 O endereço deve incluir o nome da máquina, pode incluir o nome do utilizador, o porto da máquina, parâmetros (ex.:transportes), etc. O endereço SIP pode ser embebido em páginas web, assinaturas email, impresso no cartão de visita, etc. Também podem ser usados endereços não SIP (ex.: http:, mailto:, etc.)
Servidores Públicos SIP http://www.hotfoon.com (sip:hotfoon.com) http://www.iptel.org/user (sip:your.name@iptel.org) http://www.lucent.com (sip:www-db.research.bell-labs.com) http://www.coe.psu.ac.th (sip:cnrsipserver.coe.psu.ac.tw) http://www.ikn.tuwien.ac.at (sip:kalipso. ikn.tuwien.ac.at) http://www.zdots.com (sip:zdots.com) http://sipfx.com (sip:sipfx.com) http://www.sipcenter.com (sip:sipcenter.com) http://www.siphappens.com (sip:siphappens.com) http://sipaccount.mci.com (sip:sipaccount.mci.com)
Comunicações Multimedia baseadas em IP O SIP estabelece, principalmente, os endereços IP e os portos para que os pontos terminais possam enviar e receber dados. O SIP não transporta dados e não está dependente do tipo de compressão utilizado. Provavelmente, os pacotes de dados não seguem o mesmo caminho que os pacotes SIP.
Comunicações Multimedia baseadas em IP As fontes de áudio/vídeo são digitalizadas, comprimidas e enviadas em pacotes UDP. Os algoritmos de compressão utilizam as limitações dos ouvidos/olhos humanos para reduzir a largura de banda. Reduz-se a largura de banda áudio usando a supressão do silêncio. Reduz-se a largura de banda vídeo usando a detecção do movimento.
Protocolo RTP Real Time Transport Protocol O protocolo RTP foi estandardizado pela IETF e também é usado pela ITU-T Este protocolo foi desenhado para ser escalável, flexível e existe separação entre os mecanismos de dados e controlo
Funções do Protocolo RTP O protocolo RTP Fornece informação acerca do(e/a): Tipo de conteúdo do media Fluídos/jorros de conversa Identificação de quem enviou Sincronização Detecção de perdas Segmentação e re-assemblagem Segurança (encriptação)
SIP Mailing Lists SIP - Para subscrever: sip-request@ietf.org sipping - Para subscrever: sip-request@ietf.org simple - Para subscrever: simple-request@ietf.org SIP implementations - Para subscrever: sip-implementations-request@cs.columbia.edu
Algumas referências Internet http://www.ietf.org/html.charters/sip-charter.html http://www.softarmor.com/sipwg/ http://en.wikipedia.org/wiki/voip http://www.sipforum.org SIP Information Site (http://www.packetizer.com/voip/sip/) Tech-invite SIP Technical Portal (http://www.tech-invite.com/) SIP - Columbia University (http://www.cs.columbia.edu/sip/) Session Initiation Protocol (SIP) Working Group Supplemental Home Page (http://www.softarmor.com/sipwg/) JAIN(tm) SIP API (http://jcp.org/jsr/detail/32.jsp) Unicoi Systems - SIP Stack (http://www.unicoi.com/fusion_net/ fusion_sip.htm) Tekea - SIP ENUM Directory Services (http://www.tekea.com/ frames.php?session_id=21694006748634) SIP Foundry (http://www.sipfoundry.org/)