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VoIP: Voz sobre o protocolo TCP/IP
Apresentação:Eng. Antonio Carlos Lemos Júnior
IntroduçãoDe Alexander Graham Bell à Telefonia IP
Alexander Graham Bell ao telefone no lançamento do serviço telefônico entre Nova York e Chicago em 1892. Foto: NASA
Introdução
Velda O'Donnell - Rossville's Telephone Operator - ca. 1960
28/01/1878 – Ativado o primeiro comutador comercial em New Heaven, Connecticut. Somente 10 anos
depois o mesmo ocorreu na New York Telephone Exchange
Telefonistas de Hazard,
Kentucky 1961
(June Patterson)
O que é VoIP
• VoIP = Voice over IP = “Voz Sobre IP” • Tecnologias que que permitem uso das
redes IP (Internet) para comunicações de voz
• Substitui ou complementa sistemas de telefonia convencionais
Vantagens
• Menor custo das chamadas
• Simplificação e consolidação da infra-estrutura de rede: aproveitamento de recursos existentes da rede IP já instalada
• Melhor aproveitamento da banda da rede (comutação de circuitos x comutação de pacotes)
Vantagens
• Mobilidade – Chamadas são roteadas automaticamente para seu telefone VoIP, quando conectado à Internet
• Aplicações avançadas – ex.: call center web e multimídia para comércio eletrônico
• Variedade de rotas das redes IP
• Possibilidade de rápido retorno do investimento
VoIP x Telefonia IP
• VoIP – Tecnologia para transformar voz em transmissão de pacotes IP em redes
• Telefonia IP – usa VoIP e fornece diversos serviços agregados
Telefonia IP
• Convergência de serviços de voz, dados, fax e vídeo
• Infra-estrutura para serviços complexos› Call center
Telefonia via Internet
• Internet› Chamadas não são cobradas pelo provedor› Qualidade das chamadas próximas das
convencionais, somente com custo de acesso à Internet.
• Corporativa› Qualidade idêntica à telefonia convencional
• Residencial› Similar à corporativa, com restrições de escala e
desempenho
VoIP
• Necessita de gateway com a rede STFC; • Peer-to-peer até o gateway;• Serviços pagos: SkypeOut, Net2Phone e outros;• O gateway faz sinalização e controle das chamadas.
Computador a telefone
convencional
• Peer-to-peer;• Serviços gratuitos: Skype, MSN, Yahoo Messenger, X-Lite e outros• Os PCs fazem a sinalização e controle das chamadas.
Computador a computador
Características Comunicação
Protocolos
• Sinalização de chamadas – protocolos para criação, alteração e encerramento de sessões com um ou mais participantes.
› H.248/MEGACO (Media Gateway Control)› H.323› IAX (IAX rev.2 = Asterisk VoIP PBX)
• Porta UDP/4569› Jingle› MGCP› SIP (RFC 3261, RFC 3329 e RFC3372)
• Baseado em texto (UTF-8)• Usa portas 5060/udp e 5060/tcp
Protocolos
Transporte de mídia• RTP - Real-time Transport Protocol• RTCP - Real-time Control Protocol
› Perda de pacotes› Variância (jitter)› Atraso (delay)› Metricas de Qualidade de Chamada› etc.
• RTCP XR - Real-time Control Protocol Extended Reports
• Chamadas SIP = RTP/RTCP
RTP – Real-time Transport Protocol
• Formato de pacote padrão para aplicações multimídia
• Uso de protocolo UDP
a) Localização do RTP no modelo TCP/IPb) Encapsulamento RTP
Codecs
• Convertem sinais de voz analógicos para uma versão codificada digitalmente.› qualidade do áudio› consumo de banda› processamento › etc.
• Cada serviço, telefone, gateway etc. suportam vários codecs e negociam qual vão usar em uma chamada.
• Ex.: o Cisco ATA-186 suporta G.723.1, G.711a, G.711u, G.729a e o Cisco 7960 suporta G.711a, G.711u, G.729a
• Alguns codecs requerem royalties
CodecsClient Supported Codecs
G.711, G.729iLBC, G.711, G.723.1, G.726, G.728, G.729iLBC, G.711, G.723.1, G.726, G.728, G.729GSM, G.711, G.722, G.723.1, G.726, G.728, G.729iLBC, G.711, G.723.1, G.726, G.728, G.729iLBC, G.711, G.723.1, G.726, G.728, G.729G.711, G.723.1, G.726, G.729G.711, G.723.1, G.726, G.729G.711, G.723.1, G.726, G.729G.711, G.729GSM, G.711, G.722, G.723.1, DVI4, SirenG.711, G.729G.711, G.729G.711, G.729G.711, G.729G.723.1G.711, G.723.1G.711, G.722, G.723.1, G.729G.711, G.723.1, G.726, G.729G.711, G.723.1, G.726, G.729G.711, G.723.1, G.726, G.729G.711, G.729G.711GSM, G.711, G.722, G.723.1, DVI4, SirenGSM, iLBC, G.711, SpeexGSM, iLBC, G.711, G.729, Speex
Cisco 7960Grandstream BudgeTone 101Grandstream BudgeTone 102Grandstream GXP2000Grandstream HandyTone 286Grandstream Handytone 486Leadtek 8051Linksys PAP2Linksys RT31P2Linksys WRT54GP2MS Office CommunicatorOcttel SPxxxx Series GatewaysPolycom SoundPoint IP300Polycom SoundPoint IP500Polycom SoundPoint IP600Siemens optiPoint 400 FamilySiemens optiPoint 410 FamilySiemens optiPoint 420 FamilySipura SPA-2000Sipura SPA-2100Sipura SPA-3000Sipura SPA-841sipXphoneWindows MessengerX-liteX-Pro
Codecs
BR = Bit rate
NEB = Nominal Ethernet Bandwidth (unidirecional)
CODEC BR NEB
G. 711 64 kbps 87.2 kbps
G. 729 8 kbps 31.2 kbps
G.723.1 6.4 kbps 21.9 kbps
G.723.1 5.3 kbps 20.8 kbps
G.726 32 kbps 55.2 kbps
G.726 24 kbps 47.2 kbps
G.728 16 kbps 31.5 kbps
iLBC 15 kbps 27.7 kbps
O que é necessário?
• Acesso banda larga (xDSL, Cable modem)• Switches e Hubs• Roteadores• Telefones IP
› ATAs (Analog Terminal Adapters)• Servidores• Softwares: relatórios, gerência, cobrança etc• Mão de obra especializada• Conhecer a regulamentação
Arquitetura VoIP
Arquitetura VoIP
Arquitetura VoIP
Hardware: Switches e Hubs
Hardware: Roteadores
• Roteadores
Hardware: Roteadores
• Roteador com módulo de interface VoIP
VIC: Voice Interface CardCada VIC fornece duas portas. É preciso uma porta VIC para cada conexão de voz.
Hardware: Interfaces
• Interface FXS› Conexão de terminais analógicos
• Interface FXO› Conexão a PBX e centrais telefônicas
convencionais
Hardware: Telefones IP
Hardware: Telefones IP
Hardware: Telefones IP
Fritz!
• MP3 Player, Wi-fi, VoIP, rádio pela Internet (stream), previsão do tempo, notícias e câmbio via RSS, notifica recebimentos de emails.
Hardware: Telefones IP
Thomson EV5203-C
• Roda Linux, dispensa microcomputador, pois é plugado diretamente no roteador banda larga
Hardware: Telefones IP
• Linksys WIP 300
Hardware: Analog Terminal Adapter - ATA
• Linksys PAP2
Hardware: Analog Terminal Adapter - ATA
ATA: Conecta telefones analógicos em rede
Hardware: Analog Terminal Adapter - ATA
Caller ID, bloqueio de chamadas, chamada em espera, suporta firewalls e faxes.
Hardware e Software: Gatekeepers
Software: Asterisk
• Asterisk – Software livre que implementa uma central telefônica (PBX) VoIP em um PC convencional.
• Suporta hardware especializadopara conectar o PC a linhas, centrais telefônicas e aparelhos telefônicos.
• Encaminha chamadas entre aparelhos conectados e deles para a rede pública de telefonia.
• Suporta correio de voz, conferências, URA, e distribuição automática de chamadas, música de espera.
Software: Trixbox
• Projeto derivado do Asterisk@Home• Linux• Asterisk • Interface de configuração via web• Várias ferramentas administrativas
Software: Disc-OS
• Projeto brasileiro apoiado pela intelbrás › www.disc-os.org
• Linux• Asterisk • Interface de configuração via web• Várias ferramentas administrativas• Suporta placas E1-MFC/R2
Software: Meucci
• Projeto brasileiro apoiado pela DigiVoice› http://www.digivoice.com.br/meucci/
• Linux• Asterisk • Interface de configuração via web• Várias ferramentas administrativas• Troncos analógicos e digitais E1• Correio de voz• Espera telefônica
Software: Softphones
• X-Lite• MSN Live Messenger• Yahoo Messenger• Netmeeting
Software: Softphones
• X-Lite
Software: Softphones
Software: Softphones
• Sysmaster.com VoIP SoftPhone
Software: Skype
• Software de comunicação por voz e vídeo baseado em P2P (peer-to-peer)
• SkypeIn e SkypeOut• Correio de voz, mensagens
instantâneas, redirecionamento de chamadas, conferências (até 4 participantes) e transferência de arquivos
• Suporte a NAT e firewalls• Código fonte e protocolo proprietários• Protocolo incompatível com SIP e
H.323• Disponível em várias plataformas
Hardware: Acessórios Skype
Skype: multiplataforma
Regulamentação
• ANATEL-Agência Nac. de Telecomunicações• Art. 61 da Lei Geral das Telecomunicações• Regulamento do Serviço de Comunicações
Multimídia:› “que possibilita a oferta da capacidade de
transmissão, emissão e recepção de informações multimídia utilizando quaisquer meios” (Art. 3º)
› multimídia: “sinais de áudio, vídeo, dados, voz e outros sons, imagens, textos e outras informações de quaisquer natureza”
• VoIP é considerado serviço de valor adicionado, não é telefonia.
Regulamentação
• Art. 66º do Regulamento estabelece que “na prestação de SCM não é permitida a oferta de serviço com características de Serviço Telefônico Fixo Fonte”.
http://www.rnp.br/noticias/imprensa/2004/not-imp-041115.html
• Você até pode “falar” de: computador > telefone fixo ou de telefone fixo > computador do interlocutor.
• Mas não pode usar a Internet (ou “rede de SCM”) para ligar de um telefone da rede pública para outro também da rede pública.
Como VoIP funciona?
Requisitos das aplicações multimídia em redes› Compressão (áudio / vídeo)› Fluxo contínuo (streaming)› Variância (jitter)› Perdas de pacotes› RTP e RTCP› H.323 e SIP
Características das aplicações multimídia
• Sensíveis a atrasos (delay)• Tolerância a perdas de pacotes• Áudio e vídeo
› Mídias contínuas• Três classes de aplicações multimídia
› Fluxo Contínuo (streaming)› Tempo real unidirecional› Tempo real interativo
Classes de aplicações
• Fluxo Contínuo (streaming)› Arquivos multimídia - áudio e/ou vídeo –
transmitidos em fluxos contínuos de pacotes
› Interatividade• VoD (Video on Demand)
› Atraso (delay) na reprodução• Tipicamente entre 1s. e 10s.
Classes de aplicações
• Tempo real unidirecional› Similar às transmissões de rádio e TV › Sem interatividade
Classes de aplicações
• Tempo real interativo› Conversação de voz ou vídeoconferência› Maior sensibilidade a atrasos (delay)› Atraso aceitável:
• Vídeo: abaixo de 150ms• Voz:
– abaixo de 150ms = bom– abaixo de 400ms = aceitável– perdas tolerável: até 20%
Desafios
• Serviços TCP/IP = “melhor esforço”, sem garantias para atrasos e variância ( jitter).
• Fluxo contínuo (streaming) = tipicamente, são aceitáveis atrasos (delay) entre 5s e 10s
• Congestionamentos nas redes degradam o desempenho
Soluções
• Aumento de largura de banda
• Uso de UDP, evitando o slow-start do TCP
• Uso de buffers no cliente
• Controle de playback para minimizar o jitter
• Níveis de compressão adaptadas à banda disponível
Soluções nas redes IP
• Aumento de banda• Uso de QoS • Protocolos: reservas de recursos -
banda, processamento e buffers• Controle de níveis de serviços entre
aplicativos• “Serviços Diferenciados” (“Differentiated
Services”) - classes de tráfego e acordos de níveis de serviços
• Largura de banda adequada para a “classe premium” nos roteadores e switches
QoS
Técnicas• Buffering;• Modelagem de Tráfego (Traffic Shaping);• Policiamento de Tráfego (Traffic Policing);• Reserva de Recursos (Resource
Reservation);• Controle de Admissão (Admission Control);• Escalonamento (Packet Scheduling)
Compressão
• Áudio e vídeo precisam ser comprimidos antes de transmitidos
• Economizam banda e processamento (CPUs)• Exemplo:
› Transmissão de imagem• Imagem 1024 x 1024pixels (24bits) = 3MB• Transmissão em 56Kbps = 7min (aprox.)
› Aplicando compressão 10:1• Imagem 1024 x 1024pixels (24bits) = 300KB• Transmissão em 56Kbps = 41s (aprox.)
Lições aprendidas em projetos VoIP
• O VoIP será tão bom quanto a rede
› Projeto de rede de alta disponibilidade
› QoS fim a fim + segurança
• Supresas: modems, faxes, consoles de operadoras, aplicações de call center etc.
› Não há um modelo que atenda a todos
› Projeto detalhado é necessário até a implementação
Lições aprendidas em projetos VoIP
• Voz é um serviço e gatekeepers são aplicações rodando em servidores – eles precisam ser administrados
› Suportes de TI integrados (dados e voz)
› Indentificar ferramentas de gerência: relatórios, monitoramento, administração provisionamento etc.
Mais lições aprendidas
• Distribuição estratégica de equipamentos• Servidores
› Balancear carga e redundância› No-breaks e geradores
• Gateways› Alocados em NOCs (Network Operation
Center) › No-breaks e geradores
Fim
Obrigado!
www.cipqdt.ensino.eb.brwebmail@cipqdt.ensino.eb.br
2457-1186
Esta palestra está disponível em:www.cipqdt.ensino.eb.br/downloads
Ministrada pela seção de informática do C I Pqdt GPB
Palestra original
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