Serviços Multimídia em Redes: VoIP. Sumário Fundamentos de VoIP (Voz sobre IP); Componentes da tecnologia; Exemplos de cenários e aplicações;

Serviços Multimídia em Redes: VoIP

Sumário

Fundamentos de VoIP (Voz sobre IP);

Componentes da tecnologia;

Exemplos de cenários e aplicações;

Referências;

VoIP (Voz sobre IP)

Voice over IP (VoIP)

Conceito: “Telefonia/Voz sobre a pilha de protocolos TCP/IP, com possibilidade de integração com a rede pública de telefonia”.

VoIP não é um protocolo. É uma coleção de protocolos e padrões que

permitem a codificação, transporte e roteamento (sinalização) da chamadas de áudio sobre uma rede TCP/IP.

Telefonia IP é um subconjunto de VoIP.

Serviços Multimídia em Redes – VoIP 3

• VoIP é a comunicação de Voz sobre redes IP. Essas redes podem ser de 2 tipos:

• Públicas: a Internet representa a rede IP pública usada para comunicações VoIP. O usuário deve ter preferencialmente um acesso de banda larga (ADSL, cabo, rádio, Wimax, etc.) instalado para poder fazer uso do serviço VoIP.

• Privadas: as redes corporativas das empresas representam as redes privadas usadas para comunicações VoIP. Podem ser desde pequenas redes locais (LAN) até grandes redes corporativas (WAN) de empresas com presença global.

O uso mais simples de VoIP é a comunicação Computador a Computador usando a Internet, sendo o skype o programa mais utilizado para este fim.

TELEFONIA IP

• Telefonia IP é a aplicação de VoIP para estabelecer chamadas telefônicas com a rede de telefonia pública (fixa e celular). Os serviços de Telefonia IP existentes são de 2 tipos: pendente

• Telefonia Convencional x VoIP

Característica Telefonia Convencional Telefonia VoIPConexão na casa do usuário Cabo de cobre (par

trançado)Banda larga de Internet

Falta de Energia Elétrica Continua funcional Pára de funcionarMobilidade Limitada a casa do usuário Acesso em qualquer lugar do

mundo, desde que conectado a Internet

Número Telefônico Associado ao domicílio do usuário

Associado à área local do número contratado

Chamadas locais Área local do domicílio do usuário

Área local do número contratado

Da mesma forma que na Internet, os serviços VoIP são Nômades, ou seja, não importa qual a localização física do prestador do serviço VoIP ou do usuário para que o serviço seja utilizado. O número telefônico, no entanto, não é nômade e está associado à área local do número contratado.

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FUNDAMENTOS DA TELEFONIA IPIntroduçãoO que é voz sobre IP ?• Voz sobre IP, é a transmissão de voz em uma rede de pacotes, cujo

protocolo é o IP.Invés de utilizar redes de comutação de circuitos para comunicações de voz, Voz sobre IP utiliza uma rede de pacotes (IP) originalmente projetada para comunicações de dados.As redes IPs são redes do tipo internet, isto é, são redes que utilizam os mesmos protocolos que a Internet. Mas é importante não confundir Voz sobre IP com Voz sobre a Internet.

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FUNDAMENTOS DA TELEFONIA IP• Evolução• No início da década de 90, muitos judeus emigraram da antiga URSS para Israel. Eram

pessoas de baixa renda e queriam se comunicar com seus familiares na Rússia, mas não podiam pagar as altas tarifas. Como sempre, o mercado encontrou um novo negócio e, em 1995, esta tecnologia apareceu.

A tecnologia foi introduzida por uma companhia Israelense chamada VocalTec. Vejamos a linha do tempo a sua evolução.

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1 FUNDAMENTOS DA TELEFONIA IP

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FUNDAMENTOS DA TELEFONIA IP

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• Redes de Comutação de CircuitosEm uma rede de Comutação de circuito, quanto uma ligação é feita entre dois pontos, a conexão entre esses dois pontos é fisicamente mantida durante toda a chamada. Esse é o princípio de funcionamento da RTPC.

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• Redes de Comutação de Circuitos• CaracterísticasUma vez estabelecida a conexão, não há problema de tráfego, pois o circuito permanece

dedicado durante todo o tempo até que se provoque a desconexão.

Suporta aplicações em tempo real, pois tem baixo atraso e baixa taxa de erro.

A tarifação é baseada em distância e tempo de conexão.

Não explora o intervalo de “silêncio”, com isso tem um menor aproveitamento dos recursos de transmissão.

Idealizada para serviços contínuos bidirecionais (full-duplex), em tempo real, full time.

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• Transmissão

• Vamos considerar que você conversou durante 10 minutos com um amigo. Durante toda a conversa um circuito ficou estabelecido entre os telefones de vocês.

• Sendo a RTPC full-duplex, temos uma taxa de 128 Kbps (considerando ambas direções).

• Sabendo que 1 Byte = 8 bits, podemos dizer que a cada segundo de circuito estabelecido, temos uma transmissão de 16kB (128/8= 16 kilo Bytes).

• Considerações

• Numa conversa, quando uma pessoa está falando, a outra normalmente está ouvindo. Então, metade desta transmissão é informação que não precisaria ser transmitida. No exemplo acima, isto significa 4.8 MB que poderiam ser economizados (9.6MB/2 = 4.8MB).

• E se considerarmos aqueles momentos onde ninguém está falando, esta economia poderia ser ainda maior.

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FUNDAMENTOS DA TELEFONIA IP• Redes de Comutação de Pacotes• Em uma rede de comutação de pacotes quando uma ligação

é feita entre dois pontos, a conexão entre esses dois pontos não é mantida durante todo o tempo da chamada. Não é estabelecido um circuito entre os pontos, a voz é enviada em pacotes.

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FUNDAMENTOS DA TELEFONIA IPFuncionamentoCada passo abaixo faz parte da realização de uma chamada em uma Rede de Comutação de Pacotes:

1) Você aciona o telefone e, este manda sinal para PABX. O PABX recebe o sinal e envia o TOM de discagem. Isso permite a você perceber que tem uma conexão com o PABX.

2) Você disca o número o qual quer chamar, este número é temporariamente armazenado no PABX.

3) Após você ter digitado número, o PABX verifica se este é válido.

4) O PABX determina para quem mapear o número. No mapeamento, o número é acoplado a um endereço IP de um IP host, que geralmente é outro PABX digital conectado ao sistema telefônico.

5) Uma sessão é estabelecida entre os dois PABX.

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1 FUNDAMENTOS DA TELEFONIA IPFuncionamento continuação

6) Durante a conversa seu PABX e o PABX do núm. que você discou transmitem pacotes um para o outro. O seu PABX mantém o circuito entre ele e o seu telefone enquanto manda e recebe pacotes do outro PABX.7) Você termina a conversa e desliga o telefone.8) Quando você finaliza a conversa o circuito é desfeito entre o seu telefone e o seu PABX, liberando sua linha.9) O seu PABX envia um sinal ao outro PABX (do telefone para o qual você ligou) informando que a sessão encerrou.10) Uma vez terminada a sessão, o seu PABX remove o número para mapeamento do IP host da memória.

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Características

Tarifação baseada em volume de dados transmitidos;Mecanismos de segurança ;Exploram intervalos de silêncio, fazendo um melhor aproveitamento de recursos de transmissão e

menor custo;Menor confiabilidade, pois possui maior atraso, jitter, maior taxa de erro; eProjetada para o tráfego de dados.

VoIP (Voz sobre IP)

Redes baseadas em Circuitos

Desperdício de banda

Enlace WAN

LAN

Voz

Vídeo

Outros

PBX

Tipos de Tráfego

Fatias de tempo (TDM)

• Desperdício de Banda• Não há congestionamento

Utilização

50–60%


VoIP (Voz sobre IP)

Redes de Pacotes

Células/Pacotes/Quadros

LAN

Voz

Vídeo

Vários

Tipos de Tráfego

Pacotes Individuais

• Alta eficiência na utilização da Banda• Gerência de Congestionamento

Utilização

90–95%

PBX

FILA


VoIP (Voz sobre IP)

Problema

Avanços em Digital Signal Processors

(DSP)

Disponibilidade deLargura Banda

mais barata

IP Precedence, RSVP802.1p,DiffServ

SIPH.323MGCPIAX

VozDados

Voz

Tráfego de Voz excede ao de dados

EconomiaConsolidação da RedeCustos de Utilização

DSP DSP

Avanços em QoS Padrões e protocolos abertos

Dados

Momento atual para o mercado de serviços VoIP


VoIP (Voz sobre IP)Custo por ponto de um sistema telefônico proprietário (PBX)

vs.Custo por porta de switch padrão Ethernet


VoIP (Voz sobre IP)

Vantagens:

• Convergência;• Possibilidade de novos serviços e aplicações;• Diminuição de custos das ligações (DDD/DDI);• Melhor aproveitamento da infra-estrutura de rede

existente.

Desvantagens:

• Custo dos equipamentos;• Requisitos para garantir a qualidade da telefonia

convencional (QoS);• Problemas para garantir a localização das chamadas (911

nos EUA).

Vantagens x Desvantagens do VoIP


VoIP (Voz sobre IP)

• Protocolos, recomendações e padrões– SIP, H.323, MGCP, IAX– RTP/RTCP, SDP– ENUM

• Codecs (codificadores/decodificadores)• Arquiteturas• Equipamentos

Componentes:


VoIP (Voz sobre IP)

Esquema simplificado da distribuição dos protocolos e recomendações VoIP

Sinalização

Transporte da

Sinalização/

Mídia

Transporte dos Dados

(Voz)

Transporte da

Sinalização/

Mídia

Dados

Sinalização


VoIP (Voz sobre IP)

• Tem a função de gerar bits a partir de amostras de voz• Podem fazer a compressão da voz, diminuindo a largura de banda necessária para a transmissão• Inserem perdas na qualidade do sinal da voz• Existem codecs comerciais e gratuitos• Possuem papel importante na tecnologia de VoIP

Codecs (codificadores/decodificadores):


VoIP (Voz sobre IP)

Processo de Digitalização, Codificação e Empacotamento de amostras de voz

•Digitalização•Codificação•Compactação

AplicaçãoTransporte

RedeEnlaceFísica

•Inserção dos cabeçalhos•Overhead muito alto


VoIP (Voz sobre IP)

•Baseado em forma de onda (WaveForm codecs)• Amostragem e digitalização

•Baseado em voz humana (Vocoders)• Transmite parâmetros de variação de uma voz padrão

Tipos de Codecs

Características G.711 G.729A G.723.1Kbps 64 8 5.3-6.3

Quadro (ms) 10 10 30Atraso algor.

(ms)- 15 37.5

Qualidade Ótima Boa BoaTabela com características de alguns codecs


VoIP (Voz sobre IP)

• Recuperação de perdas• Nível de perdas de pacotes deve ficar abaixo dos 5% para não haver prejuízo na qualidade da conversação• Quanto maior a compressão e número de amostras por pacote, menor a tolerância a perdas• Consumo de banda diretamente relacionado a compressão dos codecs• Detecção de atividade de voz (VAD – Voice Activity Detection)

Características dos Codecs


Componentes

ITU-T – H.323

É uma recomendação abrangente que determina os padrões a serem utilizados para:

• sinalização;• estabelecimento de sessões;• controle de chamadas;• gerenciamento de largura de banda;• controle de admissão;• codecs para transferência de áudio e vídeo, e;• protocolos de transferência de dados.

Protocolos e padrões:


Componentes

•Protocolo com funções de sinalizaçãoMensagens Textuais

• Parecidas com o protocolo HTTP•Parte de um conjunto de vários protocolos

• SDP (Session Description Protocol) – Descrição de sessão

• SIP – Início de sessão•Adotado amplamente pela indústria

IETF - SIP (Session Initiation Protocol)


Componentes

•Clientes – originam as chamadas• Telefones SIP, softphones (e.g messenger)

•Servidores – atendem ou direcionam a chamada• Proxy (funciona também como cliente)• Redirect• User-agent• Registrar

IETF - SIP (Session Initiation Protocol)

Agentes:


Componentes

Equipamentos:

•Softphones (Telefones em Software)•Telefones IP•Adaptadores analógicos (ATA)•Gateways•PABX IP (Private Automatic Branch Exchange)


ComponentesSoftphones

•Software de telefonia que permite a utilização de todas as funções de um telefone convencional, através da utilização de placa de som e microfone/fone de ouvido (headsets)

•Ideal para uso em laptops, uma vez que basta estar conectado à Internet para ser possível originar e receber chamadas IP, independente do local onde esteja.

• Softphones mais simples são gratuitos


Componentes

ATA - Analog Telephone Adapter (Adaptador de Telefone Analógico)

• Conecta-se um telefone convencional e passa a ser um terminal VoIP

• Funciona como um gateway de uma porta• Basta conectar um telefone convencional e um cabo de

rede para poder realizar ligações


Componentes

Telefones IP • Equipamento conectado diretamente a um acesso de

rede, estando sempre em operação e dispensando o uso do computador para originar e

receber chamadas. • Funciona como uma linha

telefônica convencional.• Alimentação pela rede (Power

over Ethernet)• Custo alto (~R$ 700,00)

• Telefones USB são apenas uma interface, não um telefone IP!


Componentes

Gateways• Tem a função de converter a mídia e a sinalização entre VoIP e a telefonia convencional.• Pode fazer a conversão entre protocolos de sinalização (H.323, SIP) e entre tipos de codecs• Possuem capacidade de interface de telefonia digital - E1. • Interfaces FXS e FXO (para uso com telefones e linhas convencionais)


Componentes

PBX IP •É uma central telefônica digital conectada a rede local ou Internet, com todas as funcionalidades de um PABX.

•Os ramais são telefones IP, ATA ou softphones e não estão limitados ao ambiente da empresa, podendo estar instalados na rede da empresa ou num ponto remoto conectado a Internet.

• PBXs em software: Asterisk, SER, GnuGK (gratuitos)

•Cisco CallManager


Componentes Cenários mais comuns de serviços VoIP:

•VoIP VoIP

RPTC – Rede Pública de Telefonia Comutada

•RPTC VoIP RPTC

•VoIP RPTC

Telefonia Convencional



Rede TCP/IP

Rede TCP/IP

Rede TCP/IP Rede TCP/IP

FoneFone

Fone

VVVVVVVV

VVVV

Gateway Gateway

Gateway

Roteador

Fone IP

Fone IP Fone IP


Componentes

Cenário típico de uma rede corporativa com serviços VoIP


QoS (Quality of Service)

Fatores de QoS

• Atraso - ideal 150ms, aceitável até 400ms• Jitter - variação do atraso, limite de 75ms• Taxa de perdas - abaixo dos 5% (depende do

codec)


Origem ConversorA/D

DestinoConversorD/A

RedeDigital

sinal analógico

amostrasdigitais

voz comprimida

voz comprimida

Amostrasdigitais

descomprimidas

sinalanalógico

aplicação/terminal aplicação/terminalrede

Atraso de captura, digitalização e compressão

Atraso de descompressão, conversão analógica

e reprodução

Atraso de transmissão

Inserção de atrasos, jitter e perdas na transmissão de pacotes VoIP


JitterPerdas



Como garantir os níveis de QoS:

• Nível 2 e 3 do modelo OSI (padrões IEEE 802.1p/q, VLANs, IP Precedende, DiffServ)

• Políticas de filas (roteadores e switches)• Reserva de banda



Como medir a Qualidade da voz: MOS (Mean Opinion Score) :

• Método Subjetivo • Valor de referência• Escala de 1 a 5• Valor 5 melhor qualidade

Modelo E• Recomendação ITU-T G.107• Método objetivo (comportamento da rede)• Considera tipo de codec, atrasos e perda de

pacotes• Métrica “Fator R”, com escala de 0 a 100• Função de conversão para valores MOS


Aplicações e Serviços

Skype; Gizmo Project; TeamSpeak; Solução da empresa GVT.


Caso VoIP-UCPel

Motivação; Objetivos; Asterisk/Digium; Cenário.


Caso VoIP-UCPel

Motivação:

Resolver o problema do esgotamento de ramais convencionais;

Possibilitar o uso de serviços de telefonia/informática em conjunto (reduzindo o trabalho de instalação/administração) ;

Possibilitar o uso de telefonia da UCPel para usuários (professores/funcionários) em trânsito e para as extensões (Sta Vitória, Jaguarão).


Caso VoIP-UCPel

Objetivos:

Implantar o uso de serviços VoIP na área administrativa da UCPel, usando ferramentas de software livre e com baixo custo.


Caso VoIP-UCPel

Asterisk/Digium:

O Asterisk é um PABX completo baseado em software, com código-fonte aberto.

Roda em Linux/FreeBSD, provendo funcionalidades de centrais telefônicas de grande

porte, tais como: Serviço de Voicemail; Conferência; URA - Unidade de Resposta Audível; DAC - Distribuidor automático de chamadas.

Utiliza protocolos abertos (SIP, H.323, MGCP);

A empresa Digium, criadora do Asterisk, fornece placas para integração de VoIP com telefonia convencional a custo baixo.


http://www.asterisk.org/

Caso VoIP-UCPel


Conclusão

Voz sobre IP não irá substituir totalmente a telefonia convencional a curto prazo A popularidade de serviços VoIP está diretamente relacionada com o acesso em banda larga (ADSL, Cable, Wireless) Celulares com acesso banda larga a Internet e softphones inetgrados são o futuro próximo de serviços VoIP Mercado e pesquisa em aberto para aplicações de VoIP VoIP não possui custo zero!


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Serviços Multimídia em Redes: VoIP. Sumário Fundamentos de VoIP (Voz sobre IP); Componentes da tecnologia; Exemplos de cenários e aplicações;