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Definição – Significado da convergência

A convergência em redes refere-se à coexistênciade três redes de serviços (ou mais) no interior de uma única rede física.

Exemplos: Transmissão de video, rede de telefoniae comunicação de dados.

A rede convergente tem se tornado o backbone de qualquer atividade digital: navegação web, VoIP, streaming de video, conferência de áudio e video, chat, redes sociais e todo um leque de aplicações e serviços que promovem o engajamento de grupospúblicos, privados e de negócios.

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Convergência de Redes é portanto acoexistência do telefone, vídeo, comunicaçãode dados em uma rede única. O uso demúltiplos modos de comunicação em umarede única oferece uma conveniência eflexibilidade inviáveis economicamente emestruturas separadas. A convergência de redesé também chamada de convergência de mídia,ou Triple Play.

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Tráfego sensível ao tempo é aquele queprecisa obedecer parâmetros temporaisestritos a fim de atender a uma expectativade experiência do usuário.

Requer controle, sobretudo, e não somenteuma banda disponível.

Violações de métricas temporais afetam aqualidade da comunicação, resultando em máqualidade de experiência.

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Conversação VoIP, normalmente estabelecida via SIP,sobre protocolo RTP, entre um ramal remoto e umPBX IP.

Potenciais problemas nas seguintes métricas de QoS:◦ Jitter

◦ Atraso ida-e-volta

◦ Latência

◦ Perda de pacotes

Problemas que podem ser resolvidos comretransmissão e utilização de buffers de memória nãopodem ser utilizados em interações em tempo real.

Violação das métricas de QoS são percebidas com máqualidade de experiência (baixo QoE)

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Tradicionalmente os mecanismos de QoS lidam com a fatoresrelacionados à disponibilidade de recursos na infraestruturade redes para atender aos requisitos de rede para umatransmissão de um fluxo de dados.

Alguns dos parâmetros relacionados à rede, sobre os quais sebusca exercer controle:◦ Packet loss – perda de pacotes◦ Jitter – variação no atraso◦ Round Trip Delay – atraso ida-e-volta◦ Taxas de erros◦ Taxas de transmissão◦ Banda disponível

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Está relacionada à percepção humana, i.e, do usuário quanto asua experiência em relação a uma determinada aplicação.

Oferece a possibilidade de utilizar mecanismos e correlações afim de obter resultados computáveis para refletir pecepçõessubjetivas.

Em geral utiliza as seguintes métricas objetivas:

◦ MOS (Mean Opinion Score): escala de 1 a 5

◦ R-Factor: escala de 0 a 100, definido no E-Model ITU-T G.107

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Refere-se à conformidade de um determinado dispositivo aosrequisitos de apresentação e comunicação entre o usuário e a aplicação.

Exemplos:◦ GPS: precisão;◦ CPU: capacidade de processamento;◦ Memória: capacidade de armazenamento;◦ Codecs: sensibilidade e tolerância a erros na rede;◦ Resolução de câmeras de vídeo e displays.◦ Codecs: G.711, G.729, G.726◦ Compressão adotada pelos Codecs

8

9

Nyquist demonstrou que é possível manter a fidelidade da voz humana em

conversação aplicando uma taxa de amostragem que é duas vez maior do

que a amplitude do espectro de frequência, i.e, 300Hz-3.4KHz,

aproximadamente 6K. O múltiplo binário mais próximo foi o escolhido

8KHz. 8K x 8 bits = 64Kbits/seg.

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Na conversação telefônica normal temos umainteração que emprega um canal “exlusivo”,seja analógico, seja digital.

Na conversão que utiliza o transporte IP, épreciso considerar que o tráfego de voz“compete” com outros tráfegos.

Na interação humana nosso cérebro esperaque a voz flua sem interrupções e picotes eque a contraparte entenda e responda em umperíodo natural de tempo.

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Se esperamos tempo demais por uma resposta,ocorre um desconforto e estranhamento naconversação, que deixa então de ser natural.

Este fenômeno pode ser observado nos noticiáriostelevisivos onde ocorre uma atraso entre o que oâncora em uma sede lança um questionamentoenquanto decorre um período de tempo que oprofissional remoto leva para escutar a mensagem.

Esta demora é decorrente do “delay”.

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No streaming, como não ocorre interação, oimportante é que o vídeo e voz fluam continuamente.É possível desta forma adotar medidas preventivas,tais como:◦ Armazenar um período anterior do filme, por exemplo, por

um par de segundos ou mais. O efeito colateral disto é oespectador ser obrigado a esperar alguns segundos para ofilme iniciar.

◦ Realizar o “fetch”, ou seja, antecipar a transmissão de trechosdo filme, armazenando-os temporariamente.

◦ O único custo é de memória.

Não há como utilizar estas técnicas com voz interativa.

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14

15

O termo VoIP em geral significa apenas uma forma dedigitalizar a voz humana de uma forma que possa sertransportada por pacotes IP.

Pode ser via Skype, WhatsApp, Serviços VoIP e Operadorasdiversas, Lync (Microsoft), sistema de áudio evideoconferência diversos como Zoom, Polycom, Avaya,Cisco, entre vários outros sistemas P2P, pessoa a pessoa, oude conferência.

Telefonia IP designa uma operação estruturada, controlada egerenciada de telefonia totalmente baseada em IP e queemprega padrões como SIP e H.323 e é capaz de traduzir avoz analógica ou TDM (E1/R2) ou ISDN (RDSI) em vozempacotada como pacotes IP. Envolve SLA !

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Envolve o Appliance de Rede, os endpoints e protocolos de comunicação, como o SIP, H.323, RTP, RTCP, além de controles de QoS.

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O principal protocolo de sinalização utilizado entreOperadoras e PBX IP e na telefonia IP interna.

Uma das principais vantagens do SIP é o fato de serum protocolo baseado em texto, seguindo omodelo de requisição/resposta do empregado peloHTTP.

Esta característica torna o protocol fácil de manter,dado que as mensagens possuem construçõesamigáveis tanto para o desenvolvedor como para ogerente de redes.

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INVITE—Indica que um client está sendo convidado a participar de uma sessão de chamada.

ACK—Confirma que o cliente recebeu uma resposta final de um request de INVITE.

BYE—Termina uma chamada e pode ser enviada tanto pelo chamador como pelo chamado.

CANCEL—Cancela quaisquer pesquisas pendentes mas não termina uma chamada que já foi iniciada e aceita.

OPTIONS—Queries acerca das capacidades dos servers.

REGISTER—Registra os endereços listados no campo To header com um SIP server.

Localização do usuário e Registro End points (telefones) notificam os Proxies SIP

acerca de sua localização; determina quais end

points vão participar da chamada.

Disponibilidade do usuário O protocolo SIP é usado pelos endpoints para

determinar quando a chamada será atendida.

Capacidades do Usuário Utilizado pelos endpoints para negociar capacidades

de mídia, tais como o Codec mutamente suportado.

Iniciação de Sessão A sinalização SIP informa ao endpoint que o telefone

está chamando (ring). O SIP é usado para negociar

atributos de sessão empregados pelas partes

chamada e chamadora.

Gerenciamento de Sessão A sinalização SIP é empregada para transferir

chamadas, encerrar chamadas e alterar parâmetros

de chamadas durante a sessão (como a adição de

uma conferência a 3).

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• IETF RFC 3261

– Em substituição à RFC 2543

• “O Session Initiation Protocol (SIP) é um protocolo de

controle (sinalização) na camada de aplicação, para

criar modificar ou terminar sessões entre um ou mais

participantes.”

• Pode ser usado para voz, vídeo, mensagens

instantâneas, gaming, etc., etc., etc.

• Segue o HTTP

– Baseado em mensagem de texto

– URIs – ex: sip:dbaron@MIT.EDU

Application

Transport

Network

Physical/Data Link Ethernet

IP

TCP UDP

RTSP SIP

SDP codecs

RTP DNS(SRV)

Dennis Baron, January 5, 2005Page 22

np119

• User Agents (UA)

– Clientes – Fazem

Requisições

– Servidores – Recebem

Requisições

• Server types

– Redirect Server

– Proxy Server

– Registrar Server

– Location Server

• Gateway

– UA que se conecta

em outra rede, – eg.

PSTN

• B2BUAs

– Dois UAs que passam

mensagens SIP – e

podem alterá-las

DNS

Server

Location

Server

Terminating

User Agent

Originating

User Agent

DNS

SIP

SIP

Outgoing

Proxy

SIP

RTP

Registrar

Incoming

Proxy

SIP

SI

P

DNS

Server

Location

Server

Terminating

User Agent

Originating

User Agent

DNS

SIP

SIP

RTP

Registrar

Incoming Proxy

SIP SIP

Dennis Baron

Terminating

User Agent

Originating

User Agent

SIP

RTP

• INVITE Requisita uma sessão

• ACK Resposta final ao INVITE

• OPTIONS Questiona acerca das

capacidades do server

• CANCEL Cancela um requirmento

pendente

• BYE Termina uma sessão

• REGISTER Envia o endereço do usuário

para o Server

• 1XX Provisional 100 Trying

• 2XX Successful 200 OK

• 3XX Redirection 302 Moved Temporarily

• 4XX Client Error 404 Not Found

• 5XX Server Error 504 Server Time-out

• 6XX Global Failure 603 Decline

ACK

200 - OK

INVITE: sip:18.18.2.4“Calls”

18.18.2.4

180 - Ringing Rings

200 - OK Answers

BYEHangs up

RTPTalking Talking

User

AUser

B

INVITE sip:e9-airport.mit.edu SIP/2.0

From: "Dennis Baron"<sip:6172531000@mit.edu>;tag=1c41 To: sip:e9-airport.mit.edu

Call-Id: call-1096504121-2@18.10.0.79

Cseq: 1 INVITE

Contact: "Dennis Baron"<sip:6172531000@18.10.0.79> Content-Type:

application/sdp

Content-Length: 304

Accept-Language: en

Allow: INVITE, ACK, CANCEL, BYE, REFER, OPTIONS, NOTIFY, REGISTER,

SUBSCRIBE

Supported: sip-cc, sip-cc-01, timer, replaces User-Agent: Pingtel/2.1.11 (WinNT)

Date: Thu, 30 Sep 2004 00:28:42 GMT

Via: SIP/2.0/UDP 18.10.0.79

Dennis Baron, January 5, 2005Page 31

np119

• IETF RFC 2327

• “SDP destina-se a descrever sessões multimídia com o

propósito de anúncio de sessão, convite para sessão e

outras formas de iniciação de uma sessão multimídia.”

• SDP inclui:

– O tipo de mídia (video, audio, etc.)

– O protocolo de transporte (RTP/UDP/IP, H.320, etc.)

– O formato da mídia (H.261 video, MPEG video, etc.)

– Informação acerca destas mídias (endereços, portas,

fomatos, etc

SDP

np119

v=0

o=Pingtel 5 5 IN IP4 18.10.0.79

s=phone-call

c=IN IP4 18.10.0.79

t=0 0

m=audio 8766 RTP/AVP 96 97 0 8 18 98

a=rtpmap:96 eg711u/8000/1

a=rtpmap:97 eg711a/8000/1 a=rtpmap:0 pcmu/8000/1 a=rtpmap:8 pcma/8000/1

a=rtpmap:18 g729/8000/1 a=fmtp:18 annexb=no

a=rtpmap:98 telephone-event/8000/1

np119

• GIPS Enhanced G.711

– 8kHz sampling rate

– Voice Activity Detection

– Variable bit rate

• G.711

– 8kHz sampling rate

– 64kbps

• G.729

– 8kHz sampling rate

– 8kbps

– Voice Activity Detection

34

200 - OK

REGISTER: sip:dbaron@MIT.EDU

401 - Unauthorized

User

B MIT.EDU

Registrar

REGISTER: (add credentials)

MIT.EDU

Location

sip:dbaron@MIT.EDU

Contact 18.18.2.4

c0e3746d73a24

REGISTER sip:mit.edu SIP/2.0

From: "Dennis Baron"<sip:6172531000@mit.edu>;tag=4561c4561 To: "Dennis

Baron"<sip:6172531000@mit.edu>;tag=324591026 Call-Id:

9ce902bd23b070ae0108b225b94ac7fa

Cseq: 5 REGISTER

Contact: "Dennis Baron"<sip:6172531000@18.10.0.79;LINEID=05523f7a97b54dfa3f0

Expires: 3600

Date: Thu, 30 Sep 2004 00:46:53 GMT

Accept-Language: en

Supported: sip-cc, sip-cc-01, timer, replaces User-Agent: Pingtel/2.1.11 (WinNT)

Content-Length: 0

Via: SIP/2.0/UDP 18.10.0.79

Dennis Baron, January 5, 2005Page 35

np119

0c0e3746d73a2

REGISTER sip:mit.edu SIP/2.0

From: "Dennis Baron"<sip:6172531000@mit.edu>;tag=4561c4561 To: "Dennis

Baron"<sip:6172531000@mit.edu>;tag=324591026 Call-Id: 9ce902bd23b070ae0108b225b94ac7fa

Cseq: 6 REGISTER

Contact: "Dennis Baron"<sip:61725231000@18.10.0.79;LINEID=05523f7a97b54dfa3f Expires: 3600

Date: Thu, 30 Sep 2004 00:46:53 GMT

Accept-Language: en

Supported: sip-cc, sip-cc-01, timer, replaces User-Agent: Pingtel/2.1.11 (WinNT)

Content-Length: 0

Authorization: DIGEST USERNAME="6172531000@mit.edu", REALM="mit.edu", NONCE="f83234924b8ae841b9b0ae8a92dcf0b71096505216", URI="sip:mit.edu", RESPONSE="ae064221a50668eaad1ff2741fa8df7d", OPAQUE="reg:change4"

Via: SIP/2.0/UDP 18.10.0.79

Dennis Baron, January 5, 2005Page 36

np119

INVITE: sip:dbaron@MIT.EDU“Calls”dbaron

@MIT.EDUINVITE: sip:dbaron@18.18.2.4

100 - Trying

180 - Ringing

Rings180 - Ringing

200 - OK Answers

200 - OK

ACK

ACK

BYEHangs up

BYE

200 - OK

200 - OK

User

A

User

BMIT.EDU

Proxy

Talking TalkingRTP

38

INVITE: sip:joe@MIT.EDU“Calls” jis

@MIT.EDUINVITE: sip:38400@18.162.0.25

100 - Trying

ACK

ACK

User

A MIT.EDU

Proxy

38400Gateway

180 - Ringing

180 - Ringing

Rings

200 - OK

200 - OK

Answers

BYEHangs up

BYE

200 - OK

200 - OK

Talking TalkingRTP

Dennis Baron, January 5, 2005Page 39

np119

Just a sampling of IETF standards work…

IETF RFCs

• RFC3261

• RFC2327

• RFC1889

• RFC2326

• RFC3262

• RFC3263

• RFC3264

http://ietf.org/rfc.html

Core SIP specification – obsoletes RFC2543 SDP

– Session Description Protocol

RTP - Real-time Transport Protocol RTSP - Real-

Time Streaming Protocol

SIP PRACK method – reliability for 1XX messages

Locating SIP servers – SRV and NAPTR

Offer/answer model for SDP use with SIP

Dennis Baron, January 5, 2005

Page 30np119

SIP event notification – SUBSCRIBE and NOTIFY

IPv6 support in SDP

SIP UPDATE method – eg. changing media

Asserted identity in trusted networks Locating

outbound SIP proxy with DHCP SIP extensions

for Instant Messaging SIP REFER method – eg.

call transfer

IM/Presence - http://ietf.org/ids.by.wg/simple.html

• RFC3265

• RFC3266

• RFC3311

• RFC3325

• RFC3361

• RFC3428

• RFC3515

• SIMPLE

• SIP authenticated identity management -

http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-sip-identity-02.txt

• Prós

– Padrão Aberto

– Protocolo fim-a-fim habilita recursos nos clientes

– Serve a múltiplos propósitos

– Implementações variáveis

– É o protocolo padrão de fato que rege as intercomunicações

• Contras

– Muitas definições (RFCs); podem provocar incompatibilidades

– Poucas convenções acerca da construção de serviços; alguns serviços podem

acabar sendo proprietários

– O fato de ser fim-a-fim limita a adoção de features dentro da rede; limitação de

liberdade

Network transmission control◦ RTP – Realtime Transmission Protocol

RTCP – Realtime Transmission Control Protocol

Session control◦ Real-Time Streaming Protocol (RTSP)

◦ Session Description Protocol (SDP) – representação textual de uma sessão

VOIP – SIP – Session Initiation Protocol◦ Sinalização para IP Telephony

SAP – Session announcement protocol para sessõesmulticast

RTP – empregado em diversas aplicações de áudioe vídeo

RTP/UDP/IP é uitilizado pelos protocolos de sessãode streaming como o RTSP

Protocolos de sessão estabelecem a negociação/sessão em suporte a aplicaçõesmultimídia

Utilizados por aplicações multimedia, como Quick Time, Real Player e outros

RTP fornece funções fim-a-fim de transporteapropriadamente para aplicações em tempo de real de áudio e video, sobre serviços unicast e multicast

RTP companion protocol – Real-time Transport Control Protocol (RTCP)

RTP RTCP

User Datagram Protocol

Internet Protocol

Ethernet 802.13 or Wi-Fi 802.11

PHY (Wired or Wireless)

Layer 4

Propicia informação de controle Out-of-band para o fluxo RTP. ◦ Monitora o QoS sobre o RTP na entrega e empacotamento dos

dados multimídia

◦ Usado periodicamente para transmitir pacotes de controlepara participantes em uma sessão streaming multimídia.

◦ Fornece feedback sobre a Qualidade de Serviços fornecidapelo RTP

◦ Coleta estatísticas sobre a conexão multimídia

Bytes enviados, pacotes enviados, pacotes perdidos, jitter, feedback e round trip delay

A aplicação pode usar esta informação para aumentar a qualidade de serviço, seja por limitação do fluxo ouutilizando um codec diferente.

Payload Type Identification◦ Determinação da codificação

◦ Identificação da origem

◦ RTP trabalha com Profiles (perfis)

Profile define um conjunto códigos de tipos de payload e seus mapeamentos nos formatos de payload

Sequence numbering◦ Detecção de erros

Time-stamping◦ Monitoração temporal, sincronização, cálculo de

jitter

Monitoramento da entrega

Protocolo e aplicação para controle de streams multimedia.

Não se trata de um protocolo na camada de aplicação sobre transmissão de dados. É apenas um protocolo de controle remoto entre o cliente e o servidor

SERVERCLIENT

RTPRTP

RTSP RTSPSession Control

Audiovi

deo

Coder

Audio

VideoDecoder

Permite a entrega controlada de dados em tempo real, como áudio e vídeo

Objetiva controlar múltiplas sessões de entrega de dados

Provê formas de escolha entre canais de entrega◦ UDP

◦ Multicast UDP,

◦ TCP

Existem cinco termos relacionados com a descrição de uma sessão multimídia:◦ Conferência: É um conjunto de dois ou mais usuários em

comunicação através de um software comum.

◦ Sessão : Sessão é o par emissor e receptor multimedia e o fluxode stream de dados.

◦ Anúncio da Sessão: Um anúncio de sessão é um mecanismopelo qual a descrição da sessão é disponibilizada para osusuários através de uma ação proativa, i.e, a descrição da sessão não é requisitada explicitamente pelo usuário.

◦ Session Advertisement : o mesmo que Anúncio de sessão

◦ Session Description : Um formato preciso acerca das informações necessárias para a descoberta e participação e uma sessão multimídia.

v=0

o=- 19 1077294547 IN IP4 127.0.0.0

s=QuickTime

t=0 0

a=range:npt=now-

a=control:rtsp://127.0.0.1/mystream.sdp

a=isma-compliance:2,2.0,2

m=audio 0 RTP/AVP 96

c=IN IP4 0.0.0.0

b=AS:8

a=rtpmap:96 mpeg4-generic/8000/1

a=fmtp:96 profile-level-id=15;mode=AAC-hbr;sizelength=13;indexlength=3;indexdeltalength=3;config=1588

a=mpeg4-esid:101

m=video 0 RTP/AVP 97

c=IN IP4 0.0.0.0

b=AS:30

a=rtpmap:97 H264/90000

a=fmtp:97 packetization-mode=1;profile-level-id=4D400A;sprop-parameter-sets=J01ACqkYUI/LgDUGAQa2wrXvfAQ=,KN4JF6A=

a=mpeg4-esid:201

a=cliprect:0,0,120,160

a=framesize:97 160-120

(1) INVITE

sip:meucontato@test.com

SIP user agent SIP user agent

Serviço

de Localização

(2) Onde está

meucontato?(3) Está em play

play

(4) 302 Moved temporarily

Contact:sip:meucontato@play.test.com

(7) RTP Audio/Video data

(5) INVITE

sip:meucontato@play.test.com

(6) 200 OK

Os protocolos RTSP e SIP são projetados para sessão um-a-um

SAP é um protocolo de anúncio multicast

Protocolo◦ Servidores distribuídos periodicamente enviam pacotes

multicast (advertisements) contendo descrições das sessões geradas pelas origens locais

◦ Anúncios são recebidos pelos receptores emendereços/portas multicast estáticas

Anúncios contêm informação SDP para iniciar as ferramentas necessárias para iniciar a sessão.

O protocolo SIP e os demais protocolos de controle a ele relacionados têm se mostrado bastante versáteis para implementar comunicação multimídia, e mais especificamente aquelas que demandam serviços tais como:

Voz e Vídeo interativo

Audio e VídeoConferência

Interação via Chat

Provavelmente futuras integrações farão uso deste protocolo para realizar a fusão se serviços.

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