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VoIP Qualidade e Aplicações Análise e Projeto de Redes Prof.: Milton Flores Grupo: Carlos Felipe Araujo dos Santos Leonardo Ayres Leonardo Correa Marques

Voip Qos Aplicacoes-final

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  • VoIP

    Qualidade

    e Aplicaes

    Anlise e Projeto de Redes

    Prof.: Milton Flores

    Grupo: Carlos Felipe Araujo dos Santos

    Leonardo Ayres

    Leonardo Correa Marques

  • 1- VOIP

    1.1 - Introduo

    A Voz sobre IP, tambm chamada de VoIP (Voice over Internet Protocol), telefonia IP,

    telefonia Internet, telefonia em banda larga ou voz sobre banda larga o roteamento de con-

    versao humana usando a Internet ou qualquer outra rede de computadores baseada no Protoco-

    lo de Internet, tornando a transmisso de voz mais um dos servios suportados pela rede de

    dados.

    Empresas que fornecem o servio de VoIP so geralmente chamadas provedoras, e os

    protocolos usados para transportar os sinais de voz em uma rede IP so geralmente chamados

    protocolos VoIP. Existe uma reduo de custo devido ao uso de uma nica rede para transportar

    dados e voz, especialmente quando os provedores j possuem uma rede com capacidade subuti-

    lizada, que pode transportar dados VoIP sem custo adicional.

    Chamadas de VoIP para VoIP no geral so gratuitas, enquanto chamadas VoIP para redes

    pblicas (PSTN) podem ter custo para o usurio VoIP. Considera-se a telefonia IP, a agregao

    do VoIP com outros servios agregados para a telefonia como conversao de vdeo, mensagei-

    ros instantneos, compartilhamento de arquivos e gerenciamento de listas telefnicas. Estar rela-

    cionado Internet, tambm significa que o custo da chamada independe da localizao geodsica

    e dos horrios de utilizao, ambos os parmetros usados na cobrana na telefonia fixa e mvel,

    e cujos valores variam de operadora a operadora

    O VoIP pode facilitar tarefas difceis em redes tradicionais. Chamadas entrantes podem

    ser automaticamente roteadas para o telefone VoIP, independentemente da localizao na rede.

    Por exemplo, possvel levar um telefone VoIP para uma viagem, e onde voc conect-lo

    Internet pode-se receber ligaes, contanto que a conexo seja rpida e estvel o suficiente. O

    fato da tecnologia ser atrelada Internet tambm traz a vantagem de poder integrar telefones

    VoIP a outros servios.

    Vrios pacotes de servio VoIP incluem funcionalidades que em redes tradicionais

    seriam cobradas parte, como conferncia a trs, redirecionamento de chamadas, rediscagem

    automtica e identificador de chamadas. Entretanto, apesar de amplamente utilizado atravs de

    computadores, o VoIP pode ser utilizado atravs de adaptadores para telefones analgicos ou

    gateways VoIP, que so aparelhos que podem ser conectados diretamente em uma conexo ban-

    da larga e a um aparelho telefnico comum ou a um PABX em posies de troncos ou ramais.

    Eles fornecem a interligao entre as redes IP e fixas.

  • 1.2 Comutao

    A comutao considerada um processo importante, pois gerencia (alocao e/ou libera-

    o) os recursos da rede na utilizao de algum servio. As trs formas de comutao existentes

    so: comutao de circuitos, comutao de mensagem e comutao de pacote.

    Redes de comutao de circuitos: Nesse tipo de comutao a comunicao ocorre em um

    caminho dedicado durante a efetivao da conexo entre duas estaes e ser encerrada apenas

    quando uma das estaes decidir em desfazer a conexo ou circuito. Um exemplo claro desse

    tipo de comutao o funcionamento da Rede Pblica de Telefonia Comutada (PSTN Public

    Switched Telephone Network).

    O avano da Telefonia Tradicional em todo mundo trouxe, para esse tipo de comutao,

    pontos negativos, como o desperdcio da capacidade de banda fornecida pelo meio fsico.

    Pode-se considerar como ponto positivo para as redes de comutao de circuito a perma-

    nncia da conexo em uma banda dedicada, proporcionando uma QoS (Qualidade de Servio) na

    transmisso da voz.

    Redes de Comutao de Mensagem: Nesse tipo de comutao, o estabelecimento da co-

    municao ocorre em um caminho no necessariamente dedicado entre as estaes. Se a estao

    de transmisso necessitar de um caminho dedicado para o envio de uma determinada mensagem,

    a mesma dever adicionar o endereo de destino mensagem, de forma a ser transmitida pela

    rede de n a n.

    Redes de Comutao de Pacotes: Enquanto a Rede de Telefonia Pblica Comutada basei-

    a-se na comutao por circuito, a tecnologia VoIP baseia-se em comutao por pacotes, sendo a

    comutao feita na camada 2 e o roteamento na camada 3. Nesse tipo de comutao o tamanho

    dos dados transmitidos so limitados, ou seja, quando o tamanho da mensagem for maior que o

    tamanho limite, a mesma quebrada em tamanhos menores, denominados pacotes, de forma a

    serem enviados pela rede at o destino, trafegando em diferentes enlaces. Esse tamanho limite

    denominado MTU (Maximum Trasmit Unit ou Unidade Mxima de Transmisso), que refere ao

    tamanho do maior datagrama que uma determinada camada de um protocolo de comunicao

    pode transmitir.

    Uma vantagem da comutao por pacote se d pelo fato da mesma no estabelecer um

    canal dedicado em um processo de conversao telefnica, pois quando os participantes entram

    em uma conexo, no perodo de fala a largura da banda utilizada pelo pacote de voz e no pero-

    do de silncio a mesma utilizada por outros participantes, gerando, assim, uma otimizao na

    largura da banda.

    Em compensao, o fator preocupante em uma comutao por pacotes a transmisso

    multimdia em tempo real e transmisso em tempo real de voz. De forma a garantir que um de-

    terminado pacote no tenha problemas de atrasos e perdas de dados na rede tem-se a necessidade

    de uma aplicao de QoS (Quality of servisse), que ser debatido no segundo capitulo.

    A comutao por pacotes possui as seguintes caractersticas: compartilhamento do meio

    de transmisso, os pacotes so verificados em cada n, a quantidade de dados enviados em cada

  • pacote limitada e, caso no se tenha um controle em relao ao congestionamento e outras ca-

    ractersticas da rede, no indicado para aplicaes em tempo real.

    1.3 - Modelo de TCP/IP

    Desenvolvido pelo Departamento de defesa norte-americano denominada ARPA (Advan-

    ced Research Project Agency) o modelo TCP/IP tem como objetivo a interligao de diferentes

    tecnologias de redes. A idia parte do princpio que no existe uma tecnologia nica de rede que

    atenda todas as necessidades e anseios da comunidade de usurios. O conjunto de protocolos

    TCP/IP pode ser visto como um modelo de camadas, onde cada camada responsvel por um

    grupo de tarefas, fornecendo um conjunto de servios bem definidos para o protocolo da camada

    superior.

    O TCP/IP possui quatro camadas:

    Camada Exemplo

    4 Aplicao HTTP, FTP, DNS

    3 Transporte TCP, UDP, RTP, SCTP

    2 Rede IP, MPLS

    1 - Interface com a Rede ETHERNET

    1.4 - Modelo de Referncia OSI

    O Modelo de Referncia OSI (Reference Model for Open Systems Interconnection) de-

    senvolvido pela organizao International Organization for Standardization (ISO) tem como

    objetivo o fornecimento de uma base comum que permita o desenvolvimento coordenado de

    padres para interconexo de sistemas.

    A criao do Modelo OSI deu-se devido h um cenrio com uma grande diversidade de

    sistemas operacionais e hardware, necessitando de uma interconexo entre eles. A Tabela abaixo

    mostra a estrutura do Modelo OSI que composto de sete camadas de protocolos por onde ocor-

    re a comunicao ou transferncia de pacotes na rede.

    A seguir, tambm ser descrito resumidamente a funo de cada camada do mesmo.

  • CAMADA FUNO

    7 - APLICAO Funes especializadas (transferncia de arquivos, terminal virtual,

    e-mail)

    6 - APRESENTAO Formatao de dados e converso de caracteres e cdigos

    5 - SESSO Negociao e estabelecimento de conexo com outro n

    4- TRANSPORTE Meios e mtodos para a entrega de dados ponta-a-ponta

    3 - REDE Roteamento de pacotes atravs de uma ou vrias redes

    2 - ENLACE Deteco e correo de erros introduzidos pelo meio de transmisso

    1 - FSICA Transmisso dos bits atravs do meio de transmisso

    Uma grande diferena entre o modelo TCP/IP e Modelo OSI , que o TCP/IP nasceu

    primeiro devido a necessidade do mercado e da demanda para resolver problemas de comunica-

    o, passando por uma srie de mellhorias, enquanto o OSI surgiu depois, criado por comisses

    da ISO para desenvolver produtos, ou seja, serviu como base para criao de produtos de rede.

    Outra diferena que o TCP/IP tem 4 camadas, enquanto o OSI tem 7.

    1.5 Protocolos de Transporte (TCP X UDP)

    O Transmission Control Protocol (TCP) trata-se de um protocolo orientado conexo e

    foi projetado especialmente para manter a transmisso dos dados confivel mesmo o meio no

    sendo muito confivel. atualmente o protocolo mais utilizado na Internet para a transmisso de

    arquivos.

    O User Datragram Protocol (UDP) trata-se de um protocolo que no orientado cone-

    xo. Ele oferece uma maneira de as aplicaes enviarem pacotes IP brutos encapsulados sem

    precisar realizar uma conexo. Porm no garante a entrega dos pacotes em sua origem.

    Ambos os protocolos esto situados na camada de transporte do modelo de referncia

    TCP/IP. O primeiro (TCP), por ser orientado conexo, apresenta uma maior confiabilidade na

    entrega dos dados. J o segundo (UDP) mais simples e permite que os dados sejam transmiti-

    dos com uma maior velocidade, porm sacrificando a confiabilidade.

    O TCP tambm responsvel pelo controle de erro (fim-a-fim) e de fluxo. Alm de pos-

    suir vrias outras caractersticas, como: comunicao full-duplex4 fim-a-fim, ordenao de men-

    sagens, multiplexao de IP (utilizando vrias portas), etc.

    A conexo caracterizada pelo par: (endereo origem, porta origem) e (endereo destino,

    porta destino).

    J o protocolo UDP ideal para aplicaes em tempo-real que desejam transmitir udio e

    vdeo. Como tais aplicaes so sensveis ao atraso, no faz sentido preocupar-se com a correo

    dos pacotes, pois tempo ser gasto nessa correo, gerando assim um atraso na entrega dos paco-

    tes. O importante para essas aplicaes o pacote chegar o mais rpido possvel. Como as apli-

  • caes de voz em tempo-real so sensveis ao atraso, torna-se claro ento que o protocolo UDP

    o ideal para aplicaes de voz sobre IP (VoIP).

    1.6 - IP (Internet Protocol)

    Protocolo definido como um conjunto de regras, que possibilita a comunicao entre

    computadores interconectados em uma determinada rede, ou seja, os computadores necessitam

    de uma determina linguagem em comum para se comunicarem. A linguagem, ou seja, o idioma

    de comunicao dos computadores o protocolo. Ele permite a comunicao de um computador

    com outro independentemente do fabricante de hardware ou software.

    O IP um protocolo de rede no orientado a conexo, que utiliza tamanhos variveis de

    pacotes onde a informao transferida entre duas entidades, sem que seja necessrio estabelecer

    uma conexo. Em contraste, o protocolo, quando orientado conexo, segue a premissa de que

    imprescindvel a criao de uma conexo antes da transferncia de informaes.

    O Protocolo IP se encontra na camada de rede, ou camada 3, do modelo de Referncia

    OSI. O Protocolo contm informaes de endereamento e controle que possibilitam que os pa-

    cotes sejam roteados e entregues ao destino atravs da tcnica do melhor esforo (best-effort),

    que no assegura se determinado pacote entregue ao destinatrio, pois, durante um congestio-

    namento na rede os pacotes podem ser perdidos.

    Uma determinada mensagem, ao ser transmitida pela rede IP, pode ser separada em v-

    rios pacotes, dividido em duas reas: cabealho e dados. O cabealho contm informaes que

    identificam a origem e destino do pacote, tamanho do pacote, verso do IP, checksum ou soma

    de verificao (cdigo que contm o somatrio de bytes de um pacote e utilizado no processo

    de verificao da integridade dele antes e depois do seu envio). J na rea de dados est encapsu-

    lado o segmento da camada superior (Camada de Transporte). A Figura a seguir representa o

    formato do datagrama IP.

    Cada campo do datagrama IP responsvel por uma funcionalidade que ser explicada

    resumidamente a seguir:

  • Vers: Verso (version) o primeiro campo do cabealho de um datagrama IPv4 e um

    campo de 4 bits.

    HLEN: O segundo campo, de 4 bits, o HLEN (Header Length, isto , Comprimento do

    Cabealho da Internet) com o nmero de words de 32 bits no cabealho IPv4.

    Service Type: A inteno original era para um host especificar uma preferncia do modo

    como os datagramas poderiam ser manuseados assim que circulassem pela rede. Todavia, na

    prtica, o campo TOS (type of service) no foi largamente utilizado.

    Total Length: Tamanho Total (total length) o campo de 16 bits seguinte do IPv4 e defi-

    ne todo o tamanho do datagrama, incluindo cabealho e dados, em bytes de 8 bits. O datagrama

    de tamanho mnimo de 20 bytes e o mximo 65535 (64 Kbytes).

    Identification: O campo seguinte de 16 bits um campo de identificao. Este campo

    usado principalmente para identificar fragmentos identificativos do datagrama IP original.

    Flags: O campo de 3 bits que segue usado para controlar ou identificar fragmentos.

    Fragment Offset: O campo offset do fragmento tem 13 bits, e permite que um receptor

    determine o local de um fragmento em particular no datagrama IP original.

    Time to Live: Um campo de 8 bits, o TTL (time to live, ou seja, tempo de vida) ajuda a

    prevenir que os datagramas permaneam numa rede (ex. andando aos crculos).

    Protocol: O campo Protocolo formado por 8 bits. Este campo define o protocolo seguin-

    te usado numa poro de dados de um datagrama IP. Os protocolos comuns e os seus valores

    decimais incluem o Protocolo ICMP e o Protocolo TCP.

    Header Checksum: O campo seguinte um campo de verificao (checksum) do cabea-

    lho do datagrama IPv4. Um pacote em trnsito alterado por cada router (hop) que atravesse.

    Um desses routers pode comprometer o pacote, e o checksum uma simples forma de detectar a

    consistncia do cabealho. Este processo envolve apenas verificao do cabealho e no dos da-

    dos.

    Adress Source / Destination: O Endereo de Origem / Destino encontra-se a seguir ao

    campo de verificao e cada um de 32 bits.

    1.7 Protocolos Utilizados em Redes VoIP

    Alm da utilizao dos protocolos bsicos IP/TCP/UDP como infraestrutura de rede, o

    sistema VoIP deve tambm contar com os protocolos de sinalizao, controle de Gateway e os de

    mdia,

    A funcionalidade dos protocolos de sinalizao e o de enviar sinais para um determinado

    n de destino. Os sinais, por sua vez podem estar indicando um pedido, resposta ou apenas um

    aviso.

    O Sistema VoIP composto de dois principais protocolos de sinalizao. So eles: H.323

    e SIP que esto descritos a seguir.

  • 1.7.1 - H.323

    O padro H.323 do ITU-T (International Telecommunication Union Telecommunication

    Standardization sector) um padro que cobre diversos tipos de comunicao multimdia em

    redes locais que no provm QoS garantida. Este padro prev, entre outros:

    algoritmos padres de compresso que devem ser implementados de forma a garantir a

    compatibilidade, conhecidos como udio codecs ou vocders;

    protocolos utilizados para o controle da chamada, estabelecimento dos canais de comu-

    nicao e negociao de qualidade de servio;

    interoperabilidade com outros terminais de voz, como telefonia convencional, Rede In-

    tegrada de Servios Digitais (RDSI), voz sobre ATM (Asynchronous Transfer Mode), e outros,

    permitindo assim a construo de gateways;

    elementos ativos do sistema e suas funes.

    Os pacotes de udio, e vdeo e registro usam o protocolo UDP enquanto que os pacotes

    de dados e controle usam o protocolo TCP H.323. O protocolo H.323 utiliza em suas diversas

    funcionalidades de uma famlia de recomendaes ITU-T: sinalizao de chamada H.225.0 e o

    controle de mdia H.245. O H.225.0 usado em conjunto como o H.323 e fornece a sinalizao

    para controle de chamada. Aps o estabelecimento da chamada, o H.245 usado para negociar o

    fluxo de mdia. Alm dos protocolos citados acima hoje j se utiliza o protocolo H.335 para se-

    gurana, o H.246 para interoperabilidade com RTPC, e a srie H.450.x para servios suplementa-

    res. Todos os padres fazem parte da srie H de Recomendaes.

    Aplicao e udio Codecs e Vdeo Codecs - utiliza o protocolo Real Time Control Proto-

    col (RTP) para transmisso de pacotes.

    H.225.0: RAS Registration, Admission and Status o canal RAS usado para comunica-

    o entre pontos finais e o gatekeeper (componente que age como ponto central para todas as

    chamadas dentro de sua zona, alm de prov controle de chamada entre estaes). Uma vez que

    as mensagens RAS so enviadas utilizando-se o UDP (um

    protocolo no confivel), o uso de timeouts e retransmisso de mensagens recomenda-

    do. Os procedimentos definidos por um canal RAS so:

    a) descoberta do gatekeeper: este o processo utilizado pelos pontos finais para determi-

    nar o gatekeeper no qual eles devem se registrar;

    b) registro de ponto final: este o processo pelo qual um ponto final junta-se uma zona e

    informa ao gatekeeper sobre seus endereos e de transporte;

    c) localizao do ponto final: um ponto final ou gatekeeper que possui um endereo alias

    de um ponto final e deseja determinar suas informaes de contato pode utilizar uma mensagem

    especfica;

    d) mensagens: o canal RAS tambm usado para transmisso de mensagens de admisso,

    mudana de largura de faixa, status e desligamento.

  • RTP/RTCP Real Time Protocol / Real Time Control Protocol - usado para transporte do

    fluxo de pacotes multimdia, com caractersticas de tempo real, executando tambm funes de

    estatsticas de qualidade de servios, mais detalhes sobre esses protocolos sero apresentados

    posteriormente.

    H.225.0: Sinalizao de chamada - o canal de sinalizao de chamada usado para carre-

    gar mensagens de controle H.225. Em redes que no possuem uma gatekeeper, as mensagens de

    sinalizao de chamadas so passadas diretamente entre o ponto que chamou e o que foi chama-

    do, utilizando-se um endereamento de sinalizao de chamada. Em redes que contem um gate-

    keeper, as trocas de mensagens de admisso iniciais so feitas entre o ponto que chama e o gate-

    keeper, atravs de mensagens de endereamento RAS.

    H.245: Controle de conferncia e mdia - o H.245 o protocolo de controle de mdia que

    os sistemas H.323 utilizam depois que a fase de estabelecimento de chamada foi completada. O

    H.245 usado para negociar e estabelecer todos os canais de mdia conduzidos pelo RTP/RTCP.

    O H.245 usado para possibilitar o uso de canais, o Q.931 usado para a sinalizao e o

    estabelecimento da chamada, o RTP o protocolo de transporte em tempo real que carrega os

    pacotes de voz enquanto que o RAS usado para interao com o gatekeeper. As funcionalida-

    des oferecidas so as seguintes:

    a) determinao de mestre e do escravo: o H.245 designa um Controlador de Multiponto

    (MC) que responsvel pelo controle central em caos onde uma chamada estendida a uma con-

    ferncia.;

    b) troca de capacidades: o H.245 usado para negociar as capacidades quando uma cha-

    mada estabelecida. A troca de capacidades pode ocorrer em qualquer momento durante a cha-

    mada, portanto possibilitando renegociar a qualquer momento;

    c) controle do canal de mdia: aps os pontos finais de uma conferncia terem trocado

    capacidades, eles podem abrir e fechar um canal lgico de mdia;

    d) controle de conferncia: em conferncias, o H.245 fornece aos pontos finais anncios

    mtuos e estabelece o modelo de fluxo de mdia entre todos os pontos finais.

    A recomendao H.323 tem como uma de suas caractersticas a flexibilidade, pois pode

    ser aplicada tanto voz, quanto a vdeo conferncia e multimdia. Aplicaes H.323 esto se

    tornando populares no mercado corporativo por vrias razes, dentre elas pode-se citar:

    a) o H.323 define padres de Voz para uma infra-estrutura existente, alm de ser projeta-

    da para compensar o efeito de latncia e congestionamento devido ao uso de comutao por cir-

    cuitos em LANs, permitindo que os clientes possam usar aplicaes de voz sem mudar a infra-

    estrutura de rede;

    b) as redes baseadas em IP esto ficando mais velozes, alm da largura de banda para re-

    des com arquitetura Ethernet estarem migrando de 10 Mbps para 100 Mbps, e a Gigabit Ethernet

    est fazendo progressos no mercado;

    c) o H.323 prov padres de interoperabilidade entre LANs e outra redes;

  • d) o fluxo e dados em redes podem ser administrados. Com o H.323, o gerente de rede

    pode restringir a quantidade de largura de banda disponvel para conferncias e voz. O suporte

    comunicao Multicast tambm reduz exigncias de largura de banda;

    Terminal H.323 Computador onde est implementado o servio de telefonia IP, atuando

    como terminal de servio de telefonia IP, como terminal de voz, vdeo e dados, atravs de recur-

    sos multimdia. Esses so os clientes da Local Area Network LAN (redes locais) que fornecem

    comunicao em tempo real e nas duas direes. Todos os terminais H.323 tm que suportar o

    H.245, Q.931, Registration Admission and Status (RAS) e Real Time Protocol (RTP).

    Gateway H.323 Elemento situado entre uma rede IP e outra de telecomunicaes, como

    o sistema telefnico convencional (RTPC), rede integrada de servios digitais (RDSI), rede de

    telefonia celular; de forma a permitir a interoperabilidade entre as duas redes.

    Um gateway H.323 um ponto final da rede que fornece comunicao em tempo real nas

    duas direes entre terminais H.323 em uma rede IP e outros terminais ITU em uma rede comu-

    tada ou para outro gateway H.323. Eles executam a funo de translao entre diferentes forma-

    tos de dados.

    Os gateways so opcionais em uma rede local (LAN) onde os terminais se comunicam di-

    retamente, mas quando os terminais precisam se comunicar com um ponto final em outra rede, a

    comunicao se faz via gateway atravs dos protocolos H.245 e Q.931.

    Gatekeeper Ele o componente mais importante de um sistema H.323 e executa a fun-

    o de gerente. Ele atua como ponto central para todas as chamadas dentro de sua zona ( a a-

    gregao do gatekeeper e dos terminais registrados nela), e fornece servios aos pontos finais

    registrados. Algumas das funcionalidades que os gatekeepers fornecem so:

    a) traduo de endereos: traduo de um endereo alias (o endereo alias fornece um

    mtodo alternativo de endereamento de um ponto, ele pode ser um endereo de e-mail, um n-

    mero telefnico ou algo similar) para um endereo de transporte. Isto feito usando-se uma tabe-

    la de traduo que pode ser atualizada atravs de mensagens de registro;

    b) controle de admisso: o gatekeeper pode permitir ou negar acesso baseado em autori-

    zao de chamada, endereo de fonte e destino, etc;

    c) sinalizao de chamada: o gatekeeper controla o processo de sinalizao entre dois

    pontos finais que querem se conectar;

    d) autorizao de chamada: o gatekeeper pode rejeitar chamadas de um terminal devido

    s falhas de autorizao atravs do uso de sinalizao H.225. As razes para rejeio poderiam

    ser acessos restritos durante alguns perodos de tempos ou acesso de certos terminais ou gate-

    ways;

    e) gerenciamento de largura de faixa: Controle do nmero de terminais que podem aces-

    sar simultaneamente a rede. Atravs do uso da sinalizao H.225, o gatekeeper pode rejeitar

    chamadas de um terminal devido limitao de largura de faixa;

    f) gerenciamento da chamada: O gatekeeper pode manter uma lista de chamadas H.323

    em andamento. Essa informao pode ser necessria para indicar que um terminal chamado est

    ocupado, e fornecer informaes para a funo de gerenciamento de largura de faixa.

  • 1.7.2 Protocolos para Tempo Real

    Existem protocolos na camada de aplicao que se propem a melhorar a entrega de da-

    dos que devem ser transmitidos pelos aplicativos em tempo real, como por exemplo: udio e v-

    deo interativos. Como uma conversao telefnica tambm acontece em tempo-real faz-se neces-

    srio utilizao de protocolos especiais para tempo-real que auxiliam (de forma a torn-lo mais

    eficaz) o processo de transmisso da voz. Podemos citar entre outros os protocolos RTP e RTCP.

    Real-Time Transport Protocol (RTP) - O protocolo RTP prov servios de entrega fim-a-

    fim para dados que possuem caractersticas de tempo-real. Suporta transferncia de dados para

    mltiplos destinos, usando distribuio multicast e tambm possui habilidades como: reconstru-

    o de sincronismo, deteco de perda de datagramas, segurana, entre outras. Porm no im-

    plementa as funcionalidades de garantia de qualidade de servio e garantia de entrega.As aplica-

    es geralmente usam o RTP juntamente com o UDP.

    O campo payload type inclui o esquema de codificao usado pelo media gateway para

    digitalizar a voz. Isso auxilia o receptor a reconstruir a voz de acordo com o algoritmo especifico

    de codificao que foi utilizado pelo transmissor.

    Real-Time Transport Control Protocol (RTCP)- RTCP um protocolo que pode ser usa-

    do juntamente com o RTP, porm sua utilizao no necessria para que o RTP funcione. Tra-

    ta-se de um protocolo cuja principal funo transmitir periodicamente pacotes de controle para

    os participantes de uma conversao com o objetivo de monitorar a qualidade de servio e trans-

    portar informaes teis de tais participantes. Trata-se de um protocolo bastante utilizado em

    aplicaes de vdeo-conferncia.

    Embora as informaes retornadas pelo RTCP no informem onde determinado problema

    est ocorrendo (somente informa que est ocorrendo um problema), elas podem servir como fer-

    ramenta para localizar o problema. Pois as informaes podem ser geradas por diferentes gate-

    ways em uma rede. Isso ajuda a delimitar a rea da rede em que o problema pode estar ocorren-

    do.

    A quantidade de largura de banda utilizada pelo RTCP deve ser pequena para que no a-

    trapalhe no transporte dos dados (no caso a voz). Na RFC 3550 do IETF recomenda-se que a

    frao de largura de banda que deve ser usada pelo RTCP deve ser 5% da largura utilizada pelo

    RTP.

    1.7.3 - Session Initiation Protocol (SIP)

    O protocolo SIP objetiva criar, modificar parmetros e terminar sesses entre os usurios,

    onde as sesses podem ser unicast e multicast, contendo qualquer tipo de trfego multimdia.

    Para fazer o controle das sesses, o SIP capaz de iniciar e encerrar uma chamada, incluir ou

    excluir participantes de uma sesso e ainda oferece transferncia e manuteno de ligaes alm

    de transio entre conexes ponto a ponto e conferncia. Ele considerado um protocolo de sina-

    lizao utilizado para estabelecer endereos IP que os sistemas usaro para transferncia dos

  • dados. Como o SIP envolve apenas trfego de sinalizao, no incluindo o trfego de dados, a

    filosofia atrs do SIP manter as necessidades das aplicaes e prover a interoperabilidade entre

    computadores no processo de construo de novos servios multimdia.

    O SIP utiliza uma arquitetura cliente-servidor, onde a mquina que solicita o chamado

    atua como cliente e a que recebe o chamado atua como servidor. Como protocolo de sinalizao,

    o SIP deve possuir localizao de usurios, capacidade dos usurios, disponibilidade dos usu-

    rios, configurao de chamada e manipulao de chamada. Entre os atrativos para utilizao do

    SIP destacam-se a possibilidade de mobilidade do usurio, a flexibilidade e simplicidade do pro-

    tocolo.

    Uma rede SIP constituda de quatro entidades lgicas do SIP. Cada entidade tem uma

    funo especfica e participa na comunicao SIP como um cliente (solicitando pedidos), um

    servidor (respondendo os pedidos) ou ambos. As quatro entidades lgicas utilizadas na arquitetu-

    ra SIP so: User Agent, Servidores de Proxy, Servidores de redirecionamento e Servidores de

    Registro.

    User Agents - a entidade do SIP que interage com o usurio. Possui a capacida-

    de de enviar e receber requisies, assim, ele pode agir tanto como cliente(UAC), enviando re-

    quisies e recebendo respostas, ou como servidor(UAS), enviando respostas e recebendo requi-

    sies.

    SIP Proxy Servers - um tipo de servidor intermedirio do SIP, que atua tambm

    como cliente e servidor, recebendo as requisies e passando adiante para servidores mais pr-

    ximos do destino. Existem dois tipos de servidores Proxy, o Stateful Proxy Server e o Stateless

    Proxy Server. O Stateful Proxy Server mantem o estado das transaes e permite dividir a cha-

    mada (Fork) para mltiplos servidores na tentativa de localizar o usurio, dessa maneira ele cria

    uma rvore de busca, possuem maior confiabilidade, capacidade de computar o gasto do cliente e

    utilizam protocolo TCP. O Stateless Proxy Server no armazenam o estado da transao apenas

    envia adiante as requisies e as respostas, possuem maior velocidade, porem menos confiabili-

    dade e incapacidade de computar gastos do cliente.

    SIP Redirect Server - um tipo de servidor SIP, que responde ao pedido do UA

    fornecendo o nome e a localizao do usurio, esse servidor no reencaminha os pedidos.

    SIP Registrar Server - Servidor que armazena registros sobre usurios, fornecendo

    um servio de localizao.

    A codificao utilizada nas mensagens SIP utiliza a sintaxe HTTP/1.1, descrita RFC

    2068, e o conjunto de caracteres o ISSO 10646 com a codificao UTF-8, presente na RFC

    2279. As mensagens SIP podem ser apenas de dois tipos: pedidos e respostas. A seguir, so apre-

    sentadas a lista de opes de pedidos e de respostas.

  • Mtodo Descrio

    INVITE Inicializa chamadas ou parmetros da mesma

    ACK Confirma um pedido do tipo INVITE

    BYE Termina a chamad

    CANCEL Cancela o processo de busca e discagem

    OPTIONS Utilizado para reconhecimento das capacidades do cliente

    REGISTER Registra a localizao atual

    INFO Envia informaes durante a sesso que no altera o seu estado

    As mensagens de respostas do SIP contem cdigos numricos de respostas, parcialmente

    baseados nos cdigos do HTTP. Existem seis classes diferentes, distribudas em dois tipos de

    respostas, provisrias (classe 1xx) e finais (classes 2xx, 3xx, 4xx, 5xx, 6xx).

    Segue abaixo um exemplo de utilizao do protocolo SIP.

    Na verso 1 do SIP, o SIPv1(RFC 2543), existiam 4 tipos de campos de cabealho: Geral,

    Requisio, Resposta e Entidade. Como No eram usado pelo protocolo, a verso 2, o

    SIPv2(RFC 3261), no inclua essas classificaes.

    O cabealho SIP, em geral, segue as mesmas regras do cabealho HTTP, eles seguem es-

    se escopo, header:field, onde header um marcador que representa o nome do campo de cabea-

    lho e field um marcador que representa a informao do cabealho. Ambos os marcadores so

    case insensitive, campos de cabealhos que no conseguem ser entendidos pelos servidores so

    ignorados. Alguns exemplos de cabealho so mostrados abaixo, o caractere entre parntese re-

    presenta a forma simplificada de representar esse cabealho:

    Call-ID(i) - cabealho indispensvel numa comunicao SIP, ele serve como identifica-

    dor nico para uma mensagem, ele gerado localmente de maneira randmica, contem um @ e

  • um endereo de IP do transmissor. Exemplo de uso: i:[email protected]

    From(f) - cabealho necessrio em toda comunicao SIP, ele identifica o transmissor

    de determinada requisio. Exemplo de uso: From:

    Date - cabealho no obrigatrio que indica a data em que uma resposta ou requisio

    foi enviada, esse campo segue o padro de data do HTTP. Exemplo de uso: Date: Fri, 9 Jun 2006

    23:29:00 GMT.

    CSeq - cabealho obrigatrio que funciona como um contador para cada requisio fei-

    ta, com exceo de ACK e CANCEL. O Cseq utilizado pelos UAS para diferenciar uma requi-

    sio nova de uma retransmisso e utilizado pelos UAC para identificar a qual requisio uma

    determinada resposta pertence. Exemplo de Uso: CSeq: 3 OPTIONS

    Proxy-Authorization Cabealho que contm as informaes de UA solicitando autori-

    zao em um servidor Proxy, ele pode responder com uma mensagem 407 Proxy Authentication

    Required contendo um desafio.

    1.7.4 Comparativo entre H.323 e SIP

    Ao contrrio de outros protocolos que se baseiam no modelo centralizado, o H.323 e o

    SIP utilizam a inteligncia dos equipamentos na ponta. Mas as similaridades entre os dois param

    por a. Alis, h uma competio saudvel dos protocolos.

    O SIP vem ganhando cada vez mais espao no setor, principalmente nos EUA e Europa,

    por sua facilidade de permitir o desenvolvimento de aplicaes. Vale ainda frisar que o pouco

    tempo de vida do protocolo no significa imaturidade do mesmo. Muito pelo contrrio. O fato de

    o SIP ser trs anos mais novo que seu principal concorrente lhe d vantagens, em termos de fle-

    xibilidade e pelo fato de rodar nos padres da Internet. Um exemplo disso que a Microsoft a-

    nunciou que no desenvolver mais o H.323 (NetMeeting e Exchange Conferencing Server) e

    passar exclusivamente a desenvolver produtos dentro do SIP (Fonte:

    http://www.brasilescola.com).

    Na prtica, um dos problemas sentidos nos projetos corporativos est exatamente nessa

    dificuldade de fazer com que equipamentos de marcas diferentes conversem entre si. Nesse sen-

    tido, o H.323 tende a perder espao com o tempo, por ser um protocolo fechado.

    A tendncia que as empresas partam para o SIP, pois o protocolo aberto e permite a

    criao de novas aplicaes corporativas. O SIP uma evoluo natural do mundo de VoIP, pois

    permite uma interoperabilidade entre os dois protocolos.

    Os fornecedores, por seu lado, no ignoram tal tendncia. Eles vm lanando produtos

    compatveis com o SIP. A principal justificativa desses novos produtos ter que lidar com um

    legado de equipamentos antigos, que rodam nativamente H.323, mas que, por outro lado, tendem

    a adotam ambientes compatveis com aplicaes mais avanadas rodando SIP. Portanto, conside-

    ra-se que os padres como complementares. Uma das formas de definir o padro mais adequado

    para o ambiente de cada empresa avaliar, do ponto-de-vista tcnico, os benefcios e as carn-

    cias dos dois protocolos. Na comparao de escalabilidade, por exemplo, em ambientes com alto

    trfego de chamadas, o SIP exige menos ciclos de processamento para gerar a sinalizao de

  • mensagens. Com isso, o servidor tem condies de, teoricamente, manusear mais transaes do

    que o H.323, que usa mensagens definidas no H.225.

    Para os que esto interessados em aplicaes de videoconferncia, por outro lado, o

    H.323 suporta inteiramente conferncia de vdeo e dados. Os procedimentos esto alocados para

    fornecer controle para as reunies virtuais, assim como a sincronizao de udio e vdeo. O

    H.323 oferece servios de elevada qualidade para vdeo e voz. Observa-se hoje que a maioria dos

    fabricantes de equipamentos de videoconferncia continua investindo em H.323, face aos recur-

    sos providos e apostando na consolidao deste padro. (Fonte: Teleco.com.br)

    Em compensao, o SIP sai na frente no quesito de segurana, ao utilizar autenticao

    por HTTP (Hypertext Transfer Protocol ), SSL (Secure Sockets Layer ) e PGP(Pretty Good Pri-

    vacy), sendo bastante escalvel.

    2.0 QoS (Quality of Service)

    2.1 Definio

    QoS ou Qualidade de Servio. Um termo que cada vez mais ganha espao, principalmen-

    te na Internet. A QoS pode ser definida por um nmero especfico de parmetros. O servio de

    transporte pode permitir ao usurio determinar os valores preferenciais, os valores aceitveis e os

    valores mnimos para vrios parmetros de servio no momento em que uma conexo estabele-

    cida. Alguns parmetros tambm podem ser usados no transporte sem conexo. tarefa da ca-

    mada de transporte examinar esses parmetros e, dependendo do(s) tipo(s) de servio(s) de rede

    disponvel(eis), determinar se possvel realizar o servio solicitado. Os parmetros tpicos para

    a qualidade de servio da camada de transporte so resumidos em:

    Retardo no estabelecimento da conexo

    Probabilidade de falha no estabelecimento da conexo

    Throughput

    Taxa de erros residuais

    Prioridade

    Resilincia

    As redes TCP/IP que so parte fundamental nessa pesquisa, teoricamente no foi projeta-

    da para obter QoS. Mas com ajuda de alguns recursos e protocolos (RSVP), possvel ter um

    determinado nvel de QoS muito bom. Sem o protocolo RSVP, as redes TCP/IP s conseguem

    elaborar uma QoS rejeitando ou atrasando o envio e recebimento de pacotes.

    O retardo no estabelecimento da conexo o tempo da solicitao de conexo e o rece-

    bimento de uma confirmao. Quanto menor o retardo, melhor o servio.

    A probabilidade de falha no estabelecimento da conexo a possibilidade

    de falha na conexo. Essa caracterstica pode ocorrer devido a um congestionamento

  • na rede ou ainda por um problema de hardware.

    O parmetro throughput determina quantos bytes so transmitidos num perodo de tempo.

    O retardo de trnsito calcula o tempo desde o envio de uma mensagem

    pelo usurio origem ate o recebimento feito pelo usurio destino.

    A taxa de erros residuais em resumo seriam as perdas. A taxa de erros residuais calcula o

    numero de mensagens com defeito, perdidas ou corrompidas, do total enviado.

    O parmetro de Prioridade muito importante, pois oferece vantagens a pacotes priorit-

    rios distinguindo num congestionamento quais pacotes devem utilizar tal servio.

    O parmetro de Resilincia capacidade de manter certo QoS perante falhas. Os parme-

    tros QoS so especificados pelo usurio quando uma conexo solicitada. Os valores mnimos e

    mximos aceitveis podem ser fornecidos. s vezes, ao conhecer os valores de QoS, a camada

    de transporte percebe imediatamente que alguns deles no podem ser alcanados. Nesse caso, ela

    informa ao responsvel pela chamada que a tentativa de conexo falhou sem sequer tentar conta-

    to com o destino. O relatrio da falha especifica o que a causou. Em outros casos, a camada de

    transporte sabe que no pode alcanar o objetivo desejado (por exemplo, um throughput de

    700Mbps), mas pode atingir uma taxa mais baixa, (por exemplo, 250Mbps). Em seguida, a ca-

    mada de transporte envia a taxa mais baixa e a mnima aceitvel para a mquina remota e solicita

    o estabelecimento de uma conexo. Se a mquina remota no puder administrar o valor sugerido

    mas conseguir administrar qualquer valor acima do mnimo, a camada de transporte far uma

    contraproposta. Se a mquina remota no puder trabalhar com qualquer valor acima do mnimo,

    ela rejeitar a tentativa de conexo. Por fim, o usurio de transporte da mquina de origem in-

    formado do fato de que a conexo foi estabelecida ou rejeitada. Se a conexo tiver sido estabele-

    cida, o usurio ser informado dos valores dos parmetros acordados. Esse processo chamado

    de option negotiation (negociao de opo). Os planos acordados sero mantidos durante toda a conexo. O grande problema na Internet seria que usurios solicitariam uma conexo maior

    pura e simplemente por diverso saturando alguns servios de maior necessidade para outros

    usurios.[TANEMBAUM A. S. Redes de Computadores. Editora Campos 2001]

    2.2 QoS! Por qu?

    Por que QoS? E por que na Internet? So perguntas no muito fceis de responder. QoS

    um termo que cresce a cada dia entre usurios comuns como comentado anteriormente. As redes

    TCP/IP so base de grande importncia para o desenvolvimento da Internet e das Intranets atuais

    devido imensa malha de computadores espalhados pelo mundo com suporte a essa arquitetura.

    Atualmente a largura de banda tornou-se um assunto importante. Mais e mais pessoas es-

    to usando a Internet por motivos comerciais e particulares. Os grandes bancos esto incentivan-

    do seus clientes cada vez mais a realizarem suas operaes pela WEB. Cresce tambm o nmero

    de lojas que oferecem compras pelo sistema e-commerce (comercio eletrnico). Faculdades ofe-

    recendo certificao a distancia, enfim o panorama de interatividade dos usurios com a Internet

    cresce em um nvel muito rpido. Uma dificuldade de convencer usurios ultra-tradicionais a

    utilizarem os servios oferecidos pela Internet a segurana. Preocupados com crimes digitais,

    esses usurios ainda preferem Transito+Filas = Stress, ou seja, da maneira mais antiga e demo-

    rada. O montante de dados que precisa ser transmitido atravs da Internet cresce radicalmente.

  • Novos servios como Internet Phone e sistemas de videoconferncia precisam cada vez

    de mais largura de banda que os aplicativos usados nos primeiros anos da Internet. Enquanto que

    aplicativos Internet tradicionais, como WWW, FTP, no toleram perda de pacotes, mas so me-

    nos sensveis aos retardos variveis, a maioria dos aplicativos em tempo real apresenta exata-

    mente o comportamento oposto, pois podem compensar uma quantidade razovel de perda de

    pacotes mas so, normalmente, muito crticos com relao aos retardos variveis. Isso significa

    que sem algum tipo de controle de largura de banda, a qualidade desses fluxos de dados em tem-

    po real dependem da largura de banda disponvel no momento. Larguras de banda baixas, ou

    mesmo larguras de banda melhores mas instveis, causam m qualidade em transmisses de

    tempo real, com eventuais interrupes ou paradas definitivas da transmisso. Por isso, so ne-

    cessrios conceitos novos para garantir uma QoS especfica para aplicativos em tempo real na

    Internet. Segundo uma QoS pode ser descrita como um conjunto de parmetros que descrevem a

    qualidade (por exemplo, largura de banda, utilizao de buffers, prioridades, utilizao da CPU

    etc.) de um fluxo de dados especfico. A pilha do protocolo IP bsica propicia somente uma QoS

    que chamada de melhor tentativa. Os pacotes so transmitidos de um ponto a outro sem qual-

    quer garantia de uma largura de banda especial ou retardo mnimo. No modelo de trfego de me-

    lhor tentativa, as requisies na Internet so processadas conforme a estratgia do primeiro a

    chegar, primeiro a ser atendido. Isso significa que todas as requisies tm a mesma prioridade e

    processada uma aps da outra. No h possibilidade de fazer reserva de largura de banda para

    conexes especficas ou aumentar a prioridade de uma requisio especial. Assim, foram desen-

    volvidas novas estratgias para oferecer servios previsveis na Internet.

    Hoje em dia, h dois princpios bsicos para garantir

    Servios Integrados

    Servios Diferenciados

    Os servios integrados trazem melhoramentos ao modelo de rede IP para suportar trans-

    misses em tempo real e garantir largura de banda para seqncias de dados especficas. Neste

    caso, definimos um fluxo de dados (stream) como uma seqncia distinguvel de datagramas

    relacionados transmitidos de um nico emissor para um nico receptor que resulta de uma nica

    atividade de usurio e requer a mesma QoS.

    EX: um fluxo de dados poderia consistir de um stream de vdeo entre um par de usurios

    determinado. Para estabelecer a conexo de vdeo nas duas direes, so necessrios dois fluxos

    de dados. Cada aplicativo que inicia um fluxo de dados pode especificar a QoS exigida para esse

    fluxo. Se a ferramenta de videoconferncia precisar de uma largura de banda mnima de 128

    Kbps e um retardo de pacote mnimo de 100 ms para garantir exibio de vdeo contnua, essa

    QoS pode ser reservada para essa conexo.

    O mecanismo de Diferenciados no usa sinalizao por fluxo. Nveis diferentes de servi-

    os podem ser reservados para grupos diferentes de usurios da Internet, o que significa que o

    trfego todo ser dividido em grupos (camadas) com parmetros de QoSs diferentes. Isso reduz

    a carga extra de manuteno em comparao com os Servios Integrados.

  • 3 Cenrio pra QoS

    Numa rede IP a qualidade de servio consiste num mecanismo fim-a-fim (host de origem

    a host de destino) de garantia de entrega das informaes (pacotes). Assim sendo, a implementa-

    o da garantia de QoS pela rede implica em atuar nos equipamentos envolvidos na comunicao

    fim-a-fim visando o controle dos parmetros de QoS.

    Os parmetros (atrasos, jitter, dentre outros) que devem ser controlados visando a obten-

    o da qualidade de servio no so, infelizmente, localizados num nico equipamento ou com-

    ponente da rede. A figura abaixo ilustra um exemplo de situao onde na rede tem-se equipa-

    mentos tipo LAN Switch, roteadores, gateways, pois passou da utilizao da telefonia pblica

    (comutao de circuitos) para a telefonia de Voz sobre IP (comutao de pacotes). Os mecanis-

    mos de QoS devem atuar nestes equipamentos de forma cooperada, juntamente com as camadas

    de protocolo e entidades. Uma das atribuies dos gerentes de Tecnologia da Informao (TI)

    justamente a escolha e implementao adequada dos mecanismos de QoS discutidos adiante num

    cenrio como o da figura.

    J deve ter percebido o principal objetivo da QoS priorizar o trfego interativo sensvel

    a retardo, em detrimento ao trfego referente transferncia de arquivos, que no sensvel a

    retardo, como possvel perceber no modelo da figura a seguir:

  • A qualidade de servio deve ser fim-a-fim, ou seja, considerando o modelo acima, o tr-

    fego tem que ser tratado inicialmente na rede local (LAN) de origem, depois no prprio roteador

    (controle de descarte de pacotes, por exemplo), posteriormente nas World Area Network WAN

    (conexes de longa distncia) e roteadores intermedirios, no roteador destino, e finalmente na

    rede local destino. Os atrasos de comunicao e as perdas de pacotes influenciam na interativi-

    dade dos usurios e na qualidade da aplicao. Considerando nmeros, se esta aplicao gera

    uma vazo (fluxo de dados) de 64 Kbps, mesmo a utilizao de uma Linha Privada (LP) em rede

    WAN de 256 Kbps pode no ser suficiente. Neste caso, os atrasos e perdas decorrentes da opera-

    o podem prejudicar a qualidade da aplicao. Diz-se ento que a aplicao exige uma qualida-

    de de servio da rede.

    Na telefonia pblica atual, o desperdcio de banda muito grande como mostra na figura

    abaixo, com uma utilizao de 50 a 60% (por cento), apesar de no haver congestionamento, pois

    a banda garantida. A banda no utilizada de maneira eficaz.

    J na tecnologia IP existe uma alta eficincia de banda, pois a banda compartilhada, e a

    utilizao do meio de 90 a 95% (por cento) com na figura abaixo, mas por outro lado, existem

    atrasos variveis na entrega de pacotes, surgindo a a necessidade de um controle rigoroso em

    servios como o da seleo do trfego de pacotes e a prioridade dos mesmos.

  • 3.1 - Vazo

    A vazo (banda) o parmetro mais bsico de QoS e necessrio para a operao ade-

    quada de qualquer aplicao. Em termos prticos as aplicaes geram vazes que devem ser a-

    tendidas pela rede. O quadro 3 em seguida ilustra a vazo tpica de algumas aplicaes:

    Como discutido, o atendimento do requisito vazo para a qualidade de servio um dos

    aspectos levados em conta no projeto da rede.

    3.2 Latncia e Atraso

    A latncia e o atraso so parmetros importantes para a qualidade de servio das aplica-

    es. Ambos os termos podem ser utilizados na especificao de QoS, embora o termo "latncia"

    seja convencionalmente mais utilizado para equipamentos e o termo "atraso" seja mais utilizado

    com as transmisses de dados (P. ex.: atrasos de transmisso, atrasos de propagao).

    De maneira geral, a latncia da rede pode ser entendida como o somatrio dos atrasos

    impostos pela rede e equipamentos utilizados na comunicao. Do ponto de vista da aplicao, a

    latncia (atrasos) resulta em um tempo de resposta (tempo de entrega da informao p. ex. pa-

    cotes) para a aplicao.

    Os principais fatores que influenciam na latncia de uma rede so os seguintes:

    atraso de propagao (Propagation Delay);

    velocidade de transmisso e

    processamento nos equipamentos.

  • O atraso de propagao corresponde ao tempo necessrio para a propagao do sinal el-

    trico ou propagao do sinal ptico no meio sendo utilizado (fibras pticas, satlite, coaxial e

    outros) e um parmetro imutvel onde o gerente de rede no tem nenhuma influncia.

    O quadro em seguida ilustra a ttulo de exemplo alguns valores para o atraso de propaga-

    o entre cidades numa rede WAN utilizando fibras pticas como meio fsico de comunicao

    A velocidade de transmisso um parmetro controlado pelo gerente visando normal-

    mente a adequao da rede qualidade de servio solicitada. Em se tratando de redes locais

    (LANs), as velocidades de transmisso so normalmente bastante elevadas, tendendo a ser tipi-

    camente superior 10 Mbps dedicada por usurio (p. ex.: utilizando LAN Switches).

    Em se tratando de redes de longa distncia (Redes corporativas estaduais e nacionais, re-

    des metropolitanas, intranets metropolitanas, etc.) as velocidades de transmisso so dependen-

    tes da escolha de tecnologia de rede WAN (Linhas privadas, Frame Relay, satlite, ATM, dentre

    outras). Embora exista obviamente a possibilidade de escolha da velocidade adequada para ga-

    rantia da qualidade de servio, observam-se neste caso restries e/ ou limitaes nas velocida-

    des utilizadas, tipicamente devido aos custos mensais envolvidos na operao da rede. Alm des-

    se fator, observam-se tambm algumas restries quanto disponibilidade tanto da tecnologia

    quanto da velocidade de transmisso desejada. Em termos prticos, trabalha-se em WAN tipica-

    mente com vazes da ordem de alguns megabits por segundo (Mbps) para grupos de usurios.

    O resultado das consideraes discutidas que a garantia de QoS certamente mais crti-

    ca em redes metropolitanas (MAN) e redes de longa distncia (WAN) pelo somatrio de dois

    fatores, ambos negativos:

    trabalha-se com velocidades (vazo) mais baixas;

    a latncia (atrasos) muito maior quando se compara com o cenrio das redes locais.

    O terceiro fator que contribui para a latncia da rede a contribuio de atraso referente

    ao processamento realizado nos equipamentos. A ttulo de exemplo, numa rede IP os pacotes so

    processados ao longo do percurso entre origem e destino por:

    roteadores (comutao de pacotes)

    LAN Switches (comutao de quadros)

    servidores de acesso remoto (RAS) (comutao de pacotes, outros)

    firewalls (processamento no nvel de pacotes ou no nvel de aplicao)

  • Considerando que a latncia um parmetro fim-a-fim, os equipamentos finais (hosts)

    tambm tm sua parcela de contribuio para o atraso. No caso dos hosts, o atraso depende de

    uma srie de fatores, a saber:

    capacidade de processamento do processador;

    disponibilidade de memria;

    mecanismos de cache;

    processamento nas camadas de nvel superior da rede (Programa de aplicao, camadas

    acima da camada IP, etc.);

    Outros

    Em resumo, observe-se que os hosts so tambm um fator importante para a qualidade de

    servio e, em determinados casos, podem ser um ponto crtico na garantia de QoS.

    Esta considerao particularmente vlida para equipamentos servidores (Servers) que

    tm a tarefa de atender solicitaes simultneas de clientes em rede.

    Em suma, podemos definir e diferenciar os termos de latncia e atraso da seguinte forma:

    A latncia o tempo que um pacote leva para sair da origem e chegar ao seu destino. Em termos

    de telefonia, latncia o tempo que a fala leva pra sair do locutor e chegar ao receptor.

    Uma grande latncia no significa que ocorrer degradao da voz, o que pode ocorrer

    uma perda de sincronizao. J o atraso, seria a diferena de tempo entre o instante em que o

    transmissor envia o primeiro bit do pacote e o instante que o receptor recebe este bit. Seu com-

    portamento funo da carga na rede. Seu crescimento demasiado leva a uma perda de qualidade

    a nvel de usurio, j que a demora na escuta do sinal do assinante 1 pode levar o assinante 2

    a iniciar sua fala, causando uma sobreposio das falas. A sensao do usurio a de estar usan-

    do um sistema half-duplex. O atraso descrito anteriormente nomeado de fim-a-fim, possui

    componentes de natureza fixa e de natureza varivel. Estas componentes sero descritas abaixo:

    Atraso de Propagao: Este atraso diretamente relacionado com o tempo de propaga-

    o do sinal no meio de transmisso, sendo este, funo da velocidade da luz no meio. O atraso

    de propagao depende do tipo de meio, da distancia percorrida e considerado atraso fixo;

    Atraso de Empacotamento: Tempo necessrio para se gerar um nmero suficiente de

    quadros de voz para preencher o payload do pacote IP. Para que esse atraso no atinja valores

    muito altos, os pacotes enviados podem conter somente um quadro, porm, isto reduz a eficin-

    cia (overhead/informao do sistema) do sistema;

    Atraso nos Ns da Rede: O atraso de enfileiramento o principal atraso que os pacotes

    sofrem dentro da rede. Este atraso composto de duas parcelas: uma fixa, referente ao tempo de

    transmisso do pacote, e outra varivel, correspondente ao tempo de espera na fila at que o pa-

    cote seja atendido. Este atraso responsvel pela aleatoriedade do atraso total ao qual o pacote

    exposto, assumindo valores inaceitveis quando a rede estiver congestionada;

    Atraso devido ao Buffer: O jitter introduzido no sistema atravs do comportamento

    aleatrio do tempo de enfileiramento dos pacotes nos roteadores. Uma das solues que podem

  • ser usadas para compensar esta variao a introduo de buffers, com a funo de armazenar os

    pacotes que chegam com atraso varivel e entreg-los ao receptor. Se a variao do atraso for

    muito alta, o atraso adicional necessrio para compensar a variao pode resultar em um atraso

    fim-a-fim inaceitvel. definido, ento, um valor mximo de atraso aceitvel para o buffer.

    Qualquer pacote que chegar aps esse tempo ser descartado.

    3.3 - Jitter

    O jitter um outro parmetro importante para a qualidade de servio. No caso, o jitter

    importante para as aplicaes executando em rede cuja operao adequada depende de alguma

    forma da garantia de que as informaes (pacotes) devem ser processadas em perodos de tempo

    bem definidos. Este o caso, por exemplo, de aplicaes de voz e fax sobre IP (VoIP) e aplica-

    es de tempo real.

    Do ponto de vista de uma rede de computador, o jitter pode ser entendido como a varia-

    o no tempo e na seqncia de entrega das informaes (p. ex.: pacotes) (Packet-Delay Variati-

    on) devido variao na latncia (atrasos) da rede.

    Conforme discutido no item anterior, a rede e seus equipamentos impem um

    atraso informao (p. ex.: pacotes) e este atraso varivel devido a uma srie de

    fatores, a saber:

    tempos de processamento diferentes nos equipamentos intermedirios (roteadores, swit-

    ches, etc.);

    Frame Relay, ATM, X.25,

    IP) e outros fatores ligados operao da rede.

    A figura a seguir ilustra o efeito do jitter entre a entrega de pacotes na origem e o seu

    processamento no destino. Caso houvesse uma taxa de transmisso constante com intervalo de

    20 ms entre a transmisso de um pacote e outro tais pacotes deveriam chegar ao destino com

    intervalo de 20 ms. Porm como cada pacote pode trafegar na rede por diferentes rotas e diferen-

    tes meios esse tempo de chegada pode variar. Fato este que diminuiria a qualidade do servio.

  • O jitter resulta no somente uma entrega com periodicidade varivel (Packet-Delay Vari-

    ation) como tambm a entrega de pacotes fora de ordem. Em princpio, o problema dos pacotes

    fora de ordem poderia ser resolvido com o auxlio de um protocolode transporte como o TCP que

    verifica a seqncia das mensagens e faz as devidas correes. Entretanto, na prtica tem-se que

    a grande maioria das aplicaes multimdia optam por utilizar o UDP ao invs do TCP pela mai-

    or simplicidade e menor overhead deste protocolo. Nestes casos, o problema de sequenciamento

    deve ser resolvido por protocolos de mais alto nvel normalmente incorporados aplicao co-

    mo, por exemplo, o RTP (Real Time Transfer Protocol).

    O jitter introduz distoro no processamento da informao na recepo e deve ter meca-

    nismos especficos de compensao e controle que dependem da aplicao em questo. Generi-

    camente, uma das solues mais comuns para o problema consiste na utilizao de buffers (Tc-

    nica de "buffering").

    3.4 - Perdas

    As perdas de pacotes em redes IP ocorrem principalmente em funo de fatores tais co-

    mo:

    descarte de pacotes nos roteadores e switch routers (Erros, congestionamento, etc.);

    perda de pacotes devido erros ocorridos na camada 2 (PPP - Point-to-Point Protocol,

    Ethernet, Frame Relay, ATM) durante o transporte dos mesmos. De maneira geral, as

    perdas de pacotes em redes IP so um problema srio para determinadas aplicaes co-

    mo, por exemplo, a voz sobre IP. Neste caso especfico, a perda de pacotes com trechos

    de voz digitalizada implica numa perda de qualidade eventualmente no aceitvel para a

    aplicao. O que fazer em caso de perdas de pacotes uma questo especfica de cada a-

    plicao em particular.

    Do ponto de vista da qualidade de servio da rede (QoS) a preocupao

    normalmente no sentido de especificar e garantir limites razoveis (Taxas de Perdas) que

    permitam uma operao adequada da aplicao.

    3.5 Disponibilidade e Confiabilidade

    A disponibilidade um aspecto da qualidade de servio abordada normalmente na fase de

    projeto da rede. Em termos prticos, a disponibilidade uma medida da garantia de execuo da

    aplicao ao longo do tempo e depende de fatores tais como:

  • disponibilidade dos equipamentos utilizados na rede proprietria (Rede do cliente) (LAN,

    MAN ou WAN);

    telecomuni-

    caes, carriers, ISPs - Internet Service Providers).

    As empresas dependem cada vez mais das redes de computadores para a viabilizao de

    seus negcios (comrcio eletrnico, home-banking, atendimento online, transaes online) e,

    neste sentido, a disponibilidade um requisito bastante rgido. A ttulo de exemplo, requisitos de

    disponibilidade acima de 99% do tempo so comuns para a QoS de aplicaes WEB, aplicaes

    cliente/ servidor e aplicaes de forte interao com o pblico, dentre outras.

    A arquitetura DiffServ parte do princpio que domnios adjacentes tenham um acordo so-

    bre os servios que sero disponibilizados entre os mesmos. Este acordo denomina-se SLA

    Service Level Agreement. Um SLA determina as classes de servios suportadas e a quantidade

    de trfego na banda entre os domnios. Os domnios podem definir um SLA esttico ou dinmi-

    co, sendo que, neste ltimo caso, um protocolo de sinalizao e controle ser necessrio para o

    gerenciamento da banda.

    A SLA deve definir claramente quais requisitos devem ser garantidos para que as aplica-

    coes possam executar com qualidade. Um exemplo tpico de SLA para uma aplicao de VOIP

    com algumas centenas de canais de voz simultneos numa rede IP WAN poderia ser:

    Vazo >= 2Mbps;

    Atraso = 99,5%

    Uma vez que a rede garanta esta SLA, tem-se como resultado que a aplicao VOIP em

    questo poder executar garantindo a qualidade de voz prevista para os seus usurios se comu-

    nicando simultaneamente atravs da rede IP.

    Tais providncias devem ser tomadas tambm em relao confiabilidade da rede como

    um todo. Uma soluo para aumentar a confiabilidade seria usar equipamentos e links redundan-

    tes. Isso deixaria a rede menos suscetvel a falhas e aumentaria assim a qualidade do servio.

  • 4 - QoS Alternativas Tcnicas

    Uma vez identificado os parmetros relacionados com a qualidade de servio das aplica-

    es, discute-se os protocolos, mecanismos e algoritmos utilizados na implementao efetiva da

    qualidade de servio.

    Para adicionar recursos de qualidade de servios pilha TCP/IP, dois modelos de classes

    de servios para trfego Internet esto sendo considerados e desenvolvidos pela IETF: o primeiro

    refere-se aos servios diferenciados, denominado Differentiated Services (DIFFSERV) ou ainda

    de Soft QoS, que prov um tratamento diferenciado, com preferncia estatstica, a determinados

    tipos de fluxo; e o segundo refere-se aos servios integrados ou Integrated Services (INTSERV),

    tambm chamado de Hard QoS, que fornece uma garantia absoluta na alocao dos recursos da

    rede.

    As alternativas IntServ e DiffServ no so concorrentes ou mutuamente exclusivas. Na

    realidade, estas so solues complementares que podem ser utilizadas conjuntamente. Uma al-

    ternativa de uso conjunto das duas solues seria a utilizao do DiffServ no backbone de rotea-

    dores (core), na medida em que uma soluo mais "leve" e o IntServ RSVP nas redes de aces-

    so, na medida em que fornece um bom controle com granularidade dos requisitos de QoS das

    aplicaes.

    Alm dessas, existem outras alternativas tcnicas bsicas para a implantao de qualidade

    de servio em redes IP, so as seguintes:

    MultiProtocol Label Switching (MPLS);

    Subnet Bandwidth Management (SBM);

    Todas as alternativas citadas, excetuando-se as solues proprietrias, so iniciativas do

    IETF. O IETF est fortemente empenhado em propor um conjunto de solues para os mecanis-

    mos de controle de QoS que garanta a interoperabilidade dos mesmos entre diferentes fornecedo-

    res. Isto se d em funo da importncia das redes IP para o suporte de novas aplicaes multi-

    mdia, tempo real, etc.

    Porm, no o objetivo principal deste trabalho se aprofundar nos mesmos. Sero abor-

    dados mecanismos de controle e inibio de congestionamento, tcnicas de controle de trfego

    com classificao e priorizao de fluxo. Alm disso, so apresentadas algumas comparaes

    entre as tcnicas abordadas, mas tudo sem se prender s denominaes e classificaes dos mo-

    delos definidos pela IETF.

  • 4.1 Controle e Inibio de Congestionamento

    H vrios mecanismos de enfileiramento para controle e preveno de congestionamento

    em interfaces de roteadores (Ethernet, seriais, Frame Relay, etc.) e switches nvel 3, aplicveis

    tanto em redes WAN como em LAN. As principais so apresentadas a seguir.

    4.1.1 Enfileiramento FIFO (First In First Out)

    Em geral, o controle de trfego nas conexes seriais dos roteadores implementado atra-

    vs de filas FIFO (o primeiro a entrar o primeiro a sair). Uma fila FIFO um mecanismo de

    armazenamento e repasse (store and forward) que no implementa nenhum tipo de classificao.

    A ordem de chegada dos pacotes que determina a alocao da banda, e o que chega primeiro

    logo atendido. o tratamento default da fila nos roteadores, j que no requer nenhuma configu-

    rao. O problema ocorre em trfego de rajada, que pode causar longos atrasos em aplicaes

    sensveis ao tempo. Por isso, filas FIFO no servem para aplicaes que requerem QoS.

    4.1.2 Enfileiramento Justo (Fair Queueing)

    No algoritmo de Enfileiramento Fair Queueing (enfileiramento justo), as mensagens so

    ordenadas em sesses, e, para cada sesso, alocado um canal. A ordem na fila realizada atra-

    vs do ltimo bit que atravessa o canal. Essa operao prov uma alocao mais justa da banda

    entre os fluxos de dados.

    O algoritmo WFQ - Weighted Fair Queueing uma implementao Cisco na qual pos-

    svel ponderar determinados tipos de fluxo. O algoritmo escalona o trfego prioritrio (interati-

    vo) para frente da fila, reduzindo o tempo de resposta. Ao mesmo tempo, compartilha o restante

    da banda com os outros tipos de fluxo de uma forma justa. O WFQ dinmico e se adapta auto-

    maticamente s mudanas das condies de trfego, sendo bastante til em conexes seriais de

    baixa velocidade at 2 Mbps.

    Por apresentar um desempenho superior fila FIFO, a fila WFQ j vem prconfigurada-

    nas interfaces seriais dos roteadores Cisco.

    A classificao dos fluxos de dados pode ser realizada de diversas formas: por endereo

    fonte ou destino, por protocolo, pelo campo precedncia IP, pelo par porta/socket, etc. A quanti-

    dade de filas configurvel e a ponderao pode ser estabelecida por precedncia IP, ou em con-

    junto com outros protocolos de QoS como o Resource reSerVation Protocol (RSVP), ou ainda

    em trfego Frame Relay, como VoFR (Voice over Frame Relay) por exemplo, atravs dos par-

    metros Forward Explicit Congestion Notification (FECN), Backward Explicit Congestion Notifi-

    cation (BECN) e Discard Eligible (DE).

  • 4.1.3 Enfileiramento Prioritrio (Priority Queueing)

    Numa fila com Enfileiramento Priority Queueing - PQ (enfileiramento prioritrio), o tr-

    fego de entrada classificado em quatro nveis de prioridade: alta, mdia, normal e baixa (high,

    medium, normal e low). Os pacotes no classificados so marcados, por default, como normal.

    Durante a transmisso, o trfego classificado e marcado como prioritrio tem preferncia

    absoluta. Por isso, este mtodo deve ser utilizado com cuidado, para evitar longos atrasos e au-

    mento de jitter nas aplicaes de menor prioridade. Num caso extremo, o trfego de menor prio-

    ridade pode at nunca ser transmitido, se o de maior prioridade tomar toda a banda. Isso pode

    acontecer em conexes de baixa velocidade.

    Alm disso, a fila default sempre tem que ser habilitada. Caso contrrio, todo fluxo no

    classificado (sem uma correspondente lista de prioridade) tambm poder no ser enviado.

    H vrias opes de classificao de trfego numa fila PQ. A classificao pode ser por

    protocolo (p. ex. IP), por interface de entrada ou por lista de acesso.

    4.1.4 Enfileiramento Personalizado (Custom Queueing)

    O algoritmo da fila Custom Queueing (CQ) permite especificar uma percentagem da ban-

    da para uma determinada aplicao (alocao absoluta da banda). A banda reservada comparti-

    lhada proporcionalmente, no percentual pr-definido, entre as aplicaes e os usurios. O restan-

    te da banda compartilhado entre os outros tipos de trfego. O algoritmo CQ controla o trfego

    alocando uma determinada parte da fila para cada fluxo classificado. As filas so ordenadas ci-

    clicamente num esquema round-robin, onde, para cada fila, enviado a quantidade de pacotes

    referente parte da banda alocada antes de passar para a fila seguinte. Associado a cada fila, h

    um contador configurvel que estabelece quantos bytes devem ser enviados antes da passar para

    a prxima fila.

    At 17 filas podem ser definidas, mas a fila zero reservada para mensagens dos sistemas

    como sinalizao, keep-alive, etc. A classificao CQ pode ser feita por endereo fonte ou desti-

    no, por protocolo (p. ex. IP), por precedncia IP, por interface de entrada e ainda por listas de

    acesso.

    A seguir, apresenta-se algumas consideraes sobre a escolha de qual mtodo utilizar. De

    fato, estas so as diretrizes bsicas nas consideraes iniciais de um projeto VoIP, porm, na

    prtica o que prevalecer ser o mtodo e a configurao dos respectivos parmetros que se en-

    quadrem nas condies do projeto. Ento se deve ter disponibilidade de banda nas conexes

    WAN, topologia do backbone, roteamento esttico ou dinmico, etc. e que produzir uma boa

    qualidade subjetiva do sinal de voz.

  • 5 Limitaes das redes IP para transmisso de voz

    A comutao de circuitos uma tcnica de comunicao, onde a principal caracterstica

    a necessidade de se estabelecer um caminho fim-a-fim, antes que qualquer dado possa ser envia-

    do. reservada estaticamente a largura de banda necessria com antecedncia e o que no for

    utilizada em circuito alocado simplesmente desperdiada.

    A comutao de pacotes uma tcnica de comunicao, onde a largura de banda somente

    usada quando preciso e a banda no utilizada pode ser utilizada por outros pacotes entre ori-

    gens e destinos no associados, pois os circuitos nunca so dedicados. [TANENABAUM, 1997]

    Nas redes de comutao de circuitos, um caminho fim a fim estabelecido ao se efetuar a

    conexo entre o transmissor e o receptor. estabelecida uma banda e demais recursos da rede,

    que por sua vez ficam dedicados somente durante quela conexo, sem compartilhamento. Assim

    garante-se qualidade de servio (QoS - Quallity of Service), mas perde-se na eficincia dos re-

    cursos da rede, pois mesmo se no for transmitido nada na banda alocada, ela se encontrar inuti-

    lizada, pois no h compartilhamento de recursos.

    As redes de comutao de pacotes compartilham recursos entre os diversos usurios que

    desejam transmitir. E como no alocado um caminho dedicado a uma conexo cada pacote

    pode percorrer uma rota diferente, ou seja, geralmente perde-se a seqncia dos pacotes transmi-

    tidos. Nessa rede tambm preciso o processamento dos ns intermedirios de uma conexo.

    Outra dificuldade para a voz, a qual exige cadncia, est relacionado ao fato de as redes IP traba-

    lharem com o "melhor esforo" (best effort). Assim, todos os pacotes so tratados de forma igual,

    sem prioridades entre eles ou discriminao entre os diversos tipos de trfegos. Quando um pa-

    cote chega na fila do roteador, FIFO (First In First Out) primeiro que entra o primeiro que sai,

    ele no pode "furar" fila. Se houver espao nos buffers dos roteadores, o pacote armazenado

    para transmisso e, caso contrrio, ele descartado. [DELFINO, 1999]

    Atrasos so outras barreiras para os pacotes de voz. Eles podem ser de dois tipos: fixos

    ou variveis (jitter). Os atrasos fixos causam desconforto na conversao e os variveis, atrapa-

    lham a cadncia na transmisso da voz.

    Os atrasos fixos podem ocorrer por diversos motivos:

    compresso: tempo gasto na codificao da voz;

    entre processos: atraso em devido aos handoffs entre os roteadores da rede;

    transmisso: limitaes de velocidade dos enlaces;

    rede: uma funo da capacidade da rede;

    buffer: em funo do tamanho do buffer;

    descompresso: tempo gasto na descompresso.

    Os atrasos variveis so decorrentes do trfego e do congestionamento da rede. Estes so

    causados principalmente pelo enfileiramento dos pacotes nos roteadores.

  • Atrasos da ordem de 150ms (para alguns, 250ms) so considerados intolerveis para

    transmisso de voz, pois causam perda de interatividade. Valores mais altos do que isto, porm,

    podem ser atingidos, em algumas situaes, na Internet.

    5.1 Atraso em Transmisso de voz em redes de pacote

    No s os atrasos, mas tambm de fundamental considerao so as perdas existentes na

    rede. Para o trfego de voz codificado sem compresso, elas no so to importantes. Contudo,

    ao comprimirmos a voz, estaremos aumentando a sensibilidade em relao s perdas. Apesar do

    protocolo TCP tentar garantir a recuperao contra congestionamento e perdas, uma garantia

    maior s obtida utilizando uma banda maior disponvel, bem como uma melhoria no tempo de

    processamento dos ns.

    Outro problema a ser considerado a escassez de banda. A conversao normal possui

    intervalos de silncio, o que pode gerar um desperdcio de recursos em se tratando de alocar uma

    possvel banda fixa, como ocorre com a telefonia convencional.

    Para finalizar, possvel mencionar tambm como uma dificuldade que se afigura o uso

    do protocolo UDP como transporte para aplicao de voz. Este protocolo, que no efetua a reor-

    denao, nem a recuperao por retransmisso, tem a vantagem de ser o mais adequado para se

    manter a cadncia da conversao. Alm do mais, existe alguma tolerncia a perdas quando se

    trata da transmisso de voz. Contudo, o UDP o tipo datagrama, mas no possui controle de

    congestionamento algum. Por isso, ele pode ser um emissor agressivo para a rede, gerando, as-

    sim, congestionamento.

    5.2 Tcnicas para minimizar o atraso/congestionamento

    Em contraponto a todas essas dificuldades, sero mostradas a seguir as tecnologias que

    esto em desenvolvimento, ou j esto estabelecidas, que permitem contornar estes obstculos.

    Para resolver os problemas relacionados ao congestionamento e atrasos, podemos empre-

    gar mecanismos de controle de congestionamento e atribuio de prioridades. A priorizao pode

    ser mais eficiente, quando empregada com outras tcnicas que aceleram o fluxo dos pacotes de

    voz. Os algoritmos de priorizao podem limitar dinamicamente o tamanho dos quadros de da-

    dos, se h presena de pacotes de voz, podendo assim se conseguir um enfileiramento de pacotes

    de dados frente de qualquer pacote de voz. Consegue-se assim, diminuir os tempos de enfilei-

    ramento dos pacotes de voz, garantindo um bom desempenho por parte da transmisso de dados,

    caso o fluxo de voz no esteja em uso. J quanto ao controle de congestionamento, alguns mto-

    dos como a priorizao de pacotes UDP, esto emergindo para garantir o trfego de voz fluindo

    suavemente.

    Alm disso, os roteadores devem empregar tcnicas de bufferizao e ocultamento de er-

    ros, para compensar os atrasos e perdas de pacotes que ocorrem de forma inevitvel. Buffer na

    extremidade receptora enfileiram uma pequena quantidade de pacotes, antes de sua execuo,

    eliminando as variaes de atrasos que podem ocorrer na rede. Podem ser implementados mto-

  • dos de estimao do contedo de pacotes perdidos baseados nos pacotes previamente enviados,

    de forma a repor a informao ausente.

    Como forma de melhorar a banda deve-se empregar algoritmos de compresso de voz e

    supresso de silncio. Com a compresso, consegue-se obter udio de boa qualidade numa banda

    menor. Os algoritmos de compresso empregam a supresso de silncio, eliminando as pausas,

    que ocupam at 40% da conversao telefnica, e ocupando a banda por outros pacotes quando

    intervalos de silncio ocorrem. Entretanto, h que se levar em considerao que com a compres-

    so, os pacotes de voz aumentam a sensibilidade a perdas, donde vemos a importncia dos me-

    canismos que evitam tais caractersticas.

    Outro problema que pode irritar o ouvinte durante a conversao telefnica o eco. As-

    sim, deve-se empregar algoritmos de cancelamento de eco de forma a evitar tais incmodos. Os

    algoritmos mais modernos modelam padres matemticos da conversao humana e subtraem no

    caminho de transmisso. Para funcionar de forma eficiente, esta tcnica deve ser empregada no

    mesmo roteador que faz a codificao de voz.

    Os mecanismos que esto implementados, ou so assuntos de pesquisa no ambiente In-

    ternet, para garantir QoS para a transmisso de voz so:

    Resource reSerVation Protocol (RSVP): primeiro padro industrial para garantir QoS em

    redes heterogneas. O RSVP um protocolo de sinalizao que tem a capacidade de re-

    quisitar um determinado nvel de QoS atravs da rede. Ele carrega o pedido pela rede vi-

    sitando cada n que a rede usa para carregar o fluxo. O RSVP deve ser implementado n

    a n, implicando em problemas de escalabilidade.

    Real Time Transport Protocol (RTP) e Real-Time Control Protocol (RTCP): O RTP

    constitudo por uma parte de dados e outra de controle, RTCP. Realiza a reconstruo de

    temporizao, a deteco de perdas e identificao de contedo. O RTCP d suporte a

    conferncia em grupo, ou seja, identificao de fontes e suporte a roteadores de nvel 2

    (bridges) para udio e vdeo, tambm d suporte a tradutores de multicast para unicast.

    Como a sobrecarga do uso do IP-UDP-RTP grande, 40 octetos, adotada a vero

    CRTP, com compresso de cabealho para um valor de 2 a 4 octetos.

    Suavizao de Trfego: Taxa Mdia = (Tamanho de Rajada) / (Intervalo). Por definio,

    a taxa de transmisso no exceder a taxa mdia.

    Poltica de escalonamento - Prioridades Weighted Fair Queuing (WFQ) e Random Early

    Detection (RED): O trfego entrante associado a uma fila. A fila com maior prioridade

    servida at que se esvazie e assim pacotes nas outras filas vo sendo servidos. Os trfe-

    gos crticos vo ficar com maior banda causando prejuzo aos outros trfegos (starvati-

    on). O WQF evita que o trfego chegue a uma situao de starvation, pois ele divide a

    banda com "justia".

  • Esse mecanismo diminui o jitter. O RED um algoritmo de preveno contra congestio-

    namento. Pode-se tambm implementar pesos (WRED) configurados no campo ToS (Type of

    Service) do datagrama IP.

    6 - Segurana

    Este tema pode ser considerado o mais crtico quando uma empresa analisa a viabilidade

    da implantao de um sistema de telefonia IP pois devido s vulnerabilidades que as redes po-

    dem possuir, a idia da reduo de custos com a implantao do VoIP pode no atingir um resul-

    tado no esperado.

    Com a convergncia para o mundo IP, o cuidado com a segurana da informao deve ser

    totalmente relevante. Temos que ter a conscincia de que ao utilizar o sistema com acesso rede

    mundial, podemos lidar com milhares (ou milhes) de pessoas com interesses afins: fazer uso de

    nosso sistema de telefonia sem a devida autorizao, se beneficiando das vulnerabilidades da

    rede.

    6 .1 - Ameaas em redes VoIP

    6.1.1 - Captura de trfego

    Uma das formas de ataques bsicas e conhecida por sniffing. Envolve a captura de pa-

    cotes trocados entre clientes, onde estes so remontados e convertidos em um formato de udio

    comum, como o *.wav.

    6.1.2 - Uso de recursos corporativos indevidamente

    Caso algum tenha acesso rede, pode-se fazer passar por algum funcionrio da empresa

    e utilizar os recursos de telefonia para se beneficiar, seja alterando os registros de bilhetagem ou

    se registrando como um usurio conhecido.

    6.1.3 - DoS (Denial-of-Service)

    Consiste em ataques de inundao (flood) de pacotes provenientes de vrias fontes ex-

    ternas e que chegam ao servidor VoIP, degradando o sistema e at mesmo podendo ocasionar em

    sua paralisao.

  • 6.1.4 - Roubo de registro

    Pode-se fazer uso de ferramentas para adquirir os ramais existentes em servidores VoIP, e

    posteriormente utilizar tcnicas para a aquisio de suas senhas e assim realizar as chamadas

    indevidamente.

    Atualmente existem diversas ferramentas na internet que facilitam a operao de pessoas

    maliciosas que pretendem adquirir informaes sigilosas ou se beneficiar de vulnerabilidades

    existentes, sem pensar nos danos causados a terceiros. Um caso tpico seria causar uma advertn-

    cia a um funcionrio por fazer uso abusivo do telefone corporativo.

    6.2 - Reduo de riscos

    6.2.1 - Segurana bsica da rede

    Um dos itens bsicos que deve ser levado em considerao restringir o acesso a rede de

    voz, seja por uso de firewalls ou VLANs, por exemplo. Tal rede s deveria ser acessada por um

    nmero limitado de dispositivos, portanto, caso sua rede no possua softphones, no permita que

    PCs acessem a rede de voz.

    6.2.2 - DMZ

    Implementar o sistema VoIP em uma DMZ prov uma camada adicional de proteo para

    sua LAN, ao passo que mantm a permio de conectividade com aplicaes relevantes. Caso o

    sistema VoIP seja comprometido, ser mais difcil comprometer o resto da rede.

    6.2.3 - Server hardening

    Trata-se de tcnicas de segurana onde vrias medidas so tomadas na instalao e confi-

    gurao do servidor. Por exemplo, a eliminao de qualquer aplicativo no essencial reduzir a

    probabilidade de uma vulnerabilidade exploits, assim como acessar o sistema VoIP como non-

    root tambm considerada uma parte essencial para a correta utilizao do System hardering.

    Estas tcnicas alm de aprimorar a segurana, tambm acaba por melhorar a performance

    do servidor pois somente servios essenciais sero executados.

    6.2.4 Criptografia

    A implementao de um sistema de criptografia entre os terminais pode ser relativamente

    simples ao considerarmos a existncia de uma VPN entre estes. A performance da conexo pode

    ser afetada, porm, uma maneira eficiente de aprimorar a segurana do sistema VoIP.

    6.2.5 - Segurana Fsica

    Todos os equipamentos de terminao, tais como switches, roteadores e o prprio PBX,

    devem estar em um ambiente seguro onde somente pessoas autorizadas podem acessar.

  • Como implementar uma segurana fsica no usurio final considerado difcil, pode-se

    limitar o acesso rede somente aos dispositivos conhecidos, fazendo uma restrio do DHCP

    pelo MAC.

    7 - Aplicaes VoIP

    7.1 Skype

    Uma das ferramentas mais conhecidas no meio da internet, utilizado tanto para fins pes-

    soais como profissionais, o Skype um cliente que pode ser utilizado para transmitir voz atravs

    da internet, assim como realizar vdeo-chamadas.

    A integrao com a rede de telefonia publica permitida com a aquisio dos servios

    SkypeIN e SkypeOUT e seus protocolos e codecs utilizados so mantidos em sigilo.

    7.2 Gizmo

    Outra aplicao semelhante ao Skype, porm faz uso de padres abertos (Ex.: SIP).

    7.3 Asterisk

    O Asterisk uma implementao em software de uma central PBX. um software livre,

    criado por Mark Spencer no ano de 1999,desenvolvido sob a GPL (General Public License) e

    que permite que usurios registrados ele faam ligaes para os ramais cadastrados, assim co-

    mo outros terminais dependendo dos troncos configurados no mesmo.

    Tal software roda originalmente em plataforma Linux, o que permite que qualquer com-

    putador que seja compatvel com tal sistema possa ser utilizado como um PBX. A diferena entre

    um sistema e outro definida pelo hardware do computador usado, o que refletir na quantidade

    de chamadas simultneas, transcodificao e gravao de chamadas que este ir suportar. Em

    suma, quanto melhor o computador em questes de processamento e memria, maior o suporte

    s aplicaes o sistema ter.

    Atualmente existem distribuies livres onde a instalao do Asterisk se d de maneira

    fcil e rpida. Tal recurso destinado s pessoas que precisam de um sistema completo instalado

    de maneira rpida e sem complicaes, porm, no recomendado para situaes especficas

    onde no se dispe de maiores recursos. Isto se d pelo fato de nem todas as funcionalidades

    presentes em tais distribuies serem utilizadas no cotidiano, acarretando em perda de desempe-

    nho para as funes realmente necessrias no contexto empregado.

    Assim como a maioria dos softwares que so livres e que possuem uma certa popularida-

    de como o caso do Asterisk, existem diversas listas de discusso onde se debatem sobre temas

    como bugs, correes, novas aplicaes e diariamente, em carter mundial, a troca de informa-

    es entre os utilizadores deste sistema acabam por enrijecer e amadurecer ainda mais o mesmo,

  • ajudando a manter sua utilizao at o surgimento de uma ferramenta que supere suas funciona-

    lidades e facilidades.

    Abaixo segue a representao grfica da arquitetura do Asterisk:

    7.3.1 Funcionalidades

    Todas as principais funcionalidades da telefonia tradicional esto compreendidas dentre

    as apresentadas pelo Asterisk, tais como:

    - Distribuidor automtico de chamadas (DAC) / Fila de atendimento esta aplicao con-

    siste em distribuir uma chamada entrante para todos os ramais definidos no sistema e caso ne-

    nhum atendente esteja livre, esta chamada ficar estacionada em uma fila de atendimento e assim

    que um ramal se desocupar, tal chamada direcionada para o mesmo.

    - Bilhetagem tarifar e mensurar os gastos com telefonia de cada ramal ou grupo de ra-

    mais, assim como criar banco de dados com detalhamento de todas as chamadas de entrada e

    sada do sistema.

    - Sala de Conferncia um ramal utilizado como sala de conferncia onde todos os ra-

    mais participantes discam para este ramal e e so conectados entre si. Tal aplicao pode fazer

    uso de autenticao para aumento da segurana da informao.

  • - Captura de chamadas possibilidade de utilizar o meu ramal para atender a chamada

    entrante em um outro ramal que se encontra distante de minha atual posio.

    - Msica em espera permite o usurio ouvir uma msica pr-definida ao aguardar o a-

    tendimento da chamada.

    - IVR/URA permite o atendimento automtico do usurio com menus pr-definidos on-

    de o usurio direcionado para rea de interesse sem que um atendente seja alocado para tal.

    - Voicemail caso o usurio no atenda a chamada, fornecido ao chamador a possibili-

    dade lhe enviar um e-mail com o recado pretendido.

    - Autenticao permite um maior controle das chamadas, onde a permisso para a rea-

    lizao da chamada se d por uma autenticao do usurio na tentativa de discagem.

    - Reconhecimento de voz permite uma maior interao do usurio com o sistema onde

    o servidor aciona um comando (ex: redirecionamento de chamada) atravs do reconhecimento da

    fala. Altera-se o comando utilizando as teclas do telefone, pela voz do usurio.

    Uma vantagem considervel do uso do Asterisk o fato de pessoas do mundo inteiro in-

    teragirem entre si, desenvolvendo novas aplicaes e as distribuindo gratuitamente, gerando as-

    sim uma maior possibilidade de escolhas e melhorias do sistema.

    possvel ainda desenvolver aplicaes que interajam com o Linux. Como exemplo po-

    de-se citar o caso onde uma pessoa disca para um ramal pr-definido, rodado um shellscript e

    em instantes lhe enviado um e-mail com as informaes de anlise de pacotes de uma rede ou

    um arquivo com uma lista de servidores offline em uma rede. Tal interao permite uma varie-

    dade enorme de aplicaes assim, mantendo um nvel de inovao alto nas funcionalidades utili-

    zadas pelo VoIP.

    7.3.2 - Instalao

    A instalao de um servidor Asterisk poder ser feita de duas maneiras:

    - Fazendo uso de distribuies Asterisk com todas as principais funcionalidades j instaladas,

    com interface grfica para o gerenciamento e configurao do servidor. Exemplos: Elastix,

    Trixbox, MidiVTS, AsteriskNOW

    Desta maneira, ao final da instalao, ser possvel ter acesso interface web do sistema

    fazendo uso de seu navegador e inserindo usurio e senha padro da distribuio escolhida.

  • Figura: Interface Web do Elastix