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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

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1- VOIP

1.1 - Introdução

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

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

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

lo de Internet, tornando a transmissão de voz mais um dos serviços suportados pela rede de

dados.

Empresas que fornecem o serviço de VoIP são geralmente chamadas provedoras, e os

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

protocolos VoIP. Existe uma redução de custo devido ao uso de uma única rede para transportar

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

lizada, que pode transportar dados VoIP sem custo adicional.

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

públicas (PSTN) podem ter custo para o usuário VoIP. Considera-se a telefonia IP, a agregação

do VoIP com outros serviços agregados para a telefonia como conversação de vídeo, mensagei-

ros instantâneos, compartilhamento de arquivos e gerenciamento de listas telefônicas. Estar rela-

cionado à Internet, também significa que o custo da chamada independe da localização geodésica

e dos horários de utilização, ambos os parâmetros usados na cobrança na telefonia fixa e móvel,

e cujos valores variam de operadora a operadora

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

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

Por exemplo, é possível levar um telefone VoIP para uma viagem, e onde você conectá-lo à

Internet pode-se receber ligações, contanto que a conexão seja rápida e estável o suficiente. O

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

VoIP a outros serviços.

Vários pacotes de serviço VoIP incluem funcionalidades que em redes tradicionais

seriam cobradas à parte, como conferência a três, redirecionamento de chamadas, rediscagem

automática e identificador de chamadas. Entretanto, apesar de amplamente utilizado através de

computadores, o VoIP pode ser utilizado através de adaptadores para telefones analógicos ou

gateways VoIP, que são aparelhos que podem ser conectados diretamente em uma conexão ban-

da larga e a um aparelho telefônico comum ou a um PABX em posições de troncos ou ramais.

Eles fornecem a interligação entre as redes IP e fixas.

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1.2 – Comutação

A comutação é considerada um processo importante, pois gerencia (alocação e/ou libera-

ção) os recursos da rede na utilização de algum serviço. As três formas de comutação existentes

são: comutação de circuitos, comutação de mensagem e comutação de pacote.

Redes de comutação de circuitos: Nesse tipo de comutação a comunicação ocorre em um

caminho dedicado durante a efetivação da conexão entre duas estações e será encerrada apenas

quando uma das estações decidir em desfazer a conexão ou circuito. Um exemplo claro desse

tipo de comutação é o funcionamento da Rede Pública de Telefonia Comutada (PSTN Public

Switched Telephone Network).

O avanço da Telefonia Tradicional em todo mundo trouxe, para esse tipo de comutação,

pontos negativos, como o desperdício da capacidade de banda fornecida pelo meio físico.

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

nência da conexão em uma banda dedicada, proporcionando uma QoS (Qualidade de Serviço) na

transmissão da voz.

Redes de Comutação de Mensagem: Nesse tipo de comutação, o estabelecimento da co-

municação ocorre em um caminho não necessariamente dedicado entre as estações. Se a estação

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

a mesma deverá adicionar o endereço de destino à mensagem, de forma a ser transmitida pela

rede de nó a nó.

Redes de Comutação de Pacotes: Enquanto a Rede de Telefonia Pública Comutada basei-

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

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

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

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

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

denominado MTU (Maximum Trasmit Unit ou Unidade Máxima de Transmissão), que refere ao

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

pode transmitir.

Uma vantagem da comutação por pacote se dá pelo fato da mesma não estabelecer um

canal dedicado em um processo de conversação telefônica, pois quando os participantes entram

em uma conexão, no período de fala a largura da banda é utilizada pelo pacote de voz e no perío-

do de silêncio a mesma é utilizada por outros participantes, gerando, assim, uma otimização na

largura da banda.

Em compensação, o fator preocupante em uma comutação por pacotes é a transmissão

multimídia em tempo real e transmissão em tempo real de voz. De forma a garantir que um de-

terminado pacote não tenha problemas de atrasos e perdas de dados na rede tem-se a necessidade

de uma aplicação de QoS (Quality of servisse), que será debatido no segundo capitulo.

A comutação por pacotes possui as seguintes características: compartilhamento do meio

de transmissão, os pacotes são verificados em cada nó, a quantidade de dados enviados em cada

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pacote é limitada e, caso não se tenha um controle em relação ao congestionamento e outras ca-

racterísticas da rede, não é indicado para aplicações 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 interligação de diferentes

tecnologias de redes. A idéia parte do princípio que não existe uma tecnologia única de rede que

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

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

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

superior.

O TCP/IP possui quatro camadas:

Camada Exemplo

4 – Aplicação HTTP, FTP, DNS

3 – Transporte TCP, UDP, RTP, SCTP

2 – Rede IP, MPLS

1 - Interface com a Rede ETHERNET

1.4 - Modelo de Referência OSI

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

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

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

padrões para interconexão de sistemas.

A criação do Modelo OSI deu-se devido há um cenário com uma grande diversidade de

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

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

re a comunicação ou transferência de pacotes na rede.

A seguir, também será descrito resumidamente a função de cada camada do mesmo.

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CAMADA FUNÇÃO

7 - APLICAÇÃO Funções especializadas (transferência de arquivos, terminal virtual,

e-mail)

6 - APRESENTAÇÃO Formatação de dados e conversão de caracteres e códigos

5 - SESSÃO Negociação e estabelecimento de conexão com outro nó

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

3 - REDE Roteamento de pacotes através de uma ou várias redes

2 - ENLACE Detecção e correção de erros introduzidos pelo meio de transmissão

1 - FÍSICA Transmissão dos bits através do meio de transmissão

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

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

ção, passando por uma série de mellhorias, enquanto o OSI surgiu depois, criado por comissões

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

Outra diferença é 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 à conexão e

foi projetado especialmente para manter a transmissão dos dados confiável mesmo o meio não

sendo muito confiável. É atualmente o protocolo mais utilizado na Internet para a transmissão de

arquivos.

O User Datragram Protocol (UDP) trata-se de um protocolo que não é orientado à cone-

xão. Ele oferece uma maneira de as aplicações enviarem pacotes IP brutos encapsulados sem

precisar realizar uma conexão. Porém não garante a entrega dos pacotes em sua origem.

Ambos os protocolos estão situados na camada de transporte do modelo de referência

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

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

dos com uma maior velocidade, porém sacrificando a confiabilidade.

O TCP também é responsável pelo controle de erro (fim-a-fim) e de fluxo. Além de pos-

suir várias outras características, como: comunicação full-duplex4 fim-a-fim, ordenação de men-

sagens, multiplexação de IP (utilizando várias portas), etc.

A conexão é caracterizada pelo par: (endereço origem, porta origem) e (endereço destino,

porta destino).

Já o protocolo UDP é ideal para aplicações em tempo-real que desejam transmitir áudio e

vídeo. Como tais aplicações são sensíveis ao atraso, não faz sentido preocupar-se com a correção

dos pacotes, pois tempo será gasto nessa correção, gerando assim um atraso na entrega dos paco-

tes. O importante para essas aplicações é o pacote chegar o mais rápido possível. Como as apli-

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cações de voz em tempo-real são sensíveis ao atraso, torna-se claro então que o protocolo UDP é

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

1.6 - IP (Internet Protocol)

Protocolo é definido como um conjunto de regras, que possibilita a comunicação 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 comunicação dos computadores é o protocolo. Ele permite a comunicação de um computador

com outro independentemente do fabricante de hardware ou software.

O IP é um protocolo de rede não orientado a conexão, que utiliza tamanhos variáveis de

pacotes onde a informação é transferida entre duas entidades, sem que seja necessário estabelecer

uma conexão. Em contraste, o protocolo, quando é orientado à conexão, segue a premissa de que

é imprescindível a criação de uma conexão antes da transferência de informações.

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

OSI. O Protocolo contém informações de endereçamento e controle que possibilitam que os pa-

cotes sejam roteados e entregues ao destino através da técnica do melhor esforço (best-effort),

que não assegura se determinado pacote é entregue ao destinatário, 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 vá-

rios pacotes, dividido em duas áreas: cabeçalho e dados. O cabeçalho contém informações que

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

de verificação (código que contém o somatório de bytes de um pacote e é utilizado no processo

de verificação da integridade dele antes e depois do seu envio). Já na área de dados está 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 é responsável por uma funcionalidade que será explicada

resumidamente a seguir:

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Vers: Versão (version) é o primeiro campo do cabeçalho de um datagrama IPv4 e é um

campo de 4 bits.

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

Cabeçalho da Internet) com o número de words de 32 bits no cabeçalho IPv4.

Service Type: A intenção original era para um host especificar uma preferência do modo

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

prática, o campo TOS (type of service) não foi largamente utilizado.

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

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

de tamanho mínimo é de 20 bytes e o máximo é 65535 (64 Kbytes).

Identification: O campo seguinte de 16 bits é um campo de identificação. Este campo é

usado principalmente para identificar fragmentos identificativos do datagrama IP original.

Flags: O campo de 3 bits que segue é 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 permaneçam numa rede (ex. andando aos círculos).

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

te usado numa porção 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 é um campo de verificação (checksum) do cabeça-

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

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

consistência do cabeçalho. Este processo envolve apenas verificação do cabeçalho e não dos da-

dos.

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

campo de verificação e cada um é de 32 bits.

1.7 – Protocolos Utilizados em Redes VoIP

Além da utilização dos protocolos básicos IP/TCP/UDP como infraestrutura de rede, o

sistema VoIP deve também contar com os protocolos de sinalização, controle de Gateway e os de

mídia,

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

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

aviso.

O Sistema VoIP é composto de dois principais protocolos de sinalização. São eles: H.323

e SIP que estão descritos a seguir.

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1.7.1 - H.323

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

Standardization sector) é um padrão que cobre diversos tipos de comunicação multimídia em

redes locais que não provém QoS garantida. Este padrão prevê, entre outros:

· algoritmos padrões de compressão que devem ser implementados de forma a garantir a

compatibilidade, conhecidos como áudio codecs ou vocders;

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

nicação e negociação de qualidade de serviço;

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

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

permitindo assim a construção de gateways;

· elementos ativos do sistema e suas funções.

Os pacotes de áudio, e vídeo 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 família de recomendações ITU-T: sinalização de chamada H.225.0 e o

controle de mídia H.245. O H.225.0 é usado em conjunto como o H.323 e fornece a sinalização

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

fluxo de mídia. Além dos protocolos citados acima hoje já se utiliza o protocolo H.335 para se-

gurança, o H.246 para interoperabilidade com RTPC, e a série H.450.x para serviços suplementa-

res. Todos os padrões fazem parte da série H de Recomendações.

Aplicação e Áudio Codecs e Vídeo Codecs - utiliza o protocolo Real Time Control Proto-

col (RTP) para transmissão de pacotes.

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

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

chamadas dentro de sua zona, além de provê controle de chamada entre estações). Uma vez que

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

protocolo não confiável), o uso de timeouts e retransmissão de mensagens é recomenda-

do. Os procedimentos definidos por um canal RAS são:

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

nar o gatekeeper no qual eles devem se registrar;

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

informa ao gatekeeper sobre seus endereços e de transporte;

c) localização do ponto final: um ponto final ou gatekeeper que possui um endereço alias

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

específica;

d) mensagens: o canal RAS também é usado para transmissão de mensagens de admissão,

mudança de largura de faixa, status e desligamento.

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

fluxo de pacotes multimídia, com características de tempo real, executando também funções de

estatísticas de qualidade de serviços, mais detalhes sobre esses protocolos serão apresentados

posteriormente.

H.225.0: Sinalização de chamada - o canal de sinalização de chamada é usado para carre-

gar mensagens de controle H.225. Em redes que não possuem uma gatekeeper, as mensagens de

sinalização de chamadas são passadas diretamente entre o ponto que chamou e o que foi chama-

do, utilizando-se um endereçamento de sinalização de chamada. Em redes que contem um gate-

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

keeper, através de mensagens de endereçamento RAS.

H.245: Controle de conferência e mídia - o H.245 é o protocolo de controle de mídia que

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

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

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

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

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

des oferecidas são as seguintes:

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

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

ferência.;

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

mada é 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 mídia: após os pontos finais de uma conferência terem trocado

capacidades, eles podem abrir e fechar um canal lógico de mídia;

d) controle de conferência: em conferências, o H.245 fornece aos pontos finais anúncios

mútuos e estabelece o modelo de fluxo de mídia entre todos os pontos finais.

A recomendação H.323 tem como uma de suas características a flexibilidade, pois pode

ser aplicada tanto à voz, quanto a vídeo conferência e multimídia. Aplicações H.323 estão se

tornando populares no mercado corporativo por várias razões, dentre elas pode-se citar:

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

da para compensar o efeito de latência e congestionamento devido ao uso de comutação por cir-

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

estrutura de rede;

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

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

está fazendo progressos no mercado;

c) o H.323 provê padrões de interoperabilidade entre LANs e outra redes;

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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 disponível para conferências e voz. O suporte à

comunicação Multicast também reduz exigências de largura de banda;

Terminal H.323 – Computador onde está implementado o serviço de telefonia IP, atuando

como terminal de serviço de telefonia IP, como terminal de voz, vídeo e dados, através de recur-

sos multimídia. Esses são os clientes da Local Area Network – LAN (redes locais) que fornecem

comunicação em tempo real e nas duas direções. Todos os terminais H.323 têm 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 telecomunicações, como

o sistema telefônico convencional (RTPC), rede integrada de serviços digitais (RDSI), rede de

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

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

duas direções 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 função de translação entre diferentes forma-

tos de dados.

Os gateways são 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

comunicação se faz via gateway através dos protocolos H.245 e Q.931.

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

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

gregação do gatekeeper e dos terminais registrados nela), e fornece serviços aos pontos finais

registrados. Algumas das funcionalidades que os gatekeepers fornecem são:

a) tradução de endereços: tradução de um endereço alias (o endereço alias fornece um

método alternativo de endereçamento de um ponto, ele pode ser um endereço de e-mail, um nú-

mero telefônico ou algo similar) para um endereço de transporte. Isto é feito usando-se uma tabe-

la de tradução que pode ser atualizada através de mensagens de registro;

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

zação de chamada, endereço de fonte e destino, etc;

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

pontos finais que querem se conectar;

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

às falhas de autorização através do uso de sinalização H.225. As razões para rejeição poderiam

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

ways;

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

sar simultaneamente a rede. Através do uso da sinalização H.225, o gatekeeper pode rejeitar

chamadas de um terminal devido à limitação de largura de faixa;

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

em andamento. Essa informação pode ser necessária para indicar que um terminal chamado está

ocupado, e fornecer informações para a função de gerenciamento de largura de faixa.

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1.7.2 – Protocolos para Tempo Real

Existem protocolos na camada de aplicação que se propõem a melhorar a entrega de da-

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

deo interativos. Como uma conversação telefônica também acontece em tempo-real faz-se neces-

sário à utilização de protocolos especiais para tempo-real que auxiliam (de forma a torná-lo mais

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

Real-Time Transport Protocol (RTP) - O protocolo RTP provê serviços de entrega fim-a-

fim para dados que possuem características de tempo-real. Suporta transferência de dados para

múltiplos destinos, usando distribuição multicast e também possui habilidades como: reconstru-

ção de sincronismo, detecção de perda de datagramas, segurança, entre outras. Porém não im-

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

ções geralmente usam o RTP juntamente com o UDP.

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

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

de codificação que foi utilizado pelo transmissor.

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

do juntamente com o RTP, porém sua utilização não é necessária para que o RTP funcione. Tra-

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

os participantes de uma conversação com o objetivo de monitorar a qualidade de serviço e trans-

portar informações úteis de tais participantes. Trata-se de um protocolo bastante utilizado em

aplicações de vídeo-conferência.

Embora as informações retornadas pelo RTCP não informem onde determinado problema

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

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

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

do.

A quantidade de largura de banda utilizada pelo RTCP deve ser pequena para que não a-

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

fração 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 parâmetros e terminar sessões entre os usuários,

onde as sessões podem ser unicast e multicast, contendo qualquer tipo de tráfego multimídia.

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

excluir participantes de uma sessão e ainda oferece transferência e manutenção de ligações além

de transição entre conexões ponto a ponto e conferência. Ele é considerado um protocolo de sina-

lização utilizado para estabelecer endereços IP que os sistemas usarão para transferência dos

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dados. Como o SIP envolve apenas tráfego de sinalização, não incluindo o tráfego de dados, a

filosofia atrás do SIP é manter as necessidades das aplicações e prover a interoperabilidade entre

computadores no processo de construção de novos serviços multimídia.

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

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

o SIP deve possuir localização de usuários, capacidade dos usuários, disponibilidade dos usuá-

rios, configuração de chamada e manipulação de chamada. Entre os atrativos para utilização do

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

tocolo.

Uma rede SIP é constituída de quatro entidades lógicas do SIP. Cada entidade tem uma

função específica e participa na comunicação SIP como um cliente (solicitando pedidos), um

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

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

Registro.

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

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

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

sições.

SIP Proxy Servers - É um tipo de servidor intermediário do SIP, que atua também

como cliente e servidor, recebendo as requisições e passando adiante para servidores mais pró-

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 transações e permite dividir a cha-

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

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

utilizam protocolo TCP. O Stateless Proxy Server não armazenam o estado da transação apenas

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

dade e incapacidade de computar gastos do cliente.

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

fornecendo o nome e a localização do usuário, esse servidor não reencaminha os pedidos.

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

um serviço de localização.

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

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

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

sentadas a lista de opções de pedidos e de respostas.

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Método Descrição

INVITE Inicializa chamadas ou parâmetros 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 localização atual

INFO Envia informações durante a sessão que não altera o seu estado

As mensagens de respostas do SIP contem códigos numéricos de respostas, parcialmente

baseados nos códigos do HTTP. Existem seis classes diferentes, distribuídas em dois tipos de

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

Segue abaixo um exemplo de utilização do protocolo SIP.

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

Requisição, Resposta e Entidade. Como Não eram usado pelo protocolo, a versão 2, o

SIPv2(RFC 3261), não incluía essas classificações.

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

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

lho e field um marcador que representa a informação do cabeçalho. Ambos os marcadores são

case insensitive, campos de cabeçalhos que não conseguem ser entendidos pelos servidores são

ignorados. Alguns exemplos de cabeçalho são mostrados abaixo, o caractere entre parêntese re-

presenta a forma simplificada de representar esse cabeçalho:

• Call-ID(i) - cabeçalho indispensável numa comunicação SIP, ele serve como identifica-

dor único para uma mensagem, ele é gerado localmente de maneira randômica, contem um @ e

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

• From(f) - cabeçalho necessário em toda comunicação SIP, ele identifica o transmissor

de determinada requisição. Exemplo de uso: From:<sip:[email protected]>

• Date - cabeçalho não obrigatório que indica a data em que uma resposta ou requisição

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

23:29:00 GMT.

• CSeq - cabeçalho obrigatório que funciona como um contador para cada requisição fei-

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

sição nova de uma retransmissão e utilizado pelos UAC para identificar a qual requisição uma

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

• Proxy-Authorization – Cabeçalho que contém as informações de UA solicitando autori-

zação 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 contrário de outros protocolos que se baseiam no modelo centralizado, o H.323 e o

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

por aí. Aliás, há uma competição saudável dos protocolos.

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

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

tempo de vida do protocolo não significa imaturidade do mesmo. Muito pelo contrário. O fato de

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

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

nunciou que não desenvolverá mais o H.323 (NetMeeting e Exchange Conferencing Server) e

passará exclusivamente a desenvolver produtos dentro do SIP (Fonte:

http://www.brasilescola.com).

Na prática, um dos problemas sentidos nos projetos corporativos está exatamente nessa

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

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

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

criação de novas aplicações corporativas. O SIP é uma evolução natural do mundo de VoIP, pois

permite uma interoperabilidade entre os dois protocolos.

Os fornecedores, por seu lado, não ignoram tal tendência. Eles vêm lançando produtos

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

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

a adotam ambientes compatíveis com aplicações mais avançadas rodando SIP. Portanto, conside-

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

para o ambiente de cada empresa é avaliar, do ponto-de-vista técnico, os benefícios e as carên-

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

tráfego de chamadas, o SIP exige menos ciclos de processamento para gerar a sinalização de

Page 15: Voip Qos Aplicacoes-final

mensagens. Com isso, o servidor tem condições de, teoricamente, manusear mais transações do

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

Para os que estão interessados em aplicações de videoconferência, por outro lado, o

H.323 suporta inteiramente conferência de vídeo e dados. Os procedimentos estão alocados para

fornecer controle para as reuniões virtuais, assim como a sincronização de áudio e vídeo. O

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

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

sos providos e apostando na consolidação deste padrão. (Fonte: Teleco.com.br)

Em compensação, o SIP sai na frente no quesito de segurança, ao utilizar autenticação

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

vacy), sendo bastante escalável.

2.0 – QoS (Quality of Service)

2.1 – Definição

QoS ou Qualidade de Serviço. Um termo que cada vez mais ganha espaço, principalmen-

te na Internet. A QoS pode ser definida por um número específico de parâmetros. O serviço de

transporte pode permitir ao usuário determinar os valores preferenciais, os valores aceitáveis e os

valores mínimos para vários parâmetros de serviço no momento em que uma conexão é estabele-

cida. Alguns parâmetros também podem ser usados no transporte sem conexão. É tarefa da ca-

mada de transporte examinar esses parâmetros e, dependendo do(s) tipo(s) de serviço(s) de rede

disponível(eis), determinar se é possível realizar o serviço solicitado. Os parâmetros típicos para

a qualidade de serviço da camada de transporte são resumidos em:

Retardo no estabelecimento da conexão

Probabilidade de falha no estabelecimento da conexão

Throughput

Taxa de erros residuais

Prioridade

Resiliência

As redes TCP/IP que são parte fundamental nessa pesquisa, teoricamente não foi projeta-

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

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

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

O retardo no estabelecimento da conexão é o tempo da solicitação de conexão e o rece-

bimento de uma confirmação. Quanto menor o retardo, melhor o serviço.

A probabilidade de falha no estabelecimento da conexão é a possibilidade

de falha na conexão. Essa característica pode ocorrer devido a um congestionamento

Page 16: Voip Qos Aplicacoes-final

na rede ou ainda por um problema de hardware.

O parâmetro throughput determina quantos bytes são transmitidos num período de tempo.

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

pelo usuário origem ate o recebimento feito pelo usuário 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 parâmetro de Prioridade é muito importante, pois oferece vantagens a pacotes prioritá-

rios distinguindo num congestionamento quais pacotes devem utilizar tal serviço.

O parâmetro de Resiliência é capacidade de manter certo QoS perante falhas. Os parâme-

tros QoS são especificados pelo usuário quando uma conexão é solicitada. Os valores mínimos e

máximos aceitáveis podem ser fornecidos. Às vezes, ao conhecer os valores de QoS, a camada

de transporte percebe imediatamente que alguns deles não podem ser alcançados. Nesse caso, ela

informa ao responsável pela chamada que a tentativa de conexão falhou sem sequer tentar conta-

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

transporte sabe que não pode alcançar 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 mínima aceitável para a máquina remota e solicita

o estabelecimento de uma conexão. Se a máquina remota não puder administrar o valor sugerido

mas conseguir administrar qualquer valor acima do mínimo, a camada de transporte fará uma

contraproposta. Se a máquina remota não puder trabalhar com qualquer valor acima do mínimo,

ela rejeitará a tentativa de conexão. Por fim, o usuário de transporte da máquina de origem é in-

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

cida, o usuário será informado dos valores dos parâmetros acordados. Esse processo é chamado

de option negotiation (negociação de opção). Os “planos” acordados serão mantidos durante toda

a conexão. O grande problema na Internet seria que usuários solicitariam uma conexão maior

pura e simplemente por diversão saturando alguns serviços de maior necessidade para outros

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

2.2 – QoS! Por quê?

Por que QoS? E por que na Internet? São perguntas não muito fáceis de responder. QoS é

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

TCP/IP são base de grande importância para o desenvolvimento da Internet e das Intranets atuais

devido à 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-

tão usando a Internet por motivos comerciais e particulares. Os grandes bancos estão incentivan-

do seus clientes cada vez mais a realizarem suas operações pela WEB. Cresce também o número

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

recendo certificação a distancia, enfim o panorama de interatividade dos usuários com a Internet

cresce em um nível muito rápido. Uma dificuldade de “convencer” usuários ultra-tradicionais a

utilizarem os serviços oferecidos pela Internet é a segurança. Preocupados com crimes digitais,

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

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

Page 17: Voip Qos Aplicacoes-final

Novos serviços como Internet Phone e sistemas de videoconferência 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, não toleram perda de pacotes, mas são me-

nos sensíveis aos retardos variáveis, a maioria dos aplicativos em tempo real apresenta exata-

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

pacotes mas são, normalmente, muito críticos com relação aos retardos variáveis. 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 disponível no momento. Larguras de banda baixas, ou

mesmo larguras de banda melhores mas instáveis, causam má qualidade em transmissões de

tempo real, com eventuais interrupções ou paradas definitivas da transmissão. Por isso, são ne-

cessários conceitos novos para garantir uma QoS específica para aplicativos em tempo real na

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

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

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

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

quer garantia de uma largura de banda especial ou retardo mínimo. No modelo de tráfego de me-

lhor tentativa, as requisições na Internet são processadas conforme a estratégia do primeiro a

chegar, primeiro a ser atendido. Isso significa que todas as requisições têm a mesma prioridade e

é processada uma após da outra. Não há possibilidade de fazer reserva de largura de banda para

conexões específicas ou aumentar a prioridade de uma requisição especial. Assim, foram desen-

volvidas novas estratégias para oferecer serviços previsíveis na Internet.

Hoje em dia, há dois princípios básicos para garantir

Serviços Integrados

Serviços Diferenciados

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

missões em tempo real e garantir largura de banda para seqüências de dados específicas. Neste

caso, definimos um fluxo de dados (stream) como uma seqüência distinguível de datagramas

relacionados transmitidos de um único emissor para um único receptor que resulta de uma única

atividade de usuário e requer a mesma QoS.

EX: um fluxo de dados poderia consistir de um stream de vídeo entre um par de usuários

determinado. Para estabelecer a conexão de vídeo nas duas direções, são necessários dois fluxos

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

fluxo. Se a ferramenta de videoconferência precisar de uma largura de banda mínima de 128

Kbps e um retardo de pacote mínimo de 100 ms para garantir exibição de vídeo contínua, essa

QoS pode ser reservada para essa conexão.

O mecanismo de Diferenciados não usa sinalização por fluxo. Níveis diferentes de servi-

ços podem ser reservados para grupos diferentes de usuários da Internet, o que significa que o

tráfego todo será dividido em grupos (camadas) com parâmetros de QoS´s diferentes. Isso reduz

a carga extra de manutenção em comparação com os Serviços Integrados.

Page 18: Voip Qos Aplicacoes-final

3 – Cenário pra QoS

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

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

ção da garantia de QoS pela rede implica em atuar nos equipamentos envolvidos na comunicação

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

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

ção da qualidade de serviço não são, infelizmente, localizados num único equipamento ou com-

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

mentos tipo LAN Switch, roteadores, gateways, pois passou da utilização da telefonia pública

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

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

de protocolo e entidades. Uma das atribuições dos gerentes de Tecnologia da Informação (TI) é

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

cenário como o da figura.

Já deve ter percebido o principal objetivo da QoS é priorizar o tráfego interativo sensível

a retardo, em detrimento ao tráfego referente à transferência de arquivos, que não é sensível a

retardo, como é possível perceber no modelo da figura a seguir:

Page 19: Voip Qos Aplicacoes-final

A qualidade de serviço deve ser fim-a-fim, ou seja, considerando o modelo acima, o trá-

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

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

(conexões de longa distância) e roteadores intermediários, no roteador destino, e finalmente na

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

dade dos usuários e na qualidade da aplicação. Considerando números, se esta aplicação gera

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

WAN de 256 Kbps pode não ser suficiente. Neste caso, os atrasos e perdas decorrentes da opera-

ção podem prejudicar a qualidade da aplicação. Diz-se então que a aplicação exige uma qualida-

de de serviço da rede.

Na telefonia pública atual, o desperdício de banda é muito grande como mostra na figura

abaixo, com uma utilização de 50 a 60% (por cento), apesar de não haver congestionamento, pois

a banda é garantida. A banda não é utilizada de maneira eficaz.

Já na tecnologia IP existe uma alta eficiência de banda, pois a banda é compartilhada, e a

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

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

serviços como o da seleção do tráfego de pacotes e a prioridade dos mesmos.

Page 20: Voip Qos Aplicacoes-final

3.1 - Vazão

A vazão (banda) é o parâmetro mais básico de QoS e é necessário para a operação ade-

quada de qualquer aplicação. Em termos práticos as aplicações geram vazões que devem ser a-

tendidas pela rede. O quadro 3 em seguida ilustra a vazão típica de algumas aplicações:

Como discutido, o atendimento do requisito vazão para a qualidade de serviço é um dos

aspectos levados em conta no projeto da rede.

3.2 – Latência e Atraso

A latência e o atraso são parâmetros importantes para a qualidade de serviço das aplica-

ções. Ambos os termos podem ser utilizados na especificação de QoS, embora o termo "latência"

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

com as transmissões de dados (P. ex.: atrasos de transmissão, atrasos de propagação).

De maneira geral, a latência da rede pode ser entendida como o somatório dos atrasos

impostos pela rede e equipamentos utilizados na comunicação. Do ponto de vista da aplicação, a

latência (atrasos) resulta em um tempo de resposta (tempo de entrega da informação – p. ex. pa-

cotes) para a aplicação.

Os principais fatores que influenciam na latência de uma rede são os seguintes:

atraso de propagação (Propagation Delay);

velocidade de transmissão e

processamento nos equipamentos.

Page 21: Voip Qos Aplicacoes-final

O atraso de propagação corresponde ao tempo necessário para a propagação do sinal elé-

trico ou propagação do sinal óptico no meio sendo utilizado (fibras ópticas, satélite, coaxial e

outros) e é um parâmetro imutável onde o gerente de rede não tem nenhuma influência.

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

ção entre cidades numa rede WAN utilizando fibras ópticas como meio físico de comunicação

A velocidade de transmissão é um parâmetro controlado pelo gerente visando normal-

mente a adequação da rede à qualidade de serviço solicitada. Em se tratando de redes locais

(LANs), as velocidades de transmissão são normalmente bastante elevadas, tendendo a ser tipi-

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

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

des metropolitanas, intranets metropolitanas, etc.) as velocidades de transmissão são dependen-

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

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

rantia da qualidade de serviço, observam-se neste caso restrições e/ ou limitações nas velocida-

des utilizadas, tipicamente devido aos custos mensais envolvidos na operação da rede. Além des-

se fator, observam-se também algumas restrições quanto à disponibilidade tanto da tecnologia

quanto da velocidade de transmissão desejada. Em termos práticos, trabalha-se em WAN tipica-

mente com vazões da ordem de alguns megabits por segundo (Mbps) para grupos de usuários.

O resultado das considerações discutidas é que a garantia de QoS é certamente mais críti-

ca em redes metropolitanas (MAN) e redes de longa distância (WAN) pelo somatório de dois

fatores, ambos negativos:

trabalha-se com velocidades (vazão) mais baixas;

a latência (atrasos) é muito maior quando se compara com o cenário das redes locais.

O terceiro fator que contribui para a latência da rede é a contribuição de atraso referente

ao processamento realizado nos equipamentos. A título de exemplo, numa rede IP os pacotes são

processados ao longo do percurso entre origem e destino por:

roteadores (comutação de pacotes)

LAN Switches (comutação de quadros)

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

firewalls (processamento no nível de pacotes ou no nível de aplicação)

Page 22: Voip Qos Aplicacoes-final

Considerando que a latência é um parâmetro fim-a-fim, os equipamentos finais (hosts)

também têm sua parcela de contribuição para o atraso. No caso dos hosts, o atraso depende de

uma série de fatores, a saber:

capacidade de processamento do processador;

disponibilidade de memória;

mecanismos de cache;

processamento nas camadas de nível superior da rede (Programa de aplicação, camadas

acima da camada IP, etc.);

Outros

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

serviço e, em determinados casos, podem ser um ponto crítico na garantia de QoS.

Esta consideração é particularmente válida para equipamentos servidores (Servers) que

têm a tarefa de atender solicitações simultâneas de clientes em rede.

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

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

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

Uma grande latência não significa que ocorrerá degradação da voz, o que pode ocorrer é

uma perda de sincronização. Já o atraso, seria a diferença 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 é função da carga na rede. Seu crescimento demasiado leva a uma perda de qualidade

a nível de usuário, já que a demora na escuta do sinal do assinante “1” pode levar o assinante “2”

a iniciar sua fala, causando uma sobreposição das falas. A sensação do usuário é a de estar usan-

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

componentes de natureza fixa e de natureza variável. Estas componentes serão descritas abaixo:

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

ção do sinal no meio de transmissão, sendo este, função da velocidade da luz no meio. O atraso

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

Atraso de Empacotamento: Tempo necessário para se gerar um número suficiente de

quadros de voz para preencher o payload do pacote IP. Para que esse atraso não atinja valores

muito altos, os pacotes enviados podem conter somente um quadro, porém, isto reduz a eficiên-

cia (“overhead”/informação do sistema) do sistema;

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

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

transmissão do pacote, e outra variável, correspondente ao tempo de espera na fila até que o pa-

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

exposto, assumindo valores inaceitáveis quando a rede estiver congestionada;

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

aleatório do tempo de enfileiramento dos pacotes nos roteadores. Uma das soluções que podem

Page 23: Voip Qos Aplicacoes-final

ser usadas para compensar esta variação é a introdução de buffers, com a função de armazenar os

pacotes que chegam com atraso variável e entregá-los ao receptor. Se a variação do atraso for

muito alta, o atraso adicional necessário para compensar a variação pode resultar em um atraso

fim-a-fim inaceitável. É definido, então, um valor máximo de atraso aceitável para o buffer.

Qualquer pacote que chegar após esse tempo será descartado.

3.3 - Jitter

O jitter é um outro parâmetro importante para a qualidade de serviço. No caso, o jitter é

importante para as aplicações executando em rede cuja operação adequada depende de alguma

forma da garantia de que as informações (pacotes) devem ser processadas em períodos de tempo

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

ções de tempo real.

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

ção no tempo e na seqüência de entrega das informações (p. ex.: pacotes) (Packet-Delay Variati-

on) devido à variação na latência (atrasos) da rede.

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

atraso à informação (p. ex.: pacotes) e este atraso é variável devido a uma série de

fatores, a saber:

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

ches, etc.);

Frame Relay, ATM, X.25,

IP) e outros fatores ligados à operação 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 transmissão constante com intervalo de

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

intervalo de 20 ms. Porém 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 serviço.

Page 24: Voip Qos Aplicacoes-final

O jitter resulta não somente uma entrega com periodicidade variável (Packet-Delay Vari-

ation) como também a entrega de pacotes fora de ordem. Em princípio, o problema dos pacotes

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

verifica a seqüência das mensagens e faz as devidas correções. Entretanto, na prática tem-se que

a grande maioria das aplicações multimídia optam por utilizar o UDP ao invés 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 nível normalmente incorporados à aplicação co-

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

O jitter introduz distorção no processamento da informação na recepção e deve ter meca-

nismos específicos de compensação e controle que dependem da aplicação em questão. Generi-

camente, uma das soluções mais comuns para o problema consiste na utilização de buffers (Téc-

nica de "buffering").

3.4 - Perdas

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

mo:

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

perda de pacotes devido à 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 são um problema sério para determinadas aplicações co-

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

de voz digitalizada implica numa perda de qualidade eventualmente não aceitável para a

aplicação. O que fazer em caso de perdas de pacotes é uma questão específica de cada a-

plicação em particular.

Do ponto de vista da qualidade de serviço da rede (QoS) a preocupação é

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

permitam uma operação adequada da aplicação.

3.5 – Disponibilidade e Confiabilidade

A disponibilidade é um aspecto da qualidade de serviço abordada normalmente na fase de

projeto da rede. Em termos práticos, a disponibilidade é uma medida da garantia de execução da

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

Page 25: Voip Qos Aplicacoes-final

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

MAN ou WAN);

telecomuni-

cações, carriers, ISPs - Internet Service Providers).

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

seus negócios (comércio eletrônico, home-banking, atendimento online, transações online) e,

neste sentido, a disponibilidade é um requisito bastante rígido. A título de exemplo, requisitos de

disponibilidade acima de 99% do tempo são comuns para a QoS de aplicações WEB, aplicações

cliente/ servidor e aplicações de forte interação com o público, dentre outras.

A arquitetura DiffServ parte do princípio que domínios adjacentes tenham um acordo so-

bre os serviços que serão disponibilizados entre os mesmos. Este acordo denomina-se SLA –

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

de tráfego na banda entre os domínios. Os domínios podem definir um SLA estático ou dinâmi-

co, sendo que, neste último caso, um protocolo de sinalização e controle será necessário 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 típico de SLA para uma aplicação de VOIP

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

Vazão >= 2Mbps;

Atraso <= 250mseg

Disponibilidade >= 99,5%

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

questão poderá executar garantindo a qualidade de voz prevista para os seus usuários se comu-

nicando simultaneamente através da rede IP.

Tais providências devem ser tomadas também em relação à confiabilidade da rede como

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

tes. Isso deixaria a rede menos suscetível a falhas e aumentaria assim a qualidade do serviço.

Page 26: Voip Qos Aplicacoes-final

4 - QoS – Alternativas Técnicas

Uma vez identificado os parâmetros relacionados com a qualidade de serviço das aplica-

ções, discute-se os protocolos, mecanismos e algoritmos utilizados na implementação efetiva da

qualidade de serviço.

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

de serviços para tráfego Internet estão sendo considerados e desenvolvidos pela IETF: o primeiro

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

de Soft QoS, que provê um tratamento diferenciado, com preferência estatística, a determinados

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

também chamado de Hard QoS, que fornece uma garantia absoluta na alocação dos recursos da

rede.

As alternativas IntServ e DiffServ não são concorrentes ou mutuamente exclusivas. Na

realidade, estas são soluções complementares que podem ser utilizadas conjuntamente. Uma al-

ternativa de uso conjunto das duas soluções seria a utilização do DiffServ no backbone de rotea-

dores (core), na medida em que é uma solução 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

aplicações.

Além dessas, existem outras alternativas técnicas básicas para a implantação de qualidade

de serviço em redes IP, são as seguintes:

MultiProtocol Label Switching (MPLS);

Subnet Bandwidth Management (SBM);

Todas as alternativas citadas, excetuando-se as soluções proprietárias, são iniciativas do

IETF. O IETF está fortemente empenhado em propor um conjunto de soluções para os mecanis-

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

res. Isto se dá em função da importância das redes IP para o suporte de novas aplicações multi-

mídia, tempo real, etc.

Porém, não é o objetivo principal deste trabalho se aprofundar nos mesmos. Serão abor-

dados mecanismos de controle e inibição de congestionamento, técnicas de controle de tráfego

com classificação e priorização de fluxo. Além disso, são apresentadas algumas comparações

entre as técnicas abordadas, mas tudo sem se prender às denominações e classificações dos mo-

delos definidos pela IETF.

Page 27: Voip Qos Aplicacoes-final

4.1 Controle e Inibição de Congestionamento

Há vários mecanismos de enfileiramento para controle e prevenção de congestionamento

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

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

4.1.1 Enfileiramento FIFO (First In First Out)

Em geral, o controle de tráfego nas conexões seriais dos roteadores é implementado atra-

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

armazenamento e repasse (store and forward) que não implementa nenhum tipo de classificação.

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

logo atendido. É o tratamento default da fila nos roteadores, já que não requer nenhuma configu-

ração. O problema ocorre em tráfego de rajada, que pode causar longos atrasos em aplicações

sensíveis ao tempo. Por isso, filas FIFO não servem para aplicações que requerem QoS.

4.1.2 Enfileiramento Justo (Fair Queueing)

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

ordenadas em sessões, e, para cada sessão, é alocado um canal. A ordem na fila é realizada atra-

vés do último bit que atravessa o canal. Essa operação provê uma alocação mais justa da banda

entre os fluxos de dados.

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

sível ponderar determinados tipos de fluxo. O algoritmo escalona o tráfego prioritário (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 é dinâmico e se adapta auto-

maticamente às mudanças das condições de tráfego, sendo bastante útil em conexões seriais de

baixa velocidade até 2 Mbps.

Por apresentar um desempenho superior à fila FIFO, a fila WFQ já vem préconfigurada-

nas interfaces seriais dos roteadores Cisco.

A classificação dos fluxos de dados pode ser realizada de diversas formas: por endereço

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

dade de filas é configurável e a ponderação pode ser estabelecida por precedência IP, ou em con-

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

em tráfego Frame Relay, como VoFR (Voice over Frame Relay) por exemplo, através dos parâ-

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

cation (BECN) e Discard Eligible (DE).

Page 28: Voip Qos Aplicacoes-final

4.1.3 Enfileiramento Prioritário (Priority Queueing)

Numa fila com Enfileiramento Priority Queueing - PQ (enfileiramento prioritário), o trá-

fego de entrada é classificado em quatro níveis de prioridade: alta, média, normal e baixa (high,

medium, normal e low). Os pacotes não classificados são marcados, por default, como normal.

Durante a transmissão, o tráfego classificado e marcado como prioritário tem preferência

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

mento de jitter nas aplicações de menor prioridade. Num caso extremo, o tráfego de menor prio-

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

acontecer em conexões de baixa velocidade.

Além disso, a fila default sempre tem que ser habilitada. Caso contrário, todo fluxo não

classificado (sem uma correspondente lista de prioridade) também poderá não ser enviado.

Há várias opções de classificação de tráfego numa fila PQ. A classificação 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 aplicação (alocação absoluta da banda). A banda reservada é comparti-

lhada proporcionalmente, no percentual pré-definido, entre as aplicações e os usuários. O restan-

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

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

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

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

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

a próxima fila.

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

como sinalização, keep-alive, etc. A classificação CQ pode ser feita por endereço fonte ou desti-

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

acesso.

A seguir, apresenta-se algumas considerações sobre a escolha de qual método utilizar. De

fato, estas são as diretrizes básicas nas considerações iniciais de um projeto VoIP, porém, na

prática o que prevalecerá será o método e a configuração dos respectivos parâmetros que se en-

quadrem nas condições do projeto. Então se deve ter disponibilidade de banda nas conexões

WAN, topologia do backbone, roteamento estático ou dinâmico, etc. e que produzir uma boa

qualidade subjetiva do sinal de voz.

Page 29: Voip Qos Aplicacoes-final

5 – Limitações das redes IP para transmissão de voz

A comutação de circuitos é uma técnica de comunicação, onde a principal característica é

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

do. É reservada estaticamente a largura de banda necessária com antecedência e o que não for

utilizada em circuito alocado é simplesmente desperdiçada.

A comutação de pacotes é uma técnica de comunicação, onde a largura de banda somente

é usada quando é preciso e a banda não utilizada pode ser utilizada por outros pacotes entre ori-

gens e destinos não associados, pois os circuitos nunca são dedicados. [TANENABAUM, 1997]

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

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

que por sua vez ficam dedicados somente durante àquela conexão, sem compartilhamento. Assim

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

cursos da rede, pois mesmo se não for transmitido nada na banda alocada, ela se encontrará inuti-

lizada, pois não há compartilhamento de recursos.

As redes de comutação de pacotes compartilham recursos entre os diversos usuários que

desejam transmitir. E como não é alocado um caminho dedicado a uma conexão cada pacote

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

tidos. Nessa rede também é preciso o processamento dos nós intermediários de uma conexão.

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

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

sem prioridades entre eles ou discriminação entre os diversos tipos de tráfegos. Quando um pa-

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

ele não pode "furar" fila. Se houver espaço nos buffers dos roteadores, o pacote é armazenado

para transmissão e, caso contrário, ele é descartado. [DELFINO, 1999]

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

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

lham a cadência na transmissão da voz.

Os atrasos fixos podem ocorrer por diversos motivos:

compressão: tempo gasto na codificação da voz;

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

transmissão: limitações de velocidade dos enlaces;

rede: uma função da capacidade da rede;

buffer: em função do tamanho do buffer;

descompressão: tempo gasto na descompressão.

Os atrasos variáveis são decorrentes do tráfego e do congestionamento da rede. Estes são

causados principalmente pelo enfileiramento dos pacotes nos roteadores.

Page 30: Voip Qos Aplicacoes-final

Atrasos da ordem de 150ms (para alguns, 250ms) são considerados intoleráveis para

transmissão de voz, pois causam perda de interatividade. Valores mais altos do que isto, porém,

podem ser atingidos, em algumas situações, na Internet.

5.1 – Atraso em Transmissão de voz em redes de pacote

Não só os atrasos, mas também de fundamental consideração são as perdas existentes na

rede. Para o tráfego de voz codificado sem compressão, elas não são tão importantes. Contudo,

ao comprimirmos a voz, estaremos aumentando a sensibilidade em relação às perdas. Apesar do

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

maior só é obtida utilizando uma banda maior disponível, bem como uma melhoria no tempo de

processamento dos nós.

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

intervalos de silêncio, o que pode gerar um desperdício de recursos em se tratando de alocar uma

possível banda fixa, como ocorre com a telefonia convencional.

Para finalizar, é possível mencionar também como uma dificuldade que se afigura o uso

do protocolo UDP como transporte para aplicação de voz. Este protocolo, que não efetua a reor-

denação, nem a recuperação por retransmissão, tem a vantagem de ser o mais adequado para se

manter a cadência da conversação. Além do mais, existe alguma tolerância a perdas quando se

trata da transmissão de voz. Contudo, o UDP é o tipo datagrama, mas não possui controle de

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

sim, congestionamento.

5.2 – Técnicas para minimizar o atraso/congestionamento

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

estão em desenvolvimento, ou já estão estabelecidas, que permitem contornar estes obstáculos.

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

gar mecanismos de controle de congestionamento e atribuição de prioridades. A priorização pode

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

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

dos, se há presença de pacotes de voz, podendo assim se conseguir um enfileiramento de pacotes

de dados à 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 transmissão de dados,

caso o fluxo de voz não esteja em uso. Já quanto ao controle de congestionamento, alguns méto-

dos como a priorização de pacotes UDP, estão emergindo para garantir o tráfego de voz fluindo

suavemente.

Além disso, os roteadores devem empregar técnicas de bufferização e ocultamento de er-

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

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

eliminando as variações de atrasos que podem ocorrer na rede. Podem ser implementados méto-

Page 31: Voip Qos Aplicacoes-final

dos de estimação do conteúdo de pacotes perdidos baseados nos pacotes previamente enviados,

de forma a repor a informação ausente.

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

supressão de silêncio. Com a compressão, consegue-se obter áudio de boa qualidade numa banda

menor. Os algoritmos de compressão empregam a supressão de silêncio, eliminando as pausas,

que ocupam até 40% da conversação telefônica, e ocupando a banda por outros pacotes quando

intervalos de silêncio ocorrem. Entretanto, há que se levar em consideração que com a compres-

são, os pacotes de voz aumentam a sensibilidade a perdas, donde vemos a importância dos me-

canismos que evitam tais características.

Outro problema que pode irritar o ouvinte durante a conversação telefônica é o eco. As-

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

algoritmos mais modernos modelam padrões matemáticos da conversação humana e subtraem no

caminho de transmissão. Para funcionar de forma eficiente, esta técnica deve ser empregada no

mesmo roteador que faz a codificação de voz.

Os mecanismos que estão implementados, ou são assuntos de pesquisa no ambiente In-

ternet, para garantir QoS para a transmissão de voz são:

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

redes heterogêneas. O RSVP é um protocolo de sinalização que tem a capacidade de re-

quisitar um determinado nível de QoS através da rede. Ele carrega o pedido pela rede vi-

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

a nó, implicando em problemas de escalabilidade.

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

constituído por uma parte de dados e outra de controle, RTCP. Realiza a reconstrução de

temporização, a detecção de perdas e identificação de conteúdo. O RTCP dá suporte a

conferência em grupo, ou seja, identificação de fontes e suporte a roteadores de nível 2

(bridges) para áudio e vídeo, também dá suporte a tradutores de multicast para unicast.

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

CRTP, com compressão de cabeçalho para um valor de 2 a 4 octetos.

Suavização de Tráfego: Taxa Média = (Tamanho de Rajada) / (Intervalo). Por definição,

a taxa de transmissão não excederá a taxa média.

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

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

é servida até que se esvazie e assim pacotes nas outras filas vão sendo servidos. Os tráfe-

gos críticos vão ficar com maior banda causando prejuízo aos outros tráfegos (starvati-

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

banda com "justiça".

Page 32: Voip Qos Aplicacoes-final

Esse mecanismo diminui o jitter. O RED é um algoritmo de prevenção contra congestio-

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

Service) do datagrama IP.

6 - Segurança

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

da implantação de um sistema de telefonia IP pois devido às vulnerabilidades que as redes po-

dem possuir, a idéia da redução de custos com a implantação do VoIP pode não atingir um resul-

tado não esperado.

Com a convergência para o mundo IP, o cuidado com a segurança da informação deve ser

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

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

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

rede.

6 .1 - Ameaças em redes VoIP

6.1.1 - Captura de tráfego

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

cotes trocados entre clientes, onde estes são remontados e convertidos em um formato de áudio

comum, como o *.wav.

6.1.2 - Uso de recursos corporativos indevidamente

Caso alguém tenha acesso à rede, pode-se fazer passar por algum funcionário da empresa

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

se registrando como um usuário conhecido.

6.1.3 - DoS (Denial-of-Service)

Consiste em ataques de “inundação” (flood) de pacotes provenientes de várias fontes ex-

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

sua paralisação.

Page 33: Voip Qos Aplicacoes-final

6.1.4 - Roubo de registro

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

posteriormente utilizar técnicas para a aquisição de suas senhas e assim realizar as chamadas

indevidamente.

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

maliciosas que pretendem adquirir informações sigilosas ou se beneficiar de vulnerabilidades

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

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

6.2 - Redução de riscos

6.2.1 - Segurança básica da rede

Um dos itens básicos que deve ser levado em consideração é restringir o acesso a rede de

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

número limitado de dispositivos, portanto, caso sua rede não possua softphones, não permita que

PC’s acessem a rede de voz.

6.2.2 - DMZ

Implementar o sistema VoIP em uma DMZ provê uma camada adicional de proteção para

sua LAN, ao passo que mantém a permição de conectividade com aplicações relevantes. Caso o

sistema VoIP seja comprometido, será mais difícil comprometer o resto da rede.

6.2.3 - Server hardening

Trata-se de técnicas de segurança onde várias medidas são tomadas na instalação e confi-

guração do servidor. Por exemplo, a eliminação de qualquer aplicativo não essencial reduzirá a

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

root também é considerada uma parte essencial para a correta utilização do System hardering.

Estas técnicas além de aprimorar a segurança, também acaba por melhorar a performance

do servidor pois somente serviços essenciais serão executados.

6.2.4 – Criptografia

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

simples ao considerarmos a existência de uma VPN entre estes. A performance da conexão pode

ser afetada, porém, é uma maneira eficiente de aprimorar a segurança do sistema VoIP.

6.2.5 - Segurança Física

Todos os equipamentos de terminação, tais como switches, roteadores e o próprio PBX,

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

Page 34: Voip Qos Aplicacoes-final

Como implementar uma segurança física no usuário final é considerado difícil, pode-se

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

pelo MAC.

7 - Aplicações VoIP

7.1 Skype

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

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

da internet, assim como realizar vídeo-chamadas.

A integração com a rede de telefonia publica é permitida com a aquisição dos serviços

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

7.2 Gizmo

Outra aplicação semelhante ao Skype, porém faz uso de padrões abertos (Ex.: SIP).

7.3 Asterisk

O Asterisk é uma implementação em software de uma central PBX. É um software livre,

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

que permite que usuários registrados à ele façam ligações 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 compatível com tal sistema possa ser utilizado como um PBX. A diferença entre

um sistema e outro é definida pelo hardware do computador usado, o que refletirá na quantidade

de chamadas simultâneas, transcodificação e gravação de chamadas que este irá suportar. Em

suma, quanto melhor o computador em questões de processamento e memória, maior o suporte

às aplicações o sistema terá.

Atualmente existem distribuições livres onde a instalação do Asterisk se dá de maneira

fácil e rápida. Tal recurso é destinado às pessoas que precisam de um sistema completo instalado

de maneira rápida e sem complicações, porém, não é recomendado para situações específicas

onde não se dispõe de maiores recursos. Isto se dá pelo fato de nem todas as funcionalidades

presentes em tais distribuições serem utilizadas no cotidiano, acarretando em perda de desempe-

nho para as funções realmente necessárias no contexto empregado.

Assim como a maioria dos softwares que são livres e que possuem uma certa popularida-

de como é o caso do Asterisk, existem diversas listas de discussão onde se debatem sobre temas

como bugs, correções, novas aplicações e diariamente, em caráter mundial, a troca de informa-

ções entre os utilizadores deste sistema acabam por enrijecer e amadurecer ainda mais o mesmo,

Page 35: Voip Qos Aplicacoes-final

ajudando a manter sua utilização até o surgimento de uma ferramenta que supere suas funciona-

lidades e facilidades.

Abaixo segue a representação gráfica da arquitetura do Asterisk:

7.3.1 Funcionalidades

Todas as principais funcionalidades da telefonia tradicional estão compreendidas dentre

as apresentadas pelo Asterisk, tais como:

- Distribuidor automático de chamadas (DAC) / Fila de atendimento – esta aplicação con-

siste em distribuir uma chamada entrante para todos os ramais definidos no sistema e caso ne-

nhum atendente esteja livre, esta chamada ficará estacionada em uma fila de atendimento e assim

que um ramal se desocupar, tal chamada é 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

saída do sistema.

- Sala de Conferência – um ramal é utilizado como sala de conferência onde todos os ra-

mais participantes discam para este ramal e e são conectados entre si. Tal aplicação pode fazer

uso de autenticação para aumento da segurança da informação.

Page 36: Voip Qos Aplicacoes-final

- 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 posição.

- Música em espera – permite o usuário ouvir uma música pré-definida ao aguardar o a-

tendimento da chamada.

- IVR/URA – permite o atendimento automático do usuário com menus pré-definidos on-

de o usuário é direcionado para área de interesse sem que um atendente seja alocado para tal.

- Voicemail – caso o usuário não atenda a chamada, é fornecido ao chamador a possibili-

dade lhe enviar um e-mail com o recado pretendido.

- Autenticação – permite um maior controle das chamadas, onde a permissão para a rea-

lização da chamada se dá por uma autenticação do usuário na tentativa de discagem.

- Reconhecimento de voz – permite uma maior interação do usuário com o sistema onde

o servidor aciona um comando (ex: redirecionamento de chamada) através do reconhecimento da

fala. Altera-se o comando utilizando as teclas do telefone, pela voz do usuário.

Uma vantagem considerável do uso do Asterisk é o fato de pessoas do mundo inteiro in-

teragirem entre si, desenvolvendo novas aplicações e as distribuindo gratuitamente, gerando as-

sim uma maior possibilidade de escolhas e melhorias do sistema.

É possível ainda desenvolver aplicações que interajam com o Linux. Como exemplo po-

de-se citar o caso onde uma pessoa disca para um ramal pré-definido, é rodado um shellscript e

em instantes lhe é enviado um e-mail com as informações de análise de pacotes de uma rede ou

um arquivo com uma lista de servidores offline em uma rede. Tal interação permite uma varie-

dade enorme de aplicações assim, mantendo um nível de inovação alto nas funcionalidades utili-

zadas pelo VoIP.

7.3.2 - Instalação

A instalação de um servidor Asterisk poderá ser feita de duas maneiras:

- Fazendo uso de distribuições Asterisk com todas as principais funcionalidades já instaladas,

com interface gráfica para o gerenciamento e configuração do servidor. Exemplos: Elastix,

Trixbox, MidiVTS, AsteriskNOW

Desta maneira, ao final da instalação, será possível ter acesso à interface web do sistema

fazendo uso de seu navegador e inserindo usuário e senha padrão da distribuição escolhida.

Page 37: Voip Qos Aplicacoes-final

Figura: Interface Web do Elastix

- Começar desde a instalação da distribuição Linux de interesse (Ex.: Ubuntu, Debian,

CentOS) ou FreeBSD, até a instalação do próprio sistema e os drivers para utilização de hardwa-

re analógico/digital. Poderá ser feita de maneira fácil com o “apt-get install pacote” em sistemas

que suportam tal aplicação.

Para fins de estudo, a primeira opção de instalação se torna mais atrativa tendo em vista a

praticidade do processo, porém, começar o sistema desde a escolha da distribuição de interesse,

além de agregar um conhecimento maior, acaba por permitir que o administrador molde o siste-

ma e inclua as funcionalidades que bem entender, tendo a possibilidade de possuir uma eficiên-

cia maior de acordo com o hardware disponível.

7.3.3 - Configuração

Os arquivos a serem configurados para o correto funcionamento do sistema com Asterisk

se encontram em /etc/asterisk.

sip.conf

Define a autenticação e configuração dos parâmetros utilizados pelos terminais IP e tron-

cos com outras centrais.

Page 38: Voip Qos Aplicacoes-final

É divido em configuração global, onde se define os parâmetros comuns à todos os termi-

nais, e a configuração especifica de cada terminal, onde poderá variar o codec utilizado, por e-

xemplo.

extensions.conf

Trata-se do plano de discagem do sistema. Nele estão definidos o que será feito com to-

das as chamadas de entrada e saída, menus de atendimento e seus respectivos direcionamentos de

acordo com a necessidade do usuário.

Page 39: Voip Qos Aplicacoes-final

Outros arquivos de configuração:

Agents.conf - Agentes das filas de atendimento

cdr.conf - configuração de CDR

features.conf - Configuração das funcionalidades do sistema

iax.conf - Configura clientes iax

logger.conf - Habilita ou desabilita logs do Asterisk

meetme.conf - Configura salas de conferencias

musiconhold.conf - Musica de espera

queues.conf - Filas de atendimento

voicemail.conf - Configura correio de voz

Page 40: Voip Qos Aplicacoes-final

8- Conclusão

Pode-se concluir que com o advento da internet, e sua atual expansão, o VoIP tende a ser

o método mais usual a ser utilizado para o tráfego de voz, porém, este não irá substituir totalmen-

te a telefonia tradicional a curto prazo.

Como os dispositivos ainda podem ser considerados de valores altos, tal migração ocorre-

rá gradativamente, na medida em que tivermos uma diminuição nos valores dos equipamentos e

o aumento das taxas de transmissão e possibilidade de melhoria na qualidade de serviço.

O aumento quase que sem controle de usuários, sejam eles coorporativos ou não, contri-

buem para aumentar a largura de banda no mercado, otimizando então redes de trabalho e comu-

nicação a distância em Real-Time trouxe a tona à necessidade de investir em equipamentos que

suportam funcionalidades de QoS ou Qualidade de Serviço, que permitem um maior controle de

tráfego na rede. Pode-se resumir QoS em serviços de rede principalmente como reserva de recur-

sos que garanta que uma aplicação seja iniciada e terminada sem maiores problemas e sem a per-

cepção do usuário quanto a sua eficiência. O sistema terá que ser o mais transparente possível.

Sendo assim, é possível controlar fluxos de dados previsíveis atribuindo-os distintas prioridades

para que chegue ao destino com sua devida exigência. Esse controle pode ser entre outros fato-

res, por dia, mês, ano, tipo de usuário, priorizando o fluxo de dados mantendo, a Qualidade de

Serviço.

Para que isto possa acontecer, os pacotes são marcados para distinguir os tipos de aplica-

ções, e os roteadores são configurados para criar filas distintas para cada aplicação de acordo

com as prioridades das mesmas. Assim, uma faixa da largura de banda, dentro do canal de co-

municação, é alocada para determinados tipos de fluxos de dados ou aplicações e, dependendo da

aplicação, os pacotes "nunca" são descartados e a banda alocada não excederá os valores pré-

definidos. O descarte de pacotes ocorrerá de acordo com o tipo da aplicação e do tipo de algorit-

mo de filas utilizados, no caso de congestionamento da banda definida para o fluxo ou aplicação.

Seja ela por meio do protocolo RSVP ou controlando o envio e recebimento (descarte) de

pacotes. Mas toda nova tecnologia inicialmente é muito cara. Já esta havendo uma certa pressão

vinda das grandes empresas para que essa tecnologia chegue mais rápido a todos, viabilizando

novos negócios e operações (principalmente financeiras).

De maneira inovadora, vamos concluir com um exemplo prático englobando os conceitos

abordados no trabalho.

No caso de redução de custos, o VoIP se mostra vantajoso quando nos deparamos com a

seguinte situação, por exemplo:

- A matriz de uma empresa com um servidor Asterisk ligado à internet em São Paulo e

com um tronco com a PSTN.

- Filial com um servidor Asterisk no Rio de Janeiro ligado à internet e com um tronco

com o servidor Asterisk da matriz, em São Paulo.

Uma pessoa da filial pretende realizar uma chamada para um telefone do estado de São

Paulo. Ao invés desta discar Operadora+Código SP+Telefone está fará uso do tronco existente

entre os servidores Asterisk Rio-SP, e encaminhará a ligação do servidor do Rio para o de São

Page 41: Voip Qos Aplicacoes-final

Paulo. Este ao verificar que a ligação é para um telefone externo do estado (e não para um ramal

da matriz), encaminhará a ligação para o tronco com a PSTN. Desta maneira, estaremos reali-

zando uma ligação do Rio de Janeiro para São Paulo, como se estivéssemos ligando localmente

no estado de São Paulo, reduzindo assim, os custos com ligações de longa distância entre Rio de

Janeiro e São Paulo. Da mesma maneira, podemos realizar as ligações DDI.

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