VoIP usando Asterisk. Conceptos
IDTIC 2009.
www.idtic.org
Presentado / elavorado por: Javier Triviño.
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Introducción
VoIP : Voice Over Internet Protocol La voz se digitaliza y viaja en paquetes de datos utilizando el protocolo IP (VoIP) La infraestructura de paquetes sustituye el switching de circuitos de una PSTN Los dispositivos de digitalización se llaman DSP (Digital Signal Processor)
Modalidades de Voz/IP
De PC a PC
De PC a la red pública conmutada
SIP H323 IAX
Teléfono Wi-Fi
VoIP + Gateway
Teléfono IP
SIP IAX H323 Servicio Skype
De teléfono a PC
Netmeeting.
SIP/IAX
De teléfono a teléfono
SIP, IAX, H323
Donde encontramos VoIP?
En las empresas
En el hogar
Reemplazo de PBX por IP-PBX A través de ISP y VSP (Voice Services Providers) A través de proveedores VSP
En proveedores de servicio: migración de grandes centrales telefónicas a “Softswitch”
Funciones que debe realizar un sistema de VoIP:
Digitalización de la voz. Paquetización de la voz. Enrutamiento de los paquetes. Además:
Conversión de números telefónicos a direcciones IP y viceversa. Generación de la señalización requerida por la red telefónica.
Conmutación analógica y digital
La señal eléctrica generada por un aparato telefónico es del tipo analógica, modulada por la voz y limitada por el ancho de banda comprendido entre 300 Hz y 3400 Hz.
Conversión Analógica/Digital
Centralitas telefónicas
Son pequeñas PBXs corporativas con características similares pero de menor capacidad (KTS) KTS Key telephone System. Es un sistema multimedia de forma que las llamadas entrantes pueden ser atendidas por cualquier extension FXS
Centralitas Privadas de conmutación PBX
PBX (Private Automatic Branch Exchange). Controlado por Software, provee funciones de conmutación a los usuarios conectada. La gran mayoría usa una Operadora, IVR, DISA, mailbox, etc.
VoIP: Ventajas
Ahorro de ancho de banda y aprovechamiento de los intervalos entre ráfagas de datos haciendo un uso más efectivo de canales costosos Convergencia de las comunicaciones de datos y voz en una plataforma única, facilitando la gestión, el mantenimiento y el entrenamiento del personal Facilidad de incorporar servicios especiales
Voz sobre IP: características principales
Se utiliza y administra una única red. Si dos empresas están unidas a través de Internet., ¿por qué no aprovecharlo? Finalmente se puede hablar de: estándares abiertos e internacionales. Inter-operabilidad. Disminución de precios en proveedores y fabricantes de hardware para VoIP. Calidad: es posible conseguir la misma calidad, de hecho hoy el 40% de las llamadas de las grandes operadoras se encaminan por VoIP. Fiabilidad: en LAN, se puede lograr una gran fiabilidad. En Internet también, pero intervienen demasiados factores.
Limitaciones
Las redes IP generalmente no permiten garantizar un tiempo mínimo para atravesarlas. Las redes IP están diseñadas para descartar paquetes en caso de congestión y retransmitirlos en caso de error. Esto no es adecuado para la voz. Los retardos de cientos de ms, comunes en redes de datos, son inaceptables en una conversación telefónica.
Factores que afectan la calidad de la voz:
Retardo (Latency) Fluctuación de retardo (jitter) Pérdidas de paquetes:
Paquetes aislados Ráfagas de paquetes
Compresión de Voz Eco Distorsión de digitalización
Fuentes de retardo
Perdida de informacion:
Perdida de paquetes (un enlace mal alineado, un enlace con ruido, un enlace mal configurado).
Retardo de compresión. Retardo de empaquetamiento de la información Retardo de espera en cola en CPE Retardo en serialización del CPE a la WAN Retardo en la WAN Retardo de espera en cola y serialización de la WAN al CPE Retardo en transmisión hacia el CPE Retardo en la memoria de manejo de fluctuación de retardos (jitter buffer) Retardo de descompresión
Retardos
Componentes de retardo
Retardo Retardo Retardo Retardo
de paquetización de propagación de transporte (red WAN) del jitter buffer
Fluctuación del retardo (jitter)
Eco
Transmisión de Voz
UDP. La transmisión se realiza sobre paquetes UDP, pues aunque UDP no garantiza la recepción del paquete, el aprovechamiento del ancho de banda es mayor que TCP. RTP (Real Time Protocol) Maneja los aspectos relativos a la temporización, marcando los paquetes UDP con la información necesaria para la correcta entrega de los mismos en recepción.
Conversión de números telefónicos en direcciones IP
Se añaden 8 bytes y 20 bytes de UDP que contiene la dirección de este gateway, la dirección IP del gateway destino así como la información de puertos. Se añade un encabezado RTP de 12 bytes que permite el ordenamiento de los paquetes y su priorización respecto a los paquetes de datos.
Códigos de compresión de voz
De dominio público G.711 y G.723. Opcionales: G.728, G.729 y G.722 que requieren algunos licencias. Mientras mas compresión se utilice se requiere menos ancho de banda pero se introduce más retardo.
Codecs (codificador/decodificador)
Los codecs se utilizan para transformar la señal de voz analógica en una versión digital y visceversa. Los softphone, hardphone, PBX-IP... soportan una serie de codecs cada uno. Cuando “hablan entre sí” negocian un codec en común. Aspectos a tener en cuenta por el codec: – Calidad de sonido. – Ancho de banda requerido. – Requisitos de computación de parte del cliente.
Codecs: comparación Métodos de compresión
Velocidad requerida
GSM
13 kbps
iLBC
15 kbps
G.711 (PCM)
64 kbps
G.723 (ACELP)
5.3/6.3 kbps
G.726 (ADPCM)
16/24/32/40 kbps
G.729 (CS-ACELP)
8 kbps
Speex
2.15 a 44.2 kbps
Interfaces de Voz
E&M: “EarandMouth”a ser usadas para conexión a un troncal. •FXO: “ForeignExchange Office”a ser usadas para conexión a la Central (Central Office o CO). •FXS : “ForeignExchange Station”a ser usada para conectar un Fax o a una unidad de teléfono. GSM
Telefonía Clásica
Lazo Local (Local Loop)
Líneas de 2 hilos (Tip& Ring)
Central (CO)
Termina el Local Loop Termina el Troncal
FXO y FXS
Usualmente el Local Loop está en modo Loop Start FXO se conecta a una PBX o a una CO FXS se conecta a un aparato telefónico o a una línea y genera el timbre.
FXO y FXS
FXO detecta el voltaje de timbre, cierra el lazo cuando se levanta el auricular y lo abre cuando el teléfono esta colgado •FXO se comporta como la red telefónica y se conecta a una línea de dos hilos
Interfaces Digitales y Señalización
T-1/E-1son sistemas digitales diseñados para transportar voz y datos •T-1 combina 24 canales de 64 kbps en un circuito •E-1 combina 30 canales de 64 kbps en un circuito
Protocolos
Para garantizar la interoperabilidad entre la red telefónica y las redes de transmisión de datos es necesario utilizar grupos de protocolos. Los más conocidos son H.323 y SIP
RECOMENDACIÓN ITU-T H.323
Videoconferencia sobre LANs que no garantizan calidad de servicio tales como:
Ethernet (IEEE 802.3) Fast Ethernet FDDI Token Ring (IEEE 802.5)
Interoperabilidad
Los terminales H.323 pueden ser utilizados en configuraciones múltiples, y su vez pueden comunicarse con terminales que sean parte de redes diferentes a la suya, como por ejemplo, terminales en REDES B-ISDN (Broadband ISDN) o redes inalámbricas, etc
Componentes H.323 •Terminal: punto terminal de la LAN que puede realizar una comunicación con otro terminal, gateway o MCU consistente en flujo de datos de control, audio, video o aplicaciones. •Gateway: punto terminal que provee comunicación entre terminales de la LAN y otros terminales ITU dentro de una WAN Terminales ITU son los incluidos en las recomendaciones H.320 (ISDN), H.321 (ATM, Asynchronous Transfer Mode), H.322 (GQOS, Garanteed Quality of Service), H.324 M (móvil). •Gatekeeper: entidad que provee el servicio de traducción de direcciones y control de acceso a la LAN de terminales, gateway y MCUs en los caso que lo ameriten. •Multipoint Control Unit (MCU): punto terminal que se encarga de la centralización del flujo informativo en una conferencia multicast
Componentes H.323
Los gateways son los encargados de conectar dos redes disímiles. Realiza la traducción de la señalización, de las codificaciones de audio y vídeo y de los protocolos de transmisión entre las diferentes redes Los gatekeepers proveen los servicios de directorio, autorización e identificación de terminales y gateways, manejo de ancho de banda, conversión de direcciones, control de llamadas, tarificación, etc. Aunque los gatekeepers son opcionales, resultan ser esenciales para los sistemas H.323 de gran escala Los gatekeepers, los gateways y los MCUs son componentes lógicos separados pero que pueden ser implementados en un mismo dispositivo físico.
H.323 se apoya en
RTP(Real Time Protocol, protocolo en tiempo real) que le agrega a cada trama la identificación del tipo de información que contiene, el número de secuencia y la hora en que fue generada. Esto permite que el receptor transmita la información al usuario al mismo ritmo en que fue generada y permite conocer si hubo descartes de información. Otro protocolo que trabaja en conjunto con RTP es el RTCP(RTP Control Protocol) que se basa en la transmisión periódica a todos los participantes de una sesión de paquetes de control con información sobre la calidad de la comunicación.
Arquitectura de capas
Source:http://www.cs.columbia.edu/~hgs/internet/
Teléfonos IP
Teléfonos IP: físicamente, son teléfonos normales, con apariencia tradicional. Incorporan un conector RJ45 Ethernet IEEE 802.3 para conectarlo directamente a una red IP en Ethernet. Velocidades de 10/100 BaseT y ahora Gigabit Ethernet 1000 BaseT
Teléfonos IP Características avanzadas. Dual Lan: algunos teléfonos disponen de dos conectores RJ45 e implementan funciones de switch, de esta forma no es necesario tirar otro cableado para los nuevos dispositivos IP. En algunos casos los Teléfonos IP agregan QoS en las conexiones.
Voz sobre IP: elementos implicados
Adaptadores analógicos IP (ATA): permiten aprovechar los teléfonos analógicos actuales, transformando su señal analógica a los protocolos de VoIP. Se configuran desde los menúes del propio teléfono o por interfaz Web:
Softphone Son programas que permiten llamar desde la computadora utilizando tecnologías VoIP.
Voz sobre IP: elementos implicados
Softphone: ¿Qué son? Se trata de un software que se ejecuta en estaciones o servidores de trabajo. Permiten establecer llamadas de Voz sobre IP. El audio es capturado desde:
Un micrófono incorporado. Una entrada de línea (micrófono externo). Dispositivos de entrada de audio USB. Dispositivos Bluetooth.
Función principal El principal servicio de los diferentes proveedores de Voz sobre IP es el de hacer de pasarela hacia la red telefónica pública (PSTN) a costos muy reducidos.
Características principales
Soportan determinados protocolos estándar (SIP, IAX2,H323). Algunos tienen protocolos propietarios: Skype, google talk, messenger talk, y otros. Soportan determinados codecs (GSM, G.729, G711). Casi siempre permiten realizar más de una llamada a la vez. Las llamadas entre usuarios de un mismo proveedor son gratuitas; en algunos casos existen “prefijos” para saltar entre redes de proveedores conocidos.
Cambio de mentalidad: telefonía convencional
PBX (Private Branch eXhange) propietarias Requieren hardware y módulos de software costosos. Incompatibles. El Hard de un marca no funciona en otra marca. Sistema rígido y cerrado, sin personalización. Su modelo de licenciamiento condiciona el crecimiento. Requiere hardware especializado. Redes telefónicas Sobre la base de conmutación de circuitos. El circuito está dedicado a una comunicación telefónica, inclusive en los silencios. Se “garantiza” la calidad de la transmisión.
Cambio de mentalidad: telefonía IP Integra dos mundos: transmisión de voz y de datos:
Transporta voz convertida en datos (transmisión de paquetes). La llamada se transmite por varios caminos (en paquetes de datos) sin bloquear el enlace. Un Gateway se encarga de interactuar entre la telefonía convencional y la telefonía IP. Integra las dos redes (voz y datos) en una sola red. Reduce costos en el usuario final. Integra telefonía, video, mensajería instantánea. Problema: pueden perderse paquetes Para lograr calidad de servicio requiere esquemas de marcado de paquetes y conocimiento de la aplicación.
Cambio de mentalidad Telefonía IP con base en software de código abierto PBX (Private Branch eXhange) open source
Utiliza hardware estándar. Es desarrollada y mantenida por la comunidad (centenares). El desarrollo es modular, dinámico, flexible, adaptable. Aprovecha lo mejor que encuentra en otros PBX. No se limita a las leyes del mercado. Es interoperable. Tiene su base en estándares abiertos. Permite personalización por parte del usuario. Su infraestructura no está manejada por una sola empresa. Facilita el trabajo remoto.
Telefonía IP
Asterisk se convierte en el principal aplicación de software libre para VoIP en todo el mundo. Cisco Systems compra la empresa Sipura para abandonar el H323 y pasarse a SIP. Asterisk soporta casi todo tipo de protocolos y códecs utilizados en la VoIP. Panasonic, Siemens, Ericsson, etc. empiezan a plantearse el futuro de la telefonía tradicional. Surgen todo tipo de teléfonos y terminales IP compatibles con SIP. Asterisk usa su protocolo IAX (protocolo donde el NAT deja de ser un problema). GrandStream lanza teléfonos IP baratos y ahora IP PBX(de 400 US$ pasan a costar entre 150 y 100 US$ y 715 $ las IP PBX). Linksys-VoIP (antes Sipura) su producto PAP .
Resumen VoIP
Consiste en aprovechar la infraestructura desplegada para la transmisión de datos para transmitir voz, utilizando el protocolo IP que se ha convertido en el más utilizado en todo el mundo. Es un campo complejo que requiere de conceptos de telefonía, de redes y de ingeniería de tráfico. Monitorear y mantener QoS es indispensable!
