VoIP: Telefonía IP - Conceptos básicos, protocolos y objetivos, Diapositivas de Redes de Computadoras

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VoIP

Juan Fdo. Hurtado R. fhenet@gmail.com

Objetivos

 Conocer los conceptos básicos de Voz sobre IP (VoIP) o Telefonía sobre IP  Identificar algunos protocolos y los elementos necesarios dentro del sistema.  Realizar la configuración básica de una red con telefonía IP

Antecedentes

Los sistemas de telefonía tradicional están guiados por un sistema muy simple pero ineficiente denominado conmutación de circuitos. La conmutación de circuitos a sido usado por las operadoras tradicionales por mas de 100 años. En este sistema cuando una llamada es realizada la conexión es mantenida durante todo el tiempo que dure la comunicación. Este tipo de comunicaciones es denominada "circuito" porque la conexión esta realizada entre 2 puntos hacia ambas direcciones. Estos son los fundamentos del sistema de telefonía convencional. Fuente

Antecedentes

Así es como funciona una llamada típica en un sistema de telefonía convencional:

1. Se levanta el teléfono y se escucha el tono de marcado. Esto deja saber que existe una conexión con el operador local de telefonía.
2. Se disca el número de teléfono al que se desea llamar.
3. La llamada es transmitida a través del conmutador (switch) de su operador apuntando hacia el teléfono marcado.
4. Una conexión es creada entre tu teléfono y la persona que se esta llamando, en medio de este proceso el operador de telefonía utiliza varios conmutadores para lograr la comunicación entre las 2 líneas.
5. El teléfono suena a la persona que estamos llamando y alguien contesta la llamada.
6. La conexión abre el circuito.
7. Uno habla por un tiempo determinado y luego cuelga el teléfono.
8. Cuando se cuelga el teléfono el circuito automáticamente es cerrado, de esta manera liberando la línea y todas las líneas que intervinieron en la comunicación.

VoIP proviene del ingles Voice Over Internet Protocol, que significa "voz sobre un protocolo de internet". Básicamente VoIP es un método por el cual tomando señales de audio analógicas del tipo de las que se escuchan cuando uno habla por teléfono se las transforma en datos digitales que pueden ser transmitidos a través de internet hacia una dirección IP determinada.

Conceptos básicos

Conceptos básicos

El VoIP permite la unión de dos mundos históricamente separados,

el de la transmisión de voz y el de la transmisión de datos.

Entonces, el VoIP no es un servicio sino una tecnología. VoIP puede

transformar una conexión standard a internet en una plataforma

para realizar llamadas gratuitas por internet.

En el pasado, las conversaciones mediante VoIP solían ser de baja

calidad, esto se vio superado por la tecnología actual y la

proliferación de conexiones de banda ancha, por ejemplo, las

operadoras de telefonía convencional, utilizan los servicios del

VoIP para transmitir llamadas de larga distancia y de esta forma

reducir costos.

Conceptos básicos

6. El proveedor conecta los dos dispositivos que intervienen en la llamada. En la otra punta, una señal es enviada al ATA de la persona que recibe la llamada para que este haga sonar el teléfono de la otra persona.
7. Una vez que la otra persona levanta el teléfono, una comunicación es establecida entre tu computadora y la computadora de la otra persona. Esto significa que cada sistema esta esperando recibir paquetes del otro sistema. En el medio, la infraestructura de internet maneja los paquetes de voz de la misma forma que haría con un email o con una página web. Cada sistema debe estar funcionando en el mismo protocolo para poder comunicarse. Los sistemas implementan dos canales, uno en cada dirección.
8. Se habla por un periodo de tiempo. Durante la conversación, tu sistema y el sistema de la persona que se esta llamando transmiten y reciben paquetes entre si.
9. Cuando se termina la llamada, se cuelga el teléfono. En este momento el circuito es cerrado.
10. El ATA envía una señal al proveedor de Telefonía IP informando que la llamada ha sido concluida.

Conceptos básicos

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Conceptos básicos

Conmutación de circuitos Hoy en día las comunicaciones telefónicas son mucho mas eficientes por eso cuestan menos. Las voces son digitalizadas, y tu voz, puede viajar junto con muchas otras a través de un cable de fibra óptica por la mayoría del trayecto (sigue habiendo un pedazo de cable dedicado, que es el que va justo hacia tu casa). Esas llamadas son transmitidas a una calidad de 64 kb por segundo (kbps) en cada dirección, por un total de transmisión de 128 kb ( 64 kb de ida y 64 kb de vuelta). Como existen 8 Kb en un KiloByte (KB), esto se translada en una transmisión de 16 KB por cada segundo que el circuito esta abierto y 960 KB cada minuto que esta abierto. Entonces, en una comunicación de 10 minutos, el total transmitido seria de 9 , 600 KB, lo que es prácticamente equivalente a 10 megas. Si se observa una conversación típica nos damos cuenta que mucha de esta información es malgastada.

Conceptos básicos

Tiempos muertos Cuando estas hablando, la otra parte esta escuchando, lo que significa que solo la mitad de la conexión se encuentra en uso en un momento dado. Basado en eso, podemos deducir que se podría cortar el tamaño de la conversación justo a la mitad, o sea 4 , 7 MB siempre manteniendo la misma calidad de comunicación. Además, una gran cantidad de tiempo en las conversaciones es tiempo muerto, tiempo en el que ninguno de los dos habla. Si pudiéramos remover esos intervalos de tiempo muerto el tamaño de la conversación seria todavía más pequeño. Entonces, en lugar de enviar una cadena continua de bits (ambos de silencio o ruidos), que pasaría si solo enviamos paquetes en los momentos que se produce ruido, cuando se crean. Esa es la base del intercambio de paquetes, la alternativa a conmutación de paquetes.

Códecs en VoIP

 Un Codec, que viene del ingles coder-decoder, convierte una señal de audio analógico en un formato de audio digital para transmitirlo y luego convertirlo nuevamente a un formato descomprimido de señal de audio para poder reproducirlo. Esta es la esencia del VoIP, la conversión de señales entre analógico-digital.  Los codecs operan usando algoritmos avanzados que les permiten tomar las muestras, ordenar, comprimir y empaquetar los datos, ej: el codec G 728 A tiene una frecuencia de muestreo de 8 , 000 veces por segundo.

Protocolos VoIP

Existen varios protocolos comúnmente usados para VoIP, estos protocolos definen la manera en que por ejemplo los codecs se conectan entre si y hacia otras redes usando VoIP. Estos también incluyen especificaciones para codecs de audio.  H. 323 Es un estándar creado por la International Telecomunication Union (ITU), es un protocolo muy complejo que fue originalmente pensado para videoconferencias. Este provee especificaciones para conferencias interactivas en tiempo real, para compartir data y audio como aplicaciones VoIP. Actualmente H 323 incorpora muchos protocolos individuales que fueron desarrollados para aplicaciones específicas.

SIP

SIP (Session Initiation Protocol) es un protocolo de señalización para conferencia, telefonía, presencia, notificación de eventos y mensajería instantánea a través de Internet. Fue desarrollado inicialmente en el grupo de trabajo IETF MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) y, a partir de septiembre de 1999 , pasó al grupo de trabajo IETF SIP El estándar define varios componentes SIP y hay varias formas de implementarlos en un sistema de control de llamadas.  Agentes de usuario. Los usuarios, que pueden ser seres humanos o aplicaciones de software, se utilizan para establecer sesiones. Estos no son más que los puntos extremos del protocolo, es decir son los que emiten y consumen los mensajes del protocolo SIP. Un videoteléfono, un teléfono, un cliente de software (softphone) y cualquier otro dispositivo similar es para el protocolo SIP un agente de usuario. El protocolo SIP no se ocupa de la interfaz de estos dispositivos con el usuario final, sólo se interesa por los mensajes que estos generan y cómo se comportan al recibir determinados mensajes. Los agentes de usuario se comportan como clientes (UAC: User Agent Clients) y como servidores (UAS: User Agent Servers). Son UAC cuando realizan una petición y son UAS cuando la reciben. Por esto los agentes de usuario deben implementar un UAC y un UAS.

SIP

 Servidores de registro o Registrar. Cuando un usuario inicializa su terminal (por ejemplo conectando su teléfono o abriendo su software de telefonía SIP) el agente de usuario SIP que reside en dicho terminal envía una petición con el método REGISTER a un Servidor de Registro (Registro en inglés), informando a qué dirección física debe asociarse la dirección lógica del usuario. El servidor de registro realiza entonces dicha asociación (denominada binding). Esta asociación tiene un período de vigencia y si no es renovada, caduca. También puede terminarse mediante un desregistro. La forma en que dicha asociación es almacenada en la red no es determinada por el protocolo SIP, pero es vital que los elementos de la red SIP accedan a dicha información.  Servidores proxy y de redirección. Para encaminar un mensaje entre un agente de usuario cliente y un agente de usuario servidor normalmente se recurre a los servidores. Estos servidores pueden actuar de dos maneras: Como Proxy, encaminando el mensaje hacia destino o como Redirector (Redirect) generando una respuesta que indica al originante la dirección del destino o de otro servidor que lo acerque al destino.