tecnología ip

Tecnología IPLección 1: Protocolos

convergentes de tráfico de red

Ing. Gabriel Astudillo B.

Escuela Superior Politécnica del Litoral

Marzo del 2011

Agenda

• Objetivos• Convergencia• Características de las Redes Convergentes• Transporte a través de una red de conmutación de paquetes • Protocolo de transporte en tiempo real (RTP)• Protocolo de control de transporte en tiempo real (RTCP) • Protocolo de Inicio de Sesión (SIP) • Arquitectura H.323 • Llamadas H.323 • SIP vs H.323 • Media Gateway Control Protocolo (MGCP)

Objetivos

• Comparar y contrastar tecnologías de conmutación por circuitos y conmutación por paquetes, incluyendo la forma en la que los paquetes atraviesan múltiples enlaces WAN.

• Definir el Realtime Transport Protocol (RTP) y el Realtime Transport Control Protocol (RTCP).

• Identificar los componentes del Session Initiation Protocol (SIP) y describir el formato de un SIP Uniform Resource Identifier (URI).

Objetivos

• Identificar las funciones de los protocolos de señalización para redes convergentes (SIP, H.323, H.225, H.320, H.450, Media Gateway Control Protocol [MGCP], [Megaco]).

• Comparar y contrastar las funciones de los gatekeepers, gateways y proxies en relación a los dispositivos SIP y H.323.

• Comparar y contrastar SIP, H.323 y Megaco/MGCP.

Convergencia

• Convergencia es la integración de redes de voz y datos para crear un medio unificado de intercambio y almacenamiento de información electrónica.

• Esta integración incluye la red de voz (telefonía), la red de video (televisión, satélite) e Internet (rich media) en plataformas comunes.

• Comúnmente llamadas NGN

Características de las redes Convergentes

• La característica más importante de una red convergente es que maneja tanto los paquetes de voz como los paquetes de datos.

• Las redes convergentes están definidos por las tecnologías de paquetes de voz que utilizan

• Las tres tecnologías básicas de paquetes de voz utilizados en redes convergentes de comunicación son los siguientes:– Voz sobre IP (VoIP).– Voz sobre Frame Relay (VoFR).– Voz sobre ATM (VoATM).

Voz sobre IP (VoIP)

• VoIP es una tecnología relativamente nueva que permite que la voz sea enviada a través de una red de área amplia (WAN) en un formato de paquete.

• Ofrece diferenciación por tipo de servicio y por calidad de servicio (QoS)

Voz sobre Frame Relay (VoFR)

• La tecnología VoFR, que ha existido por muchos años, ensambla el tráfico de voz en tramas.

• VoFR utiliza identificadores de conexión para enlaces de datos (DLCI) como parte del circuito virtual permanente para enviar tráfico a su destino.

Voz sobre ATM (VoATM)

• VoATM utiliza algunas características de Frame Relay para ofrecer una tecnología robusta que proporciona calidad de servicio.

• El tráfico VoATM se ensambla en celdas para la transmisión.

Acerca del QoS

• Las tecnologías de “Voz sobre” utilizan diversos mecanismos para reducir los retrasos en la red inherentes la transmisión de voz por paquetes.

• ATM incluye funciones integradas de calidad de servicio, lo que permite la discriminación de servicios basados en el tipo de tráfico.

• IP fue diseñado originalmente como un servicio de mejor esfuerzo que no ofrece garantías para la entrega de paquetes.

• Para habilitar el servicio de la discriminación en la retransmisión de tramas y redes IP, nuevos mecanismos se han propuesto para proporcionar algún tipo de QoS

La red inteligente vs. tradicionalCaracterística Conmutada por

circuitosConmutada por

paquetes

Red Inteligente Si No

Terminales Inteligentes No Si

Uso eficiente del ancho de banda No Si

Ideal para comunicaciones en tiempo real Si No

Encolamiento de paquetes No Si

Calidad de Servicio Inherente Debe ser especificada

Establecimiento del circuito previo a la llamada

Si No

Los paquetes incluyen identificación e información de ruteo

No Si

Conmutación por Circuitos

Telefonía Tradicional• Teléfono Inventado en 1876 por Antonio Meucci

(atribuido a Alexander Graham Bell hasta el 2002).• Idea principal:

– Hacer audible la palabra hablada a largas distancias• Originalmente: Transmisión sobre un hilo de hierro,

comunicación punto a punto.• Hoy en día: 1000 millones de teléfonos repartidos por

todo el mundo.

Conmutación por Circuitos

Arquitectura Inicial

● Conexión punto a punto.● Inicialmente, conmutación manual:

Conmutación por circuitos

•En muchos casos:comunicación analógica hasta la central.•En la central la señal se convierte a digital: PCM de 64kbps (prácticamente sin pérdida de calidad).

Conmutación por circuitos

Telefonía Tradicional: Conexión entre centrales

Conmutación por circuitos

Conexión entre centrales • La llamada que sale de nuestra central

tiene que llegar hasta la central donde está la persona o teléfono destino.

• No es posible realizar un mallado total.• Se hace necesaria la multiplexación del

enlace troncal entre centrales:– Sistema TDM: Time Division Multiplex

Conmutación por circuitos

Telefonía Tradicional: Conexión entre centrales

Circuito exclusivo para la comunicación

Conmutación por circuitos

Características principales

• Recursos ocupados durante toda la duración de la llamada.• Los precios varían en base al tiempo de uso (tiempo de

ocupación del circuito dedicado).• La distancia importa (más circuitos, y sobre todo de

operadoras distintas).• Diseñado para “solo voz”.• Sector totalmente regulado.• Garantía de disponibilidad > 99,5 %

Conmutación por circuitos

• Implica una conexión dedicada, punto a punto en el que una señal transmitida atraviesa varios switches a través de la red hacia su destino.

• Una llamada de voz utiliza 64 Kbps de ancho de banda, y la llamada que se realiza utiliza todos el circuito existente.

• Si no se usa todo el ancho de banda, entonces la red está subutilizada y el cliente está pagando por servicios no utilizados.

Conmutación por circuitos

Buscar:• Que es DTMF? • Que es un DS-0 ?• Cuales son las diferencias entre T1 y E1 ?• Que es SS7?

Llamadas basadas en circuitos

• Requieren de la fase de establecimiento de llamada antes de que la comunicación pueda tener lugar.

• Al terminar, la fase de finalización de llamada se produce, en la que los circuitos se desconectan y los recursos de red al servicio de la conversación se liberan.

• El único retraso que el trafico de voz experimenta es el inherente a la propagación de extremo a extremo.

• Solo fallan si el circuito esta ocupado o la red falla en algún punto del trayecto.

Conmutación por paquetes

• Utiliza un switch IP para convertir el tráfico de voz en paquetes de información antes de transmitirlos a través la red, y de nuevo a una señal de voz en el destino.

• La conmutación de paquetes se considera no orientado a conexión: un usuario en un extremo, puede comunicarse con un solo usuario o varios usuarios en el otro extremo.

• El tráfico enviado por un usuario se enruta a través de la red, y los paquetes en una sola transmisión pueden viajar por caminos diferentes.

Conmutación por paquetes

• Si uno de los routers de tránsito falla, el usuario no se desconecta, más bien, todo el trafico perdido por el router es retransmitido.

• Cada paquete en una red de conmutación de paquetes contiene información de comprobación de errores.

• Desventaja: la conmutación de paquetes no proporciona comunicación en tiempo real debido a la comprobación de errores y problemas de equipos en la red.

Llamadas sobre redes convergentes

• El tráfico de voz se ensambla en paquetes.• El circuito entre la fuente y el destino no está

configurado antes de comenzar la transferencia del paquete.

• Un encabezado con la identificación y la información de enrutamiento se adjunta a cada paquete, que luego se envían al destinatario a través de una serie de nodos en la red.

Llamadas sobre redes convergentes

• Cada nodo que recibe un paquete realiza el chequeo de errores, si no hay errores y no hay paquetes en cola, el nodo determina el siguiente nodo destino.

• Si el nodo encuentra un error el paquete es descartado.

• Se basan en un modelo de mejor esfuerzo en el que los paquetes no llegan necesariamente en el mismo orden y a veces no del todo.

• Ventajas: re-ruteo y compresión.

Transporte sobre redes de paquetes conmutados

Requisitos de los paquetes voz

• Es deseable que los paquetes lleguen al destino desde el origen en 150 ms o menos.

• Las transmisiones de voz son aceptables hasta con un 5% de paquetes perdidos.

• En la mayoría de las implementaciones de VoIP, un tamaño de 20 ms de payload es óptima.

• El transporte a través de una red IP se lleva a cabo a través de TCP o UDP.

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Voz sobre IP: ¿ Qué es ?– Utilizar redes de datos IP para realizar llamadas de Voz.

• En particular: Realizar llamadas por Internet (IP= Internet Protocol).

• Internet: La mayor red de datos del mundo.• La tecnología Voz sobre IP se encuentra ahora

mismo en su madurez, pero comenzó por los años 90.

• Tecnología conocida como 'VoIP'.

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Voz sobre IP: Características Principales Se utiliza una única red. Si dos empresas están unidas a través de

Internet, ¿ Porqué no aprovecharlo ? Se administra una única red. Finalmente se puede hablar de: Estándares abiertos e

internacionales. Inter-operabilidad, Bajada de precios en proveedores y fabricantes de hardware VoIP.

Calidad: Es posible conseguir la misma calidad, de hecho hoy por hoy, se estima que 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 existen quizás demasiados factores

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Razones del éxito de VoIP Gran expansión actual de las redes de datos

LAN, WAN... Internet: ADSL, ADSL2+, VDSL WIFI, WiMax...

Posibilidad de desarrollar nuevos servicios rápidamente.

Menor inversión inicial.Costes más bajos para los clientes.Sociedad de consumo.

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Problemas de la VoIP• Problemas que no existían o estaban solucionados con

la telefonía tradicional y que afectan a la calidad del servicio (QoS)– Requerimiento de ancho de banda– Retardo (>300 ms impracticable )– Jitter: Variación de latencia.

– Principal Problema: La Internet

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Voz sobre IP: Elementos Implicados Teléfonos IP: Físicamente, son teléfonos normales, con

apariencia tradicional. Incorporan un conector RJ45 para conectarlo directamente a una red IP en Ethernet. No pueden ser conectados a líneas telefónicas normales.

Grandstream Budgetone 102 Grandstream GXP-2000 Modulo de expansión para GXP-2000

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Voz sobre IP: Elementos Implicados • Adaptadores analógicos IP: Permiten aprovechar los

teléfonos analógicos actuales, transformando su señal analógica en los protocolos de Voz IP.

Grandstream Handytone 386 Linksys PAP2T-NA

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Voz sobre IP: Elementos Implicados • Gateways analógicos IP: Tienen la misma función de

un ATA, pero son de mayor capacidad, típicamente para 8 o más canales analógicos.

Grandstream GXW-1008

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Voz sobre IP: Elementos Implicados • Softphones: Son programas que emulan a un teléfono

y que permiten llamar desde el computador utilizando tecnologías Voz sobre IP.

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Voz sobre IP: Elementos Implicados • PBX IP & Hibridas: Centralitas de telefonía que

permiten utilizar de forma combinada la tecnología VoIP (mixtas) o exclusivamente IP (puras).

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Voz sobre IP: Elementos Implicados • Tarjetas de Telefonía: Tipo PCI o PCI express, para

conectar líneas análogas o digitales, dependiendo del fabricante pueden ser de 4, 8, 24 puertos (análogas) o 1, 2 o 4 E1-T1s(digitales).

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Voz sobre IP: Agentes Implicados • Usuarios VoIP: Utilizan tecnologías VoIP para realizar

llamadas.• Proveedores de VoIP: permiten llamar desde VoIP a telefonía

tradicional. Cobran por ese servicio.• Carriers de VoIP: Venden sus rutas VoIP a los proveedores,

son 'mayoristas' de minutos IP.• Terminadores VoIP: Venden sus líneas para llamar a telefonía

tradicional a los proveedores de VoIP.• Integradores de Soluciones VoIP: Conectan centralitas a VoIP,

servidores dedicados para servicios adicionales, conexiones

CRM -> VoIP, Softphones

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Voz sobre IP: Visión General

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Proveedores de Servicios VoIP: Función principal El principal servicio de los diferentes proveedores de Voz sobre

IP es el de hacer de puerta de enlace hacia la red telefónica pública (conocida como PSTN/POTS) a costes muy reducidos

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Proveedores VoIP: Características Principales• Soportan determinados protocolos estándar (SIP,IAX2,H323

normalmente).• Algunos tienen protocolos propietarios: SKYPE, ...• Soportan determinados códecs (GSM, G.729 normalmente).• 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.

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Algunos proveedores

•Mercado prácticamente sin regular •Depende de la conexión a internet

Conceptos básicos sobre Voz sobre IP

Funcionamiento General Simplificado• Paso 1: Los dos comunicantes se registran en el servidor

VoIP con sus teléfonos (Hardphones, Softphones).• Paso 2: El equipo del emisor pregunta por el equipo del

receptor.• Paso 3: El servidor VoIP devuelve datos de contacto al

emisor (puertos, direcciones IP).• Paso 4: Se establecen comunicación entre los interlocutores.• Todo ello utilizando un protocolo determinado: SIP, IAX2,

H323 ...

Tecnologías de Voz sobre IP

Tecnologías VoIP

• Protocolo: Es el 'lenguaje' que se utiliza para negociar y establecer las comunicaciones de voz sobre IP. Los más importantes: SIP, H323, IAX2, MGCP.

• Códec: Es la forma de digitalizar la voz humana para ser enviada por las redes de datos. Algunos ejemplos: G.711,G729A, GSM, iLBC, Speex, G.723.

Transmission Control Protocol (TCP)

• Protocolo fiable, orientado a conexión, con un apretón de manos de tres pasos.

• TCP establece una conexión, envía un paquete y luego espera una confirmación antes de enviar otro paquete.

• Esta practica facilita compartir el ancho de banda pero no ayuda en las comunicaciones de voz, mas aun si hay retransmisiones

• La cabecera TCP añade 20 bytes por cada paquete

User Datagram Protocol (UDP)

• No es orientado a conexión ni fiable. • Se envían paquetes sin establecer una conexión y no

incluye reconocimientos.• Su principal ventaja es la velocidad. • UDP no retransmite paquetes, lo cual es

deseable porque no hay suficiente tiempo para retransmitir paquetes voz y permanecer dentro de la ventana de 150 ms.

• Dado que UDP simplemente transmite de un puerto a otro, la aplicación de VoIP tiene que supervisar la conexión y enviar ACKs.

User Datagram Protocol (UDP)

• Una transmisión de voz pueden perder hasta el cinco por ciento de sus paquetes y seguir siendo legible por ello la mayoría de las aplicaciones de VoIP utiliza UDP.

• La cabecera UDP es muy sencilla: puerto de origen y destino, un campo de longitud, y un campo de checksum

• Añade sólo 8 bytes de sobrecarga a un paquete.

User Datagram Protocol (UDP)

Cabecera UDP

Protocolo de transporte en tiempo real (RTP)

• Utilizado para transportar flujos de voz y video para aplicaciones en tiempo real.

• RTP proporciona servicios de entrega de extremo a extremo para datos con características de tiempo real.

• Estos servicios incluyen la identificación del tipo de carga, la secuencia de numeración, fecha y hora de entrega y seguimiento.

Protocolo de transporte en tiempo real (RTP)

• RTP puede correr sobre UDP y TCP. Sin embargo, las aplicaciones suelen ejecutar RTP sobre UDP para hacer uso de los servicios de la multiplexación y checksum de UDP.

• El payload de RTP y la cabecera RTP se encapsulan en un paquete UDP.

• RTP soporta transferencia de datos a varios destinos mediante la distribución en multicast.

• RTP no garantiza la fiabilidad del servicio, ni ayuda al control de congestión, sin embargo, sí permite que la información sea de-multiplexada en el punto final.

Perfiles RTP

• Definen un conjunto de códigos para cada tipo de payload.• Un perfil de RTP incluye información como el codec

utilizado para codificar la información (PCM Ley-A) , el tipo de carga (audio o video) y la velocidad de reloj.

• Las transmisiones RTP requieren un reloj autónomo (8.000 pulsaciones por segundo).

• Tanto remitente como receptor deben estar de acuerdo sobre la misma velocidad de reloj a fin de que el tiempo marcado en los paquetes tenga sentido.

• La velocidad del reloj se almacena como un número de 4 bytes.

Mixers RTP

• RTP puede ser usado para conferencias, en cuyo caso se utiliza el campo llamado fuente de sincronización para dar seguimiento de quien esta hablando (ID de micrófonos).

• Cuando un paquete es enviado por un interlocutor a otro, el paquete incluirá el ID de micrófono en el campo mencionado.

• Un RTP mixer puede recibir flujos de paquetes RTP provenientes de múltiples interlocutores, combinar estos flujos y reenviarlos al participante de la conferencia apropiado.

• Un paquete que proviene de un mixer también incluirá un valor en el Contribuiting source Count (CC).

• También es conocido como puente de conferencia o una unidad de control multipunto (MCU).

Paquetes RTP

• El paquete RTP se encapsula en un paquete UDP que a su vez se encapsula en un paquete IP, que está encapsulado en una trama Ethernet.

• La cabecera de RTP es por lo menos 12 bytes de longitud.• Los paquetes procedentes de un mezclador incluyen el

campo CC y las cabeceras de estos paquetes serán de 16 bytes de longitud.

• Cuando RTP recibe un paquete, este remueve la cabecera RTP, comprueba los valores de secuencia y marca de tiempo y pone el paquete en un buffer de jitter.

Paquetes RTP

Protocolo de control de transporte en tiempo real (RTCP)

• RTP corre sobre UDP por lo tanto no usa ACKs entonces se requiere otro protocolo para controlar el flujo de media: RTCP.

• Su función principal es proporcionar información sobre la calidad del servicio(QoS) provista por RTP.

• RTCP reúne estadísticas acerca de una conexión: bytes enviados, paquetes enviados, numero de paquetes número perdidos, jitter y retardo de ida y vuelta.

Protocolo de control de transporte en tiempo real (RTCP)

• Estas estadísticas pueden ser utilizados por una aplicación para mejorar la calidad de servicio para la conexión.

• RTCP también se puede utilizar para realizar un seguimiento de los participantes en una sesión de RTP.

• RTP siempre utiliza un número par de puerto (5004), RTCP utiliza siempre el siguiente número de puerto impar, (5005).

Protocolos de señalización VoIP

• Protocolo de Iniciación de Sesión (SIP)• H.323 • Media Gateway Control Protocol

(MGCP) (Megaco/H.248)• Estos protocolos difieren en la escalabilidad y

complejidad, sin embargo, cada uno realiza la misma función.

Protocolo de Inicio de Sesión (SIP)

• Inicia y dirige las sesiones (o conexiones) entre dos o más participantes.

• Solo es un protocolo de señalización, no entrega flujos de medio ni controla la entrega de estos flujos

• SIP crea, modifica y termina una conexión.• Toda la lógica se almacena en los terminales,

incluyendo el estado de la llamada (excepto el enrutamiento de mensajes SIP)

Protocolo de Inicio de Sesión (SIP)

• Difiere de la PSTN donde se almacena todo el estado y la lógica en la red y los puntos finales son primitivos.

• SIP es un protocolo de capa de aplicación ve a todas las llamadas como conferencias.

• Es desarrollado por la IETF.• Está basado en una arquitectura cliente/servidor.• Utiliza para sus cabeceras el mismo formato de

los mensajes HTTP.

Esquema de funcionamiento

El protocolo SIP es de forma nativa “peer to peer”: Dos User Agents pueden establecer una sesión entre sí:

Dos Canales: Señalización(UDP 5060): Establecimiento, Negociación, Fin...) Streaming RTP (UDP 10000-20000 normalmente) y control

RTCP.

Ventajas clave de SIP

• Simplicidad - SIP exige menos tiempo de desarrollo de software que los productos tradicionales de telefonía.

• Extensibilidad - SIP puede soportar nuevas características y aplicaciones a medida que se desarrollan con el tiempo.

• Modularidad - SIP distingue a una sesión desde el inicio de una sesión, simplemente emite una invitación de sesión sin necesidad de conocer acerca de la sesión.

Ventajas clave de SIP

• Escalabilidad - SIP puede soportar grandes volúmenes de tráfico porque el estado del protocolo no se mantiene en los routers que manejan el tráfico de SIP.

• Integración - SIP puede ser integrado con las aplicaciones Web, programas de correo electrónico, aplicaciones de streaming de medios de comunicación, y con otros protocolos.

• Compatibilidad con protocolos - SIP es compatible con TCP y UDP

Ventajas clave de SIP

• SIP es generalmente considerada como una implementación más fácil que su competidor, H.323.

• SIP utiliza menos recursos.• No define el tipo de sesión que se esta

estableciendo, solo la manera en la que la sesión debe ser administrada.

• SIP se considera ligero, ya que utiliza comandos de texto (ASCII) que son fáciles de leer y comprender, incluso por los desarrolladores no telefónicos

Protocolos subyacentes

• SIP esta basado en una arquitectura peer-to-peer, por lo tanto depende de terminales relativamente inteligentes.

• En una conexión SIP, cada terminal gestiona su propia señalización mientras que SIP proporciona el control de la sesión.

• SIP se apoya en otros protocolos para la definición de las sesiones y la transmisión.

Protocolos subyacentes

SDP

• SIP se basa en el Protocolo de Descripción de Sesión (SDP) para describir las características de los terminales en una sesión.

• SDP es un formato basado en texto que describe los terminales multimedia con el fin de establecer los parámetros de la sesión.

• Todos los protocolos de VoIP, con excepción de H.323, usan SDP para la determinación de los parámetros de la sesión.

Protocolos subyacentes adicionales

• Para QoS: (MPLS), (RSVP), o DiffSer• Para autenticación: Raduis• Para directorio: LDAP• RTP, UDP, TCP

Puertos SIP

• SIP utiliza el puerto UDP y TCP 5060. • De forma predeterminada, los clientes SIP

usan el puerto UDP 5060. • Si este intento falla, entonces SIP tratará el

puerto TCP 5060. • También se puede especificar para utilizar

un puerto no estándar.

URLs SIP

• Los usuarios de una red SIP se identifican con una única dirección SIP.

• Estas URI SIP o direcciones URL se parecen a las direcciones de correo electrónico.– sip: user @ host

• La parte de usuario de la dirección puede ser el nombre del usuario o número de teléfono E.164

• La porción de host de la dirección puede ser una dirección IPv4 o IPv6 o un nombre de dominio:– sip:gabriel.astudillo@64.128.206.2– sip:gastudillo@voip.espol.edu.ec– sip:45996224395@voip.espol.edu.ec

Componentes SIP

• SIP es un protocolo peer-to-peer, y los pares en una sesión se llaman los agentes de usuario (UA).

• Un agente de usuario suele ser una aplicación en un equipo, pero también puede ser un teléfono IP, teléfono móvil, PDA, puerta de enlace, PSTN, etc.

• El agente de usuario cliente (UAC) - una aplicación cliente que inicia una solicitud de SIP (es decir, inicia una llamada).

• El agente de usuario servidor (UAS) - una aplicación de servidor que responde a las peticiones SIP.

Componentes SIP

• Desde un punto de vista de arquitectura, los componentes físicos de una red SIP tienen las siguientes categorías:– Los clientes (puntos finales)– Servidores

• Los agentes de usuario son clientes SIP. • Un gateway SIP es un enlace entre la red de

conmutación por paquetes y la conmutación de circuitos (PSTN).

Servidores SIP

• Los servidores SIP realizan la resolución de nombres y la localización de usuarios, son servicios de software y pueden residir en un mismo equipo:– Proxy– Redirect– Registrar

• Todos los usuarios SIP registran sus direcciones con un servidor SIP.

• Cada dirección de usuario SIP se asocia con un host.• El cliente envía una solicitud al servidor SIP. Si el servidor no

puede encontrar el usuario, este devuelve una respuesta al cliente indicando que el usuario no se puede encontrar.

Servidor proxy

• Un proxy SIP actúa como servidor o cliente y puedes iniciar una llamada en nombre de un agente de usuario SIP.

• También puede transmitir una solicitud en nombre de un agente de usuario a otro proxy SIP.

• Si un proxy SIP se involucra en una llamada, este inserta su propia IP y puertos en los paquetes, el agente de usuario en el extremo receptor de la llamada envía sus respuestas al proxy SIP, que a su vez remite al agente usuario inicial.

Servidor proxy

Servidor de redirección• Un servidor de redirección transmite información a un agente

de usuario sobre el destinatario que él o ella quiere llamar(la dirección IP del destino).

• Un servidor de redirección recibe las solicitudes y busca el destinatario en la base de datos de localización creado por el servidor de registro

• Crea una lista de ubicaciones actuales de los posibles destinatarios y los envía de nuevo como respuesta a quien origina la solicitud.

• El agente de usuario , utilizará esa información para iniciar la llamada.

• A diferencia de los servidores proxy, los servidores de redirección no pueden iniciar peticiones SIP.

Servidor de Registro

• Es una entidad SIP que recibe los registros de los usuarios, extrae la información sobre su ubicación actual (por ejemplo, la dirección IP, el puerto y el nombre de usuario) y almacena esta información en una base de datos de localización.

• Mapea sip: gastudillo@voip.espol.edu.ec a una dirección como sip: gastudillo@64.128.206.2: 5060.

• Si un cliente se mueve a una nueva ubicación temporal o permanente, debe actualizar su inscripción en el registro.

Servidor de Registro

Interacción de los Servidores

• Además de interactuar unos con otros, los servidores SIP pueden interactuar con servicios de otra aplicación, como los servidores DNS, servidores LDAP, servidores de localización, una aplicación de base de datos, o un lenguaje de marcado extensible (XML).

• Estos servicios prestan servicios de back-end, tales como directorio, autenticación y facturación.

Los mensajes SIP

• SIP utiliza dos tipos de mensajes: las solicitudes y respuestas.

• Las solicitudes son basadas en texto, y las respuestas son códigos numéricos.

• Las solicitudes son emitidas por los clientes, y las respuestas emitidas por los servidores.

• Cada mensaje tiene una línea de inicio, por lo menos un campo de cabecera, una línea vacía que indica el final del campo de cabecera, un cuerpo de mensaje opcional y la ruta del mensaje.

Solicitudes SIPUna solicitud SIP puede ser uno de seis métodos o tipos:• INVITE- Se utiliza para invitar a un usuario a una sesión. • El cuerpo del mensaje describe la sesión a la cual se invitó a la parte

llamada. Los parámetros de la cabecera INVITE incluyen:– Call-ID– Dirección de ambas partes llamadas y llamada– Asunto de la llamada– Prioridad de la Llamada– Ruta de la llamada.

• ACK - Se utiliza para reconocer el intercambio fiable de mensajes. • Confirma que el cliente recibió la respuesta final a una solicitud

de INVITE. La respuesta final termina una transacción SIP.

Solicitudes SIP

• BYE - Utilizado por la UAC para indicar al servidor que quiere terminar una llamada.

• Cancelar - Se utiliza para cancelar una solicitud inminente.• Opciones - Solicita información acerca de las capacidades del

usuario llamado.• Registro - Se utiliza para registrar la dirección de la parte

llamada con el servidor. El encabezado de un mensaje de solicitud de registro incluye el campo ”para” que contiene la dirección de registro que se crea o se actualiza.

• El Call-ID es el mismo utilizado en la solicitud de invitación.

Solicitudes SIP

Respuestas SIP

Llamadas SIP

• Por lo general, una llamada entre los terminales se establece inicialmente a través de un proxy SIP.

• Sin embargo, después de que se ha establecido la conexión, los puntos se comunican directamente entre sí.

• El proxy se quedará en el camino de la conexión sólo si está realizando una función de facturación.

• En este caso, el proxy debe saber cuando la llamada termina.

Invitación a Sesión

Mensaje de Despedida

Lab 1-1: Visualización de los paquetes de una sesión SIP

• Revisar CD-ROM

NAT

Problema del NAT• El 'supuesto' agotamiento de los rangos de direcciones IPs

utilizables en Internet ha obligado a utilizar direcciones IP privadas dentro de las redes de las empresas y usuarios domésticos.

• Un equipo IP para ser alcanzado en Internet debe utilizar una IP pública para sus comunicaciones. Es necesario por tanto 'enmascarar' la red interna en una o varias IPs públicas (Source NAT).

• El proceso de NAT no es nada sencillo: varios tipos de NAT, varios tipos de soluciones.

NAT

Esquema Base

NAT y SIP

Tipos de NAT • NAT full cone: Todas las peticiones desde la misma

IP/puerto de la LAN son mapeadas a la misma IP/puerto público. Cualquier máquina puede enviar paquetes a la máquina interna por esa IP/puerto mediante redirección de puertos.

NAT y SIP

Tipos de NAT • NAT restringido: Lo mismo, pero una máquina externa

con IP X puede enviar paquetes a la máquina interna sólo si ésta le ha enviado paquetes previamente. No importa el puerto.

NAT y SIP

Tipos de NAT • NAT puerto restringido: Lo mismo que NAT restringido,

pero la máquina externa con IP X y puerto P sólo puede enviar paquetes a la máquina interna si ésta le ha enviado previamente paquetes al puerto P.

Espol

Tipos de NAT • NAT simétrico: Todas las peticiones desde la misma IP/puerto de la

LAN a una IP/puerto externos específicos son mapeadas a la misma IP/puerto público.

• Si la máquina interna envía un paquete a una IP/puerto distintos el mapeo cambia. Por lo tanto, sólo la máquina externa que recibe un paquete puede devolver paquetes a la máquina interna

NAT y SIP

Espol

Tipos de NAT • La clasificación anterior está abandonada hoy en día.

Muchas implementaciones NAT oscilan entre varios de los tipos.

• Preservación de puerto: Se mapea la misma IP/puerto externo para la misma IP/puerto interno. Si dos máquinas internas tratan de conectar con la misma IP/puerto externo, el puerto exterior mapeado a la segunda máquina se elige aleatoriamente.

• También se conoce como NAT restricted cone.

NAT y SIP

Soluciones para NAT• Solución por parte del cliente:

– Utilización de servidores STUN .• Soluciones de en los equipos de comunicaciones IP:

– VPN– Mapeo de puertos

• Soluciones en los servidores SIP:– Nat Helpers.

NAT y SIP

Teoría de Funcionamiento• Protocolo de red que permite a clientes detrás de NAT

averiguar su IP pública, tipo de NAT y puerto exterior.• El cliente STUN solicita a un servidor STUN la IP y puerto

por los que ha salido a Internet. En función de varios test contra el servidor STUN el cliente averigua el tipo de NAT en el que se encuentra.

• El servidor STUN dispone de dos IPS públicas.• No soluciona el problema del NAT simétrico.• En VoIP se utiliza para facilitar la recepción de los datos de

voz RTP (UDP).• Servidores STUN públicos:

– stun.fwd.net, stun.xten.com, stun.voipbuster.com, ...

STUN: Simple Traversal of UDP through NATs

Ejemplo Voz IP

• El control SIP ya sabe qué IP y puerto encapsular en la negociación con el extremo para el canal RTP:– IP: 80.55.212.49– Puerto: 14560

STUN: Simple Traversal of UDP through NATs

H.323

• Parte de la familia H.32x de protocolos de comunicación en tiempo real desarrollado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU).

• Es un conjunto completo de protocolos que no sólo gestiona la instalación, desmontaje y control de llamadas, sino también define todos los componentes de una red de conferencias, tales como terminales, gateways, gatekeepers y otros servidores.

• H.323 depende de varias normas para el control de los diversos aspectos de una conferencia o una llamada.

H.323

• Al igual que SIP, se basa en una arquitectura peer-to-peer, y depende de terminales inteligentes.

• Los mensajes para señalización de llamadas están basados en el modelo (ISDN) utilizan paquetes con formato ASN.1 a través de TCP(UDP).

• La especificación H.323 fue diseñada para promover la compatibilidad de las transmisiones de VC a través de Protocolo de Internet (IP)

H.323 (continuación)

• Es un protocolo maduro, y debido a que ha estado vigente por un buen tiempo, muchos vendedores de software han tenido tiempo para desarrollar implementaciones robustas.

• H.323 no se integra con SS7 y su escalabilidad se convierte en un problema en aplicaciones muy grandes.

• Cinco tipos de intercambio de información están habilitados en la arquitecturaH.323:– Audio (voz digitalizada)– Video (digital)– Datos (archivos o la imagen)– Control de la comunicación– Controlar las conexiones y sesiones (montaje y desmontaje)

Arquitectura H.323

• Terminales, que son los puntos finales H.323.• Gateways, para traducir los protocolos, convertir

formatos de medios de comunicación y transferencia de información.

• Gatekeepers, para traducir las direcciones, asignación de ancho de banda y proporcionar funciones de administración.

• Unidades de Control Multipunto (MCU), para mezclar y distribuir flujos de media en conferencias de tres o más terminales H.323.

Terminales

• Los terminales son puntos finales H.323. • Proporcionan comunicación en tiempo real con otros

puntos finales H.323 e interoperan con terminales multimedia.

• Todos los terminales deben soportar comunicaciones de voz, soporte para video y datos son opcionales.

• Todos los terminales H.323 debe ser compatible con H.245, que se utiliza para negociar las capacidades ycanal de uso.

• Terminales usan Q.931 para señalización de llamada y establecimiento de llamada.

Gateway

• Un Gateway es un elemento opcional en una conferencia H.323, pues los terminales pueden directamente comunicarse entre sí.

• Los gateways conectan y traducen los protocolos entre redes diferentes.

• Proporcionan traducción de protocolos, conversión de medios y formatos y transferencia de datos entre redes H.323 y no H.323

• Además, pueden traducir entre formatos de datos, audio y vídeo.

• También realizan la configuración de llamadas y desmontaje en ambos lados de la red al conectar terminales en una LAN con otros fuera de la LAN.

Tipos de Gateway

• Gateway de señalización - Convierte señales de control de llamadas y administrativas presentes en la PSTN en SIP o H.323.

• Media Gateway - Toma la información de la telefonía convencional, ya sea digital o analógica, y la empaqueta para su transmisión a través de Internet o una intranet.

Funciones del Media Gateway

• Conversión entre analógico y Pulse Code Modulation (PCM)• Transcodificación (cambiar la codificación de un formato a otro).• Detección fax / módem• Reproducción de tonos u otros indicadores de progreso de la

llamada o anuncios.• Reproducción de respuesta de voz interactiva (IVR)• Monitoreo del estado físico de la interfaz

de telefonía y formulación de mensajes hacia el gateway de señalización o el agente de control de llamadas indicando cambios en el estado.

• Gateways también contienen canceladores de eco

Gatekeeper

• Gestiona la red VoIP y determina quién tiene permiso para acceder al sistema.

• Son responsables de traducir entre los números de teléfono y direcciones IP.

• También gestiona el ancho de banda y proporcionar un mecanismo para el registro de la terminal y puerta de enlace y de autenticación.

• También ofrecen servicios tales como transferencia de llamadas y desvío de llamadas.

• Debido a que el Gatekeeper permite el acceso a una red VoIP, es el más importante componente de una red convergente mediante el protocolo H.323.

Gatekeeper (cont.)

• Control de admisión.- el gatekeeper autoriza acceso a la red en función de varios criterios, tales como los requisitos de ancho de banda.

• Traducción de direcciones - Cada vez que un gatekeeper esté en funcionamiento, los clientes utilizan direcciones específicas llamadas alias. El GK traduce estos alias H.323 de terminales y gateways a direcciones IP, y viceversa.

• Control de ancho de banda - Administra el ancho de banda mediante la aceptación o negación de nuevas conexiones.

• Gestión de la Zona - Una zona H.323 es el conjunto de terminales, gateways y MCUs, gestionado por un único gatekeeper.

Unidad de Control Multipunto (MCU)

• Administra los recursos de conferencias y negocia conterminales para los codecs de audio o de vídeo a usar cada vez que tres o más terminales H.323 se conectan.

• MCU se compone generalmente de un controlador multipunto (MC) y cero o más procesadores multipunto (MP).

• El MC determina los medios de comunicación que pueden ser compartidos entre los participantes de la conferencia.

• Un MC puede estar situado dentro de un gatekeeper, gateway, terminal o MCU.

• El MP sólo es necesario si la conferencia requiere la conmutación, procesamiento de mezcla o de otro MCU

Pila del Protocolo

H.225

• El estándar H.225 proporciona señalización de llamada y paquetización de los medios de comunicación para los sistemas de flujo multimedia

• H.225implementa un entorno de comunicación en el que la trayectoria de transmisión viaja a una o más redes basadas en paquetes que no ofrecen calidad de servicio.

• La especificación H.225 describe los métodos para manejar audio, video, datos e información de control en una red, con el objetivo de proporcionar a los equipos H.323 con servicios de conversación.

Mensajes RAS

• Mensajes Gatekeeper - Un terminal envía una solicitud gatekeeper (GRQ) para descubrir un gatekeeper: – Puede responder con un Confirmar Gatekeeper(MCD), o– Puede responder con un rechazo Gatekeeper (GRJ),

• Mensajes de Registro - Un terminal envía una solicitud de inscripción (RRQ) cuando se quiere registrarse con un gatekeeper. – Puede responder con un Confirmar inscripción (FCR) o – Un rechazo de inscripción (RRJ). UDP 1719.

• Mensajes de Admisión - Un terminal envía una solicitud de admisión (ARQ) cuando se quiere una traducción de direcciones:– Puede responder con un Confirmar Admisión (ACF) o– Un rechazo de admisión (ARJ).

Mensajes RAS

• Mensajes de estado - Un gatekeeper tiene que saber el estado de un terminal durante cualquier llamada que se enruta a través del gatekeeper con el fin de mantener la conexión.:– El portero envía una solicitud de información (IRQ), y– Terminal responde con una solicitud de información de

respuesta (TIR).• Mensajes de Desenganche - Al final de una llamada, cada

terminal envía una solicitud de Desenganche (DRQ) a su gatekeeper.

• El gatekeeper devuelve un Confirme Desenganche (DCF).

H.235

• El estándar H.235 proporciona mejoras en el marco de la serie H.3xx para incorporar los servicios de seguridad como la autenticación y privacidad (encriptación de datos).

• Por ejemplo, puede utilizar el protocolo H.235 para enviar contraseñas.

• El protocolo H.235 debe trabajar con otros protocolos de la serie H que utilizan H.245 como protocolo de control.

H.245• H.245 es el protocolo de control para la comunicación multimedia. • Este protocolo ayuda establecer conexiones VoIP y también permite

a los anfitriones ajustar el uso de los codecs. • La recomendación H.245 especifica la sintaxis y la semántica de los

mensajes de terminales antes o durante la comunicación. • H.245 define los procedimientos para abrir y cerrar canales de la

red para dar cabida a flujos de media, los mensajes de control de flujo y capacidad de intercambio entre terminales.

• Esta norma utiliza TCP en el puerto 1027, así como todos los puertos por encima de 1023.

• Una de las ventajas de la H.245 es que puede ser un túnel, el resultado de este túnel es que usted no tendrá que abrir otro puerto en un servidor de seguridad.

H.261

• La especificación H.261 describe cómo comprimir un flujo de vídeo para transportarlo utilizando el Protocolo de transporte en tiempo real (RTP).

• H.261 se puede utilizar con cualquiera de los protocolos subyacentes que soportan a RTP

H.263

• La especificación H.263 define el formato de carga útil para encapsular un flujo de bits H.263 utilizando RTP.

• Hay tres modos definidos para el encabezado de la carga útil H.263.

• El encabezado de la carga útil más corta H.263 (modo A) utiliza 4 bytes de cabecera.

• Los encabezados medio H.263 carga (modo B)utilice 8 bytes de cabecera.

• El encabezado de la carga útil más larga H.263 (modo C) utiliza 12 bytes de cabecera.

• Estas cabeceras son parte del mensaje que se envía a través de la red.

H.320

• La suite H.320 gobierna los conceptos básicos de la videoconferencia que se combinan las comunicaciones de telefonía, vídeo y gráficos.

• Al igual que las normas relacionadas para teleconferencias multimedia, H.320 es compatible con las sesiones punto a punto y multipunto.

• Los protocolos definidos en la recomendación H.320 proporcionar mecanismos para terminales multimedia para utilizar los enlaces de comunicación, así como sincronizar las señales de audio y vídeo para proporcionar la entrega simultánea deseada.

Llamadas H.323

Señalización de llamada H.225

Señalización de control de llamada H.245

Llamadas a través de Gatekeepers

Modo de enrutamiento

SIP vs. H.323

Lab 1-2:

• Investigación de aplicaciones de código abierto de VoIP:– Gatekeepers– SIP Proxys– PBXs IP– Softphones

Media Gateway Control Protocol (MGCP)

• Media Gateway Control Protocol (MGCP) es un protocolo de señalización utilizado en sistemas de telefonía IP.

• Fue desarrollado por la comunidad de telecomunicaciones para abordar la problemática de la integración de la PSTN digital (SS7) con VoIP.

• MGCP está asociado con el control de softswitches y gateways de medios. Controla gateways de medios mediante el envío de señales de un controlador de pasarela de medios.

• La pasarela de medios es un elemento de red que convierte señales de audio realizadas en los circuitos de teléfono en los paquetes de datos, que pueden ser transportadas en redes de paquetes conmutados.

• El MGC también se conoce como un softswitch o un agente de llamada.

Media Gateway Control Protocol (MGCP) Cont

• La pasarela de los medios de comunicación se considera un dispositivo simple o "tonto". La conversión se lleva a cabo los medios de comunicación, pero no procesa cualquiera de la lógica llamada.

• El MG convierte servicios de voz con el tráfico basado en paquetes, y el MGC controles de tráfico. En la arquitectura MGCP, la inteligencia de control de llamada se encuentra fuera de las pasarelas y es manejado por el MGC.

• A diferencia de SIP y H.323, lo que supone que la lógica de estado de llamada y la llamada son mantenidos por puntos inteligentes, MGCP asume que la lógica de estado de llamada y llamada se mantienen en un servidor central inteligente (MGC).

• Esta arquitectura centralizada se diferencia de SIP y H.323, que se basan en un modelo descentralizado (peer-to-peer).

Señalización de red de Llamadas (NCS)

Megaco/H.248• Megaco/H.248 se refiere a una versión mejorada del MGCP. • Es un resultado de un esfuerzo conjunto entre el IETF y la UIT. • Media Gateway Controller (Megaco) es el nombre del IETF para

el protocolo, y H.248 es el nombre de la UIT-T. • Al igual que en MGCP, Megaco permite la separación del control de

llamadas de la conversión de los medios de comunicación. • Megaco instruye un MG para conectar las corrientes procedentes del

exterior de un paquete o de la red celular de datos en un flujo de paquetes o células, tales como Protocolo de transporte en tiempo real (RTP)corriente.

• Esta versión mejorada admite más puertos por puerta de enlace, así como varias puertas de enlace, y provee soporte para la multiplexación por división de tiempo(TDM) y modo de transferencia asíncrono (ATM) de comunicación.

SIP vs H.323 vs Megaco