Capítulo 2INTRODUÇÃO AO VoIP

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– A voz sobre IP ou VoIP consiste em transmitir voz sobre protocolo IP.

– O conceito é muito amplo e existem muitas alternativas de

protocolo. É uma verdadeira sopa de protocolo.

– A voz é empacotada para poder ser transmitida em uma rede IP.

– O protocolo IP não foi desenhado especificamente para transportar

voz.

Que é VoIP?

VoIP: Uma sopa de protocolos

– Um dos protocolos mais conhecidos.

– Seu nome vem de Internet Protocol.

– Este protocolo oferece um serviço “sem garantias” também chamado de “melhor esforço”.

– Os pacotes podem chegar desordenados e são reordenados no destino.

Protocolo IP

– Inclusive, pacotes podem se perder na viagem.

– Esta desordem e perdas de pacotes podem afetar a qualidade de voz.

– Apesar de tudo, tem-se encontrado maneiras inteligente de resolver estes problemas da melhor maneira possível.

Protocolo IP

– É um número único que identifica a um host conectado a uma rede IP.

– Consta de 32 bits ou 4 bits. Na prática se utiliza uma notação onde cada bits se traduz em números decimais e se separa com um ponto. Um exemplo de direção IP é 130.5.5.26

– Uma direção IP está composta por duas partes, uma identifica o host e a outra identifica a rede a qual pertence o dito host.

– Para encontrar estas partes se utiliza outro parâmetro chamado máscara de rede.

Direção IP (1)

– A máscara de rede é um número binário de 32 bits que também se representa em uma notação similar a uma direção IP.

– Começa com números um e continua assim até alcançar a quantidade de “uns” igual a porção de direção IP que corresponde a rede.

Direção IP (2)

– Por tanto, no exemplo anterior obteremos a direção IP 130.5.5.26 com máscara 255.255.255.0 pertence a rede 130.5.5.0

– A máscara anterior foi uma máscara de 24 bits, já que havia 24 “uns”.

– Uma vez conhecida a rede onde se encontra o host que queremos localizar já é mais fácil encaminhar os pacotes IP ao seu destino.

– Os roteadores armazenam tabelas de rotas ou regras de como localizar as outras redes.

Direção IP (3)

– Um pacote IP contém toda informação necessária para chegar ao destino.

– Poderia se dividir em duas partes: cabeceira e carga útil.

– A cabeceira é a que contém a informação referente ao pacote.

– Essa cabeceira diminui ligeiramente a quantidade de informação que pode-se transportar já que ocupa espaço.

– A carga útil pode encapsular por sua vez outros protocolos como por exemplo UDP ou TCP.

Pacotes IP (1)

Cabeceira de um pacote IP

Pacotes IP (2)

– Para que os pacotes cheguem ao destino é necessário roteadores.

– Os roteadores são dispositivos com tabelas de rotas.

– A tabela de rotas de redes destino e para cada uma a direção IP do roteador que permite alcançá-las.

– O roteador que nos permite saída a outras redes se denomina gateway.

– O pacote IP que chega ao roteador examina-se para ver a que rede pertence, elege-se a rota adequada e o envia para lá.

Direcionamento IP

– É um protocolo de transporte.

– Se monta sobre protocolo IP para controlar erros na transmissão e que os pacotes sejam recebidos pelas aplicações na mesma ordem em que foram enviados .

– Para executar a sua missão TCP necessita conduzir informação adicional que adiciona peso ao pacote. Por isso não é muito recomendado para aplicações de tempo real como a voz.

– Contudo pode servir para a sinalização de voz.

Protocolo TCP (1)

– TCP introduz o conceito de porta.

– Uma porta é uma abstração que nos permite relacionar fluxos de dados com serviços de rede.

– Por exemplo, a porta 80 corresponde ao serviço de Web o protocolo HTTP.

Protocolo TCP (2)

– UDP (User Datagram Protocol) é outro protocolo de transporte.

– Divide informações em pacotes chamados datagramas.

– Diferencia-se com o TCP sendo que neste protocolo não lhe importa se os dados chegam com erros ou inclusive se chegam ou não.

– Pelo mesmo introduz pouco peso extra ao pacote IP tornando-o mais adequado para aplicações do tempo real como voz.

Protocolo UDP

– Tal como acontece com a telefonia tradicional é necessário sinalizar as chamadas VoIP.

– Existem algumas alternativas aqui de protocolos de sinalização como SIP, H323, MGCP, SIP, entre outros.

– Os mais populares sobre Asterisk são SIP e IAX.

– Com respeito a SIP e H323, muitas pessoas confundem e pensam que a voz se transmite por este protocolo porém é só a sinalização.

Sinalização de VoIP

– O transporte da voz se executa pelo protocolo RTP.

– RTP significa Realtime Transport Protocol.

– O protocolo RTP é quem realmente transporta o áudio codificado.

– RTP se transporta sobre UDP.

– Em SIP o áudio se transmite por RTP uma vez que se tenha negociado a porta de rede entre Elastix e o endpoint ou telefone.

Transporte de VoIP

Relação entre protocolos

– Para transmitir a voz adequadamente, ela é codificada.

– E depois de codifica-la é que ela se monta sobre o RTP.

– A codificação pode servir para diminuir a probabilidade de erro ou também para minimizar a largura da banda utilizada.

– Para codificar se utiliza um codec, que é um algorítmico.

– Existem diferentes codecs, cada um com seus prós e contras.

Codificação da voz

– Um dos codecs mais utilizados de todos os tempos.

– Vem de um padrão ITU-T que foi liberado em 1972.

– Ele vem em dois sabores chamados μ-Law (usado na Europa) e a-Law (utilizado nos USA).

– Vantagem 1: Boa qualidade de voz já que utiliza 64 kbit/s, uma amostra de 8 bits a 8 KHz.

– Vantagem 2: Já vem habilitado em Elastix, não tem que pagar por ele.

– Desvantagem: Ocupa muita largura de banda. Não é recomendado para conexões com pouco BW.

G.711

– Também um codec muito popular.

– Licenciado pela Intel.

– Vantagem: Uma muito grande é que comprime muito bem a voz sem nenhum dano significativo da qualidade.

– Desvantagem 1: Licenciado por canal de voz. Aprox. $10 por canal.

– Desvantagem 2: Embora não cause dano significativo a voz, a qualidade é menor do que se utilizar G.711.

G.729

– Também bom compactando voz.

– Está relacionado com o padrão de telefonia celular GSM (Global System for Mobile communications), daí o seu nome.

– Compacta muito bem a voz com uma qualidade similar ao telemóvel/celular.

– Vem habilitado por defeito em Elastix.

– Bom como alternativa ao G.729. Ainda que a sua qualidade de áudio é ligeiramente inferior a G.729.

GSM

– Os diversos protocolos enviam data adicional à voz.

– Temos a Ethernet, IP, UDP, RTP.

– Isso faz com que a largura da banda seja real para transmitir voz seja maior ao do codec.

– Por exemplo, para transmitir voz utilizando G.711 na teoria deveríamos utilizar 64Kbps (peso do codec) mas na realidade utilizaremos 95.2Kbps de BW.

– Em outros codecs mais compressores a sobrecarga é inclusa, mais significativa. (percentualmente falando).

Sobrecarga de protocolos (1)

Sobrecarga de protocolos (2)

– Calculemos a largura da banda para G.711

Bytes transmitidos para cada 20ms

– 38 + 20 + 12 + 8 + 160 = 238 bytes

Bits transmitidos para cada 20ms

– 238 bytes * 8 bits/byte = 1904 bits

Bits transmitidos para cada segundo

– 1904 bits/frame * 50 frames/seg. = 95,200 bits/segundo = 95.2Kbps!

Sobrecarga de protocolos (3)

Tabela da largura de banda real para alguns codecs. (utilizando Ethernet):

* Para esses codec, outras larguras de banda também podem ser utilizados

Codec BW codec BW real (ethernet)

G.711 64 Kbps 95.2 Kbps

G.726* 32 Kbps 63.2 Kbps

iLBC* 15.2 Kbps 46.4 Kbps

GSM 13 Kbps 43.7 Kbps

G.720A 8 Kbps 39.2 Kbps

Comparativa Codecs