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Protocolos para voz IP

Rodolfo Castañeda SeguraRodolfo Castañeda SeguraDirección de TelemáticaCICESE

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Introducción

En la actualidad las aplicaciones de voz y video se están convirtiéndose en herramientas claves para la comunicación entre personas. Motivaciones principales

Reducción de costosConvergenciaMayores serviciosDistribución de inteligencia de la red

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Transición de redes telefónicas1941 - Se introdujo el sistema de portadoras del tipo L1 (480 canales de voz, 1575 Mhz.)1950 -Aparecen los sistemas de microondas1956 -Primer cable submarino transoceanico1962 -Sistema de portadoras digital (T1, PCM)1964 -Conmutación con elementos electromecánicos1964 -Se introdujo el Control Por Programa Almacenado (SPC)1976 -Introducción de sistemas de conmutación digital1985-1989 - ISDN1991 -BISDN1996 H.323

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EstandarizaciónProporcionar compatibilidad a nivel mundial para asegurar la interoperabilidad de equipos1865 -International Telecommunication Union (ITU) Europa/Telegrafía1947 - La ITU se hace agencia de la ONU con tres sectores principales:

Radiocomunicaciones (ITU-R)Desarrollo (ITU-D)Estandarización de Telecomunicaciones (ITU-T)

Recomendaciones en sistemas telegráficos, telefónicos, y de datosDe 1956 a 1993 se le conoció como CCITT, se reorganizó en marzo 1 de 1993

Otras organizaciones: ISO, ANSI, IEEE, IETF, ATM Forum

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Esquemas de transmisión

Transmisor Receptor

T

R

T

R

Híbrido Híbrido

Trasmisor

Receptor Eco

Voz

Lazo localdos hilos

Circuito de cuatro hilos

leakage

Lazo localdos hilos

Teléfonolocal

Voz

TeléfonoRemotoVoz

Eco

Híbrido Híbrido

Transmisión cable-sencillo con retorno en tierra

Transmisor Receptor

Transmisión cable doble Circuito a dos y cuatro hilos

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Multicanalización por División de Frecuencia

ModuladorSubportadora f1

ModuladorSubportadora f2

ModuladorSubportadora fn

C1

C2

C3

Cn

S1

S2

Sn

Transmisorfc

FDMB1

f1 f2 f3 fn

Bs1 Bs2 Bs3 Bsn

B

ReceptorPrincipal

Filtro PasaBandaf1

Filtro PasaBandaf2

Filtro PasaBandafn

B1FDM

DemoduladorSubportadora fn

DemoduladorSubportadora f2

C2

DemoduladorSubportadora f1

C1

Cn

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Multicanalización por División de tiempo

Una Trama

Mux

1

N

21

N

21 N 2 1 2N 1

Demux

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Evolución de las redes telefónicas

Redes telefónicas antiguas

Redes telefónicas futuras

Redes telefónicas actuales

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Interfaz usuario-red RDSI

Acceso básico

Acceso primario

B1B2D

Usuario

B1B2

Usuario BnD

Central RDSIPBX n = 30 norma europea

n = 23 norma americana

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xDSL

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Conexión a través de cable

CATV

FábricaCentro médico

Universidad

Blibioteca

Oficinas

Red CATV

CRC

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Sistemas de VoIP

Se le conoce también como telefonía por Internet.Es un método de digitalización de la voz, encapsulamiento en paquetes, y envío a través de una red de conmutación de paquetes IP.Es una colección de Tecnologías o dispositivos.Provee de forma mejorada los servicios de comunicaciones de voz actuales.Extiende las capacidades de Red actuales hacia nuevas aplicaciones de voz, datos y video.Convergencia

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Evolución de redes telefónicas

PSTN

PBX PBX

Administradorde Llamadas

Laptop

Intranet/ WAN

Laptop

Intranet/ WAN

Router/Gateway Router/GatewayPBX PBX

Redes Tradicionales (TDM)

VoIP

Administradorde Llamadas

Router Router

Telefonía IP

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Arquitectura sistema de Telefonía IP

PSTN

GatewayDe Voz

Administradorde

Llamadas

Softphones

Servidores de Aplicaciones

Intranet/ WAN

Gatewayde

Datos

Servidores de Red

Ip Phones

Adaptadores Telefónicos

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Ventajas de VoIP:

Reducción de los costos de llamadas de larga distancia.Costos de gestión y mantenimiento bajos.Integración de servicios y de empresas.Distribución de la inteligencia en le red, evitando puntos concentrados de fallas.Mayor número de aplicaciones.Fácil de usar.Expansión sencilla.Migración suave.

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Protocolos de VoIP

H.323MGCPMEGACOSIP

Propietarios (Skinny)

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Pila del protocolo multimedios

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H.323

Definición: Estándar multimedia que proporciona lasbases para el transporte de voz, video, y datos en unared basada en IP.

Es una colección de protocolos

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Entidades H.323

Terminales.Pasarelas (Gateway).Guardián (Gatekeeper).Unidad de control multipunto (MCU)

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SIP

"El protocolo de inicio de sesiones (SIP, Session Initiation Protocol) es un protocolo de señalización de capa de aplicación que define la iniciación, modificación y la terminación de sesiones interactivas de comunicación multimedia entre usuarios.

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SIP (RFC 2543)

Modelado sobre otros protocolos de Internet como SMTP, HTTP.Establecer, cambiar o terminar llamadas entre uno o más usuarios en una red basada en IP.RTP, para asegurar el transporte.Conferencias multimedia en Internet.Llamadas en Internet o sobre cualquier red IP.Traslación de Nombres.Localización.Negociación de Características.

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Elementos de una red SIP

Puntos Terminales SIPTeléfonos, Gateways, PC.Entiende los protocolos SIPPueden hacer comunicación directa

Servidores SIPLlevan a cabo funciones que pueden necesitar los puntos terminalesTípicamente actúa en respuesta a una petición de un terminal SIP.Redirección, Proxy, Movilidad, Presencia

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Componentes

Modelo Peer-to-Peer

UACUAS

UAS

UAC

Usuario Usuario

RedAgente de UsuarioAU Cliente (UAC), Inicia la sesiónAU Servidor (UAS), Recibe la sesiónModelo Peer –to – Peer

Servidores SIP (Señalización) ProxyRedirectRegistraLocalización (BD) *

Pueden ser hallados de diferentes formas

IP Configurada, DNS Lookup(proxy)IP Multicast (Registra)

UASUAC

UASUAC

Servidores SIP•Proxy•Registro•etc

Datos media “audio ó video”Señalización

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Arquitectura distribuida en SIPServidor de

Redireccionamiento

RED SIP

Agente Usuario

Agente Usuario

PSTN

Servidor de LocalizaciónServidor Proxy Servidor de Registro

Agente UsuarioGatewayPSTN

Agente Usuario

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Pila de Protocolos de SIP

Transporte de audio/video en tiempo real

SDP SIP RTP RTCP

TCP UDP

IP

Nivel de enlace físico

Señalización

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Funciones de SIP

Resolución de DireccionesFunciones de Sesión

EstablecimientoNegociación de mediosModificaciónTerminaciónCancelaciónSeñalización en llamadaControl de llamadaConfiguración de QoS

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Funciones de SIP

No relacionadas con la sesiónMovilidadTransporte de MensajesSuscripción a eventosAutenticaciónOtras funciones (SIP es Extensible)

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Métodos SIP

• INVITE Inicio de Sesión ( Inicio de Sesión (setup setup))• ACK Reconocimiento de Invite• BYE Terminación de sesión• CANCEL Cancelación de Invite • REGISTER Registro de URL• OPTIONS Preguntar por opciones y capacidades• INFO Transporte de información en llamada• PRACK Reconocimiento Provisional• COMET Notificación de precondición• REFER Transferencia a otra URL• SUSCRIBE Requerir notificación de Evento• UNSUSCRIBE Cancelar notificación de Evento• NOTIFY Notificación de Evento• MESSAGE Mensaje Instantáneo

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Códigos de Respuesta

Falla Global6xx

Error de servidor5xx

Error en de cliente (error en la petición)4xx

Redirección:Petición debería redireccionarse

3xx

Completo: Requerimiento completado satisfactoriamente

2xx

Información provisional, requerimiento en progreso pero no terminado

1xx

DescripciónClase

30

Proceso de Registro

REGISTERuser@cicese.mx Proxy

401 Unauthorized

REGISTER

200 OK

Proceso de registrocon autentificación

user@cicese.mx ProxyREGISTER

200 OK

Proceso de registrosin autentificación

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Establecimiento de Sesión

INVITE

100 Trying

180 Ringin

200 OK

ACK

Media Session

Establecimiento de una Sesión de teléfono a teléfono SIP

INVITE

100 Trying

180 Ringin

200 OK

ACK

Media Session

Proxy SIP

INVITE

180 Ringin

200 OK

ACK

userA@cicese.com userB@cicese.com

Establecimiento de una Sesión de teléfono a teléfono SIP utilizando un Proxy

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Terminación y Cancelación de sesión

userB@cicese.comuserA@cicese.comuserB@cicese.com

INVITE

100 Trying

180 Ringin

200 OK

ACK

Media Session

Proxy

INVITE

180 Ringin

200 OK

ACK

userA@cicese.com

BYEBYE

200 OK200 OK

Sesión multimedia finalizada

INVITE

100 Trying

180 Ringin

CANCEL

Proxy

INVITE

180 Ringin

CANCEL200 OK

200 OK

487 Req Cancelled

487 Req CancelledACK

ACK

Sesión multimedia cancelada

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Aplicaciones de SIP

Establecimiento de llamadas VoIPEstablecimiento de llamadas multimediosEventos de notificación (Suscribir/Notificar) PresenciaMensajería instantáneaTrasporte de señalizaciónMovilidad (3G)

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¿Cuál protocolo?

H.323: Complejo, Difícil de escalar, terminales con gran inteligencia.SIP: Estandarización, terminales con gran inteligencia.MGCP y Megaco: Concentran la inteligencia de la red.Propietarios: No son interoperables

El mercado debe soportar múltiples estándares, con ciertos estándares optimizados para áreas especificas

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Conclusiones

• Es previsible que los sistemas de videoconferencia sean una tecnología emergente en los próximos años.

• Es importante saber seleccionar los codecstanto para audio como para video.

• Los aspectos de desempeño son de algún modo fáciles de controlar en un ambiente local

• El problema mas serio esta en la red WAN cuando uno no tiene control de ella

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Bibliografía

1. ROSENBERG, J., SCHULZRINNE, H. y CAMARILLO, SIP: Session InitiationProtocol, RFC 3261, junio 2002.

2. JOHNSTON, A.B., SIP, understanding theSession Initiation Protocol, second edition, 2004, Artech House Publishers, Boston.

3. Manuel Moreno Martín, Manuel Alvarez-Campana Fernández-Corredor, Joan Vinyes Sanz, Una primera aproximación al protocolo SIP, Revista AHCIET,

4. http://www.cs.columbia.edu/sip