VoIP: Uma visão prática
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Transcript VoIP: Uma visão prática
Serviços Multimídia em
Redes: VoIP
Prof. Eduardo Maroñas Monks
Sumário
Fundamentos de VoIP (Voz sobre IP);
Componentes da tecnologia;
Exemplos de cenários e aplicações;
Referências;
VoIP (Voz sobre IP)
Voice over IP (VoIP)
Conceito: “Telefonia/Voz sobre a pilha de
protocolos TCP/IP, com possibilidade de integração
com a rede pública de telefonia”.
VoIP não é um protocolo.
É uma coleção de protocolos e padrões que
permitem a codificação, transporte e roteamento
(sinalização) da chamadas de áudio sobre uma rede
TCP/IP.
Telefonia IP é um subconjunto de VoIP.
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VoIP (Voz sobre IP)
Redes baseadas em Circuitos
Tipos de Tráfego
Voz
Utilização
PBX
Desperdício de banda
Outros
50–60%
LAN
Vídeo
Enlace WAN
Fatias de tempo (TDM)
• Desperdício de Banda
• Não há congestionamento
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VoIP (Voz sobre IP)
Redes de Pacotes
Tipos de Tráfego
Utilização
Voz
Vários
90–95%
LAN
Vídeo
PBX
F
I
L
A
Células/Pacotes/Quadros
Pacotes Individuais
• Alta eficiência na utilização da Banda
• Gerência de Congestionamento
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VoIP (Voz sobre IP)
Momento atual para o mercado de serviços VoIP
Problema
Dados
Voz
Tráfego de Voz
excede ao de dados
Avanços em QoS
Voz
Dados
Disponibilidade de
Largura Banda
mais barata
Economia
Consolidação da Rede
Custos de Utilização
Padrões e
protocolos abertos
DSP
IP Precedence, RSVP
802.1p,DiffServ
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SIP
H.323
MGCP
IAX
DSP
Avanços em Digital
Signal Processors
(DSP)
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VoIP (Voz sobre IP)
Custo por ponto de um sistema telefônico proprietário (PBX)
vs.
Custo por porta de switch padrão Ethernet
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VoIP (Voz sobre IP)
Vantagens x Desvantagens do VoIP
Vantagens:
•Convergência;
•Possibilidade de novos serviços e aplicações;
•Diminuição de custos das ligações (DDD/DDI);
•Melhor aproveitamento da infra-estrutura de rede
existente.
Desvantagens:
•Custo dos equipamentos;
•Requisitos para garantir a qualidade da telefonia
convencional (QoS);
•Problemas para garantir a localização das chamadas (911
nos EUA).
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VoIP (Voz sobre IP)
Componentes:
• Protocolos, recomendações e padrões
– SIP, H.323, MGCP, IAX
– RTP/RTCP, SDP
– ENUM
• Codecs (codificadores/decodificadores)
• Arquiteturas
• Equipamentos
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VoIP (Voz sobre IP)
Esquema simplificado da
distribuição dos protocolos e
recomendações VoIP
Sinalizaçã
o
Dados
Sinalizaçã
o
Transporte
dos Dados
(Voz)
Transporte
da
Sinalização
/
Mídia
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Transporte
da
Sinalização
/
Mídia
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VoIP (Voz sobre IP)
Codecs (codificadores/decodificadores):
• Tem a função de gerar bits a partir de amostras de
voz
• Podem fazer a compressão da voz, diminuindo a
largura de banda necessária para a transmissão
• Inserem perdas na qualidade do sinal da voz
• Existem codecs comerciais e gratuitos
• Possuem papel importante na tecnologia de VoIP
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VoIP (Voz sobre IP)
Processo de Digitalização, Codificação e
Empacotamento de amostras de voz
Aplicação
•Digitalização
•Codificação
•Compactação
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•Inserção dos
cabeçalhos
•Overhead muito
alto
Transporte
Rede
Enlace
Física
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VoIP (Voz sobre IP)
Tipos de Codecs
•Baseado em forma de onda (WaveForm codecs)
•Amostragem e digitalização
•Baseado em voz humana (Vocoders)
•Transmite parâmetros de variação de uma voz padrão
Características
G.711
G.729A
G.723.1
Kbps
64
8
5.3-6.3
Quadro (ms)
10
10
30
Atraso algor.
(ms)
-
15
37.5
Qualidade
Ótima
Boa
Boa
Tabela com características de alguns codecs
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VoIP (Voz sobre IP)
Características dos Codecs
• Recuperação de perdas
• Nível de perdas de pacotes deve ficar abaixo dos 5% para não
haver prejuízo na qualidade da conversação
• Quanto maior a compressão e número de amostras por pacote,
menor a tolerância a perdas
• Consumo de banda diretamente relacionado a compressão dos
codecs
• Detecção de atividade de voz (VAD – Voice Activity Detection)
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VoIP (Voz sobre IP)
Cálculo da Banda Consumida
• Assumindo uma rede Ethernet e uso do codec G.711 (PCM)
• As amostras são coletadas a cada 20ms (50 pacotes por
segundo)
• Cada pacote contêm 160 bytes de áudio
• Largura de banda do codec: 64Kbits
•Cabeçalhos dos protocolos: RTP, UDP, IP e Ethernet (12 bytes +
8 bytes + 20 bytes + 38 bytes) = 78 bytes (overhead) por pacote
Aplicação
Áudio
160 bytes
Transporte
RTP/UDP
12+8 bytes
Rede
IP
20 bytes
Enlace
Ethernet
38 bytes
Física
Física
Física
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Banda Real: 95,2 kbits
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Componentes
Protocolos e padrões:
ITU-T – H.323
É uma recomendação abrangente que determina os
padrões a serem utilizados para:
•sinalização;
•estabelecimento de sessões;
•controle de chamadas;
•gerenciamento de largura de banda;
•controle de admissão;
•codecs para transferência de áudio e vídeo, e;
•protocolos de transferência de dados.
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Componentes
ITU-T – H.323
Distribuição das recomendações e protocolos do H.323
Gatekeeper
G.7xx H.26x
H.225. 0 /
Q931
T.120
H.245
H.235
(Opcional p/
Criptografia)
RTCP
H.225.0/RAS
RTP
TCP
UDP
IP
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Implementações do H.323
Bibliotecas:
OpenH323 – http://www.openh323.org
Gatekeeper:
GnuGK – http://www.gnugk.org
Terminais:
Openphone – http://www.openh323.org
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Componentes
IETF - SIP (Session Initiation Protocol)
•Protocolo com funções de sinalização
Mensagens Textuais
•Parecidas com o protocolo HTTP
•Parte de um conjunto de vários protocolos
•SDP (Session Description Protocol) – Descrição de
sessão
•SIP – Início de sessão
•Adotado amplamente pela indústria
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Componentes
IETF - SIP (Session Initiation Protocol)
Agentes:
•Clientes – originam as chamadas
•Telefones SIP, softphones (e.g messenger)
•Servidores – atendem ou direcionam a chamada
•Proxy (funciona também como cliente)
•Redirect
•User-agent
•Registrar
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Componentes
IETF - SIP (Session Initiation Protocol)
Funções dos servidores:
Ponto a ponto (sem servidor):
Cliente
User Agent
User Agent
Cliente
Telefone
SIP
Messenger,
...
Servidor Proxy:
Proxy
Client/ User Agent
Client/ User Agent
Servidor de Redirecionamento:
1
Redirect
Client/ User Agent
2
Servidor de Registro:
Client/ User Agent
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Registrar
Client/ User Agent
Localização
dinâmica
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Componentes
IETF - SIP (Session Initiation Protocol)
Lógica de uma chamada:
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Componentes
Equipamentos:
•Softphones (Telefones em Software)
•Telefones IP
•Adaptadores analógicos (ATA)
•Gateways
•PABX IP (Private Automatic Branch Exchange)
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Componentes
Softphones
•Software de telefonia que permite a
utilização de todas as funções de um
telefone convencional, através da
utilização de placa de som e
microfone/fone de ouvido (headsets)
•Ideal para uso em laptops, uma vez
que basta estar conectado à Internet
para ser possível originar e receber
chamadas IP, independente do local
onde esteja.
•Softphones mais
simples são gratuitos
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Componentes
ATA - Analog Telephone Adapter
(Adaptador de Telefone Analógico)
• Conecta-se um telefone convencional e
passa a ser um terminal VoIP
• Funciona como um gateway de uma porta
• Basta conectar um telefone convencional e
um cabo de rede para poder realizar
ligações
• Custo relativamente baixo (~R$ 500,00)
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Componentes
Telefones IP
• Equipamento conectado
diretamente a um acesso de
rede, estando sempre em
operação e dispensando o uso
do computador para originar e
receber chamadas.
• Funciona como uma linha
telefônica convencional.
• Alimentação pela rede (Power
over Ethernet)
• Custo alto (~R$ 700,00)
• Telefones USB são apenas uma
interface, não um telefone IP!
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Componentes
Gateways
• Tem a função de converter a mídia e a
sinalização entre VoIP e a telefonia
convencional.
• Pode fazer a conversão entre protocolos de
sinalização (H.323, SIP) e entre tipos de
codecs
• Possuem capacidade de interface de
telefonia digital - E1.
• Interfaces FXS e FXO (para uso com
telefones e linhas convencionais)
• Alguns modens podem funcionar como
gateways de uma porta FXO (Chipset
MD3200)
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Componentes
PBX IP
•É uma central telefônica digital
conectada a rede local ou Internet, com
todas as funcionalidades de um PABX.
•Os ramais são telefones IP, ATA ou
softphones e não estão limitados ao
ambiente da empresa, podendo estar
instalados na rede da empresa ou num
ponto remoto conectado a Internet.
• PBXs em software: Asterisk, SER,
GnuGK (gratuitos)
•Cisco CallManager
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Componentes
Cenários mais comuns de serviços VoIP:
•RPTC VoIP RPTC
Telefonia
Convencional
Rede TCP/IP
V
Telefonia
Convencional
Gateway
Gateway
Fone
V
Fone
•VoIP RPTC
Rede TCP/IP
V
Telefonia
Convencional
Gateway
Fone IP
Fone
•VoIP VoIP
Rede TCP/IP
Rede TCP/IP
Roteador
Fone IP
RPTC – Rede Pública de Telefonia Comutada
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Fone IP
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Componentes
Cenário típico de uma rede corporativa com serviços VoIP
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QoS (Quality of Service)
Fatores de QoS
•Atraso - ideal 150ms, aceitável até 400ms
•Jitter - variação do atraso, limite de 75ms
•Taxa de perdas - abaixo dos 5% (depende do
codec)
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QoS (Quality of Service)
Inserção de atrasos, jitter e perdas na transmissão
de pacotes VoIP
Perdas
Origem
Rede
Digital
Conversor
A/D
sinal
analógico
amostras
digitais
aplicação/terminal
Atraso de captura,
digitalização e compressão
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Jitter
voz
comprimida
Conversor
D/A
voz
Amostras
comprimida
digitais
descomprimidas
rede
Atraso de transmissão
Destino
sinal
analógico
aplicação/terminal
Atraso de descompressão, conversão
analógica
e reprodução
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QoS (Quality of Service)
Como garantir os níveis de QoS:
• Nível 2 e 3 do modelo OSI (padrões IEEE 802.1p/q,
VLANs, IP Precedende, DiffServ)
• Políticas de filas (roteadores e switches)
• Reserva de banda
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QoS (Quality of Service)
Como medir a Qualidade da voz:
MOS (Mean Opinion Score) :
•Método Subjetivo
•Valor de referência
•Escala de 1 a 5
•Valor 5 melhor qualidade
Modelo E
•Recomendação ITU-T G.107
•Método objetivo (comportamento da rede)
•Considera tipo de codec, atrasos e perda de
pacotes
•Métrica “Fator R”, com escala de 0 a 100
•Função de conversão para valores MOS
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Aplicações e Serviços
Skype;
Gizmo Project;
TeamSpeak;
Solução da empresa GVT.
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Aplicações e Serviços
http://www.skype.com
Skype:
Com quase 210 milhões de downloads
do cliente, o Skype é o serviço de VoIP
mais utilizado atualmente;
Clientes disponíveis para Windows,
Linux, Mac OS X e Pocket PC;
Baseado em protocolos P2P (Peer to
Peer);
Possui integração com a rede de
telefonia pública, através dos serviços
SkypeOut e SkypeIn.
Para usar o serviço, o usuário deve
baixar o cliente e fazer o cadastro.
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Aplicações e Serviços
http://www.skype.com
Skype:
O usuário é encontrado por um endereço
alfanumérico, não possuindo relação com o
a numeração da rede pública de telefonia.
Os protocolos e os codecs usados pelo
Skype são proprietários e não são
divulgados.
As informações públicas a respeito dos
codecs reportam que o consumo de largura
de banda fica entre 24 e 64 kbits,
dependendo das condições da rede e
processamento.
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Aplicações e Serviços
http://www.gizmoproject.com
Gizmo Project:
O projeto Gizmo é baseado em padrões abertos (SIP);
Cliente disponível para Windows/Linux/MacOSX;
“ as chamadas telefônicas através da Internet devem ser
gratuitas tais como as páginas web, e-mail e mensagens
instantâneas”.
Cadastro e download do cliente (softphone)
Após o cadastro, o usuário receberá um número de
identificação no padrão 1-747-XXX-XXXX.
Serviços adicionais CallOut e CallIn;
Banda larga.
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Aplicações e Serviços
o Gizmo Project:
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Aplicações e Serviços
http://www.goteamspeak.com
TeamSpeak:
Aplicação gratuita para uso nãocomercial;
Roda em Windows/Linux (servidor e
cliente);
Interessante para testar a
tecnologia de VoIP;
Existem vários servidores públicos;
Vários codecs disponíveis, com
largura de banda chegando aos
4Kbits;
Protocolo proprietário;
Usado principalmente para jogos
on-line.
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Aplicações e Serviços
http://www.gvt.com.br
GVT - VoIP:
Serviço WebFone 100;
Baseado em banda larga;
Reduz o custo das ligações de longa
distância;
Faz ligações pela Internet para 146
cidades com preço de ligação local;
Pode receber e fazer ligações para
qualquer telefone fixo ou celular;
Comparativo de tarifas
com os serviços de DDD
convencionais.
É fornecido um número telefônico, que
será ativado em uma das 18 cidades
brasileiras disponíveis, atualmente.
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Caso VoIP-UCPel
Motivação;
Objetivos;
Asterisk/Digium;
Cenário.
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Caso VoIP-UCPel
Motivação:
Resolver o problema do esgotamento de ramais
convencionais;
Possibilitar o uso de serviços de
telefonia/informática em conjunto (reduzindo o
trabalho de instalação/administração) ;
Possibilitar o uso de telefonia da UCPel para
usuários (professores/funcionários) em trânsito e
para as extensões (Sta Vitória, Jaguarão).
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Caso VoIP-UCPel
Objetivos:
Implantar o uso de serviços VoIP na
área administrativa da UCPel, usando
ferramentas de software livre e com baixo
custo.
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Caso VoIP-UCPel
Asterisk/Digium:
O Asterisk é um PABX completo baseado em software,
com código-fonte aberto.
Roda em Linux/FreeBSD, provendo
funcionalidades de centrais telefônicas de grande
porte, tais como:
Serviço de Voicemail;
Conferência;
URA - Unidade de Resposta Audível;
DAC - Distribuidor automático de chamadas.
Utiliza protocolos abertos (SIP, H.323, MGCP);
A empresa Digium, criadora do Asterisk, fornece placas
para integração de VoIP com telefonia convencional a
custo baixo.
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Caso VoIP-UCPel
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Conclusão
Voz sobre IP não irá substituir totalmente a telefonia
convencional a curto prazo
A popularidade de serviços VoIP está diretamente
relacionada com o acesso em banda larga (ADSL,
Cable, Wireless)
Celulares com acesso banda larga a Internet e
softphones inetgrados são o futuro próximo de
serviços VoIP
Mercado e pesquisa em aberto para aplicações de
VoIP
VoIP não possui custo zero!
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Referências
Sites:
Laboratório de VoIP (UFRJ) - http://voip.ufrj.br
VoIP – Wiki – http://www.voip-info.org
Cisco – http://www.cisco.com
Asterik – http://www.asterisk.org
IP Telephony Cookbook –
http://www.terena.nl/library/IPTELEPHONYCOOKBOOK/
Livros:
Theodore
Wallingford,”
Switching to
VoIP”,
O´Reilly, 2005.
Jared Smith; Jim
Van Meggelen; Leif
Madsen; “Asterisk
– The Future of
Telephony”,
O´Reilly , 2005.
Serviços Multimídia em Redes – VoIP
Colcher; Soares;
Souza; Gomes;
Silva; “Voz sobre
IP”, Campus,
2005.
Jonathan Davidson;
James Peters; Brian
Gracely;”Voice over IP
Fundamentals”, Cisco
Press, 2000.
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