Administração e Projeto de Redes
Material de apoio
VoIP – Voice over IP
Cap.17
25/01/2010
2
Esclarecimentos




Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a
leitura da bibliografia básica.
Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da
bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não
presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais.
O conteúdo de slides com o título “Comentário” seguido de um texto,
se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por
objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide
correspondente.
Bibliografia básica: KUROSE, James F.; ROSS, Keith. Redes de
Computadores e a INTERNET - Uma nova abordagem. Pearson. : ,
2004.
VoIP
Voice over Internet Protocol
3




Utilizar uma rede IP (exemplo, Internet), que só trafega dados, para
trafegar voz.
O conceito é razoavelmente simples: converter os pacotes de voz
analógicos provenientes de aparelhos telefônicos e PABX em pacotes
digitais formatado como pacote IP.
Primeira experiência de transmissão de pacotes IP com áudio, entre a
University of Southern California e o Massachusetts Institute of
Technology (Ago/1974).
A primeira RFC (Request for Comments) sobre pacotes de voz: RFC
741 (1977).
4
Comentário: Etapas VoIP


Transmissão VoIP

Sinal analógico de voz: canal de voz padrão com largura de banda entre 0
a 4KHz.

Amostragem do sinal digital: coleta de 8000 amostras/segundo.

Quantizar cada amostra: arredondar o valor amostrado para o valor mais
próximo ao código digital correspondente.

Codificar o valor quantizado em um código de 8 bits (possibilitando
identificar 256 níveis de variação do sinal de voz).

O resultado é um sinal digital a 64Kbps.

Comprimir o sinal digital (existem vários padrões de codificador).

Criar pacotes IP com a informação.

Transmitir os pacotes IP.
Recepção VoIP

Receber os pacotes VoIP.

Recuperar informação VoIP.

Descomprimir a informação.

Recuperar o sinal de 64Kbps.

Recuperar cada amostra de 8 bits (8000 amostras/segundo).

Converter o sinal digital em sinal analógico.
5
Conceitos



O uso mais simples de VoIP é a comunicação Computador a
Computador (normalmente o serviço nessa configuração é grátis).
O provedor do serviço tem os recursos de telefonia.
Usando a Internet, sendo o SKYPE um dos programas mais utilizados
para este fim.
Internet
Provedor tem os
recursos de
telefonia VoIP
Voz é digitalizada é
colocada em
pacotes IP
A voz digitalizada é
retirada dos pacotes
•
A Internet é “grátis”
Não há tarifação por
distância ou tempo
•
IP restaura para a
forma original
6
Telefonia IP

Telefonia IP é a aplicação de VoIP que permite estabelecer chamadas
telefônicas com a rede de telefonia privada ou pública (fixa e celular).
Os serviços de Telefonia IP existentes são de 2 tipos:
 Para fazer chamadas para rede pública: neste caso o usuário disca
o número convencional do telefone de destino para completar a
chamada.
 Para fazer e receber chamadas da rede pública: neste caso o
usuário recebe um número convencional de telefone, para receber
as chamadas da rede pública, e disca o número convencional do
telefone de destino para fazer a chamada para a rede pública.
7
Telefonia Convencional x VoIP
Característica
Conexão na casa do
usuário
Falta de Energia Elétrica
Mobilidade
Telefonia Convencional
Telefonia VoIP
Cabo de cobre
(par trançado)
Banda larga de
Internet
Continua funcional
Pára de funcionar
Limitada a casa do usuário
Acesso em qualquer lugar do
mundo, desde que conectado a
Internet
Número Telefônico
Associado ao domicílio do usuário
Associado à área local do
número contratado
Chamadas locais
Área local do domicílio do usuário
Área local do número
contratado
8
Tipos de Telefone VoIP

Telefone Hardware.

Telefone software.

Adaptador de telefone analógico (ATA).

Tem atribuído um endereço IP:
 Podem ser usados vários terminais no
mesmo IP mas são independentes.
 É possivel que um terminal possa ter
mais que um endereço para receber
chamada (“2 linhas”).
 Se forem usados servidores de Telefone
IP os terminais registram-se nele a
serem ativados.
9
Telefones para VoIP

Os serviços VoIP utilizam telefones apropriados para as redes IP e que
são muito diferentes, dos telefones analógicos convencionais, por
serem digitais e possuírem recursos semelhantes àqueles encontrados
nos computadores. Normalmente utilizam-se os seguintes tipos de
telefones IP:
 Computador (com programa Softphone): o próprio computador
pode ser usado como telefone IP, desde que tenha uma placa de
som, um microfone, alto falantes ou fones de ouvidos, e um
programa do tipo softphone, que possui todos os recursos para
funcionar como um telefone IP.
 Adaptador para Telefone Analógico (ATA): é um dispositivo que
funciona como um conversor de telefone IP para um telefone
analógico convencional. O ATA tem uma porta Ethernet
convencional para acesso a LAN e um conector onde se liga um
telefone analógico convencional.
 Telefone IP: é um telefone que possui todos os recursos
necessários para um serviço VoIP. Para ser usado é necessário
apenas conectá-lo à LAN para fazer e receber ligações do serviço
VoIP.
10
Estrutura Tradicional
(separação das redes de dados e voz)
RNTf
WAN
IP
Situação tradicional com PABX
(não VoIP)
11

Situação tradicional de interligação com a rede de telefonia pública.
Cenário 1 p/ VoIP:
Tronco entre PABXs
12


Integração entre a Rede Telefônica e de Dados.
Digitalização IP do entroncamento entre os PABX convencionais com
interface de tronco VoIP.
PABX
PABX
13
Cenário 2 p/ VoIP: PABX VoIP
com entroncamento convencional

PABX
VoIP

LAN
As funções do PABX estão
distribuídas no IP Telephony Call
Server e Gateway.
A rede telefônica pública não
percebe nenhuma diferença entre
PABX tradicional e PABX VoIP.
Rede Pública de
Telefonia
Convencional
14
Cenário 3: Integração VoIP c/ PABX

PABX
VoIP

LAN
As funções do PABX estão
distribuídas no IP Telephony Call
Server e Gateway.
O PABX tradicional e a PSTN não
percebem nenhuma diferença entre
eles e a IP Telephony.
PABX
convencional
Rede Pública de
Telefonia
Convencional
15
Cenário 4: VoIP completo com vídeo
Solução utilizando
PABX tradicional com
protocolo ISDN (RDSI
– Rede Digital de
Serviços Integrados),
video-conferência e IP
Telephony
16
Causas da baixa qualidade da voz c/ VoIP





Pouca disponibilidade de banda nos acessos e na rede
Atraso
Jitter (variação do atraso dos pacotes é denominado jitter)
Perda de pacotes
Eco
17
Pouca disponibilidade de banda (bps)


(1/2)
Efeito
 O volume de dados de voz gerado acaba não encontrando
capacidade de entrega pela rede e o sinal de voz não chega ou
chega entrecortado.
Alternativas
 Aumentar a capacidade dos links.
 Efetuar a supressão de silêncio codificando o tempo de silêncio ao
invés de transmitir um sinal de silêncio, proporcionando melhor
aproveitamento da banda.
Uso do VAD (Voice Activity
Detection)
Conversação = 50% - 40%
Pausas = 50% - 60%
fala
silêncio
fala
sem pacote
pacote
pacote
18
Pouca disponibilidade de banda (bps)

Compressão de Cabeçalhos IP - RFC 2508
IP Header (20)
UDP (8)
RTP (12)
Header = 40 bytes
2-4
Carga útil
20 bytes
Carga útil
(2/2)
19
Atraso e Jitter


No processamento:
 Tempo necessário para coletar as amostras codificadas e colocá-las
em pacotes da rede.
Na rede:
 Meio físico de transmissão.
 Capacidade das ligações e dos nós intermediários.
 Capacidade dos buffers utilizados na recepção para remover o Jitter
do atraso de pacotes.
 JITTER do atraso de pacotes: variabilidade do tempo de atraso de
chegada dos pacotes devido ao tráfego na rede.
20
Comentário: Atraso

Limites estabelecidos para o tempo de transmissão fim-a-fim em um
sentido:
 Atraso total de sistema.
0 a 150 ms - Aceitável para a maioria das aplicações
150 a 400 ms - Deve ser avaliado o impacto na
qualidade da aplicação
acima de 400 ms - Geralmente inaceitável
21
Compensação da Perda de Pacotes


Efeito: a perda de pacotes pode acarretar truncamento do sinal de voz.
Alternativas
 “Recuperar” os pacotes perdidos voltando a reproduzir o último
pacote recebido.

Enviar informação redundante: enviar a informação mais de uma vez.

Evitar e controlar a congestão na rede.
22
Requisitos dos equipamentos de rede



Roteadores:
 Todos os roteadores em que o pacote de voz irá trafegar deverão
suportar funcionalidades de QoS.
Switches:

Todos os switches da rede deverão possuir alguma forma de priorização de
tráfego (QoS).
Hubs:

A LAN do cliente não poderá possuir Hubs nos segmentos onde haverá
tráfego VoIP.
23
Endereçamento



Atualmente usam-se Números (E.164) e URIs (RFC 2396)
Rede Telefônica normal:
 Números E.164:
 Ex: +351 253 604431.
 Inicialmente na telefonia IP usava o endereço IP. Mas era:
 Difícil de memorizar.
 Dependente da localização física.
URIs
 Usa um espaço de nomes registrado para descrever um recurso de
forma independente da localização:
 Endereços E-Mail.
 Identificadores SIP e H.323.
24
ENUM




ENUM [RFC 2916]: tem como objetivo traduzir números E.164 em
nomes de domínio Internet e dessa forma, ligar as ilhas VoIP no mar
da RTC – Rede Telefônica Convencional.
O ENUM permite o uso de números de telefone tradicionais num
contexto de diferentes meios de comunicação resultantes do
desenvolvimento das Redes IP (email, VoIP), para facilitar a entrada de
novas aplicações.
ENUM permite que cada gateway de uma central VoIP descubra outros
gateways VoIP , se necessário.
Terminais VoIP podem chamar outros terminais VoIP sem recorrer à
RTC e assim, evita-se pagar as operadoras de telecomunicações, já
que as ligações serão efetuadas somente pela rede de telefonia IP.
25
Protocolos H.323


O padrão H.323 é um conjunto de protocolos para sinalização e
controle da comunicação entre terminais que suportam aplicações de
áudio (Voz), vídeo ou comunicação de dados multimídia.
É uma recomendação “guarda-chuva” do ITU-T que define padrões
para comunicação multimídia através de redes que não oferecem
Qualidade de Serviço (QoS) garantida, como é o caso das redes do
tipo LAN, IP e Internet.
26
Configuração sistêmica típica com H.323
27
Protocolo SIP - Session Initiation Protocol

Baseado no HTTP.

Arquitetura cliente-servidor.


Protocolo de controle referente à camada de aplicações do Modelo
OSI, usado para gerir uma sessão entre usuários multimídia.
Funcionalidades:
 Localização de usuários.
 Estabelecimento de chamadas.
 Suporte a unicast ou multicast.
 Administração na participação de chamadas (transferências,
conferência, ...).
 Possibilidade de participação de um usuário em terminal H.323, via
gateway.
28
Arquitetura SIP
29
Comparação H323 x SIP
H323
SIP
Tem a mesma função do SIP.
Tem a mesma função do H323.
Mais complexo que o SIP.
Originado do padrão de sinalização utilizado
em centrais telefônicas digitais (SS7 –
Signalling System 7).
Mais limitado que o SIP para
desenvolvimento de novos serviços
(complexidade).
Mais simples que o H323.
Tecnologia mais madura que a SIP.
Tecnologia menos “madura” que a H323.
Netmeeting usa H323.
Windows XP já começa a incorporar algumas
funcionalidades em SIP.
Originado do protocolo HTTP.
Arquitetura cliente-servidor mais simples de
implementar.
Escalabilidade de soluções (maior facilidade
Maioria dos portais de comunicação VoIP na
de crescimento da quantidade de
Internet usam H323.
aplicações).