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.
Serviços Multimídia em Redes – 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
Serviços Multimídia em Redes – VoIP
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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36
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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41
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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43
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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