UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ
DIEGO DARCY ANDREOLLA
TELEFONIA CONVENCIONAL E TELEFONIA IP:
COMPARATIVO DE TÉCNOLOGIAS
CURITIBA
2015
DIEGO DARCY ANDREOLLA
TELEFONIA CONVENCIONAL E TELEFONIA IP:
COMPARATIVO DE TÉCNOLOGIAS
Monografia
apresentada
ao
Curso
de
Especialização em Redes de Computadores e
Segurança de Redes, da Universidade Tuiuti do
Paraná, como requisito para obtenção do
certificado de Especialista em Redes de
Computadores.
Professor: Roberto Amaral.
CURITIBA
2015
AGRADECIMENTOS
Antes de tudo agradeço a Deus, fonte de vida e de graça. Obrigado por me iluminar
durante toda essa trajetória.
Aos meus pais, Jaime e Elsa, que apesar das dificuldades encontradas sempre
incentivaram meus estudos.
A todos os professores que contribuíram com todo o conhecimento adquirido no
decorrer do curso, sem eles o estudo aqui apresentado seria praticamente
impossível.
RESUMO
O estudo explica o funcionamento, características, vantagens e desvantagens de
dois sistemas de telefonia usados atualmente. O tema surgiu do grande crescimento
desse novo sistema de telefonia que funciona sob a rede mundial de computadores,
a Internet, com seu maior atrativo aos usuários, o seu custo. Pretende-se mostrar
como as duas tecnologias funcionam mostrando as vantagens e desvantagens de
cada uma. O resultado do estudo mostra que, com o entendimento dessas
tecnologias e o uso correto de ambas tirando o melhor de cada uma, traz um
resultado positivo ao usuário final sendo ele empresa ou um cliente residencial, com
relação a custos e performance.
Palavras-chave: Telefonia, VoIP, TDM, E1, Sinalização, Rede, Voz, Protocolos.
ABSTRACT
The study explains the operation, features, advantages and disadvantages of two
telephone systems currently used. The issue arose from the sheer size of this new
telephone system which operates under the World Wide Web, the Internet, with its
most attractive to users, your cost. It is intended to show how the two technologies
work showing the advantages and disadvantages of each. The result of the study
shows that with the understanding of these technologies and the correct use of both
getting the best of each one brings a positive result to the end user being it business
or a residential customer with respect to costs and performance.
Keywords: Telephony, VoIP, TDM, E1, Sign, Network Voice Protocol.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – PARTES BÁSICAS DE UM SISTEMA TELEFÔNICO
TRADICIONAL ......................................................................................................... 13
FIGURA 2 – DIAGRAMA BÁSICO DE INTERLIGAÇÃO DE CENTRAIS ................ 16
FIGURA 3 – SINAIS ANALÓGICOS E SINAIS BINÁRIOS ...................................... 16
FIGURA 4 – DIGITALIZAÇÃO DO SINAL ANALÓGICO (VOZ) ............................... 17
FIGURA 5 – SIMPLIFICAÇÃO DA MULTIPLEXAÇÃO ............................................ 18
FIGURA 6 – SINAL MULTIPLEXADO ...................................................................... 19
FIGURA 7 – CONTADOR DE TIME-SLOT .............................................................. 19
FIGURA 8 – QUADRO E MULTIQUADRO .............................................................. 20
FIGURA 9 – REPRESENTAÇÃO DOS TIME-SLOTS ............................................. 21
FIGURA 10 – REPRESENTAÇÃO DA SINALIZAÇÃO E1 ....................................... 23
FIGURA 11 – QUADRO E1 COM SINALIZAÇÃO DE LINHA .................................. 24
FIGURA 12 – REPRESENTAÇÃO DA SINALIZAÇÃO TELEFÔNICA PARA
FRENTE E PARA TRÁS .......................................................................................... 27
FIGURA 13 – ENVIO DE SINALIZAÇÃO MFC ENTRE CENTRAIS
TELEFONICAS ......................................................................................................... 29
FIGURA 14 – FLUXO DE CHAMADA UTILIZANDO O PROTOCOLO MFC/R2 ..... 32
FIGURA 15 – NORMAS DO ISDN EM ESTRUTURA DE CAMADAS ..................... 35
FIGURA 16 – INTERFACES E PONTOS DE REFERÊNCIA DO ISDN PRI ........... 35
FIGURA 17 – ESTRUTURA DO QUADRO DE CAMADA 2 DO ISDN .................... 36
FIGURA 18 – CAMPO “ADRESS” DO PROTOCOLO LAPD ................................... 37
FIGURA 19 – ESTRUTURA DO QUADRO DE CAMADA 3 DO ISDN .................... 38
FIGURA 20 – FLUXO DE CHAMADA UTILIZANDO O PROTOCOLO ISDN .......... 40
FIGURA 21 – ARQUITETURA TIPICA DE REDE PARA TELEFONIA IP ............... 46
FIGURA 22 – PRINCIPAIS PROTOCOLOS VOIP ................................................... 50
FIGURA 23 – CABEÇALHO TCP/IP ........................................................................ 53
FIGURA 24 – CABEÇALHO UDP/IP ........................................................................ 54
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – ALOCAÇÃO DOS BITS DO TIME SLOT 16 EM
UM MULTIQUADRO ................................................................................................ 26
TABELA 2 – SIGNIFICADO DOS BITS ABDC NA SINALIZAÇÃO
PRA FRENTE ........................................................................................................... 27
TABELA 3 – SIGNIFICADO DOS BITS ABCD NA SINALIZAÇÃO
PRA TRÁS ................................................................................................................ 28
TABELA 4 – SINALIZAÇÃO R2 DIGITAL ................................................................ 28
TABELA 5 – SINAIS PARA FRENTE DO MFC ....................................................... 30
TABELA 6 – SINAIS PARA TRÁS DO MFC ............................................................ 31
TABELA 7 – CÓDIGOS TIPO E MENSAGENS Q.931 ............................................ 39
TABELA 8 – CODECS PARA COMPRESSÃO DE VOZ ......................................... 43
TABELA 9 – SCORES MOS DE ALGUNS CODECS .............................................. 44
TABELA 10 – DESCRIÇÃO DOS SCORES MOS ................................................... 44
LISTA DE SIGLAS
ANATEL
Agência Nacional de Telecomunicações
BRA
Basic Rate Access
BRI
Basic Rate Interface
C/R
Command / Response
CAS
Channel Associated Signaling
CCS
Common Channel Signaling
CEPT
Conferência Europeia Postal de Telecomunicação
CODEC
Codificador-Decodificador
DSP’s
Digital Signals Processors
DTLS
Datagram Transport Layer Security
E1
Padrão de Linha Telefônica Digital Europeu
FDM
Frequence Division Multiplexing
FTP
File Transfer Protocol
GC
Gateway Controller
GK
Gatekeeper
GW
Gateway
HDLC
High Level Data Link Control
HTTP
Hypertext Transfer Protocol
IANA
Internet Assigned Numbers Authority
IDS
Intrusion Detection System
IETF
Internet Engineering Task Force
IP
Internet Protocol
IPS
Intrusion Prevention System
IPSEC
Internet Protocol Security
ISDN
Integrated Service Digital Network
ISDN
Integrated Services Digital Network
ITU-TS
International Telecomunications Union – Telecom. Standardizations
IVR
Interactive Voice Response
KBIT/S
Kilobits Por Segundo
KBITS
Kilobits
KBPS
Kilobits Por Segundo
KHZ
Kilohertz
LAN
Local Area Network
LAPD
Link Access Procedure on the D-channel
MBPS
Mega Bits Por Segundo
MC
Multipoint Controller
MCU
Multipoint Control Unit
MEGACO
Media Gateway Control Protocol
MFC
Multi Frequencial Compelida
MGC
Media Gateway Controller
MGCP
Media Gateway Control Protocol
MGW
Media Gateway
MOS
Mean Opinion Score
MP
Multipoint Processor
MUX
Multiplexador
PABX
Private Automatic Branch Exchange (Central Telefônica Privada)
PAM
Pulse Amplitude Modulation
PCM
Pulse Code Modulation
PRA
Primary Rate Access
PRI
Primary Rate Interface
QoS
Quality of Service
R2
Região 2
RDSI
Rede Digital de Serviços Integrados
RFC
Request For Comments
RPS
Revoluções Por Segundo
RTCP
Real-Time Transport Control Protocol
RTCP
Rede Telefônica Pública Comutada
RTP
Real-Time Transport Protocol
S/MIME
Secure Multi-Purpose Internet Mail Extensions
SAPI
Service Access Point Identifier
SGC
Signalling Gateway Controller
SGW
Signalling Gateway
S-HTTP
Secure HTTP
SIP
Session Initiation Protocol
SRTCP
Secure Realtime Transport Control Protocol
SRTP
Secure Realtime Transport Protocol
SS7
Sistema de Sinalização Número 7
SSH
Secure Shell
SSL
Secure Sockets Layer
STFC
Sistema de Telefonia Fixa Comutada
TCP
Transmission Control Protocol
TDM
Time Division Multiplexing
TEI
Terminal Endpoint Identifier
TLS
Transpot Layer Security
TM
Terminal Multimídia
TUP
Terminal de Uso Público
UDP
User Datagram Protocol
UIT
União Internacional de Telecomunicações
µS
Micro Segundos
VLAN
Virtual Local Area Network
VOIP
Voz Sobre IP
VPN
Virtual Private Network
SUMÁRIO
1
INTRODUÇÃO .............................................................................................. 12
2
TELEFONIA CONVENCIONAL .................................................................... 13
2.1
O QUE É ........................................................................................................ 13
2.1.1 Terminal Telefônico ....................................................................................... 14
2.1.2 Rede de Acesso ............................................................................................. 14
2.1.3 Central Telefônica .......................................................................................... 14
2.2
TRANSMISSÃO DA VOZ .............................................................................. 16
2.2.1 Digitalizando um Sinal ................................................................................... 17
2.3
MULTIPLEXAÇÃO DE SINAIS ...................................................................... 17
2.3.1 Tdm .................................................................................................................19
2.3.2 Pcm ................................................................................................................ 21
2.4
E1 ................................................................................................................... 23
2.4.1 Protocolos de sinalização do E1 .................................................................... 23
2.4.2 Sinalização MFC/R2 Digital (CAS) ................................................................ 24
2.4.3 Sinalização ISDN ........................................................................................... 33
2.5
VANTAGENS E DESVANTAGENS DA TELEFONIA CONVENCIONAL ...... 41
3
TELEFONIA IP .............................................................................................. 41
3.1
O QUE É ........................................................................................................ 41
3.2
DIGITALIZAÇÃO DE SINAIS DE VOZ .......................................................... 42
3.2.1 Codecs ........................................................................................................... 43
3.3
REQUISITOS PARA TELEFONIA IP ............................................................. 44
3.4
ARQUITETURA DE REDE ............................................................................ 45
3.4.1 Rede IP .......................................................................................................... 46
3.4.2 Sistema de Telefonia Fixa Comutada ............................................................ 46
3.4.3 Pabx ............................................................................................................... 47
3.4.4 Terminal Telefônico Convencional ................................................................. 47
3.4.5 Terminal Telefônico IP ................................................................................... 47
3.4.6 Terminal Multimídia ........................................................................................ 47
3.4.7 Gateway ......................................................................................................... 47
3.4.8 Gateway Controller ........................................................................................ 48
3.4.9 Multipoint Control Unit .................................................................................... 48
3.4.10 Gatekeeper .................................................................................................... 48
3.4.11 Zona .............................................................................................................. 49
3.5
PROTOCOLOS .............................................................................................. 49
3.5.1 Protocolo IP ................................................................................................... 50
3.5.2 Tcp/ip ............................................................................................................. 50
3.5.3 Udp/ip ............................................................................................................. 53
3.5.4 H323 Packet Based Multimedia Communications Systems .......................... 54
3.5.5 H255.0 Call Signalling Protocols and Media Stream Packetization for
Packet-based Multimedia Communication Systems ................................................ 54
3.5.6 H.245 Control Protocol for Multimedia Communication ................................. 55
3.5.7 H.235 Security and Encryption for H-Series (H.323 and other
H.245-based) Multimedia Terminals ......................................................................... 55
3.5.8 H.450.X Generic Functional Protocol for the Support of
Supplementary Services ........................................................................................... 55
3.5.9 Session Initiation Protocol (SIP) .................................................................... 56
3.5.10 Media Gateway Control Protocol (MGCP) ..................................................... 56
3.5.11 Media Gateway Control Protocol (MEGACO) ............................................... 56
3.5.12 Real-Time Transport Protocol (RTP) ............................................................. 57
3.5.13 Real-Time Transport Control Protocol (RTCP) .............................................. 57
3.6
ANALISE COMPARATIVA ENTRE H323 E SIP ............................................ 57
3.6.1 Complexidade de implantação ...................................................................... 58
3.6.2 Extensibilidade de Modularidade ................................................................... 59
3.6.3 Serviços ......................................................................................................... 60
3.6.4 Segurança ...................................................................................................... 60
3.7
SEGURANÇA VOIP ....................................................................................... 60
3.8
VANTAGENS E DESVANTAGENS VOIP ..................................................... 63
4
CONCLUSÃO ................................................................................................ 65
REFERENCIAS ........................................................................................................ 66
12
1 INTRODUÇÃO
Em um momento em que a informação é tida como o bem mais precioso da
humanidade, as telecomunicações adquirem um papel fundamental nos mais
diversos aspectos: sociais, econômicos e políticos.
Desde a primeira transmissão telegráfica em 1844, as telecomunicações
evoluíram muito. Não seria diferente no ramo da telefonia, o simples fato de falar ao
telefone com qualquer pessoa no mundo continua o mesmo, mas a forma como
fazemos isso tem evoluído bastante, devido aos custos envolvidos.
A telefonia tradicional tem uma qualidade incomparável, porém seus custos são
maiores, por conta disso surgiu no mercado uma nova forma de falar ao telefone,
mais barata e que tenta cada dia mais se equiparar com a qualidade da telefonia
tradicional, o VoIP, ou voz sobre IP.
Um comparativo entre o funcionamento dessas duas tecnologias é necessário
para um entendimento do porque o VoIP vem crescendo e porque ainda
dependemos tanto da tradicional TDM.
13
2 TELEFONIA CONVENCIONAL
2.1 O QUE É
Telefonia Convencional são linhas de cabo de par metálico ligando usuários à
centrais telefônicas, que por sua vez, comutam chamadas feitas por meio de
números de um aparelho telefônico a outro, onde são cobradas taxas por essas
chamadas dependendo do tempo de duração e da distância que essa ligação está
sendo feita, a qualidade da chamada é muito boa.
A Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC) é uma rede de comunicação
(analógica ou digital), com acessos analógicos pelo assinante. Destina-se,
basicamente, ao serviço de telefonia, oferecendo suporte à comunicação de dados
na faixa de voz (entre 300Hz e 3400Hz).
Trata-se de uma estrutura de comunicação complexa e de grande capilaridade. É
composta pela rede de longa distância (centrais interurbanas e internacionais) e os
respectivos entroncamentos, rede local (composta pelas centrais locais e
entroncamentos urbanos) e o enlace de assinante, constituído pelos terminais e
linhas de assinante (Teleco, 2014).
FIGURA 1 – PARTES BÁSICAS DE UM SISTEMA TELEFÔNICO TRADICIONAL
FONTE: TELECO, 2014.
14
2.1.1 Terminal Telefônico
O terminal telefônico é o aparelho utilizado pelo assinante. No lado do assinante
pode existir desde um único terminal, até um sistema telefônico privado como um
PABX para atender a uma empresa com seus ramais ou um call center. Um terminal
é geralmente associado a um assinante do sistema telefônico.
Existem também os Terminais de Uso Público (TUP) conhecidos popularmente
como orelhões (Teleco, 2014).
2.1.2 Rede de Acesso
A Rede de Acesso é responsável pela conexão entre os assinantes e as centrais
telefônicas.
As Redes de Acesso são normalmente construídas utilizando cabos de fios
metálicos em que um par é dedicado a cada assinante. Este par, juntamente com os
recursos da central dedicados ao assinante é conhecido como acesso ou linha
telefônica.
A Anatel acompanha a capacidade de atendimento das operadoras telefônicas
através do número de acessos instalados, definido simplesmente como o número de
acessos, inclusive os destinados ao uso coletivo, que se encontram em serviço ou
dispõem de todas as facilidades necessárias para entrar em serviço (Teleco, 2014).
2.1.3 Central Telefônica
As linhas telefônicas dos vários assinantes chegam às centrais telefônicas e são
conectadas entre si quando um assinante (A) deseja falar com outro assinante (B).
Convencionou-se chamar de A o assinante que origina a chamada e de B aquele
que recebe a chamada. Comutação é o termo usado para indicar a conexão entre
assinantes. Daí o termo Central de Comutação (“switch”).
A central telefônica tem a função de automatizar o que faziam as antigas
telefonistas que comutavam manualmente os caminhos para a formação dos
circuitos telefônicos (Teleco, 2014).
15
A central de comutação estabelece circuitos temporários entre assinantes
permitindo o compartilhamento de meios e promovendo uma otimização dos
recursos disponíveis.
A central a que estão conectados os assinantes de uma rede telefônica em uma
região é chamada de Central Local.
Para permitir que assinantes ligados a uma Central Local falem com os
assinantes ligados a outra Central Local são estabelecidas conexões entre as duas
centrais, conhecidas como circuitos troncos. No Brasil um circuito tronco utiliza
geralmente o padrão internacional da UIT para canalização digital sendo igual a 2
Mbps ou 1 E1.
Em uma cidade podemos ter uma ou várias Centrais Locais. Em uma região
metropolitana pode ser necessário o uso de uma Central Tandem que está
conectada apenas a outras centrais, para otimizar o encaminhamento do tráfego. As
centrais denominadas Mistas possuem a função local e a função tandem
simultaneamente.
Estas centrais telefônicas locais estão também interligadas a Centrais Locais de
outras cidades, estados ou países através de centrais de comutação intermediarias
denominadas de Centrais Trânsito.
As Centrais Trânsito são organizadas hierarquicamente conforme sua área de
abrangência sendo as Centrais Trânsito Internacionais as de mais alta hierarquia. É
possível desta forma conectar um assinante com outro em qualquer parte do mundo
(Teleco, 2014).
16
FIGURA 2 – DIAGRAMA BÁSICO DE INTERLIGAÇÃO DE CENTRAIS
FONTE: TELECO, 2014.
2.2
TRANSMISSÃO DA VOZ
Sabe-se que a voz é um conjunto de vibrações acústicas e a forma como ela se
manifesta na natureza é analógica.
O objetivo é transmitir o sinal de voz em um sistema digital através do processo
de digitalização, que permitem que esses conjuntos de vibrações acústicas sejam
transmitidos em um meio digital assumindo apenas dois valores, zeros ou uns
(Teleco, 2014).
FIGURA 3 – SINAIS ANALÓGICOS E SINAIS BINÁRIOS
FONTE: TELECO, 2007.
17
2.2.1 Digitalizando um Sinal
É o processo de transformação de um sinal analógico em um sinal digital,
consiste em três fases:
Amostragem, que consiste em retirar amostras do sinal original conforme uma
frequência pré-determinada;
Quantização, que consiste em refinar o sinal amostrado;
Codificação, que transforma o sinal quantizado em um sinal binário.
FIGURA 4 – DIGITALIZAÇÃO DO SINAL ANALÓGICO (VOZ)
FONTE: TELECO, 2007.
A digitalização do sinal ocorre quando a transformação do sinal analógico em um
trem de pulsos, onde a amplitude desse trem é diretamente proporcional ao pulso da
amplitude instantânea do sinal amostrado.
Para
aplicações
em
telefonia,
a
frequência
de
amostragem
adotada
internacionalmente é de 8.000 amostras por segundo. Neste caso, cada nível de
valor corresponde a um código de 8 bits, o que permite serem quantizados níveis
distintos.
Fazendo-se uma conta simples, teríamos então, 8.000 amostras/segundo x 8
bits/amostra, onde obteríamos uma taxa de 64.000 bits/segundo (64 kbit/s). Este
procedimento é chamado PCM (Pulse Code Modulation) (Teleco, 2014).
2.3
MULTIPLEXAÇÃO DE SINAIS
Mesmo com a digitalização do sinal analógico, ainda é preciso maximizar a
transmissão do mesmo de um ponto a outro e essa maximização é feita através da
multiplexação, que nada mais é do que, a transmissão simultânea de dois ou mais
elementos, sinais, de informação utilizando o mesmo meio de transmissão. Para
18
compreender este conceito, a figura 5 apresenta uma breve analogia ao tráfego
simultâneo de veículos através de uma grande avenida (Teleco, 2014).
FIGURA 5 – SIMPLIFICAÇÃO DA MULTIPLEXAÇÃO
FONTE: TELECO, 2007.
Analogamente à transmissão de sinais, cada veículo corresponderia a um sinal, a
rua procedente de cada veículo representaria a largura de banda necessária para a
circulação deste veículo, e a avenida corresponderia ao meio de transmissão de
maior capacidade de tráfego que as ruas anteriores e que possibilita o tráfego
simultâneo de veículos.
Sempre que a largura de banda de um meio físico for maior ou igual à largura de
banda de um determinado sinal, este meio poderá ser utilizado para transmitir este
sinal. Na prática, a banda passante necessária para um sinal é em geral bem menor
do que a banda passante dos meios físicos disponíveis.
Portanto, dentro deste fundamento de aproveitar a banda passante extra para a
transmissão simultânea de outros sinais se baseia o conceito de multiplexação, que
nada mais é do que a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um
mesmo meio físico.
A multiplexação resulta na otimização dos meios de transmissão, normalmente de
capacidade limitada, com a transmissão de diversos sinais simultaneamente (Teleco,
2014).
Existem duas formas básicas de multiplexação:
Domínio do tempo, o chamado TDM ou Time Division Multiplexing;
Domínio da frequência, o chamado FDM ou Frequence Division Multiplexing.
19
FIGURA 6 – SINAL MULTIPLEXADO
FONTE: TELECO, 2007.
2.3.1 Tdm
TDM: Multiplexação por Divisão de Tempo, técnica mais utilizada na telefonia,
utiliza-se do conceito de alocação de “espaços de tempo”, chamados time-slots,
para os sinais previamente amostrados. Para compreender como são alocados
estes time-slots e o funcionamento do TDM, será utilizada uma analogia com um
PCM de 30 canais e uma chave seletora rotativa conforme a figura 7, onde na
periferia desta chave, existem 32 posições correspondentes aos canais do PCM
(Teleco, 2014).
FIGURA 7 – CONTADOR DE TIME-SLOT
FONTE: TELECO, 2007.
A chave gira no sentido horário e demora em cada canal um intervalo de tempo e
cada vez que a chave passa por um canal ela retira uma amostra da amplitude do
seu sinal naquele instante. O tempo em que a chave comuta cada canal, denominase time-slot.
20
A velocidade de 8000 revoluções por segundo, que é a frequência de
amostragem, pois de cada canal serão retiradas 8000 amostras por segundo. A volta
completa da chave toma então 1/8000 do segundo que equivale a 125 µs e chamase quadro.
Como cada ponto da chave corresponde a um time-slot, analogamente um quadro
conterá 32 time-slots, cada um com duração de 125 µs/32. Assim, a chave abre um
"espaço de tempo" ou time-slot para amostragem do canal durante 125 µs/32 = 3,9
µs.
Outro termo utilizado é o multiquadro, que é o conjunto de 16 quadros
consecutivos que corresponde a 16 vezes o tempo de um quadro. Logo, um
multiquadro equivale a 16 x 125 µs = 2 ms. A figura 8 representa os quadros e
multiquadros (Teleco, 2014).
FIGURA 8 – QUADRO E MULTIQUADRO
FONTE: TELECO, 2007.
Isto provoca uma multiplicação na taxa de transmissão, quando comparada com a
taxa de cada sinal individualmente e consequentemente a ampliação da banda
passante total. Este aumento é proporcional ao número de canais multiplexados. Os
sinais
de
voz
são
amostrados
a
uma
taxa
de
transmissão
de
8000
amostras/segundo.
Como todos são codificados com 8 bits/amostra, produzem uma taxa de
transmissão de 64 kbit/s por canal. Sendo assim, se tivermos 32 canais, a saída
deste sistema terá uma banda passante de 32 vezes 64 kbit/s que é igual a 2048
kbit/s .
Dos 32 canais, dois são para sinalização e controle, no time-slot 0 de todos os
quadros que compõe um multiquadro é transportado o sincronismo dos respectivos
21
quadros. No time-slot 16 do quadro 0, sempre é transportado o sincronismo de
multiquadro. Onde sincronismo é uma espécie de negociação entre os dois lados
interconectados para garantir a operação.
Consiste em um procedimento utilizado para que o sistema reconheça o início e o
fim de um quadro ou multiquadro. A cada quadro, ou seja, a cada 125 µs são
enviadas no time-slot 16 informações de dois canais específicos. Portanto, em um
multiquadro, a cada 2 ms são transportadas informações referentes aos 30 canais.
Repetidamente, a cada 2 ms, estas informações são enviadas mesmo que os
estados dos canais não tenham sido alterados, isto é, mesmo que as informações
sejam repetidas (Teleco, 2014).
FIGURA 9 – REPRESENTAÇÃO DOS TIME-SLOTS
FONTE: TELECO, 2007.
2.3.2 Pcm
Em telefonia, são frequentes o uso de linhas com alta velocidade e
consequentemente de grande capacidade designados pelo termo tronco, usando
PCM conjuntamente com a multiplexagem TDM, por exemplo, para o enlace T1 de
1544 Mbit/s, constituído por 24 canais de voz digitalizados (PCM24), utilizado no
EUA, e o enlace E1 de 2048 Mbit/s, constituído por 30 canais de voz digitalizados
(PCM30), amplamente usado na Europa.
Realizam-se amostragens consecutivas dos canais de voz, ao ritmo de 8.000
amostras por segundo. De acordo com o Teorema de Nyquist, considera-se fh =
4000 Hz, o fato dos filtros existentes terem roll-off, ou seja, não cortarem
22
abruptamente o sinal para as frequências de corte, mínima, e máxima, de 300 e
3400 Hz do canal definido para a voz.
A quantificação utiliza 7 bits por amostra, o que permite 2 7 = 128 patamares ou
níveis distintos de tensão para o sinal codificado, assegurando assim uma razoável
qualidade ao processo. A adição de um 8º bit de controle a cada amostra, permite
constituir um grupo de bits, representativo de uma amostra de todos os 24 canais.
Aos 24 canais x (7 + 1) bits/canal = 192 bits assim obtidos é ainda acrescentado
um outro bit para enquadramento e sincronismo, dando origem a um total de 193
bits, conjunto este que se designa por multiquadro.
O bit 193 de cada trama é usado frequentemente para sincronização, podendo,
por exemplo, conter alternadamente os valores binários 0 e 1 (... 0101010101...) o
que permite ao multiplexer do receptor obter uma informação de “timing”, e
sincronizar o seu relógio de leitura dos bits com o do relógio de transmissão usado
pelo emissor, resultando em uma comunicação sincronizada.
bc - bit de controle ou sinalização;
bs - bit de sincronismo.
Cada um desses quadros, quando enviados pela linha de transmissão, sendo a
“amostra composta” de todos os canais, tem de ser transmitida em 1/8000 = 125
microssegundos, visto que se efetuam 8000 destas amostras por segundo.
A transmissão do sinal de voz relativo a um canal telefônico necessita assim de (7
bits + 1 bit de controle) /amostra x 8000 amostras/segundo = 64 000 bit/s. Uma vez
que 7 bits em cada amostra de um canal correspondem efetivamente à informação
útil (data) os canais são na verdade de 7 x 8000 = 56 kbit/s. A esta “velocidade
efetiva” de transmissão dos dados do assinante dá-se a designação de “throughput”.
A taxa de amostragem em cada canal implica o envio de 8000 quadros/segundo,
ou seja, uma velocidade de transmissão relativa à “Portadora T1” de 193 bits/quadro
x 8000 quadro/s = 1.544 kbit/s. A transmissão dos canais exige o uso de 2
Multiplexers devidamente sincronizados, fazendo um deles a desmultiplexagem à
chegada do sinal. Terá ainda de se proceder à conversão digital-analógica a fim de
recuperar o sinal de voz original.
Na Europa, bem como no Brasil, utiliza-se o sistema PCM30, e as portadoras E1
de 2048 Mbit/s, utilizadas em troncos digitais de grande porte, comportam 30+2 = 32
canais de 64 Kbit/s o que perfaz 32 x 64 = 2048 Kbit/s (Teleco, 2014).
23
2.4
E1
E1 é um padrão de linha telefônica digital europeu criado pela ITU-TS e o nome
determinado pela Conferência Europeia Postal de Telecomunicação (CEPT), sendo
o padrão usado no Brasil e na Europa.
O E1 possui uma taxa transferência de 2 Mbps e pode ser dividido em 32 canais
de 64 Kbps cada, contudo, 30 canais dos 32 canais existentes transportam
informações úteis, pois a velocidade efetiva da transmissão (throughput) da
portadora E1, é de 30 x 64 = 1920 Kbit/s, os outros 2 canais restantes (canal 0 e
canal 16) destinam-se à sinalização (sistema designado por "Sinalização por Canal
Comum") e o alinhamento de quadros ou tramas, estabelecendo um sincronismo
entre os pontos (WIKIPEDIA. 2014).
FIGURA 10 – REPRESENTAÇÃO DA SINALIZAÇÃO E1
FONTE: TELECO, 2007.
2.4.1 Protocolos de sinalização do E1
Protocolos de sinalização telefônica são aqueles destinados a passar informações
entre dois terminais da chamada telefônica sobre o estado do canal portador de
dados (voz). Na sinalização podem ser enviadas informações como ocupação de
canal, atendimento, desconexão, número chamado, estado do número chamado,
identificação do número chamador, entre outras (Barros, 2013).
24
2.4.2 Sinalização MFC/R2 Digital (CAS)
O MFC/R2 é um protocolo de sinalização utilizado há mais de 50 anos.
Comparado a outros protocolos de sinalização como ISDN PRI/BRI ou SS7, o R2
oferece um conjunto limitado de funcionalidades. A sinalização é utilizada apenas
para estabelecer e terminar a chamada. Apesar disso ainda é largamente utilizada
devido a diversos fatores como sua popularidade como protocolo de sinalização de
troncos digitais, ser oferecido pelas principais operadoras de telefonia e a facilidade
de implantação e operação.
Esse protocolo foi padronizado no Brasil em 1968 e hoje as práticas Telebrás
SDT 210-110-702 e SDT 210-110-703 ditam os padrões de funcionamento do
mesmo no país. O padrão nacional se diferencia em alguns pontos do padrão
internacional que esta descrito nas recomendações Q.400 à Q.490 do International
Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T).
O MFC/R2 é uma sinalização do tipo CAS e é um composto de duas sinalizações:
a sinalização R2 digital responsável pela sinalização de linha e o MFC
(MultiFrequencial Compelida) responsável pela sinalização de registro.
A sinalização de linha é responsável por controlar o estado dos canais de voz e
utiliza um time slot exclusivo para isso. Esse time slot é o 16, conhecido também
como canal de sinalização e assim como todos os demais, possui 8 bits (Barros,
2013).
FIGURA 11 – QUADRO E1 COM SINALIZAÇÃO DE LINHA
FONTE: LOURENÇO, 2007.
25
Esses 8 bits são utilizados para informar o outro extremo sobre o estado dos
canais de voz. A cada 2 ms cada lado da ligação atualiza seus 4 bits de sinais CAS,
conhecidos como bits ABCD. Apenas os bits A e B são usados para enviar os
seguintes sinais: Seize, Seize Ack, Ansewer, Clear Back, Forced Release, Clear
Forward, Idle, Block. Os bits C e D assumem valores fixos, 0 e 1 respectivamente. “A
razão para usar apenas dois bits com quatro disponíveis é histórica e vem desde os
tempos quando a versão analógica do MFC/R2 foi portada para trabalhar em um
mundo digital”. Os 8 bits do time slot 16 de um E1 CAS informam o estado dos 30
canais disponíveis através de um multiquadro. Um multiquadro consiste de 16
quadros E1, numerados de 0 a 15. Um multiquadro equivale a 16 x 125 µs = 2 ms.
Vide FIGURA 8 – QUADRO E MULTIQUADRO.
No time slot 16 do quadro 0 é transportado o sincronismo do multiquadro. O
sincronismo pode ser entendido como uma espécie de negociação entre os dois
lados interconectados o que garante a operação. Este procedimento é utilizado para
que o sistema reconheça o início e o fim de um multiquadro (Barros, 2013).
Os 8 bits do time slot 16 dos outros quadros, 1 até 15, são usados para informar o
estado dos canais contidos nos time slots 1 a 15 e 17 a 31, onde há a seguinte
distribuição:
No quadro 1 os 4 primeiros bits do time slot 16 informam o estado do canal de
voz contido no time slot 1 e os quatro últimos bits informam o estado do canal de
voz contido no time slot 17;
No quadro 2 os 4 primeiros bits do time slot 16 informam o estado do canal de
voz contido no time slot 2 e os quatro últimos bits informam o estado do canal
de voz contido no time slot 18 e assim sucessivamente (Barros, 2013).
A tabela 1 mostra o modo como os 8 bits do time slot 16 são alocados em um
multiframe para informar o estado de todos os canais de voz de um E1.
26
TABELA 1 – ALOCAÇÃO DOS BITS DO TIME SLOT 16 EM UM MULTIQUADRO
FONTE: BARROS, 2013.
No MFC/R2 é importante entender os conceitos de sinalização para frente e de
sinalização para trás para a correta interpretação do protocolo. Sinalização para
frente refere-se a sinalização enviada da central de origem da chamada para a
central de destino. Sinalização para trás é a sinalização enviada pela central de
destino para a central de origem em resposta a sinalização recebida. Na figura 12 há
dois cenários de chamada para representar esses dois conceitos da sinalização
(Barros, 2013).
27
FIGURA 12 – REPRESENTAÇÃO DA SINALIZAÇÃO TELEFÔNICA PARA FRENTE
E PARA TRÁS
FONTE: BARROS, 2013.
O estado dos bits A e B ditam as condições em que os canais se encontram de
acordo com o sentido da chamada, nas tabelas 2 e 3, são representados os
significados de cada bit (Barros, 2013).
TABELA 2 – SIGNIFICADO DOS BITS ABDC NA SINALIZAÇÃO PRA FRENTE
FONTE: BARROS, 2013.
28
TABELA 3 – SIGNIFICADO DOS BITS ABCD NA SINALIZAÇÃO PRA TRÁS
FONTE: BARROS, 2013.
Na tabela 4 é representado o significado dos bits ABf (AB forward) e ABb (AB
backward) de acordo com as fases da chamada.
TABELA 4 – SINALIZAÇÃO R2 DIGITAL
FONTE: BARROS, 2013.
A sinalização de registro é utilizada para o envio de informações tais como o
número do assinante A, número do assinante B, categoria do assinante A, estado do
assinante B, etc. Caracteriza-se por enviar sinais compostos por frequências
combinadas duas a duas (multifrequencial). São tons sonoros que viajam utilizando
o canal de áudio em si. O sistema é chamado de Multi Frequencial Compelida
(MFC), porque ao se enviar um sinal para frente, é necessário aguardar a recepção
do sinal para trás para poder enviar um novo sinal para frente. Conforme pode ser
visto na figura 13, durante este período, o sinal é enviado de forma permanente, ou
seja, a mesma informação é enviada ininterruptamente até que uma resposta seja
recebida.” (Barros, 2013).
29
FIGURA 13 – ENVIO DE SINALIZAÇÃO MFC ENTRE CENTRAIS TELEFONICAS
FONTE: BARROS, 2013.
Os sinais são divididos da seguinte forma:
• Sinais para Frente:
Grupo I (Informações Numéricas e Controle)
Grupo II (Categoria do Chamador)
• Sinais para Trás:
Grupo A (Solicitação da Central de destino)
Grupo B (Condições do Assinante)
As tabelas 5 e 6 mostram o significado dos sinais de cada grupo.
30
TABELA 5 – SINAIS PARA FRENTE DO MFC
FONTE: BARROS, 2013.
31
TABELA 6 – SINAIS PARA TRÁS DO MFC
FONTE: BARROS, 2013.
Na figura 14 é representada a troca de sinalização entre uma central PABX e a
central da operadora do estabelecimento até a desconexão de uma chamada
utilizando o protocolo MFC/R2. Neste cenário um ramal do PABX deseja originar
uma chamada externa para o número de destino 61451633 que se encontra atrás da
central da operadora (Barros, 2013).
32
FIGURA 14 – FLUXO DE CHAMADA UTILIZANDO O PROTOCOLO MFC/R2
FONTE: BARROS, 2013.
Os passos representados são:
a. Central PABX envia a sinalização de linha R2, neste caso SIZE, solicitando
ocupação de um canal;
b. Central da operadora responde a solicitação com um SIZE ACKD;
c. A partir desse ponto a central PABX passa a enviar o número de destino por
sinalização de registro MFC, é enviado sinal para frente do grupo I, neste caso o I6,
que corresponde ao algarismo 6;
d. Central da operadora responde com sinal MFC para trás do grupo A, neste caso o
A1, solicitando o próximo dígito;
e. Este processo se repete até que todo o número de destino seja enviado;
f. Quando a central da operadora recebe todos os ditos é enviado o sinal para trás
A5 para solicitar a categoria (e o número de A em alguns casos) da origem;
33
g. Central PABX responde com sinal para frente do grupo II, neste caso II1 para
indicar de assinante comum;
h. Central da operadora envia então sinal para trás A3, informando a central de
origem que será enviado o estado do assinante B;
i. Central PABX responde com II1 novamente;
j. Central da operadora envia sinal para trás do grupo B, neste caso B1, para indicar
assinante livre e início da tarifação, neste ponto a origem passa a ouvir o tom de
controle e o assinante B começa a tocar;
k. Quando o destino atende é enviado sinalização de linha ANSWER;
l. Neste ponto passa a ocorrer conversação pelo canal de voz;
m. Neste cenário a origem desliga primeiro e é enviado pela central PABX o sinal de
linha CLEAR FORWARD;
n. Central da operadora libera o canal que estava sendo utilizado para conversação
com um sinal IDLE (Barros, 2013).
2.4.3 Sinalização ISDN
ISDN é a sigla para Integrated Service Digital Network, ou em português,
RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados) e é um sistema de conexão de telefonia
digital criado pelo ITU na década de 80 tendo como objetivo principal a integração
de diversos serviços de voz e dados em uma única conexão digital entre a central da
operadora e o usuário. Atualmente é mais utilizado para o trafego de voz enquanto
outras tecnologias cuidam do trafego de dados (Barros, 2013).
No ISDN existem dois tipos de canais:
O canal B chamado de B-channel (Bearer Channel) é utilizado para
Transportar a voz já digitalizada pelo processo de digitalização PCM;
O canal D chamado de D-channel (Delta Channel) é utilizado para transportar
a sinalização responsável pelo estabelecimento ou desconexão de uma
chamada. A sinalização presente no D-channel é definida pelas normas
Q.921 e Q.931 do ITU-T.
Os termos BRI e PRI são utilizados para designar o tipo de interface ISDN a ser
utilizada. As características de cada uma são as seguintes:
34
BRI (Basic Rate Interface, também conhecida por BRA – Basic Rate Access):
É uma interface com capacidade para dois B-channels com 64 kbits/s de banda
disponível em cada e um D-channel com 16 kbits/s de banda disponível. Esta
interface utiliza como meio físico o mesmo par metálico das linhas telefônicas
convencionais, porém não é comumente oferecida pelas operadoras de telefonia no
Brasil;
PRI (Primary Rate Interface, também conhecida como PRA – Primary Rate
Access): É uma interface que utiliza a portadora E1 para transportar 30 Bchannels
com 64 kbits/s de banda disponível em cada e um D-channel também com 64 kbits/s
de banda disponível. É largamente utilizado no Brasil como protocolo de
interconexão entre uma central PABX e a central pública (Barros, 2013).
A sinalização empregada pelo ISDN para informar a central remota sobre a
entrada de uma chamada telefônica e conhecida como CCS, sigla para Common
Channel Signaling. Isso significa que toda a sinalização é feita por um canal de
dados comum e que não esta associado a nenhum dos canais de voz como ocorre
no CAS. Este canal comum é o D-channel e por convenção utiliza o time slot 16 de
um E1 (Barros, 2013).
O ISDN pode ser dividido em uma estrutura de três camadas onde uma camada
superior depende da camada inferior para funcionar. Cada uma dessas camadas
executa uma função específica conforme segue:
A primeira é a camada física que trata das características físicas/elétricas das
interfaces ISDND;
A segunda camada especifica a estrutura do quadro (delimitação), o formato
de campos, detecção de erros e procedimentos de alinhamento de enlace;
A terceira camada especifica os procedimentos para o estabelecimento,
manutenção e limpeza de conexões, ou seja, é responsável pela geração das
mensagens de sinalização.
35
A figura 15 mostra as camadas e as respectivas normas que determinam o
padrão de funcionamento do ISDN em cada uma delas.
FIGURA 15 – NORMAS DO ISDN EM ESTRUTURA DE CAMADAS
FONTE: BARROS, 2013.
Na camada 1, tomando como exemplo somente o ISDN PRI, existem termos para
definir as interfaces e os elementos conforme pode ser visto na figura 16.
FIGURA 16 – INTERFACES E PONTOS DE REFERÊNCIA DO ISDN PRI
FONTE: BARROS, 2013.
Cada um desses termos tem o seguinte significado:
NT1: o Network Termination 1 é o dispositivo que faz a conversão da interface
U para a interface T;
NT2: o Network Termination 2 lida com a camada 2 e 3 do protocolo ISDN e
também fornece funções de multiplexação, comutação, terminação de
36
interface e de manutenção. O NT2 é quem fornece conexões para TE1 ou TA
por meio da interface S e TE2 por meio da interface RD;
TE1: os Terminal Equipment 1 são dispositivos ISDN que se conectam
diretamente ao conector SD;
TE2: os Terminal Equipment 2 são dispositivos não ISDN que se conectam ao
NT2 por meio Terminal Adapters (TA) ou diretamente (Barros, 2013).
A camada 2 do ISDN é baseada no procedimento de acesso a enlace no canal D
(Link Access Procedure on the D-channel - LAPD), é reponsável pela integridade
das informações transmitidas pela canal de sinalização D. Esses procedimentos são
baseados no protocolo de controle de enlace de alto nível (High Level Data Link
Control – HDLC). O formato do quadro de dados dessa camada pode ser visto na
figura 17 (Barros, 2013).
FIGURA 17 – ESTRUTURA DO QUADRO DE CAMADA 2 DO ISDN
FONTE: BARROS, 2013.
O quadro é composto pelos seguintes campos:
Flag: responsável pela delimitação do quadro. São dois octetos por quadro,
um no início (cabeçalho) e outro no final (rodapé). Possui a sequência de bits
01111110;
Address: os dois primeiros bytes do quadro após o flag de cabeçalho são
conhecidos como campo de endereço. O formato do campo de endereço
pode ser visto na figura 18 e é formado pelos campos abaixo:
37
FIGURA 18 – CAMPO “ADRESS” DO PROTOCOLO LAPD
FONTE: BARROS, 2013.
•
SAPI (Service access point identifier): o identificador de ponto de acesso de
serviço (SAPI) é um campo de 6 bits que identifica o ponto onde Camada 2
apresenta um serviço para a camada 3. Os valores possíveis são:
0 = Call control procedures
1 = Packet Mode using Q.931 call procedures
16 = Packet Mode communications procedures
32-47 = Reserved for national use
63 = Management Procedures
Others = Reserved for Future Use
•
C / R (Command / Response) bit que indica se o quadro é um comando ou
uma resposta;
•
EA1 (Address Extension): o primeiro bit Address Extension é sempre definido
como 0;
•
TEI (Terminal Endpoint Identifier) Identificador do dispositivo de 7 bits
atribuídas a cada dispositivo (TE) em um barramento S/T ISDN. Este
identificador pode ser atribuído estaticamente quando o TE é instalado, ou
dinamicamente quando ativado e possui a seguinte divisão:
0-63 TEI atribuído estaticamente
64-126 TEI atribuído dinamicamente (atribuido pela switch)
127 Broadcast para todos os dispositivos.
•
EA2 (Address Extension): o segundo bit Address Extension é sempre definido
como 1.
Control Field: o campo de controle possui 2 octetos e serve para identificar o
tipo de quadro. Além disso, ele inclui números de sequência, recursos de
controle e rastreamento de erro de acordo com o tipo de quadro;
38
Information: informações do protocolo de camada 3;
FCS: a Verificação de Redundância Cíclica CRC possui 2 octetos e é um
teste de erros de bits de baixo nível sobre os dados do usuário (Barros,
2013);
Finalmente na camada 3 fica a sinalização que vai cuidar das mensagens usadas
para a configuração, a supervisão, a subdivisão e os serviços suplementares das
chamadas. O formato e campos do quadro de dados desta camada podem ser
vistos na figura 19.
FIGURA 19 – ESTRUTURA DO QUADRO DE CAMADA 3 DO ISDN
FONTE: BARROS, 2013.
As funções de cada campo são descritas abaixo:
Protocol discriminator: um octeto que identifica o protocolo da camada 3. Para
o protocolo Q.931 este valor é sempre 00001000;
Length of Call Reference Value: um octeto que indica o tamanho do próximo
campo, o Call Reference Value;
Call Reference Value: um ou dois octetos usados para identificar
exclusivamente cada chamada entre a central pública e interface da central
PABX. É utilizada somente durante a duração de uma determinada chamada,
após a desconexão esta identificação fica disponível para utilização de outra
chamada;
Flag: bit que é configurado em zero pelo originador de uma mensagem Q.931
e configurado em 1 nas respostas enviadas pelo receptor da mensagem;
Message Type: um ou dois octetos que identificam o tipo de mensagem
enviada (ou seja, SETUP, CONNECT, etc.). Isso determina quais informações
adicionais são necessárias e permitidas no próximo campo;
39
Information Elements: são opções mandatórias ou opcionais que são
definidas de acordo com o Message Type (Barros, 2013).
O Message Type define o propósito primário do quadro carregando as mensagens
Q.931 do ISDN que vão prover as capacidades de controle de chamadas. As
mensagens Q.931 mais importantes estão listadas na tabela 7.
TABELA 7 – CÓDIGOS TIPO E MENSAGENS Q.931
FONTE: BARROS, 2013.
Na figura 20 é representada a troca de sinalização entre uma central PABX e a
central da operadora do estabelecimento até a desconexão de uma chamada
utilizando o protocolo de sinalização ISDN. Neste cenário um ramal do PABX deseja
originar uma chamada externa para um número de destino que se encontra atrás da
central da operadora (Barros, 2013).
40
FIGURA 20 – FLUXO DE CHAMADA UTILIZANDO O PROTOCOLO ISDN
FONTE: BARROS, 2013.
Os passos representados são:
a. Central PABX monta mensagem SETUP com o número chamado (B),
identificação do canal B a ser utilizado e a capacidade de transporte (dados ou voz);
b. Central da operadora ao receber o SETUP responde com um CALL
PROCEEDING e passa a processar a mensagem recebida;
c. Quando o destino é localizado a central da operadora envia mensagem
ALERTING para informar que telefone de destino esta tocando;
d. Quando destino atende é enviado pela central da operadora a mensagem
CONNECT;
e. Central PABX envia confirmação do atendimento com a mensagem
CONNECT ACK;
41
f. Neste ponto passa a ocorrer conversação pelo canal B especificado na primeira
mensagem;
g. Origem desconecta a chamada e é enviado pela central PABX uma mensagem
DISCONNECT com a causa da desconexão;
h. Central da operadora envia a mensagem RELEASE para desconectar a chamada;
i. Central PABX confirma a desconexão com a mensagem RELEASE
COMPLETE (Barros, 2013).
2.5
VANTAGENS E DESVANTAGENS DA TELEFONIA CONVENCIONAL
A principal vantagem da telefonia tradicional é na qualidade das ligações, em contra
partida sua maior desvantagem é o custo. As operadoras de telefonia cobram pela
alta qualidade de disponibilidade do serviço de voz, pois para manter essa qualidade
é necessário manter uma rede enorme e equipamentos sempre disponíveis.
Suas principais características são:
Conversão analógico-digital nas centrais;
Voz trafega em um circuito digital dedicado de 64 kbit/s;
Banda alocada completamente para a sessão de voz;
Sinal digital é convertido novamente em analógico para ser enviado ao
assinante;
Comutação por circuito, sem filas ou atrasos intermediários;
Alta Confiabilidade/Disponibilidade;
Qualidade da ligação;
Alta percentagem de chamadas completadas;
Sistema de alimentação fornecido pela própria central telefônica.
3 TELEFONIA IP
3.1 O QUE É
A Comunicação de Voz em Redes IP, chamada de VoIP, consiste no uso das
redes de dados que utilizam o conjunto de protocolos das redes IP (TCP/UDP/IP)
para a transmissão de sinais de Voz em tempo real na forma de pacotes de dados.
42
A sua evolução natural levou ao aparecimento da Telefonia IP, que consiste no
fornecimento de serviços de telefonia utilizando a rede IP para o estabelecimento de
chamadas e comunicação de Voz.
Nessas redes são implementados protocolos adicionais de sinalização de
chamadas e transporte de Voz que permitem a comunicação com qualidade próxima
àquela fornecida pelas redes convencionais dos sistemas públicos de telefonia
comutada ou de telefonia móvel (Teleco, 2008).
3.2 DIGITALIZAÇÃO DE SINAIS DE VOZ
Nos sistemas tradicionais o sinal de Voz utiliza uma banda de 4 kHz, e é
digitalizado com uma taxa de amostragem de 8 kHz para ser recuperado
adequadamente. Como cada amostra é representada por um byte (8 bits, com até
256 valores distintos), cada canal de Voz necessita de uma banda de 64 kbit/s
(8.000 amostras x 8 bits).
Esta forma de digitalização do sinal de Voz atende a recomendação ITU-T G.711
- Pulse code modulation (PCM).
Nos sistemas de transmissão de Voz sobre IP, onde a demanda por banda é
crítica, torna-se necessário utilizar também algoritmos de compressão do sinal de
Voz. Esses algoritmos têm papel relevante pela economia de banda que
proporcionam.
O seu uso tem sido possível graças ao desenvolvimento dos processadores de
sinais
digitais
(DSP’s),
cuja
capacidade
de
processamento
tem
crescido
vertiginosamente.
Estas necessidades incentivaram o desenvolvimento de tecnologias mais
complexas para a digitalização e compressão de Voz, e que foram registradas
através de recomendações do ITU-T. Estas recomendações são apresentadas na
tabela 8, com algumas características relevantes (Teleco, 2008).
43
TABELA 8 – CODECS PARA COMPRESSÃO DE VOZ
FONTE: FILHO, 2008.
3.2.1 Codecs
Um dos componentes necessários para transmissão de voz numa rede de dados é o
Áudio CODEC (Codificador-Decodificador). Este componente é o responsável por
transformar a voz humana (um sinal analógico) em uma sequência de bits (um sinal
digital) para transmissão numa rede de dados, fazendo amostragens periódicas no
sinal de voz. Em equipamentos do tipo gateways VoIP, esses CODECs são
implementados através de um componente chamado DSP (Digital Signal Processor).
Como um microprocessador de uso geral, um DSP é um dispositivo programável,
com seu próprio conjunto de instruções nativas. O uso desses chips associados a
algoritmos de compressão permitiu a implementação de diversas tecnologias de
CODEC’s.
Cada CODEC provê certa qualidade de voz. A medida de qualidade da voz
transmitida é uma resposta subjetiva de um ouvinte. Uma medida comum usada
para determinar a qualidade do som produzido pelos CODECs específicos é o MOS
(Mean Opinion Score). Com o uso do MOS, um amplo range de ouvintes julgam a
qualidade de uma amostra de voz (correspondendo a um CODEC particular) numa
escala de 1 a 5. A partir desses resultados, é calculada a média dos scores para
atribuir o MOS para aquela amostra (Teleco, 2005).
44
TABELA 9 – SCORES MOS DE ALGUNS CODECS
FONTE: OLIVEIRA, 2005.
TABELA 10 – DESCRIÇÃO DOS SCORES MOS
FONTE: OLIVEIRA, 2005.
3.3 REQUISITOS PARA TELEFONIA IP
O objetivo da telefonia em redes IP é prover uma forma alternativa aos sistemas
tradicionais, mantendo, no mínimo, as mesmas funcionalidades e qualidade similar,
e aproveitando a sinergia da rede para o transporte de voz e dados.
Os principais requisitos para a Telefonia sobre redes IP de modo a permitir uma
comunicação inteligível, interativa e sem falhas são:
Transmissão de Voz em tempo real com tempo de latência (atraso) menor
que 300 ms;
45
Existência de Procedimentos de Sinalização para o estabelecimento e
controle de chamadas, e para o fornecimento de serviços adicionais
(conferência, chamada em espera, identificador de chamadas, etc.);
Existência de Interfaces com os sistemas públicos de telefonia comutada e
móvel (Teleco, 2008).
3.4 ARQUITETURA DE REDE
O transporte de Voz sobre o protocolo IP levou ao desenvolvimento de um
conjunto de novos protocolos para viabilizar a comunicação com as mesmas
características das redes tradicionais.
Nas redes IP os pacotes de dados com informação de Voz são enviados de forma
independente, procurando o melhor caminho para chegar ao seu destino, de forma a
usar com maior eficiência os recursos da rede.
Os pacotes de dados associados a uma única origem de comunicação de Voz
podem, portanto, seguir caminhos diferentes até o seu destino, ocasionando atrasos,
alteração de sequência e mesmo perda desses pacotes.
A tecnologia desenvolvida para a comunicação VoIP, implementada através dos
novos protocolos, assegura a reordenação dos pacotes de dados e a reconstituição
do sinal original, compensando o eco decorrente do atraso fim-a-fim dos pacotes de
dados, o jitter e a perda de pacotes.
Estes novos protocolos funcionam como aplicações específicas sobre o protocolo
IP para prover comunicação em tempo real e sinalização de chamadas para as
aplicações de Voz. Esses protocolos são executados por máquinas existentes nas
redes
IP
(roteadores,
switches)
e
por
novos
elementos
funcionais
que
complementam a arquitetura dos sistemas de Telefonia IP.
Enquanto na telefonia tradicional, a rede é hierárquica, ou seja, é baseada em
grandes centrais telefônicas interligadas de forma hierárquica e que detém a
inteligência da rede. Além disso, os terminais são desprovidos de inteligência e o
seu endereçamento depende da geografia da área de abrangência da rede.
Na telefonia IP, a rede é plana, não hierárquica, especializada no roteamento e
transporte de pacotes de dados, e pode oferecer vários tipos de serviços. Os
terminais são inteligentes, seu endereçamento independe de sua localização
geográfica, e o processamento e a realização das chamadas ocorrem em vários
46
equipamentos que podem estar localizados em qualquer parte da rede(Teleco,
2008).
FIGURA 21 – ARQUITETURA TIPICA DE REDE PARA TELEFONIA IP
FONTE: FILHO, 2008.
3.4.1 Rede IP
É a rede de dados que utiliza os protocolos TCP/IP e UDP/IP. Sua função básica
é transportar e rotear os pacotes de dados entre os diversos elementos conectados
a rede. Conforme o seu porte, pode ter um ou mais segmentos de rede (Teleco,
2008).
3.4.2 Sistema de Telefonia Fixa Comutada (STFC)
É o sistema público convencional de comunicação de Voz, que interliga empresas
e residências em âmbito nacional e internacional. O sistema de telefonia móvel atual
também pode ser considerado convencional, para os serviços de comunicação de
Voz (Teleco, 2008).
47
3.4.3 Pabx
É o equipamento de uso corporativo empregado para executar os serviços
privados de Voz nas empresas. Geralmente são sistemas digitais, e se interligam ao
STFC (ou aos sistemas de telefonia móvel) para realizar as comunicações externas
(Teleco, 2008).
3.4.4 Terminal Telefônico Convencional (Tel)
É o telefone convencional usado em residências e empresas. Em alguns sistemas
digitais mais modernos (públicos ou privados), os telefones também são digitais,
para permitir um maior número de funcionalidades adicionais à comunicação de Voz
convencional (Teleco, 2008).
3.4.5 Terminal Telefônico IP (Tel IP)
É o telefone preparado para a comunicação de Voz em redes IP. Tem todas as
funcionalidades e protocolos necessários instalados para suportar comunicação
bidirecional de Voz em tempo real e a sinalização de chamadas. As funcionalidades
adicionais integradas dependem da finalidade e do custo do terminal (Teleco, 2008).
3.4.6 Terminal Multimídia (TM)
São computadores preparados para a comunicação de Voz em redes IP. Assim
como o Tel IP, eles têm todas as funcionalidades e protocolos necessários
instalados para suportar comunicação bidirecional de Voz em tempo real e a
sinalização de chamadas (Teleco, 2008).
3.4.7 Gateway (GW)
É o equipamento responsável pela interoperabilidade entre a rede IP e o STFC
(e/ou sistemas de telefonia móvel). Ele executa a conversão de mídia em tempo real
(Voz analógica x Voz digital comprimida) e a conversão de sinalização para as
48
chamadas telefônicas. Para simplificar o GW, o controle efetivo das chamadas em
andamento é executado pelo Gateway Controller.
Em sistemas de maior porte as funcionalidades de mídia e sinalização podem ser
separadas em equipamentos distintos, chamados de Media Gateway (MGW) e
Signalling Gateway (SGW). (Teleco, 2008).
3.4.8 Gateway Controller (GC)
É o equipamento responsável pelo controle das chamadas em andamento
realizadas pelos GW. Também chamado de Call Agent, o GC utiliza e gera as
informações de sinalização e comanda os GW para iniciar, acompanhar e terminar
uma chamada entre 2 terminais distintos.
Em sistemas de maior porte as funcionalidades de controle de mídia e sinalização
podem ser separadas em equipamentos distintos, chamados de Media Gateway
Controller (MGC) e Signalling Gateway Controller (SGC). (Teleco, 2008).
3.4.9 Multipoint Control Unit (MCU)
É o equipamento responsável pelos serviços de conferência entre 3 ou mais
terminais. É composto por um Controlador Multiponto (MC - multipoint controller),
responsável pela sinalização das chamadas, e por um Processador Multiponto (MP multipoint processor), responsável pelo processamento dos pacotes de dados dos
sinais de Voz dos terminais envolvidos na conferência (Teleco, 2008).
3.4.10 Gatekeeper (GK)
É o equipamento responsável pelo gerenciamento de um conjunto de
equipamentos dedicados a telefonia IP, quais sejam: Tel IP, TM, GW, GC e MCU.
Suas principais funções são: executar a tradução de endereçamento dos diversos
equipamentos, controlar o acesso dos equipamentos à rede dentro de sua Zona, e
controlar a banda utilizada.
Outras funcionalidades opcionais podem ser adicionadas, entre elas: autorização
de chamadas, localização de GW, gerenciamento de banda, serviços de agenda
telefônica (lista) e serviços de gerenciamento de chamadas.
49
Na figura 11, cada GK é responsável por um conjunto de terminais. A
comunicação entre 2 GK’s distintos normalmente é feita durante a realização de
chamadas de longa distância, através de protocolos específicos para esse fim, onde
são trocadas informações relativas aos terminais de cada área de atuação dos GK’s
(Teleco, 2008).
3.4.11 Zona
Zona é um conjunto de terminais, GW’s e MCU’s gerenciados por um único GK.
Uma zona deve ter pelo menos 1 terminal, e pode ou não conter GW’s ou MCU’s.
Entretanto, uma zona tem apenas 1 GK. Fisicamente a Zona pode ser composta por
um ou mais segmentos de rede interligados através de roteadores ou outros
equipamentos semelhantes.
Comparada com os sistemas telefônicos convencionais, uma Zona corresponde a
uma área com um determinado código de localidade, ou seja, uma cidade ou um
conjunto de cidades conforme o tamanho e número de terminais (Teleco, 2008).
3.5 PROTOCOLOS
A telefonia IP utiliza os protocolos TCP/UDP/IP da rede como infraestrutura para os
seus protocolos de aplicação que participam dos processos descritos. A figura 22
apresenta a estrutura em camadas dos principais protocolos (Teleco, 2008).
50
FIGURA 22 – PRINCIPAIS PROTOCOLOS VOIP
FONTE: FILHO, 2008.
3.5.1 Protocolo IP
O IP é um protocolo de endereçamento, um protocolo de rede. Suas principais
funções são endereçamento e roteamento, ou de uma maneira mais simples,
fornecer uma maneira para identificar unicamente cada máquina da rede (endereço
IP) e uma maneira de encontrar um caminho entre a origem e o destino
(Roteamento). Mas ele não funciona sozinho, ele precisa de outro protocolo para
transportar os dados, ai entram o TCP e o UDP (Batistti 2009).
3.5.2 Tcp/ip
O Transmission Control Protocol (TCP) é, sem dúvidas, um dos mais importantes
protocolos da família TCP/IP. É um padrão definido na RFC 793, "Transmission
Control Protocol (TCP)", que fornece um serviço de entrega de pacotes confiável e
orientado por conexão. Ser orientado por conexão, significa que todos os aplicativos
baseados em TCP como protocolo de transporte, antes de iniciar a troca de dados,
precisam estabelecer uma conexão. Na conexão são fornecidas, normalmente,
informações de logon, as quais identificam o usuário que está tentando estabelecer
a conexão. Após a identificação e autenticação, será estabelecida uma sessão entre
o cliente e o servidor (Batistti 2009).
51
Características do TCP:
Garante a entrega de datagramas IP: Esta talvez seja a principal função do
TCP, ou seja, garantir que os pacotes sejam entregues sem alterações, sem
terem sido corrompidos e na ordem correta. O TCP tem uma série de
mecanismos para garantir esta entrega.
Executa a segmentação e reagrupamento de grandes blocos de dados
enviados pelos programas e Garante o sequenciamento adequado e entrega
ordenada de dados segmentados: Esta característica refere-se a função de
dividir grandes arquivos em pacotes menores e transmitir cada pacote
separadamente. Os pacotes podem ser enviados por caminhos diferentes e
chegar fora de ordem. O TCP tem mecanismos para garantir que, no destino,
os pacotes sejam ordenados corretamente, antes de serem entregues ao
programa de destino.
Verifica a integridade dos dados transmitidos usando cálculos de soma de
verificação: O TCP faz verificações para garantir que os dados não foram
alterados ou corrompidos durante o transporte entre a origem e o destino.
Envia mensagens positivas dependendo do recebimento bem-sucedido dos
dados. Ao usar confirmações seletivas, também são enviadas confirmações
negativas para os dados que não foram recebidos: No destino, o TCP recebe
os pacotes, verifica se estão OK e, em caso afirmativo, envia uma mensagem
para a origem, confirmando cada pacote que foi recebido corretamente. Caso
um pacote não tenha sido recebido ou tenha sido recebido com problemas, o
TCP envia uma mensagem ao computador de origem, solicitando uma
retransmissão do pacote. Com esse mecanismo, apenas pacotes com
problemas terão que ser reenviados, o que reduz o tráfego na rede e agiliza o
envio dos pacotes.
Oferece um método preferencial de transporte de programas que devem usar
transmissão confiável de dados baseada em sessões, como bancos de dados
cliente/servidor e programas de correio eletrônico: Ou seja, o TCP é muito
mais confiável do que o UDP, e é indicado para programas e serviços que
dependam de uma entrega confiável de dados (Batistti 2009).
52
O TCP baseia-se na comunicação ponto a ponto entre dois hosts de rede. Ele
recebe os dados de programas e processa esses dados como um fluxo de bytes. Os
bytes são agrupados em segmentos que o TCP numera e sequência para entrega.
Estes segmentos são mais conhecidos como “Pacotes”.
Antes que dois hosts TCP possam trocar dados, devem primeiro estabelecer uma
sessão entre si. Uma sessão TCP é inicializada através de um processo conhecido
como um “tree-way handshake” (Aperto de Mão Triplo). Esse processo sincroniza os
números de sequência e oferece informações de controle necessárias para
estabelecer uma conexão virtual entre os dois hosts.
De uma maneira simplificada, no processo de tree-way handshake, o computador
de origem solicita o estabelecimento de uma sessão com o computador de destino:
Por exemplo, você utiliza um programa de FTP (origem) para estabelecer uma
sessão com um servidor de FTP (destino).
O computador de destino recebe a requisição, verifica as credenciais enviadas
(tais como as informações de logon e senha) e envia de volta para o cliente,
informações que serão utilizadas pelo cliente, para estabelecer efetivamente a
sessão. As informações enviadas nesta etapa são importantes, pois é através
destas informações que o servidor irá identificar o cliente e liberar ou não o acesso.
O computador de origem recebe as informações de confirmação enviadas pelo
servidor e envia estas confirmações de volta ao servidor. O servidor recebe as
informações, verifica que elas estão corretas e estabelece a sessão. A partir deste
momento, origem e destino estão autenticados e aptos a trocar informações usando
o protocolo TCP. Se por algum motivo, as informações enviadas pela origem não
estiverem corretas, a sessão não será estabelecida e uma mensagem de erro será
enviada de volta ao computador de origem.
Depois de concluído o tree-way handshake inicial, os segmentos são enviados e
confirmados de forma sequencial entre os hosts remetente e destinatário. Um
processo de handshake semelhante é usado pelo TCP antes de fechar a conexão
para verificar se os dois hosts acabaram de enviar e receber todos os dados.
O cabeçalho TCP é muito maior e tem muitos mais campos que o cabeçalho UDP,
conforme apresentados nas figuras 23 e 24 (Batistti 2009).
53
FIGURA 23 – CABEÇALHO TCP/IP
FONTE: http://maugicocenter.blogspot.com.br/2010_02_26_archive.html
3.5.3 Udp/ip
O User Datagram Protocol (UDP) é um padrão TCP/IP e está definido pela RFC
768, "User Datagram Protocol (UDP)." O UDP é usado por alguns programas em vez
de TCP para o transporte rápido de dados entre hosts TCP/IP. Porém o UDP não
fornece garantia de entrega e nem verificação de dados. De uma maneira simples,
dizemos que o protocolo UDP manda os dados para o destino; se vai chegar ou se
vai chegar corretamente, sem erros, só Deus sabe. Pode parecer estranho esta
característica do UDP, porém em determinadas situações, o fato de o UDP ser muito
mais rápido do que o TCP (por não fazer verificações e por não estabelecer
sessões), o uso do UDP é recomendado.
O protocolo UDP fornece um serviço de pacotes sem conexão que oferece
entrega com base no melhor esforço, ou seja, UDP não garante a entrega ou verifica
o sequenciamento para qualquer pacote. Um host de origem que precise de
comunicação confiável deve usar TCP ou um programa que ofereça seus próprios
serviços de sequenciamento e confirmação (Batistti 2009).
Características UDP:
Serviço sem conexão, nenhuma sessão é estabelecida entre os hosts;
UDP não garante ou confirma a entrega ou sequência os dados;
Os programas que usam UDP são responsáveis por oferecer a confiabilidade
necessária ao transporte de dados;
54
UDP é rápido, necessita de baixa sobrecarga e pode oferecer suporte à
comunicação ponto a ponto e ponto a vários pontos (Batistti 2009).
FIGURA 24 – CABEÇALHO UDP
FONTE: http://maugicocenter.blogspot.com.br/2010_02_26_archive.html
3.5.4 H323 Packet Based Multimedia Communications Systems
O padrão H.323 é um conjunto de protocolos verticalizados 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.
Os padrões utilizados do conjunto H.323 e suas aplicações para os sistemas de
Telefonia IP são descritos a seguir (Teleco, 2008).
3.5.5 H255.0 Call Signalling Protocols and Media Stream Packetization for Packetbased Multimedia Communication Systems
Esta recomendação estabelece padrões para sinalização e empacotamento de
mídia (Voz) para chamadas em sistemas baseados em redes de pacotes. Suas
principais aplicações são:
Sinalização de chamadas: define um conjunto de mensagens que usa o
formato da recomendação Q.931 sobre os pacotes TCP da rede IP, com a
finalidade de estabelecer e finalizar chamadas. Estas mensagens são
55
trocadas entre os equipamentos envolvidos na chamada: terminais, GC e
MCU’s.
Controle de equipamentos na rede (Zona): define um conjunto de mensagens
para a funcionalidade RAS, responsável pelo registro, admissão e status dos
equipamentos na rede. As mensagens são trocadas entre o GK e os
terminais, GW, GC e MCU’s para o controle de uma determinada Zona. Estas
mensagens usam como suporte os pacotes UDP da rede IP.
Comunicação entre Gatekeepers: define um conjunto de mensagens para a
sinalização gatekeeper-gatekeeper, que estabelece o processo de sinalização
e controle para chamadas entre Zonas distintas.
Transporte de mídia (Voz): esta recomendação baseia-se no uso dos
protocolos RTP e RTCP como padrão para o transporte de mídia (Teleco,
2008).
3.5.6 H.245 Control Protocol for Multimedia Communication
Esta recomendação estabelece padrões para a comunicação entre terminais,
para o processo de controle do transporte de Voz (transport control). Estas
mensagens usam como suporte os pacotes TCP da rede IP, e são trocadas entre os
terminais, GW e MCU’s envolvidos em chamadas do tipo ponto-a-ponto e pontomultiponto (Teleco, 2008).
3.5.7 H.235 Security and Encryption for H-Series (H.323 and other H.245-based)
Multimedia Terminals
Esta recomendação estabelece padrões adicionais de Autenticação e Segurança
(Criptografia) para terminais que usam o protocolo H.245 para comunicação ponto-aponto e multiponto (Teleco, 2008).
3.5.8 H.450.X Generic Functional Protocol for the Support of Supplementary
Services
Conjunto de recomendações que estabelece padrões de sinalização para serviços
adicionais para terminais, tais como transferência e redirecionamento de chamadas,
56
atendimento simultâneo, chamada em espera, identificação de chamadas, entre
outros.
Estas mensagens usam como suporte os pacotes TCP da rede IP, e são trocadas
entre os terminais, GW e MCU’s envolvidos em chamadas do tipo ponto-a-ponto e
ponto-multiponto que possuam as funcionalidades dos serviços adicionais (Teleco,
2008).
3.5.9 Session Initiation Protocol (SIP)
O protocolo SIP, definido através da recomendação RFC 2543 do IETF,
estabelece o padrão de sinalização e controle para chamadas entre terminais que
não utilizam o padrão H.323, e possui os seus próprios mecanismos de segurança e
confiabilidade.
Estabelece recomendações para serviços adicionais tais como transferência e
redirecionamento de chamadas, identificação de chamadas (chamado e chamador),
autenticação de chamadas (chamado e chamador), conferência, entre outros.
Sua utilização é similar ao conjunto H.323 descrito, embora utilize como suporte
para as suas mensagens os pacotes UDP da rede IP (Teleco, 2008).
3.5.10 Media Gateway Control Protocol (MGCP)
O protocolo MGCP, definido através de recomendação RFC 2705 do IETF, é
usado para controlar as conexões (chamadas) nos GW’s presentes nos sistemas
VoIP. O MGCP implementa uma interface de controle usando um conjunto de
transações do tipo comando – resposta que criam, controlam e auditam as conexões
(chamadas) nos GW’s. Estas mensagens usam como suporte os pacotes UDP da
rede IP, e são trocadas entre os GC’s e GW’s para o estabelecimento,
acompanhamento e finalização de chamadas (Teleco, 2008).
3.5.11 Media Gateway Control Protocol (MEGACO)
O protocolo MEGACO é resultado de um esforço conjunto do IETF e do ITU-T, o
texto da definição do protocolo e o mesmo para o Draft IETF e a recomendação
H.248, e representa uma alternativa ao MGCP e outros protocolos similares.
57
Este protocolo foi concebido para ser utilizado para controlar GW’s monolíticos
(um único equipamento) ou distribuídos (vários equipamentos). Sua plataforma
aplica-se a gateway (GW), controlador multiponto (MCU) e unidade interativa de
resposta audível (IVR). Possui também interface de sinalização para diversos
sistemas de telefonia, tanto fixa como móvel (Teleco, 2008).
3.5.12 Real-Time Transport Protocol (RTP)
O protocolo RTP, definido através da recomendação RFC 1889 do IETF, é o
principal protocolo utilizado pelos terminais, em conjunto com o RTCP, para o
transporte fim-a-fim em tempo real de pacotes de mídia (Voz) através de redes de
pacotes. Pode fornecer serviços multicast (transmissão um para muitos) ou unicast
(transmissão um para um).
O RTP não reserva recursos de rede e nem garante qualidade de serviço para
tempo real. O transporte dos dados é incrementado através do RTCP (protocolo de
controle) que monitora a entrega dos dados e provê funções mínimas de controle e
identificação. No caso das redes IP este protocolo faz uso dos pacotes UDP, que
estabelecem comunicações sem conexão (Teleco, 2008).
3.5.13 Real-Time Transport Control Protocol (RTCP)
O protocolo RTCP, definido também através da recomendação RFC 1889 do
IETF, é baseado no envio periódico de pacotes de controle a todos os participantes
da conexão (chamada), usando o mesmo mecanismo de distribuição dos pacotes de
mídia (Voz). Desta forma, com um controle mínimo é feita a transmissão de dados
em tempo real usando o suporte dos pacotes UDP (para Voz e controle) da rede IP
(Teleco, 2008).
3.6 ANALISE COMPARATIVA ENTRE H323 E SIP
O H.323 (ITU-T) e SIP (IETF) são os protocolos de sinalização para comunicação
multimídia mais utilizados do mercado atualmente. Cada um dos protocolos possui
origens bem distintas. Enquanto o H.323 foi criado pelo ITU-T, entidade que
58
padroniza tudo relacionado a telecomunicações, o SIP surgiu dos estudos do IETF,
organização direcionada a pesquisa e desenvolvimento da Internet.
O H.323 surgiu como um protocolo para comunicações multimídia em ambiente
LAN sem garantia de qualidade de serviço (QoS). Com o passar do tempo, as
pesquisas em torno do protocolo passaram a abordar métodos mais complexos,
inerentes a telefonia de Internet.
Este protocolo herda características de sinalização do protocolo Q.931 ISDN,
encontrada nas redes de circuito comutado. O SIP foi desenvolvido pelo grupo de
trabalho MMUSIC do IETF e possui uma visão diferente do ITU-T, direcionada ao
ambiente da Internet.
Muitos dos campos de cabeçalho, regras de codificação, códigos de erro e
mecanismos de autenticação são oriundos do HTTP. O SIP têm o objetivo de prover
serviços equivalentes ao H.323, mas com uma abordagem mais simplificada,
baseada em serviços da web. É importante ressaltar que as diferenças entre os dois
protocolos não influenciam no QoS para telefonia de Internet, visto que o protocolo
que é responsável pelo transporte da mídia é o RTP em ambos os casos
(Watanabe, 2008).
3.6.1 Complexidade de implantação
Não há dúvidas na maior complexidade do protocolo H.323 em relação ao SIP. A
herança das redes de circuito comutado faz com que a pilha de protocolos sob o
H.323 seja extensa. O SIP é mais simples, ao se espelhar em métodos oriundos do
HTTP. O H.323 define algumas centenas de elementos enquanto o SIP possui
apenas algumas dezenas de cabeçalhos, cada um com menos parâmetros, porém
contendo mais informação. Uma simples interação SIP funciona com apenas quatro
cabeçalhos (To, From, Call-ID e CSeq) e três tipos de requisição (INVITE, ACK e
BYE).O H.323 utiliza representação binária em suas mensagens, baseado no ASN.1
e PER (packed encoding rules). O SIP utiliza-se de texto puro em suas mensagens,
similar ao HTTP. Apesar das diferenças, ambos os protocolos utilizam UDP e TCP
para transporte das mensagens de sinalização.
A interação de inúmeros protocolos torna o H.323 complexo. O encaminhamento
de chamada requer a interação dos protocolos H.450, H.225.0 e H.245. Problemas
de tradução sobre firewalls foram uma constante nas primeiras versões do H.323,
59
pois estas entidades precisavam agir como proxies em nível de aplicação,
analisando a mensagem por completo para chegar aos campos desejados. Na
última versão do H.323 (versão 6), foram publicadas duas recomendações que
normatizam os procedimentos de firewall/NAT transversal, devido a demanda de
telefonia direcionada ao funcionamento em ambiente de Internet. No H.323 a
operação é stateful, enquanto no SIP os elementos trabalham tanto em forma
stateless ou stateful, dependendo da operação (Watanabe, 2008).
3.6.2 Extensibilidade de Modularidade
A definição comumente conhecida por extensibilidade é a capacidade de se
promover expansões e melhorias em um sistema qualquer, com mínimos impactos
para isso. E este é um parâmetro de análise importante quando se comparam dois
protocolos de sinalização de voz sobre IP, pois a extensibilidade influencia
comercialmente e tecnicamente a escolha do protocolo a ser utilizado.
O SIP não define explicitamente os requisitos de compatibilidade entre versões, o
que resulta em redução do tamanho do código e menos complexidade. No entanto
pode ter o efeito adverso de novas versões não suportarem recursos de versões
anteriores. O H.323 por outro lado requer compatibilidade total de versões anteriores
com as novas versões, o que resulta em um código extenso para implementação.
A adição e evolução de recursos e serviços são consideradas mais flexíveis no SIP
do que no H.323. O SIP possui mecanismos de extensibilidade embutidos no código,
é baseado em texto e a maior parte de sua estrutura é modular. O H.323 é um tanto
complexo para definição de novos recursos e serviços, requerendo o código de
fabricantes para serem especificados.
A modularidade do SIP é notória quando analisamos a forma como outros protocolos
podem ser utilizados com o SIP, não necessitando de maiores modificações no
núcleo funcional do SIP. A interação de diversos protocolos sob o H.323 acaba
tornando-o mais fechado e menos maleável para interações com outros protocolos.
Uma vantagem do H.323 é a utilização de codecs, que necessitam ser registrados
junto ao IANA (no caso do SIP) antes de qualquer implementação. No H.323 não
existe este tipo de requisito (Watanabe, 2008).
60
3.6.3 Serviços
Os serviços suportados por ambos os protocolos são equivalentes, embora
implementados de formas diferentes. O H.323 padroniza os serviços através da
recomendação ITU-T H.450 enquanto o SIP não define explicitamente em sua RFC
principal, apenas em white papers e outras RFC informativas. O tempo para
aquisição de serviços também é equivalente nos dois protocolos, quando utilizando
UDP. A diferença é que o H.323 estabelece uma conexão de backup via TCP
paralelamente ao UDP, enquanto o SIP o faz sequencialmente, após falha do UDP
(Watanabe, 2008).
3.6.4 Segurança
A necessidade de perfis de segurança no H.323 foi primeiramente suprida em
novembro de 2000, quando o ITU-T divulgou a recomendação H.235 versão 2, que
provia diferentes níveis de segurança, não definidos no H.323 em si. A mais nova e
importante adição à esta série foi o suporte a SRTP (Secure Real Time Transport
Protocol). O SIP suporta autenticação de chamador e chamado por meio de
mecanismos HTTP. A autenticação de segurança criptografada é suportada salto a
salto por meio de SSL/TSL, embora o SIP possa utilizar qualquer mecanismo de
segurança da camada de transporte ou similar HTTP, como SSH ou S-HTTP. O SIP
também define autenticação fim a fim e criptografia utilizando-se de PGP ou S/MIME
(Watanabe, 2008).
3.7 SEGURANÇA VOIP
Assim como uma rede de computadores necessita de mecanismos de segurança
para se proteger das ameaças provenientes de diversas fontes, a tecnologia VoIP
também pode sofrer com essas ameaças e necessitar dessa mesma segurança.
Devido as vulnerabilidades, ameaças e ataques que uma rede IP e
consequentemente um serviço de VoIP possa sofrer, é necessária a implementação
de métodos de segurança para preservar o pleno funcionamento da comunicação
das chamadas telefônicas na rede. Dentre esses métodos encontram-se:
61
VLAN: com a utilização de uma VLAN, ocorre a segmentação lógica da rede
dividindo o tráfego de voz do tráfego de dados, minimizando o efeito de
ataques de negação de serviço. Outro detalhe é sobre o uso de softphones
no computador, os softphones usam a mesma interface de rede para dados e
voz, anulando a aplicação de VLAN, nesse caso é necessária que haja uma
segunda interface de rede configurada para o uso do softphone;
Virtual Private Network (VPN): permite o uso de uma rede pública, como a
Internet, para a conexão de redes privadas com um alto grau de privacidade
para os dados por meio de criptografia. Assim uma comunicação VoIP
utilizando-se do recurso de VPN, faz com que a ligação telefônica ocorra de
modo seguro, mesmo trafegando pela Internet;
Firewall: o equipamento com firewall implementado, visa bloquear todo
tráfego proveniente de fora da rede de acordo com as políticas e regras de
acessos definidas. Esse bloqueio é realizado pela técnica do filtro de pacotes,
que analisa as informações contidas nos pacotes IP que transportam dados
de voz, para identificar se eles são legítimos ou não;
Intrusion Detection System (IDS) e Intrusion Prevention System (IPS): esses
sistemas detectam pacotes maliciosos mesmo depois de terem passado pelo
firewall. O IDS analisa o comportamento da rede, buscando indícios de
anomalias do funcionamento, gerando alarmes e eventos ao administrador de
rede. Já o IPS é proativo, tratando os alertas e realizando ações de bloqueio;
Autenticação SIP: fornece segurança no processo da requisição da sessão
SIP (mensagens INVITE) e no registro dos terminais (mensagens
REGISTER). A autenticação consiste em mensagens de desafio, onde a
requisição e o registro não são realizados de imediato, mas com a solicitação
de novas mensagens INVITE e REGISTER com MD5 digest, para que o
terminal seja devidamente autenticado;
IP Security (IPSec): é a extensão do protocolo IP com mecanismos de
segurança no tráfego de seus pacotes. O IPSec pode operar de duas
maneiras: modo transporte, onde somente a carga útil do pacote (dados de
sinalização ou voz) são protegidos, ou modo túnel, em que o pacote todo é
protegido por criptografia;
Transpot Layer Security (TLS): esse protocolo pode criptografar mensagens
de sinalização dos protocolos VoIP, como uma URL SIP, que recebendo o
62
mecanismo do TLS passa a ser “sips:”. Mas o TLS não é apropriado para a
segurança de mensagens que utilizam o UDP na camada de transporte. Para
o tráfego de mídia, é necessário o uso do DTLS.
Datagram Transport Layer Security (DTLS): esse protocolo atende as
limitações do TLS relacionadas ao protocolo UDP. Ele é similar em muitos
aspectos ao TLS, porém tem como diferenciais o tratamento de perda de
pacotes com base num temporizador para retransmissão, e inclui cookies nas
respostas do servidor, verificando se as requisições recebidas são de um
cliente legítimo ou não (Teleco, 2011).
Algumas das soluções apresentadas acima são aplicadas diretamente para o
serviço VoIP que se utiliza do protocolo SIP para o seu funcionamento, mas há
também mecanismos de segurança que são feitos na utilização da pilha de
protocolos H.323.
A recomendação H.323 define como padrão o protocolo H.325 para segurança. O
H.325 presta suporte a serviços de autenticação e integridade, envolvendo
criptografias e algoritmos de chaves simétricas, além do uso também de TLS e
IPSec.
Os protocolos RTP e RTCP que são responsáveis pela transmissão de mídia em
tempo real na VoIP, também tem suas variantes para fornecer segurança: SRTP e
SRTCP.
O Secure Realtime Transport Protocol (SRTP) garante a criptografia da carga útil
dos pacotes transmitidos. Antes que seja enviado qualquer fluxo de mídia, há uma
negociação de chaves criptográficas em ambas as partes envolvidas na
comunicação. E o Secure Realtime Transport Control Protocol (SRTCP) também
fornece criptografia para o controle da entrega dos dados.
A implementação da segurança traz uma maior complexidade para o uso da
tecnologia VoIP, porém é de extrema importância que haja esta implementação.
Algumas
das
soluções
apresentadas
já
estão
presentes
numa
rede
de
computadores IP, (pelo menos se pressupõe isso, já que uma rede vulnerável fica
impossibilitada de prover qualquer serviço esperado). Portanto, ao implantar VoIP,
os mecanismos de segurança serão complementados, e normalmente não
implementados de maneira inicial.
63
Como pode ser observado, a tecnologia VoIP pode ser prover de soluções de
segurança, qualidade de serviço, aplicações e protocolos padronizados para
utilização (Teleco, 2011).
3.8 VANTAGENS E DESVANTAGENS VOIP
Vantagens
A redução de custos é o fator preponderante dentre os benefícios do VoIP, mas
existem outros fatores importantes:
Amplia as opções de comunicação de voz da empresa, fora da capacidade já
existente em PABX's;
Possibilidade de integrar nas estações de trabalho, voz e dados, tornando a
infraestrutura de comunicação convergente. Desta forma, compartilha-se
equipamentos e recursos humanos para diferentes tarefas;
Redução nos custos de ligações internacionais, interurbanas e intra-empresa,
pois possibilita comunicação a custo zero quando feitas totalmente por meio
do VoIP;
Permitir um melhor gerenciamento online das informações estratégicas de
custeio e de despesas.
Desvantagens
Atraso: é um tipo de problema que ocorre devido ao tempo despendido para a
chegada de um pacote que pode gerar eco. Ou também a sobreposição de
sinal, uma espécie de linha cruzada. Além dos problemas da rede, existem
outras fontes de atraso, como a digitalização e codificação da voz.
Variação do atraso: a variação do atraso ocorre devido às próprias
características da rede IP que pode entregar uma sequência de pacotes com
diferentes atrasos.
Perda de pacotes: as redes IP não podem assegurar que todos os pacotes
serão entregues, muito menos na ordem correta de envio. Alguns pacotes
podem ser perdidos durantes as transmissões quando a rede estiver
congestionada. A tecnologia VoIP possui maneiras de minimizar esse
64
problema, porém, perdas de pacote maiores que 10% geralmente não são
toleradas.
O sistema é dependente de energia elétrica para funcionar. Desta forma
constitui-se uma desvantagem frente à telefonia convencional, que funciona
normalmente em caso de problemas elétricos.
O sistema na maioria dos casos, não disponibiliza a ligação para números de
emergência, como 190, 193, dentre outros.
Para ligações locais externas, o custo não é viável na opção de alguns
serviços já existentes.
65
4 CONCLUSÃO
Através dos resultados das pesquisas para elaboração deste estudo, conclui-se
que com o conhecimento das tecnologias disponíveis para telefonia hoje, é possível
extrair o melhor de cada uma delas. Enquanto o VoIP ainda não está 100% nos
quesitos qualidade de disponibilidade, um sistema hibrido se torna a melhor solução.
Devido ao VoIP precisar de mais equipamentos e recursos de rede, a telefonia TDM
ainda se torna atrativa aos usuários, mesmo com seu custo maior, sua qualidade e
disponibilidade ainda faz com que sobrevida.
Foi notado que enquanto o VoIP tiver as deficiências apresentadas no trabalho, o
mundo TDM ainda vai resistir por muito tempo.
Ficou claro que as variações para implantação do VoIP são grandes, deve ser
analisado quais protocolos e codecs trabalharão melhor na rede, e a importância de
um QoS para que não ocorram chamadas de baixa qualidade. Deve ser feito um
estudo antes da implantação do VoIP na rede, pois de nada adianta reduzir os
custos se os usuários vão reclamar constantemente das falhas apresentadas no
serviço, falhas que quase não ocorrem no sistema tradicional.
66
REFERÊNCIAS
PINHEIRO, José M. S. Rede Telefônica Comutada. 2005. Disponível em: <
http://www.projetoderedes.com.br/tutoriais/tutorial_rede_telefonica_comutada_01.ph
p > Acesso em 15 jun. 2015.
TUDE,
Eduardo.
Telefonia
Fixa
no
Brasil.
2014.
Disponível
em:
<
http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialstfc/pagina_1.asp > Acesso em 15 jun.
2015.
CAMPOS, Alessandro S. Telefonia Digital: A Convergência de Voz em Dados. 2007.
Disponível em: < http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialconvdados/pagina_1.asp >
Acesso em 15 jun. 2015.
WIKIPIDIA.ORG. E1. 2014. Disponível em: < https://pt.wikipedia.org/wiki/E1 >
Acesso em 17 jun. 2015.
FILHO,
Huber
B.
Telefonia
IP.
2008.
Disponível
em:
<
http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialtelip/pagina_1.asp > Acesso em 19 jun.
2015.
OLIVEIRA,
Sérgio
R.
F.
VoIP.
2005.
Disponível
em:
<
http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialcorpvoip2/pagina_1.asp > Acesso em 19
jun. 2015.
BATISTTI,
Julio.
Conceitos
TCP/IP
UDP/IP.
2009.
Disponível
em
<
http://juliobattisti.com.br/artigos/windows/tcpip_p11.asp > Acesso em 30 jun. 2015.
RIBEIRO, Glaucia S. Voz Sobre IP, A Convergência de Dados e Voz. 2011.
Disponível em < http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialvoipconv2/pagina_1.asp >
Acesso em 30 jun. 2015.
67
BARBARIOLE,
Luciana
Comunicação
nas
F.
Telefonia
Organizações.
IP:
Ferramenta
2011.
Administrativa
Disponível
e
em
de
<
http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialteliporg1/pagina_1.asp > Acesso em 30 jun.
2015.
BARROS, Douglas B. Estudo e Implementação dos Principais Protocolos de
Sinalização
Utilizados
em
Telefonia
Corporativa.
2013
Disponível
em
<
http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/2552/1/CT_GESER_III_2013_13.
pdf > Acesso em 03 jul. 2015.
WATANABE, Gerson T. Análise Comparativa dos Protocolos H323 e SIP. 2008.
Disponível em < http://pt.scribd.com/doc/22752596/ANALISE-COMPARATIVA-DOSPROTOCOLOS-H-323-E-SIP#scribd > Acesso em 07 jul. 2015.
LOURENÇO, R. B. Protocolos VoIP para Redes Convergentes. 2007. Disponível em:
< http://www.bdtd.ndc.uff.br/tde_busca/arquivo.php?codArquivo=2294 >. Acesso em:
07 jul. 2015.