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 Introdução a VoIP Caciano Machado <[email protected]>

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Introdução a VoIP

Caciano Machado <[email protected]>

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VoIP

Pesquisa objetiva nos EUA feita em 2005 sobre o que as pessoas achavam que era VoIP

Cerca de 20% acreditavam que VoIP era um automóvel europeu Cerca de 10% acreditavam que fosse um marca de Vodka Ao todo cerca de 87% das pessoas não sabiam o que era VoIP.

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VoIP

VoIP não é um produto VoIP não é um software VoIP não é uma empresa VoIP não é um automóvel, e muito menos uma marca de Vodka

VoIP é o processo de transmissãode voz em tempo real através de redes

de pacotes IP (Internet Protocol)

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Rede de Telefonia Fixa Comutada

Década Tecnologias1850 Telégrafos conectados ponto a ponto, fio aéreo único, loop fechado pelo terra1890 Telefones conectados ponto a ponto, fio aéreo único, loop fechado pelo terra

1900

1920 Multiplexação FDM (Analógica)1950 Multiplexação TDM (Digital)

1960

1980 Multiplexação SDH/SONET (Fibra Ótica)1990 Multiplexação WDM (Fibra Ótica)2000 Multiplexação DWDM, ODT (Fibra Ótica)

Loop local com par de fios isoladosTelefones conectados por estações de comutaçãoComutação “no braço” através de jumpersUtilização do dispositivo de Strowger para comutação automática das chamadas

Multiplexação PDH (Fibra Ótica)TelStar (Satélite Artificial)

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Rede de Telefonia Fixa Comutada

 

Voz 

Dados 

Volume de Tráfego 

1996        1997              1998   1999          2000                2001 

300  250  200  150  100  50 

Voice centric  Data centric 

• Em 2002 o tráfego de dados na rede de telefonia fixa era 10 vezes maior que o tráfego de voz e continua crescendo exponencialmente.•Tarifação sobre voz é maior que a tarifação sobre dados.

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Rede de Telefonia Móvel

Geração Recursos Tecnologias1G Voz Analógica Sistemas push­to­talk, IMTS, AMPS2G Voz Digital D­AMPS, GSM, CDMA, PDC2,5G Voz Digital e Dados EDGE (sobre GSM), GPRS (sobre D­AMPS ou GSM)3G Voz e Vídeo Digital e Dados W­CDMA, CDMA20004G ? Wi­Fi, Wi­Max?

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Canal de VozModem

WirelessPCS (IMS)

ADSL SDSLIDSL

Canais Dig.dedicados

CableModem

Canal de VozModem

ADSL SDSLIDSL

CableModem

RedeMetropolitana

DQDB ­ IEEE 802.6TV a cabo (NET)

Video em demanda

INTERNET

N­ISDNcom suporte para

X.25 e Frame Relay

RENPACX.25 e Frame Relay

B – ISDN(ATM)

Suporte deTelecomunicações

Público

(PDH/SDH)

Acessos Corporativos

Acessos Usuário Pessoal

2 a 10 Mbit/s

2 a 30 Mbit/s

B:   64 kbit/sE1: 2 Mbit/sE3: 34 Mbit/s

~40 Kbit/s

30 a 40Mbit/s

(partilhado)

30 a 40Mbit/s

(partilhado)

2 a 30 Mbit/s

~40 Kbit/s

Provedor deServiços de

Acesso à Internet

TeleserviçosEx.: Video em Demanda,

Pay per View etc.

Rede de TelefoniaCelular(CDPD)

Rádio Enlace

WLL

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Características Redes IP Redes de TelefoniaServiços Dados de Aplicações VozEstruturas de dados Pacotes/Datagramas Assíncronos Quadros SíncronosTerminação Computador Aparelho TelefônicoProtocolos MR­OSI SS7

Comutação

Insensível Sensível

QoS Não garantido

Integração com Multimídia Complexa TrivialTolerância a Falhas Falha em um nó não é fatal Falha em um nó é fatalCongestionamento Em qualquer pacote Durante a configuração

Comutação de pacotes(store­and­forward)

Comutação de circuitos(read­and­forward)

Sensibilidade ao delay/jitterGarantido após estabelecimentoda chamada

Redes IP Tradicionais e Redes de Telefonia Fixa

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Comutação de Circuitos Read­and­Forward Estabelecimento de caminho 

físico fim a fim. Dados percorrem sempre o 

mesmo caminho físico. Enlaces intermediários podem 

ser de qualquer tecnologia (microondas,  fibra ótica, etc).

Delay (Atraso) constante durante a troca de dados.

Jitter (Variação do delay) insignificante ou inexistente

Tarifação trivial, por duração do circuito

Comutação de Circuitos/Pacotes

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Comutação de Pacotes Store­and­Forward  Cópia integral dos dados do 

pacote a cada salto (hop) roteador.

Análise do cabeçalho do pacote IP para determinação do próximo salto.

Dados podem percorrer caminhos diferentes.

Delay (Atraso) inserido em cada salto.

Jitter (Variação do delay) dependendo da carga dos roteadores intermediários.

Tarifação complexa, por pacote

Comutação de Circuitos/Pacotes

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Utilização de infra­estrutura IP como meio para transmissão de voz em tempo real.

Aparelho Telefônico

CODEC RTP/UDP IP

IP RTP/UDP CODECAparelho Telefônico

ConversorAD

ConversorDA

Rede IP

Cada etapa introduz atraso Rede IP introduz atraso variável causando jitter

VoIP – Chamada Estabelecida

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Vantagens Economia:

Aproveitamento de infra­estruturas de Rede IP. Tarifação de dados < Tarifação de voz.

Facilidade de integração do serviço de voz com outros serviços:

Vídeo CRM (Customer Relationship Manager) Instant Messenger Mobilidade

Mão­de­obra abundante Protocolo IP

VoIP

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Desvantagens Bacalhau, rede IP não foi projetada para 

transmissão de voz em tempo real:

Delay (Atraso)

Jitter (Variação do atraso)

Congestionamentos

Tolerância a falhas – DNS, DHCP, a própria energia elétrica

Soluções:

Jitter Buffers, QoS,Engenharia de Tráfego

VoIP

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Placas FXS Equivale a  um ramal analógico de 

PABX ou linha externa da rede de telefonia.

Pode ser conectado a um aparelho telefônico, um tronco analógico de PABX ou uma porta FXO.

Como uma placa FXS recebe chamadas?

Detectando off­hook da FXO que está conectada.

Detectando dígitos DTMF.

Como uma placa FXS realiza chamadas?

Apresentando tom de discagem para a interface FXO conectada.

Equipamentos de Terminação em VoIP

FXS equivale a umatomada que vai paraa central de telefonia

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Placas FXO Equivale a um tronco analógico de 

PABX ou aparelho telefônico. Pode ser conectado a um ramal 

analógico de PABX, uma linha externa da rede de telefonia ou a uma FXS.

Como uma placa FXO recebe chamadas?

Detectando tom de linha gerado por uma FXS

Entrando em estado off­hook para atender a chamada

Como uma placa FXO realiza chamadas?

Entrando em estado off­hook Gerando tons DTMF

Equipamentos de Terminação em VoIP

FXO equivale a umaparelho telefônico

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ATA Analog Telephone Adapter Custo relativamente baixo. Conecta um aparelho de 

telefone convencional a um serviço de VoIP (SIP ou H.323).

Possui no mínimo uma porta FXS e uma porta Ethernet.

Equipamentos de Terminação em VoIP

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Gateways de Voz Conectam aparelhos de 

telefone convencionais à Rede IP.

Integram mais recursos que os ATAs.

Funcionalidades de PABX. Portas FXS Portas FXO

Equipamentos de Terminação em VoIP

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IP Phones Sistema embarcado 

com aparelho telefônico integrado.

USB Phones Conectados ao PC via 

porta USB. Microfone, alto­falante 

e teclado numérico

Equipamentos de Terminação em VoIP

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IP Phones Wireless Sistema embarcado 

com aparelho telefônico integrado e tecnologias WiFi.

Equipamentos de Terminação em VoIP

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Software para computador que permite fazer chamadas via Internet Integração com vídeo, instant messengers e outros recursos Serviços de Integração com sistema de telefonia

Recebimento de chamadas da rede de telefonia fixa e móvel Realização de chamadas para a rede de telefonia fixa e móvel O serviço pode ser algum do próprio fabricante do software ou 

algum serviço de outra empresa escolhido pelo usuário do softphone

http://www.voipcenter.com.br/modules/partners

Softphones

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Gizmo Protocolo SIP

Skype Protocolo proprietário Encriptação da Voz

Integração de muitos recursos Softwares gratuitos mas não são 

abertos Possuem serviços pagos para 

integração com telefonia fixa

Softphones

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Xten/Xlite Protocolo SIP. Versões Demo e Pro.

Ekiga Protocolos SIP/H.323 GnomeMeeting GPL

Softphones

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Linphone Protocolo SIP GPL

minisip Protocolo SIP Encriptação das chamadas GPL

PhoneGaim Protocolo SIP Integração com IMs como 

ICQ, MSN, Yahoo

Softphones

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Pilha de Protocolos de VoIP

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Protocolos de Mídia – Transporte de áudio RTP – Real­time Transport Protocol RTCP – Real­time Transport Control Protocol Pacotes carregam os quadros de áudio. Características dos quadros de áudio dependem do 

Codec utilizado. Codecs – Codificação/Decodificação de áudio

Codecs utilizam várias técnicas de compactação de áudio para economia de banda.

Análise psicoacústica do ouvido humano.

Protocolos de Mídia e Codecs

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Codecs

0

1

2

3

4

5

5,3 6,3 8 16 32 64

G.711PCM

G.726ADPCM

G.728LD­CELP

G.729 

G.729AB

GSM

G.723.1A

MOS

kbit/s MOS – Mean Opinion Square – Descritor de qualidade de voz 

mais utilizado. Média de notas subjetivas de ouvintes. Valores de 0 a 5. 

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Controle de Chamada Responsáveis pelo estabelecimento, negociação de 

codificadores, controle e término das chamadas VoIP. SIP – Padrão do IETF H.323 – Padrão do ITU

Protocolos de Sinalização

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SIP ­ Session Initiation Protocol Simples, modular e extensível.

SDP – Session Description Protocol Descrição dos endereços, portas e codecs para fechamento 

do canal de mídia Padrão do IETF ­ RFC2543 Mensagens no formato de texto ASCII semelhantes a HTML URI SIP – endereço de usuário SIP

sip:[email protected]

SIP

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SIP – Entidades

 User Agent (UA): Terminações. (Softphone, SIP phone,...)

 Redirect Server: Retorna localização do usuário procurado.

 

 Proxy: Encaminha chamadas para a localização do usuário.

 Registrar: Registra localização de usuários.

Registrar Server normalmente é utilizado em conjunto com Proxy Server ou com Redirect Server

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SIP – Mensagens

INVITE – Chamada para usuário SIP REGISTER – Registro de localização de usuário SIP CANCEL – Cancela chamada BYE – Encerramento da chamada ACK – Confirmação de resposta

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REGISTER para Registrar SIP

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INVITE para Proxy SIP

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INVITE para Redirect SIP

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INVITE SIP ­ Pacote

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SIP – Modo de Operação Básico

Registro REGISTER ­ Usuário se registra em Registrar Server Registrar Server atualiza base de dados de localização

Chamada INVITE ­ Usuário chama outro usuário através de Proxy SIP Proxy SIP consulta base de dados de localização e 

encaminha chamada

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H.323 – Visual  Telephone Systems and Equipment for Local Area Networks Which Provide a Non­Guaranteed Quality of Service

Grande, complexo e inflexível Mais completo que o SIP Conjunto de padrões do ITU

Q.931, H.323, H.225, H.245, H.235, H.332, ...

H.323

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H.323 – Modelo Arquitetônico

Terminal – IP Phone, Softphone, etc. Pode ou não estar sob a jurisdição de um Gatekeeper

Gatekeeper – Responsável pelo controle das chamadas dos terminais sob sua jurisdição

Gateway – Responsável pela interconexão entre a rede de telefonia e o H.323.

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Estabelecimento da chamada Primeira conexão TCP ­ Canal Q.931 que transporta mensagens 

de estabelecimento de chamada H.225

H.323 – Funcionamento

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Estabelecimento do Canal de Controle Segunda conexão TCP – Mensagens de controle definidas no 

H.245

H.323 – Funcionamento

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Estabelecimento dos canais de mídia Tráfegos RTP ­ Abertura dos canais de mídia via RTP utilizando o 

protocolo de controle H.245

H.323 – Funcionamento

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Diálogo Os dados de mídia são enviados através de pacotes RTP

H.323 – Funcionamento

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Procura de Gatekeeper GRQ (Gatekeeper Request) em multicast Gatekeeper registra usuário e responde com GCF 

(Gatekeeper Confirm)

H.323 – Funcionamento com Gatekeeper

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Chamada ARQ – Admission Request ACF – Admission Confirm

H.323 – Funcionamento com Gatekeeper

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SIP e H.323 – Quadro Comparativo

Item H.323 SIPProjetado por ITU IETFCompatibilidade com a Internet Não SimArquitetura Monolítica ModularCompleteza Pilha de Protocolos Completa Configuração das chamadasFormato das mensagens Binário ASCIITransporte de mídia RTP/RTCP RTP/RTCPChamadas de vários participantes Sim SimConferências multimídia Sim NãoMensagens Instantâneas Não SimCriptografia Sim SimDocumentação de padrões 1400 páginas 250 páginasImplementação Grande e complexa ModeradaStatus Extensamente distribuído Boas perspectivas de êxito

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SIP Express Router Roteador de Pacotes SIP de alto desempenho, robusto, flexível e 

escalável. Utilizado como Proxy/Redirect/Registrar Linguagem de script própria para análise, tratamento e roteamento 

dos pacotes SIP. Módulos para integração com BDs para gerenciamento de contas, 

autenticação de usuários, instant messengers e tarifação de chamadas.

MySql, PGSql, LDAP, Radius, Jabber, 2G/SMS Suporte a IPV6 GPL

SER/OpenSER

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SER http://www.iptel.org/ser/ /etc/ser/ser.cfg

OpenSER http://openser.org/ Branch do SER criado por causa da lenta evolução do SER e 

resistência do grupo do SER em aceitar patches da comunidade /etc/openser/openser.cfg

Arquivos de configuração são “quase” compatíveis

SER/OpenSER

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#se URI for numerica encaminha para um gateway de voz

if (uri=~”^sip:[0-9][email protected]) { # match com expressões regulares

forward(gateway.foo.bar, 5060);

} else { # senao encaminha para servidor de localizacao

forward(userloc.foo.bar, 5060);

}

SER/OpenSER

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# guarda localizacao se receber uma mensagem REGISTER

if (method == REGISTER) {

save(“mydomain”);

} else { # se nao for um REGISTER consulta localizacoes registradas

if (lookup(“mydomain”)) {

# se encontrar entao encaminha chamada

t_relay();

} else {

# se nao encontrar enviar mensagem de erro

sl_send_reply(“404”, “Not Found”);

}

}

SER/OpenSER

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Faz o trabalho de Gatekeeper H.323 de uma zona. http://www.gnugk.org Gerenciamento de contas, autenticação, monitoramento. GPL

GnuGatekeeper

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PABX completo em software Integração de diversas tecnologias de telefonia 

convencional com tecnologias VoIP Telefonia convencional (Hardware necessário)

FXS, FXO, ISDN, E1, T1 VoIP

SIP, H.323, IAX, MGCP/Megaco GPL 

Asterisk

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Asterisk

Canal H.323 Canal MGCP

Canal Zaptel

Canal SIP

Canal IAX

Plano de Discagem e Software de PABX

Drivers para utilização de placas PCI FXS, FXO, E1, ...

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Configuração dos canais:  /etc/asterisk/sip.conf, /etc/asterisk/zaptel.conf, 

/etc/asterisk/iax.conf, ... Codecs utilizados, portas para tráfego de pacotes, cancelamento 

de eco, modo de operação das portas de telefonia Configuração do plano de discagem:

/etc/asterisk/extensions.conf Utilizado por todos os canais Listas de extensões (ramais) com ação que deve ser tomada 

quando a extensão for discada Organizado em contextos Cada canal informa o contexto em que suas chamadas devem 

chegar. Cada contexto tem suas extensões.

Asterisk – Canais e Plano de Discagem

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# contexto para chamadas chegando do canal SIP

[from-sip]

# chamada SIP recebida para a extensão 201

exten => 201, 1, Dial(Zap/1) # Discar para porta FXS 1

# chamada SIP recebida para a extensão 201

exten => 202, 1, Dial(Zap/2) # Discar para a porta FXS 2

exten => 202, 2, Playback(outforlunch) # Mensagem

# contextos para chamadas chegando do canal Zaptel

[from-zaptel]

exten => 301, 1, Dial(SIP/[email protected]) # Discar via SIP

exten => 302, 1, Dial(SIP/[email protected]) # Discar via SIP

Asterisk ­ extensions.conf

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Asterisk ­ extensions.conf

extensão

prioridade

ação

contexto

# contexto para chamadas chegando do canal SIP

[from-sip]

# chamada SIP recebida para a extensão 201

exten => 201, 1, Dial(Zap/1) # Discar para porta FXS 1

# chamada SIP recebida para a extensão 201

exten => 202, 1, Dial(Zap/2) # Discar para a porta FXS 2

exten => 202, 2, Playback(outforlunch) # Mensagem

# contextos para chamadas chegando do canal Zaptel

[from-zaptel]

exten => 301, 1, Dial(SIP/[email protected]) # Discar via SIP

exten => 302, 1, Dial(SIP/[email protected]) # Discar via SIP

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Asterisk – Plano de discagem

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Anatel – somente quando o VoIP representar um terço do total dos serviços de telecomunicações em uso no Brasil (o que corresponde a 15 milhões de usuários), haverá necessidade de regulamentação.

Regulamentação

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NarusInsight  Discover  Suite  (NDS)  –  Software  de  análise  de  tráfego  que passou a ser utilizado por gigantes como AT&T e Brasil Telecom. Também é utilizado pela NSA (National Security Agency) dos EUA.

Site da Narus:

“Brasil  Telecom,  one  of  the  largest  telecommunications  companies  in Brazil, has leveraged NarusInsight to implement the industry’s first solution to effectively  identify  and  collect  unclaimed  revenues  due  to  the  “revenue leakage” of unmanaged IP services such as VoIP. Using IBM BladeCenter hardware  and  the  NarusInsight  Discover  Suite  (NDS),  Brasil  Telecom  can now  efficiently  manage  revenue  streams  across  services  running  on  their networks.”

  BrT  justifica  que  a  utilização  do  software  se  deve  à  perda  de  receita causada pelo VoIP.

Reação das empresas de telefonia

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http://www.voip­info.org

http://www.inf.ufrgs.br/~caciano/ApresentacaoVoIPCaciano.pdf

Caciano Machado <[email protected]>

Obrigado