Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica

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1 Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE 0502 Proyecto Eléctrico Parámetros actuales y nuevas tendencias en Calidad de Servicio (QoS) en el mercado de la Telefonía sobre IP (VoIP) Por: Cristina Garita Rivas Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Julio de 2005

2 Parámetros actuales y nuevas tendencias en Calidad de Servicio (QoS) en el mercado de la Telefonía sobre IP (VoIP) Por: Cristina Garita Rivas Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: Ing. Víctor H. Chacón Prendas Profesor Guía Ing. Guillermo Rivero González Profesor lector Ing. Francisco Rojas Fonseca Profesor lector ii

3 DEDICATORIA A mis papás, hermanos y tías, por su guía, amor, apoyo y consejos. A Esteban, por ser además de mi novio, mi mejor amigo y por apoyarme siempre. iii

4 RECONOCIMIENTOS Deseo agradecer a los miembros del tribunal examinador, Ing. Víctor Hugo Chacón, Ing. Guillermo Rivero e Ing. Francisco Rojas por aceptar formar parte de la realización de este proyecto y guiar su desarrollo. Un especial agradecimiento a mi amigos, por compartir estos años de carrera universitaria y superarlos juntos. A Dios, porque me ha dado todo lo que soy y lo que tengo. iv

5 ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS... vii ÍNDICE DE TABLAS... viii NOMENCLATURA...ix RESUMEN... xii CAPÍTULO 1: Introducción Justificación Objetivos Objetivo General Objetivos específicos Metodología...4 CAPÍTULO 2: El estándar VoIP Aspectos y elementos básicos del estándar VoIP Caracterización del protocolo TCP/IP Caracterización del estándar H Arquitectura y funcionamiento del soporte de voz sobre IP (VoIP)...21 CAPÍTULO 3: Aplicaciones de la telefonía (ToIP) y parámetros que determinan la Calidad de Servicio (QoS) Panorama y Aplicaciones de la Telefonía sobre IP (ToIP) Parámetros influyentes en la Calidad de Servicio (QoS) Latencia en las redes IP Latencia introducida por Gateways Latencia inherente de la red Cuantificación y reducción de latencia en las redes basadas en IP...39 CAPÍTULO 4: Consideraciones sobre Calidad de Servicio en el servicio de ToIP brindado en Costa Rica...42 v

6 4.1 Panorama actual del soporte VoIP Perspectiva de las empresas respecto a ToIP Dos soluciones en instalación de sistemas ToIP Consideraciones generales sobre QoS...46 CAPÍTULO 5: Alternativas tendientes a optimizar QoS de la ToIP Retos de la Telefonía IP Interoperabilidad, administración del ancho de banda y seguridad del sistema Equipos y métodos de medición de QoS Monitoreo de QoS en enrutadores Monitoreo de niveles de QoS en la red Alternativas para implementación y optimización de QoS Estándares de la IEEE Arquitectura de Servicios Integrados Arquitectura de Servicios Diferenciados Tecnología MPLS Redes de VoIP sobre plataforma ISDN Herramientas de IPv Clase de tráfico y Etiqueta de flujo...65 Capítulo 6: Análisis...67 CAPÍTULO 7: Conclusiones y recomendaciones...71 BIBLIOGRAFÍA...73 APÉNDICES...76 Apéndice A: Estructura del Modelo OSI...76 ANEXOS...80 Anexo 1: Proyectos del Instituto Costarricense de Electricidad...80 Anexo 2: Especificación del protocolo IPv Anexo 3: Tutorial H Anexo 4: Calidad de Voz en Telefonía sobre IP...83 vi

7 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Configuración de un PC para VoIP...6 Figura 2.2 Ejemplo de red con conexión de centralitas a enrutadores que disponen de soporte VoIP...8 Figura 2.3 Esquema básico del Sistema de Comunicaciones...9 Figura 2.4 Modelo de capas TCP/IP...10 Figura 2.5 Configuraciones de conexión de redes VoIP (a) PC-Teléfono y (b) Teléfono- Teléfono...12 Figura 2.6 Configuración típica de una red H Figura 2.7 Pila de protocolos VoIP/H.323 según el modelo OSI...15 Figura 2.8 Pila de protocolos H.323 según el modelo TCP/IP...16 Figura 2.9 Elementos de una red VoIP...17 Figura 2.10 Esquema de funcionamiento del protocolo RSVP...20 Figura 2.11 Esquema de componentes del gatekeeper...22 Figura 2.12 Esquema de componentes del gateway...23 Figura 3.1 Calidad de la percepción vs. Latencia...31 Figura 3.2 Diagrama de bloques del funcionamiento del Gateway...33 Figura 3.3 Diagrama de bloques del proceso de compresión de voz del DSP...34 Figura 3.4 Representación de la estructura de un paquete de VoIP...36 Figura 5.1 Conexión del analizador MediaPro a la red VoIP...52 Figura 5.2 Esquema componentes Arquitectura de Servicios Integrados...55 Figura 5.3 Esquema funcionamiento RSVP...56 Figura 5.4 Cabecera común y formato de objeto RSVP...57 Figura 5.5 Cabecera de paquete IPv Figura 5.6 Campo ToS utilizado por DiffServ...59 Figura 5.7 Esquema de funcionamiento de MPLS...60 Figura 5.8 Cabecera IPv Figura 5.9 Cabecera paquete IPv Figura 6.1 Tendencias del sistema ToIP...70 Figura A1.1 Modelo de referencia OSI...76 vii

8 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1 Principales diferencias entre la Telefonía tradicional y la Telefonía IP...27 Tabla 3.2 Clases de Calidad según ITU-T de acuerdo a la latencia de transmisión...32 Tabla 3.3 Tamaños de las tramas para distintos Codificadores...35 Tabla 5.1 Influencia del esquema de compresión en la QoS...48 viii

9 NOMENCLATURA ATM crtp CBWFQ DiffServ DSL GoS ISDN LAN LFI LLQ LSP LSR MAC Asynchronous Transfer Mode Modo de Transferencia Asincrónica compressed Real-time Transport Protocol Protocolo comprimido de Transporte en Tiempo Real Class-Based Weighted Fair Queuing Sistema de colas ponderadas por Clase Differentiated Services Servicios Diferenciados Digital Subscriber Line Línea Digital del Abonado Grade of Service Grado de Servicio Integrated Services Digital Network Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) Local Area Network Red de Área Local Link Fragmentation and Interleaving Fragmentación de enlace y entrelazado Low Latency Queuing Ordenamiento de Baja Latencia Label Switching Path Camino Conmutado por Etiqueta Label Switching Router Dispositivo de enrutamiento por Conmutación de Etiquetas Media Access Control Control de Acceso al Medio ix

10 MAN MPLS NGN OSI PAMS PHB PBX PC PCM POTS PSTN RSVP SDH TDM Metropolitan Area Network Red de Área Metropolitana Multi-Protocol Label Switching Control de Etiquetas Multiprotocolo Next Generation Network Redes de Próxima Generación Open System Interconnection Interconexión de Sistemas Abiertos Perceptual Analysis Measurement System Sistema de medida de análisis de voz percibida Per Hop Behavior Comportamiento por Salto Private Branch exchange Conmutador Telefónico Privado Personal Computer Computador Personal Pulse Code Modulation Modulación por Codificación de Pulsos Plain Old Telephone Service Servicio Tradicional de Telefonía Public Switched Telephone Network Red de Telefonía Pública Conmutada Resource ReSerVation Protocol Protocolo de Reservación de Recursos Synchronous Digital Hierarchy Jerarquía Digital Sincrónica Time Division Modulation Modulación por División de Tiempo x

11 ToS VLAN VPN WAN WRED Type of Service Tipo de Servicio Virtual Local Area Network Red Virtual de Área Local Virtual Private Network Red Virtual Privada Wide Area Network Red de Área Amplia Weighted Randomly Early Detection Detección anticipada ponderada aleatoriamente xi

12 RESUMEN En este documento se realizó una descripción y revisión de los parámetros, protocolos y estándares que pretenden garantizar cierta Calidad de Servicio (QoS) en el servicio de Telefonía sobre IP (ToIP). Para comprender el funcionamiento del soporte VoIP, del sistema ToIP, de los estándares y tecnologías relacionadas con la implementación u optimización del manejo de los paquetes de voz sobre IP se buscó información en libros y documentos publicados por los principales organismos del área de telecomunicaciones, así como datos y hojas de especificaciones de fabricantes de equipos para redes con soporte de ToIP. Se hizo una caracterización de los factores que ocasionan que las aplicaciones de voz en tiempo real sufran deterioro en la calidad (Calidad de Voz), describiendo los distintos componentes y procesos que componen las redes basadas en el protocolo IP y su influencia en la QoS total del sistema. Se presentaron, además, los protocolos IPv6, ISA y DiffServ y la tecnología MPLS como las principales herramientas para dotar de cierto nivel de QoS a las aplicaciones ToIP. La situación actual de las aplicaciones ToIP se planteó tanto para Costa Rica, como en el ámbito internacional. Las principales conclusiones acerca de las tendencias de ToIP se centraron en la necesidad de contar con plataformas como ISDN o ATM para el transporte de voz sobre IP, implementar extensivamente MPLS o DifServ en las redes basadas en IP o adoptar el protocolo IPv6 que permite una configuración más sencilla de QoS. En la mayoría de los casos, la configuración de los enrutadores representa el punto clave del servicio ToIP. xii

13 CAPÍTULO 1: Introducción 1.1 Justificación Las telecomunicaciones constituyen uno de los aspectos más influyentes en el desenvolvimiento de las relaciones humanas en los distintos campos de interrelación, desde las relaciones personales hasta las relaciones empresariales. Las telecomunicaciones desempeñan un papel fundamental en el desarrollo de la humanidad, favoreciendo desde sus inicios el acortamiento de distancias físicas y agilizando la comunicación, especialmente en aquellos sectores de difícil acceso. Debido a la amplia utilización de esta tecnología, a la facilidad de utilización por parte de los usuarios y a la cobertura que tiene en la mayor parte del mundo, aunado al avance de las comunicaciones digitales, la fuerte implantación de redes basadas en el protocolo IP y las nuevas técnicas de digitalización de la voz, se ha concebido la conjugación de tecnologías de manera que permitan llevar otro paso adelante: la convergencia de sistemas distintos de telecomunicaciones, como lo son la telefonía convencional y las redes basadas en el protocolo IP. Es así como se presenta la telefonía que emplea el manejo de la voz sobre IP (VoIP), también conocida como telefonía sobre IP (ToIP), como una de las nuevas y más llamativas alternativas del mundo de la tecnología de la información. Se ha comprobado, mediante su extendida utilización en el ámbito mundial, la eficiencia de la plataforma IP para el soporte de voz y datos en la red Internet, por lo cual ahora se pretende integrar esta plataforma como parte de una telefonía eficiente y confiable. 1

14 2 Para lograr que la telefonía sobre IP se establezca como una tecnología de punta y se extienda cumpliendo con los requerimientos de calidad en la comunicación exigidos por los usuarios, que están constituidos en la actualidad principalmente por empresas, se han establecido normas y estándares (principalmente los estándares H.323 y H dictados por la ITU-T y el protocolo RSVP) que pretenden garantizar cierta Calidad de Servicio (QoS) al emplear dicha tecnología. Actualmente, aunque la Calidad de Servicio de la telefonía sobre IP garantizada mediante los estándares existentes es aceptable para aplicaciones poco exigentes, no es suficiente para ciertas aplicaciones que requieren minimizar el tiempo de retardo en la transmisión o que dependen de que la calidad de la voz transmitida sea óptima. En estos aspectos se debe tomar en cuenta que el protocolo IP se basa, para la transmisión de paquetes, en el mejor esfuerzo, de modo que no ofrece calidad de servicio por sí mismo, pero la aplicación en la telefonía sí requiere cierto nivel de QoS. Considerando la expansión del uso del protocolo de Internet (IP) en las redes de computadores, las ventajas demostradas por el protocolo IP como plataforma para soportar voz y las facilidades de comunicación que ofrece la telefonía, es razonable que la implementación de la telefonía VoIP se amplíe considerablemente a corto plazo. Es importante identificar las características, ventajas y desventajas de esta tecnología, incluyendo su base a partir de las normas y estándares vigentes, así como la eficacia de los estándares y protocolos que pretenden garantizar QoS. Aunque en Costa Rica la telefonía sobre IP no ha sido comercializada por el ICE tan abiertamente, es posible suponer el futuro de esta tecnología a partir del panorama actual;

15 3 conociendo las características del servicio que se ofrece en la actualidad, los planes y mejoras del sistema a futuro. En el ámbito nacional la Calidad de Servicio de la telefonía sobre IP es un punto clave que debe optimizarse, partiendo de las nuevas tendencias, para que el servicio brindado sea más apetecido. El proceso de investigar las soluciones empleadas para mejorar la Calidad de Servicio, por parte de nuevas centrales telefónicas IP que ofrecen este servicio y las nuevas tendencias tecnológicas en la telefonía VoIP, representa una oportunidad para conocer las herramientas que la convierten en una tecnología que ofrece todas las facilidades deseadas en un sistema de telecomunicaciones eficiente y confiable. 1.2 Objetivos Objetivo General Determinar los parámetros y estándares vigentes que garantizan Calidad de Servicio (QoS) que ofrece la telefonía sobre IP (VoIP), para determinar su efectividad y las nuevas tendencias y alternativas de los nuevos sistemas para mejorar la Calidad de Servicio (QoS) Objetivos específicos Especificar las características y funcionamiento básico del protocolo IP para el soporte de Voz sobre IP (VoIP). Identificar las principales aplicaciones y ventajas del soporte VoIP en la telefonía. Caracterizar las normas y estándares principales vigentes para garantizar Calidad de Servicio (QoS) en la telefonía sobre IP.

16 4 Estudiar el panorama actual nacional e internacional de la telefonía sobre IP con garantía de QoS y las posibles soluciones para las deficiencias en el servicio. Caracterizar las nuevas alternativas que permitan optimizar la QoS en la telefonía que emplea VoIP. Describir las tendencias futuras de la telefonía sobre IP (ToIP). 1.3 Metodología Debido a que el proyecto es de carácter investigativo y el tema que trata implica la descripción de normas y estándares, así como la caracterización de tecnología no implementada actualmente en el país, la metodología empleada no comprendió la realización de experimentos o prácticas de laboratorio que involucraran la aplicación de la tecnología en cuestión. La información en la cual se basa el proyecto fue obtenida de libros procedentes principalmente de bibliotecas y de documentos publicados en Internet. Los datos relativos a la situación actual de la telefonía VoIP en Costa Rica se tomaron de información obtenida del Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) y de datos de los proveedores de equipos y soluciones para VoIP. La información de los documentos provenientes de sitios de Internet se consideró confiable siempre que proviniera de sitios oficiales de organizaciones o instituciones reconocidas en el campo de las telecomunicaciones, mientras que la documentación restante fue corroborada contra la información considerada válida para determinar su confiabilidad.

17 CAPÍTULO 2: El estándar VoIP 2.1 Aspectos y elementos básicos del estándar VoIP La evolución de las comunicaciones, desde la primera transmisión telegráfica, ha exigido constantemente la implementación de nuevas tecnologías que soporten cada vez un mayor número de aplicaciones, que van desde la voz hasta datos y vídeo, manteniendo un nivel de confiabilidad adecuado de acuerdo a los requerimientos de los usuarios más exigentes. Las comunicaciones telefónicas analógicas, con el paso del tiempo han perdido terreno en el campo del avance tecnológico, mientras que la digitalización de las señales se ha abierto paso apoyada en protocolos cuya confiabilidad y robustez se ha comprobado ampliamente; este es el caso del protocolo IP (Internet Protocol, por sus siglas en Inglés), que actualmente se ha convertido en la nueva plataforma sobre la cual convergen distintos servicios y aplicaciones, de las cuales el soporte de voz es una de las más importantes y la telefonía es el gran reto de las grandes empresas de telecomunicaciones. Desde hace tiempo, los responsables de comunicaciones de las empresas tienen en mente la posibilidad de utilizar su infraestructura de datos, para el transporte del tráfico de voz interno de la empresa. No obstante, es la aparición de nuevos estándares, así como la mejora y abaratamiento de las tecnologías de compresión de voz, lo que está provocando finalmente su implantación. Después de haber constatado que desde un PC con elementos multimedia, como esquematiza la Figura 2.1, es posible realizar llamadas telefónicas a través de Internet, 5

18 6 podría haberse considerado que la telefonía sobre IP no tenía un futuro muy promisorio, pues la calidad de voz obtenida a través de Internet es muy pobre. No obstante, si se dispone de una red de datos con un ancho de banda considerable, existe la posibilidad de utilizar exitosamente esta red para el tráfico de voz. Figura 2.1 Configuración de un PC para VoIP La integración de voz y datos en una misma red ya ha sido implementada, principalmente en redes WAN, mediante el uso de multiplexores (típicamente conexiones punto a punto y Frame-Relay) para la transmisión del tráfico de voz. Sin embargo, la falta de estándares y el costo inicial elevado de este tipo de soluciones no ha permitido una amplia implantación de las mismas.

19 7 Es innegable la implantación definitiva del protocolo IP desde los ámbitos empresariales a los domésticos y por lo tanto la aparición del estándar VoIP. La aparición del VoIP junto con el abaratamiento de los DSP s (Procesadores Digitales de Señal), los cuales son claves en los procesos de compresión y descompresión de la voz; son los elementos que han facilitado el despegue de estas tecnologías. Para este auge existen otros factores involucrados, tales como la aparición de nuevas aplicaciones o la apuesta definitiva por VoIP por parte de fabricantes como Cisco Systems. Por otro lado, en casi todos los países, los operadores de telefonía están ofreciendo o piensan ofrecer en un futuro cercano, servicios IP de calidad a las empresas e incluso a los usuarios residenciales. Se pueden encontrar tres tipos de redes IP: 1. Internet. El estado actual de la red no permite un uso profesional para el tráfico de voz. 2. Red IP pública. Los operadores ofrecen a las empresas la conectividad necesaria para interconectar sus redes de área local en lo que al tráfico IP se refiere. Se puede considerar como algo similar a Internet, pero con una mayor calidad de servicio (QoS) y con importantes mejoras en seguridad. Hay operadores que incluso ofrecen garantías de bajo retardo y/o ancho de banda, lo que las hace muy atractivas para el tráfico de voz. 3. Intranet. La red IP implementada por la propia empresa. Suele constar de varias redes LAN (Ethernet conmutada, ATM, etc.) que se interconectan mediante redes WAN tipo Frame-Relay/ATM, líneas punto a punto, ISDN (Ver Figura 2.2) para el acceso remoto, etc. En este caso la empresa tiene bajo su control

20 prácticamente todos los parámetros de la red, por lo que resulta ideal para su uso en el transporte de la voz. 8 Figura 2.2 Ejemplo de red con conexión de centralitas a enrutadores que disponen de soporte VoIP Caracterización del protocolo TCP/IP Para comprender la arquitectura del protocolo TCP/IP, es importante establecer un modelo básico de los sistemas de comunicaciones, como se muestra en la Figura 2.3. Los elementos que conforman el sistema son los siguientes: 1. Fuente: es el dispositivo a partir del cual se generan los datos a ser transmitidos, entre ellos están los teléfonos, computadores o antenas. 2. Transmisor: es el elemento encargado de convertir la señal enviada en un patrón comprensible por el sistema, funciona como codificador. Así, una señal analógica continua puede ser transformada en niveles de voltaje o valores binarios para ser comprendidos por un sistema digital.

21 9 3. Sistema de transmisión: es el medio por el cual viaja la información, puede ser un cable de fibra óptica o una red LAN, entre otros. 4. Receptor: es el dispositivo que capta la señal proveniente del sistema de transmisión. Se encarga de decodificar la señal para que pueda ser entendida por el destino. 5. Destino: es el elemento final del sistema de comunicación. Figura 2.3 Esquema básico del Sistema de Comunicaciones La arquitectura de red TCP/IP es un conjunto de protocolos que permiten la comunicación entre distintos nodos (no necesariamente terminales) de una o varias redes. El modelo de capas de la arquitectura TCP/ IP consta de cuatro capas, como se muestra en la Figura 2.4, que se encargan de distintos aspectos de la comunicación a través de Internet.

22 10 La capa de aplicación 1 se compone de protocolos que manejan sistemas de transferencia de archivos, correo electrónico, acceso remoto y administración de la red. La capa de transporte se encarga de la transferencia de los paquetes por medio de los protocolos TCP y UDP. El protocolo TCP se considera un protocolo confiable orientado a conexión; mientras que UDP no garantiza la transmisión confiable de datos, esto porque no ejecuta procesos de corrección de errores y control de flujo. La capa de Internet es la que gestiona la transferencia y el control de flujo de datos entre redes mediante dispositivos de enrutamiento (routers). Este es un proceso no orientado a conexión y no involucra mecanismos de detección de errores. Figura 2.4 Modelo de capas TCP/IP Caracterización del estándar H.323 A finales de 1997 el VoIP Forum del IMTC llega a un acuerdo que permite la interoperabilidad de los distintos elementos que pueden integrarse en una red VoIP. Debido 1 La capa de aplicación de TCP/IP agrupa las funciones de las capas de sesión, presentación y aplicación del modelo OSI.

23 11 a la existencia del estándar H.323 del ITU-T, que cubría la mayor parte de las necesidades para la integración de la voz, se decidió que el H.323 fuera la base del VoIP. De este modo, el VoIP debe considerarse como una clarificación del H.323, de tal forma que en caso de conflicto, y a fin de evitar divergencias entre los estándares, se decidió que H.323 tendría prioridad sobre el VoIP. La especificación H.323 aprobada en 1996 por la ITU (International Telecommunications Union) y revisada en enero de 1998, tiene como objetivo definir un estándar para las comunicaciones multimedia sobre redes que no aseguran calidad del servicio. Los principales objetivos de esta norma incluyen los siguientes aspectos: Estandarización de los protocolos que permita a los diversos fabricantes evolucionar en conjunto. Que los usuarios no deban preocuparse sobre las posibilidades de su interlocutor, existiendo una negociación de las capacidades de cada punto de la línea. Debido a que es soportada sobre IP es independiente del tipo de red física que la soporta, permitiendo la integración con las grandes redes IP actuales. Por su propia estructura, es independiente del hardware, entonces aunque permite ser implementado en los ordenadores actuales, también se desarrolla hardware específico como Teléfonos IP y consolas de videoconferencia. El control de tráfico se puede realizar dentro de la red, de esta forma no deben producirse caídas importantes de rendimiento en las redes de datos.

24 12 Figura 2.5 Configuraciones de conexión de redes VoIP (a) PC-Teléfono y (b) Teléfono- Teléfono

25 13 La negociación previa permite conectar terminales de muy diversas características, como pueden ser teléfonos de voz, consolas de videoconferencia, computadores, etc. Las Figuras 2.5(a) y 2.5(b) muestran posibles configuraciones de conexión de terminales, según [25]. En cuanto a los procesos de codificación de la voz, el estándar H.323 establece los siguientes requerimientos: Debe utilizar un bajo ancho de banda (8kbps o menos) Debe ofrecer alta calidad para la voz Bajo tiempo de latencia Habilidad para reconstruir los paquetes En las transmisiones en tiempo real, hasta el 30% de los paquetes de una transacción pueden perderse o experimentar retardos. Las aplicaciones exitosas de Telefonía IP, en consecuencia, necesitan reconstruir los paquetes perdidos por medio de una reconstrucción efectiva de los datos. El protocolo G es el algoritmo de codificación más utilizado. El VoIP tiene como principal objetivo asegurar la interoperabilidad entre equipos de diferentes fabricantes, fijando aspectos tales como la supresión de silencios, codificación de la voz y direccionamiento, y estableciendo nuevos elementos para permitir la conectividad con la infraestructura telefónica tradicional. Estos elementos se refieren básicamente a los servicios de directorio y a la transmisión de señalización por tonos multifrecuencia (DTMF).

26 14 El VoIP/H.323 comprende a su vez una serie de estándares, cuyo nivel en el modelo de capas OSI se muestra en la Figura 2.7, y se apoya en una serie de protocolos que cubren los distintos aspectos de la comunicación digitalizada, que son reseñados a continuación: Figura 2.6 Configuración típica de una red H Direccionamiento: a. RAS (Registration, Admision and Status). Protocolo de comunicaciones que permite a una estación H.323 localizar otra estación H.323 a través del Gatekeeper. b. DNS (Domain Name Service). Servicio de resolución de nombres en direcciones IP con el mismo fin que el protocolo RAS pero a través de un servidor DNS.

27 15 2. Señalización: b. Q.931 Señalización inicial de llamada c. H.225 Control de llamada: señalización, registro y admisión, y empaquetamiento / sincronización de la trama. d. H.245 Protocolo de control para especificar mensajes de apertura y cierre de canales para flujos de voz 3. Compresión de Voz: a. Requeridos: G.711 y G.723 b. Opcionales: G.728, G.729 y G.722 Figura 2.7 Pila de protocolos VoIP/H.323 según el modelo OSI 4. Transmisión de Voz: a. UDP (User Datagram Protocol). La transmisión se realiza sobre paquetes UDP, pues aunque UDP no ofrece integridad en los datos, el aprovechamiento del ancho de banda es mayor que con TCP.

28 16 b. RTP (Real-time Transport Protocol). Maneja los aspectos relativos a la temporización, marcando los paquetes UDP con la información necesaria para la correcta entrega de los mismos en recepción. 5. Control de la Transmisión: a. RTCP (Real-time Transport Control Protocol). Se utiliza principalmente para detectar situaciones de congestión de la red y tomar acciones correctivas. También es posible mostrar la estructura del protocolo H.323 a partir del modelo de capas TCP/IP, que se muestra en la Figura 2.8. Figura 2.8 Pila de protocolos H.323 según el modelo TCP/IP El hecho de que VoIP se apoye en un protocolo de capa 3, como es IP, permite una gran flexibilidad en las configuraciones. Una idea que parece inmediata es que el papel tradicional de la centralita telefónica (PBX) quedaría distribuido entre los distintos

29 elementos de la red VoIP. En este escenario, tecnologías como CTI (Computer-Telephony Integration) tendrán una implantación mucho más simple. 17 Figura 2.9 Elementos de una red VoIP Actualmente, a partir de una serie de elementos ya disponibles en el mercado, según diferentes diseños, es posible construir las redes para las aplicaciones VoIP, como se muestra en la Figura 2.9. Estos elementos son: o Teléfonos IP. o Adaptadores para PC. o Hubs (concentradores) Telefónicos. o Gateways (pasarelas PSTN/ IP). o Gatekeepers

30 18 o Unidades de audioconferencia múltiple. (MCU Voz) o Servicios de Directorio. El Gatekeeper es un elemento opcional en la red, pero cuando está presente, todos los demás elementos que contacten dicha red deben hacer uso de él. Su función es la de gestión y control de los recursos de la red, de manera que no se produzcan situaciones de saturación de la misma. El Gateway es un elemento esencial en la mayoría de las redes pues su misión es la de enlazar la red VoIP con la red telefónica analógica o POTS. Podemos considerar al Gateway como una caja que por un lado tiene una interfaz LAN y por el otro dispone de uno o varias de las siguientes interfaces: FXO. Para conexión a extensiones de centralitas ó a la red telefónica básica. FXS. Para conexión a enlaces de centralitas o a teléfonos analógicos. E&M. Para conexión específica a centralitas. BRI. Acceso básico ISDN (2B+D) PRI. Acceso primario ISDN (30B+D) G703/G.704. (E&M digital) Conexión especifica a centralitas a 2 Mbps. Los distintos elementos pueden residir en plataformas físicas separadas o conviviendo en la misma plataforma. De este modo es bastante habitual encontrar juntos Gatekeeper y Gateway. También se pueden implementar las funciones de Gateway en el mismo enrutador.

31 19 Un aspecto importante a reseñar es el de los retardos en la transmisión de la voz. Hay que tener en cuenta que la voz no es muy tolerante a éstos. De hecho, si el retardo introducido por la red es de más de 300 milisegundos, resulta casi imposible tener una conversación fluida. Debido a que las redes de área local no están preparadas en principio para este tipo de tráfico, el problema puede parecer grave. Debe tenerse en cuenta que los paquetes IP son de longitud variable y el tráfico de datos suele ser a ráfagas. Para intentar obviar situaciones en las que la voz se pierde porque ocurre una ráfaga de datos en la red, se ha ideado el protocolo RSVP, cuya principal función es trocear los paquetes de datos grandes y dar prioridad a los paquetes de voz cuando hay una congestión en un enrutador. Aunque este protocolo ayuda considerablemente al tráfico multimedia por la red, hay que tener en cuenta que RSVP no garantiza una calidad de servicio como ocurre en redes avanzadas como ATM, que proporcionan QoS de forma estándar. Según el estándar H.323 [25], el protocolo RSVP está orientado a los siguientes aspectos: RSVP soporta ambientes unicast y multicast 2 RSVP está ligado a tramas específicas RSVP se adapta dinámicamente al grupo de usuarios y rutas RSVP es unidireccional RSVP está orientado al receptor 2 El término multicast se refiere a la función empleada en las redes Ethernet para enviar mensajes a múltiples destinos. Unicast se denomina al envío de información o mensajes punto a punto.