VoIP en IPv6. Palabras Claves: VoIP; IPv6; IPv4. Figura 1 Diagrama de una Red VoIP TELEFONIA TRADICIONAL

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1 VoIP en IPv6 Sebastian Chacana Araya, Alumno de Ingeniería Civil Electrónica Francisco Alonso Villalobos, Ingeniero Civil Electrónico Escuela de Ingeniería Eléctrica Pontificia Universidad Católica de Valparaíso Valparaíso, Chile Resumen: En este documento se darán a conocer los aspectos básicos de la telefonía tradicional y de VoIP, las ventajas y desventajas de ambas soluciones, mencionando los protocolos utilizados en VoIP. Además, se presentarán los aspectos fundamentales del nuevo Protocolo de Internet, las pruebas que se pretende realizar y los resultados esperados relacionados con la VoIP sobre el protocolo IPv6. Palabras Claves: VoIP; IPv6; IPv4. I. INTRODUCCION La telefonía IP, combina la transmisión de voz y datos simultáneamente por la misma red informática basada en el protocolo IP. Esta tecnología surge como una alternativa a la telefonía convencional, trayendo nuevos servicios para los clientes. Las principales características son la interoperabilidad que pueden utilizar los proveedores de servicios, dentro de la misma red en el sistema actual de telefonía. Además, agrega calidad de servicio en una red de alta velocidad (calidad de la voz). Debido al uso masivo que se ha tenido del Protocolo de Internet en la actualidad, las direcciones IPv4 (2^32= direcciones posibles) se están agotando. Por esto la IETF, se ha visto en la necesidad de crear un nuevo protocolo de IP, llamado IPv6, que no es más que la continuación de IPv4. La gran novedad de este nuevo protocolo, es que las direcciones son de 128 bits, lo que permite solucionar el problema del agotamiento de direcciones. Además posee un campo de longitud fija, con la finalidad de minimizar el tiempo necesario para procesar y encaminar los datagramas por Internet haciéndolos fijo. De esta forma se agiliza el tráfico y se suprimen opciones poco utilizadas, entre otras características. II. TELEFONIA TRADICIONAL El 10 de marzo de 1876, un científico llamado Alexander Graham Bell, demostró por primera vez el invento que había hecho, el teléfono. Un aparato que logro comunicar a dos personar separadas por una distancia larga. Antiguamente la comunicación se basaba en un teléfono en cada extremo, en donde el que descolgaba primero iniciaba la conversación. En este circuito no existía ningún tipo de marcación, sólo necesita un enlace físico, el cual se iba a complicar si la red se quería escalar a un nivel superior. Por lo anterior, ese cable físico de cada usuario se conectó a un conmutador para así conmutar la llamada, la unión de todos estos enlaces físicos y varios conmutadores formaron la red telefónica. Esta red llamada PSTN, cuenta con cuatro elementos importantes. El teléfono, la transmisión, la conmutación y la señalización. III. VOIP La VoIP proviene del inglés Voice Over Internet Protocol, que significa "voz sobre protocolo de internet" (Figura 1). Es un método por el cual se toman las señales de audio analógicas y se transforman en señales digitales, para poder ser transmitidas sobre una red de datos, es decir desde y hacia una dirección IP. Figura 1 Diagrama de una Red VoIP A. Ventajas La primera y gran ventaja que tiene la telefonía IP, es que es mucho mas barata que la telefonía convencional, porque utiliza la misma red de datos para la transmisión de voz. El protocolo IP permite crear nuevos servicios [1], o nuevas funcionalidades de una forma muy fácil. Por ser un protocolo basado en la trasmisión de datos, se le puede añadir ciertos paquetes que el usuario estime conveniente, por ejemplo en una conversación se podría enviar documentos, archivos, fotos, entre otros. El tópico más interesante está en ocupar este sistema en trabajo de grupo y en teletrabajo. Se puede establecer una video llamada o video conferencia donde varios usuarios estén conectados simultáneamente, incluso desde el mismo teléfono IP se podría ver esta reunión.

2 Por ultimo dentro de un entorno corporativo, se podría agregar a la simple llamada de voz, información detallada sobre quién está llamando, buzón de voz incluso al correo, trabajos pendientes con esa persona y otros servicios. B. Desventajas Al tener en una sola red los datos y voz, es más propensa a pérdida de los paquetes debido a que si falla el enlace de red, la transmisión de los paquetes de voz se ven también afectados, esto produce una dependencia en la red. Otra gran diferencia es el costo de los equipos para VoIP en lo que se refiere a costos de capital, por el alto precio de los equipos comparados con los equipos análogos, pero esa inversión al final del proyecto será recuperada por los costos asociado a tener dos servicios por una misma red. Como la voz es transmitida por la red de datos, también se verá afectada por la calidad de servicio de esta red, es así como se podrían tener problema de latencia (tiempo de respuesta), pérdidas de paquetes, entre otros. C. Protocolos Relacionados Los protocolos relacionados con la VoIP se resumen a continuación: RTP: Real time Transport Protocol; es un protocolo que proporciona funciones de transporte adaptadas a aplicaciones que transmitan datos en tiempo real, como audio, vídeo o datos de simulación, sobre servicios de red de multidifusión o monodifusión. RTP no implementa reserva de recursos ni servicio de garantía de control de calidad. SCCP: Skinny Client Control Protocol; es un protocolo propietario de Cisco, que se utiliza entre el CallManager de Cisco y los teléfonos VOIP de Cisco. Es un protocolo que está definido sobre el protocolo H323, donde el SCCP define una arquitectura mucho más simple y fácil de usar, que las recomendaciones de H.323. Las estaciones finales ejecutan lo que se denomina el Cliente Skinny, que consume menos gastos de procesamiento de la información. El cliente se comunica con el Administrador de llamadas utilizando el protocolo TCP/IP de comunicación para establecer una llamada con otra estación o terminal H.323 compatible. H323: Más que un protocolo es una especificación que se creó bajo supervisión de la ITU, el cual define un conjunto de estándares para la comunicación multimedia sobre redes que no proporcionan calidad de servicio (QoS). Los H.323 son bloques de construcción para un amplio rango de aplicaciones basadas en redes de paquetes para la comunicación multimedia y el trabajo colaborativo. H.323 no solamente cubre lo relacionado con la voz, sino también con lo relativo a Multimedia, debiendo especificar entonces el tratamiento de video, datos, su multiplexado y control. IAX2: Es un protocolo robusto, más simple en comparación con otros protocolos. Permite gestionar una gran cantidad de codificadores y un gran número de emisiones, lo que significa que puede ser utilizado para transportar virtualmente cualquier tipo de dato. Esta capacidad lo hace muy útil para realizar videoconferencias o realizar presentaciones remotas. Utiliza un único puerto UDP, generalmente el 4569, para comunicaciones entre puntos finales para señalización y datos. El tráfico de voz es transmitido in-band, lo que hace a IAX2 un protocolo casi transparente a los cortafuegos y realmente eficaz para trabajar dentro de redes internas. De acuerdo a la anterior se diferencia de SIP, que utiliza una cadena RTP out-of-band para entregar la información. IV. IPV6 IPv6 significa Protocolo de Internet versión 6, protocolo que ha sido diseñado para suplir las falencias que tiene el Protocolo de Internet versión 4 (IPv4) actual de utilización masiva (Figura 2). SIP: Protocolo de Inicio de Sesión; se utiliza para crear, modificar, y terminar sesiones con unos o más participantes. Estas sesiones incluyen llamadas telefónicas por Internet, distribución de datos multimedia y conferencias multimedia. SIP es como HTTP, el protocolo de Web, o SMTP. Los mensajes consisten de encabezados y un cuerpo de mensaje. Los cuerpos de mensaje de SIP para las llamadas telefónicas se definen en SDP - Protocolo de Descripción de la Sesión. Figura 2 Asignación de Dirreciones ipv6 de LACNIC A. Nuevo formato de Cabecera Este nuevo formato, está diseñado para reducir la sobrecarga en el encabezado, esto se consiguió eliminando los campos que no eran necesarios o esenciales. La simplificación del encabezado IPv6 permite un procesamiento más eficaz en los enrutadores intermedios (Figura 3).

3 capas superiores. IPsec tiene dos modos de funcionamiento que proporcionan distintos niveles de seguridad. Modo Transporte: Se cifra y autentica la carga útil, pero las cabeceras no se toman en cuenta, tiene como ventaja que se puede utilizar de extremo a extremo, pero tiene una desventaja, ya que la información de las cabeceras, como las direcciones IP de origen y destino serán visibles. Modo Túnel: Una plataforma o llamada pasarela, encapsula el paquete original en otro paquete. Así, el paquete original se cifra y/o autentica por completo. D. Movilidad B. Dirreciones Figura 3 Comparacion de Cabecera de IPv4 e IPv6 IPv6 utiliza direcciones de origen y destino de 128 bits (16 bytes), a diferencia de IPv4 que sólo son de 32 bits. Al ser de 128 bits, da la posibilidad de tener un número muy grande de direcciones y evitar el uso de Traducción de Direcciones de Red (NAT), bastante utilizado en IPv4 para direcciones locales. Algunos formatos de direcciones IPv6 se presentan a continuación: C. Seguridad Dirección Ipv6 en un formato binario de 128 bits Dirección ipv6 en formato binario de 128 bits, segmentado en 8 bloques de 16 bits cada uno de ellos Dirección IPv6 convertida de un formato binario a un formato hexadecimal 21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A IPv6 incluye la posibilidad de ocupar el modelo de seguridad de IPsec, que proporciona autenticidad, integridad y confidencialidad en las comunicaciones de extremo a extremo. IPsec, es un conjunto de protocolos abiertos que tienen como finalidad, entregar seguridad en las comunicaciones en la capa de red del modelo OSI, y por ende a todos los protocolos de El gran beneficio en cuanto la movilidad, está referido a la capacidad de direcciones posibles que se tiene con IPv6, así gracias a este número muy grande, cualquier equipo por ejemplo en este caso un celular, podría tener una dirección IP única y estar conectado directamente a la red, para así tener listo su servicio de VoIP, puesto que algunos sistemas operativos ya soportan la instalación de softphones para poder usar VoIP en el teléfono móvil, y la compañías a nivel mundial también están implementando la tecnología y creando planes para VoIP. El protocolo base de la movilidad en IPv6 es MIPv6, que se basa en el establecimiento de una arquitectura de movilidad a nivel IP, donde el usuario puede mantener conectividad a lo largo de la red mientras se mueve entre subredes IP. El elemento fundamental de la arquitectura Mobile-IPv6 es el agente local (Home Agent). Este agente asigna al usuario móvil (en el registro) una dirección IP global llamada Home Address que es enrutable globalmente y que se mantendrá fija a lo largo de la sesión independientemente de los movimientos del usuario. Esta dirección es utilizada por los nodos para contactar al móvil. V. VOIPV6 Por qué ocupar VoIP en IPv6? Son grandes las diferencias y los beneficios que tendría ocupar estas dos tecnologías. Una de las principales es la calidad de servicio que agrega IPv6 a sus redes, esta calidad de servicio ayudaría enormemente a VoIP a mejorar algunos problemas que existen en la redes IP, los mas importantes son la Latencia, el Jitter o fluctuación de retardo, la pérdida de paquetes, entre otros. Otro aspecto importante y de mayor relevancia, es el agotamiento de direcciones en IPv4, por lo que ya en el mundo se encuentran asignadas direcciones en IPv6 y se está produciendo una coexistencia entre redes IPv4 y redes IPv6 para ir paulatinamente migrando hacia el nuevo protocolo. El tema sobre la escasez de direcciones IPv4, adquiere otro punto, debido a que actualmente dentro de la red de telefonía móvil, los usuarios cada vez más tienen a acceso a Internet

4 desde sus celulares (Tablets, Ipad, Cámaras, GPS, TV, entre otros dispositivos), por ende están conectados y tienen una dirección IPv4, generando mayor escasez. Es así que IPv6 se desplega para asignar una dirección IP única y global a todos estos dispositivos que están conectados y los que próximamente estarán (dispositivos de empresa, electrodomésticos, casa, entre otros), dando capacidad para muchos más. Es así, que en estos dispositivos, también se podría tener el servicio de VoIP, así el usuario podría ocupar este servicio por ejemplo desde su teléfono con todos lo beneficios que esto con llevaría. Esta dirección única global que asigna IPv6, se ve asociada al uso de la movilidad que ofrece el protocolo, en la cual el usuario se mueve por diferentes redes manteniendo siempre su dirección y estando siempre conectado como extremo de un enlace de la red. A. Diseño de la Red VoIP VI. Figura 4. Diagrama de VoIPv6 PRUEBAS A REALIZAR La mayoría de los protocolos que se mencionaron anteriormente pueden estar en una red de VoIPv6. Para este caso, se ocupará una red con el protocolo SCCP. Debido a que se ocupará este protocolo, los equipos de la red serán de la compañía Cisco ya que SCCP es un protocolo propietario de cisco. Dentro de la red de VoIP, el equipo principal es el Call Manager, el cual se encarga de gestionar y hacer posible la conexión de los diferentes teléfonos de la red, es aquí donde se registra cada teléfono y se le asigna el número telefónico. Además puede asignar dirección IP a los teléfonos por medio del protocolo DHCP. El Call Manager de Cisco se llama Cisco Unified Communications Manager, es creado por Cisco para sus productos, donde se obtiene una red de comunicación IP de clase empresarial, la cual contiene un sistema de procesamiento de hasta 40,000 usuarios, incluso hasta 80,000 usuarios en Mega Cluster. Para poder conectar varios teléfonos en la red, se agrega un switch, el cual cumple su función de conmutador y alimenta de energía a los teléfonos con la tecnología Power Over Ethernet. En este Call Manager, se configura la dirección IP, y según su versión tiene la posibilidad de tener el protocolo IPv6, en este caso desde la versión 7.1 ya soporta IPv6. Por ultimo los teléfonos también son de la compañía Cisco, existen diferentes modelos, de los cuales la mayoría soporta IPv6, lo único que se debe hacer es actualizar el firmware de estos, con uno que pueda soportan IPv6 (Figura 4). Para poder demostrar de una mejor forma las ventajas de IPv6 en VoIP, se pueden realizar diferentes pruebas a las llamadas realizadas entre los equipos. Estas pruebas están relacionadas con lo importante que es la calidad de servicio en la red. Los principales problemas en cuanto a la calidad del servicio (QoS) de una red de VoIP, son la Latencia, el Jitter, la pérdida de paquetes y el Eco. [5] A. Retardo o Latencia No es un problema específico de las redes con VoIP, sino más bien es un problema general de las redes de telecomunicaciones. Por ejemplo, la latencia en los enlaces vía satélite es muy elevada por las distancias que debe recorrer la información. La latencia se define técnicamente en VoIP como el tiempo que tarda un paquete en llegar desde la fuente al destino. Las comunicaciones en tiempo real como lo es VoIP son sensibles a este efecto. Al igual que el jitter, es un problema frecuente en enlaces lentos o congestionados. La latencia o retardo entre el punto inicial y final de la comunicación debiera ser inferior a 150 ms. El oído humano es capaz de detectar latencias de unos 250 ms, 200 ms en el caso de personas bastante sensibles. Si se supera ese umbral, la comunicación se vuelve molesta. Existen diferentes fuentes del retardo entre las cuales se tiene: Retardo del Codificador Retardo del Algoritmo Retardo del Procesamiento Retardo de Propagación Retardo de Serializacion Retardo introducido por la Red No hay una solución que se pueda implementar de manera sencilla. Muchas veces depende de los equipos por los que pasan los paquetes, es decir, de la red misma. Se puede intentar

5 reservar una tasa de transmisión de origen a destino, o señalizar los paquetes con valores de TOS para intentar que los equipos sepan que se trata de tráfico en tiempo real y lo traten con mayor prioridad, pero actualmente no suelen ser medidas muy eficaces ya que no dispone del control de la red. Para poder hacer los cálculos se ocupará la siguiente formula Si por ejemplo, en una llamada los paquetes transmitidos son y el tiempo de envió fue de 465 segundos. bastante dependiente del códec que se utiliza. Cuanto mayor sea la compresión del códec, más perjudicial es el efecto de la pérdida de paquetes. Una pérdida del 1% degrada más la comunicación si se usa el códec G.729 en vez del G.711. [5] Para evitar la pérdida de paquetes, se utiliza una técnica muy eficaz en redes con congestión o de baja velocidad, la cual es no transmitir los silencios. Gran parte de las conversaciones están llenas de momentos de silencio. Si sólo se transmite cuando haya información audible, se liberan los enlaces y se evitan fenómenos de congestión. De todos modos, este fenómeno puede estar también bastante relacionado con el jitter y el jitter buffer. D. Eco B. Jitter El jitter es un efecto de las redes de datos no orientadas a conexión y basadas en conmutación de paquetes. Como la información se discretiza en paquetes, cada uno de los paquetes puede seguir una ruta distinta para llegar al destino. El jitter se define técnicamente como la variación en el tiempo en la llegada de los paquetes, causada por congestión de red, pérdida de sincronización o por las diferentes rutas seguidas por los paquetes para llegar al destino. El jitter entre el punto inicial y final de la comunicación debiera ser inferior a 100 ms. Si el valor es menor a 100 ms, el jitter puede ser compensado de manera apropiada. En caso contrario debiera ser minimizado. La solución ampliamente adoptada es la utilización del jitter buffer. El jitter buffer consiste básicamente en asignar una pequeña cola o almacén para ir recibiendo los paquetes y sirviéndolos con un pequeño retraso. Si alguno de los paquetes no está en el buffer (se perdió o no ha llegado todavía) cuando sea necesario se descarta. Normalmente en los teléfonos IP (hardware y software) se pueden modificar los buffers. Un aumento del buffer, implica menos pérdida de paquetes pero más retardo. Una disminución implica menos retardo pero más pérdida de paquetes C. Perdidas de Paquetes (eficiencia) El eco se define como una reflexión retardada de la señal acústica original, se produce por un fenómeno técnico que es la conversión de 2 a 4 hilos de los sistemas telefónicos o por un retorno de la señal que se escucha por los altavoces y se cuela de nuevo por el micrófono. El eco también se suele conocer como reverberación. El eco es especialmente molesto cuanto mayor es el retardo y cuanto mayor es su intensidad con lo cual se convierte en un problema en VoIP puesto que los retardos suelen ser mayores que en la red de telefonía tradicional. El oído humano es capaz de detectar el eco cuando su retardo con la señal original es igual o superior a 10 ms. Pero otro factor importante es la intensidad del eco, ya que normalmente la señal de vuelta tiene menor potencia que la original. Es tolerable que llegue a 65 ms y una atenuación de 25 a 30 db. VII. RESULTADOS A ESPERAR Al final de las pruebas, la idea de probar esta red, es ver como se debe configurar, que problemas puede tener y que capacidades pueda dar. Según la definición deipv6, la calidad de servicios de la Red VoIPv6 debería ser mejor, se comprobará a través de la prueba mencionada anteriormente. Además se comprobará, que el protocolo IPv6 es superior a la su versión anterior, probando que es y será el protocolo mayoritario dentro de la redes IP. La pérdida de paquetes corresponde a la medida del porcentaje de pérdidas de paquetes promedio enviados a un destino y que no reciben su respectiva respuesta, durante un determinado periodo de tiempo. En las comunicaciones en tiempo real que están basadas en el protocolo UDP, si se produce una pérdida de paquetes no se reenvían. Además, la pérdida de paquetes también se produce por descartes de paquetes que no llegan a tiempo al receptor. Sin embargo la voz es bastante predictiva y si se pierden paquetes aislados se puede recomponer la voz de una manera efectiva. El problema es mayor cuando se producen pérdidas de paquetes en ráfagas. La perdida de paquetes máxima admitida para que no se degrade la comunicación deber ser inferior al 1%. Pero es VIII. CONCLUSION Este tema de proyecto, se sustenta en el estudio e implementación de una red de VoIP, con protocolo IPv6. Así, este proyecto explica la nueva tecnología de VoIP, tendiendo encuentra el protocolo que se va ocupar, para ello se muestran diferentes tipos y cada una de sus características fundamentales. Por un tema de utilización dentro del mercado empresarial, se tomó la opción de utilizar la tecnología Cisco, debido a su uso mayoritario dentro de las empresas. En este proyecto queda claro que estas tecnologías serán, a un corto plazo, las que predominen en cada uno de sus

6 ámbitos. IPv6 en el ámbito de las direcciones de IP para la conexión a la Red de Internet, en desmedro de IPv4. En cuanto VoIP, esta se seguirá abriendo camino y posicionándose en ser la tecnología predominante para la comunicación de voz. Por ultimo este proyecto es necesario demostrar que estas dos tecnologías pueden convivir de la mejor forma y que la unión será en mundo globalizado, la nueva estructura de las comunicaciones digitales. IX. BIBLIOGRAFÍA [1] j. gomez lopez y F. gil montoya, VoIp y Asterisk, Redescubriendo la Telefonia, Almeria: Alfaomega, [2] j. a. Cabaliar, «VoIp. La telefonia de Internet,» [3] J. Palet Martinez, «Tutorial de IPv6». [4] «telefoniavozip,» [En línea]. Disponible en : [Último acceso: 5 Octubre 2012]. [5] VOIP-Info.org, «VOIP-Info.org,» 7 Octubre [En línea]. Disponible: [Último acceso: 10 Enero 2011].

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