Aspectos básicos de la tecnología Voz sobre IP (VoIP) para técnicos de TI

Transcripción

1 Aspectos básicos de la tecnología Voz sobre IP (VoIP) para técnicos de TI La tecnología VoIP aporta un nuevo entorno a los técnicos de redes que requiere un conocimiento más amplio y unas herramientas determinadas para su implantación y la resolución de problemas en los teléfonos IP. Este documento proporciona una introducción a la tecnología y al funcionamiento de VoIP. Índice de materias En qué consiste VoIP? Estándares de VoIP Redes VoIP Cómo funciona VoIP Conclusión

2 Aspectos básicos de la tecnología Voz sobre IP para técnicos de TI Documentación técnica Resumen El teléfono IP está a punto de aterrizar, o ya lo ha hecho, en los despachos profesionales. El teléfono IP no es un PC, pero incorpora una serie de elementos de hardware y software que también se encuentran en los ordenadores. La Voz sobre IP (VoIP) ofrece a los técnicos de redes un nuevo entorno que requiere un conocimiento más amplio y unas herramientas determinadas para su implantación y la resolución de problemas en los teléfonos IP. Las herramientas de diagnóstico de redes LAN tienen que realizar el análisis de Ethernet, pero ahora, además, deben dar soporte a los protocolos de señalización VoIP y a la transmisión de voz. Los técnicos de redes tendrán que dominar la tecnología VoIP. Este documento proporciona una introducción a la tecnología y al funcionamiento de VoIP. En qué consiste VoIP? La tecnología VoIP (siglas en inglés de Voz sobre Protocolo de Internet), también denominada Telefonía IP, se está convirtiendo rápidamente en un término familiar y en una tecnología que está teniendo mucho éxito en las empresas y organizaciones gubernamentales y educativas. VoIP se ha diseñado para sustituir a las tecnologías y redes TDM ya existentes por redes de datos basadas en IP. La voz digitalizada se transmite en paquetes de datos IP a través de una red LAN o WAN. La instalación y la verificación de la red VoIP de teléfonos IP, puertas de enlace y servidores requiere nuevas herramientas y conocimientos más amplios. Este documento analiza la operación y la verificación de la tecnología VoIP. La red telefónica existente ha proporcionado unas comunicaciones de voz fiables y de alta calidad durante muchos años. Esta tecnología permite la transmisión de la voz a través de un canal estándar de 64 Kbps. El ancho de banda de 64 Kbps está garantizado en cada llamada, y la ruta de voz transmite la voz como una secuencia digital continua. La voz digital NO se transmite en paquetes. Las llamadas originadas en empresas y domicilios utilizan la señalización DTMF (marcado por tonos), de canal TI y de canal RDSI D para establecer y gestionar la llamada. En la opción RDSI, la señalización se transmite en paquetes por un canal de señalización separado sobre las conexiones BRI (Interfaz de velocidad básica) y PRI (Interfaz de velocidad primaria) hacia el portador. A continuación, el portador convierte la señalización (en todas sus formas) en un protocolo de señalización interno denominado Sistema de señalización núm 7. Los protocolos de señalización se activan básicamente al inicio y al final de una llamada. En una red VoIP, existe un protocolo de señalización y un protocolo de transmisión de la voz. Ambos protocolos requieren la transmisión de los datos en paquetes IP. Existen diversas opciones basadas en estándares para los protocolos de señalización, como por ejemplo H.323, SIP, MGCP y H.248 (MEGACO). La mayoría de los proveedores de tecnología PBX IP han desarrollado sus propios protocolos de señalización; el más conocido es el protocolo SCCP (Skinny) de Cisco. RTP es el protocolo estándar para la transmisión de voz utilizado con las redes VoIP. La voz se digitaliza, se coloca en paquetes y se transmite a través de la red IP. Para trasladar una sola palabra hablada se necesitan múltiples paquetes. La voz se digitaliza utilizando uno de los estándares G.7xx. Más adelante en este documento se analizará cada uno de estos estándares. Por qué, entonces, las organizaciones pasan de una telefonía basada en TDM a una basada en IP? Existe un cambio muy significativo en la tecnología subyacente, aunque sigamos llamando por teléfono como lo hemos hecho siempre. Éstas son algunas de las razones que justifican el cambio a VoIP: La reducción en los costes de las llamadas a larga distancia, especialmente las internacionales. La reducción de personal mediante la combinación de la gestión de voz y red y datos y red, que elimina funciones redundantes. La adición de aplicaciones que no proporcionan los sistemas basados en TDM. La posibilidad de disponer de una red común para distintas formas de comunicación. Los proveedores de TDM no están ofreciendo sistemas nuevos, lo que está forzando a los clientes a adoptar sistemas telefónicos basados en IP. Fluke Networks 2

3 Obtener dirección IP Teléfono FAX Módem DHCP Puerta de enlace de acceso/medios LAN/WAN IP de llamadas Registro de dispositivo VoIP Analógico T1/E1 PRI Puerta de enlace troncal Teléfono IP Softphone Figura 1 Configuración típica de VoIP Hay dos formas de llamadas VoIP. Si dispone del programa NetMeeting de Microsoft, puede establecer una llamada de PC a PC sin tener que pasar por un servidor de llamadas. Los primeros usuarios de llamadas VoIP solían utilizar este método. Sin embargo, la solución VoIP empresarial predominante requiere un servidor de llamadas (la comunidad de estándares lo denomina equipo selector ) que forme parte de la configuración de la red. Aunque recibe el nombre de servidor, éste no funciona como un servidor tradicional. En las operaciones de correo electrónico, el servidor de correo electrónico y el PC se encuentran en constante contacto. En VoIP, el servidor de llamadas (vea la Figura 1) controla todos los servicios proporcionados, ofrece control sobre la llamada, da soporte a las funciones telefónicas, autentifica y autoriza la llamada e implementa la seguridad. El servidor de llamadas NO es el switch telefónico. Cuando el servidor de llamadas ha establecido una llamada telefónica (de igual a igual), se queda inactivo durante la transmisión de voz a no ser que los teléfonos contacten con el servidor para indicar un cambio de estado o que el servidor de llamadas desee modificar la configuración de las llamadas (por ejemplo, indicar si hay una llamada en espera). El servidor está ahí para procesar la señalización, no para realizar la conmutación de la voz. Los paquetes de voz se transmiten directamente de un teléfono a otro. Existen dos categorías principales de implementaciones en telefonía IP: hardphone y softphone. La opción hardphone contiene todo el hardware y el software para la implementación de VoIP. No se trata de un PC, sino que está diseñado específicamente como un teléfono. Los hardphones pueden tener una funcionalidad sencilla, pero también disponen de pantallas táctiles en color e incluso admiten la navegación por Internet. Los hardphones pueden ser muy diferentes unos de otros y no existe por lo tanto un modelo típico. La segunda categoría, el softphone, consta de unos auriculares conectados a un PC con todas las funciones telefónicas implementadas por la tarjeta de sonido y el software residente en el PC. La puerta de enlace es otra de las piezas de hardware que suele formar parte de la red VoIP. La mayoría de las organizaciones tienen teléfonos, máquinas de fax, módems, conexiones a la red PSTN y otros dispositivos ya existentes conectados al switch telefónico de la organización, denominado PBX. Para realizar la migración a VoIP, estos dispositivos e interfaces deberán conectarse a un sistema de conversión compatible con los dispositivos e interfaces ya existentes de un lado y que establezca la conexión con la red IP en el otro. Los dispositivos ya existentes se conectarán a un enlace o puerta de acceso y la conexión a la interfaz de la red PSTN terminará en una puerta de enlace troncal. Fluke Networks 3

4 Estándares de VoIP Los estándares son fantásticos; hay tantos entre los que elegir! es una frase con la que suele describirse la tecnología VoIP. Existen múltiples estándares de señalización. H.323, el estándar ITU publicado en 1995, supuso el punto de partida para el desarrollo de los productos y servicios VoIP. Existen cuatro versiones. V.1 se ha quedado obsoleta y ya no se utiliza prácticamente en ningún producto. Las versiones 2, 3 y 4 son las que se utilizan en los productos actuales. Estas tres versiones tienen un diseño parecido y podrán seguir utilizándose cuando se introduzcan nuevas versiones. Éste es el protocolo de señalización instalado dominante utilizado en los hardphones y softphones. El protocolo SIP (Protocolo de inicio de sesión) fue creado por el IETF como estándar IP. Aunque el protocolo SIP está generando una considerable atención, aún tardará algunos años en convertirse en el protocolo instalado dominante. Los puntos de interés del protocolo SIP se encuentran en la mejor interoperabilidad entre proveedores, en un desarrollo más fácil de las aplicaciones, en una operación cercana a otros protocolos IP ya existentes y en un funcionamiento más sencillo a través de cortafuegos. Suele formar parte de hardphones y softphones, aunque también se pueden utilizar con puertas de enlace. El protocolo SIP tiene un diseño completamente distinto si se compara con el H.323. MGCP es un protocolo utilizado fundamentalmente en puertas de enlace, aunque en casos muy concretos pueda funcionar con hardphones. MEGACO/H.248, otro protocolo estándar, es un esfuerzo combinado de las organizaciones ITU e IETF. Se puede utilizar en puertas de enlace y en comunicaciones de servidor a servidor. No se encuentra en teléfonos hardphone o softphone. Además de los estándares, prácticamente todos los proveedores de PBX IP han creado sus propios protocolos de señalización. El protocolo más habitual es el SCCP de Cisco, también llamado Skinny. Estos protocolos registrados pueden ser variaciones de los protocolos estándar o tener un diseño exclusivo. Cada uno de ellos proporciona la función de control de las llamadas que se encuentra en los protocolos estándar. Por lo general, un proveedor de PBX IP funciona con uno o varios protocolos de señalización estándar además de su propio protocolo. Todos los protocolos de señalización siguen la misma ruta de control indicada en la Figura 2. El H.323 y la mayoría de los protocolos de señalización propios se transmiten a través de TCP, mientras que el protocolo SIP funciona sobre UDP. de llamadas Teléfono FAX Módem Analógico T1/E1 PRI Puerta de enlace de acceso/medios LAN/WAN IP Puerta de enlace troncal P S T N Teléfono IP Softphone Figura 2 H.323, SIP y señalización propia Fluke Networks 4

5 La voz se transmite en paquetes que utilizan el estándar RTP (Protocolo en tiempo real). Cada paquete RTP contiene una parte de la palabra digitalizada. Varios paquetes RTP, cuando se combinan en el teléfono IP receptor, generan la palabra hablada. Los proveedores de PBX IP RTP suelen implementar el protocolo RTP. Los protocolos propios que funcionan como el RTP no son habituales. Las rutas de voz realizan una conexión directa entre los teléfonos y las puertas de enlace; la voz no pasa a través del servidor ni es transmitida por los protocolos de señalización tal como se muestra en la Figura 3. Se están empleando varios estándares de digitalización de voz y algunas técnicas propias. La mayoría de los proveedores admiten uno o más de los siguientes estándares ITU y evitan las soluciones propias: G.711 es el estándar predeterminado para todos los proveedores, así como para la red PSTN. Este estándar digitaliza la voz en 64 Kbps y no la comprime. G.729 está admitido por muchos proveedores para la voz comprimida que opera a 8 Kbps. Con una calidad situada justo por debajo de la del G.711, éste es el segundo estándar más implementado. G fue en su momento el estándar de compresión recomendado. Opera a 6,3 y 5,3 Kbps. Aunque este estándar reduce el consumo de ancho de banda, la calidad de la voz es notablemente inferior a la que proporciona el G.729 y no es muy utilizado para VoIP. G.722 opera a 64 Kbps pero ofrece una voz de alta fidelidad. Mientras los tres estándares descritos anteriormente proporcionan una frecuencia de sonido analógico de 3,4 khz, G.722 proporciona 7kHz. Esta versión de voz digitalizada será la habitual en el futuro. En todos los casos, los teléfonos IP y las puertas de enlace recogen entre 10 y 30 ms de voz digital y la colocan en el paquete RTP para su transmisión. de llamadas Teléfono FAX Módem Analógico T1/E1 PRI Puerta de enlace de acceso/medios LAN/WAN IP Puerta de enlace troncal P S T N Teléfono IP Softphone Figura 3 Rutas de voz y conversación RTP Redes VoIP Tanto las redes de área ancha (WAN) como las locales (LAN) dan soporte a la operación de VoIP. Sin embargo, existen diferencias significativas en el rendimiento de las redes LAN y WAN que afectan a la velocidad de ejecución de la señalización y a la calidad de la voz. La implementación de red LAN utiliza Ethernet como red de transporte. Los dispositivos VoIP funcionan según los estándares Fluke Networks 5

6 IEEE No se han realizado modificaciones propias ni en los protocolos ni en la arquitectura de Ethernet. La LAN Ethernet opera a 10 y 100 Mbps en redes con una demora muy breve y sin paquetes inestables (varianza de demora), con pocos errores y sin pérdida de paquetes. Aunque el tráfico VoIP puede compartir la LAN con los usuarios de datos, es aconsejable que los dispositivos de voz y datos se ejecuten en redes VLAN separadas (IEEE 802.1q) sobre los switches LAN, por motivos de rendimiento y también de seguridad. La calidad de la voz y las velocidades de ejecución de la señalización son tan buenas como las de los PBX TDM. La red WAN presenta una serie de problemas que afectan al rendimiento. El ancho de banda queda limitado, las demoras de extremo a extremo son mucho más prolongadas, se produce inestabilidad de los paquetes y, en último término, se pierden paquetes. El índice de error de transmisión es lo suficientemente bajo como para que los paquetes de señalización no tengan que ser retransmitidos, y la calidad de voz no se ve afectada por los errores. El objetivo de demora de extremo a extremo entre teléfonos IP es de 150 ms. El teléfono IP receptor debe compensar la pérdida de estos paquetes esperando la llegada de todos los paquetes de una palabra antes de que ésta se pueda convertir de nuevo en sonido analógico. Asimismo, el teléfono IP receptor debe insertar paquetes de voz simulada para eliminar las pausas en una palabra causadas por la pérdida de paquetes. La corrección de la inestabilidad y pérdida de paquetes provoca una demora adicional entre los teléfonos IP. El uso de un mayor ancho de banda y de técnicas de calidad del servicio (QoS) pueden resolver estos problemas. Las llamadas de voz consumen ancho de banda: alrededor de 80 Kbps cuando no se utiliza compresión de voz (G.711) y unos 25 Kbps (G.729) si se comprime la voz. El consumo real de ancho de banda varía en función del tipo de compresión y del tamaño del paquete. El ancho de banda no suele ser un problema en las redes LAN, ya que la mayoría de estas redes tienen un nivel bajo de utilización (probablemente entre un 10 y un 20%). Si no se incrementa el ancho de banda en la red WAN, los usuarios de voz y datos experimentarán un deterioro en la calidad de las llamadas. Mediante el estándar IEEE 802.1p se puede dar soporte a las técnicas QoS en switches LAN. Este estándar requiere que los teléfonos IP y las puertas de enlace también sean compatibles con el estándar 802.1p. Los routers producen QoS a través de la implementación de DiffServ, que debe ser compatible con los teléfonos IP y las puertas de enlace, así como MPLS en los routers. La técnica RSVP se utilizaba antes para QoS de VoIP, pero hoy los productos la utilizan menos. Cómo funciona VoIP Un PBX basado en VoIP arranca igual que otros servidores. Una vez finalizado el arranque, los teléfonos IP y las puertas de enlace realizan el registro con el servidor de llamadas (vea la Figura 1). El teléfono IP y/o la puerta de enlace deben acceder en primer lugar a DHCP para obtener una dirección IP. El DHCP puede formar parte de la red de datos, puede ser un servidor independiente o puede estar integrado en el servidor de llamadas. Una vez asignada la dirección, el dispositivo IP establece contacto con el servidor de llamadas para el registro. Puede que el servidor de llamadas tenga un grupo común de privilegios y restricciones para los dispositivos IP; si no es así, el administrador puede realizar las asignaciones de funciones. El servidor de llamadas o bien otro servidor asignado añade también este dispositivo y sus números de teléfono correspondientes a la DNS para dar soporte a los servicios de directorio. Se establece una sesión TCP H.323 permanente entre el dispositivo VoIP y el servidor de llamadas. Esto se cumple en la mayoría de protocolos de señalización propios. El protocolo SIP utiliza UDP para la ruta de señalización. Cuando el usuario coge el teléfono, el tono de marcado puede ser generado localmente por el teléfono o por el servidor de llamadas. Entonces, el dispositivo IP envía uno o más paquetes solicitando una conexión y las funciones que se van a implementar durante la conexión (por ejemplo, una llamada de conferencia). A continuación, el servidor de llamadas determina si el otro dispositivo está ocupado o disponible. Si está disponible, el servidor de llamadas establece contacto con el dispositivo receptor y da instrucciones tanto al dispositivo que llama como al que recibe la llamada para que establezcan una ruta UDP de igual a igual que transporte la voz RTP. El servidor de llamadas pasa a estar inactivo durante la llamada hasta que uno de los dispositivos finaliza la llamada. En ese momento, el servidor de llamadas interrumpe la conexión de igual a igual y registra el evento de la llamada como parte del registro detallado de llamadas (CDR). Fluke Networks 6

7 La seguridad de la tecnología VoIP se ha convertido en una de las principales preocupaciones para los usuarios que la han adoptado. La mayoría de cortafuegos o servidores de seguridad no están preparados para VoIP, excepto en el caso de las conexiones VPN. De modo predeterminado, es muy probable que los cortafuegos de datos impidan la operación de VoIP por parte de los usuarios que se encuentren en una red que no sea de confianza cuando realicen llamadas a dispositivos de la red de confianza. Algunos proveedores están ya ofreciendo señalización y voz encriptadas detrás del cortafuegos. Este diseño evita los problemas de seguridad causados por los usuarios de la red de confianza. Es necesario implementar las funciones de encriptación en los teléfonos IP, puertas de enlace y servidores de llamadas. Conclusión La tecnología VoIP está forzando al técnico de redes a ampliar sus funciones. No sólo seguirá teniendo la responsabilidad de las tareas físicas y de despliegue e implementación de la LAN, sino que tendrá que asumir nuevas responsabilidades. Entre éstas se incluirá la operación de los protocolos de VoIP, la interacción con el servidor de llamadas, la medición del rendimiento de la red y la configuración del teléfono IP. Además de estas responsabilidades, están los proveedores que decidan implementar múltiples estándares además de introducir soluciones propias a la mezcla de VoIP. La descripción de tareas del futuro técnico de redes tendrá que ampliarse para poder cumplir estos desafíos. El autor Gary Audin tiene 40 años de experiencia en el ámbito de la informática, las comunicaciones y la seguridad. Ha estado analizando la tecnología VoIP desde El Sr. Audin ha publicado gran cantidad de artículos y buena parte de los relacionados con la tecnología VoIP se pueden encontrar en la dirección Ha realizado más de 200 presentaciones en ferias y conferencias dirigidas a usuarios. Es el único instructor de la serie de seminarios sobre VoIP de BCR, con la presentación de 180 conferencias sobre VoIP. NETWORKSUPERVISION Fluke Networks P.O. Box 777, Everett, WA, EE.UU Fluke Networks está presente en más de 50 países de todo el mundo. Para localizar nuestras oficinas, visite /contact Fluke Corporation. Reservados todos los derechos. Impreso en EE.UU. 5/ A-SPN-N Rev A Fluke Networks 7