Bloque III Redes Multimedia
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- Carla Moya Martínez
- hace 8 años
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1 Bloque III Redes Multimedia Arquitecturas de redes de computadores Rafael Sebastian Departamento de Informática Escuela Técnica Superior de Ingenierías Universitat de València Adaptado de Rogelio Montañana
2 Índice de contenido n Introducción y conceptos n Protocolos y aplicaciones en Internet n Tecnologías avanzadas n Redes multimedia l Voz sobre IP (VoIP) n Seguridad en redes 2
3 Redes Multimedia Voz sobre IP n Vídeoconferencia. Estándares H.32x n Pasarelas e Interoperabilidad n Telefonía sobre Internet n Protocolo SIP 3
4 Codecs de audio estandarizados REDES MULTIMEDIA H32.x n La mayoría de los códecs estandarizados de compresión de audio provienen de dos organismos l La ITU-T: son los estándares G.7xx pensados para telefonía (voz) aunque algunos son aptos para música y sonidos diversos. Suelen tener bajo retardo y poco consumo de CPU. l La ISO: son los estándares de audio de MPEG pensados para películas (por tanto música y sonidos diversos). Suelen tener elevado retardo y gran consumo de CPU. Generalmente no aptos para telefonía. 4
5 Retardo y complejidad de codecs ITU vs ISO REDES MULTIMEDIA H32.x Codec Ancho de banda Caudal Retardo Complejidad (CPU) G khz Kbps 40 ms 17,7 MIPS MP3 20 khz Kbps 54 ms > 100 MIPS MPEG-4 AAC LD 20 khz Kbps 20 ms > 130 MIPS MIPS = Millones de instrucciones por segundo 5
6 Aplicaciones de audio-vídeo en tiempo real REDES MULTIMEDIA H32.x Aplicación Sentido Retardo tolerable Espectadores Multicast Audio/Video conferencia (telefonía) Bidirecc ms Uno o varios Apropiado Audio-Vídeo bajo Unidirec s Uno No demanda * Emisión en directo (radio-tv por Internet) Unidirec s Muchos Muy Apropiado (*) En el audio-vídeo bajo demanda el usuario puede controlar la emisión, de ahí el requerimiento de un retardo no excesivo 6
7 Videoconferencia REDES MULTIMEDIA H32.x n Comunicación interactiva por medio de audio y video. Opcionalmente puede haber compartición de datos n Puede ser: l Punto a punto l Punto a multipunto l Multipunto a multipunto 7
8 Requisitos/Características de la videoconferencia REDES MULTIMEDIA H32.x n Compresión/descompresión en tiempo real n Retardo máximo 400 ms. n Movilidad reducida n Normalmente aceptable audio de calidad telefónica n Necesidad de sincronizar audio y vídeo n Necesidad de protocolo de señalización (servicio orientado a conexión) 8
9 Estándares de Videoconferencia REDES MULTIMEDIA H32.x n Los estándares H.32x (x = 0, 1, 2, 3 ó 4) de la ITU-T establecen todo lo relativo a videoconferencia. La x depende del tipo de red utilizada n Son estándares paraguas ya que en muchos casos se basan en otros estándares. Por ejemplo G.7xx para el audio, H-26x para el vídeo n La serie H de la ITU-T se refiere a sistemas multimedia y audiovisuales. 9
10 REDES MULTIMEDIA H32.x Estándares H.320 y H.323 RDSI IP 10
11 Videoconferencia H.320 REDES MULTIMEDIA H32.x Polycom 3*BRI RDSI Flujo de audio-vídeo Kb/s 3*BRI Sistema de grupo o sala Picturetel Dirección E.164: Dirección E.164:
12 Direcciones E.164 REDES MULTIMEDIA H32.x n El formato de los números de teléfono se establece en el estándar E.164 de la ITU-T n Los números pueden tener un máximo de 15 dígitos decimales. n Los primeros 1, 2 ó 3 dígitos representan el país, ej: l l l 1: Norteamérica (Estados Unidos y Canadá) 34: España 216: Túnez n La estructura de las direcciones dentro de cada país es decidida por el país. Normalmente es de tipo jerárquico con criterio geográfico 12
13 Videoconferencia H.323 REDES MULTIMEDIA H32.x Polycom, Tandberg 10BASE-T Internet Flujo de audio-vídeo 14,4-512 Kb/s ADSL Sistema de sobremesa Microsoft Netmeeting, Polycom ViaVideo Dirección IP: Dirección IP:
14 Arquitectura terminal H.323 REDES MULTIMEDIA H32.x Equipo e/s de vídeo Equipo e/s de audio Datos usuario Aplicaciones T.120, etc. Interfaz de usuario para control del sistema Codec Video H.26x Codec Audio G.7xx Control del sistema Control H.245 H Control llamada H Control RAS Retardo trayecto Recepción (Sync) Capa H.225 RTP RTCP UDP TCP UDP IP 14
15 Terminales de videoconferencia REDES MULTIMEDIA H32.x Polycom ViaVideo Video: H.261, H.263, H.263+ Audio: G.711, G.722, G.728, G Caudal: Kb/s (H.323) Formatos: CIF, QCIF Peso: 250 g Conexiones ent./sal.: USB, audio Precio: 500 euros Polycom ViewStation SP128 Video: H.261, H.263+ Audio: G.711, G.722, G.728 Caudal: Kb/s (H.320), Kb/s (H.323) Formatos: CIF, QCIF Peso: 2,7 Kg Conexiones ent./sal.: video v audio Precio: euros 15
16 Videoconferencia H.323: Gatekeeper REDES MULTIMEDIA H32.x Luis Ext Pedro Ext Solo la parte de audio es obligatoria en un terminal H.323 GK Internet Dirección E.164 (número teléfono) Alias H.323 Dirección IP 5111 Pedro Luis Laura Ana Laura Ext Ana Ext. 5114
17 Señalización H.323 REDES MULTIMEDIA H32.x Terminal H.323 Petición de admisión Confirmación de admisión Inicio Conexión Intercambio de capacidades Apertura de canal lógico ACK de apertura de canal lógico Path RAS (Registration Admission GK Status) Gatekeeper H.225 (Q.931) H.245 Terminal H.323 Resv RSVP (opcional) Flujo RTP Flujo RTP Flujo RTCP Medio 17
18 Redes Multimedia Voz sobre IP n Vídeoconferencia. Estándares H.32x n Pasarelas e Interoperabilidad n Telefonía sobre Internet n Protocolo SIP 18
19 Elementos de videoconferencia REDES MULTIMEDIA Pasarelas n Terminal: es el equipo que utiliza el usuario para comunicarse n Gateway, pasarela o puerta de enlace: interconecta redes diferentes: H.320 (RDSI) e Internet (H.323) n Gatekeeper o equipo selector: permite el control de acceso. Realiza la equivalencia de direcciones E.164 o usuarios a direcciones IP n MCU, Multipoint Control Unit o Unidad de control multipunto: replica un flujo de audio/video para permitir multiconferencia 19
20 Pasarela (Gateway) H.320- H.323 REDES MULTIMEDIA Pasarelas Arrancar Netmeetig GW Llamar a ADSL Internet GW PRI Gateway o puerta de enlace BRI RDSI
21 Funciones Gateway H.323 REDES MULTIMEDIA Pasarelas n Interoperabilidad entre audio/vídeo y estándares de red n Conversión de protocolo l Procedimientos de comunicación l Formatos de transmisión n Opcionalmente: Transcodificación (conversión de formatos audio/video) 21
22 Gateway/Gatekeeper, llamada entrante REDES MULTIMEDIA Pasarelas Arrancar Netmeeting GK: Usuario: Alicia Número de tel.: 60 ADSL Internet GW RDSI GK ext. 60? PRI 60 = Gatekeeper o equipo selector Usuario IP Ext. Alicia Llamar a ext. 60 BRI
23 Gateway/Gatekeeper, llamada saliente REDES MULTIMEDIA Pasarelas Registro Arrancar Netmeeting GK: Usuario: Alicia Número de tel.: 60 Llamar al ADSL Internet GW PRI Usar GW BRI RDSI Gatekeeper GK Usuario IP Ext. Alicia
24 Funcionamiento del gatekeeper REDES MULTIMEDIA Pasarelas n El Gatekeeper puede validar el usuario/ password en el momento del registro accediendo a un servidor RADIUS n El alias y la dirección E.164 permiten localizar a usuarios que utilicen diversos terminales o en redes que utilicen direcciones IP dinámicas n El Gatekeeper facilita el control de uso del servicio, permisos y autorizaciones, paso por cortafuegos, NATs, etc. 24
25 Videoconferencia multipunto H.323 REDES MULTIMEDIA Pasarelas Internet MCU MCU H.323! (Multipoint Control Unit)! Replica el flujo de audio/vídeo para cada participante. Posible cuello de botella 25
26 Transcodificación REDES MULTIMEDIA Pasarelas Terminal sin soporte H.263 Valencia 3*BRI BRI Flujo H.261 de 128 Kb/s Flujos H.263 de 384 Kb/s RDSI PRI MCU MCU con transcodificacion 3*BRI 3*BRI Bilbao Atenas La transcodificación ha de hacerse en tiempo real y consume mucha CPU Toulouse 26
27 Redes Multimedia Voz sobre IP n Vídeoconferencia. Estándares H.32x n Pasarelas e Interoperabilidad n Telefonía sobre Internet n Protocolo SIP 27
28 Telefonía sobre Internet REDES MULTIMEDIA Telefonia Internet n Pretende aprovechar la red IP para la comunicación telefónica n Requiere una red con bajo retardo y QoS, o bien una red sobredimensionada n Además de digitalizar la voz es necesario ofrecer todas las funciones propias de una red telefónica: l Señalización (llamada) l Funciones avanzadas: reenvío de llamadas, mensajería, etc. 28
29 Evolución de la telefonía (I) REDES MULTIMEDIA Telefonia Internet Centralita telefónica (PBX, Private Branch Exchange) Telefonía Tradicional Línea E1 (2.048 Kb/s) Par telefónico Datos Voz no comprimida 29
30 Evolución de la telefonía (II) REDES MULTIMEDIA Telefonia Internet Telefonía tradicional sobre backbone IP (voz sobre IP) Ethernet Línea E1 Par telefónico Voz comprimida Voz y datos 30
31 Evolución de la telefonía (III) REDES MULTIMEDIA Telefonia Internet Call Manager Ethernet Línea E1 Par telefónico Telefonía IP Voz comprimida Voz y datos Call Manager 31
32 Ejemplo de red de telefonía IP REDES MULTIMEDIA Telefonia Internet Call Manager Red Telefónica Oficina Principal Internet Sucursal Moderna Sucursal Antigua Teletrabajador 32
33 Telefonía IP REDES MULTIMEDIA Telefonia Internet n Ventajas: + Integración de la red de datos y la red telefónica + Reducción de distancias (y costes) en la red telefónica + Fácil enrutamiento alternativo en caso de averías en la red (servicio no orientado a conexión) + Posibilidad de compresión de la voz (G.729, G.723.1) + Supresión de silencios y generación de ruido de confort + Servicios de alta calidad (G.722, G.722.1, G.719) + Posibilidad de integrar servicios: directorio telefónico con LDAP, envío de ficheros de audio por , lectura automática de s por teléfono, navegación web asistida, etc. n Inconvenientes l l l Degradación de la calidad cuando hay congestión Mayores retardos, posibles problemas de ecos Mayor costo de los teléfonos 33
34 LAN con telefonía IP REDES MULTIMEDIA Telefonia Internet WAN con QoS (DiffServ o IntServ) Tramas H.323 con alta prioridad (802.1p) Teléfono software (Netmeeting, GnomeMeeting, Softphone, etc.) Call Manager (Gestor de telefonía IP) (Servidor Windows/XP) Las tramas del teléfono van en una VLAN de alta prioridad (se usa 802.1p y 802.1Q) El teléfono recibe alimentación eléctrica desde el switch LAN (estándar 802.3af) y actúa como un switch de dos puertos 34
35 Teléfonos IP REDES MULTIMEDIA Telefonia Internet Cisco 7905 Audio G.711 y G.729a Precio: 200 euros Cisco 7960G Audio G.711 y G.729a Incorpora conmutador de dos puertos 10/100 Precio: 500 euros OpenPhone Precio: 0 euros Cisco SoftPhone Audio G.711, G y G.729a Precio: 150 euros 35
36 Tratamiento del sonido en videoconferencia y telefonía REDES MULTIMEDIA Telefonia Internet n Control automático de ganancia: si la fuente sonora es más débil la ganancia se aumenta n Supresión automática de ruidos: un sonido constante se suprime (por ejemplo el ventilador de un proyector) n Supresión de silencios y ruido de confort: el emisor deja de enviar cuando el sonido está por debajo de un umbral. El receptor genera entonces un ruido de fondo artificial llamado ruido de confort n Cancelación de eco: en los sistemas manos libres es fundamental evitar realimentaciones altavoz-micrófono; muchas veces esto se consigue forzando una comunicación half duplex 36
37 Telefonía IP con H.323 REDES MULTIMEDIA Telefonia Internet n Un terminal H.323 solo está obligado a soportar audio, el vídeo es opcional n Por tanto con H.323, gateways y gatekeepers podemos ofrecer telefonía Internet sin necesidad de nuevos estándares n Sin embargo la mayoría de los fabricantes utilizan protocolos propietarios para dar soporte a las funciones adicionales (desvío de llamadas, mensajería, etc.) n En la práctica es muy difícil desarrollar una red de telefonía IP multifabricante basada solo en estándares H
38 Redes Multimedia Voz sobre IP n Vídeoconferencia. Estándares H.32x n Pasarelas e Interoperabilidad n Telefonía sobre Internet n Protocolo SIP 38
39 REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP SIP Session Initiation Protocol n En el mundo del IETF los estándares de la ITU-T siempre se han visto con recelo. En particular H.323 se considera un protocolo demasiado complejo n Esto dio lugar al desarrollo de un protocolo alternativo llamado SIP (Session Initiation Protocol, RFC2543, 3/99, 153 pág.) cuyo diseño está inspirado en HTTP y SMTP n En SIP las direcciones son URIs. Ej.: sip:rector@uv.es n Página principal del SIP: Universidad de Columbia: n Con el tiempo SIP se ha complicado más de lo previsto. Pero aun así parece que terminará ganando la batalla a H
40 Componentes de SIP REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP n UA (User Agent): Terminal SIP (hard o soft). Un UA puede actuar como: l l UAC (User Agent Client): el que llama UAS (User Agent Server): el que es llamado n Servidores: l l l Proxy: actúa como intermediario, en representación de un UA para efectuar o atender llamadas. Ayuda a gestionar el paso por cortafuegos, establecer restricciones, etc. Registrar: atiende peticiones de registro de los agentes activos en su dominio (bien suyos o visitantes) Redirect: informa a los clientes de los agentes que se encuentran fuera de su ubicación natural 40
41 Llamada SIP directa entre dos UAs REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP Alicia UA Client Puerto 5060 Puerto INVITE c=in IP m=audio RTP/AVP OK c=in IP m=audio RTP/AVP 3 ACK Audio G.711 µ-law (sobre RTP) Indica audio G.711 µ-law Indica audio GSM Puerto 5060 (Suena el teléfono de Luis) Puerto 5060 Luis UA Server Audio GSM (sobre RTP) Puerto
42 Algunas características de SIP REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP n Los mensajes de control se envían fuera de banda, es decir forman un flujo independiente (sockets distintos) de los datos intercambiados (en este caso la voz digitalizada). n Los mensajes de control se envían a un puerto bien conocido (el 5060). El puerto de los datos en cambio lo elige cada agente independientemente en el momento de iniciar la sesión n Los mensajes están en caracteres ASCII y tienen una sintaxis parecida a los del protocolo HTTP 42
43 Algunas características de SIP REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP n Las direcciones IP de los agentes implicados y los puertos elegidos figuran en los mensajes SIP. Cuando hay un NAT en el camino éste ha de realizar las conversiones pertinentes n Todos los mensajes requieren confirmación, por lo que pueden enviarse sobre TCP o sobre UDP n En el proceso de conexión se realiza una negociación de capacidades. En el ejemplo si Luis no soportara el audio G.711 µ-law le enviaría a Alicia un mensaje 600 Not Acceptable indicándole además los codecs que él soporta 43
44 Direcciones SIP REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP n En el ejemplo anterior Luis tenía una IP fija. n Esto no siempre es posible, bien porque el usuario obtenga su dirección de forma dinámica (por DHCP) o porque utilice diversos dispositivos, cada uno con una IP diferente (portátil, PDA, etc.) n En SIP se prevé que las direcciones puedan ser: l l l IPs fijas: sip:luis@ URIs: sip:luis@uv.es Direcciones E.164: 43865@uv.es n Para que los URIs y las direcciones E.164 puedan funcionar hace falta que la red SIP tenga un Registrar y un Proxy 44
45 Registrar SIP (Registrador) REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP n Cada vez que un usuario arranca una aplicación SIP envía un mensaje REGISTER al Registrar competente en ese dominio, que toma nota de su presencia n Los mensajes REGISTER tiene un tiempo de vida (por ejemplo una hora) n Cada dominio tiene un Registrar que desarrolla para las direcciones SIP una función equivalente a la del DNS con los nombres n Los Proxys SIP lanzan consultas a los Registrar 45
46 Proceso de registro SIP REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP Registrar SIP Dominio uv.es URI Dirección IP T. Vida (seg.) REGISTER sip:uv.es From: To: Contact:<sip: > Expires: OK El registro debe renovarse periódicamente (en este ejemplo cada hora) Normalmente el registro irá precedido de una validación por usuario/ password ante un servidor RADIUS (no mostrado en la figura) El usuario puede registrarse desde cualquier dirección IP, aunque ésta no pertenezca al dominio uv.es 46
47 Funciones del Proxy SIP REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP n El Proxy SIP es un router que actúa como intermediario en la comunicación entre agentes SIP. n Su actuación se limita al proceso de conexión (señalización). Una vez establecida esta los agentes intercambian directamente los paquetes de datos n El proxy consulta al registrar para localizar a un usuario dado. Generalmente el proxy y el registrar son el mismo equipo (generalmente un router) n El proxy permite forzar la autentificación de los usuarios y restringir el uso de los servicios de acuerdo con lo que tiene autorizado cada uno 47
48 Llamada SIP mediante Proxy/Registrar REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP Puerto Proxy SIP uv.es INVITE INVITE 200 OK P R O X Y ACK Audio G.711 µ-law (sobre RTP) Audio GSM (sobre RTP) 200 OK Luis@uv.es Puerto El tráfico entre Alicia y Luis irá por la ruta más corta 48
49 Descubrimiento del Proxy REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP n En el ejemplo anterior Alicia tenía que saber quién era su Proxy n El proxy se puede indicar en la configuración del agente, pero eso es poco flexible n En su lugar se utilizan registros tipo SRV (Service) en el DNS. Así se puede cambiar el Proxy sin tener que tocar la configuración de los agentes Definición en el DNS del proxy SIP para uv.es: uv.es. IN NAPTR 2 0 "s" "SIP+D2U" "" _sip._udp.uv.es. _sip._udp IN SRV admundsen.red.uv.es. _sip._tcp IN SRV admundsen.red.uv.es. protocolo Puerto (SIP) 49
50 Llamada SIP a un usuario remoto REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP Alicia@uv.es pedro@uji.es INVITE INVITE INVITE 200 OK Proxy SIP uv.es Proxy SIP uji.es El proxy de uv.es averigua la dirección del Proxy de uji.es haciendo una consulta al DNS: DNS Query: SRV uji.es UDP 5060? DNS Response: OK 200 OK ACK Audio-vídeo Pedro@uji.es
51 Redirección de llamadas SIP REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP n Un URI puede redirigirse (desviarse) temporalmente hacia otro. n Supongamos que Pedro se va de Erasmus a la Universidad de Edimburgo; allí le asignan un nuevo identificador, peter@ed.ac.uk n Pedro recibirá las llamadas dirigidas a su nuevo URI, pero además quiere seguir recibiendo en su teléfono de Edimburgo las que le hagan a su URI permanente, pedro@uji.es n Para ello Pedro debe indicar al redirect server de uji.es que se ha trasladado temporalmente a peter@ed.ac.uk n Normalmente el proxy, el registrar y el redirect server de una organización son el mismo equipo (un router) 51
52 Redirección de llamadas REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP SIP Proxy SIP uv.es 1: INVITE 2: INVITE 8: 200 OK 9: ACK 10: Audio-video : 301 MOVED Contact: Proxy SIP ed.ac.uk Proxy/redirect SIP uji.es 5: INVITE 6: 200 OK en
53 Comunicación SIP Red telefónica REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP n Comunicación física: se requiere un gateway o pasarela (normalmente un router) entre la red IP y la red telefónica pública. n Comunicación lógica (direccionamiento): l SIP Red telefónica: La posibilidad de utilizar direcciones E.164 desde SIP está prevista por defecto l Red telefónica SIP: hay que asignar direcciones E. 164 a los agentes SIP. Esto se consigue con ENUM (E. 164 NUmber Mapping), conjunto de protocolos que integran el espacio de direcciones E.164 en el DNS. ENUM permite además asignar URIs a las direcciones E
54 Como funciona ENUM REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP n A cada dirección E.164 le corresponde un nombre en el DNS, de la siguiente forma (RFC 3761): Dirección E.164: Nombre DNS: e164.arpa Los registros introducidos en el DNS son de tipo NAPTR (Name Authority Pointer) y le asignan uno o varios URIs equivalentes con diferentes prioridades. Ejemplo: $ORIGIN e164.arpa. IN NAPTR "u" "E2U+sip" "!^.*$!sip:rogelio.montanana@uv.es!i" IN NAPTR "u" "E2U+ " "!^.*$!mailto:rogelio.montanana@uv.es!i Una vez configurado el mapping las direcciones E.164 pueden ser utilizadas no solo desde la red telefónica convencional sino también desde terminales SIP 54
55 Ejemplo de uso de ENUM REDES MULTIMEDIA Protocolo SIP 2: DNS query: e164.arpa 1: El usuario marca DNS 6: a rogelio.montanana@uv.es 3: DNS response: NAPTR 100: sip:rogelio.montanana@uv.es NAPTR 102: mailto:rogelio.montanana@uv.es 4: rogelio.montanana@uv.es? 5: Usuario no disponible Registrar SIP Servidor de 55
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