VOZ SOBRE IP: INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL. Análisis del servicio Instalado en Laboratorios Médico Polanco

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTRICA UNIDADAD CULHUACAN TESINA Seminario de Titulación Las tecnologías aplicadas a las redes de computadoras FNS /03/2007 VOZ SOBRE IP: Análisis del servicio Instalado en Laboratorios Médico Polanco Que como prueba escrita de su examen Profesional para obtener el Titulo de: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA Presenta: VÍCTOR GARCÍA LÓPEZ México D.F Diciembre 2007.

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3 Agradecimientos Esta tesis esta dedicada a mi Padres, a quienes agradezco de todo corazón por su amor, cariño y comprensión. En todo momento los llevo conmigo. Agradezco a mis hermanos por la compañía y el apoyo que me brindan. Se que cuento con ellos siempre. Agradezco a Dios por llenar mi vida de dicha y bendiciones. Agradezco haber encontrado el amor y compartir mi existencia con ella. Agradezco a los amigos por su confianza y lealtad. Agradezco a esta institución y a mi país porque espera lo mejor de mí. A mi querida Prof. de Tesis: M en C Diana Salomé por su asesoramiento y estímulo para seguir creciendo intelectualmente. A los Profesores por su disposición, colaboración y buena voluntad, así como en sus observaciones críticas en la redacción del trabajo, por su cariño. Víctor García López.

4 CONTENIDO. INTRODUCCIÓN. X OBJETIVOS JUSTIFICACION XIV RESUMEN XV CAPÍTULO 1 TELEFONÍA IP Qué es la telefonía IP? Redes Publicas Requerimientos para el transporte de voz Problemas de retardo en los paquetes de voz Resolviendo los problemas de retardo Estándares Señalización Señalización inicial de llamada Compresión de voz Transmisión de voz Control de transmisión Protocolo para IP Calidad de servicio en voz IP Futuro de las redes de paquetes de datos Ventajas de voz sobre IP en red local Desventajas de voz sobre IP en red local. 22 CAPÍTULO 2. SWITCHES Y RUTEADORES Tecnología de switch Tecnología de ruteador. 24 XIII i

5 2.3 Dónde se debe usar un switch? Dónde se emplea un ruteador? Segmentando con switches y ruteadores Segmentando redes Lan con switch Segmentando subredes con ruteadores Seleccionando un switch o un ruteador para segmentar Diseñando redes con switches y ruteadores Diseñando redes para grupos de trabajo Pequeños grupos de trabajo Grupo de trabajo departamentales Segmentación Física Segmentación lógica Baja densidad alta velocidad en el enlace dentro de la central de datos Alta densidad enlace de alta velocidad a la central de datos ATM para el Laboratorio o el backbone del corporativo Backbone redundante (Garantizan disponibilidad de la red) Diseño para acceso a wan Futuro de los switches Soporte multimedia Futuro del ruteo Interfaces lan y wan. 48 CAPÍTULO 3. CABLEADO ESTRUCTURADO Ventajas Cableado del backbone Subsistema área de trabajo. 54 ii

6 3.4 Subsistema horizontal El cableado horizontal incluye Consideraciones de diseño Topología Distancia de cable Tipo de cable Salidas de área de trabajo Manejo del cable Interfase electromagnética Cuarto de telecomunicaciones Consideraciones de diseño Control Ambiental Disposición de equipos Cuarto de equipo Categoría de cableado Estándares de cableado estructurado Diseño del cableado estructurado en el laboratorio Médico Polanco Subsistema de estaciones de trabajo Subsistema de cableado horizontal Subsistema de closets de comunicaciones Subsistema de backbone. 70 CAPÍTULO 4. SISTEMA VOZ IP INSTALADO Descripción general del sistema Call Manager Flexibilidad. 76 iii

7 4.2 Gateway Selsius Gateway digital Gateway analógico Método de configuración Teléfono modelo 12 sp Comparación y costos 82 CAPÍTULO 5 INSTALACIÓN Y CONFIGURACIÓN Instalación del hardware para voz IP Conectando cable IP Conexión Gateway Digital Conexiones Gateway Analógico Conexiones finales de gateways (analógico y digital) en el Laboratorio Médico Polanco Instalación de la PC multimedia Instalación y configuración del CISCO CALLMANAGER Administration versión CAPÍTULO 6 FUTURO DE VOZ IP La oferta disponible en México. 115 iv

8 CONCLUSIONES 119 BIBLIOGRAFÍA. 125 REFERENCIAS 126 GLOSARIO DE TÉRMINOS Y SIGLAS. 127 ANEXO A. Planos de cableado estructurado en Laboratorio Médico Polanco. 130 ANEXOS B. Estándares adicionales para el cableado estructurado. 131 v

9 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Figura 1.2 Figura 1.3 Figura 2.1 Elementos de una red Voz IP...4 Canales de Voz vs. Datos...8 Balance del retardo en el transporte de voz...12 Interacción entre segmentos de redes...24 Figura 2.2 Función principal del ruteador...24 Figura 2.3 Ejemplo de competencia por el medio y segmentación utilizando switch...26 Figura 2.4 Ejemplo de segmentación de dominio utilizando switch...28 Figura 2.5 Red segmentada por un switch en dos dominios...29 Figura 2.6 Red segmentada con un ruteador en dos dominios diferentes...30 Figura 2.7 Ambiente de grupos pequeños de trabajo en una red interna...32 Figura 2.8 Solución 1, Diseño de red para pequeños grupos de trabajo utilizando Ruteador...33 Figura 2.9 Solución 2, Diseño de red para pequeños grupos de trabajo utilizando Switch...34 Figura 2.10 Ejemplo de grupo de trabajo departamental...36 Figura 2.11 Red segmentada físicamente por un ruteador...38 Figura 2.12 Segmentación lógica de una red...39 Figura 2.13 Ambientes de backbone.39 Figura 2.14 Ejemplo de Backbone colapsado...40 Figura 2.15 Construcción de red de alta densidad con enlace de alta velocidad a la central de datos..42 Figura 2.16 Integración de un módulo ATM a una central de datos...43 Figura 2.17 Construcción de backbone redundante utilizando ruteadores...44 Figura 2.18 Ejemplo de utilización de ruteadores en una red WAN...45 Figura 3.1 Panel de Parcheo del Site Principal 71 Figura 3.2 Diagrama de conectividad VoIP...72 vi

10 Figura 3.3 Diagrama de cableado estructurado para voz IP...73 Figura 4.1 Call Manager Selsius-IP PBX...74 Figura 4.2 Ejemplo, conexión de gateway a una red de voz IP...77 Figura 4.3 Teléfono modelo 12 SP Figura 5.1 Conexión de Cisco Call Manager a una red VoIP...84 Figura 5.2 Conexiones finales de salida de voz y caja de fibra óptica...85 Figura 5.3 Diagrama para conexión telefónica...86 Figura 5.4 Diagrama de conexión teléfono 12 SP Figura 5.5 Diagrama de conexión teléfono 30 SP Figura 5.6 Conexiones finales telefónicas para el modelo 12 SP Figura 5.7 Diagrama de conexión para un gateway digital...88 Figura 5.8 Diagrama de conexión para Gateway Analógico...89 Figura 5.9 Conexión del gateway troncal analógico con la red IP y la red PSTN..90 Figura 5.10 Conexión final del Gateway AT-4 y AS Figura 5.11 Conexión final del panel de parcheo para voz en LMP 91 Figura 5.12 Instalación final de la PC multimedia en el SITE, en LMP...92 Figura 5.13 Instalación..93 Figura 5.14 Apartado para la configuración de gateways...94 Figura 5.15 Configuración del gateway analógico para líneas troncales...94 Figura 5.16 Configuración de los puertos del gateway analógico SAA0010EB Figura 5.17 Configuración de los puertos para líneas analógicas internas...97 Figura 5.18 Ejemplo de configuración de máscaras para números telefónicos...97 Figura 5.19 Ejemplo de puertos configurados en el gateway SAA0010EB Figura 5.20 Ejemplo de información desplegada con la opción system del Call Manager (1/3)...99 vii

11 Figura 5.21 Ejemplo de información desplegada con la opción system del Call Manager (2/3)...99 Figura 5.22 Ejemplo de información desplegada con la opción system del Call Manager (3/3) Figura 5.23 Ejemplo de modificación en la configuración de dispositivos Figura 5.24 Ilustración que muestra la opción Device Wizard en el Call Manager 102 Figura 5.25 Opción Cisco IP Phone en el Call Manager Figura 5.26 Opción User del Call Manager (1/2) Figura 5.27 Opción User del Call Manager (2/2) Figura 5.28 Opción NetMeeting/H.323 del Call Manager Figura 5.29 Opción Control Center en el Call Manager Figura 5.30 Opción Plug-Ins en el Call Manager Figura 5.31 Opción de los derechos de registro del Call Manager viii

12 ÍNDICE DE TABLAS. Tabla1.1 Protocolos TCP/UDP 8 Tabla 1.2 Redes de Voz vs. Redes de Datos...9 Tabla 1.3 Vocorder Encoding Delay...11 Tabla 1.4 Protocolos en VoIP...16 Tabla 1.5 Secuencia de Arranque de una sesión H.323 típica...19 Tabla 2.1 Tecnologías para enlaces de datos...31 Tabla 3.1 Normas Internacionales del Cableado Estructurado...51 Tabla 3.2 Dimensiones para el cuarto de telecomunicaciones...63 Tabla 3.3 Distribución de nodos para voz y datos en Laboratorio Médico Polanco...69 Tabla 3.4 Distribución de los enlaces de fibra óptica en Laboratorio Médico Polanco..70 Tabla 3.5 Distribución de los nodos de voz IP del panel de parcheo del SITE ix

13 INTRODUCCIÓN. La telefonía ha tenido grandes avances a través del tiempo, desde su inicio con los experimentos en telegrafía de Guglielmo Marconi ( ) hasta nuestros días con los avances de la informática, que hoy hacen posible la comunicación por Internet y el envío de paquetes de voz a través de redes de datos que es lo que llamamos Voz sobre IP (VoIP). Estos avances traen como consecuencia grandes ventajas a las empresas e instituciones como Laboratorio Médico Polanco, algunas de estas ventajas son el ahorro en costos tanto de cableado como de tarifas telefónicas, ya que al aprovechar el cableado de la red de datos para el envío de voz, se minimizan considerablemente los gastos de cableado principalmente y los gastos de llamadas telefónicas ínter empresariales se reducen a cero. Al estar a la vanguardia en tecnología y ofrecer los servicios en materia de calidad así como un continuo convivió natural con esta tecnología, se aprovechó la oportunidad de la construcción de su nuevo edificio para realizar la instalación de la infraestructura que soportará además de servicios de datos servicios de VoIP. El propósito de esta tesina es Analizar el servicio instalado en Laboratorio Médico Polanco. No se puede dejar a un lado las bases o fundamentos técnicos necesarios para la ejecución de proyectos de esta magnitud, razón por la que se incluyen capítulos sobre información técnica. El capítulo 1, comprende conceptos técnicos acerca de voz IP, definición, ventajas y desventajas, comparativas de las redes de datos con las redes de voz, requerimientos x

14 para el transporte de voz, protocolos necesarios y los estándares que se han creado para este servicio. El capítulo 2 trata acerca de switches y ruteadores, de ésta manera se resalta la importancia que tienen estos dispositivos en la implementación y diseño de redes tanto de datos como de voz. Y qué decir del cableado estructurado, es obvia su importancia porque de no tomarse en cuenta generaría grandes pérdidas económicas y problemas posteriores a las instituciones y empresas que implementen cualquier tipo de red, es por eso que en el capítulo 3 se muestra lo referente a cableado estructurado. Una vez sentando las bases para el diseño de redes de voz, se realizó una descripción del software Selsius IP-PBX Ver el cual se implementó inicialmente en Agosto de este año así como también del hardware telefónico utilizado para ésta tecnología descrito en el capítulo 4. Actualmente existe otra versión y de ello se mencionará en el capítulo 5, en el cual se incluye un desarrollo de todo el proceso de instalación y configuración tanto del hardware como del software de voz que se implementó y actualmente se está utilizando en la institución mencionada. La rapidez con la que avanza la tecnología nos deja siempre a la expectativa de lo que sucederá en un futuro es por eso que el capítulo 6 contiene análisis y cometarios que los directivos de las empresas más fuertes en voz IP han hecho al respecto así como las nuevas tendencias. Generalmente los beneficios de la tecnología pueden ser divididos dentro de las siguientes cuatro categorías: REDUCCION DE COSTOS: Si bien el reducir los costos de las llamadas de larga distancia es siempre un tema popular y puede proporcionar una buena razón para introducir VoIP, el actual ahorro a largo plazo será aun sujeto de debate en la industria. xi

15 SIMPLIFICACION: una infraestructura integrada que soporta todas las formas de comunicación permitiendo mayores estandarización y reducción del total de equipo competitivo. CONSOLIDACION: desde que la gente esta entre los elementos de costo más significativos en una red, cualquier oportunidad para combinar operaciones, para eliminar puntos de falla, y para consolidar los sistemas de cuenta podría ser beneficioso. APLICACIONES AVANZADAS: aunque la telefonía básica y facsímil son las aplicaciones iniciales para VoIP, a largo plazo se espera que los beneficios sean derivados de las aplicaciones multimedia y multiservicio. Aunque el uso de voz sobre redes de paquetes es relativamente limitado en el presente, hay un interés considerable de usuarios y las pruebas están comenzando. De esta manera queda plasmado el proceso de implementación del sistema de Voz en este laboratorio desde un punto de vista diferente a la empresa encargada del desarrollo de este proyecto. xii

16 OBJETIVOS El objetivo es asegurar la interoperabilidad y la versatilidad que tiene este servicio en el Laboratorio y así permitir la conectividad con la infraestructura telefónica tradicional. Dentro de los objetivos tenemos los siguientes: Mostrar las ventajas y desventajas de VoIP sobre la telefonía convencional. Analizar la calidad e servicio en las comunicaciones IP. Presentar la forma de direccionamiento en la transmisión de voz sobre IP. Indicar la manera en la que la señalización es utilizada en VoIP. Demostrar que las tecnologías de comunicación cada día convergen más hacia la red Internet. xiii

17 JUSTIFICACIÓN En esta institución a crecido a pasos agigantados y la extendida organización de una nueva tecnología y este es el caso de VoIP. Beneficios demostrables al usuario final son también necesarios si los productos de VoIP (voz sobre IP) son para ser un suceso a largo plazo. xiv

18 RESUMEN. Este tesis aborda las bases, definición y características de Voz sobre IP su versatilidad en esta tecnología así como también la utilización de switches y ruteadores, cuándo utilizar un switch, cuándo un ruteador; también incluye un capítulo sobre cableado estructurado ya que es de vital importancia en proyectos de este tipo (VoIP); una descripción y análisis del sistema VoIp Selsius IP-PBX versión 2.01 que es el que se implementó en la Laboratorio Médico Polanco así como también el seguimiento en la implementación del proyecto y por último las tendencias de voz sobre protocolo IP en un futuro así como comentarios de las empresas más fuertes en este ámbito. xv

19 Este trabajo aborda las bases, definición y características de Voz sobre IP; tecnología de switches y ruteadores, cuándo utilizar un switch, cuándo un ruteador; también incluye un capítulo sobre cableado estructurado ya que es de vital importancia en proyectos de este tipo (VoIP); una descripción y análisis del sistema VoIp Selsius IP-PBX versión 2.01 que es el que se implementó en Laboratorio Médico Polanco así como también el seguimiento en la implementación del proyecto y por último las tendencias de voz sobre protocolo IP así como comentarios de las empresas más fuertes en este ámbito. Estos avances traen como consecuencia grandes ventajas a las empresas e instituciones como, algunas de estas ventajas son el ahorro en costos tanto de cableado como de tarifas telefónicas, ya que al aprovechar el cableado de la red de datos para el envío de voz, se minimizan considerablemente los gastos de cableado principalmente y los gastos de llamadas telefónicas ínter empresariales se reducen a cero. El Capítulo 1, comprende conceptos técnicos acerca de voz IP, definición, ventajas y desventajas, comparativas de las redes de datos con las redes de voz, requerimientos para el transporte de voz, protocolos necesarios y los estándares que se han creado para este servicio. El Capítulo 2 trata acerca de switches y ruteadores, de ésta manera se resalta la importancia que tienen estos dispositivos en la implementación y diseño de redes tanto de datos como de voz. El Capítulo 3 hablamos sobre el cableado estructurado, es obvia su importancia porque de no tomarse en cuenta generaría grandes pérdidas económicas y problemas posteriores. En el Capítulo 4 Después de haber explicado las bases para el diseño de redes de voz, se realizó una descripción del software Selsius IP-PBX Ver el cual se implementó inicialmente en Agosto de este año así como también del hardware telefónico utilizado para ésta tecnología xvi

20 El Capítulo 5. Actualmente existe otra versión y de ello se mencionará en este el cual se incluye un desarrollo de todo el proceso de instalación y configuración tanto del hardware como del software de voz que se implementó y actualmente se está utilizando en la institución mencionada. El Capítulo 6 contiene análisis y la rapidez con la que avanza la tecnología nos deja siempre a la expectativa de lo que sucederá en un futuro es por eso que en este se describe dejando los cometarios que los directivos de las empresas más fuertes en voz IP han hecho al respecto así como las nuevas tendencias. De esta manera queda plasmado el proceso de implementación del sistema de Voz en Laboratorio Médico Polanco desde un punto de vista diferente a la empresa encargada del desarrollo de este proyecto. xvii

21 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP CAPÍTULO 1 TELEFONÍA IP. Voz sobre IP permite el envío de voz a través de redes de datos, lo cual provee de grandes ventajas así como desventajas. Antes de entrar en materia es necesario realizar la siguiente interrogante: 1.1 QUÉ ES LA TELEFONÍA IP? La telefonía IP también llamada Voz sobre IP se puede definir como la transmisión de paquetes de voz utilizando redes de datos, la comunicación se realiza por medio del protocolo IP (Internet Protocol), permitiendo establecer llamadas de voz y fax sobre conexiones IP (Redes de Datos Corporativos, Intranets, Internet, etc.), obteniendo de esta manera una reducción de costos considerables en telefonía. Una de las grandes desventajas de ésta tecnología es que el protocolo IP no ofrece QoS (Calidad de Servicio), por lo tanto se obtienen retardos en la transmisión afectando de ésta manera la calidad de la señal de voz. Existen varias definiciones, todas concluyen en un punto importante: Envío de voz comprimida y digitalizada en paquetes de datos y sobre protocolo de Internet (IP), utilizando redes de datos aprovechando el ancho de banda que ofrece y el cableado, ahorrando costos importantes para las empresas. Algunas de estas definiciones son: Voz sobre IP se puede definir como una aplicación de telefonía que puede ser habilitada a través de una red de datos de conmutación de paquetes vía protocolo IP. La ventaja real de ésta es la transmisión de voz como datos, ya que se mejora la eficiencia del ancho de banda para transmisión de voz en tiempo real. 1

22 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP VoIP es una tecnología que tiene todos los elementos para su rápido desarrollo. Como muestra se puede ver que compañías como CISCO, la han incorporado a su catálogo de productos, los teléfonos IP están ya disponibles y los principales operadores mundiales, están promoviendo activamente el servicio IP a las empresas, ofreciendo calidad de voz a través del mismo. Por otro lado tenemos ya un estándar que nos garantiza interoperabilidad entre los distintos fabricantes. La conclusión parece lógica: hay que estudiar cómo podemos implementar VoIP en nuestra empresa. Se define la telefonía IP como el uso de paquetes IP para tráfico de voz full-duplex. Estos paquetes son transmitidos a través de Internet o de redes IP privadas. El componente clave de la tecnológica en telefonía IP son los equipos que convierten la señal de voz analógica en paquetes IP. Estos equipos pueden ser tarjetas específicas para PC, software específico o servidores-pasarela (Entrada de un slot al equipo) de voz. Estos equipos consiguen una calidad comparable a la telefonía móvil analógica a 5Kbps. a partir de algoritmos de compresión que explotan las redundancias, pausas y silencios del habla. La telefonía IP es una tecnología que permite el transporte de voz sobre redes IP, produciendo un efectivo ahorro en el gasto que incurren las corporaciones para sus llamadas de larga distancia nacional e internacional. Mediante la instalación de Gateways (puertas de acceso y paquetes de software en dependencias estratégicas de la corporación, es posible obtener beneficios económicos tangibles a corto plazo al sustituir minutos de larga distancia convencional por minutos de voz sobre IP a un costo menor así como la versatilidad del mismo. IP en un principio se utilizó para el envío de datos, actualmente debido al creciente avance tecnológico, es posible enviar también voz digitalizada y comprimida en paquetes de datos, los cuales pueden ser enviados a través de Frame Relay (repetidor de tramas), ATM (modo de transferencia asíncrona), Satélite, etc. 2

23 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP Una vez que estos paquetes llegan a su destino son nuevamente reconvertidos en voz. El mercado ofrece una serie de elementos que nos permitirán construir aplicaciones VoIP. Estos elementos son: Teléfonos IP. Adaptadores para PC. Hubs Telefónicos. Gateways (puertas de acceso)(pasarelas RTC / IP). Gatekeeper. Unidades de audio conferencia múltiple. (MCU Voz) Servicios de Directorio. Las funciones de los distintos elementos son fácilmente entendibles a la vista de la figura en la siguiente página 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 este. Su función es la de gestión y control de los recursos de la red, de manera que no se produzcan situaciones de saturación en la misma. El Gateways (puertas de acceso) 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 RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). Podemos considerar al Gateways como una caja que por un lado tiene un interface LAN y por el otro dispone de una o varias de los siguientes interfaces como se muestra en la figura 3

24 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP Figura 1.1 Elementos de una red Voz IP FXO. Para conexión a extensiones de centralitas o 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 RDSI (2B+D) PRI. Acceso primario RDSI (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 también se puede encontrar varios elementos conviviendo en la misma plataforma, un ejemplo de esto se visualiza en la figura anterior Un aspecto importante a mencionar es el de los retardos en la transmisión de la voz. Puesto que se debe tener en cuenta que la voz no es muy tolerante con estos. 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. 4

25 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP No olvidar 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 tenemos una ráfaga de datos en la red, se ha ideado el protocolo RSVP (Protocolo de Reservación de Recursos), cuya principal función es dividir los paquetes de datos grandes y dar prioridad a los paquetes de voz cuando hay una congestión en un ruteador. Si bien este protocolo ayudará 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 tales como ATM (modo de transferencia asíncrona), que proporcionan QoS (calidad de servicio) de forma estándar. Existen tres componentes en la tecnología de la telefonía IP: Clientes, servidores y Gateways (puertas de acceso): El cliente Establece y termina las llamadas de voz; Codifica, empaqueta y transmite la información de salida generada por el micrófono del usuario. Recibe, decodifica y reproduce la información de voz de entrada a través de los altavoces o audífonos del usuario. El cliente se presenta en dos formas básicas. 1. Una suite de software corriendo en una PC que el usuario controla mediante GUI (una interfaz gráfica de usuario). 2. Puede ser un cliente "virtual" que reside en un Gateways (puertas de acceso). Los servidores: Manejan un amplio rango de operaciones, las cuales incluyen validación de usuarios, transacciones, contabilidad, tarificación, recolección y distribución de utilidades, enrutamiento, administración general del servicio, carga de clientes, control del servicio, registro de usuarios, servicios de directorio y otros. Los Gateways (puertas de acceso) de telefonía IP: Proporcionan un puente entre los mundos de la telefonía tradicional y la telefonía sobre Internet; es decir, permiten a los usuarios comunicarse entre sí. 5

26 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP La función principal de un Gateways (puertas de acceso) es proveer las interfaces apropiadas para la telefonía tradicional, funcionando como una plataforma para los clientes virtuales. Los Gateways juegan también un papel importante en la seguridad de acceso, la contabilidad, el control de calidad del servicio (QoS) y en el mejoramiento del mismo. Los servicios de telefonía IP no están limitados a los usuarios de PCs con acceso a Internet, ya que mediante la colocación de los dispositivos Gateways los proveedores de servicio pueden ofrecer servicios de telefonía IP. La conversión de la voz a datos requiere una sofisticada formulación matemática, que comprime la voz humana digitalizada en un conjunto de datos mucho más pequeño y manejable. Una fórmula similar expande los datos comprimidos para devolver la voz a su estado original una vez que llega a su destino, minimizando el ancho de banda consumido, por lo que se optimizan los recursos disponibles. Por ejemplo, una conversación de telefonía IP ocupa aproximadamente la octava parte que una tradicional. Debido a que las formulaciones matemáticas y los procesadores de señal para la compresión y descompresión de la voz en datos son cada vez más eficientes, y los anchos de banda disponibles para el traslado de la voz sobre IP cada vez son mayores, la calidad de las comunicaciones de voz sobre IP ha superado la de la telefonía celular, y prácticamente ha igualado a la de las llamadas telefónicas sobre sistemas de telefonía estándar. La creciente demanda por productos abiertos de telefonía computarizada ha esclarecido el hecho de que las telecomunicaciones no pueden permanecer por más tiempo separadas de los servicios de procesamiento de información de las empresas, al tiempo que los servicios telefónicos deben poseer interoperabilidad con otros servicios de información. De esta forma los servicios de telecomunicaciones, representados por redes públicas ó privadas, podrán disponer de mejores capacidades de procesamiento de información mediante la interacción que se logre con los dispositivos computacionales. 6

27 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP Esta convergencia resultará en servicios mejorados de comunicación donde el control de llamada y el procesamiento de los recursos pueden ser fácilmente integrados con las funciones de suministro de datos y análisis de información. Empleando telefonía IP las llamadas establecidas entre teléfonos de la misma empresa (aún en ubicaciones distintas) no generan costo adicional alguno, y las enviadas a abonados larga distancia se realizan al precio de las llamadas locales. 1.2 REDES PÚBLICAS. Uno de los tipos de redes públicas es la Red telefónica pública conmutada (PSTN.- Public Switched Telephone Network), de la cual existen 600 millones de usuarios alrededor del mundo y su tráfico de voz se incrementa a una velocidad del 8% anual. Otro de los tipos existentes y una de las más conocidas es la Red de paquetes Internet con más de 100 millones de usuarios de Internet alrededor del mundo, con un tráfico de datos que se incrementa a una velocidad anual del 35%. Según el artículo de voz sobre IP. Unitronics Comunicaciones. El tráfico de datos predice que avanza más rápido que el tráfico de voz (bits/seg) Como lo muestra la gráfica de la siguiente página. Las redes de telefonía pública han transmitido datos utilizando: Modems. ISDN-T1 Frame Relay Por otro lado las redes de datos están empezando a transmitir voz, como es el caso de: Voz sobre IP. Voz sobre frame relay. 7

28 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP Figura 1.2 Canales de Voz vs. Datos A continuación se visualiza una comparativa de los protocolos TCP y UD que utilizan las redes de paquetes actuales para interactuar voz Tabla1.1 Protocolos TCP/UDP Nota Importante: No existen actualmente protocolos disponibles sobre las redes de paquetes de datos para garantizar retardos. Aunque actualmente el uso de las redes sea el envío conjunto de voz y datos, tanto las redes de telefonía pública como las redes de datos fueron creadas con características -- 8

29 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP propias, las cuales se resumen en la tabla siguiente. Tabla 1.2 Redes de Voz vs. Redes de Datos 9

30 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP REQUERIMIENTOS PARA EL TRANSPORTE DE VOZ. Tiempo de entrega garantizado. Máximo retardo en una ruta, 150 ms. Tasa de calidad de voz en nivel PCM ó mejor. Señalamiento de tono (DTMF) PROBLEMAS DE RETARDO EN LOS PAQUETES DE VOZ. Paquetes fuera de secuencia. Pérdida de paquetes La Retransmisión causa retardos extensivos. No hay opción de retransmisión. TCP/IP no es útil para voz interactiva. Retardos de codificación. Retardo de paquetización. Retardo de transporte. Retardo de ruteo. Básicamente, los problemas principales de la transmisión de voz a través de Internet son: ancho de banda limitado y latencia impredecible. Mediante algoritmos de compresión de voz se consigue que el ancho de banda necesario sea mínimo. La latencia, (el retardo que se produce debido a la digitalización, compresión y paquetización de la voz y el hecho de que los paquetes deban atravesar diversos ruteadores y líneas) exige que los paquetes de voz lleguen a velocidad constante, a pesar de que el oído humano tolere la perdida de paquetes. La latencia se disminuye mediante la utilización de tarjetas digitalizadoras específicas o mediante la utilización de software y procesadores veloces. En la siguiente figurase puede apreciar detalladamente el recorrido que realizan los paquetes de voz así como los tiempos de retardo en el transporte. 10

31 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP Figura 1.3 Balance del retardo en el transporte de voz. La siguiente tabla muestra los retardos que presentan las diferentes normas de compresión VoIP. Tabla 1.3 Vocorder Encoding Delay 11

32 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP 1.4 RESOLVIENDO LOS PROBLEMAS DE RETARDO. Ellis K. Cave (2000) en su conferencia New Directions in IP Telephony mencionó que los problemas de retardo en voz pueden tener solución si se toman en cuenta los siguientes puntos. 1.-Dar más ancho de banda. Al ofrecer más ancho de banda el problema de retardo no se garantiza, siempre existe probabilidad para colisiones, se requiere un gran tamaño de ancho de banda en la red para manejar todas las llamadas sin congestión. 2. Dar un protocolo de retardo garantizado sobre los protocolos de paquetes existentes, es decir, se requiere un protocolo para: Reservación de recursos (RSVP, SII), que permita una específica QoS para cada aplicación. Requiere modificación de rutas actuales para nuevos protocolos (ej. multicast) El reservado de ancho de banda se obtiene del usuario final, del proveedor de accesos y proveedor de red; es aquí donde surge una interrogante Quién y cómo paga estos recursos? 3. Trazar un nuevo protocolo que incluya problemas de retardo. ATM (modo de transferencia asíncrona) puede trabajar tráfico isócrono y tráfico en ráfagas y proporcionar la calidad de servicio (QoS) solicitada. Combina los beneficios de la conmutación de paquetes y la conmutación de circuitos, reservando ancho de banda bajo demanda de una manera eficaz y de costo efectivo, a la vez que garantiza ancho de banda y calidad de servicio para aquellas aplicaciones sensibles a retardos como lo es VoIP. Compromiso entre requerimientos de voz y datos. Dándole la misma importancia a la tarifación. 12

33 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP 1.5 ESTÁNDARES. Como es lógico hoy en día, los estándares representan otro problema. En el lado del cliente, ya ha sido aprobado el estándar H.323, que está siendo adoptado por prácticamente todos los productos de la industria. Pero habrá que pasar un tiempo hasta que se estandaricen las pasarelas que conectan las redes IP a las redes telefónicas tradicionales. En este sector trabajan CISCO, Microsoft, Dialogic, US Robotics, VocalTech, IDT, Lucent, entre otras. 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, es posible realizar llamadas telefónicas a través de Internet, se puede pensar que la telefonía en IP es poco más que un juguete, pues la calidad de voz que se obtiene a través de Internet es muy pobre. No obstante, si en nuestra empresa se dispone de una red de datos que tenga un ancho de banda bastante grande, se puede pensar en la utilización de esta red para el tráfico de voz entre las distintas delegaciones de la empresa. Es posible contar con tres tipos de redes IP: Internet. El estado actual de la red no permite un uso profesional para el tráfico de voz. 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 y con importantes mejoras en seguridad. 13

34 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP Hay operadores que incluso ofrecen garantías de bajo retardo y/o ancho de banda, lo que las hace muy interesante para el tráfico de voz. Intranet. La red IP implementada por la propia empresa. Suele constar de varias redes LAN (Ethernet conmutada, ATM (modo de transferencia asíncrona), que se interconectan mediante redes WAN tipo Frame-Relay/ATM (modo de transferencia asíncrona), líneas punto a punto, RDSI para el acceso remoto, etc. En este caso la empresa tiene bajo su control prácticamente todos los parámetros de la red, por lo que resulta ideal para su uso en el transporte de la voz. A finales de 1997 el VoIP forum del IMTC (Consorcio Internacional de Teleconferencia Multimedia) ha llegado a un acuerdo que permite la interoperabilidad de los distintos elementos que pueden integrarse en una red VoIP. Debido a la ya 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, 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. 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). El VoIP/H.323 comprende a su vez una serie de estándares y se apoya en una serie de protocolos que cubren los distintos aspectos de la comunicación: 14

35 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP 1. RAS (Registration, Admition and Status). Protocolo de comunicaciones que permite a una estación H.323 localizar otra estación H.323 a través de el Gatekeeper. 2. 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 1.6 SEÑALIZACIÓN Señalización inicial de llamada. H.225 Control de llamada: señalización, registro y admisión, paquetización / sincronización del flujo de voz. H.245 Protocolo de control para especificar mensajes de apertura y cierre de canales para flujos de voz Compresión de voz. 1.-Requeridos: G.711 y G Opcionales: G.728, G.729 y G Transmisión de voz. 1. UDP. 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. 2. RTP (Real Time 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 Control de la transmisión. RTCP (Real Time Control Protocol). Se utiliza principalmente para detectar situaciones de congestión de la red y tomar, en su caso, acciones correctoras. 15

36 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP La tabla 1.4 visualiza gráficamente el nivel en el que trabajan estos protocolos cuando se establece una llamada VoIP. Tabla 1.4 Protocolos en VoIP La pila de protocolos en VoIP: El hecho de que VoIP se apoye en un protocolo de nivel 3, como es IP, permite una flexibilidad en las configuraciones que en muchos casos está todavía por descubrir. Una idea que parece inmediata es que el papel tradicional de la centralita telefónica quedaría distribuido entre los distintos elementos de la red VoIP. En este escenario, tecnologías como CTI (computer-telephony integration) tendrán una implantación mucho más simple. Será el paso del tiempo y la imaginación de las personas involucradas en estos entornos, los que irán definiendo aplicaciones y servicios basados en VoIP. Aplicación. Es la especificación creado por el ITU en el año 1996 dónde se definen estándares en la transmisión y comunicación de audio y vídeo sobre una red IP.H.323 es la heredera de la especificación H.322, creada en el 1995 y que entra por defecto, que sobre la red IP que corrieran estas aplicaciones, tendrían una calidad de servicio garantizado. H.323 lo que entiende es que en ningún momento está garantizada esta calidad de servicio, por lo que es mucho más estricto en factores de compresión y otros aspectos a nivel IP como el control de llamada gestión de la información y ancho de banda para establecer una comunicación tanto los equipos que cumplen esta especificación pueden soportar -- 16

37 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP cualquier medio en tiempo real. H.323 trabaja por debajo de la capa en la que lo hace H.245 que es especificación encargada de llevar el control de la comunicación entre los sistemas que aplican cualquier tipo de conferencia, vídeo o audio. Por debajo de la capa creada por la especificación H.323 se encuentre protocolo RTP (Real time Transport Protocol) que se encarga de gestionar tráfico y controlar la congestión. Este protocolo ha surgido por la necesidad anular el jitter y poder llevar acabo una transmisión en tiempo real. El camino a seguir por una transmisión en tiempo real es el siguiente: una fuente general de paquetes de forma continua, pero el hecho de entrar en un router, atravesar una red (como puede ser Internet), pasar otro router, en definitiva, hacer una serie de saltos, hacen que el retardo no sea constante. Para evitar esto, lo que se hace poner los paquetes recibidos en una cola y estos serán tomados con periodicidad fija, de esta manera, se aumenta el retraso total pero se mantiene. RTP soporta este tipo de transferencia y entiende las marcas de retardos que ll cada paquete, por lo que puede establecer varias sesiones entre varias entidades a su vez, RTP permite el uso de mezcladores, que unirían en una sola emisión de datos información para varias sesiones o entidades. 1.7 PROTOCOLO PARA IP. Estándar H.323 Sobre redes IP. La Unión Internacional de Telecomunicaciones (International Telecommunications Union, ITU) ha combinado varios estándares de bajo nivel en estándares de protección, incluido H.323 para multimedia sobre LANs con calidad de servicio no garantizada. Aprobado en octubre de 1996, el estándar H.323 soporta multimedia sobre Ethernet, Fast Ethernet, FDDI y LANs Token Ring. En el contexto de H.323 las LANs también 17

38 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP incluyen redes formadas por múltiples LANs interconectadas por conmutadores, puentes y routers. H.323 es una especificación significativa porque permite el desarrollo de una nueva generación de aplicaciones multimedia basadas en LAN. La versión 2 de H.323, aprobada en febrero de 1998, añade incluso más funciones en las áreas de servicios complementarios, seguridad y protocolo de RAS (registro, admisión y estatus). H.323 define cuatro componentes principales para un sistema de conferencia multimedia basado en LAN: Terminales, pasarelas, MCUs (unidades de control multipunto (multipoint control units,) y Gatekeepers. Las terminales, las pasarelas y los MCUs son considerados extremos porque pueden generar y/o terminar sesiones H.323. El gatekeeper es considerado una entidad de red porque no puede ser llamado, pero se le puede solicitar que lleve a cabo funciones específicas tales como traducción de direcciones o control de acceso. Cada componente se describe a continuación. Estandar H.323. implementado en una terminal. Todas las implementaciones H.323 han de tener, como mínimo, codec de audio G.711(controlador de audio establecido por el estandar H.323), controles de sistemas y nivel H.225, ésta recomendación no incluye especificaciones para el interfaz de LAN. H.245 define los mensajes de control que soportan señalización extremo a extremo entre dos puntos. H.245 especifica la sintaxis y la semántica exactas que implementan el control de llamadas, comandos e indicaciones generales, la apertura y cierre de canales lógicos, la determinación de retardos, los requisitos de preferencias de modo, los mensajes de control de flujo y los intercambios de capacidad. H.225 proporciona el servicio multiplex y demultiplex empleado por H.323. Es responsable de paquetizar y sincronizar las corrientes de audio, video, datos y control para su transmisión por la interfaz de la red LAN. 18

39 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP Gateways (puertas de acceso) H.323. Como su nombre sugiere, una pasarela es un sistema que proporciona entrada a una red y salida de una red. Las pasarelas son las responsables de traducir el control del sistema, los codecs de audio y los protocolos de transmisión entre los diferentes estándares ITU. La tabla siguiente muestra los pasos en una secuencia de arranque de una sesión H.323 típica. Tabla 1.5 Secuencia de Arranque de una sesión H.323 típica. Dada la gran cantidad de redes que utilizan IP, la mayoría de las complementaciones H.323 estarán basadas en IP. Por ejemplo, la mayor parte de las aplicaciones de telefonía IP están basadas en la configuración H.323 mínima que incluye codecs de audio, control del sistema y componentes de red. H.323 requiere un servicio TCP extremo a extremo fiable para documentar y controlar las funciones. Sin embargo, utiliza un sistema no fiable para transportar información de audio y video. H.323 se basa en el Protocolo de Tiempo Real (Real-time Protocol, RTP) y el Protocolo de Control de Tiempo Real (Real-Time Control Protocol, RTCP) por encima de la UDP para ofrecer corrientes de audio en redes basadas en paquetes. 19

40 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP 1.8 CALIDAD DE SERVICIO EN VOZ IP. En la calidad de servicio entran varios parámetros importantes como para estar unidos al concepto de aplicación. Ancho de banda, retardo, correlación marcación IP, etc. Partiendo de la premisa que la red IP debe ser transparente a voz, se entiende que la voz que se mueve a través de una red, no es voz, sino datos, ya que se trata de la misma forma. Esto acarrea un problema. De la misma manera que la red telefónica no está pensada para los datos, la red IP no está pensada para la voz. IP ofrece una tasa de error muy baja, pero un retraso considerable, mientras que la red telefónica, hace justamente lo contrario. El encaminamiento de VoIP es no orientado a conexión, por lo que no hay circuitos virtuales de extremo a extremo, las métricas de enrutamiento se basan en el menor número de saltos o peso de línea y el protocolo de enrutamiento es dinámico, la tabla se crea automáticamente. Uno de los parámetros más importantes en la calidad de servicio es el protocolo de reserva de ancho de banda, Reservation Protocol (RSVP), que permitirá pedir o establecer comunicaciones isócronas entre dos entidades. El problema viene cuando el ruteador no soporta este protocolo o se pretende reservar más ancho de banda del que se dispone. Por lo tanto hay que establecer un compromiso entre calidad de voz, retardo y ancho de banda. Determinar unos límites aceptables de retardo y evitar conversiones múltiples. 20

41 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP 1.9 FUTURO DE LAS REDES DE PAQUETES DE DATOS. Utilizando modernos dispositivos de procesamiento de señales, la voz y el video pueden ser transportados como otras formas de datos. Una red de datos diseñada correctamente es el propósito más general para los tipos de redes. La arquitectura fundamental para las futuras redes públicas será una red de datos. Todas las formas de tráfico serán transportadas como tráfico de datos. Actualmente las redes de paquetes de datos son diseñadas para transferir archivos. Qué tan conveniente es interactuar tráfico de voz y video? Los problemas primarios para interactuar calidad de voz y servicio son: Retardos. Pérdida de paquetes. Ancho de banda disponible. VoIP es una buena solución a un problema actual, el precio de las comunicaciones y a su vez la infrautilización de las redes de datos. Pero, IP presenta muchos problemas para la integración de aplicaciones en tiempo real que necesitan una transferencia isócrona de datos, y el más importante es el retardo. La solución está en encontrar una red que sirva para datos y voz, ya que no debemos adaptar una red de datos a una red de voz ni viceversa, la solución se llama ATM (modo de transferencia asíncrona). Con ATM (modo de transferencia asíncrona) habrá la velocidad necesaria para conmutar todas las tramas que lleguen, aunque las compañías o usuarios no dejen de trabajar con redes IP, el encapsulamiento de la información de éstas sobre las redes ATM (modo de transferencia asíncrona) hará que la velocidad aumente y por lo tanto que se permitan transmisiones sensibles al retardo. 21

42 CAPÍTULO 1 TELEFONIA IP 1.10 VENTAJAS DE VOZ SOBRE IP EN RED LOCAL. Las principales ventajas de la Voz sobre IP son las de instalación y cableado, las de movilidad de los puestos y la posibilidad de remotizar puestos, así como también se tiene: Versatilidad en cuanto espacio en el cuarto de telecomunicaciones ya no se requiere conmutadores ya que pueden trabajar sobre el mismo equipo de datos. Una incrementada eficiencia para reducir tiempo y costos. La mejor dirección de información y control. Personalizados e integrados telecoms y sistemas IT para incrementar procesos en los negocios para ser estratégicamente competitivo. Integración sobre la intranet de la voz como un servicio más de la red, tal como otros servicios informáticos. Las redes IP son la red estándar universal para la Intranet y Extranets. Estándares H.323 Interoperabilidad de diversos proveedores. Uso de las redes de datos existentes. independencia de tecnologías de transporte (Capa 2). Menores costos que tecnologías alternativas (Voz sobre ATM (modo de transferencia asíncrona), TDM, Frame Relay) 1.11 DESVENTAJAS DE VOZ SOBRE IP EN RED LOCAL. Los inconvenientes son: Puede haber un empeoramiento en la calidad de la voz. Hay que controlar el tráfico en la red local (LAN). Al ocupar un ancho de banda constante el número de operadores conectados puede estar limitado. 22

43 CAPÍTULO 2 SWITCHES Y RUTEADORES CAPÍTULO 2. SWITCHES Y RUTEADORES. En el mercado se tiene una gran variedad de dispositivos, para los propósitos de este documento únicamente se enfoca al estudio de la tecnología de switch y ruteador. 2.1 TECNOLOGÍA DE SWITCH. Un switch es un dispositivo de propósito especial diseñado para resolver problemas de rendimiento en la red, debido a anchos de banda pequeños y embotellamientos. El switch puede agregar mayor ancho de banda, acelerar la salida de paquetes, reducir tiempo de espera y bajar el costo por puerto. Opera en la capa 2 (enlace) del modelo OSI y reenvía los paquetes en base a la dirección El switch segmenta económicamente la red dentro de pequeños dominios de colisiones, obteniendo un alto porcentaje de ancho de banda para cada estación final. No están diseñados con el propósito principal de un control íntimo sobre la red o como la fuente última de seguridad, redundancia o manejo. Al segmentar la red en pequeños dominios de colisión, reduce o casi elimina la competencia de cada estación por el medio, dando a cada una de ellas un ancho de banda comparativamente mayor, como se muestra en la siguiente figura. 23