Estudio de Factibilidad Técnica y Económica para Migración a Telefonía IP en la Universidad de Talca

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1 UNIVERSIDAD DE TALCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL EN COMPUTACIÓN Estudio de Factibilidad Técnica y Económica para Migración a Telefonía IP en la Universidad de Talca HENRY MUENA MORALES Profesor Guía: JORGE BUSTOS Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Computación Curicó Chile Enero, 2009

2 UNIVERSIDAD DE TALCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL EN COMPUTACIÓN Estudio de Factibilidad Técnica y Económica para Migración a Telefonía IP en la Universidad de Talca HENRY MUENA MORALES Profesor Guía: JORGE BUSTOS Profesor Informante: JAIME ALVAREZ Profesor Informante: SERGIO GUIÑEZ Memoria para optar al título de Ingeniero Civil en Computación Curicó Chile Enero, 2009

3 i Dedicado a mí mamá...

4 AGRADECIMIENTOS Agradezco a todos los que me apoyaron y soportaron durante mi carrera, en especial a Marybel por haber creido en mí, a mí Tata y a mí familia. ii

5 TABLA DE CONTENIDOS Página Dedicatoria Agradecimientos Tabla de Contenidos Índice de Figuras Índice de Tablas Resumen I II III VII VIII IX 1. Introducción Descripción del Contexto Protocolo IP y Convergencia Descripción del Problema Objetivos Objetivo General Objetivos Específicos Alcances y Limitaciones Marco Teórico Historia de la Telefonía Telefonía Tradicional Estructura de la Telefonía Tradicional Red Telefónica Conmutada Procesamiento de una llamada realizada en forma análoga Red Digital de Servicios Integrados Basic Rate Interface BRI Primary Rate Interface PRI Dual-Tone Multi-Frecuency Procesamiento de una llamada realizada en una red digital.. 18 iii

6 iv 2.4. Red Pública de Telefonía Conmutada Centrales Telefónicas (PBX) Telefonía en Chile Numeración y códigos de área en Chile Tarificación en Chile Telefonía IP Redes LAN Capa Física Capa Enlace de Datos Capa de Red Capa de Transporte Redes WAN Estándar de Jerarquía Digital Sincrónica SDH Conmutación de Multinivel MPLS Modelo de Telefonía IP Protocolo H Señalizaciones del protocolo H Señalizaciones de control de llamadas (H.225) Señalización de control y transporte de medios (H.245) Señalización para comunicaciones audiovisuales H.261 y H Protocolo SIP Protocolo Real Time Transport Protocol RTP Protocolo Descripción de Sesión SDP Entidades de la Arquitectura SIP Métodos para configuración de llamado Respuestas del protocolo SIP Funcionamiento del protocolo SIP Media Gateway Control Protocol (MEGACO) Skinny (SCCP) Análisis de Protocolos de telefonía IP Desarrollo Adopción de una metodología para implementación de telefonía IP Estudio Tecnológico

7 v Evaluación de tecnologías que ofrece el mercado para la telefonía IP Estudio del mercado en la región Estudio Técnico Levantamiento de requerimientos Diseño de la red Estudio Económico Evaluación Técnica y Ecónomica Estudio Tecnológico Estudio del Mercado en la región Presencia de Cisco Systems en el Mercado Mundial Presencia de Avaya en el mercado Mundial Presencia a nivel nacional de las principales empresas proveedoras Empresa Cisco y sus representantes en Chile Evaluación de tecnologías que ofrece el mercado para la telefonía IP Tecnologías ofrecidas por Avaya Tecnologías ofrecidas por Cisco Systems Estudio Técnico Levantamiento de Requerimientos Propuesta Modificaciones a la Red Estudio Económico Costos de los servicios de comunicaciones Costos Proveedor Internet que Incluye Servicio de telefonía IP Costos de Inversión del Hardware Retorno de la Inversión Conclusiones 84 Bibliografía Anexos Tipos de señalización Análoga Bucle de abonado:

8 vi Recibe y transmite (E&M): Servicios y funcionalidades de la Red de telefonía Pública Conmutada Servicio Telefónico Analógico Convencional (POTS) Funciones Class Servicio de centro de llamadas: Decreto 747 de la Subsecretaria de Telecomunicaciones del Ministerio de Transportes y telecomunicaciones Fijación tarifaría Protocolo IPX Protocolo AppleTalk Protocolos de Comunicación de la capa enlace Protocolo IEEE (Token Ring) Protocolo Interfaz de Datos Distribuidos por Fibra (FDDI) mercado

9 ÍNDICE DE FIGURAS Página 2.1. Llamada telefónica en una red analógica Llamada telefónica en una red digital Red Telefónica Modelo OSI Datagrama de Protocolo IP Integración de la etiqueta MPLS en un datagrama Secuencia de datagrama enviado mediante el protocolo MPLS Secuencia de llamado bajo el protocolo H Cabecera RTP Secuencia de establecimiento de sesión bajo el protocolo SIP Distribución del Mercado de la Telefonía IP en el segundo cuartil del Topología de los Distribuidores principales Gráfico Velocidad de Tráfico por la red Gráfico Volumen del Tráfico por la red Gráfico Porcentaje Utilización de CPU de Routers Distribuidores Gráfico Porcentaje Utilización de Memoria RAM en Routers Distribuidores Topología propuesta para una red de telefonía IP Flujo de Caja en proyecto telefonía IP Costeado por la Universidad Flujo de Caja en proyecto telefonía IP Costeado un 50 % por la Universidad Flujo de Caja en proyecto telefonía IP Costeado por crédito Externo Proyección de migración de Telefonía Conmutada a Telefonía IP vii

10 ÍNDICE DE TABLAS Página 2.1. Código telefónico por área Umbrales para Calidad de Servicio Códec de audio Respuestas del Protocolo SIP Respuestas del Protocolo SIP Costos en Telefonía Antes de Implementación de la Migración Costos asociados al proveedor de la red de datos ISP, antes de realizar la migración Costos asociados al Hardware necesario para la implementación Igresos en el Flujo de Caja Costos Operacionales Cálculo del ROI en cada uno de los escenarios que se puede desarrollar el proyecto Tarifas de CTC S.A. Decreto Supremo Tarifas de CNT S.A. (Para su área de concesión) Tarifas de Telcoy S.A. (Para su área de concesión) Tarifas de la red de servicios Telefónicos de VTR Banda Ancha S.A.. 95 viii

11 RESUMEN La memoria contiene un estudio de factibilidad de realizar una migración a telefonía IP en la Universidad de Talca, el que fue propuesto luego de haber realizado un estudio tecnológíco, con el fin de conocer las tecnologías que existen en el mercado y las empresas proveedoras que las respaldan, posteriormente, se realizó un estudio técnico a tráves del cual se estudio el estado de la red existente para definir los implementos tecnológicos que son necesarios agregar para que sea una red apta para la telefonía IP,como lo son, el Call Manager, switch PoE, telefónos IP, softphone y un Cisco Unity, la última etapa, consistió en realizar un estudio económico de dicha propuesta, planteándose tres escenarios, el primero, consiste en que la Universidad realice el total de la inversión, el segundo, contempla que la inversión sea financiada en igual porcentaje por las partes involucradas, y el último, considera que la inversión sea totalmente financiada a tráves de un prestamo bancario, de acuerdo a lo anterior, cabe señalar que todos los casos señalados precedentemente, son recomentables de implementar, debido a los indicadores económicos obtenidos,sin embargo, el segundo caso, presenta el escenario más realista a implementar, ya que si bien, se obtuvo un VAN (Valor Actual Neto), una TIR (Tasa Interna de Retorno) y un ROI (Return On Investment), de $ , 89,3 %, 76 %, respectivamente, la posibilidad de que finalmente se lleve a cabo el proyecto, consiste en que la inversión sea realizada de igual forma por ambas partes. Finalmente, la presente propuesta lograría disminuir los costos asociados a las comunicaciones y un aumento en la productividad por parte de los trabajadores de dicha corporación, debido a la mayor fluidez de información que traería como consecuencia, la incorporación de dicha tecnología. Palabras Claves Tiempo real, factibilidad. Tráfico, Ancho de banda, Calidad de Servicio, Comunicación en ix

12 1. Introducción 1.1. Descripción del Contexto En la actualidad el teléfono ha evolucionado, y a pasado de ser un lujo, a ser una necesidad como herramienta de trabajo y para la vida diaria. Esto es debido a la necesidad de comunicarse entre individuos, donde la distancia ha dejado de ser un obstáculo. Es por ello que para las corporaciones también es fundamental contar con redes telefónicas que cumplan con entregar un servicio de comunicación que sea fácil de usar, económico y eficiente. Esto entregará un valor agregado a la corporación debido al tiempo que se ahorrará al tener un medio de comunicación que facilite el flujo de información entre sus trabajadores llevando a una mejora considerable en los tiempos de producción, lo que se verá reflejado en beneficios económicos para la corporación. Con el fin de optimizar los recursos de telefonía las corporaciones cuentan con redes telefónicas privadas para el transportes de la voz. De igual forma ya en la mayoría de las corporaciones sus trabajadores deben utilizar sistemas computacionales para la realización de sus procesos de trabajos, por lo que es necesario contar con redes de computadores(lan) que interconecten sus terminales, permitiendo un flujo de trabajo más expedito entre cada uno de los departamentos. Debido a que las corporaciones ya cuentan con diferentes redes que prestan diversos servicios como, la telefonía, sistemas de información, líneas de vídeo conferencias, e incluso algunas cuentan con redes de circuitos cerrados de televisión para ser utilizados como herramienta de seguridad. Las nuevas necesidades han provocado otras exigencias lo que ha requerido la búsqueda de nuevas tecnologías que permitan la integración de estas redes, permitiendolas así converger en una sola red, la cual permita transportar datos, voz y 10

13 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 11 vídeo bajo un mismo protocolo y por una red única. Es así como se llegó al diseño e implementación de redes que hacen posible la convergencia donde además son agregadas nuevas funcionalidades que producen mejoras en las comunicaciones entre los trabajadores y clientes. Es sobre la base de estos parámetros que se realizará un estudio técnico y económico de las tecnologías que son utilizadas en la actualidad en la telefonía conmutada y en la telefonía IP. Con el fin de determinar los cambios que serían necesarios realizar en caso de producirse una migración, y a la vez evaluar el modelo más adecuado de migración e integración según el estado actual de las tecnologías existentes en el mercado, para la realización de la migración en una corporación Protocolo IP y Convergencia El protocolo IP, es la base del protocolo de Internet, es un protocolo abierto siendo esto una de las razones por la cual es el protocolo más utilizado por las redes en la actualidad. IP es un protocolo no orientado a la conexión, es decir donde los datagramas son enviados en forma independiente para luego ser integrados en el destino final. Una de las características destacadas del protocolo IP es su flexibilidad en el diseño de las diversas topologías que es posible utilizar al momento de transportar sus datos. La escalabilidad es otra de las características de este protocolo, lo cual queda de manifiesto al requerir aumentar el tamaño de la topología, lo cual es posible, sin la necesidad de rediseñar la topología que se utilizaba hasta el momento. Cuando se comienza a utilizar el protocolo IP, para la transmisión de datos en redes convergentes, nace la necesidad de trasmitir estos datos en tiempo real, para lo cual se crea una nueva tecnología asociado al protocolo IP, que hace esto posible, e introduce una mejora en la velocidad de transmisión, que explicaremos en el transcurso de la investigación Descripción del Problema Los avances tecnológicos que se han producido en la telefonía, han permitido marcar una tendencia en que las corporaciones tanto públicas como privadas, han buscado realizar un cambio en las tecnologías que utilizan en sus redes telefónicas

14 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 12 tradicionales (conmutadas), en sus redes de computadores, circuitos cerrados de televisión y redes de vídeo conferencias. Buscando una convergencia de estas redes en una sola red, que les permita realizar así el transporte de datos voz y vídeo, bajo un protocolo único y abierto como IP. Los motivos por cual los usuarios desean realizar esta migración de sus redes tradicionales a redes convergentes, es por, una disminución en los costos en la utilización de los servicios telefónicos ya sea en la mantención, como en el transporte, unido a esto una mejora en la calidad de servicio y la posibilidad de icluir aplicaciones que permitan un mejor control del servicio. Esto lleva a las empresas a un cambio importante en su producción, por lo cual se encuantran abiertas a la posibilidad de realizar este cambio tecnológico. Para realizar una estimación de factibilidad que respalde este cambio, se desarrollará un caso de estudio, donde será realizado un estudio técnico que nos permita determinar el tipo de redes físicas y componentes que son necesario modificar en la infraestructura actual, determinar si el equipo de networking que se tiene es apto para el cambio, o es necesario adquirir nuevos que equipos que sean compatibles con la telefonía IP. Tambien se realiza un estudio de mercado con el fin de conocer distintas alternativas existentes en el mercado, analizando además las más competitivas. Para determinar el proveedor de estas tecnologías que ofrece una mejor calidad con un mayor respaldo técnico que entrege un respaldo a la inversión que será realizada. Por último se realizará un análisis de factibilidad económica de la migración a telefonía IP, pudiedo determinar el tiempo que tardará el retorno de la inversión Objetivos Objetivo General Realizar un estudio técnico y económico que permita determinar la factibilidad de migrar una red corporativa (LAN) a una red convergente que permita el uso de la telefonía IP.

15 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Objetivos Específicos Para alcanzar el objetivo general será necesario cumplir con una serie de objetivos específicos. Analizar técnicamente las tecnologías de la telefonía tradicional. Analizar técnicamente las tecnologías de la telefonía IP. Analizar comparativamente los costos asociados a telefonía tradicional, y de la telefonía IP. Analizar los proveedores de servicios de telefonía IP en el mercado nacional e internacional. Analizar servicios integradores entre proveedores de equipamiento y prestadores de servicio. Proponer modificaciones al diseño de la topología de la red existente, que permita la migración a una red convergente. Realizar una evaluación económica que determine la factibilidad de migración a telefonía IP Alcances y Limitaciones Debido a que uno de los objetivos es realizar un estudio económico comparativo, los costos considerados son los que entrega el mercado al momento de realizar esta investigación. Las empresas consideradas al momento de realizar la evaluación económica, serán las que tengan una mayor participación en el mercado en la actualidad, que posean un gran prestigio a lo largo de los años y un respaldo económico que salvaguarde la inversión que pueda ser llevada a cabo por alguna organización, lo cual entregue una confiabilidad que los productos que sean requeridos, tendrán una continuidad al momento de ser adquiridos.

16 2. Marco Teórico 2.1. Historia de la Telefonía En los inicios de las telecomunicaciones, el telégrafo había sido la mayor innovación en el siglo XIX. Años después en marzo de 1876 el científico Alexandro Graham Bell, descubrió que emitiendo vibraciones que eran trasmitidas a través de pulsaciones eléctricas, podía ser reproducida la voz de un lugar distante de donde se encontraba el ente emisor del receptor. Es así como se dió inicio a lo que se conoce hoy en día como el teléfono que es una herramienta necesaria tanto en el ámbito laboral como en el ámbito personal. Para el caso de Chile, en septiembre de 1879 el señor Joseph Dottin Husbands, un comerciante norteamericano que vivía en la ciudad de Valparaíso, obtuvo del señor Thomas Alba Edison la primera central telefónica conectada a seis terminales en Chile [6]. La primera comunicación que se realizó fue entre las ciudades de Valparaíso y Santiago, donde utilizando las líneas que anteriormente eran utilizadas por los telégrafos, fue realizada una comunicación entre la quinta compañía de bomberos de Santiago con el cuartel general de Valparaíso [6]. Es así como se le dió inicio a esta tecnología de las comunicaciones en nuestro país, que hasta la fecha ha ido evolucionando para llegar a la utilización del teléfono de forma masiva, y donde en la actualidad se está produciendo una nueva evolución tecnológica Telefonía Tradicional En las corporaciones con el fin de lograr un funcionamiento eficiente, es necesario una adecuada coordinación y comunicación entre sus empleados, clientes y provee- 14

17 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 15 dores. Para ello se requiere contar con una herramienta que provea de este servicio, función que es cumplida a cabalidad por la telefonía tradicional, la cual provee a las corporaciones de líneas telefónicas que interconecten a las personas de la organización, y con otras personas externas. A esto se han agregados ciertos servicios a los usuarios tales como conferencia entre tres o más personas, transferencia de llamados, desvío de llamada, etc Estructura de la Telefonía Tradicional La telefonía tradicional, es el medio de comunicación utilizado mayoritariamente en nuestro país. La telefonía puede estar formado con dos arquitecturas, donde cada una de ellas utiliza un tipo de señalización con diferente estructuras. Una es la que se utilizó desde los inicios de la telefonía, que es la Red de Telefonía Conmutada (RTC), la cual utiliza una señalización analógica, que mediante pulsaciones de corriente transporta la voz desde el usuario emisor hasta el receptor, al igual que para realizar una marcación del número al cual se desea llamar. [13] Para realizar una llamada un número es representado por pulsaciones que es enviado al conmutador, el cual establece la comunicación con el número marcado. La otra arquitectura es la Red Digital Integrada (RDI), en donde se avanzó de utilizar pulsaciones eléctricas a la transformación de estos en cero y unos, logrando así una mejora en la calidad de la voz y del transporte, debido a que se disminuyeron las interferencias y automatizaron las conmutaciones que aceleraron el establecimiento de una llamada. [13] Red Telefónica Conmutada La transmisión de la voz bajo la arquitectura RTC es realizada a través de centrales telefónicas, que mediante una señalización determina qué líneas telefónicas no están siendo utilizadas. Para ser enviada una señalización al teléfono receptor, el cual activará las campanillas dando aviso del llamado, hasta que es levantado el auricular para establecer la comunicación entre teléfonos.

18 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 16 Figura 2.1: Llamada telefónica en una red analógica Procesamiento de una llamada realizada en forma análoga Para la realización de una llamada en una red telefónica conmutada es necesario seguir los siguientes pasos (figura 2.1) 1. El usuario levanta el teléfono. 2. La central a la cual esta conectado el teléfono desde donde se realiza la llamada, detecta que el teléfono fue levantado y envía tono de marcado y realiza reserva de recursos. 3. El usuario introduce el número a llamar. 4. La central analiza el número, y establece señal con la central a la cual pertenece el teléfono con el número. 5. La central emisora envía el número a la central receptora. 6. La central receptora envía tono de marcado al Terminal que inició la llamada.

19 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO Se establece la llamada cuando el usuario receptor descuelga el teléfono del número marcado. 8. El usuario que realizó la llamada cuelga y termina la llamada Red Digital de Servicios Integrados Como una evolución a las señalizaciones que fueron utilizadas en las comunicaciones analógicas, están las señalizaciones digitales, conocida como Red Digital de Servicios Integrados (RDSI), esta tecnología es utilizada en la mayoría de las redes telefónicas usadas actualmente. La RDSI no se limita a ofrecer servicios solamente del transporte de la voz, sino que también entrega servicios de transmisión de datos informáticos(servicios Portadores), conexión a Internet o vídeo conferencias. La RDSI esta formada por canales que se encargan del envío de datos y canales que controlan la transmisión ya sea de voz o de datos [7]. Canal B : de 64 Kbps. Este canal transmite información del tipo de datos o voz a una velocidad Canal D : Este canal es utilizado para el envío de información de control de la RDSI, como es el caso para establecer una llamada o colgar. Es por ello que este canal es conocido también como Canal de Señalización. Este canal transmite información 16Kbps ó 64 Kbps, según si se esta ocupando para transportar información de control o datos. En las RDSI pueden ser utilizado dos modos de acceso BRI y PRI donde cada uno proporciona una serie de canales Basic Rate Interface BRI Es un acceso básico, que proporciona dos canales B y un canal D de 16 Kbps, multiplexado a tráves de una línea telefónica. De esta forma utilizando este acceso se dispone de 144 Kbps para transmitir. Por lo cual este modo de acceso se acomoda a las necesidades de un usuario individual [7].

20 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO Primary Rate Interface PRI Es un acceso primario, que proporciona treinta y un canales de transmisión, de los cuales treinta son canales B con una capacidad de transmisión de 64 Kbps que son utilizados para la transmisión de voz y datos, y un canal D de señalización y sincronización de 64 Kbps, para la transmisión de mensajes de control de llamada. El acceso primario con una estructura E1 se rige bajo el estándar Europeo y es la que permite la unión entre centrales y el enlace troncal de la red pública [7] Dual-Tone Multi-Frecuency En las RDSI la marcación de un número telefónico que es transferido a tráves del canal D, en lugar de pulsaciones eléctricas como es en una red conmutada, es utilizada la señalización DTMF (Tono de marcado multifrecuencia) que se utiliza para transmitir dígitos que forman el números telefónico. Este señalización comenzó a utilizarse con la migración del teléfono con discado de oscilación, a teléfonos con teclados, donde cada número y símbolo de teléfono se representa por un tono dual de multifrecuencia Procesamiento de una llamada realizada en una red digital Para realizar un llamado en una Red Digital Integrada(RDI) se deben completar los siguientes pasos (figura 2.2) 1. El usuario levanta el teléfono y es invitado a marcar. 2. El usuario inserta numeración, el punto de servicio de conmutación (SSP) envía IAM (Inicial Address Message), para reservar un enlace libre entre el conmutador de origen y conmutador destino. 3. El conmutador comprueba si el Terminal destino está libre y envía un ACM (Address Complete Message) en caso de ser así. 4. Cuando es contestada la llamada el conmutador de recepción envía un ANM ( Answer Message) al conmutador que inició la llamada, el cual verifica si la llamada sigue en espera y comienza la comunicación

21 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 19 Figura 2.2: Llamada telefónica en una red digital 5. Cuando el llamante cuelga, su conmutador envía un REL (Release Message) al conmutador receptor, avisando que finalizó el llamado. 6. El conmutador receptor finaliza el llamado y envía un RLC (Release Complete Message) avisando al conmutador que dió inicio a la llamada, para avisar que la llamada ha sido finalizada Red Pública de Telefonía Conmutada Las redes de teléfonos que se utilizan en la actualidad, necesariamente deben utilizar la red pública de telefonía conmutada (PSTN Public Switch telephone Network), esta red inicialmente estaba basada en una infraestructura analógica, la cual es una mezcla de tiempo y amplitud en la señal que se envía. Si bien es cierto que la señal analógica es buena para la interacción humana, no es robusta ni eficaz, para ser transmitidas por grandes distancias sin que se vea afectada por los ruidos de la línea. La recepción de estos ruidos durante el desplazamiento de la señal, produce

22 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 20 una recepción distorsionada en el terminal. Por ese motivo con la aparición de la transmisión de señales digitales, y entrando en evidencia que al transmitir de esta forma no se producía la distorsión como en el caso de una transmisión análoga, la telefonía debió migrar a la tecnología digital. El método que es utilizado, para realizar la conversión de una señal análoga a una señal digital es la modulación por impulsos (PCM), en donde son tomadas muestras veces por segundo, que son convertidas en un código númerico. Las rutas que forman la red telefónica, esta compuesta por las líneas que unen la oficina central de las empresas proveedoras de servicios telefónicos, con los teléfonos de las casas particulares, y la ruta de una central telefónica perteneciente a una corporación con la oficina central es llamada enlace troncal. Es así como se forma la red pública de telefonía conmutada. [10] Centrales Telefónicas (PBX) Las centrales telefónicas son las que asignan la numeración a los anexos que son parte de una red, controlan el tráfico de las llamadas realizadas, tanto en el flujo interno de llamadas entre anexos, como llamadas a teléfonos externos, asignando una salida a través de un troncal a la red de telefonía publica, para entablar una comunicación con un teléfono externo, que requiere el paso por la red pública. En las centrales telefónicas también son creadas rutas de comunicación, la cual facilita el flujo de llamadas a través de la red. Esto queda de manifiesto en el caso que sea la red de una corporación, cuando debido a el tamaño de la red, es necesario más de una central. En este caso es necesario conectar estas centrales mediante troncales y a la vez asignar las rutas antes mencionadas, con el fin de optimizar el flujo de llamadas. Como es presentado en la Figura 2.3 puede permitirse la entrada y salida de las llamadas locales (SLM) por la central A, que se encuentra conectada mediante un troncal a la PSTN. Mientras que la central se conecta mediante otro troncal al proveedor de llamadas larga distancia(carrier), que es contratado por la corporación, y la central B debe ser enrutado por las otras dos centrales si desea salir de la red interna.

23 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 21 PSTN E1 Carrier LLamadas LDS E1 Central A Central B E1 E1 Central C Figura 2.3: Red Telefónica

24 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO Telefonía en Chile Numeración y códigos de área en Chile Las líneas telefónicas que son utilizadas en Chile, tienen una numeración que hace posible diferenciarlos unos de otros, de forma de establecer comunicaciones entre distintos usuarios. Para la asignación de la numeración a cada una de las líneas telefónicas, se requiere que estas sean asignadas por cada uno de los proveedores del servicio telefónico a la cual pertenezca la línea, el cual a la vez debe regirse por el decreto de numeración telefónica. (anexo 6.3). El decreto fue establecido bajo la recomendación E164 de la ITU - T (Unión Internacional de Telecomunicaciones). La cual especifica que cada numeración telefónica es necesario que contenga, un código que identifique a cada país (CC), más un código de área nacional (NDC), y un código del abonado (SN), con el cual será posible enrutar la llamada a un determinado abonado. Para la realización de una llamada, según la recomendación E164, el número telefónico se divide en tres partes, en una primera parte debe incluir el código país, que es de uno a tres dígitos. Numeración que fue asignada por la ITU - T, en donde cada código representa a cada uno de los países, que para el caso de Chile es el número 56. La segunda parte contiene el código de área nacional, que es representado por uno o dos números, que fueron asignados por la Subsecretaria de Telecomunicaciones, con el fin de diferenciar en 24 zonas primarias las redes telefónicas del país. Cuadro 2.1 Y finalmente se debe agregar el número asignado a la línea telefónica arrendada por el abonado, los cuales también tienen diferenciación por la zona a que pertenecen y por la empresa proveedora del servicio, debido a que la Subsecretaria de Telecomunicaciones asigna un rango de números a cada empresa proveedora. Para la realización de llamados, es posible que sean realizados tres tipos de llamados: Para la realización de una llamada desde el extranjero es necesario anteponer el código país que es el 56, más el código de zona primaria más el número de la línea al cual desea llamar ( ). Para la realización de una llamada desde fuera de la zona primaria, se requiere

25 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 23 Cuadro 2.1: Código telefónico por área Ciudad Código área Ciudad Código área Arica 58 Iquique 57 Antofagasta 55 Copiapó 52 La Serena 51 Ovalle 53 Quillota 33 Valparaíso 35 Los Andes 34 San Antonio 35 Santiago 2 Rancagua 72 Curicó 75 Talca 71 Linares 73 Chillán 42 Concepción 41 Los Angeles 43 Temuco 45 Valdivia 63 Osorno 64 Puerto Montt 65 Coyhaique 67 Punta Arenas 61 anteponer el código de la zona primaria, más el número de la línea telefónica ( ). Para la realización de una llamada entre líneas pertenecientes a la misma zona primaria solo requiere marcar el número de la línea telefónica (324567) Tarificación en Chile Las tarificaciones cobradas por cada una de las llamadas realizadas, se rigen por el Decreto 169 del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, en la cual expresa, que para el motivo de tarificación el país es dividido en nueve áreas tarifarias, en donde son distribuidas las zonas primarias de numeración. Zona tarifaria 1 : Santiago Zona tarifaria 2 : Valparaíso Zona tarifaria 3 : Concepción Zona tarifaria 4 : Antofagasta, La Serena, Chillan Zona tarifaria 5 : Iquique, Quillota, Los Andes, Curicó, Linares

26 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 24 Zona tarifaria 6 : Arica, Copiapó, Ovalle, San Antonio, Talca, Los Angeles, Punta Arenas. Zona tarifaria 7 : Rancagua, Temuco Zona tarifaria 8 : Valdivia, Osorno, Puerto Montt Zona tarifaria 9 : Coyhaique Las tarificaciones, también se diferencian por el horario en el cual se realicen las llamadas, los cuales son: Horario Normal de ocho de la mañana a ocho de la noche, horario reducido de las ocho de la noche a la media noche, y por último el horario nocturno que es de la media noche hasta las ocho de la mañana en días hábiles más días festivos. Para el costo total de una llamada telefónica es necesario sumar el cargo fijo por el servicio de telefonía que esta diferenciado por la zona tarifaría a la cual pertenezca el abonado, más un cobro por las llamadas locales, que están diferenciadas por el horario en que se realicen las llamadas y la zona tarifaria a la que pertenezcan. Estos valores son presentados en el anexo 6.4. [5] 2.6. Telefonía IP Esta nueva tecnología de las comunicaciones conocida como telefonía IP es una alternativa a la telefonía tradicional, que consiste en llevar las redes telefónicas, las redes de datos y las redes de vídeo a converger bajo un único protocolo IP. Esta nueva tecnología fue creada con el fin de estandarizar las comunicaciones, permitiendo de esta forma entregar nuevas funcionalidades que integren voz, datos y vídeos. En busca de una disminución significativa en los costos de operación. Para hacer posible la convergencia en una misma red bajo el protocolo IP, es necesario determinar que la red que va a ser utilizada cumple con las características técnicas que hacen posible el transporte de la información en óptima calidad Redes LAN Las redes de área local también conocidas como redes LAN (Local Area Network), son redes de propiedad privada que tienen una longitud de pocos kilómetros,

27 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 25 Figura 2.4: Modelo OSI utilizadas para la interconexión de redes de computadores o estaciones de trabajo. Las redes LAN como son sistemas abiertos, se rigen bajo su modelo de referencia OSI, en donde la red es dividida en siete capas, con el fin de modelar el proceso que se produce al trasmitir datos a través de la red. A continuación explicaremos las capas de mayor relevancia en la Telefonía IP, y el papel que éstas cumplen Capa Física Esta capa es la encargada de la transmisión de datos puros(bits) a través de un canal de comunicación, como es el cableado que comunica la máquina emisora con la receptora. Estos medios de comunicación cada uno posee sus propias características, en términos de ancho de banda, retardo, costos, facilidad de instalación y mantenimiento. Los medios de transmisión utilizados en una red LAN se dividen en tres tipos:

28 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 26 Medios de Cobre Que están formados por, cableado de par trenzado UTP categoría 5e, que tiene una performance de 100 Mhz, y es posible utilizarlo para redes Ethernet de 100 Mbps y de 1 Gbps. Y cableado de par trenzado UTP categoría 6, que tiene una performance de 250 Mhz, usado principalmente para Gigabit Ethernet. Estos medios son utilizados para la construcción de redes que computadores unidos por un switch, que cumple la función de gestionar el tráfico de la red. Medios Ópticos Este medio esta compuesto de cableado de Fibra óptica la cual está hecho de vidrio, mediante el cual se transmiten aces de luz desde el emisor hasta el receptor. El cable de fibra óptica puede ser de dos tipos, uno de multimodo, en donde viajan varios rayos de luz, donde cada uno se reflectan hasta llegar al terminal receptor. Y la fibra óptica monomodo envía un solo haz de luz sin producirse reflexiones en el cableado, por la cual es posible enviarlo a mayores distancias. Medios Aéreos Los medios aéreos son redes inalámbricas que permiten una transmisión aérea de los datos, conocidas como redes WLAN, en la cual son utilizadas ondas elecromagnéticas a tráves de radiofrecuencia para realizar la transmisión. En la telefonía IP los medios físicos utilizados para la transmisión de datos, voz y vídeo, son el cableado de par trenzado de categoría 5e para los niveles más bajos como lo son las conexiones del switch al terminal (teléfono), de categoría 6e para la conexión entre los switch y router que distribuyen los datos en la red LAN, y fibra óptica para conectar el router receptor con el proveedor de servicio de Internet (ISP) Capa Enlace de Datos La capa de enlaces tiene como principal función actuar como interfaz entre la capa física y la capa red, para lo cual presenta las funcionalidades de servicio orientado a la conexión y no orientado a la conexión, donde este último se divide en, con confirmación y sin confirmación.

29 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 27 El servicio orientado a la conexión, permite establecer una conexión entre el terminal emisor y el receptor antes de realizar el envió de los datos. Y el servicio no orientado a la conexión hace el envío de datos para luego, dependiendo si es con confirmación o sin confirmación, esperar una respuesta por parte del receptor que fueron recepcionados los datos correctamente. Otra función que es realizada en la capa de enlace es la segmentación en frames que serán transportados a través de la red por medio de la capa física. La segmentación puede ser realizada a través de conteo de caracteres, banderas con relleno de caracteres, bandera de inicio y fin, con relleno de bits, y violaciones de codificación de la capa física. Para establecer conexiones entre el terminal emisor y el receptor es necesario utilizar un protocolo de comunicación, que en este caso presentaremos los más utilizado, y anexando dos que en un principio fueron utilizado dando luego el paso al protocolo Protocolo IEEE CMSA/CD (Ethernet) En las redes LAN, es utilizado el protocolo IEEE 802.3, para el transporte de los datos voz y vídeo. En un primer paso el protocolo censa si la red se encuentra en desuso, de ser así, los datos son enviados a través de un datagramas, para luego volver a censar la red con el fin de saber si se a producido una colisión durante el envío, si es detectado se espera un tiempo aleatorio y se vuelve a reenviar el datagrama. Debido a las necesidades de que las redes tuviesen una capacidad de un ancho de banda mayor, es que la IEEE, desarrolló una modificación al protocolo 802.3u, que fue el protocolo 802.3z. También conocido como protocolo Gigabit Ethernet el cual es utilizado para el tráfico de vídeos de voz y datos donde se requiera una baja latencia, esto es posible dado que este protocolo tiene una capacidad de transmisión de 1000 Mbps. Las características principales que otorgan a este protocolo que sea el utilizado para el transporte de la voz en la telefonía IP, son su calidad en el servicio(qos) y la posibilidad de implementar redes virtuales(vlan).

30 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 28 Calidad de Servicio(QoS) en redes Ethernet En las redes Ethernet, para ofrecer un servicio de extremo a extremo es utilizado el protocolo IP. Mediante este protocolo los paquetes son transportados indistinguiblemente ya que todos tienen una igual prioridad al momento de ser transportados. Debido a la necesidad que presenta la telefonía IP de poder transmitir paquetes de información en tiempo real, es necesario garantizar un servicio que permita una calidad mínima en la comunicación. Es por ello que se requieren políticas para el transporte de los paquetes de datos, voz e imágenes, que diferencie los paquetes con el fin de entregar una calidad en el servicio. Para implementar una calidad de servicios se debe tomar una serie de principios básicos: La declaración de un patrón de tráfico y requerimientos de la calidad de servicio. El monitoreo del cumplimiento de los patrones de tráfico. La implementación de mecanismos de planificación y asignación de recursos. La implementación de mecanismo de control de admisión. El patrón de tráfico es declarado mediante una especificación que es llamado Token Bucken(p,C), la cual consiste en que cada paquete debe tener un testigo igual en tamaño(bytes) para poder ser enviado. Los p se generan a una tasa constante y se acumulan en un Bucket de tamaño C que se encuentra en cada paquete, mediante la cual los paquetes que tienen una igual cantidad acumulada en el bucket, son enviados de acuerdo a los parámetros de tráfico solicitados. Los parámetros de tráfico que son utilizados son: CIR (Comitted Information Rate): Tasa de tráfico sostenible garantizada a largo plazo. PIR (Peak Information Rate): Tasa de máximo tráfico, en donde se mantiene el tráfico en el máximo en forma estable. PBS/CBS (Peak/ Comitted Burst Size): Tamaño de ráfagas de máximos y sostenibles.

31 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 29 Para la regulación de estos parámetros de tráfico son utilizados dos reguladores Token Bucken, uno para regular la tasa máxima y otro que regula la tasa sostenible. Para la monitorización de la red se requiere hacer mediciones de conformidad, es decir si existe los recursos necesarios para hacer el envío de paquetes que se requieran. En función de estos resultados los paquetes van siendo distinguidos mediante un algoritmo de marcado que asigna colores de acuerdo a las capacidades de la red y la solicitud del servicio, es así como para cada caso van siendo marcados los paquetes con el color verde o rojo dependiendo de si hay recursos disponibles para cumplir con el servicio de la red que se requiera. También es llevada a cabo una planificación del envío de paquetes, asignando una prioridad a cada uno de los paquetes dependiendo de el servicio para la cual esté siendo utilizado en donde la importancia en el retardo que pueden tener cada unos de los paquetes puede variar. Por la cual los recursos asignados también serán variables de acuerdo a las necesidades de los servicios para la cual se utiliza, como una llamada telefónica una video conferencia o envío de una mail. Como último punto en la calidad de servicio está el control de admisión, que consiste en que en una red LAN sólo tendrán admisión aquellos paquetes en la cual se pueda satisfacer con los requerimientos que presente, con el fin de poder otorgar un buen servicio. Es así como cumpliendo esta serie de principios se puede establecer una política que permita una calidad de servicio en la red que se desea implementar. Redes virtuales VLAN Con el fin de subdividir las redes LAN para agregar seguridad en sus datos y ordenar el tráfico de datos sin tener la necesidad de modificar la red física que se este utilizando, son utilizadas las redes virtuales (VLAN). Estas redes permiten priorizar redes que requieran transmitir datos con una determinada calidad de servicio (QoS). Las redes virtuales (VLAN) pueden ser aplicadas en una red que sea utilizada para la telefonía IP para controlar las actividades broadcast (envío de paquetes de datos a todos los terminales conectados a la red), pudiendo asi controlar la congestión de la red, permitiendo el acceso a cada una de las redes virtuales a los terminales antes configurados.

32 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 30 Calidad de servicio para redes WLAN (802.11e) En la implementación de una red inalámbrica WLAN, mediante la cual también es posible transportar paquetes de datos que permitan una comunicación telefónica, por la cual requerirán ser transmitidos en tiempo real(rtp), es necesario que la red, posea una calidad de servicio mínima con el fin que sea posible realizar una comunicación igual o mejor que la que es realizada en un teléfono conmutado. Para que la red inalámbrica entregue la calidad de servicio necesaria, se creo un cuarto protocolo que es llamado el e en el cual a diferencia del b, es agregada la priorización y diferenciación del tráfico [12]. En el protocolo e con el fin de diferenciar el tráfico, se categorizó el acceso (AC), en donde cada categoría de acceso corresponde a una prioridad diferente. Estas categorías están limitadas por parámetros de contención que se presentan a continuación: El AIFS (Arbitration Interframe Space) corresponde al control del espacio entre paquetes que son transportados, la cual asigna una prioridad con un valor numérico a cada paquete transportado, en donde la prioridad más alta corresponde al valor más pequeño. El tamaño de las ventanas de contención es otro parámetro, el cual esta definido por el tamaño del canal mínimo CWmin[AC] y el tamaño del canal máximo CWmax[AC], estos valores pueden ser dinámicos, los cuales varían de acuerdo al comportamiento que está teniendo el tráfico. Estos parámetros son evaluados al momento que el terminal que desea trasmitir, consulta permiso de acceso al AP(punto de acceso) y este de acuerdo a la prioridad que tenga y a los recursos que requiera le asigna el permiso por uno de los canales de acceso. Otra de las mejoras que se llevó a cabo en el protocolo e es que permite especificar el tiempo de vida de los paquetes que se están transmitiendo por cada uno de los canales, lo cual ayuda a la descongestión de la red. Es así como el protocolo e cubre una necesidad de priorizar y diferenciar el tráfico, lo que hace posible utilizar este protocolo de comunicación como medio de transmisión de la voz y datos en tiempo real.

33 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 31 Figura 2.5: Datagrama de Protocolo IP Capa de Red La capa red es la encargada de llevar los datagramas desde el origen hasta su destino, y determinar el mejor camino que seguirán los paquetes a través de la red. Para ello son utilizados algoritmos de ruteo estáticos y dinámicos. De los cuales el ruteo dinámico es el de mayor utilidad para el transporte de la voz en la telefonía IP dado a que los datos toman la mejor ruta que se encuentre al momento del envío de los paquetes de datos que contienen la voz. Protocolo IP Un datagrama IP consiste en una parte de encabezado y una parte texto, la cabecera tiene una parte fija de 20 bytes y una parte opcional de longitud variable. El datagrama consta de campos que proporcionan información, que definen la forma en que serán transportados los datos, en el datagrama también esta especificado la calidad de servicio que requiere el datagrama para que sea transportado de forma correcta y cumpla con los requerimientos para lo cual fue creado. El datagrama cuenta con los siguientes campos que entregan información a cada unos de los nodos y router por el cual pasa durante su trayecto: Versión: Lleva un registro de la versión del protocolo IPv4 o IPv6 el cual se está utilizando en el datagrama.

34 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 32 IHL: Indica la longitud de la cabecera expresada en el número de palabras de 32 bits. ToS: Indica el tipo de servicio al que se le asignará prioridad como, confiabilidad, velocidad, retardo o combinaciones de estas mismas. Longitud total: un máximo de bytes. Indica la longitud tanto del encabezado como de los datos con Identificación: Contiene un entero que identifica a que datagrama pertenece el paquete recién llegado, se utiliza para integrar los fragmentos de información. DF: Es utilizado para indicar que el datagrama no es posible fragmentarlo. MF: Indica que faltan fragmentos para completar la integración, sólo el último tiene establecido este bits como indicador que es el último fragmento. Desplazamiento del Fragmento: Indica el lugar en el cual se insertará el fragmento actual dentro del datagrama. Tiempo de vida: Contador que sirve para limitar la vida de un paquete. Disminuyendo desde un máximo de 255 segundos. Se utiliza para que no queden vagando por la red los paquetes y provoque un congestionamiento. Protocolo: Indica el protocolo de las capas superiores a la cual debe ser entregado el paquete. Siendo 1 para TCP, 2 para IGMP, 6 para TCP y 17 para UDP. Suma de verificación de Encabezado: errores para la cabecera del datagrama. Contiene la suma de comprobación de Dirección de origen y dirección destino: la de destino respectivamente. Contiene la dirección IP de origen y

35 CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO 33 Opciones: Este campo no es obligatorio y especifica las distintas opciones solicitadas por el usuario que envía los datos (generalmente para pruebas de red y depuración). La Calidad de Servicio implementada en una red IP En la capa de red es posible utilizar protocolos que nos permitan transportar los datagramas con la calidad de servicio (QoS). Para ello se dispone de protocolos que realizan un control de la calidad del servicio que transita por la red. En un comienzo se dispuso con un campo llamado ToS en el protocolo IPv4 que fue creado con el fin de asignar un tipo de servicio, ya sea, con un alto a bajo retardo en el transporte de los datos, estas prioridades eran especificadas con un valor de 0 a 7 según se requiera. Pero en la práctica los bits del ToS han sido de poco uso y en general ignorados [1]. Debido a la necesidad de una mejor calidad de servicio, se realizó una mejora al protocolo IP, que de IPv4 paso a llamarse IPv6, la cual considera entre sus campos de datos la calidad de servicio representado por el campo Traffic Class en la cual se especifica la calidad de servicio que requiere el datagrama en su transporte. Donde dos de los protocolos de QoS son los presentados a continuación: IntServ Este protocolo es la Internet de servicios integrados, el cual esta realizado para redes de pequeños tamaños, en donde su característica principal es que utiliza la reserva de recursos a tráves del protocolo RSVP(Reservation Protocol), en donde antes de enviar los datos evalúa si existen los recursos disponibles en la red para ser transportados, y si están disponibles estos son reservados, para luego hacer el envío de los datos. DiffServ Este es el protocolo de servicios diferenciados. Este protocolo se caracteriza por diferenciar canales de transportes y agrupar los datagramas que tienen requerimientos similares para su transporte. Con el fin de diferenciar a que canal se le asignará a cada datagrama que circule por la red, estos son marcados en el campo DS (Servicios Diferenciados) de la cabecera del datagrama, en donde es asignado un código