PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ

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1 TESIS PUCP Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No comercial-compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite

2 PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DE TELEFONÍA IP CON SOFTWARE LIBRE EN LA RAAP TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO DE LAS TELECOMUNICACIONES PRESENTADO POR Diego Quintana Cruz LIMA PERÚ 2007

3 RESUMEN El presente proyecto de tesis consiste en analizar, diseñar e implementar una red piloto de telefonía IP en la Red Académica Peruana (RAAP) usando software libre. Durante el desarrollo de este proyecto se realiza una comparación de los diversos protocolos de señalización: SIP, IAX2; del hardware a utilizar: Teléfonos IP, ATAs; así como también de las diversas clases de codecs. Luego del análisis, se implementará la red VoIP. Esta red consistirá en un servidor principal y otro de respaldo para poder brindar una alta disponibilidad en caso de fallas. Ambos servidores contarán con el software Asterisk y un Sistema Operativo GNU/Linux. Una vez implementada la red de VoIP, se harán pruebas de esfuerzo para determinar la capacidad máxima de llamadas simultáneas que pueda soportar el sistema. Por último, se elaborará una recomendación formal a la RAAP sobre el uso de estas tecnologías.

4 DEDICATORIA A mis padres, A mis abuelos, A mi hermano, A Diana, Y a mis amigos de toda la vida. I

5 AGRADECIMIENTOS Primero quiero agradecer a Dios por haber puesto en mi camino a todas aquellas personas que me ayudaron de alguna manera al desarrollo de la tesis. A mis padres y hermano, por darme siempre la mejor educación que haya podido tener y su apoyo incondicional siempre que los necesito. Al ingeniero David Chávez, por confiar en mí y darme toda la logística necesaria para poder realizar este y otros trabajos de investigación. Al ingeniero Enrique Larios (Kike), por darme la oportunidad de enseñar lo poco que sé y lo que he ido aprendiendo. Al ingeniero Daniel Díaz, por ser mi asesor y apoyarme en todas las correcciones de la Tesis y en el planteamiento de la misma. A la comunidad mundial de Asterisk, en especial a Tzafrir Cohen, quien en más de una ocasión me ayudó con algunos problemas en la instalación y de configuración, a pesar de la enorme diferencia horaria. Thanks a lot Tzafrir! A mis compañeros de promoción, sin su ayuda y consejos no hubiera podido terminar a tiempo. Quiero agradecer especialmente a Arturo Díaz por su apoyo en lo concerniente a la gestión del sistema. Por último, quisiera agradecer a todas aquellas personas que sin querer olvido, muchas gracias de todo corazón! II

6 ÍNDICE DEDICATORIA... I AGRADECIMIENTOS... II ÍNDICE... III LISTA DE FIGURAS... VI LISTA DE TABLAS... VII GLOSARIO... VIII 1. FUNDAMENTOS DE LA TESIS INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTRUCTURA DE LA TESIS MARCO TEÓRICO ANTECEDENTES ARQUITECTURA DE PROTOCOLOS DE VOIP Protocolos de señalización H SIP (Session Initiation Protocol) Diferencia entre SIP y H IAX2 (Inter Asterisk Exchange) Otros protocolos: Protocolos de Transporte RTP (Real-time Transport Protocol) RTCP (Real-time Transport Control Protocol) Codecs UIT G UIT G GSM (RPE-LTP) ilbc Resumen Hardware usado en los clientes Adaptadores Analógicos: Teléfonos IP ANÁLISIS PREVIO AMBIENTE DE PRUEBAS PROTOCOLOS DE SEÑALIZACIÓN Registro SIP IAX Establecimiento de Llamada SIP IAX Tasa de Bits III

7 SIP IAX Conclusiones CODECS G ilbc HARDWARE Teléfonos Analógicos Teléfonos IP Conclusiones IMPLEMENTACIÓN DE LOS SERVIDORES ARQUITECTURA ALTA DISPONIBILIDAD SISTEMA OPERATIVO HARDWARE Servidor Principal Servidor Secundario SOFTWARE Instalación Asterisk y AMPortal HeartBeat Configuración Asterisk y AMPortal HeartBeat Mejora en la eficiencia Réplica de la base de datos PRUEBAS DE DESEMPEÑO INTRODUCCIÓN G Configuración Resultados Número de Llamadas Concurrentes Tasa de Bits Uso de CPU Carga Promedio ILBC Configuración Resultados Número de Llamadas Concurrentes Tasa de Bits Uso de CPU Carga Promedio ALTA DISPONIBILIDAD Configuración Resultados CONCLUSIONES IV

8 6. CONCLUSIONES FINALES, RECOMENDACIONES Y TRABAJOS FUTUROS CONCLUSIONES FINALES RECOMENDACIONES TRABAJOS FUTUROS BIBLIOGRAFÍA RELACIÓN DE ANEXOS V

9 LISTA DE FIGURAS FIGURA 2.1. ESTRUCTURA DE PROTOCOLOS DE VOIP... 5 FIGURA 2.2. FASES DE UNA LLAMADA H FIGURA 2.3. INTERCAMBIO DE MENSAJES EN SIP FIGURA 2.4. COMPARACIÓN LEY-µ VS. LEY-A FIGURA 2.5. ROBUSTEZ FRENTE A PÉRDIDA DE PAQUETES FIGURA 2.6. CONVIVENCIA DE TELÉFONOS IP Y ANALÓGICOS FIGURA 3.1. SIP: FLUJO DE PAQUETES REGISTRO USUARIO FIGURA 3.2. IAX2: FLUJO DE PAQUETES REGISTRO USUARIO FIGURA 3.3. SIP: FLUJO DE PAQUETES ESTABLECIMIENTO LLAMADA FIGURA 3.4. IAX2: FLUJO DE PAQUETES ESTABLECIMIENTO LLAMADA. 30 FIGURA 3.5. SIP: TASA DE BITS VS TIEMPO FIGURA 3.6. IAX2: TASA DE BITS VS TIEMPO FIGURA 3.7. LLAMADAS G.711 E ILBC FIGURA 3.8. ADAPTADOR IAXY FIGURA 3.9. TELÉFONO IP ATCOM AT FIGURA 4.1. ARQUITECTURA DE RED FIGURA 4.2. INTERFAZ AMPORTAL FIGURA 5.1. FUNCIONAMIENTO SIPP FIGURA 5.2. NÚMERO DE LLAMADAS CONCURRENTES G FIGURA 5.3. TASA DE BITS G FIGURA 5.4. CONSUMO DE CPU G FIGURA 5.5. CARGA PROMEDIO G FIGURA 5.6. NÚMERO DE LLAMADAS CONCURRENTES ILBC FIGURA 5.7. TASA DE BITS ILBC FIGURA 5.8. CONSUMO DE CPU ILBC FIGURA 5.9. CARGA PROMEDIO ILBC FIGURA LLAMADAS SERVIDOR PRINCIPAL FIGURA LLAMADAS SERVIDOR SECUNDARIO FIGURA TOTAL DE LLAMADAS VI

10 LISTA DE TABLAS TABLA 2.1. COMPARACIÓN CODECS TABLA 3.1. INSTALACIÓN SNMP EN DEBIAN TABLA 3.2. ARCHIVO /ETC/SNMP/SNMPD.CONF TABLA 4.1. PROCESADOR SERVIDOR PRINCIPAL TABLA 4.2. PROCESADOR SERVIDOR SECUNDARIO TABLA 4.3. REPOSITORIO XORCOM RAPID TABLA 4.4. ARCHIVO /ETC/APT/PREFERENCES TABLA 4.5. ORIGEN REPOSITORIO DE PAQUETES TABLA 4.6. ARCHIVO /ETC/HA.D/HA.CF TABLA 4.7. ARCHIVO /ETC/HA.D/HARESOURCES TABLA 4.8. ARCHIVO /ETC/HA.D/AUTHKEYS TABLA 4.9. IMPORTACIÓN/EXPORTACIÓN BASES DE DATOS TABLA ARCHIVO /ETC/CRONTAB TABLA 5.1. ARCHIVO /ETC/ASTERISK/SIP_CUSTOM.CONF SIPP TABLA 5.2. SIPP G TABLA 5.3. OBTENCIÓN ESCENARIO POR DEFECTO TABLA 5.4. ARCHIVO XML ILBC TABLA 5.5. SIPP ILBC TABLA 5.6. SIPP ALTA DISPONIBILIDAD VII

11 GLOSARIO APAN Asia Pacific Advanced Network APT Advanced Packaging Tool ATA Analog Telephone Adapter CLARA Cooperación Latino Americana de Redes Avanzadas FXO Foreign exchange Office FXS Foreign exchange Subscriber GSM Global System for Mobile communications FWD Free World Dialup IETF Internet Engineering Task Force IAX2 Inter-Asterisk exchange, versión 2 ilbc Internet Low Bit-Rate Codec INICTEL Instituto Nacional de Investigación y Capacitación en Telecomunicaciones IP Internet Protocol IVR Interactive Voice Response LTP Long Term Prediction MGCP Media Gateway Control Protocol MOS Mean Opinion Score NAT Network Address Translation PBX Private Branch Exchange PCM Pulse Code Modulation PSTN Public Switch Telephone Network PUCP Pontificia Universidad Católica del Perú QoS Quality of Service (Calidad de Servicio) RAAP Red Académica Peruana RAID Redundant Array of Independent/Inexpensive Disks RAS Registration, Admission and Status RDSI Red digital de Servicios Integrados RFC Request For Comments VIII

12 RPE RTB RTCP RTP RTSP SCCP SDP SIP SNMP TCP TTS UAC UAS UDP UIT VoIP YATE Regular Pulse Excitation Red de Telefonía Básica Real-time Transport Control Protocol Real-time Transport Protocol Real Time Streaming Protocol Skinny Client Control Protocol Session Description Protocol Session Initiation Protocol Simple Network Management Protocol Transport Control Protocol Text To Speech User Agent Client User Agent Server User Datagram Protocol Unión Internacional de las Telecomunicaciones Voice over IP Yet Another Telephony Engine IX

13 1. Fundamentos de la Tesis 1.1. Introducción Se vive en una era en la cual se necesita estar comunicado. Internet, gracias al auge de la pila de protocolos TCP/IP, ha traído grandes avances y muchas posibilidades de servicios y aplicaciones que pueden usar esta red. Sin embargo, se presenta un problema: Internet en estos momentos funciona en modo best-effort, lo que no permite dar calidad de servicio a las aplicaciones de tiempo real, como VoIP. La telefonía IP, por otro lado, es una tecnología emergente en el mundo de las Telecomunicaciones, y básicamente consiste en brindar los mismos servicios que la telefonía tradicional, pero usando como base la pila de protocolos TCP/IP. Esto proporciona una gran ventaja, al darle mayor uso a la infraestructura ya establecida de datos en un área local, pero también grandes retos cuando se quiera implementar este servicio en Internet, pues no se cuenta con calidad garantizada. 1

14 Frente al carácter comercial de Internet, una nueva red educativa y de investigación ha surgido, se trata de la unión de varias redes académicas del mundo. En el caso de Perú, esta red es la RAAP (Red Académica Peruana), que a su vez está conectada a otra red regional denominada CLARA (Cooperación Latino Americana de Redes Avanzadas). CLARA por su parte se conecta a las redes de otras regiones como Abeline (más conocida como Internet2) y GÉANT (red europea), y estas últimas a la red regional APAN (Asia Pacific Advanced Network) de Asia, formándose así la red académica mundial. Esta red académica avanzada mundial tiene una tasa de bits máxima de datos muy superior (cientos de Mbps) a la actual Internet porque utiliza tecnologías emergentes como MPLS, lo que le permite ofrecer mejor calidad de servicio. La meta principal del presente trabajo es la combinación de estas dos tecnologías, es decir, implementar servicios de telefonía IP en una red avanzada, concretamente en la red peruana RAAP Objetivos La descripción mostrada líneas arriba permite plantear los siguientes objetivos para el desarrollo de la tesis: Comparar los diversos protocolos de señalización y hardware necesarios para la implementación de una red con telefonía IP: Para esto se tendrá una red de telefonía IP con clientes (hard phones o soft phones) que soporten IAX2 (Inter-Asterisk Exchange versión 2) y clientes que soporten SIP (Session Initiation Protocol). También se hará uso de teléfonos analógicos e IP. Luego de ambas comparaciones, se elaborará una recomendación a la RAAP sobre las tecnologías a usarse. 2

15 Implementar una red piloto de telefonía IP usando software libre en la RAAP: La red piloto conectará por lo menos dos puntos de la topología de la RAAP. Estos puntos inicialmente serían la PUCP e INICTEL, pudiendo extenderse a las demás instituciones que forman parte de la RAAP. Se contará con un servidor de respaldo que tendrá la misma configuración que el servidor principal Estructura de la Tesis Al inicio de la tesis se muestran las listas de figuras, tablas y acrónimos (Glosario) usados a lo largo del desarrollo de la presente tesis. La tesis contiene en total 6 capítulos, incluido el capítulo de Fundamentos. Cada capítulo se detalla a continuación: El capítulo 1 explica los fundamentos de la tesis y se describen los objetivos. El capítulo 2 es el marco teórico y presenta los diversos conceptos necesarios para el correcto entendimiento de la tesis. El capítulo 3 analiza mediante implementaciones aisladas las tecnologías descritas en el capítulo anterior. Los capítulos 4 y 5 muestran la implementación de los servidores; y las pruebas de desempeño a las que fueron sometidos y sus resultados; respectivamente. Por último, el capítulo 6 da las conclusiones del trabajo y elabora una recomendación formal a la RAAP sobre las tecnologías a ser usadas. Adicionalmente se plantean trabajos futuros alrededor del tema desarrollado. Al final se muestran las referencias usadas por el autor para la elaboración del presente trabajo de tesis, así como también la tabla de anexos usados. 3

16 2. Marco Teórico 2.1. Antecedentes Actualmente existen diversas empresas que ofrecen soluciones propietarias de servicios de telefonía IP, entre las cuales se encuentran Cisco con su Call Manager, Avaya con MultiVantage, Alcatel, Mitel, etc. Estas compañías normalmente trabajan con estándares y protocolos propietarios, lo que dificulta su interacción con soluciones de otros fabricantes. En cuanto a soluciones usando protocolos abiertos, existen varias implementaciones, entre las cuales destacan OpenPBX, PBX4Linux, YATE, FreeSwitch y Asterisk, siendo la predominante esta última. Desarrollada por Mark Spencer de la empresa Digium, Asterisk implementa todas las funcionalidades de una centralita telefónica (PBX) usando estándares abiertos, por lo que su interoperabilidad está asegurada. Amplios proyectos de Telefonía IP con Asterisk se han desarrollado, y varios de ellos involucran la implementación de teléfonos IP remotos. 4

17 Igualmente, otros tantos involucran alta disponibilidad en el servicio, de manera que la probabilidad de falla del sistema sea cercana al 0%. El presente trabajo de tesis propone una nueva arquitectura de Redes de Telefonía IP, combinando la alta disponibilidad con la implementación de extensiones remotas. Es de particular atención el caso de las extensiones distantes, pues se requiere una conexión a Internet de banda ancha con QoS (calidad de servicio) para que haya una calidad de voz aceptable, lo que no se garantiza con la tecnología actual de Internet Arquitectura de protocolos de VoIP La figura 2.1 muestra la estructura de los protocolos usados en VoIP. Se puede diferenciar entre los protocolos de señalización (H.323, SIP) y los protocolos de transporte (RTCP, RTP, RTSP) [MOR2002]. FIGURA 2.1. ESTRUCTURA DE PROTOCOLOS DE VOIP 5

18 Más adelante se explicará estas dos clases de protocolos poniendo énfasis en sus diferencias y sus características más saltantes. Adicionalmente, se compararán los diversos codecs usados en los protocolos de transporte. En la presente tesis se usará el término codec como abreviatura de COdificador/DECodificador de señales de voz, es decir, convierte la señal de voz en un flujo de datos para que pueda viajar por algún medio de transporte. En esta tesis, el medio de transporte es la red IP de la RAAP Protocolos de señalización De acuerdo a la UIT en su recomendación H.323 [UIT2003], el protocolo de señalización se encarga de los mensajes y procedimientos utilizados para establecer una comunicación, pedir cambios de tasa de bits de la llamada, obtener el estado de los puntos extremos y desconectar la llamada H.323 H.323 es un estándar que norma todos los procedimientos para lograr Sistemas Audiovisuales y Multimedios, por lo que engloba varios protocolos y estándares. Uno de estos procedimientos es la señalización de la llamada. H.323 propone dos tipos de señalización [PAC2006]: Señalización de control de llamada (H.225.0): Este protocolo tiene dos funcionalidades. Si existe un gatekeeper en la red, define como un terminal se registra con él. Este proceso se denomina RAS (Registration, Admission and Status) y usa un canal separado (canal RAS). Si no existiese un gatekeeper, define la forma como dos terminales pueden establecer o 6

19 terminar llamadas entre sí (Señalización de Llamada). En este último caso se basa en la recomendación Q Señalización de control de canal (H.245): Una vez que se ha establecido la conexión entre dos terminales usando H.225, se usa el protocolo H.245 para establecer los canales lógicos a través de los cuales se transmite la media. Para ello define el intercambio de capacidades (tasa de bits máxima, codecs, etc.) de los terminales presentes en la comunicación. Se usa RAS siempre y cuando un Gatekeeper esté presente en la red. El Gatekeeper es un componente opcional cuya función principal es el control de admisión. Es un intermediario entre los puntos terminales que permite el establecimiento de llamadas entre estos. También puede enrutar la señalización hacia otro dispositivo para implementar funciones como desvío de llamadas. Una llamada H.323 se caracteriza por las siguientes fases de señalización [MAR2006]: Establecimiento de la comunicación. Primero se tiene que registrar y solicitar admisión al Gatekeeper, para lo cual se usan los mensajes RAS. Luego, el usuario que desea establecer la comunicación envía un mensaje de SETUP, el llamado contesta con un mensaje de CallProceeding. Para poder seguir con el proceso, este terminal también debe solicitar admisión al GateKeeper con los mensajes RAS y, una vez admitido, envía el Alerting indicando el inicio del establecimiento de la comunicación. Este mensaje Alerting es similar al Ring Back Tone de las redes telefónicas actuales. Cuando el usuario descuelga el teléfono, se envía un mensaje de Connect. 1 Esta norma establece el procedimiento de establecimiento de llamada en RDSI 7

20 Señalización de Control. En esta fase se abre una negociación mediante el protocolo H.245 (control de canal). El intercambio de los mensajes (petición y respuesta) entre los dos terminales establece quién será maestro y quién esclavo, así como también sus capacidades y los codecs de audio y video soportados (Mensajes TCS, Terminal Capability Set). Como punto final de esta negociación se abre el canal de comunicación (direcciones IP, puerto) (Mensajes OLC, Open Logical Channel). Audio: los terminales inician la comunicación mediante el protocolo RTP/RTCP. Desconexión. Por ultimo, cualquiera de los participantes activos en la comunicación puede iniciar el proceso de finalización de llamada mediante los mensajes Close Logical Channel (CLC) y End Session Command (ESC). Una vez hecho esto, ambos terminales tienen que informarle al Gatekeeper sobre el fin de la comunicación. Para ello se usan los mensajes RAS DRQ (Disengage Request) y DCF (Disengage Confirm). Las fases de una llamada se ilustran en la figura 2.2 con detalle: 8

21 FIGURA 2.2. FASES DE UNA LLAMADA H.323 Fuente: [MAR2006] 9

22 SIP (Session Initiation Protocol) A diferencia de H.323, SIP tiene su origen en la comunidad IP, específicamente en la IETF (Internet Engineering Task Force); y no en la industria de las Telecomunicaciones (UIT). Este estándar está definido en [RFC2543] y luego con aclaraciones en [RFC3261]. Se tomará esta última RFC como base para el estudio. SIP es similar al HTTP en muchos sentidos, incluso tiene algunos mensajes de error en común, como el 404 no encontrado (404 not found) y el 403 servidor ocupado (403 Server Busy) [MAR2006] [MOR2002]. Los componentes presentes en SIP son [MAR2006] [MOR2002]: 1. Agentes de Usuario (User Agent, UA): Existen dos tipos de agentes de usuario, los cuales están presentes siempre, y permiten la comunicación cliente-servidor: a. Agente de usuario cliente (UAC): El UAC genera peticiones SIP y recibe respuestas. b. Agente de usuario servidor (UAS): El UAS responde a las peticiones SIP. 2. Servidores SIP: Existen tres clases lógicas de servidores. Un servidor puede tener una o más de estas clases. Estas clases son las siguientes: a. Servidor de Redirección (Redirect Server): Reencamina las peticiones que recibe hacia el próximo servidor. b. Servidor Proxy (Proxy Server): Corren un programa intermediario que actúa tanto de servidor como de cliente para poder establecer llamadas entre los usuarios. 10

23 c. Servidor de Registro (Registrar Server): Hace la correspondencia entre direcciones SIP y direcciones IP. Este servidor solo acepta mensajes REGISTER, lo que hace fácil la localización de los usuarios, pues el usuario donde se encuentre siempre tiene que registrarse en el servidor. Se define dos tipos de mensajes SIP: Peticiones y Respuestas [RFC3261]. 1. Peticiones SIP. Se definen 6 métodos básicos: a. INVITE: Permite invitar un usuario a participar en una sesión o para modificar parámetros de una sesión ya existente. b. ACK: Confirma el establecimiento de la sesión. c. OPTION: Solicita información de algún servidor en particular. d. BYE: Indica término de una sesión. e. CANCEL: Cancela una petición pendiente. f. REGISTER: Registra al Agente de Usuario. 2. Respuestas SIP: Existen también mensajes SIP como respuesta a las peticiones. Existen 6 tipos de respuestas, que se diferencian por el primer dígito de su código. Estas son: a. 1xx: Mensajes provisionales. b. 2xx: Respuestas de éxito. c. 3xx: Respuestas de redirección. d. 4xx: Respuestas de fallas de método. 11

24 e. 5xx: Respuestas de fallas de servidor. f. 6xx: Respuestas de fallas globales. Algunos de estos mensajes se aprecian en el ejemplo de comunicación ilustrado en la figura 2.3: Usuario A Servidor SIP Usuario B REGISTER OK 200 REGISTER OK 200 INVITE to ) TRYING 100 INVITE to ) TRYING 100 RING 180 OK 200 ACK RING 180 OK 200 ACK RTP/RTCP BYE ACK BYE ACK FIGURA 2.3. INTERCAMBIO DE MENSAJES EN SIP Fuente: [MAR2006] Las dos primeras transacciones tienen que ver con el registro de usuarios. El punto medio es el servidor que en esta etapa actúa como servidor de registro. La siguiente transacción establece el inicio de sesión. El Usuario A (llamante) le manda un INVITE al Usuario B (llamado) a través del servidor, que redirecciona la llamada a este último. La sesión se establece cuando ambos puntos mandan la confirmación. 12

25 Cuando la sesión se ha establecido, entra a funcionar el protocolo de transporte (RTP, Real-time Transport Protocol), que es el encargado del transporte de la voz. Cuando alguien quiere terminar la comunicación, manda la petición BYE que el servidor lo redirecciona al otro punto. Luego, este último envía la confirmación, terminando así la sesión. Cualquiera de los participantes puede terminar la conversación en cualquier momento Diferencia entre SIP y H.323 La principal diferencia es la velocidad: SIP hace en una sola transacción lo que H.323 hace en varios intercambios de mensajes. Adicionalmente, SIP usa UDP mientras que H.323 debe usar necesariamente TCP para la señalización (H.225 y H.245), lo que origina que una llamada SIP sea atendida más rápido [HER1999]. Otra diferencia importante es que H.323 define canales lógicos antes de enviar los datos, mientras que una unidad SIP simplemente publicita los codecs que soporta, más no define canales, lo que puede generar saturación de tráfico en casos de muchos usuarios, pues no se separa la tasa de bits necesaria para la comunicación [MAR2006] IAX2 (Inter Asterisk Exchange) Es el protocolo usado por Asterisk. La versión 1 de este protocolo ha caído en desuso, en favor de la versión 2 (IAX2). Al momento de redactar esta tesis, este protocolo se encontraba en borrador para ser un RFC [SPE2006], por lo que no hay mucha información disponible. 13

26 El objetivo con el que se creó este protocolo fue minimizar la tasa de bits requerida en las comunicaciones VoIP y tener un soporte nativo para traspasar dispositivos de NAT (Network Address Translation). En otras palabras, provee soluciones a los problemas dados en SIP y H.323. Fue creado por Mark Spencer, quien también participó en la codificación de Asterisk. IAX2 usa un único puerto UDP (4569) para transmitir tanto señalización como datos. El tráfico de voz es transmitido en banda (in-band), es decir, los datos de voz van encapsulados en el protocolo; SIP, en cambio, se basa del protocolo RTP para la transmisión de los datos (su transmisión es out-band). Esto le permite al protocolo IAX2 prácticamente transportar cualquier tipo de dato. Otra característica de IAX2 es que soporta Trunking; es decir, un solo enlace puede enviar datos y señalización de varios canales. Cuando se hace Trunking, un solo datagrama IP puede contener información de varias llamadas sin crear latencia adicional. Esto genera una disminución de la tasa de bits y del retraso de los paquetes debido a que ahorra enviar varias veces la cabecera IP. Todas estas características del IAX2 se deben a que en su diseño se basaron en muchos estándares de señalización y de transmisión de datos, quedándose solo con lo mejor de cada uno. Algunos protocolos tomados como base para el IAX2 son: SIP, MGCP y RTP (Real-time Transfer Protocol) Otros protocolos: MGCP (Media Gateway Control Protocol) Este protocolo está basado en un modelo cliente/servidor, mientras que SIP y H.323 están basados en un modelo peer-to- 14

27 peer. Este estándar está descrito en [RFC2705], donde se menciona que este protocolo está diseñado para usarse en un sistema distribuido que se ve desde afuera como un solo gateway VoIP. MGCP al igual que SIP usa el Protocolo de Descripción de Sesión (SDP) para describir y negociar capacidades de media. Su funcionalidad es similar a la capacidad H.245 de H.323 [RAM2005] SCCP (Skinny Client Control Protocol) Protocolo propietario de Cisco, se basa en un modelo cliente/servidor en el cual toda la inteligencia se deja en manos del servidor (Call Manager). Los clientes son los teléfonos IP, que no necesitan mucha memoria ni procesamiento [RAM2005]. El servidor es el que aprende las capacidades de los clientes, controla el establecimiento de la llamada, envía señales de notificación, reacciona a señales del cliente (por ejemplo cuando se presiona el botón de directorio). El servidor usa SCCP para comunicarse con los clientes, y si la llamada sale por un gateway, usa H.323, MGCP o SIP Protocolos de Transporte RTP (Real-time Transport Protocol) Este protocolo define un formato de paquete para llevar audio y video a través de Internet. Está descrito en [RFC3550]. Este protocolo no usa un puerto UDP determinado, la única regla que sigue es que las comunicaciones UDP se hacen vía un puerto impar y el siguiente puerto par sirve para el protocolo de Control RTP (RTCP) [BAN2006]. 15

28 La inicialización de la llamada normalmente se hace por el protocolo SIP o H.323. El hecho de que RTP use un rango dinámico de puertos hace difícil su paso por dispositivos NAT y firewalls, por lo que se necesita usar un servidor STUN (Simple Traversal of UDP over NAT, RFC3489). STUN es un protocolo de red que permite a los clientes que estén detrás de un NAT saber su dirección IP pública, el tipo de NAT en el que se encuentran y el puerto público asociado a un puerto particular local por el NAT correspondiente. Esta información se usa para iniciar comunicaciones UDP entre dos hosts que están detrás de dispositivos de NAT. Las aplicaciones que usan RTP son menos sensibles a la pérdida de paquetes, pero son típicamente muy sensibles a retardos, por lo que se usa UDP para esas aplicaciones. Por otro lado, RTP no proporciona calidad de servicio, pero este problema se resuelve usando otros mecanismos, como el marcado de paquetes o independientemente en cada nodo de la red RTCP (Real-time Transport Control Protocol) El protocolo de control RTP se basa en la transmisión de paquetes de control fuera de banda a todos los nodos participantes en la sesión. Tiene 3 funciones principales [BAN2006]: Provee realimentación en la calidad de la data. Utiliza nombres canónicos (CNAME) para identificar a cada usuario durante una sesión. Como cada participante envía sus tramas de control a los demás, cada usuario sabe el número total de participantes. Este número se usa para calcular la tasa a la cual se van a enviar los paquetes. Más usuarios en una sesión significan 16

29 que una fuente individual podrá enviar paquetes a una menor tasa de bits Codecs Codec viene de Codificador-Decodificador. Describe una implementación basada en software o hardware para la transmisión correcta de un flujo de datos. Se estudiará solamente los codecs de voz UIT G.711 G.711 tiene una tasa de transmisión alta (64 kbps). Desarrollado por la UIT, es el codec nativo de redes digitales modernas de teléfonos. Formalmente estandarizado en 1988, este codec, también llamado PCM, tiene un tasa de muestreo de 8000 muestras por segundo, lo que permite un ancho de banda total para la voz de 4000 Hz. Cada muestra se codifica en 8 bits, luego la tasa de transmisión total es de 64 kbps [WOO1998]. Existen dos versiones de este codec: Ley-A (A-law) y Ley-µ (µ-law). La segunda se usa en Estados Unidos y Japón mientras que la primera se usa en el resto del mundo, incluida Latinoamérica. La diferencia entre ellas es la forma como la señal es muestreada. Las ecuaciones de muestreo son las siguientes [HUA2005] y se grafican en la figura 2.4: Ley-A: o Ax y = para 1+ ln A 1 x (1) A o 1+ ln Ax 1 y = para x 1 1+ ln A A (2) 17

30 Ley-µ: o ( + μx) ln 1 y = (3) ln(1 + μ) FIGURA 2.4. COMPARACIÓN LEY-µ VS. LEY-A Fuente: [HUA2005] Los valores de µ y de A están estandarizados por la UIT y son µ=255 para el caso de la ley-µ y de A=100 para el caso de la ley-a. La forma logarítmica refuerza las muestras más pequeñas de la entrada con el fin de protegerlas del ruido. El uso de G.711 para VoIP ofrece la mejor calidad (no realiza compresión en la codificación), por lo que suena igual que un teléfono analógico o RDSI. Esto se comprueba con la medida del MOS. El MOS (Mean Opinion Score) es una medida cualitativa de la calidad de la voz. Un MOS de 5 indica una comunicación con calidad excelente mientras que un MOS de 0 indica una calidad pésima. G.711 tiene el MOS más alto de todos los codecs en condiciones ideales (sin pérdida de paquetes), con un MOS de 4.1. También presenta el menor retardo debido a que no hay un uso extensivo del CPU (no hay compresión de datos). El inconveniente principal es que necesita mayor tasa de bits que otros codecs, aproximadamente 80 kbps incluyendo toda la cabecera 18

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