Tecnología de telefonía.

Transcripción

1 1 Tecnología de telefonía. Sistema de Señalización No. 7, SS7 Toda llamada telefónica requiere de un sistema de señalización para que ésta sea establecida y mantenida. El envío del número telefónico, el tono de llamada o de ocupado y la información del número del que se llama, son algunos ejemplos de señalización. La señalización, por lo tanto, permite el intercambio de información entre los componentes de una red telefónica para permitir la provisión y el mantenimiento de dicho servicio. Implementar servicios de voz sobre IP en redes de cable, requiere el conocimiento del Sistema de Señalización No. 7, para garantizar la compatibilidad con la red telefónica tradicional. En México, la organización PU-RDSI, Parte de Usuario de la Red Digital de Servicios Integrados, especifica el modelo de señalización para las redes telefónicas y la norma que la define hace referencia al Plan Técnico Fundamental de Señalización como "Parte de Usuario para Servicios Integrados- México" denominado PAUSI-MX. SS7, es el estándar de la tecnología conocida como CCS, Señalización de Canal Común (Common Channel Signaling), que consiste en el uso de un canal diferente al canal de voz, destinado únicamente a la señalización. Esta separación permite que, por un lado, se tenga un canal que lleve la conversación y, por otro, un canal que contenga la señalización, de manera que ambos se lleven a cabo de manera independiente. Por este motivo, SS7 es un sistema de señalización fuera de banda que se caracteriza por la transmisión de paquetes de datos a alta velocidad y por la posibilidad de permitir la señalización entre diferentes elementos de la red, entre los cuales no se tiene una comunicación directa. importantes servicios para el usuario final, entre los que destacan el identificador de llamadas, los números gratuitos y características de portabilidad del número telefónico, permitiendo que la señalización se lleve a cabo en todo momento, aún cuando no existan llamadas establecidas. Lo anterior pudiera ser útil para activar funciones especiales mediante algún código, sin la necesidad de establecer propiamente una llamada telefónica. En el SS7 se define una arquitectura y un modelo de capas, éste último es similar en muchos aspectos al modelo de referencia OSI. Dentro de sus aplicaciones más comunes están: Establecimiento básico, gestión y finalización de llamadas Servicios celulares tales como los de comunicaciones personales (PCS), roaming y autenticación de suscriptores. Portabilidad de números locales (LNP) Servicios 800 y 900 Características ampliadas tales como reenvío de llamadas, identificación de llamadas y conferencias entre varios participantes Telecomunicaciones seguras a nivel mundial Los mensajes SS7 se intercambian entre los elementos de red brindando: Mejores tiempos en el establecimiento de las llamadas Uso más eficiente de los circuitos de voz Soporte para los servicios de redes inteligentes (IN), que requieren la señalización a los elementos de red sin necesidad de emplear los canales de voz. Control sobre el uso fraudulento de la red. Hay tres clases de puntos de señalización en una red SS7, ver Figura 1: SS7, permite que algunos de los nodos de la red puedan analizar las señales y, con base en éstas, llevar a cabo alguna acción determinada, gracias a esto ofrece

2 2 Figura 1. Puntos de señalización. SSP (Service Switching Point. Punto de Intercambio de Servicio): Los SSP s son switches en los que se originan, terminan o se reenvían las llamadas. Un SSP envía mensajes de señalización a otros SSPs a fin de establecer, gestionar y liberar los circuitos de voz que se requieren para completar una llamada. STP (Signal Transfer Point. Punto de Transferencia de Señal): El tráfico de la red entre los puntos de señalización puede enrutarse por medio de un switch de paquetes conocido como STP, cuya tarea es la de tomar cada paquete entrante y enviarlo hacia uno de los tantos enlaces de señalización (signaling link), basándose en la información de ruteo contenida en el mensaje SS7. SCP (Service Control Point. Punto de Control de Servicio): Base de datos centralizada que determina cómo reenviar una llamada, un ejemplo de esto son los números 800 y 900. El Protocolo de señalización telefónica SS7 usa diferentes mensajes para el establecimiento y finalización de la llamada y permite que los nodos hablen entre sí, no importando si entre ellos existe una conexión troncal directa. Para fin de ilustración de este tema, SS7 se puede mencionar que en este Protocolo se tiene un apilamiento o torre de protocolos que se emplean dependiendo de las aplicaciones y el tipo de red telefónica en uso, ver Figura 2. Figura 2.: Torre de Protocolos SS7 y el Modelo de Referencia OSI Descripción de la torre de protocolos de SS7: MTP 1 (Message Transfer Part 1): Define las características funcionales, eléctricas y físicas del enlace de señalización digital. Entre los interfaces físicos definidos se incluyen los siguientes: E-1 (2048 kb/s; 32 canales de 64 kb/s), DS- 1 (1544 kb/s; 24 canales de 64kb/s), V.35 (64 kb/s), DS-0 (64 kb/s), y DS-0A (56 kb/s). MTP 2 (Message Transfer Part 2): Asegura la transmisión sin errores extremo a extremo de un mensaje a través del enlace de señalización. Implementa control de flujo, validación de la secuencia de los mensajes y control de errores. Cuando se produce un error en un enlace de señalización, el mensaje (o el conjunto de mensajes) es retransmitido. MTP 3 (Message Transfer Part 3): Proporciona enrutamiento entre puntos de señalización de la red SS7. Es capaz de re-enrutar tráfico evitando enlaces y puntos de señalización averiados, y aplicar control de tráfico cuando ocurren congestiones en la red. SCCP (Signaling Connection Control Part): Ofrece direccionamiento extendido. Traduce las direcciones, tomando los dígitos marcados a un código de punto destino, para enrutar entre puntos de señalización. TCAP (Transaction Capabilities Part): Soporta intercambio de información entre los puntos de señalización utilizando los servicios del SCCP.

3 3 OMAP (Operations, Maintenance Applications Part): Define los mensajes y protocolos para ayudar a los administradores de la red S7. Es decir son los procedimientos para validar las tablas de ruteo de la red y diagnóstico de problemas con el enlace. TUP (Telephone User Part): Controla el establecimiento y liberación de llamadas. Define los procedimientos y formatos para características externas: desviasión de llamadas, grupos cerrado de usuarios, Identificación de llamadas y conectividad digital. ISUP (ISDN User Part): Define los procedimientos y funciones usadas dentro de la red para proporcionar a los usuarios con servicios de circuitos conmutados para llamadas de voz t datos: grupos cerrados, identificación de llamadas, redireccionar llamadas, llamada en espera. Ventajas de la señalización SS7: Mejorar la flexibilidad y velocidad en el establecimiento de llamada. reduce el tiempo de uso del costo de voz. mejorar el control de las llamadas y la gestión (tasación) señalización bidireccional. eliminación de equipos por troncal señal. permite cambios de información de señalización en tiempo real, entre redes de conmutación. económica utilización de los circuitos de conversación admite procedimientos de transmisión de datos tales como: métodos de detección de errores y corrección de errores. Voz sobre el Protocolo Internet, VoIP (Voice Over IP) Es una tecnología de comunicación telefónica que ofrece conexiones a Internet de banda ancha, permitiendo la transmisión de la voz a través de redes IP en forma de paquetes de datos. VoIP permite la integración de todos los servicios (datos, voz y vídeo) sobre un sólo canal, mediante el uso de Internet de banda ancha. Los elementos principales de una red corporativa de voz, son los sistemas de conmutación, a los que hay que añadir los elementos de transmisión, de supervisión y los propios equipos de usuarios. Como elementos de conmutación existen varios tipos de dispositivos que pueden desempeñar esta función: KTS, Sistemas multilínea (Key Telephone System). PBX, Central Privada de Intercambio (Private Brand exchange). Centrex, Oficina Central de Intercambio de Servicio (Central Office Exchange Service). El soporte de una llamada telefónica sobre una red de paquetes, que en la mayoría de los casos es una red IP consta de dos fases: 1. Establecimiento de la llamada, esto es el equivalente a la obtención de tono de invitación a marcar, la marcación de número destino, la obtención de timbre de llamada o de la señal de ocupado y el descolgado del receptor para contestar la llamada. 2. La propia conversación. En cualquiera de estas dos fases, es necesaria una serie de estándares que regulen y permitan la interconexión de equipos de distintos fabricantes, como los protocolos de señalización y los protocolos de transporte. A. Protocolos de señalización Los protocolos de señalización tienen como objetivo el establecimiento de las llamadas, y son básicamente el corazón de la voz sobre paquetes, distinguiéndola de otros tipos de servicios. Las funciones que realizan son: 1. Localización de usuarios, si un usuario A se desea comunicar con un usuario B, en primer lugar A necesita descubrir la localización actual de B en la red, con el fin de que la petición del establecimiento de sesión pueda establecerse. 2. Establecimiento de sesión, el protocolo de señalización permite al usuario llamado aceptar la llamada, rechazarla o desviarla a otra persona, buzón de voz o página Web. 3. Negociación de la sesión, la sesión multimedia que se esta estableciendo puede comprender diferentes tipos de flujo de información (audio, video, etc). Cada uno de estos flujos puede utilizar algoritmos de compresión de audio y video diferentes, dado que puede tener lugar en diferentes puertos y direcciones unicast o multicast. El proceso de negociación permite a las partes implicadas acordar un conjunto de parámetros de inicialización. 4. Administración de los participantes en la llamada, es posible añadir y/o eliminar miembros de una sesión ya establecida. 5. Otras funciones, como transferir una llamada o el colgar dicha llamada, requiere la conmutación entre los dos extremos. Para cumplir con todos estos requisitos, existen fundamentalmente tres protocolos, ver Figura 3: H.323, fue concebido para comunicaciones multimedia en redes de área local, pero se ha extendido a la VoIP, proporciona control de llamadas,

4 4 funciones de conferencia, administración de llamadas, capacidad de negociación de parámetros y otros servicios complementarios. Su especificación es compleja. Es un protocolo relativamente seguro, ya que utiliza RTP. Tiene dificultades con NAT, por ejemplo para recibir llamadas se necesita direccionar el puerto TCP 1720 al cliente, además de direccionar los puertos UDP para la media de RTP y los flujos de control de RTCP. Para más clientes detrás de un dispositivo NAT se necesita gatekeeper en modo proxy. SIP, Protocolo para Inicio de Sesión (Session Initiation Protocol), ha sido diseñado para soportar el control de llamadas y la negociación de sesiones de forma distribuida. Este protocolo considera a cada conexión como un par y se encarga de negociar las capacidades entre ellos. Tiene una sintaxis simple, similar a HTTP o SMTP. Posee un sistema de autenticación de pregunta/respuesta. Tiene métodos para minimizar los efectos de DoS (Denial of Service o Denegación de Servicio), que consiste en saturar la red con solicitudes de invitación. Utiliza un mecanismo seguro de transporte mediante TLS. No tiene un adecuado direccionamiento de información para el funcionamiento con NAT. MGCP, Protocolo de Control de Pasarela de Medios (Media Gateway Control Protocol), se trata de un control de protocolo que permite a un controlador central la monitorización de eventos que ocurren en los teléfonos IP y en las pasarelas, les impone el envío de información a direcciones específicas. Simplifica en lo posible la comunicación con terminales como los teléfonos. Arquitectura cliente-servidor, de tal forma que un teléfono necesita conectarse a un controlador antes de conectarse con otro teléfono, así la comunicación no es directa. No es un protocolo estándar. B. Protocolos de transporte Figura 3: Protocolos de de señalización Los protocolos de transporte tienen como objetivo asegurar la comunicación de voz; para el establecimiento de una red para transportar contenidos multimedia bajo demanda de las aplicaciones que la utilizan, no es tarea trivial. Podemos contar con al menos, tres dificultades: 1. Mayores requerimientos de ancho de banda. 2. La mayoría de las aplicaciones multimedia requieren el tráfico en tiempo real. 3. Secuencia de carácter crítico en la generación de los datos multimedia. Para solucionar estos problemas, se crearon los protocolos de transporte, cuya misión es trasladar la información útil del origen al destino, cumpliendo con los requerimientos exigidos por las aplicaciones multimedia en general y por la voz en particular. Los protocolos de transporte más empleados en la integración de voz y de datos son: a. RTP, Protocolo de Transporte en Tiempo Real (Real Time Transport Protocol). Las funciones que realiza el RTP son: Fragmentación, cada paquete tiene el número de secuencia empleado para la detección de pérdida durante el reensamblado del mensaje en recepción. Sincronización intramedia, los paquetes del mismo flujo pueden sufrir retardos diferentes, dando lugar a la aparición del jitter. Para compensarlo, las aplicaciones emplean buffers que utilizan las marcas temporales, proporcionadas por el RTP para medir jitter. Identificación del tipo de carga, en una red de paquetes, tanto las condiciones de la red como la perdida de paquetes y el retardo los mismos varían e incluso de la misma llamada.

5 5 Indicación de trama, las señales de audio y video se envían en unidades lógicas denominadas tramas. Es necesario indicar al receptor en el principio y el final de cada una de las tramas, a fin de que pueda sincronizarse con niveles superiores, paro lo que emplea un bit de marca. Indicación de fuente, en un sesión multicast existen varios usuarios participantes y debe haber algún modo de poder identificar al usuario q genero un determinado paquete. Esta es la misión del campo SSRC (Synchronization Source) b. RTCP, Protocolo de Control en Tiempo Real (Real Time Control Protocol). Las funciones que realiza el RTCP son: Realimentación sobre la QoS, los receptores de una sesión emplean RTCP para informar al emisor sobre la calidad de su recepción. Esta información incluye el número de paquetes perdidos, jitter y el RTT (Roed Trip Time), y puede ser empleada por la fuente en aplicaciones adaptativas que ajustan la codificación y otros parámetros en función de la información de retoalimentación. Sincronización intermedia, para mejorar el nivel de flexibilidad, el audio, y el video sueles transportarse en flujos diferentes que deben sincronizarse en el receptor. Esta capacidad de sincronización es proporcionada por el RTCP incluso en el caso de que los flujos procedan de fuerzas distintas. Identificación, los paquetes RTCP contienen información e identificación de cada participante de la sesión, tal como la dirección de correo electrónico, el número de teléfono o el nombre completo de dicho participante, Esto permite a todos los participantes conocer la identidad del resto. Control de la sesión, RTCP permite a un participante indicar que deja la sesión (envío de paquetes BYE) así como el intercambio de mensajes cortos entre participantes C. Funcionamiento de VoIP La operación básica de VoIP se ilustra en la Figura 4, y consiste fundamentalmente: a. Digitalizar la voz en el extremo que emite. b. Compactar la voz digitalizada. c. Transmitirla como un conjunto de paquetes de datos por IP. d. Recibir los paquetes en el otro extremo de la comunicación. e. Descompactarlos. f. Reproducirlos para ser escuchados. Figura 4 Esquema general de VoIP D. Clases de comunicación de VoIP Podemos definir dos clases de comunicación VoIP como se describe a continuación: a. La comunicación IP-IP (Todo en Internet). Se logra cuando todos los elementos en comunicación están conectados a Internet, como se representa en la Figura 5. Figura 5 Comunicación IP-IP Lograr una comunicación IP-IP tiene la ventaja de que los elementos principales que inciden sobre el rendimiento y la calidad del servicio están en manos del proveedor del mismo. La desventaja es obviamente que no todas las personas o entidades con las que deseamos comunicarnos cuentan con los elementos para hacerlo, iniciando con una conexión de banda ancha a Internet. b. La comunicación IP-PSTN, Protocolo de Internet Red de Servicios de Telefonía Pública (Internet Protocol -Public Service Telephon Network), es decir, entre Internet y la red telefónica. Se tiene cuando alguno de los elementos en comunicación no está conectado a Internet, sino a una red telefónica, como se representa en la Figura 6.

6 6 Para hacer una llamada se marca de manera semejante a como se hace desde un teléfono convencional, solo que la llamada no es atendida por una compañía telefónica, sino por un servidor conectado en Internet que la procesa y enruta de manera apropiada. Si la llamada está dirigida a otro aparato de voz por IP, la conexión se hace por Internet. Si la llamada está dirigida a un teléfono convencional, la conexión se termina a través de una compañía telefónica. Figura 6 Comunicación IP-PSTN La ventaja de una comunicación IP-PSTN es que podemos establecer comunicación con aparatos telefónicos o de fax convencionales a través de servicios proporcionados por compañías telefónicas a nivel mundial, pero el salto de Internet a la red telefónica introduce elementos fuera del control del proveedor del servicio de VoIP, que en ocasiones van en detrimento de la calidad. Para hacer o recibir llamadas de VoIP, se requiere de un teléfono convencional de marcado por tonos (no de disco) y de un adaptador ver la Figura 7. ISDN y xdsl Red Digital de Servicios Integrados, ISDN ISDN, Red Digital de Servicios Integrados (Integrated Services Digital Network), es una tecnología que utiliza la línea telefónica existente para transmitir voz, datos y vídeo simultáneamente. La velocidad de transmisión de esta tecnología es superior a los módems regulares y no es necesario instalar ningún alambrado adicional. El servicio ISDN brinda la capacidad de dos líneas de 64Kbps (una para voz y otra para datos, o la combinación de ambas, para un total de 128Kbps en servicio de Internet) y uno de 16Kbps para señalización. Se cuentan con dos tipos de líneas ISDN: 1. Acceso básico, este recurso lo utilizan particularmente pequeñas y medianas empresas, ya que es posible conectarse con varios equipos terminales. Una conexión de acceso básico cuenta con un dispositivo terminador de red de dos canales, facilitando así la utilización de dos equipos o enlaces simultáneos. 2. Acceso primario, este recurso permite la utilización de hasta 30 canales y lo utilizan esencialmente las medianas o grandes empresas con grandes servidores para acceso remoto, fax. Beneficios que proporciona ISDN: Figura 7 Componentes para envío y recepción de llamadas mediante VoIP Mayor velocidad de acceso a Internet (64 kbps a 128 kbps).

7 7 Mayor calidad de voz entre usuarios que disponen de ISDN. Mayor robustez, seguridad y disponibilidad de las líneas telefónicas. Posibilidad para realizar videoconferencias nacionales e internacionales en sala o desde una computadora. Aplicaciones de proporciona ISDN: Servicio de videoconferencia nacional e internacional. Servicio de voz y de transmisión de datos. Servicio de backups de IPL, Carga Inicial de Programas (Initial Program Load). Acceso a Internet de mayor velocidad. Línea Digital de Abonado, xdsl El término Línea Digital de Abonado denominado a veces xdsl, agrupa varias tecnologías relacionadas que proporcionan un servicio WAN similar a ISDN, pero a velocidades mayores. DSL utiliza los cables de telefonía estándar para la transmisión de datos desde el domicilio de un usuario al PoP, Punto de Presencia (Point of Presence) de una compañía telefónica por medio de una conexión privada punto a punto. A partir de ahí las señales viajan por el equipo de conmutación estándar de la compañía telefónica hasta otra conexión DSL en el destino. La distancia entre el sitio y el PoP está limitada, a mayor tasa de transmisión menor distancia operativa. El hardware necesario para una conexión DSL, en cualquiera de sus modalidades, es una línea telefónica y un módem DSL en ambos extremos del enlace. Para los servicios que proporcionan transmisión simultánea de datos y voz, se requiere un divisor de línea denominado splitter, que separa las frecuencias inferiores utilizadas por el tráfico de voz y las frecuencias superiores utilizadas por el servicio DSL. Los componentes se muestran en la Figura 8. Figura 8. Componentes de la tecnología DSL Las velocidades de transmisión de los servicios DSL varían y algunos de ellos tienen funcionamiento asimétrico, esto significa que tienen velocidades diferentes de subida y de bajada. Esta variación se debe a que el manojo de cables del PoP es más susceptible a un tipo de interferencia denominada diafonía del extremo cercano. Las comunicaciones telefónicas utilizan una pequeña cantidad del ancho de banda que proporciona el cable tradicional. DSL utiliza frecuencias por encima del ancho de banda de telefonía estándar (300 a 3200 Hz) y métodos de codificación de señal avanzados para transmitir datos a mayor velocidad. Algunos servicios DSL emplean frecuencias fuera del rango de las comunicaciones de voz estándar, por lo que la línea se utiliza para tráfico normal de voz al mismo tiempo que transmite datos digitales. Los diversos servicios DSL, disponen de abreviaturas con la primera letra diferente por lo que a veces se le denomina xdsl, con la x actuando como comodín, los servicios y sus propiedades se muestran en la Tabla No. 3.2.

8 8 Nombre de la tecnología Concepto Velocidad de bajada Velocidad de subida Distancia Máxima IDSL ISDN DSL 144 kbps 144 kbps 5.5 km HDSL High-Data Rate DSL 1,544 Mbps 1,544 Mbps km SDSL Symetric DSL 1,544 Mbps 1,544 Mbps 3km ADSL Asymetric DSL Mbps 640 Kbps-1544 Mbps 3-5.5km RADSL Rate Adaptive DSL Mbps 640 Kbps-1544 Mbps 3-5.5km VDSL Very-High DSL Mbps Mbps m d. ADSL, Línea Digital de Abonado Asimétrica (Asymmetrical Digital Subscriber Line), útil para la transmisión de video bajo demanda, voz sobre IP, redes privadas virtuales, acceso a Internet/Intranet, acceso remoto a LAN. El ADSL es popular en Norteamérica. e. RADSL, Línea Digital de Abonado de Tasa Adaptable (Rate Adaptive Digital Subscriber Line), la velocidad de transmisión se ajusta de manera dinámica según la longitud del enlace y la calidad de la señal. Existe la posibilidad de transmitir voz simultánea. f. VDSL, Línea Digital de Abonado de Muy Alta Velocidad (Very-High-Speed Digital Subscriber Line), probablemente será una tecnología con preferencia de uso en aplicaciones con mayor ancho de banda, como manejo de imágenes médicas, vídeo en tiempo real o televisión de alta definición. Tabla No. 3.2 Tecnologías xdsl a. IDSL, Línea Digital de Abonado por ISDN, los circuitos de IDSL llevan los datos, no voz. Se aplica principalmente como acceso a Internet, Intranet, acceso remoto a LAN, telefonía IP, videoconferencia, etc. b. DSL, Línea Digital de Abonado de Alta Velocidad (High Data-Rate DSL), es la más antigua de las variantes de xdsl. Se usa para transmisión digital de banda ancha dentro de instalaciones de empresas y compañías telefónicas que requieren dos cables entrelazados y que usan líneas T1. La principal característica de HDSL es que es simétrica: está disponible una cantidad igual de ancho de banda en ambas direcciones. Por esta razón, su máxima tasa de transferencia de datos es menor que la de ADSL. Esta tecnología esta sustituyendo a T1 y E1 para conexiones a Internet e interconexiones de LAN. c. DSL, Línea Digital de Abonado Simétrica (Symmetric Digital Subscriber Line), cuenta con la posibilidad de la transmisión de voz simultánea. Esta tecnología esta sustituyendo a T1 y E1 para conexiones a Internet, interconexiones de LAN. Cabe mencionar que DSL utiliza conexiones permanentes, no dispone de servicio de marcación, ningún número asignado a las conexiones y ningún procedimiento de establecimiento de sesión. La conexión está continuamente activada y es privada. Como solución de acceso a Internet ha crecido por su precio relativamente bajo y su elevada velocidad de transmisión. Las compañías telefónicas implementan HDSL para sus propias líneas, pues pueden realizar las mismas funciones que la infraestructura T1 y E1 convencional, sin requerir un cable con condiciones especiales y con la mitad de repetidores a lo largo del recorrido de la conexión. Para los usuarios domésticos ADSL, se comercializa como solución de acceso a Internet.