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Monitoreo del VoIp con Wireshark

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Page 1: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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Voz y Video en Redes IP

Dr. Ing. José Joskowicz

[email protected]

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Multimedia sobre Redes de Datos

Voz y Video en Redes IP

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Paquetización de los flujos multimedia

� Para poder transmitir la información codificada de voz o video sobre redes de datos, es necesario armar “paquetes”.

� Es necesario “juntar” un conjunto apropiado de información para armar un paquete.

� Cada paquete tiene una cantidad mínima de información de control� Cabezal del paquete

� Origen, destino

� Etc.

Page 4: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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Flujo multimedia

RTP

UDP

IP

Ethernet

Sobrecarga

Ventana

Transmisión de multimedia sobre redes de datos

Sobrecarga

Page 5: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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RTP – Real Time Protocol

� Es un protocolo para transmisión de datos de tiempo real (audio y video) sobre IP

� Está estandarizado en el RFC 3550

� Se basa en UDP

Page 6: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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RTP - Cabezal

V P X CC M PT Sequence number

Timestamp

synchronization source (SSRC) identifier

contributing source (CSRC) identifiers

…….

32 bits

Version Padding eXtension CSRC count Payload Type

Page 7: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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RTP - Cabezal

Payload Type Formato Medio Clock Rate

0 PCM mu-law Audio 8 kHz

3 GSM Audio 8 kHz 4 G.723 Audio 8 kHz

8 PCM A-law Audio 8 kHz

9 G.722 Audio 8 kHz

13 Confort Noise Audio

14 MPEG Audio Audio 90 kHz 15 G.728 Audio 8 kHz

18 G.729 Audio 8 kHz

26 Motion JPEG Video 90 kHz

31 H.261 Video 90 kHz

32 MPEG-1 o 2 Elementary Stream Video 90 kHz

33 MPEG-1 o 2 Transport Stream Video 90 kHz 34 H.263 Video 90 kHz

96 – 127 Dinámico

� Payload Type

Page 8: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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RTP - Cabezal

� Payload type

� Identifica el tipo de información que viaja en el paquete

� Indica el tipo de codificación de audio o video, o el contenido de información “especial”

� CN (Comfort Noise)

� Tipos dinámicos

� RFC 2833 (Tonos DTMF, tonos de Fax, etc.)

� …

� …

Page 9: Voz Video y Telefonia Sobre IP

9© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

� Sequence number ( 16 bits)� Número secuencial, generado en el origen. Es usado

por el receptor para detectar paquetes perdidos

� Time Stamp (32 bits)� Marca horaria, del momento de la generación del

primer byte de la muestra enviada en el paquete

� Synchronization Source Identifier (32 bits)� Identifica el origen

RTP - Cabezal

Page 10: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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Ejemplo RTP: Paquete de audio

Page 11: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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RTCP –RTP Control Protocol

� El RFC 3550 establece, además del protocolo RTP, un protocolo de control, RTCP

� Encargado de enviar periódicamente paquetes de control entre los participantes de una sesión

� Proveer realimentación acerca de la calidad de los datos distribuidos (por ejemplo, de la calidad percibida de VoIP).

Page 12: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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RTCP – tipos de datos

� SR (Sender Report): Envía estadísticas de los participantes “origen” (sender)

� RR (Receiver Report): Envía estadísticas de los participantes “destino” (receivers)

� SDES (Source Description): Envía ítems de descripción del origen

� BYE: Indica el fin de la participación en el intercambio de mensajes RTCP

� APP: Funciones específicas para las aplicaciones participantes

Page 13: Voz Video y Telefonia Sobre IP

13© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

RTCP – Ejemplo de SR y SDES

Page 14: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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Voz sobre Redes de Datos

Voz y Video en Redes IP

Page 15: Voz Video y Telefonia Sobre IP

15© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

CODECs de banda angosta

Codec NombreBit rate (kb/s)

Retardo (ms)

Comentarios

G.711PCM: Pulse Code Modulation

64, 56 0.125Codec “base”, utiliza dos posibles leyes de compresión: µ-law y A-law

G.723.1Hybrid MPC-MLQ and ACELP

6.3, 5.3 37.5

Desarrollado originalmente para video conferencias en la PSTN, es actualmente utilizado en sistemas de VoIP

G.728

LD-CELP: Low-Delay code excited linear prediction

40, 16, 12.8, 9.6

1.25Creado para aplicaciones DCME (Digital Circuit Multiplex Encoding)

G.729

CS-ACELP: Conjugate Structure Algebraic Codebook Excited Linear Prediction

11.8, 8, 6.4

15Ampliamente utilizado en aplicaciones de VoIP, a 8 kb/s

Page 16: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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CODECs de banda ancha

Codec NombreBit rate (kb/s)

Retardo (ms)

Comentarios

G.722 Sub-band ADPCM 48,56,64 3Inicialmente diseñado para audio y videconferencias, actualmente utilizado para de telefonía de calidad en VoIP

G.722.1 Transform Coder 24,32 40 Usado en audio y videoconferencias

G.722.2 AMR-WB6.6 a 23.85

25.9375

Estandar en común con 3GPP (3GPP TS 26.171). gran inmunidad a los ruidos de fondo en ambientes adversos (por ejemplo celulares)

G.711.1 Wideband G.71164, 80, 96

11.875Amplía el ancho de banda del codec G.711, optimizando su uso para VoIP

G.729.1 Wideband G.7298 a 32 kb/s

<49 ms

Amplía el ancho de banda del codec G.729, y es “compatible hacia atrás” con este codec. Optimizado su uso para VoIP con audio de alta calidad

RtAudio Real Time Audio 8.8, 18 40Codec propietario de Microsoft, utilizado en aplicaciones de comunicaciones unificadas (OCS)

Page 17: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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CODECs de banda superancha

Codec NombreBit rate (kb/s)

Retardo (ms)

Comentarios

SILK SILK 8 a 24 25 Utilizado por Skype

Page 18: Voz Video y Telefonia Sobre IP

18© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

CODECs de banda completa

Codec NombreBit rate (kb/s)

Retardo (ms)

Comentarios

G.719Low-complexity, full-band

32 a 128 40Es el primer codec “fullband” estandarizado por ITU

Page 19: Voz Video y Telefonia Sobre IP

19© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

RTP – Paquete de audio

Page 20: Voz Video y Telefonia Sobre IP

20© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

RTP – Ejemplo RFC 2833

Page 21: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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RTP – Ejemplo Comfort Noise

Page 22: Voz Video y Telefonia Sobre IP

22© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ancho de banda para G.711

Ventana = 20 ms

� Bytes de voz/trama = 64 kb/s * 20 ms / 8 = 160 bytes

� Bytes de paquete IP = 160 + 40 = 200 bytes

� Bytes de Trama Ethernet = 200 + 26 = 226 bytes

� Ancho de banda LAN = 226 * 8 / 20 ms = 90.4 kb/s

� Este ancho de banda es para la voz en UN sentido. Se debe duplicar para tener en cuenta ambos sentidos

Ethernet

22 bytes

IP (UDP + RTP)

40 bytes

20 ms de voz

160 bytes

Et

4 bytes

Page 23: Voz Video y Telefonia Sobre IP

23© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ancho de banda

� Bytes de voz/trama = Velocidad de muestreo * duración de trama /8

� Bytes de paquete IP = Bytes de voz/trama + 40

� Bytes de Trama Ethernet = Bytes de paquete IP + 26

� Ancho de banda LAN = Bytes de Trama Ethernet * 8 / duración de trama

Page 24: Voz Video y Telefonia Sobre IP

24© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Tipo de

Codec

Duración

de Trama

(ms)

Bytes de

voz/Trama

Bytes de

paquete IP

Bytes de

trama

Ethernet

Ancho de

Banda en

LAN (kbps)

G.711 10 80 120 146 116,8

(64 kbps) 20 160 200 226 90,4

30 240 280 306 81,6

G.729 10 10 50 76 60,8

(8 kbps) 20 20 60 86 34,4

30 30 70 96 25,6

G.723.1

(6.3 kbps) 30 24 64 90 23,9

G.723.1

5.3 kbps 30 20 60 86 22,9

Ancho de banda de LAN en un sentido

Page 25: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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Video sobre Redes de Datos

Voz y Video en Redes IP

Page 26: Voz Video y Telefonia Sobre IP

26© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Comparación de codecs de videoCaracterística MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 H.264/MPEG-4

Part 10/AVC

Tamaño del macro-bloque 16x16 16x16, 16x8 16x16 16x16

Tamaño del bloque 8x8 8x 8 16x16

8x8, 16x88x8, 16x8, 8x16,

16x16, 4x8, 8x4, 4x4

Transformada DCT DCT DCT/DWT 4x4 Integer transfor

Tamaño de la muestra para

aplicar la transformada

8x8 8x8 8x8 4x4

Codificación VLC VLC VLC VLC, CAVLC, CABAC

Estimación y

compensación de

movimiento

Si Si Si Si, con hasta 16 MV

Perfiles No 5 8 3

Tipo de cuadros I,P,B,D I,P,B I,P,B I,P,B,SI,SP

Ancho de banda < 1.5 Mbps 2 a 15 Mbps 64 kbps a 2 Mbps 64 kbps a 150 Mbps

Complejidad del codificador Baja Media Media Alta

Compatibilidad con

estándares previos

Si Si Si No

Page 27: Voz Video y Telefonia Sobre IP

27© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Formatos de video

Formato Resolución (pixels)

SQCIF 128 × 96

QCIF 176 × 144

CIF 352 × 288

4CIF 704 × 576

16CIF 1408 × 1152

VGA 640 × 480

SD 720 × 576

Page 28: Voz Video y Telefonia Sobre IP

28© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Transmisión de video sobre redes de datos

� Las secuencias de video (Elementary Streams) son paquetizadas en unidades llamadas PES (Packetized Elementary Streams), consistentes en un cabezal y hasta 8 kbytes de datos de secuencia.

� Estos PES a su vez, son paquetizados en pequeños paquetes, de 184 bytes, los que, junto a un cabezal de 4 bytes (totalizando 188 bytes) conforman el “MPEG Transport Stream” (MTS) y pueden ser transmitidos por diversos medios.

Page 29: Voz Video y Telefonia Sobre IP

29© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Transmisión de video sobre redes de datos

� RFC 2250:� Establece los procedimientos para transportar video

MPEG-1 y MPEG-2 sobre RTP. Varios paquetes MTS de 188 bytes pueden ser transportados en un único paquete RTP, para mejorar la eficiencia

� RFC 3016 y RFC 3640� Establecen los procedimientos para transportar flujos

de audio y video MPEG-4

� RFC 3984 � Establece los procedimientos para transportar flujos

de video codificados en H.264

Page 30: Voz Video y Telefonia Sobre IP

30© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

MPEG-2 sobre RTP

7 paquetes MTS (MPEG-2 Transport Stream)dentro de un mismo paquete RTP

Payload Type: MTS (MPEG-2 Transport

Stream)

Page 31: Voz Video y Telefonia Sobre IP

31© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

MPEG-2 sobre RTP

Cabezal de MTS (4 bytes)

Payload de MTS (184 bytes)

Page 32: Voz Video y Telefonia Sobre IP

32© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

H.264 sobre RTP

Payload del tipo “dinámico”

Payload de H.264(1430 bytes)

Page 33: Voz Video y Telefonia Sobre IP

33© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ancho de Banda de Video

� El ancho de banda requerido depende de

� Tipo de codificación utilizada (MPEG-1, 2, 4, H264, etc.)

� Resolución (tamaño de los cuadros SD, CIF, QCIF, etc.)

� Tipo de cuantización seleccionado

� Movimiento

� Textura

� La codificación de video es estadística, y depende de la imagen transmitida

Page 34: Voz Video y Telefonia Sobre IP

34© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Calidad vs Ancho de Banda

MOS (SD - MPEG-2)

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Bitrate (Mb/s)

MO

S

Serie1

Serie2

Serie3

Serie4

Serie5

Serie6

Serie7

Serie8

Serie9

Serie10

Serie11

Serie12

Serie13

Serie14

Serie15

Serie16

Page 35: Voz Video y Telefonia Sobre IP

35© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ancho de banda en LAN para MPEG-2 con MTS

� 7 x184 = 1288 bytes de contenido MPEG-2

� 40 + 4 x 7 = 68 bytes de cabezales a nivel de capa 3 (IP)

� 26 bytes de cabezales adicionales a nivel de capa 2

184 bytes40 bytes

4 bytes (MTS Header)

22 bytes

Ethernet IP (UDP+RTP) MTS E

Page 36: Voz Video y Telefonia Sobre IP

36© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ancho de banda en LAN para MPEG-2 con MTS

� El ancho de banda de MPEG-2 transportado en RTP

� 5.3% (68/1288) mayor que el ancho de banda propio del video en capa 3 (IP)

� 7.3 % (94/1288) mayor que el ancho de banda propio del video en capa 2 (Ethernet)

Page 37: Voz Video y Telefonia Sobre IP

37© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ancho de banda en LAN para H.264

� H.264 encapsulado directamente sobre RTP (sin utilizar TS)

� Se pueden enviar hasta 1430 bytes de “payload” en un paquete IP/UDP/RTP

� El ancho de banda en capa 3 es 2.8% (40/1430) mayor que el del propio video codificado

� En capa 2 es 4.6% (66/1430) mayor que el del propio video codificado.

Page 38: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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Calidad de Voz y Video

Voz y Video en Redes IP

Page 39: Voz Video y Telefonia Sobre IP

39© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Evolución de la calidad percibida de la voz

Page 40: Voz Video y Telefonia Sobre IP

40© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Calidad de la voz

� La calidad de la voz sobre redes de paquetes se ve afectada por varios factores

� Compresión utilizada

� Pérdida de paquetes

� Demora

� Eco

� Jitter

Page 41: Voz Video y Telefonia Sobre IP

41© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Pérdida de paquetes

� A diferencia de las redes telefónicas, donde para cada conversación se establece sobre un vínculo “estable y seguro”, las redes de datos admiten la pérdida de paquetes.

� En aplicaciones de voz y video el audio y video es “encapsulado” en paquetes y enviado, sin confirmación de recepción de cada paquete.

� Puede haber un porcentaje de paquetes que no llegan al destino

� Se escucha como interrupciones en la voz, o cortes de video

Page 42: Voz Video y Telefonia Sobre IP

42© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

ITU-T G.711 Anexo I – PLC

� PLC = Packet Loss Concealment

� Técnica que mitiga la pérdida de paquetes, tratando de “reconstruir” los paquetes perdidos

Page 43: Voz Video y Telefonia Sobre IP

43© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Demora (Delay)

� Se deben a:

� Codificación

� G.711 (64 kb/s) 0,13 – 0,75 ,ms

� G.728 (16 kb/s) 2.5 ms

� G.729 (8 kb/s) 10 – 15 ms

� G.723.1 (5.3 o 6.4 kb/s) 37.5 ms

� RTAudio < 40 ms

� Red (latencia)

� Cantidad de muestras/bytes por paquete

� Velocidad de transmisión

� Congestión

� Demoras de los equipos de red (colas en routers, gateways, etc.)

Page 44: Voz Video y Telefonia Sobre IP

44© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Demora (Delay)

Page 45: Voz Video y Telefonia Sobre IP

45© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Jitter

� Es la variación en las demoras (latencias). � Por ejemplo, si dos puntos comunicados reciben un paquete

cada 20 ms en promedio, pero en determinado momento, un

paquete llega a los 30 ms y luego otro a los 10 ms, el

sistema tiene un “jitter” de 10 ms.

� El jitter afecta la percepción de la voz, y puede evitarse mediante buffers

� Los buffers agregan una demora adicional al sistema, ya que

deben “retener” paquetes para poder entregarlos a intervalos

constantes. Cuánto más variación de demoras (jitter) exista,

más grandes deberán ser los buffers, y por lo tanto, mayor

demora total tendrá el sistema.

Page 46: Voz Video y Telefonia Sobre IP

46© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Demora y Jitter

Page 47: Voz Video y Telefonia Sobre IP

47© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Eco

� Tiempo transcurrido desde que se habla hasta que se percibe el retorno de la propia voz

� Si la demora de retorno es menor a 30 ms, o el nivel del retorno está por debajo de los –25 dB, el efecto del eco no es percibido.

� Dado que las demoras de voz sobre redes de datos son altas, puede existir eco

Page 48: Voz Video y Telefonia Sobre IP

48© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Eco

Page 49: Voz Video y Telefonia Sobre IP

49© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Cancelación de Eco

� ITU-T G.168: Digital Network Echo Cancellers

Page 50: Voz Video y Telefonia Sobre IP

50© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Medida de la calidad de voz en redes IP

� Para que la tecnología de VoIP pueda ser utilizada corporativamente, es esencial garantizar una calidad de voz aceptable.

� Para ello se han desarrollado métodos para medirla.

� Subjetivos

� Se basan en conocer directamente la opinión de los usuarios

� Objetivos

� Miden propiedades físicas de una red para prever o estimar la performance percibida por los usuarios

� Intrusivos

� No Intrusivos

Page 51: Voz Video y Telefonia Sobre IP

51© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Métodos Subjetivos

� La calidad de la voz se establece a través de la opinión del usuario

� ACR: Absolute Category Rating� Se califica el audio con valores entre 1 y 5, siendo 5 “Excelente”

y 1 “Malo”

� MOS (Mean Opinión Score) es el promedio de los ACR medidos entre un gran número de usuarios

� DCR: Degradation Category Rating � Se califica entre 1 y 5, siendo 5 cuando no hay diferencias

apreciables entre el audio de referencia y el medido y 1 cuando la degradación es muy molesta

� DMOS (Degradation MOS) el promedio de los valores DCR medidos entre un gran número de usuarios

Page 52: Voz Video y Telefonia Sobre IP

52© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Métodos Objetivos: ITU-T G.107 E-Model

� La ITU ha definido un modelo, llamado “E-Model” (ITU-T G.107), para estimar la calidad de la voz sobre redes de paquetes, teniendo en cuenta factores medibles de la red

� El resultado del “E-Model” es un valor escalar llamado R, que puede ser directamente relacionado con el MOS (ITU-T P.800)

Page 53: Voz Video y Telefonia Sobre IP

53© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

R versus MOS

Page 54: Voz Video y Telefonia Sobre IP

54© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Definición de “R”

� R = Ro - Is - Id – Ie + A� Ro =Fuentes de ruido independientes del sistema

� Ruido ambiental, tanto en el origen como en el destino

� El máximo teórico es 100

� Is = Deterioro simultáneo a la generación de la señal digital

� Volumen excesivo, distorsión de cuantización

� Id = Deterioro casusado por las demoras� Demoras, Jitter, Eco

� Ie = Deterioro causado por equipos especiales� Codec, pérdidas de paquetes

� A = Factor de Mejoras de Expectativas

Page 55: Voz Video y Telefonia Sobre IP

55© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

STD Kbps Algoritmo MOS Observaciones Retardo Uso

de 1 a 5 Encoding CPU

Toll Quality 4 a 5 Telefonía analógica - -

G.711 64 PCM 4,4 Telefonía digital 0,75 ms -

G.726/7 40/32/24/16 ADPCM 4,2 Telefonía digital comprimida 1 bajo

G.728 16 LD-CELP 3,6 Low Delay-Code Excited Linear Prediction bajo muy alto

G.729 8 CS-ACELP 4,2 VoIP/FR/ATM Netmeeting 15 ms alto

G.729A 8 CS-ACELP 3,7 VoIP/FR/ATM Netmeeting 15 ms alto

G.723.1 5,3 ACELP 3,5 VoIP/FR/ATM Netmeeting 37,5 ms moderado

G.723.1 6,4 MP-MLQ 3,98 VoIP/FR/ATM Netmeeting 37,5 ms moderado

MOS según el Codec

Page 56: Voz Video y Telefonia Sobre IP

56© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Efectos del Codec y la Demora

Page 57: Voz Video y Telefonia Sobre IP

57© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Efecto del Eco y la demora

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500

One-way Delay (ms)

R

TELR = 65 dB

TELR = 60 dB

TELR = 55 dB

TELR = 50 dB

TELR = 45 dB

Exceptional

limiting case

Very

satisfactory

Satisfactory

Some users

dissatisfied

Many users

dissatisfied

User Satisfaction

TELR = Talker Echo Loudness Rating. Cuanto más atenuado el eco percibido (mayor valor en db de TELR), menor efecto tiene el eco sobre la degradación

Page 58: Voz Video y Telefonia Sobre IP

58© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Efectos de la Demora y la Pérdida de paquetes

Page 59: Voz Video y Telefonia Sobre IP

59© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Efectos de la Demora y la Pérdida de paquetes

Page 60: Voz Video y Telefonia Sobre IP

60© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Estimación de A

Ejemplo de sistema de comunicación Valor máximo de A

Convencional (alámbrico) 0

Movilidad mediante redes celulares en un

edificio

5

Movilidad en una zona geográfica o en un

vehículo en movimiento

10

Conexión con lugares de difícil acceso, por

ejemplo, mediante conexiones de múltiples

saltos por satélite

20

Page 61: Voz Video y Telefonia Sobre IP

61© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Factor R en paquetes RTCP

Page 62: Voz Video y Telefonia Sobre IP

62© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Calidad de Video

� Varios tipos de degradaciones suelen presentarse en las señales de video transmitidas sobre redes de paquetes

� A su vez, varios tipos de degradaciones obedecen al método de codificación utilizado

� El estudio en esta área es todavía un tema de investigación.

Page 63: Voz Video y Telefonia Sobre IP

63© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Degradaciones en video digital

� Efecto de bloques (blocking)� Efecto de imagen de base (basis image)� Borrosidad o falta de definición (Blurring)� Color bleeding (Corrimiento del color)� Efecto escalera y Ringing� Patrones de mosaicos (Mosaic Patterns)� Contornos y bordes falsos� Errores de Compensaciones de Movimiento (MC

mismatch)� Efecto mosquito� Fluctuaciones en áreas estacionarias� Errores de crominancia

Page 64: Voz Video y Telefonia Sobre IP

64© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Pérdida de paquetes

Page 65: Voz Video y Telefonia Sobre IP

65© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

ITU-T G.1070: Opinion Model for video-telephony applications

� Aprobada por ITU-T en abril 2007, sobre la base de propuestas de NTT

� Propone un algoritmo de estimación de la calidad de video teléfonos en ambientes de redes de datos

� Para ser utilizada como herramienta de diseño o planificación

� Estima tres parámetros de calidad

� Sq Speech Quality

� Vq Video Quality

� MMq Multimedia Quality

Page 66: Voz Video y Telefonia Sobre IP

66© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

ITU-T G.1070 Framework

Page 67: Voz Video y Telefonia Sobre IP

67© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

ITU-T G.1070: Coeficientes para cada Codec

Page 68: Voz Video y Telefonia Sobre IP

68© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

ITU-T G.1070: Sq

� Básicamente se reduce al E-Model, simplificado

Q = Ro - Id – Ie,eff

Sq = f(Q), similar al E-Model

� Los efectos de la demora se incluyen en el MMq, y por lo tanto, se excluyen del Sq

Page 69: Voz Video y Telefonia Sobre IP

69© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

ITU-T G.1070: Vq

� Se propone

Ic = f (codec, bitrate, frame rate)

DPplV = f (codec, bitrate, frame rate)

Pplv

plv

D

P

cq eIV−

+= 1

Page 70: Voz Video y Telefonia Sobre IP

70© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

ITU-T G.1070: MMq

� Se propone

Calidad AudioVisual

MMSV = f (Vq, Sq)

Efectos de las demoras

MMT = f (Speech Delay, Video Delay)

4321 mMMMMmMMmMMmMM TSVTSVq +++=

Page 71: Voz Video y Telefonia Sobre IP

© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Calidad de Servicioen Redes de Datos

Voz y Video en Redes IP

Page 72: Voz Video y Telefonia Sobre IP

72© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Impacto de las aplicaciones Multimedia en las Redes IP

� La calidad percibida por los usuarios (Calidad de la Experiencia - QoE) se ve afectada por diversos factores

� Ancho de banda

� Pérdida de paquetes

� Demoras

� Jitter (Variación de la demora)

� Es necesario adecuar las redes de datos para soportar este tipo de aplicaciones, implementado estrategias de manejo de “calidad de servicio” (QoS Quality of Service)

Page 73: Voz Video y Telefonia Sobre IP

73© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Calidad de Servicio (QoS)

� Técnicas utilizadas

� Priorización

� A nivel de capa 2, capa 3, capa 4, etc.

� Fragmentación

� Necesaria en enlaces de baja velocidad

� Control de los retardos máximos

� Fundamental para la calidad conversacional

Page 74: Voz Video y Telefonia Sobre IP

74© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

LAN

Problemas en enlaces de baja velocidad

WANRouter Router

1 Mb/s100 Mb/s

La diferencia de velocidades hace necesario formar

Colas

Page 75: Voz Video y Telefonia Sobre IP

75© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

ServersLAN

Problemas en enlaces compartidos

Switch Switch

Up-link100 Mb/s

La concurrencia sobre un mismo

“uplink” hace necesario formar

Colas

Page 76: Voz Video y Telefonia Sobre IP

76© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

LAN

Problemas en enlaces compartidos

WAN o Up-link

Cola

Page 77: Voz Video y Telefonia Sobre IP

77© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Priorización

� Permite “marcar” tramas, paquete o cierto tipo de tráfico con diferentes prioridades

� En los switchs o routers se pueden formar varias “colas”, según las prioridades de los paquetes

Page 78: Voz Video y Telefonia Sobre IP

78© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

QoS en Capa 2

� Las recomendaciones IEEE 802.1q y IEEE 802.1p incorporan 4 bytes adicionales a las tramas Ethernet, donde se puede incluir información acerca de VLANs y etiquetas que identifican la “prioridad” de la trama.

Page 79: Voz Video y Telefonia Sobre IP

79© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Tramas 802.1q

Preámbulo S

F

D

Dir

Origen

Dir

Destino

L Datos / Relleno FCS

SFD

7 1 6 6 2 2 2 46 – 1500 4

T

P

I

T

C

I

Preámbulo S

F

D

Dir

Origen

Dir

Destino

L Datos / Relleno FCS

SFD

7 1 6 6 2 46 – 1500 4

Trama normal

Trama 802.1q

Tag Protocol Identifier 81 00

Tag Control Information

Page 80: Voz Video y Telefonia Sobre IP

80© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Campo TCITag Control Information

PR VLAN ID

CFI

TCI

3 1 12

� PR = Prioridad

� CFI = Canonical Format Indication

� VLAN ID = Identificador de VLAN (LAN Virtual)

Page 81: Voz Video y Telefonia Sobre IP

81© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Prioridad en 802.1p

� Permite 8 prioridades: 0-7

Page 82: Voz Video y Telefonia Sobre IP

82© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Prioridad en 802.1p

� Colas

Prioridad = 0

Prioridad = 1

Prioridad = 3

Prioridad = 4

Prioridad = 5

Prioridad = 6

Prioridad = 7

Salida (ordenada por prioridad)

Page 83: Voz Video y Telefonia Sobre IP

83© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Estrategias de encolamiento y priorización

� FIFO (First In, First Out)� El primer paquete que haya ingresado en una cola, es el primero

en salir.

� PQ (Priority Queuing)� La salida de los paquetes se realiza según el orden estricto de

prioridad, y dentro de cada prioridad, según el orden de llegada. Este tipo de encolamiento puede hacer que, si existe siempre tráfico de alta prioridad, el tráfico de baja prioridad nunca sea enviado.

� FQ (Fair Queuing)� Es un esquema en el que cada cola se accede en forma circular,

asegurando una distribución uniforme de ancho de banda entre todas las colas.

Page 84: Voz Video y Telefonia Sobre IP

84© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Estrategias de encolamiento y priorización

� WRR (Weighted Round Robin)

� Permite asignar diferentes anchos de banda a cada cola.

� WFQ (Weighted Fair Queuing)

� Es una combinación de PQ y FQ, garantizando que aplicaciones

de alto tráfico no monopolicen el enlace.

Page 85: Voz Video y Telefonia Sobre IP

85© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

VLAN

� Muchos switches de datos permiten implementar cierta priorización del tráfico basado en VLANs

� De esta forma, se puede poner a todos los dispositivos de VoIP en la misma VLAN, y darle prioridad frente al tráfico de otras VLANs, dedicadas a aplicaciones de datos

� Adicionalmente, en este caso el tráfico de voz no se ve afectado por el de datos

Page 86: Voz Video y Telefonia Sobre IP

86© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

QoS en Capa 3

� DiffServ (Differentiated Services) es comúnmente utilizado para gestionar prioridad en los paquetes

� La información de priorización se encuentra en el cabezal del paquete IP, en un campo llamado TOS (Type Of Service)

Page 87: Voz Video y Telefonia Sobre IP

87© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Cabezal IP con TOS

� DSCP = Differentiated Services Code Point

� ECN = Explicit Congestion Notification

Versión TOS Largo total

4 4 8 16

Largo

del

cabezal

Resto del

cabezal IP

DSCP ECN

6 2

Page 88: Voz Video y Telefonia Sobre IP

88© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

DSCP

� Es posible codificar hasta 26 = 64 posibles prioridades.

� De éstas, 32 están reservadas para usos experimentales

� 32 pueden ser utilizadas

� 21 están estandarizadas por el IETF

� Las prioridades estandarizadas se dividen en 3 grupos

Page 89: Voz Video y Telefonia Sobre IP

89© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

� DE (DEfault)� Se asume el comportamiento por defecto, utilizando por tanto

técnicas de encolamiento de “mejor esfuerzo”. El valor típico de DSCP para este tipo de tráfico es 000000.

� AF (Assured Forwarding)� Estandarizado en el RFC 2597, donde se definen 4 clases de

prioridades dentro de este tipo de priorización.

� EF (Expedited Forwarding)� Estandarizado en el RFC 3246, establece las máximas

prioridades para el tráfico marcado con este identificador. El valor típico de DSCP utilizado es 101110 (46 decimal).

DSCP

Page 90: Voz Video y Telefonia Sobre IP

90© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

ECN

� Permite conocer el estado de congestión del destino.

� Es utilizado para que el destino pueda indicarle a la fuente, aún antes de perder paquetes, que existe cierto estado de congestión, de manera que la fuente pueda tomar los recaudos apropiados, por ejemplo, disminuyendo el ancho de banda utilizado.

� ECN = 11 indica que existe congestión

� ECN = 10 o 01 indican que no existe congestión.

� ECN = 00 indica que el extremo distante no soporta la función

de notificación de congestión.

Page 91: Voz Video y Telefonia Sobre IP

91© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Otros mecanismos de priorización en Capa 3

� RSVP (Resource Reservation Protocol)

� Establece los mecanismos para reservar cierto ancho de banda en la comunicación entre dispositivos que pasen a través de routers.

� El tráfico también puede ser priorizado en base a la dirección IP de origen o destino.

� Esto puede ser implementado cuando se utilizan direcciones IP estáticas.

Page 92: Voz Video y Telefonia Sobre IP

92© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

QoS en Capa 4 y superiores

� Los paquetes de datos pueden ser priorizados en base a los puertos TCP o UDP. � Sin embargo, diferentes aplicaciones podrían utilizar

los mismos puertos, por lo que este tipo de priorizaciones debe ser evaluada en cada caso.

� Es posible también tener prioridades según el protocolo de capas superiores. � Por ejemplo, puede ser priorizado el tráfico RTP

respecto a otros, y asignarlo a las colas de alta prioridad.

Page 93: Voz Video y Telefonia Sobre IP

93© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Fragmentación

Enlace de baja velocidad

Varias Colas Prioridad = 1

Prioridad = 2

� Las colas y prioridades no resuelven el problema de “paquetes largos sobre enlaces de baja velocidad”

� Es necesario “Fragmentar”

Paquete “largo” de baja prioridad

Page 94: Voz Video y Telefonia Sobre IP

94© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Fragmentación

64 kb/s

WAN

ColasPaquete

de más de 1500 bytes

1.500 bytes / 64 kb/s =187 ms

Page 95: Voz Video y Telefonia Sobre IP

95© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Fragmentación

Ethernet MTU Paq. de Voz

1500 32

Velocidad Tiempo Tiempo

[Kbps] [ms] [ms]

64 187,50 4,00

128 93,75 2,00

256 46,88 1,00

512 23,44 0,50

1024 11,72 0,25

2048 5,86 0,13

34000 0,35 0,01

155000 0,08 0,00

622000 0,02 0,00

Trama [Bytes]

Requiere fragmentación en las tramas de datos

Page 96: Voz Video y Telefonia Sobre IP

96© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

DTE

2 Mb

DTE64 Kb

64 Kb

Ttrans 187.5 / 12.5 ms 6 / 0,4 ms 187.5 / 12.5 msTcola (2 paq) 375 / 25 ms 12 / 0,8 ms 375 / 25 msCodec (G.723) 30 ms

Total paquete 1500 bytes (sin colas): 187.5 + 6 +187.5 =381 msTotal paquete voz 100 bytes G.723 (sin colas): 30 + 12.5 + 0.4 + 12.5 = 30 + 25.24 = 55.4 ms

Paq: 1500/100 bytes

Retardos punta a punta para la voz

Page 97: Voz Video y Telefonia Sobre IP

© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

VoWLANVoz y Video sobre Redes Inalámbricas

Voz, Video y Telefonía sobre IP

Page 98: Voz Video y Telefonia Sobre IP

98© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

VoWLAN

� Las tecnologías de voz sobre redes de datos inalámbricas se conocen generalmente como VoWLAN (Voice over Wireless LAN) o VoWi-Fi (Voz sobre Wi-Fi)

� Está comenzando a incrementarse la demanda de esta tecnología en el mercado corporativo

� Sin embargo, este tipo de tecnologías presentan desafíos adicionales para obtener una calidad aceptables

Page 99: Voz Video y Telefonia Sobre IP

99© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Recomendaciones IEEE 802.11

Recomendación Año Descripción

802.11 1999 Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY)

802.11a 1999 Amendment 1: High-speed Physical Layer in the 5 GHz band

802.11b 1999 Higher speed Physical Layer (PHY) extension in the 2.4 GHz band

802.11b Cor1 2001 Higher-speed Physical Layer (PHY) extension in the 2.4 GHz band—Corrigendum1

802.11d 2001 Specification for Operation in Additional Regulartory Domains

802.11f 2003 Recommended Practice for Multi-Vendor Access Point Interoperability via an Inter-Access Point Protocol Across Distribution Systems…

802.11g 2003 Further Higher-Speed Physical Layer Extension in the 2.4 GHz Band

802.11h 2003 Spectrum and Transmit Power Management Extensions in the 5GHz band in Europe

802.11i 2004 Medium Access Control (MAC) Security Enhancements

802.11j 2004 4.9 GHz–5 GHz Operation in Japan

802.11x 2004 Based Network Access Control

802.11e 2005 Medium Access Control (MAC) Quality of Service Enhancements

802.11r 2008 Fast Basic Service Set (BSS) Transition

802.11n 2009 Amendment 5: Enhancements for Higher Throughput

Page 100: Voz Video y Telefonia Sobre IP

100© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Arquitectura 802.11

AP AP

Distribution

System

Basic Service

Set (Celda)

Access Point

Page 101: Voz Video y Telefonia Sobre IP

101© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Modelo de capas 802.11

802.11 PHY

802.11 MAC

802.11 PHY

802.11 MAC

802.3 PHY

802.3 MAC

AP

Ethernet

LANWireless

LLC Relay

Page 102: Voz Video y Telefonia Sobre IP

102© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Velocidades en 802.11

Recomendación Año Velocidad máxima

802.11 1999 2 Mb/s

802.11a 1999 54 Mb/s

802.11b 1999 11 Mb/s

802.11g 2003 54 Mb/s

802.11n 2009 600 Mb/s

Page 103: Voz Video y Telefonia Sobre IP

103© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Desafíos en VoWLAN

� Cobertura

� Movilidad

� Calidad de Servicio

� Capacidad

� Seguridad

Page 104: Voz Video y Telefonia Sobre IP

104© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Cobertura

� La cobertura de las redes WLAN muchas veces se limita a las áreas donde se conectan los usuarios (salas de reuniones compartidas, recepción, etc.)

� Bajas señales de radio frecuencia son soportadas por las aplicaciones típicas de datos (correo electrónico, navegación en Internet, etc.), aún con tasas de errores elevadas

Page 105: Voz Video y Telefonia Sobre IP

105© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Cobertura

� Las aplicaciones de telefonía móvil requieren una cobertura extendida, en escaleras, pasillos, áreas de descanso, y diversos sectores donde típicamente no eran áreas de trabajo para conexión de laptops

� Los AP deben ser ubicados de tal forma que sus áreas de cobertura se solapen lo suficiente para que no se produzcan cortes o interrupciones en la comunicación

Page 106: Voz Video y Telefonia Sobre IP

106© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Movilidad

� El proceso de “Roaming” es lento.

� A nivel de cada 2:� búsqueda de un nuevo AP

� re-asociación

� re-autenticación (IEEE 802.11x )

� La re-autenticación es el proceso que mas demora (de cientos de milisegundos a varios segundos)

� La IEEE 802.11r (de 2008) mejora los tiempos de re-autenticación

Page 107: Voz Video y Telefonia Sobre IP

107© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Movilidad

� A nivel de cada 3:

� búsqueda de un nuevo AP

� re-asociación

� re-autenticación (IEEE 802.11x )

� renovación de dirección IP

� La renovación de dirección IP puede llevar varios segundos (DHCP)

� Existen mecanismos propietarios para bajar estos tiempos

Page 108: Voz Video y Telefonia Sobre IP

108© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Calidad de Servicio

� Cuando la red inalámbrica se comparte entre aplicaciones de voz y de datos, la calidad de la voz y el video pueden verse fuertemente afectadas, debido a que los paquetes de datos pueden ser excesivamente largos, a velocidades de transmisión relativamente bajas, generando por tanto demoras y jitter mayores a lo que se produce en redes cableadas

Page 109: Voz Video y Telefonia Sobre IP

109© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Calidad de Servicio

� IEEE 802.11e (2005) establece dos nuevas estrategias de acceso al medio, para asegurar la calidad de servicio

� EDCA (Enhanced Distributed Control Access)

� Establece 4 categorías de acceso: voz, video, mejor

esfuerzo y “background”

� HCCA (Hybrid Controlled Channel Access)

� Sistema centralizado de control que permite a las

aplicaciones reservar recursos de red basados en sus

características de tráfico

Page 110: Voz Video y Telefonia Sobre IP

110© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

WMM – Wi-Fi Multi Media

� Basado en EDCA, establece 4 categorías de acceso

Page 111: Voz Video y Telefonia Sobre IP

111© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

WMM – Wi-Fi Multi Media

Page 112: Voz Video y Telefonia Sobre IP

112© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Capacidad

� La cantidad máxima de llamadas en determinada área será función de la cantidad de usuarios en dicha área, y de las reglas de tráfico habituales en telefonía

� La capacidad de las redes WLAN está esencialmente determinada por la cantidad de canales de RF no solapados y la densidad de APs instalados

Page 113: Voz Video y Telefonia Sobre IP

113© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Capacidad

� Agregando APs que utilicen canales de RF que no interfieran (que no se “solapen” en la frecuencia) se incrementa la capacidad en un área determinada � Si los canales se solapan, agregar más APs genera

interferencia de RF, lo que termina disminuyendo la capacidad.

� 802.11b/g tienen únicamente 3 canales de RF que no se solapan

� 802.11a tiene de 8 a 20 canales de RF que no se solapan

Page 114: Voz Video y Telefonia Sobre IP

© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Protocolos de VoIPH.323

Voz y Video en Redes IP

Page 115: Voz Video y Telefonia Sobre IP

115© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

H.323

� Es un estándar “base” para las comunicaciones de audio, video y datos a través de redes IP que no proveen calidad de servicio garantizada

� La primera versión fue aprobada en 1996 por la ITU.

� La versión 7 fue aprobada en diciembre de 2009

� Es parte de las recomendaciones H.32x (como por ejemplo H.320 para ISDN y H.324 para la PSTN)

Page 116: Voz Video y Telefonia Sobre IP

116© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Arquitectura de H.323

Page 117: Voz Video y Telefonia Sobre IP

117© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Componentes de H.323

� Terminales

� Gateways (“pasarelas”)

� Gatekeepers

� Multipoint Control Units (“Unidades de control multipunto, para conferencias”)

Page 118: Voz Video y Telefonia Sobre IP

118© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Terminales H.323

� Son los “telefonos multimedia IP”

� Deben soportar comununicaciones de voz, y opcionalmente comunicaciones de video y datos.

� Pueden ser equipos “stand alone” conectados directamente a la LAN, o software de PC.

Page 119: Voz Video y Telefonia Sobre IP

119© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Alcance de H.323

Control

Audio Codec

G.711, G.722, G.723,

G.728, G.729

Video Codec

H.261, H.263

Intrerfaz de datos

T.120

Canal de control

H.245

Canal de

señalización

H,225.0 (Q.931)

Canal de RAS

H.225.0

RTP

RTCP

UDP

TCP

IP

Micrófono

Parlante

Cámara

Display

Equipos de

datos

Control

Interfaces de

usuario

Terminal H.323

Page 120: Voz Video y Telefonia Sobre IP

120© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Estándares de Control

� H.245� Describe los mensajes y procedimientos para abrir y cerrar

canales lógicos para audio, video y datos, y para realizar el control de las comunicaciones

� Q.931 (H.225.0)� Protocolo de control de conexiones (similar a ISDN)

� RAS� Registration/Admission/Status: Protocolo de comunicacion con

el Gatekeeper

� RTP / RTCP� Real-Time Protocol / Real-Time Control Protocol : Protocolo que

define los procedimientos para manejar datos de tiempo real

Page 121: Voz Video y Telefonia Sobre IP

121© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Gateways

� Realiza funciones de interconexión entre sistemas H.323 y sistemas de otro tipo (por ejemplo redes ISDN o PSTN)

Page 122: Voz Video y Telefonia Sobre IP

122© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Gatekeeper

� Actúa como “punto central” de las llamadas de una determinada zona (como “PBX virtual”).

� Funciones de control:

� Traducción de “direcciones”

� Gerenciamiento del ancho de banda

� Ruteo de llamadas H.323

Page 123: Voz Video y Telefonia Sobre IP

123© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

� Traducción de direcciones

� De números de teléfonos o nombres a direcciones de red

� Control de Admisión

� Autorización de uso a los diversos dispositivos (terminales, gateways, MCUs)

� Control de Ancho de banda

� Manejo del ancho de banda permitido para cada servicio y/o terminal

Funciones obligatorias de Gatekeepers

Page 124: Voz Video y Telefonia Sobre IP

124© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Funciones opcionales de Gatekeepers

� Autorización de llamadas

� Control de llamadas (con fines administrativos -costos)

� Control de la señalización

� Otras funciones, de acuerdo a criterios de los fabricantes

Page 125: Voz Video y Telefonia Sobre IP

125© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Multipoint Control Units

� Soporta conferencias entre 3 o más puntos

� Consiste de:

� MC: Multipoint Controller

� Encargado de la señalización H.245 entre los terminales

� MP: Multipoint Processors

� Encargado de “mezclar” y procesar audio video y/o datos

Page 126: Voz Video y Telefonia Sobre IP

126© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Tipos de conferencias

� Centralizadas

� Utiliza MCU para centralizar el control y contenido de la conferencia (dispone de MC y MP centralizado). La comunicación es siempre punto a punto

� Descentralizadas

� Utilizan la tecnología de “Multicast”, donde el audio y video es enviado por cada terminal a todos los otros (utiliza MC y no MP)

� Hibridas

� Conjuga los modos anteriores

Page 127: Voz Video y Telefonia Sobre IP

127© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Esquema de un MCU en H.323

Page 128: Voz Video y Telefonia Sobre IP

128© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

H.323 en el modelo OSI

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129© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Direct Call

Page 130: Voz Video y Telefonia Sobre IP

130© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Direct Call

Page 131: Voz Video y Telefonia Sobre IP

131© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Direct Call

Page 132: Voz Video y Telefonia Sobre IP

132© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Direct Call

Page 133: Voz Video y Telefonia Sobre IP

133© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Gatekeeper Routed

Page 134: Voz Video y Telefonia Sobre IP

134© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Gatekeeper Routed

Page 135: Voz Video y Telefonia Sobre IP

135© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Gatekeeper Routed

Page 136: Voz Video y Telefonia Sobre IP

136© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Gatekeeper Routed

Page 137: Voz Video y Telefonia Sobre IP

137© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Fast Connect

� Con este procedimiento el terminal que origina una llamada pude proponer un conjunto de canales de medios para su inmediata apertura en el mensaje de establecimiento (setup) H.225

� Se utiliza el campo “fastStart”, lo que permite encapsular mensajes de apertura de canales de medios H.245 (openLogicalChannel)

Page 138: Voz Video y Telefonia Sobre IP

138© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ejemplo de captura H.323

Page 139: Voz Video y Telefonia Sobre IP

© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Protocolos de VoIPSIP

Voz y Video en Redes IP

Page 140: Voz Video y Telefonia Sobre IP

140© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

SIP

� En marzo de 1999 es aprobado el RFC 2543, por el grupo de estudio MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control ) del IETF, dando origen oficial al protocolo SIP (Session Initiaton Protocol)

� SIP tiene sus orígenes a fines de 1996, como un componente del “Mbone” (Multicast Backbone)� El Mbone, era una red experimental montada sobre la Internet,

para la distribución de contenido multimedia, incluyendo charlas, seminarios y conferencias de la IETF. Uno de sus componentes esenciales era un mecanismo para invitar a usuarios a escuchar una sesión multimedia, futura o ya establecida. Básicamente un “protocolo de inicio de sesión” (SIP).

� En junio de 2002, el RFC 2543 fue reemplazado por un conjunto de nuevas recomendaciones, RFC 3261-3266

Page 141: Voz Video y Telefonia Sobre IP

141© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

“Filosofía” de SIP

� Estándar de Internet

� Promocionado por IETF - http://www.ietf.org

� Reutilizar la tecnología de Internet:

� URLs, DNS, proxies

� Reutilizar el código HTTP

� Textual, sencillo de implementar y depurar

Page 142: Voz Video y Telefonia Sobre IP

142© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Mensajería SIP

� La mensajería SIP está basada en el esquema “Request” – “Response” de HTTP.

� A diferencia de H.323, todos los mensajes son de texto plano, y por lo tanto fáciles de interpretar

� Para iniciar una sesión se envía un mensaje de “Request” a una contraparte de destino. El destino recibe el “Request”, y lo contesta con el correspondiente “Response”.

Page 143: Voz Video y Telefonia Sobre IP

143© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

RTP Audio G.729

RTP Video MPEG-1

ACK

BYE

180 Ringing

200 OK con SDP

200 OK

100 Tryinig

INVITE con SDP

sip:[email protected] sip:[email protected]

SIP/2.0 100 Trying100 Tryinig

SIP/2.0 180 Ringing180 Ringing

SIP/2.0 200 OK

Medios SDP:G.729MPEG-I Video

200 OK con SDP

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0From: sip:[email protected]: sip:[email protected]

Medios SDP:G.729MPEG-I Video

INVITE con SDP

ACK sip:[email protected] SIP/2.0:5060ACK

BYE sip:[email protected] SIP/2.0:5060BYE

SIP/2.0 200 OK200 OK

Establecimiento de la llamada

Flujo de datos

Finalización de la llamada

Ejemplo de una llamada SIP

Page 144: Voz Video y Telefonia Sobre IP

144© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

� Los mensajes de “Request” tiene el formato:

� <Método> <URL> <SIP-Version>

� Ejemplo: INVITE sip:[email protected] SIP/2.0

Método Descripción

INVITE A session is being requested to be setup using a specified media

ACK Message from client to indicate that a successful response to an INVITE has been received

OPTIONS A Query to a server about its capabilities

BYE A call is being released by either party

CANCEL Cancels any pending requests. Usually sent to a Proxy Server to cancel searches

REGISTER Used by client to register a particular address with the SIP server

SUBSCRIBE Used to request status or presence updates from the presence server

NOTIFY Used to deliver information to the requestor or presence “watcher.”

SIP Requests

Page 145: Voz Video y Telefonia Sobre IP

145© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Método Descripción

REFER Used to referring the remote user agent to a web page or another URI

MESSAGE Used to transport instant messages (IM) using SIP

UPDATE Used to modify the state of a session without changing the state of the dialog

INFO Used by a user agent to send call signaling information to another user agent with which it has an established media session

PRACK Provisional ACK. Used to acknowledge receipt of reliably transported

provisional responses (1xx)

SIP Requests

Page 146: Voz Video y Telefonia Sobre IP

146© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

� Las respuestsa SIP son del estilo HTTP:

� <SIP-Version> < Status-Code> <Reason>

� Ejemplo: SIP/2.0 404 Not Found

Respuesta Descripción

1xx Informational – Request received, continuing to process request.

(100 Trying 180 Ringing 181 Call is Being Forwarded …)

2xx Success – Action was successfully received, understood and accepted.

(200 OK )

3xx Redirection – Further action needs to be taken in order to complete the request.

4xx Client Error – Request contains bad syntax or cannot be fulfilled at this server.

5xx Server Error – Server failed to fulfill an apparently valid request.

6xx Global Failure – Request is invalid at any server.

SIP Responses

Page 147: Voz Video y Telefonia Sobre IP

147© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ejemplo: INVITE

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0

Via:SIP/2.0/UDP pc33.montevideo.com:5060;branch=z9hG4bK776asdhds

Max-Forwards: 70

To: Pepe <sip:[email protected]>

From: Alicia <sip:[email protected]>;tag=1928301774

Call-ID: [email protected]

CSeq: 314159 INVITE

Contact: <sip:[email protected]>

Content-Type: application/sdp

Content-Length: 142

v=0

o=AGarcia 2890844526 2890842807 IN IP4 126.16.64.4

s=Phone Call

c=IN IP4 100.101.102.103

t=0 0

m=audio 49170 RTP/AVP 0

a=rtpmap:0 PCMU/8000

Cabezal

Page 148: Voz Video y Telefonia Sobre IP

148© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ejemplo: INVITE

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0

Via:SIP/2.0/UDP pc33.montevideo.com:5060;branch=z9hG4bK776asdhds

Max-Forwards: 70

To: Pepe <sip:[email protected]>

From: Alicia <sip:[email protected]>;tag=1928301774

Call-ID: [email protected]

CSeq: 314159 INVITE

Contact: <sip:[email protected]>

Content-Type: application/sdp

Content-Length: 142

v=0

o=AGarcia 2890844526 2890842807 IN IP4 126.16.64.4

s=Phone Call

c=IN IP4 100.101.102.103

t=0 0

m=audio 49170 RTP/AVP 0

a=rtpmap:0 PCMU/8000

Cuerpo SDP

Page 149: Voz Video y Telefonia Sobre IP

149© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Cabezal

� Tienen un formato del tipo Campo: Valor

� Via: SIP/<version>/<transporte> hostname:port;branch=<transaction

numer>Via:SIP/2.0/UDP pc33.montevideo.com:5060;branch=z9hG4bK776asdhds

� Max-Forwards: <numero>

� To: <dirección SIP>

� From: <dirección SIP>

Page 150: Voz Video y Telefonia Sobre IP

150© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Direcciones SIP:

� Utiliza el formato de URLs de Internet

� Uniform Resource Locators

� El formato general es nombre@dominio

� Ejemplos:

� sip:[email protected]

� sip:Jose .M. Perez <[email protected]>

� sip:[email protected];user=phone

� sip:[email protected]

Cabezal

Page 151: Voz Video y Telefonia Sobre IP

151© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Cabezal

� Call-ID: <numero>@<Host>

� CSeq: <numero> <metodo>

� Contact: <dirección SIP>

� Content-Type: <tipo de contenido y formato del cuerpo>

� Content-Length: <largo del cuerpo>

Page 152: Voz Video y Telefonia Sobre IP

152© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Cuerpo SDP

� El formato de cada renglón de SDP es <tipo>=<valor>

� <tipo> es siempre un único carácter, y se

diferencian mayúsculas de minúsculas

� El formato de <valor> depende del <tipo> al

que corresponda

Page 153: Voz Video y Telefonia Sobre IP

153© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Cuerpo SDP

� Versión del protocolo (v)

� Origen (o)o=<username> <session id> <version> <network type>

<address type> <address>

� Nombre de la sesión (s)

� Datos de la conexión (c)

c=<network type> <address type> <connection address>

� Medios (m)

m=<media> <port> <transport> <fmt list>

Page 154: Voz Video y Telefonia Sobre IP

154© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

SIP Clients and Servers

� SIP utiliza una arquitectura cliente / servidor

� Elementos:

� SIP User Agents (Teléfonos SIP)

� SIP Servers

� SIP Gateways:

� Hacia la PSTN para interconectar el “mundo” SIP al “mundo” TDM

� Hacia H.323 para realizar interoperabilidad en el “mundo” IP

� Clientes – Origina mensajes

� Servidores – Responden a los mensajes o los redireccionan

Page 155: Voz Video y Telefonia Sobre IP

155© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

SIP Clients and Servers - 2

� Entidades lógicas SIP:

� User Agents

� User Agent Client (UAC): Inician requerimientos SIP

� User Agent Server (UAS): Retornan respuestas SIP

� Network Servers

� Registrar: Acepta registraciones de clientes

� Proxy: Decide el próximo salto y redirecciona el requerimiento

� Redirect: Envía la dirección del próximo salto al cliente

� Location: Servidor de búsqueda

� Presence: Servidor de presencia

Page 156: Voz Video y Telefonia Sobre IP

156© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ejemplos con Proxy Server

Page 157: Voz Video y Telefonia Sobre IP

157© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

server.fing.com

200 OK

BYE

200 OK

INVITE sip:[email protected]

host.fing.com

200 OK

ACK

INVITE sip:[email protected]

sip.abc.com

SIPUser AgentClient

SIPProxyServer

SIPUser AgentServer

Media Stream

Ejemplos con Proxy Server

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158© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Ejemplos con Redirect Server

Page 159: Voz Video y Telefonia Sobre IP

159© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

302 Moved sip:[email protected]

ACK

Media Stream

INVITE sip:[email protected]

SIPUser AgentClient

SIPRedirectServer

180 Ringing

ACK

INVITE sip:[email protected]

SIPUser AgentServer

REGISTER [email protected]

host.fing.com.uy sip.ucla.com

200 OK

server.fing.com.uy

200 OK

CC

RS

UAS

1

2

3

Media Stream

Ejemplos con Redirect Server

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160© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

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161© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Comparación H.323 - SIP

H.323 SIP

Standard de ITU RFC de IETF

Primera versión de 1996 Primer RFC de 1999

Originalmente diseñado para comunicaciones multimedia sobre redes

Originalmente diseñado para establecer sesiones

Mensajes con representación binaria Mensajes con representación textual

Protocolos complejos Protocolos simples

Basado en Q.931 (ISDN) No basado en protocolos telefónicos

Utiliza RTP y RTCP Utiliza RTP y RTCP

Amplia difusión, pero disminuyendo Amplia difusión, en aumento

Page 162: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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Protocolos Propietarios de VoIP

Voz y Video en Redes IP

Page 163: Voz Video y Telefonia Sobre IP

163© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

� Es un protocolo de señalización propietario de Cisco, utilizado entre su servidor de telefonía (“Call Manager”) y los teléfonos.

SCCP (Skinny Call Control Protocol)

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164© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

� Es un protocolo de señalización propietario de Asterisk, utilizado para la conexión de varios servidores Asterisk, y también utilizando entre el servidor de telefonía Asterisk y los teléfonos.

� Está publicado en carácter informativo en el RFC 5456 de la IETF.

IAX2 (Inter-Asterisk eXchange protocol)

Page 165: Voz Video y Telefonia Sobre IP

165© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Unistim

� Es un protocolo propietario de Avaya (antes Nortel).

� Originalmente fue diseñado como protocolo digital, y posteriormente migrada a IP

� Es utilizado entre los teléfonos Avaya y el componente “Session Manager”, parte del “core” de los sistemas Communication Server 1000

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166© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

NOE

� Es un protocolo Propietario de Alcatel: New Office Environment

� Se utiliza entre los teléfonos Alcatel y el procesador central de la PBX Alcatel

Page 167: Voz Video y Telefonia Sobre IP

167© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Page 168: Voz Video y Telefonia Sobre IP

168© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Aspectos de seguridad

� Aparecen nuevas vulnerabilidades y amenazas

� El medio (Audio o Video) utiliza RTP, y puede ser fácilmente capturado y decodificado

� Se puede cifrar el contenido (por ejemplo, usando SRTP – Secure RTP)

� La señalización puede ser fácilmente capturada y decodificada

� Se puede cifrar la señalización (por ejemplo, usando TLS – Transport Level Security)

Page 169: Voz Video y Telefonia Sobre IP

169© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

¿Está la red preparada?

� Es una pregunta que debe realizarse siempre, antes de implementar soluciones de voz, video o multimedia sobre IP

� “Network Assessment”

� Evaluación de la red, detectando la viabilidad o no de implementar determinada aplicación, típicamente de multimedia

� Varios aspectos deben ser considerados, incluyendo el desempeño, la disponibilidad y la seguridad

Page 170: Voz Video y Telefonia Sobre IP

© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Gestión de Proyectos de VoIP

Voz, Video y Telefonía sobre IP

Page 171: Voz Video y Telefonia Sobre IP

171© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Gestión de proyectos

Page 172: Voz Video y Telefonia Sobre IP

172© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Procesos de Iniciación

� Desarrollo del “caso de negocio”

� Determinar el ROI (Retorno de la inversión)

� Establecer el alcance del proyecto, a alto nivel

� Identificar a los grupos de interés (“stakeholders”) y determinar sus necesidades y expectativas

� Identificar las restricciones conocidas

� Crear un “Project charter”, o acta de inicio del proyecto

Page 173: Voz Video y Telefonia Sobre IP

173© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Procesos de Planificación

� Definición de un alcance detallado

� Estimación detalla del presupuesto y asignación del presupuesto

� Creación de la Estructura de Desglose del Trabajo (WBS)

� Identificación del camino crítico

� Desarrollo de los diversos planes de gestión del proyecto

� Identificación y cuantificación de riesgos

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174© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Riesgos en VoIP

� Problemas de calidad de la voz

� Problemas de seguridad

� Infraestructuras de cableado que no soporten apropiadamente la nueva tecnología

� Infraestructura de red de datos que no soporte apropiadamente la nueva tecnología

� Incrementos no detectados en el tráfico

� Problemas técnicos de una tecnología emergente

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175© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Network Assessment

� Muchos de estos riesgos se pueden minimizar realizando previamente un análisis del estado de la red, llamado habitualmente “network assessment”

� Permite detectar, de manera temprana, el estado de una infraestructura existente para el soporte de Voz y Video sobre IP

� Es altamente recomendable realizarlo en todo proyecto de VoIP

Page 176: Voz Video y Telefonia Sobre IP

176© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Procesos de Ejecución

� Determinación y asignación de el o los equipos de trabajo asignados al proyecto

� Realizar y gestionar los contratos de sub contratistas, incluyendo los contratos de hardware, software y servicios.

� Implementación, de acuerdo al alcance detallado realizado en el proceso de planificación

Page 177: Voz Video y Telefonia Sobre IP

177© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Procesos de Monitoreo y Control

� Monitorear y controlar el avance general del proyecto� Realizar la verificación y control de que se esté

cumpliendo con el alcance definido� Realizar un control de costos� Realizar controles de calidad� Tareas relativas a reportes de avances� Mantener los riesgos monitoreados y controlados. En

casos que corresponda, gestionar la implementación de las medidas correctivas previstas

� Administrar a los sub contratos� Realizar un control integral de cambios

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178© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Monitoreo y Control en VoIP

� Los procesos de monitoreo y control en proyectos de VoIP deben tener especial cuidado en lo que respecta a la gestión de riesgos

� Siendo ésta una tecnología emergente, es posible que se

presenten inconvenientes no previstos y se deban tomar

acciones correctivas o de mitigación apropiadas

� Los problemas de integración o de “frontera” entre diversos sectores son frecuentes y muchas veces difíciles de prever en la etapa de planificación.

� Problemas no previstos de seguridad de la información pueden presentarse

Page 179: Voz Video y Telefonia Sobre IP

179© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Procesos de Cierre

� Obtener la aceptación de los interesados

� Finalizar los sub-contratos

� Des-asignar a los equipos de trabajo y recursos del proyecto

� Documentar las lecciones aprendidas

� Archivar la documentación para referencias futuras

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180© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Operación y Mantenimiento

� Una vez cerrado el proyecto, es recomendable realizar un análisis del éxito del mismo, las mejoras de la productividad y de costos obtenidas en la operación, y el grado de satisfacción de los usuarios.

� Hacer visibles estas mejoras ayudará a conseguir presupuesto para nuevas ampliaciones o futuros proyectos de tecnologías relacionadas.

Page 181: Voz Video y Telefonia Sobre IP

181© Dr. Ing. José Joskowicz 2013

Operación y Mantenimiento

� Es conveniente realizar nuevamente un análisis de la red (network assessment), determinando su desempeño durante la operación

� Idealmente este tipo de estudios debe realizarse periódicamente

� una vez por mes o cada dos meses durante los primeros seis meses de operación y cada vez que se incorporan nuevos servicios o exista incrementos en el tráfico

Page 182: Voz Video y Telefonia Sobre IP

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Muchas Gracias!

Dr. Ing. José Joskowicz