VOZ Y TELEFONÍA IP

	ALDEA UNIVERSITARIA JOSÉ ÁNGEL LAMAS SANTA CRUZ-ESTADO ARAGUA PNFI.  PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN  INFORMÁTICA INTEGRANTES: RODRIGUEZ GRACIELA FREITEZ EDUARDO LLOVERAS JOSÉ PROFESOR: BOLÍVAR CARLOS Unidad Curricular: Voz y telefonía IP.

  


  
  




 ¿QUE ES VOIP? ¿QUE ES LA TELEFONÍA IP? 

VoIP proviene del ingles Voice Over Internet Protocol, que significa "voz sobre un protocolo de internet". Básicamente VoIP es un método por el cual tomando señales de audio analógicas del tipo de las que se escuchan cuando uno habla por teléfono se las transforma en datos digitales que pueden ser transmitidos a través de internet hacia una dirección IP determinada.  

La Telefonía IP:  es una tecnología que permite integrar en una misma red basada en protocolo IP las comunicaciones de voz y datos. Muchas veces se utiliza el término de redes convergentes o convergencia IP, aludiendo a un concepto un poco más amplio de integración en la misma red de todas las comunicaciones (voz, datos, video, etc.).

Esta tecnología hace ya muchos años que está en el mercado (desde finales de los 90) pero no ha sido hasta hace poco que se ha generalizado gracias, principalmente, a la mejora y estandarización de los sistemas de control de la calidad de la voz (QoS) y a la universalización del servicio Internet.

 Cuando hablamos de un sistema de telefonia IP estamos hablando de un conjunto de elementos que debidamente integrados permiten suministrar un servicio de telefonia (basado en VoIP) a la empresa. Los elementos básicos que forman este sistema son: la centralita IP, el Gateway IP y los diferentes teléfonos IP 

 

  






  
 UNIDAD 1: Voz y telefonía IP 

   GENERALIDADES 

Se decidió que el h.323 fuera la base del VoIP. De este modo, el VoIP debe considerarse como una clarificación del h.323, de tal forma que en caso de conflicto, y con el fin de evitar divergencias entre los estándares, se decidió que h.323 tendría prioridad sobre el VoIP. 

 El VoIP tiene como principal objetivo asegurar la interoperabilidad entre equipos de diferentes fabricantes, fijando aspectos tales como la supresión de silencios, codificación de la voz y direccionamiento, y estableciendo nuevos elementos para permitir la conectividad con la infraestructura telefónica tradicional. Estos elementos se refieren básicamente a la transmisión de señalización por tonos multifrecuencia  (DTMF). 

 h.323 no permite solamente VoIP, sino también comunicación para intercambio de datos y video. El h.323 comprende también una serie de estándares y se apoya en una serie de protocolos que cubren los distintos aspectos de la comunicación:

Direccionamiento: RAS (registration, admission and status). Protocolo de comunicaciones que permite a una estación h.323 localizar otra estación h.323 a través de el gatekeeper.

DNS (domain name service). Servicio de resolución de nombres en direcciones IP con el mismo fin que el protocolo ras pero a través de un servidor DNS.

Señalización:

  Ø  q.931 señalización inicial de llamada.

  Ø  h.25 control de llamada: señalización, registro y admisión, y paquetización / sincronización del stream (flujo) de voz.

  Ø  h.245 protocolo de control para especificar mensajes de apertura y cierre de canales para streams de voz.

Compresión de voz:

  Ø  requeridos: g.711 y g.723 

  Ø  opcionales: g.728, g.729 y g.722

Transmisión de voz: 

• UDP. La transmisión se realiza sobre paquetes UDP, pues aunque UDP no ofrece integridad en los datos, el aprovechamiento del ancho de banda es mayor que con TCP.
• RTP (real time protocol). Maneja los aspectos relativos a la temporización, marcando los paquetes UDP con la información necesaria para la correcta entrega de los mismos en recepción.

Control de la transmisión:

RTCP (real time control protocol). Se utiliza principalmente para detectar situaciones de congestión de la red y tomar, en su caso, acciones correctoras.

Actualmente se puede partir de una serie de elementos ya disponibles en el mercado y que, según diferentes diseños, permitirán construir las aplicaciones VoIP. Estos elementos son:

Ø  Teléfonos IP.

Ø  Adaptadores para PC.

Ø  Hubs telefónicos.

Ø  Gateways (pasarelas RTC / IP).

Ø  Gatekeeper.

Ø  Unidades de audioconferencia múltiple. (MCU voz)

Servicios de directorio.

RTP (real time transport protocol) o protocolo de transporte en tiempo real, es un protocolo que como su nombre lo indica, está orientado a la transmisión de información en tiempo real, como la voz o el video. Este es un protocolo de las capas superiores de usuario que funciona sobre UDP (user datagram protocol) haciendo uso de los servicios de checksum y multiplexión, para proporcionarle a los programas que generan este tipo de datos, una manejo de transmisiones en tiempo real a través de difusiones unicast o multicast, en el UDP se cambia confiabilidad por velocidad, lo cual es básico para manejo de transmisiones en tiempo real como la VoIP.  

VENTAJAS

•  Es evidente que el hecho de tener una red en vez de dos, es beneficioso para cualquier operador que ofrezca ambos servicios, véase gastos inferiores de mantenimiento, personal cualificado en una sola tecnología. 
• La principal ventaja de este tipo de servicios es que evita los cargos  altos de telefonía (principalmente de larga distancia) que son usuales de las compañías de la Red Pública Telefónica Conmutada (PSTN). Algunos ahorros en el costo son debidos a utilizar una misma red para llevar voz y datos, especialmente cuando los usuarios tienen sin utilizar toda la capacidad de una red ya existente la cual pueden usar para VoIP sin un costo adicional. Las llamadas de VoIP a  VoIP entre cualquier proveedor son generalmente gratis, en contraste con las llamadas de VoIP a PSTN que generalmente cuestan al usuario de VoIP  
• El desarrollo de codecs para VoIP (aLaw, G.729, G.723, etc.) ha permitido que la voz se codifique en paquetes de datos de cada vez menor tamaño. Esto deriva en que las comunicaciones de voz sobre IP requieran anchos de banda muy reducidos. Junto con el avance permanente de las conexiones ADSL en el mercado residencial, éste tipo de comunicaciones, están siendo muy populares para llamadas internacionales. Como si el ahorro de ancho de banda no fuera suficiente, el despliegue de la voz sobre IP reduce el costo y mejora la escalabilidad empleando componentes de redes de datos estándares (enrutador, switches...), en vez de los caros o complicados switches para teléfonos. ahora el mismo equipo que dirige las redes de datos puede manejar una red de voz. 

• VoIP posibilita desarrollar una única red convergente que se encargue de cursar todo tipo de comunicación, ya sea voz, datos, video o cualquier tipo de información. 
• La telefonía IP no requiere el establecimiento de un circuito físico durante el tiempo que toma la conversación, por lo tanto, los recursos que intervienen en la realización de una llamada pueden ser utilizados en otra cuando se produce un silencio, lo que implica un uso más eficiente de los mismos.
•  Las redes de conmutación por paquetes proveen alta calidad telefónica utilizando un ancho de banda menor que el de la telefonía clásica, ya que los algoritmos de compresión pueden reducir hasta 8kbps la rata para digitalización de la voz produciendo un desmejoramiento en la calidad de la misma apenas perceptible. 

FUNCIONALIDAD

VoIP puede facilitar tareas que serían más difíciles de realizarusando las redes telefónicas comunes:

• Las llamadas telefónicas locales pueden ser automáticamente enrutadas a un teléfono VoIP, sin importar dónde se esté conectado a la red. Uno podría llevar consigo un teléfono VoIP en un viaje, y en cualquier sitio conectado a Internet, se podría recibir llamadas.
• Números telefónicos gratuitos para usar con VoIP están disponibles en Estados Unidos de América, Reino Unido y otros países de organizaciones como Usuario VoIP.
• Los agentes de Call center usando teléfonos VoIP pueden trabajar en cualquier lugar con conexión a Internet lo suficientemente rápida.
• Algunos paquetes de VoIP incluyen los servicios extra por los que PSTN (Red Pública Telefónica Conmutada) normalmente cobra un cargo extra, o que no se encuentran disponibles en algunos países, como son las llamadas de 3 a la vez, retorno de llamada, remarcación automática, o identificación de llamada. 

MÓVIL 

Los usuarios de VoIP pueden viajar a cualquier lugar en el mundo y seguir haciendo y recibiendo llamadas de la siguiente forma:

• Los subscriptores de los servicios de las líneas telefónicas pueden hacer y recibir llamadas locales fuera de su localidad.

 “Por ejemplo, si un usuario tiene un número telefónico en la ciudad de Nueva York y está viajando por Europa y alguien llama a su número telefónico, esta se recibirá en Europa. Además si una llamada es hecha de Europa a Nueva York, esta será cobrada como llamada local, por supuesto el usuario de viaje por Europa debe tener una conexión a Internet disponible.”

• Los usuarios de Mensajería Instantánea basada en servicios de VoIP pueden también viajar a cualquier lugar del mundo  hacer y recibir llamadas telefónicas.
• Los teléfonos VoIP pueden integrarse con otros servicios disponibles en Internet, incluyendo videoconferencias, intercambio de datos y mensajes con otros servicios en paralelo con la conversación, audio conferencias, administración de libros de direcciones e intercambio de información con otros (amigos, compañeros, etc).  

UNIDAD   2:  Arquitectura   telefonía   tradicional- Arquitectura telefonía IP

ARQUITECTURA DE LA TELEFONÍA TRADICIONAL 

     La telefonía tradicional ha permitido que las personas se comuniquen desde cualquier parte del mundo y, con el paso del tiempo, y de acuerdo a las necesidades de los usuarios, también ha venido ampliando su oferta de servicios para clientes residenciales o corporativos que les permiten tener, por ejemplo, buzón de mensajes, contestador automático y un registro de las llamadas que entran y salen, entre otros.

     Estos y otros beneficios que brinda una PBX tradicional (central telefónica tradicional), suelen ser costosos, de allí que las empresas están empezando a cambiar su estructura de red de voz tradicional (conmutación de circuitos) por la telefonía IP (conmutación de paquetes) o voz sobre internet, pues ésta le permite tener mayores ahorros en llamadas y la empresa puede ofrecer más servicios al cliente.

    Los sistemas de telefonía tradicional están guiados por un sistema muy simple pero ineficiente denominado conmutación de circuitos. La conmutación de circuitos ha sido usada por las operadoras tradicionales por más de 100 años. En este sistema cuando una llamada es realizada la conexión es mantenida durante todo el tiempo que dure la comunicación. Este tipo de comunicaciones es denominada "circuito" porque la conexión esta realizada entre 2 puntos hacia ambas direcciones. Estos son los fundamentos del sistema de telefonía convencional.  

ARQUITECTURA DE SISTEMA DE TELEFONÍA IP

Voz sobre Protocolo de Internet, también llamado Voz IP, VozIP, VoIP (por sus siglas en inglés), es un grupo de recursos que hacen posible que la señal de voz viaje a través de Internet empleando un protocolo IP (Protocolo de Internet). Esto significa que se envía la señal de voz en forma digital, en paquetes, en lugar de enviarla en forma digital o analógica, a través de circuitos utilizables sólo para telefonía como una compañía telefónica convencional o PSTN (sigla de Public Switched Telephone Network, Red Telefónica Pública Conmutada).

Los Protocolos que se usan para enviar las señales de voz sobre la red IP se conocen como protocolos de Voz sobre IP o protocolos IP. Estos pueden verse como aplicaciones comerciales de la "Red experimental de Protocolo de Voz" (1973), inventada por ARPANET. El tráfico de Voz sobre IP puede circular por cualquier red IP, incluyendo aquellas conectadas a Internet, como por ejemplo las redes de área local (LAN). 

Es muy importante diferenciar entre Voz sobre IP (VoIP) y Telefonía sobre IP.

• VoIP es el conjunto de normas, dispositivos, protocolos, en definitiva la tecnología que permite comunicar voz sobre el protocolo IP.
• Telefonía sobre IP es el servicio telefónico disponible al público, por tanto con numeración E.164, realizado con tecnología de VoIP.   

COMPONENTES 

Terminales, son los clientes que inician una conexión VoIP. Estos usuarios solo pueden conectarse entre ellos, y si es necesario el acceso de un usuario adicional a la comunicación se necesitaran algunos elementos adicionales. 

 Gatekeepers

Es el dispositivo encargado de manejar toda la estructura VoIP utilizada, cumpliendo la función de traducir las direcciones, y a la vez manteniendo un registro constante de los dispositivos disponibles en la red.

El Gatekeepers  en realidad cumple una función similar a la de las convencionales centrales telefónicas, por lo que todas las comunicaciones establecidas son administradas y controladas desde allí. Su funcionamiento por lo general se realiza a través de software.  

Gateway

Para establecer comunicaciones con tecnología VoIP será necesaria la implementación del llamado Gateway, conocido también como pasarelas RTC/IP. Básicamente, éste es un dispositivo de enlace, también llamado puerta de enlace, que es el encargado de interconectar las redes con diversos protocolos y arquitecturas, en todos los niveles de comunicación.

Para poder realizar su labor, el Gateway se encargará de traducir todos los paquetes de información enviados con un determinado protocolo, para que puedan ser decodificados correctamente en la red de destino por otro tipo de protocolo.

En resumen, el Gateway es el responsable de crear el enlace entre la red de comunicación VoIP y la red telefónica convencional, permitiendo realizar llamadas hacia cualquier tipo de teléfono.  

PROTOCOLOS 

El Protocolo H.323

El protocolo más usado es el H.323, un standard creado por la International Telecomunication Union (ITU) (link) H323 es un protocolo muy complejo que fue originalmente pensado para videoconferencias. Este provee especificaciones para conferencias interactivas en tiempo real, para compartir data y audio como aplicaciones VoIP. Actualmente H323  incorpora muchos protocolos individuales que fueron desarrollados para aplicaciones específicas. 

El protocolo SIP

Una alternativa al H.323 surgió con el desarrollo del Session Initiation Protocol (SIP). SIP es un protocolo mucho mas lineal, desarrollado específicamente para aplicaciones de Voip. Más chicas y más eficientes que H.323. SIP toma ventaja de los protocolos existentes para manejar ciertas partes del proceso.

Uno de los desafíos que enfrenta el VoIP es que los protocolos que se utilizan a lo largo del mundo no son siempre compatibles. Llamadas VoIP entre diferentes redes pueden meterse en problemas si chocan distintos protocolos. Como VoIP es una nueva tecnología, este problema de compatibilidad va a seguir siendo un problema hasta que se genere un standard para el protocolo VoIP.  

 H323 Vs SIP 

Cuando hablamos de sesiones interactivas de usuarios donde intervienen elementos multimedia como voz, video, juegos en línea, mensajería instantánea, etc. No podemos dejar de mencionar los protocolos SIP (Protocolo de Inicio de Sesiones) y el H.323, ambos tienen el objetico de convertirse en el estándar para la iniciación, modificación y finalización de sesiones. 

       H323 es el protocolo más definido pero adolece de cierta falta de flexibilidad. SIP está menos definido pero es más fácil de integrar, ¿Que protocolo es mejor o cual de los dos ganará al final?. Es difícil de decir pero dependerá de la aplicación que cada uno quiera desarrollar. (SIP es más fácil de implementar aunque los conceptos de H.323 son mejores).

  

UNIDAD 3: Parámetros de la VoIP  

 CODECS EN LA TELEFONIA IP, CODECS VOIP

Un Codec, que viene del ingles coder-decoder, convierte una señal de audio analógico en un formato de audio digital para transmitirlo y luego convertirlo nuevamente a un formato descomprimido de señal de audio para poder reproducirlo. Esta es la esencia del VoIP, la conversión de señales entre analógico-digital. 

Tipos de codecs en la Telefonía IP 

Los codecs realizan esta tarea de conversión tomando muestras de la señal de audio miles de veces por segundo. Por ejemplo, el codec G.711 toma 64,000 muestras por segundo. Convierte cada pequeña muestra en información digital y lo comprime para su transmisión. Cuando las 64,000 muestras son reconstruidas, los pedacitos de audio que se pierden entre medio de estas son tan pequeños que es imposible para el oído humano notar está perdida, esta suena como una sucesión continua de audio. Existen diferentes frecuencias de muestre de la señal en VOIP, esto depende del codec que se esté usando.

64,000 veces por segundo

32,000 veces por segundo

8,000 veces por segundo

Un codec G728A tiene una frecuencia de muestreo de 8,000 veces por segundo y está el codec mayormente usado en VoIP. Tiene el balance justo entre calidad de sonido y eficiencia en el uso de ancho de banda. 

¿Cómo Funcionan los Codecs VoIP? 

Los codecs operan usando algoritmos avanzados que les permiten tomar las muestras, ordenas, comprimir y empaquetar los datos. El algoritmo CS-ACELP (conjugate-structure algebraic-code-excited linear prediction) es uno de los algoritmos mas comunes en VoIP. CS-ACELP ayuda a organizar el ancho de banda disponible.

El anexo B de este algoritmo CS-ACELP es el que crea la regla que dice "si ninguno está transmitiendo, no mandar ninguna información". Como aprendimos anteriormente la eficiencia creada por esta regla es una de las cosas más importantes en las que el intercambio de paquetes es superior a la conmutación de circuitos. Es el Anexo B en este algoritmo CS-ACEPL que es responsable de esta regla en las llamadas VoIP.   

 La voz ha de codificarse para poder ser transmitida por la red IP. Para ello se hace uso de Códecs que garanticen la codificación y compresión del audio o del vídeo para su posterior decodificación y descompresión antes de poder generar un sonido o imagen utilizable.

Según el Códec utilizado en la transmisión, se utilizará más o menos ancho de banda. La cantidad de ancho de banda suele ser directamente proporcional a la calidad de los datos transmitidos.

Entre los codecs utilizados en VoIP encontramos los:

G.711, G.723.1 y el G.729 (especificados por la ITU-T)

Estos Codecs tienen este tamaño en su señalización:

G.711: bit-rate de 56 o 64 Kbps.

G.722: bit-rate de 48, 56 o 64 Kbps.

G.723: bit-rate de 5,3 o 6,4 Kbps.

G.728: bit-rate de 16 Kbps.

G.729: bit-rate de 8 o 13 Kbps.

Esto no quiere decir que es el ancho de banda utilizado, por ejemplo el Codec G729 utiliza 31.5 Kbps de ancho de banda en su transmisión.  

RETARDO O LATENCIA 

        Una vez establecidos los retardos de tránsito y el retardo de procesado la conversación se considera aceptable por debajo de los 150ms. Pérdida de tramas (Frames Lost):

       Durante su recorrido por la red IP las tramas se pueden perder como resultado de una congestión de red o corrupción de datos. Además, para tráfico de tiempo real como la voz, la retransmisión de tramas perdidas en la capa de transporte no es práctica por ocasionar retardos adicionales. Por consiguiente, los terminales de voz tienen que retransmitir con muestras de voz perdidas, también llamadas Frame Erasures. El efecto de las tramas perdidas en la calidad de voz depende de cómo los terminales manejan las Frame Erasures.

        En el caso más simple, el terminal deja un intervalo en el flujo de voz, si una muestra de voz es perdida. Si muchas tramas son perdidas, sonara grietoso con silabas o palabras perdidas. Una posible estrategia de recuperación es reproducir las muestras de voz previas.        Esto funciona bien si sólo unas cuantas muestras son perdidas. Para combatir mejor las ráfagas de errores usualmente se emplean sistemas de interpolación.

Basándose en muestras de voz previas, el decodificador predecirá las tramas perdidas. Esta técnica es conocida como Packet Loss Concealment (PLC).

       La ITU-T G.113 apéndice I provee algunas líneas de guía de planificación provisional en el efecto de pérdida de tramas sobre la calidad de voz. El impacto es medido en términos de Ie, el factor de deterioro.

       Este es un número en la cual 0 significa no deterioró. El valor más grande de el significa deterioro más severo. La siguiente tabla está derivada de la G.113 apéndice I y muestra el impacto de las tramas perdidas en el factor Ie. 

CALIDAD DEL SERVICIO

La calidad de este servicio se está logrando bajo los siguientes criterios:

1. La supresión de silencios, otorga más eficiencia a la hora de realizar una transmisión de voz, ya que se aprovecha mejor el ancho de banda al transmitir menos información.
2. Compresión de cabeceras aplicando los estándares RTP/RTCP. 
3. Priorización de los paquetes que requieran menor latencia. Las tendencias actuales son:

• CQ (Custom Queuing) (Sánchez J.M:, VoIP'99): Asigna un porcentaje del ancho de banda disponible.
• PQ (Priority Queuing) (Sánchez J.M:, VoIP'99): Establece prioridad en las colas.
• WFQ (Weight Fair Queuing) (Sánchez J.M:, VoIP'99): Se asigna la prioridad al tráfico de menos carga.
• DiffServ: Evita tablas de encaminados intermedios y establece decisiones de rutas por paquete.

       4.  La implantación de IPv6 que proporciona mayor espacio de direccionamiento y la posibilidad de tunneling. 


Estos vídeos que verán a continuación  contienen material referente al tema de " voz y telefonía IP".  

¿QUE ES TELEFONÍA IP?

  

PROTOCOLO SIP vs H.323 (Telefonía IP - Voz IP)

 

Telefonia IP y VoIP

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