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Universidad Nacional Autónoma de México FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN “TECNOLOGÍA VOIP Y TELEFONÍA IP” IMPLEMENTANDO UN PBX BASADO EN SOFTWARE LIBRE” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN COMPUTACIÓN P R E S E N T A N Octavio Peña Salazar Asesor Ing. Blanca Estela Cruz Luévano MÉXICO 2012 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. Universidad Nacional Autónoma de México ÍNDICE Introducción……………………………………………………………………………… 1 Capítulo 1 La telefonía y la tecnología VoIP………………………………………………………. 3 1.1. La telefonía……………………………………………………………………… 3 1.2. La telefonía móvil……………………………………………………………….. 4 1.3. La telefonía fija………………………………………………………………….. 4 1.4. El servicio telefónico……………………………………………………………. 5 1.4.1. Estructura de la red telefónica……………………………………………. 6 1.4.2. Señalización………………………………………………………………. 7 1.4.2.1. Prefijos telefónicos……………………………………………….. 7 1.4.2.2. Procesamiento de una llamada telefónica………………………… 7 1.4.2.3. Protocolo de señalización………………………………………… 8 1.5. Internet……………………………………………………………………...…… 9 1.6. Telefonía IP…………………………………………………………………..…. 11 1.6.1. Requerimientos para el transporte de voz………………………….…….. 16 1.7. La señal de la voz……………………………………………………………….. 16 1.7.1. El protocolo de Internet………………………………………………….. 20 1.7.2. Problemas de retardo en los paquetes de voz……………………………. 21 1.7.3. Formato de paquete……………………………………………………… 22 1.7.4. Direccionamiento………………………………………………………… 23 1.7.5. Estándares………………………………………………………………... 24 1.7.5.1. Estándares de red (CIDR)………………………………………... 28 1.7.6. Plan de enumeración (ENUM)…………………………………………... 29 1.8. Ruteo……………………………………………………………………………. 29 1.8.1. Protocolos de ruteo………………………………………………………. 30 Universidad Nacional Autónoma de México 1.9. Protocolos de control…………………………………………………………… 30 1.9.1. Protocolos de resolución de direcciones Addres Resolution Protocol (ARP)………………………………………………………………………. 30 1.10. Protocolos de mensaje de control y error de internet (ICMP)………………………………………………………………………….. 32 1.11. Protocolos de configuración de servicio dinámico (DHCP)…………….. 33 1.12. Protocolos de inicio de sesión (SIP)……………………………………... 35 1.13. Ventajas de voz de IP en red local……………………………………….. 36 1.14. Desventajas de voz de IP en red local………………………………….... 37 Capítulo 2 Implantación de un PBX y cableado estructurado…………………………………... 38 2.1. Cableado estructurado………………………………………………………...… 38 2.1.1. Ventajas………………………………………………………………….. 39 2.2. Categorías de cableado………………………………………………………….. 49 2.2.1. Estándares de cableado estructurado…………………………………….. 50 2.3. PBX……………………………………………………………………………... 51 2.3.1. PABX…………………………………………………………………...... 52 2.3.2. Ventajas………………………………………………………………….. 54 2.3.3. Funcionamiento de un PBX……………………………………………… 55 2.3.4. PBX con software libre…………………………………………………... 59 2.3.5. PBX virtuales…………………………………………………………….. 59 2.3.6. Asterisk………………………………………………………………...… 60 2.3.7. Tarjetas analógicas FXO/FXS…………………………………………… 63 2.3.8. Tarjetas digitales…………………………………………………………. 65 2.3.9. Instalación de PBX………………………………………………………. 66 Universidad Nacional Autónoma de México Capítulo 3 Estudio del mercado y marco regulatorio…………………………………………….. 84 3.1. El negocio de la VoIP…………………………………………………………... 84 3.2. El mercado de las llamadas gratis o de bajo costo…………………………….... 84 3.2.1. Convergencia IP…………………………………………………………. 85 3.2.2. La oferta del mercado……………………………………………………. 88 3.3. Cadena de valor y modelo de negocio………………………………………….. 90 3.4. Proveedores de acceso a Internet……………………………………………….. 95 3.5. Oferta integrada de acceso a Internet y voz…………………………………….. 96 3.6. Proveedores de aplicaciones cliente VoIP……………………………………… 97 3.7. Desarrolladores de software…………………………………………………….. 101 3.8. Fabricantes de equipos………………………………………………………….. 102 3.9. Ejemplos de uso Asterisk……………………………………………………….. 103 3.10. Marco regulatorio de la VoIP…………………………………………..... 104 3.11. Marco jurídico a partir de la LGT……………………………………….. 110 3.12. El servicio telefónico disponible al público……………………………... 111 3.13. Problemática de la numeración para la VoIP………………...………...... 112 3.14. Tendencias en la regulación en la EU y en EEUU……………………..... 114 3.15. Medidas regulatorias telefonía IP en España…………………………...... 116 3.16. Propuesta de regulación de la VoIP……………………………………… 117 3.17. Nuevos servicios de telefonía IP………………………………………… 119 3.18. Numeración geográfica y especifica……………………………………... 120 Capítulo 4 Instalación y configuración de un proyecto…………………………………………... 123 4.1. Escenario y especificaciones…………………………………………………..... 123 4.2. Configuración clientes SIP……………………………………………………... 125 4.3. Implementación de la IPBX…………………………………………………….. 126 Universidad Nacional Autónoma de México 4.3.1. Instalación TDM21B…………………………………………………….. 128 4.3.1.1. Compilar ZAPTEL……………………………………………..... 128 4.3.1.2. Compilar LIBPRI…………………………………………….…... 129 4.3.1.3. Instalación de Drivers…………………………………………..... 129 4.3.2. ASTERISK……………………………………………………………..... 131 4.3.2.1. Compilar ASTERISK…………………………………………..... 132 4.3.2.2. Instalar sonidos en castellano…………………………………..... 133 4.3.2.3. Configuración…………………………………………………..... 134 4.3.2.3.1. DIALPLAN……………………………………………..... 134 4.3.2.3.2. Zapata Hardware………………………………………..... 136 4.3.2.3.3. SIP………………………………………………………... 136 4.3.2.3.4. VOICEMAIL…………………………………………...... 136 4.3.2.3.5. MOH……………………………………………………... 138 4.4. Ejecución………………………………………………………………………... 138 4.5. Asterisk Monitor………………………………………………………………... 139 4.6. Descripción……………………………………………………………………... 139 4.7. Tecnologías……………………………………………………………………... 140 4.7.1. Lenguajes de Programación……………………………………………… 140 4.7.2. ASTERISK-JAVA API………………………………………………….. 142 4.7.3. Base de Datos…………………………………………………………..... 144 4.7.4. Servidor Web…………………………………………………………….. 145 4.8. Diseño…………………………………………………………………………... 147 4.8.1. Asterisk Monitor………………………………………………………..... 148 4.8.2. Historial………………………………………………………………….. 153 4.8.3. GUI……………………………………………………………………..... 154 4.9. Manual de Asterisk Monitor…………………………………………………..... 156 4.9.1. Instalación de la Aplicación……………………………………………... 156 4.9.2. Ejecución de la Aplicación………………………………………………. 156 4.9.3. Descripción de la GUI…………………………………………………… 156 Universidad Nacional Autónoma de México Capítulo 5 Futuro de voz sobre IP………………………………………………………………..... 162 5.1. ¿Cómo será Internet en el futuro?......................................................................... 162 5.2. Los beneficios y futuro de telefonía IP………………………………………..... 165 5.3. Telefonía IP en casas…………………………………………………………..... 171 5.4. Proyectos innovadores………………………………………………………….. 172 5.5. El móvil en 2020: pantallas flexibles y servicios inteligentes………………….. 173 Conclusiones…………………………………………………………………………..... 180 Bibliografía……………………………………………………………………………... 182 Glosario………………………………………………………………………………..... 186 Anexos…………………………………………………………………………………... 192Universidad Nacional Autónoma de México Capítulo 1 La telefonía y la tecnología VoIP Universidad Nacional Autónoma de México Capítulo 2 Implantación de un PBX y Cableado estructurado Universidad Nacional Autónoma de México Capítulo 3 Estudio del mercado y marco regulatorio Universidad Nacional Autónoma de México Capítulo 4 Instalación y configuración de un proyecto Universidad Nacional Autónoma de México Capítulo 5 Futuro de voz sobre IP Universidad Nacional Autónoma de México pág. 1 Introducción Hoy en día la telefonía para las pequeñas y medianas empresas en su mayoría se lleva a cabo por la telefonía tradicional, es decir por medio de proveedores de telefonía como Telmex y Axtel, en donde actualmente las llamadas de larga distancia se realizan a través de dichas compañías las cuales cubren las necesidades de las empresas pero su servicio en lo económico es muy elevado y no existe una manera de controlar estas llamadas, lo cual genera gastos excesivos por dicho servicio y se dividen en dos rubros como son las siguientes: 1. Telefonía interna Este tipo de telefonía es muy recurrida dentro de las empresas o instituciones ya que tienen la necesidad de comunicarse dentro del organismo para lo que requieren de conmutadores y equipo especializado para llevar a cabo este servicio. 2. Telefonía externa Este tipo de telefonía se trata del servicio telefónico tradicional, el cual proporciona conectividad telefónica a cualquier número telefónico dentro de la red mundial. Los objetivos de la tesis son: crear un IP-PBX prototipo basado en Software Libre Asterisk, ofrecer telefonía sobre el protocolo IP para reducir los gastos excesivos, configurar un prototipo que brinde servicios de voz confiables y acorde con los requerimientos de pequeñas y medianas empresas y crear conciencia sobre el uso de tecnologías basadas en Software Libre, un PBX se refiere al dispositivo que actúa como una ramificación de la red primaria pública de teléfonos, por lo que los usuarios no se comunican directamente al exterior mediante líneas telefónicas convencionales, sino que al estar el PBX directamente conectado a la red telefónica pública (RTC), será esta misma la que enrute la llamada hasta su destino final mediante enlaces unificados de transporte de voz llamados líneas troncales. En otras palabras, los usuarios de una PBX no están asociados con la central de teléfonos pública, ya que es la misma PBX la que actúa como tal, análogo a una central pública que da cobertura a todo un sector mientras que un PBX lo ofrece generalmente en las instalaciones de una compañía. La hipótesis que manejamos en este proyecto es que con la nueva tecnología de comunicación que ofrece servicios de telefonía VoIP resultara más eficiente que las actuales (PSTN: Red de transporte del servicio público) y más económica ya que una PC será capaz de sustituir una costosa PBX, estos temas se manejara con una metodología de tesis panorámica. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 2 Fuente: Libro Tecnología VoIP y Telefonía IP Capítulo 1 Introducción a la telefonía.Autor: José Manuel Huidobro Moya, Editorial Alfaomega. En el capítulo 1 daremos una breve historia de la telefonía sobre sus inicios para así entenderla. Comprende conceptos técnicos acerca de voz IP, definición, ventajas y desventajas, comparativas de las redes de datos con las redes de voz, requerimientos para el transporte de voz, protocolos necesarios y los estándares que se han creado para este servicio, así como acerca de switches y ruteadores, de ésta manera se resalta la importancia que tienen estos dispositivos en la implementación y diseño de redes tanto de datos como de voz. Y qué decir del cableado estructurado, es obvia su importancia porque de no tomarse en cuenta generaría grandes pérdidas económicas y problemas posteriores a las instituciones y empresas que implementen cualquier tipo de red, es por eso que en el capítulo 2 se muestra lo referente a cableado estructurado. En el capítulo 3 vemos el estudio económico de dicho proyecto así como los costos actualizados de los diferentes equipos a utilizar de la gama de Nortel Networks. En el capítulo 4 definiremos nuestro prototipo de un PBX con software libre el cual establecerá comunicación interna entre una red con ayuda de simuladores de teléfonos para lograr dicho propósito, en el cual se incluye un desarrollo de todo el proceso de instalación y configuración tanto del hardware como del software de voz. En el capítulo 5 daremos una explicación sobre el impacto que toma en la industria de las comunicaciones, y el por qué la comunicaciones convergen hacia esta tecnología. La rapidez con la que avanza la tecnología nos deja siempre a la expectativa de lo que sucederá en un futuro es por eso que en este capítulo contiene análisis y cometarios que los directivos de las empresas más fuertes en voz IP han hecho al respecto así como las nuevas tendencias tecnológicas que están por llegar en los próximos años. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 3 1. Capítulo 1 “La telefonía y la tecnología VoIP” 1.1. La telefonía Por extraño que hoy parezca, en su momento, la invención del teléfono no produjo un gran impacto y su desarrollo fue más lento que el de otros sistemas, por aquel entonces las necesidades de comunicación estaban cubiertas por el telégrafo, que de forma espectacular había alcanzado gran difusión. El telégrafo, ancestro del teléfono El telégrafo, que ya existía cuando se comenzó a investigar sobre el modo de transmitir sonidos, fue el precursor de las comunicaciones a distancias con ayuda de la electricidad. Antes de eso se ayudaban de heliógrafos (que eran un sistema telegráfico basado en espejos que reflejaban la luz solar), o por banderas que permitían a observadores el descifrar un alfabeto de signos especiales y convertirlo en palabras. El telégrafo eléctrico permitía también descifrar sonidos de una especie de sonador, estos sonidos transmitidos en código Morse permitían ser descifrados luego como letras que se convertían en palabras y frases, pero era lento. Era imposible enviar las múltiples inflexiones de la voz humana, que puede por el sonido mismo (y sin cambiar las palabras), cambiar el significado de toda una frase. El teléfono Fue necesario que Alexander Graham Bell, un especialista en foniatría -que impulsado por el deseo de investigar aparatos que pudiesen ayudar a los sordos, después de investigar y desarrollar varias patentes telegráficas, se pusiese de lleno manos a la obra, y después de varios años de intentos fallidos pudiese en 1876 patentar su sistema telefónico o como se llamó en aquellos años: "telégrafo de sonidos", que permitía transmitir y recibir voz humana a distancia. En realidad el primer aparato telefónico útil fue inventado y patentado por Alexander Graham Bell, en los Estados Unidos, el 7 de Marzo de 1876. Hubo varios científicos e inventores que buscando la misma meta inventaron aparatos parecidos, pero sólo Bell logro patentarlo y convertirlo en algo útil y de uso diario, Desde ese momento en adelante empezó el desarrollo comercial del invento, la primera compañía telefónica "Bell Telephone Company" fue fundada el 9 de Julio de 1877. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 4 1.2. La telefonía Móvil Hoy en día, el servicio telefónico es muy extenso y si analizamos hasta Mayo del 2009 existen alrededor de 80 millones de líneas telefónicas móviles, de las cuales 90% son de prepago y 20 millones de líneas fijas según la COFETEL, llegando prácticamente a casi todos los rincones de la República Mexicana. Las redes son digitales y ofrecen una serie de servicios además del Servicio Telefónico Disponible al Público (STDP), que incluyen, entre otrosmuchos, los propios de la Red Digital de Servicios Integrados (RDSI), acceso a Internet vía módem, Centrex y los Red Inteligente (números 800 y 900). Fig. 1.1 Evolución del número de usuarios de telefonía móvil según el estándar que emplean Fuente: Articulo Telefonía Móvil, http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Cellphone-subscribers-by- technology.svg 1.3. La telefonía fija Hoy en día, el servicio telefónico es un servicio universal, tal y como se ve en los Reglamentos que desarrollan la Ley General de Telecomunicaciones en lo relativo al servicio universal de telecomunicaciones, las demás obligaciones de servicio público y a las obligaciones de carácter público en la presentación de los servicios y en la explotación de las redes de telecomunicaciones. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 5 Las redes telefónicas fijas, que dan servicio a más de 1.200 millones de usuarios, están extendidas por todos los países y funcionan todas ellas de una manera similar, empleando la técnica de conmutación de circuitos y un sistema de señalización común, el SS7. Al estar interconectadas entre ellas, permiten la realización de llamadas entre cualesquiera puntos fijos de las mismas, mediante un plan de numeración universal (el E.164) que asocia números de teléfonos a direcciones geográficas fijas (el plan de numeración está ligado a la ubicación geográfica). Los usuarios pagan por tiempo de conexión y distancia entre ellos, aunque últimamente están proliferando las llamadas “tarifas planas” que por un costo fijo al mes permiten un número ilimitado de ellas, bajo ciertas condiciones. 1.4. El servicio telefónico Se requieren tres tipos de señales para la telefonía tradicional: supervisión, alertas y direccionamiento. Los instrumentos de supervisión se hace a través del monitoreo, por ejemplo para permitir que la oficina central o PBX (P.B.X.) para saber cuando el receptor debe responder, hacer la llamada o cuando la llamada termina. La alerta consiste en la notificación del usuario cuando están llamando o cuando suena que está ocupado. Finalmente el direccionamiento habilita al usuario a marcar una extensión específica. El objetivo de la transmisión de voz es la prestación del servicio telefónico disponible al público de manera que los usuarios geográficamente distantes pueden hablar entre sí, aunque no siempre son redes públicas, también se pueden crear redes privadas, para uso interno de la empresa o sucursales según se establece en el Anexo de la Ley general de Telecomunicaciones, el Servicio Telefónico Disponible al Público (STDP) a través de uno o más números de un plan nacional o internacional de numeración telefónica. Para efectuar y recibir llamadas nacionales e internacionales, a través de el proveedor de servicio en cualquier momento que se puedan añadir servicios adicionales, tales como servicios de información sobre los abonados, servicios de emergencia, prestación de servicios geográficos y guías. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 6 1.4.1. Estructura de la red telefónica La estructura hardware de una Central consiste en una red interna de conmutación a la cual se conectan una variedad de módulos terminales, en función del tamaño, la central y de las facilidades y servicios que ella ofrece. Para la comunicación entre usuarios es necesaria una infraestructura que garantice las conexiones entre ellos. Ejemplos de este tipo de infraestructura pueden ser: • Red telefónica pública conmutada (PSTN) • Redes de datos (públicas y privadas) • Red Integrada de Servicios Digitales de Banda Ancha (B-ISDN) - Internet Cada una de estas redes alternativas está orientada a proporcionar un servicio de telecomunicaciones. Estas redes deben soportar su interconexión por medio de normas internacionales con el objeto de formar una única red virtual. En la figura 1.2 que se muestra a continuación, la estructura de la red; en el centro aparece el núcleo de la red y a su alrededor los aspectos más importantes. Fig. 1.2 Estructura de la red Fuente: Libro Tecnología VoIP y Telefonía IP Capítulo 1 Introducción a la telefonía. Autor: José Manuel Huidobro Moya, Editorial Alfaomega. Para enviar la información a su correcto destinatario se utilizan los nodos de la red. El envió de la información se puede hacer mediante conmutación (switching) o mediante direccionamiento (routing). Ambos sistemas tienen que averiguar donde llevar la información cada vez que dicha información tiene que ser intercambiada entre los usuarios. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 7 1.4.2. Señalización Se entiende por señalización el proceso que consiste en enviar una señal de transmisión a través de un medio físico para propósitos de comunicación, es la forma en que se va a comunicar el equipo. En las redes de conmutación de circuitos, como paso previo al intercambio de información entre los extremos, tiene lugar una reserva de recursos que garantiza que la comunicación se puede llevar a cabo. 1. Supervicion: Trata de detectar los cambios de estado de línea con el fin de reccionar con una respuesta adecuada. 2. Direccionamiento: a partir del número de teléfono del abonado destino, la red telefónica debe determinar el camino idóneo para alcanzarlo. 3. Aviso: soporta la interaccion con el usuario a través de tonos y señales que informan de la ocurrecia de ciertas condiciones. 1.4.2.1. Prefijos telefónicos Prefijo telefónico también llamado indicativo, es una sucesión numérica de varias cifras que se marca delante del número de usuario al realizar una llamada telefónica, esta establece una demarcación territorial o muchas veces también ofrece ciertos servicios especiales. Existen indicativos telefónicos que denotan el país al que se desea llamar y estos indicativos están regidos por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (IUT siglas en ingles). Siendo más específicos están en función de la localidad, pueden ser de varios tipos: • Longitud Fija: por ejemplo 3 cifras en Estados Unidos o 1 cifra en Australia. • Longitud Variable: por ejemplo entre 2 y 5 cifras en Alemania. • Plan de Numeración Cerrado: como en España, 91 para la localidad de Madrid, el 93 para Barcelona, 96 para Valencia y así sucesivamente. 1.4.2.2. Procesamiento de una llamada telefónica La comunicación entre 2 usuarios se da de la siguiente manera: 1. Cuando un abonado levanta el auricular de su aparato telefónico, la central lo identifica y le envía una "invitación a marcar". Universidad Nacional Autónoma de México pág. 8 2. La central espera a recibir el número seleccionado, para, a su vez, escoger una ruta del usuario fuente al destino. 3. Si la línea de abonado del usuario destino está ocupada, la central lo detecta y le envía al usuario fuente una señal ("tono de ocupado"). 4. Si la línea del usuario destino no está ocupada, la central a la cual está conectado genera una señal para indicarle al destino la presencia de una llamada. 5. Al contestar la llamada el usuario destino, se suspende la generación de dichas señales. 6. Al concluir la conversación, las centrales deben desconectar la llamada y poner los canales a la disposición de otro usuario, a partir de ese momento. 7. Al concluir la llamada se debe contabilizar su costo para su facturación, para ser cobrado al usuario que la inició. En una red telefónica conmutada, la señalización transporta la inteligencia necesaria para que un abonado se comunique con cualquier otro de esa red. La señalización indica al switch que un abonado desea servicio, le proporciona los datos necesarios para identificar al abonado distante que se solicite y entonces rutea debidamente la llamada a lo largo de su trayectoria. La señalización da también al abonado cierta información de estado, por ejemplo: tono de invitación, de ocupado y timbrado.1.4.2.3. Protocolo de señalización Los protocolos de señalización se definen como los métodos que han de emplearse entre operadores de diferentes servicios de telecomunicaciones, para el establecimiento de las comunicaciones, envío de información sobre tarificación de las llamadas y demás fines administrativos. La Señalización se fundamenta en la necesidad de facilitar la administración de los recursos disponibles en la actualidad y en los que en el futuro hagan parte de las redes de telecomunicaciones, propiciando de esta forma una óptima interconexión y transferencia de información, en un ambiente de libre competencia y en beneficio de los usuarios y operadores de telecomunicaciones. El plan de señalización, establece directrices indispensables para la coexistencia de telecomunicaciones. Los protocolos de señalización entre las diferentes redes de telecomunicaciones, que permiten el dialogo y/o identificación entre los elementos que conforman las mismas para el establecimiento de las comunicaciones. Para tal efecto la señalización contempla en la interconexión de las redes el Sistema de Señalización por Canal Común. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 9 1.5. INTERNET Internet incluye aproximadamente 5000 redes en todo el mundo y más de 100 protocolos distintos basados en TCP/IP, que se configura como el protocolo de la red. Los servicios disponibles en la red mundial de Computadoras han avanzado mucho gracias a las nuevas tecnologías de transmisión de alta velocidad, como DSL y Wireless, se ha logrado unir a las personas con videoconferencia, ver imágenes por satélite (ver tu casa desde el cielo), observar el mundo por webcams, hacer llamadas telefónicas gratuitas, o disfrutar de un juego multijugador en 3D, un buen libro formato PDF, o álbumes y películas para descargar. El método de acceso a Internet vigente hace algunos años, donde la telefonía básica, ha venido siendo sustituida gradualmente por conexiones más veloces y estables, entre ellas el ADSL, Cable Módems, o el RDSI. Los orígenes de Internet se remontan a cuarenta años atrás, como un proyecto de investigación en redes de conmutación de paquetes, dentro de un ámbito militar. A finales de los años sesenta (1969), en plena guerra fría, el Departamento de Defensa Americano (DoD) llegó a la conclusión de que su sistema de comunicaciones era demasiado vulnerable. Figura 1.3 ejemplo de protocolo de señalización Fuente: Libro Tecnología VoIP y Telefonía IP Capítulo 1 Introducción a la telefonía. Autor: José Manuel Huidobro Moya, Editorial Alfaomega. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 10 Estaba basado en la comunicación telefónica (Red Telefónica Conmutada, RTC), y por tanto, en una tecnología denominada de conmutación de circuitos, (un circuito es una conexión entre llamante y llamado), que establece enlaces únicos y en número limitado entre importantes nodos o centrales, con el consiguiente riesgo de quedar aislado parte del país en caso de un ataque militar sobre esas arterias de comunicación. Como alternativa, el citado Departamento de Defensa, a través de su Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados (Advanced Research Projects Agency, ARPA) decidió estimular las redes de ordenadores mediante becas y ayudas a departamentos de informática de numerosas universidades y algunas empresas privadas. Esta investigación condujo a una red experimental de cuatro nodos, que arrancó en Diciembre de 1969, se denominó ARPAnet. La idea central de esta red era conseguir que la información llegara a su destino aunque parte de la red estuviera destruida. ARPA desarrolló una nueva tecnología denominada conmutación de paquetes, cuya principal característica reside en fragmentar la información, dividirla en porciones de una determinada longitud a las que se llama paquetes. Cada paquete lleva asociada una cabecera con datos referentes al destino, origen, códigos de comprobación, etc. Así, el paquete contiene información suficiente como para que se le vaya encaminando hacia su destino en los distintos nodos que atraviese. El camino a seguir, sin embargo, no está preestablecido, de forma que si una parte de la red cae o es destruida, el flujo de paquetes será automáticamente encaminado por nodos alternativos. Los códigos de comprobación permiten conocer la pérdida o corrupción de paquetes, estableciéndose un mecanismo que permite la recuperación. Este sistema de transmisión reúne múltiples ventajas: • Fiabilidad, independiente de la calidad de líneas utilizadas y de las caídas de la red. • Distribución más fácil de los datos dado que al contener cada paquete la información necesaria para llegar a su destino, tenemos que paquetes con distinto objetivo pueden compartir un mismo canal o camino de comunicaciones. • Posibilidad de técnicas de compresión que aumentan la capacidad de transmisión y de encriptado que permiten una codificación, de forma que se asegure la confidencialidad de los datos. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 11 Al igual que los equipos o las conexiones también se evolucionó en los servicios que ofrecía ARPAnet, ya que si bien al principio sólo permitía ejecutar programas en modo remoto, en 1972 se introdujo un sistema de correo electrónico, que liberó a los usuarios de la dependencia de los husos horarios (algo de importancia evidente en Estados Unidos, por su gran extensión), y supuso un sorprendente aumento en el tráfico generado, convirtiéndose en la actividad que mayor volumen generaba, en contra de las previsiones iníciales. Para que las computadoras puedan comunicarse entre sí es necesario que todos ellos envíen y reciban la información de la misma manera. La descripción de los pasos a seguir se denomina “protocolo”. En 1974, se presentó el protocolo “Transmission Control Protocol / Internet Protocol” (TCP/IP). Este protocolo proporcionaba un sistema independiente de intercambio de datos entre ordenadores y redes locales de distinto origen, eso sí, conservando las ventajas relativas a la técnica de conmutación de paquetes. A principios de los ochenta el Departamento de Defensa de Estados Unidos decidió a usar el protocolo TCP/IP para la red ARPAnet, desdoblándola en Arpanet y Milnet, siendo esta segunda de uso exclusivamente militar, conectada a Arpanet bajo un tráfico extremadamente controlado, igualmente en Europa se creó la red Minet, como extensión de Milnet. Debido a una cantidad de organismos que tenían sus propias redes de área local (LAN) conectadas a los nodos de la red se fue evolucionando hacia una red llamada ARPA Internet formada por miles de equipos. El nombre sufrió algunos cambios más, como: Federal Research Internet, TCP/IP Internet y finalmente, INTERNET. 1.6. Telefonía IP La telefonía IP también llamada Voz sobre IP se puede definir como la transmisión de paquetes de voz utilizando redes de datos, la comunicación se realiza por medio del protocolo IP (Internet Protocol), permitiendo establecer llamadas de voz y fax sobre conexiones IP (Redes de Datos Corporativos, Intranets, Internet, etc.), obteniendo de esta manera una reducción de costos considerables en telefonía. Una de las grandes desventajas de ésta tecnología es que el protocolo IP no ofrece QoS (Calidad de Servicio), por lo tanto se obtienen retardos en la transmisión afectando de ésta manera la calidad en voz. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 12 Existen varias definiciones, todas concluyen en un punto importante: Envío de voz comprimida y digitalizada en paquetes de datos y sobre protocolo de internet (IP), utilizando redes de datos aprovechando el ancho de banda que ofrece y el cableado, ahorrando costos importantes para las empresas. Algunas de estas definiciones son: • Voz sobre IP se puede definir como una aplicación de telefonía que puede ser habilitada a través de una red de datos deconmutación de paquetes vía protocolo IP (Internet Protocol; Protocolo de Internet). La ventaja real de ésta es la transmisión de voz como datos, ya que se mejora la eficiencia del ancho de banda para transmisión de voz en tiempo real en un factor de 10. • VoIP es una tecnología que tiene todos los elementos para su rápido desarrollo. Como muestra se puede ver que compañías como Cisco, la han incorporado a su catálogo de productos, los teléfonos IP están ya disponibles y los principales operadores mundiales, así como “Telefónica” (operadora española de servicios de telecomunicaciones), están promoviendo activamente el servicio IP a las empresas, ofreciendo calidad de voz a través del mismo, por otro lado tenemos ya un estándar que nos garantiza interoperabilidad entre los distintos fabricantes. Se define la telefonía IP como el uso de paquetes IP para tráfico de voz full-duplex. Estos paquetes son transmitidos a través de internet o de redes IP privadas. El componente clave de la tecnológica en telefonía IP son los equipos que convierten la señal de voz analógica en paquetes IP. Estos equipos pueden ser tarjetas específicas para PC, software específico o servidores-pasarela de voz. Estos equipos consiguen una calidad comparable a la telefonía móvil analógica a 5 Kbps. a partir de algoritmos de compresión que explotan las redundancias, pausas y silencios del habla. La telefonía IP es una tecnología que permite el transporte de voz sobre redes IP, produciendo un efectivo ahorro en el gasto que incurren las corporaciones para sus llamadas de larga distancia nacional e internacional. Mediante la instalación de gateways y paquetes de software en dependencias estratégicas de la corporación, es posible obtener beneficios económicos tangibles a corto plazo al sustituir minutos de larga distancia convencional por minutos de voz sobre IP a un costo menor. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 13 Las alternativas tecnológicas de VoIP se pueden dividir de una manera sencilla en dos grandes grupos: • Tecnologías cerradas/propietarias dónde nos encontramos con el conocido Skype o el ya legendario Cisco Skinny (SCCP). • Sistemas abiertos dónde nos encontramos con los estándares abiertos basados en SIP, H.323 o IAX. Este sistema permite convivir con los sistemas tradicionales de comunicación. Las líneas telefónicas PSTN entrantes, pueden ser convertidas a VoIP, a través de una pasarela (Gateway) que permite recibir y hacer llamadas en la red telefónica normal. ¿Por qué deberíamos pasarnos a VoIP y no seguir usando servicios gratuitos como Skype? La respuesta es simple: por sostenibilidad, oportunidad, apropiamiento y flexibilidad. Los servicios gratuitos te pueden solucionar una necesidad a corto plazo pero nunca garantizar tu independencia o el control de tu propio proceso de aprendizaje y desarrollo. No se trata de una cuestión puramente técnica. El problema no es decidir cuál es la mejor de las tecnologías sino cuál es la que permite que las comunidades sean dueñas de su propio desarrollo y que puedan adaptarse a sus propias necesidades. Es muy difícil imaginar un desarrollo sostenible sin transferencia de conocimiento y reapropiamiento tecnológico. Una solución basada en estándares abiertos y código libre no es sólo una buena solución desde un punto de vista puramente técnico sino que además permite la posibilidad de adaptación para mejorarse a la realidad local. Para ser conscientes de la importancia de los estándares abiertos quizás sea bueno empezar presentando una definición de “estándar.” Un estándar es un conjunto de reglas, condiciones o requerimientos que describen materiales, productos, sistemas, servicios o prácticas. En telefonía, los estándares garantizan que todas las centrales de telefonía sean capaces de operar entre sí. Sin ese conjunto de reglas comunes un sistema de telefonía de una región sería incapaz de intercambiar llamadas con otro que esté, tan sólo, unos kilómetros más allá. Aunque muchos de los estándares de telefonía son públicos, los sistemas siempre han estado bajo el control de un grupo muy limitado de fabricantes. Los grandes fabricantes de sistemas de telefonía son los únicos capaces de negociar contratos a nivel regional o incluso nacional. Ésta es la razón que puede explicar porqué es muy común encontrar siempre el mismo tipo de equipos a lo largo de un mismo país. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 14 Los equipos de telefonía tradicionales, además, tienen la particularidad de haber sido diseñados para realizar un conjunto de tareas muy concretas. Normalmente, son equipos informáticos con aplicaciones muy específicas. Aunque las reglas que gobiernan la telefonía (los estándares) son relativamente abiertas, no es el caso de los equipos informáticos que los implementan. Al contrario de los estándares, el funcionamiento interno siempre se mantiene en secreto. Historia de VoIP 1995 – Inicio de la Voz sobre IP • La VoIP empieza con pequeñas aplicaciones gratuitas y de código abierto a raíz de la posibilidad de enviar pequeños fragmentos de voz codificados. 1997 – Aparecen los primeros PBX software • El protocolo H.323 se hace el “dueño y señor” de la VoIP ofreciendo voz y video aunque con mala calidad debido al ancho de banda: limitado y poco económico. 1999 – La revolución de la banda ancha • Aparece el protocolo SIP evolución del arcaico H.323. • Comienzo de Asterisk de la mano de Mark Spencer. • Netmeeting y CUSeeMe se afianzan como aplicaciones de voz y video más utilizadas hasta el momento. 2001– La revolución llega a la Voz sobre IP • Asterisk comienza como un software abierto y con un gran número de seguidores. • Las empresas aún no se fían de este software ni de GNU/Linux y continúan utilizando software y hardware propietario. 2003 – Lanzamiento de Skype • El primer producto VoIP gratis de calidad se ha convertido en objeto de culto de usuarios residenciales. 2005 – Asterisk se afianza como símbolo de VoIP • Asterisk gana más y más adeptos. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 15 • La empresa de Mark Spencer, Linux Support Services, se convierte en Digium especializada en la venta de hardware para Asterisk. • No tardan en aparecer otros fabricantes que crean hardware exclusivamente compatible con Asterisk (Junghanns, Beronet). Características Principales • Se utiliza una única red. Si dos empresas están unidas a través de Internet. ¿Por qué no aprovecharlo? • Se administra una única red. • Estándares abiertos e internacionales. Inter-operabilidad, Bajada de precios en proveedores y fabricantes de hardware VoIP. • Calidad: Es posible conseguir la misma calidad, de hecho hoy por hoy, el 40% de las llamadas de las grandes operadoras se encaminan por VoIP. • Fiabilidad: En LAN, se puede lograr una gran fiabilidad. En Internet también, pero existen quizás demasiados factores. (QoS, NAT). • Coste: Instalación sobre red existente, precios de llamadas. Ventajas de VoIP Funcionales • Provee movilidad a nuestros empleados. Permite a los usuarios conectar su teléfono en cualquier parte en la oficina. Los usuarios simplemente toman su teléfono y lo conectan al puerto Ethernet más cercano y mantienen su número existente. • Permite comunicación unificada integrando otros servicios disponibles en Internet como son video, mensajes instantáneos, etc. • Escalable. Podemos trasmitir más de una llamada sobre la misma línea telefónica. La transmisión de VoIP hace más fácil aumentar las líneas telefónicas cuando se incorporan nuevos empleados. De Gestión • Mucho más fácil de instalar y configurar que una central telefónica propietaria. • Nos facilita la administración por Web de forma fácil e intuitiva, frente a otros sistemas como porejemplo centralita Siemens Hipath que necesitan de un software específico y nada intuitivo para ser configurado. • Mejor reporte. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 16 Económicas • Tenemos voz y datos en una misma infraestructura. No hay necesidad de cableado telefónico separado. • Reducción significativa de costes al aprovechar Internet. Proporciona servicios que normalmente son muy difíciles y costosos de implementar usando la red tradicional de voz PSTN. Funcionalidades que normalmente son facturadas con cargo extra por las compañías telefónicas, como identificación de llamada, transferencia de llamadas, remarcado automático, conferencias, son fáciles de implementar y sin coste alguno. • El estándar SIP elimina teléfonos propietarios y costosos. • Llamadas entre sedes gratuitas. 1.6.1. Requerimientos para el transporte de voz • Tiempo de entrega garantizado. • Máximo retardo en una ruta, 150 ms. • Tasa de calidad de voz en nivel PCM ó mejor. • Señalamiento de tono (DTMF). 1.7. La señal de la voz Todos los seres vivos de la creación disponen de algún mecanismo de comunicación con el entorno que los rodea. Incluso los más sencillos como las bacterias intercambian con su medio ambiente sustancias químicas haciendo gala de una primitiva función de relación. Los animales superiores, sin embargo, utilizan unos mecanismos mucho más complejos, entre ellos el sonido. La voz es el soporte físico del habla que, junto con la escritura, constituyen las dos formas de comunicación principales entre los seres humanos. Desde el punto de vista físico, se trata de una onda de presión generada cuando la corriente de aire procedente de los pulmones y modulada por los órganos del tracto vocal sale al exterior. El tracto vocal comienza en la glotis y acaba en los labios, pasando por la faringe y la boca. Junto con el tracto nasal que tiene inicio en el velo del paladar y termina en los agujeros de la nariz, forma el aparto fonador. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 17 Fig. 1.4 Aparto fonador humano Fuente: Articulo Señal de voz, http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_de_voz La señal de voz está constituida por un conjunto de sonidos generados por el aparato fonador. Esta señal acústica puede ser transformada por un micrófono en una señal eléctrica. La señal de voz en el tiempo puede ser representada en un par de ejes cartesianos. Como todos los sonidos, está formado esencialmente por curvas elementales (senos y cosenos) pero las posibles combinaciones de éstas pueden ser complejas. A manera de ejemplo, se muestra la forma de onda de la palabra ‘explorador’. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 18 Fig. 1.5 Forma de onda de la palabra “Explorador” Fuente: Articulo Señal de voz, http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_de_voz La digitalización o conversión analógica-digital (conversión A/D) consiste básicamente en realizar de forma periódica medidas de la amplitud (tensión) de una señal (por ejemplo, la que proviene de un micrófono si se trata de registrar sonidos, de un sismógrafo si se trata de registrar vibraciones o de una sonda de un osciloscopio para cualquier nivel variable de tensión de interés), redondear sus valores a un conjunto finito de niveles preestablecidos de tensión (conocidos como niveles de cuantificación) y registrarlos como números enteros en cualquier tipo de memoria o soporte. La conversión A/D también es conocida por el acrónimo inglés ADC (analogue to digital converter). En esta definición están patentes los cuatro procesos que intervienen en la conversión analógica-digital: 1. Muestreo: el muestreo (en inglés, sampling) consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se toma esta muestra, es decir, el número de muestras por segundo, es lo que se conoce como frecuencia de muestreo. Universidad Nacional Autónoma de México 2. Retención (en inglés, hold): las muestras tomadas han de ser retenidas (retención) por un circuito de retención (hold), el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel (cuantificación). Desde el punto de vista matemático este proceso no se contempla, ya que se trata de un recurso técnico debido a limitaciones prácticas, y carece, por tanto, de modelo matemático. 3. Cuantificación: en el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras. Consiste en asignar un margen de valo a un único nivel de salida. Incluso en su versión ideal, añade, como resultado, una señal indeseada a la señal de entrada: el ruido de cuantificación. 4. Codificación: la codificación consiste en traducir los valores obtenidos durant cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario es el más utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también son utilizados. Fuente: Libro Tecnología VoIP y Telefonía IP Capítulo 1 Introducción a la telefonía. Autor: José Manuel Huidobro Moya, Editorial Alfaomega. Universidad Nacional Autónoma de México Retención (en inglés, hold): las muestras tomadas han de ser retenidas (retención) por un circuito de retención (hold), el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel (cuantificación). Desde el punto de vista matemático este proceso no se a que se trata de un recurso técnico debido a limitaciones prácticas, y carece, por tanto, de modelo matemático. Cuantificación: en el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una señal analizada a un único nivel de salida. Incluso en su versión ideal, añade, como resultado, una señal indeseada a la señal de entrada: el ruido de cuantificación. Codificación: la codificación consiste en traducir los valores obtenidos durant cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario es el más utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también son Fig. 1.6 La digitalización Fuente: Libro Tecnología VoIP y Telefonía IP Capítulo 1 Introducción a la telefonía. Autor: José Manuel Huidobro Moya, Editorial Alfaomega. pág. 19 Retención (en inglés, hold): las muestras tomadas han de ser retenidas (retención) por un circuito de retención (hold), el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel (cuantificación). Desde el punto de vista matemático este proceso no se a que se trata de un recurso técnico debido a limitaciones prácticas, y Cuantificación: en el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada r de una señal analizada a un único nivel de salida. Incluso en su versión ideal, añade, como resultado, una señal indeseada a la señal de entrada: el ruido de cuantificación. Codificación: la codificación consiste en traducir los valores obtenidos durante la cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario es el más utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también son Fuente: Libro Tecnología VoIP y Telefonía IP Capítulo 1 Introducción a la telefonía. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 20 1.7.1. El protocolo de Internet El protocolo de Internet (IP, de sus siglas en inglés Internet Protocol) es un protocolo usado para el origen y para el destino de la comunicación de datos a través de una red de paquetes conmutados. Los datos en una red basada en IP son enviados en bloques conocidos como paquetes o datagramas (en el protocolo IP estos términos se suelen usar indistintamente). En particular, en IP no se necesita ninguna configuración antes de que un equipo intente enviar paquetes a otro con el que no se había comunicado antes. El Protocolo de Internet provee un servicio de datagramas no fiable (también llamado del mejor esfuerzo (best effort), lo hará lo mejor posible pero garantizando poco). IP no provee ningún mecanismo para determinar si un paquetealcanza o no su destino y únicamente proporciona seguridad (mediante checksums o sumas de comprobación) de sus cabeceras y no de los datos transmitidos. Por ejemplo, al no garantizar nada sobre la recepción del paquete, éste podría llegar dañado, en otro orden con respecto a otros paquetes, duplicado o simplemente no llegar. Si se necesita fiabilidad, ésta es proporcionada por los protocolos de la capa de transporte, como TCP. Si la información a transmitir ("datagramas") supera el tamaño máximo "negociado" (MTU) en el tramo de red por el que va a circular podrá ser dividida en paquetes más pequeños, y reensamblada luego cuando sea necesario. Estos fragmentos podrán ir cada uno por un camino diferente dependiendo de como estén de congestianadas las rutas en cada momento. Las cabeceras IP contienen las direcciones de las máquinas de origen y destino (direcciones IP), direcciones que serán usadas por los conmutadores de paquetes (switches) y los enrutadores (routers) para decidir el tramo de red por el que reenviarán los paquetes. El IP es el elemento común en la Internet de hoy. El actual y más popular protocolo de red es IPv4. IPv6 es el sucesor propuesto de IPv4; poco a poco Internet está agotando las direcciones disponibles por lo que IPv6 utiliza direcciones de fuente y destino de 128 bits (lo cual asigna a cada milímetro cuadrado de la superficie de la Tierra la colosal cifra de 670 mil billones de direcciones IP's), muchas más direcciones que las que provee IPv4 con 32 bits. Las versiones de la 0 a la 3 están reservadas o no fueron usadas. La versión 5 fue usada para un protocolo experimental. Otros números han sido asignados, usualmente para protocolos experimentales, pero no han sido muy extendidos. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 21 1.7.2. Problemas de retardo en los paquetes de voz • Paquetes fuera de secuencia. • Pérdida de paquetes por diferentes causas como: o La Retransmisión causa retardos extensivos. o No hay opción de retransmisión. o TCP/IP no es útil para voz interactiva. o Retardos de codificación. o Retardo de paquetización. o Retardo de transporte. o Retardo de ruteo. Básicamente, los problemas principales de la transmisión de voz a través de internet son: ancho de banda limitado y latencia impredecible. Mediante algoritmos de compresión de voz se consigue que el ancho de banda necesario sea mínimo. La latencia, (el retardo que se produce debido a la digitalización, compresión y paquetización de la voz y el hecho de que los paquetes deban atravesar diversos ruteadores y líneas) exige que los paquetes de voz lleguen a velocidad constante, a pesar de que el oído humano tolere la perdida de paquetes. La latencia se disminuye mediante la utilización de tarjetas digitalizadoras específicas (DSP’s) o mediante la utilización de software y procesadores veloces. En la figura se puede apreciar detalladamente el recorrido que realizan los paquetes de voz así como los tiempos de retardo en el transporte. Fig. 1.7 Balance del retardo en el transporte de voz Fuente: Ellis K. Cave, Sr. Principal Engineer, Intervoice-Brite Inc. Mayo 2000 Conferencia Magistral en SIT 2000, Facultad de Telemática. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 22 1.7.3. Formato de paquete Una dirección IP es un número que identifica de manera lógica y jerárquicamente a una interfaz de un dispositivo (habitualmente una computadora) dentro de una red que utiliza el protocolo de Internet (Internet Protocol), que corresponde al nivel de red o nivel 3 del modelo de referencia OSI. Dicho número no se confunde con la dirección MAC que es un número físico que es asignado a la tarjeta o dispositivo de red (viene impuesta por el fabricante), mientras que la dirección IP se puede cambiar. Es habitual que un usuario que se conecta desde su hogar a Internet utilice una dirección IP. Esta dirección puede cambiar al reconectar; y a esta forma de asignación de dirección IP se denomina una dirección IP dinámica (normalmente se abrevia como IP dinámica). Los sitios de Internet que por su naturaleza necesitan estar permanentemente conectados, generalmente tienen una dirección IP fija (se aplica la misma reducción por IP fija o IP estática), es decir, no cambia con el tiempo. Los servidores de correo, dns, ftp públicos, servidores web necesariamente deben contar con una dirección IP fija o estática, ya que de esta forma se facilita su ubicación. Las máquinas tienen una gran facilidad para manipular y jerarquizar la información numérica, y son altamente eficientes para hacerlo y ubicar direcciones IP, sin embargo, los seres humanos debemos utilizar otra notación más fácil de recordar y utilizar, tal es el caso URLs y resolución de nombres de dominio DNS. El paquete es la unidad mínima de información con la que se trabaja a nivel IP. Este paquete encapsula el segmento de la capa de transporte que contiene junto con la información de control pertinente, los datos de usuario. En primer lugar, dado que los paquetes viajan de manera independiente por la red, en todos y cada uno de ellos se incluye información de direccionamiento que permitirá a cada nodo enviar por el camino óptimo en función de su destino. Por otro lado, los paquetes resultan de la fragmentación de los datos de usuario originales. Cada fragmento o paquete viajará por la red por un camino diferente y llegarán al destino desordenados. A partir de esta secuencia de paquetes debe construirse la información adicional y para ello, el protocolo IP incluye en los paquetes los campos DF, MF y OFFSET. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 23 Tabla 1.8 Formato de paquetes Fuente: Libro Tecnología VoIP y Telefonía IP Capítulo 1 Introducción a la telefonía. Autor: José Manuel Huidobro Moya, Editorial Alfaomega. 1.7.4. Direccionamiento Para poder comunicarse en una red, cada equipo debe tener una dirección IP exclusiva. En el direccionamiento IP, existen tres clases de dirección que se utilizan para asignar direcciones IP a los equipos. El tamaño y tipo de la red determinará la clase de dirección IP que aplicaremos cuando proporcionemos direcciones IP a los equipos y otros hosts de nuestra red. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 24 Fig. 1.9 Direccionamiento Fuente: Articulo Direccionamiento, http://www.monografias.com/trabajos30/direccionamiento- ip/direccionamiento-ip.shtml La dirección IP es el único identificador que diferencia un equipo de otro en una red y ayuda a localizar dónde reside ese equipo. Se necesita una dirección IP para cada equipo y componente de red, como un router, que se comunique mediante TCP/IP. La dirección IP identifica la ubicación de un equipo en la red, al igual que el número de la dirección identifica una casa en una ciudad. Al igual que sucede con la dirección de una casa específica, que es exclusiva pero sigue ciertas convenciones, una dirección IP debe ser exclusiva pero conforme a un formato estándar. Una dirección IP está formada por un conjunto de cuatro números, cada uno de los cuales puede oscilar entre 0 y 255. 1.7.5. Estándares Como es lógico hoy en día, los estándares representan otro problema. En el lado del cliente, ya ha sido aprobado el estándar H.323, que está siendo adoptado por prácticamente todos los productos de la industria. Pero habrá que pasar un tiempo hasta que se estandaricen las pasarelas que conectan las redes IP a las redes telefónicas tradicionales. En este sector trabajan Cisco, Microsoft, Dialogic, US Robotics, VocalTech, IDT, Lucent, entre otras. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 25 Desde hace tiempo, los responsables de comunicaciones de las empresas tienen en mente la posibilidad de utilizar su infraestructura de datos, para el transporte del tráfico de voz interno de la empresa. No obstante, es la aparición de nuevos estándares, así como lamejora y abaratamiento de las tecnologías de compresión de voz, lo que está provocando finalmente su implantación. Después de haber constatado que desde un PC con elementos multimedia, es posible realizar llamadas telefónicas a través de Internet, se puede pensar que la telefonía en IP es poco más que un juguete, pues la calidad de voz que se obtiene a través de Internet es muy pobre. No obstante, si en nuestra empresa se dispone de una red de datos que tenga un ancho de banda bastante grande, se puede pensar en la utilización de esta red para el tráfico de voz entre las distintas delegaciones de la empresa. Es posible contar con tres tipos de redes IP: 1. Internet. El estado actual de la red no permite un uso profesional para el tráfico de voz. 2. Red IP pública. Los operadores ofrecen a las empresas la conectividad necesaria para interconectar sus redes de área local en lo que al tráfico IP se refiere. Se puede considerar como algo similar a Internet, pero con una mayor calidad de servicio y con importantes mejoras en seguridad. Hay operadores que incluso ofrecen garantías de bajo retardo y/o ancho de banda, lo que las hace muy interesante para el tráfico de voz. 3. Intranet. La red IP implementada por la propia empresa. Suele constar de varias redes LAN (Ethernet conmutada, ATM, etc.) que se interconectan mediante redes WAN tipo Frame- Relay/ATM, líneas punto a punto, RDSI para el acceso remoto, etc. En este caso la empresa tiene bajo su control prácticamente todos los parámetros de la red, por lo que resulta ideal para su uso en el transporte de la voz. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 26 A finales de 1997 el VoIP forum del IMTC (Consorcio Internacional de teleconferencia Multimedia) ha llegado a un acuerdo que permite la interoperabilidad de los distintos elementos que pueden integrarse en una red VoIP. Debido a la ya existencia del estándar H.323 del ITU-T, que cubría la mayor parte de las necesidades para la integración de la voz, se decidió que el H.323 fuera la base del VoIP. De este modo, VoIP debe considerarse como una clarificación del H.323, de tal forma que en caso de conflicto, y a fin de evitar divergencias entre los estándares, se decidió que H.323 tendría prioridad sobre el VoIP. 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 los servicios de directorio y a la transmisión de señalización por tonos multifrecuencia (DTMF). El VoIP/H.323 comprende a su vez una serie de estándares y se apoya en una serie de protocolos que cubren los distintos aspectos de la comunicación: Direccionamiento: • RAS (Registration, Admision and Status). Protocolo de comunicaciones que permite a una estación H.323 localizar otra estación H.323 a través del 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: • Señalización inicial de llamada. • H.225 Control de llamada: señalización, registro y admisión, paquetización / sincronización del flujo de voz. • H.245 Protocolo de control para especificar mensajes de apertura y cierre de canales para flujos de voz. Compresión de voz: • Requeridos: G.711 y G.723. • Opcionales: G.728, G.729 y G.722 Universidad Nacional Autónoma de México pág. 27 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. El hecho de que VoIP se apoye en un protocolo de nivel 3, como es IP, permite una flexibilidad en las configuraciones que en muchos casos está todavía por descubrir. Una idea que parece inmediata es que el papel tradicional de la central telefónica quedaría distribuido entre los distintos elementos de la red VoIP. En este escenario, tecnologías como CTI (computer-telephony integration) tendrán una implantación mucho más simple. Será el paso del tiempo y la imaginación de las personas involucradas en estos entornos, los que irán definiendo aplicaciones y servicios basados en VoIP. Aplicación: Es la especificación creado por el ITU en el año 1996 dónde se definen los estándares en la transmisión y comunicación de audio y vídeo sobre una red IP. La H.323 es la heredera de la especificación H.322, creada en el 1995 y que entendía, por defecto, que sobre la red IP que corrieran estas aplicaciones, tendrían una calidad de servicio garantizado. H.323 lo que entiende es que en ningún momento está garantizado esta calidad de servicio, por lo que es mucho más estricto en los factores de compresión y otros aspectos a nivel IP como el control de llamadas, gestión de la información y ancho de banda para establecer una comunicación. Por lo tanto los equipos que cumplen esta especificación pueden soportar cualquier medio en tiempo real. H.323 trabaja por debajo de la capa en la que lo hace H.245 que es la especificación encargada de llevar el control de la comunicación entre los sistemas que aplican cualquier tipo de conferencia, vídeo o audio. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 28 Por debajo de la capa creada por la especificación H.323 se encuentre el protocolo RTP (Real time Transport Protocol) que se encarga de gestionar el tráfico y controlar la congestión. Este protocolo ha surgido por la necesidad de anular el jitter y poder llevar a cabo una transmisión en tiempo real. El camino a seguir por una transmisión en tiempo real es el siguiente: una fuente genera paquetes de forma continua, pero el hecho de entrar en un router, atravesar una red (como puede ser Internet), pasar otro router, en definitiva, hacer una serie de saltos, hacen que el retardo no sea constante. Para evitar esto, lo que se hace es poner los paquetes recibidos en una cola y estos serán tomados con una periodicidad fija, de esta manera, se aumenta el retraso total pero se mantiene. RTP soporta este tipo de transferencia y entiende las marcas de retardos que lleva cada paquete, por lo que puede establecer varias sesiones entre varias entidades. A su vez, RTP permite el uso de mezcladores, que unirían en una sola emisión de datos información para varias sesiones o entidades. 1.7.5.1. Estándares de red (CIDR) El CIDR es un estándar de red para la interpretación de direcciones IP. CIDR facilita el encaminamiento al permitir agrupar bloques de direcciones en una sola entrada de tabla de rutas. Estos grupos, llamados comúnmente Bloques CIDR, comparten una misma secuencia inicial de bits en la representación binaria de sus direcciones IP. Los bloques CIDR IPv4 se identifican usando una sintaxis similar a la de las direcciones IPv4: cuatro números decimales separados por puntos, seguidos de una barra de división y un número de 0 a 32; A.B.C.D/N. Los primeros cuatro números decimales se interpretan como una dirección IPv4, y el número tras la barra es la longitud de prefijo, contando desde la izquierda, y representa el número de bits comunes a todas las direcciones incluidas en el bloque CIDR. Decimos que una dirección IP está incluida en un bloque CIDR, y que encaja con el prefijo CIDR, si los N bits iníciales de la direccióny el prefijo son iguales. Por tanto, para entender CIDR es necesario visualizar la dirección IP en binario. Dado que la longitud de una dirección IPv4 es fija, de 32 bits, un prefijo CIDR de Nbits deja 32 − N bits sin encajar, y hay 2 (32 − N) combinaciones posibles con los bits restantes. Esto quiere decir que 2(32 − N) direcciones IPv4 encajan en un prefijo CIDR de Nbits Universidad Nacional Autónoma de México pág. 29 1.7.6. Plan de enumeración (ENUM) El protocolo ENUM merece un momento de atención. El protocolo toma números del Plan internacional de numeración de telecomunicaciones públicas (Recomendación UITT E.164) y los incorpora a una infraestructura basada en el sistema de nombres de dominio (DNS) para reconocer y encontrar recursos en la red. La elaboración de un marco jurídico internacional estable para el protocolo ENUM exigirá la cesión de autoridad sobre elementos del espacio numérico E.164 a dominios y zonas dentro del DNS de Internet, así como la asignación de su gestión continua a una o más autoridades competentes de cada país. Su labor de la Comisión de Estudio 2 (CE 2) avanza basándose en la suposición de que la actual función y soberanía de los Estados Miembros de la UIT con respecto a la asignación y la gestión de los recursos de numeración correspondientes al indicativo de su país, así como la posible inclusión de esos recursos en el DNS, serán respetados. Para ello, no es necesario crear un nuevo sistema de índices, sino que podemos utilizar el que ya existe; lo único que hay que hacer es traducir los números de teléfono a algo parecido a dominios, que luego serán convertidos en direcciones IP; la intención es proveer un número de teléfono como puede ser el +52 91 1234567 de México en un dominio de tipo 7.6.5.4.3.2.1.1.9.2.5.e.164.arpa. Como se puede ver el dominio es número de teléfono al revés seguido de un dominio general. 1.8. Ruteo Cuando la red de conmutación de paquetes funciona en modo circuito virtual, generalmente la función de encaminamiento establece una ruta que no cambia durante el tiempo de vida de ese circuito virtual. En este caso el encaminamiento se decide por sesión. Una red que funciona en modo datagrama no tiene el compromiso de garantizar la entrega ordenada de los paquetes, por lo que los nodos pueden cambiar el criterio de encaminamiento para cada paquete que ha de mandar. Cualquier cambio en la topología de la red tiene fácil solución en cuanto a encaminamiento se refiere, una vez que el algoritmo correspondiente haya descubierto el nuevo “camino óptimo”. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 30 1.8.1. Protocolos de ruteo Para disipar esta información de ruteo se utilizan algoritmos especializados (también llamados Protocolos de Ruteo "Routing Protocols") que agilizan y facilitan la transferencia de Información de estas direcciones lógicas (nodos IP), estos algoritmos pueden ser implementados en varios Sistemas Operativos y su selección depende del tipo de conectividad que se emplee, obviamente los equipos Cisco salen a relucir en esta área ya que su objetivo principal es precisamente eficientizar este proceso a través de una gran gamma de protocolos de Ruteo. Varios sistemas operativos (Linux,Windows) ofrecen Protocolos de Ruteo primitivos (como RIP) pero carecen de algoritmos especializados de Ruteo como aquellos desarrollados por Cisco (como EIGRP). Algunos protocolos de Ruteo y su funcionamiento son: RIP ("Routing Information Protocol"), OSPF (Open Shortest Path First), EIGRP (Enhanced Internet Gateway Routing). 1.9. Protocolos de Control Recordemos que los protocolos TCP/IP están enfocados a la transmisión de paquetes de información, buscando la independencia de la arquitectura de la red. Arquitecturas como la Ethernet logran la comunicación sólo mediante el conocimiento de la dirección física de las computadoras. Así en cada computadora que opere con el protocolo IP debe contar con algún procedimiento para la translación de la dirección IP a la dirección física de la computadora con la que establezca comunicación. 1.9.1. Protocolos de resolución de direcciones Addres Resolution Protocol (ARP) Permite a un equipo obtener la dirección física de un equipo destino, ubicado en la misma red física, proporcionando solamente la dirección IP destino. Las direcciones IP y física de la computadora que consulta son incluidas en cada emisión general ARP, el equipo que contesta toma esta información y actualiza su tabla de conversión. ARP es un protocolo de bajo nivel que oculta el direccionamiento de la red en las capas inferiores, permitiendo asignar, a nuestra elección, direcciones IP a los equipos en una red física. Una conversión dinámica de direcciones Internet a direcciones físicas es la más adecuada, debido a que se obtiene la dirección física por respuesta directa del nodo que posee la dirección IP destino. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 31 Una vez que la dirección física se obtiene ésta es guardada en una tabla temporal para subsecuentes transmisiones, de no ser así podría haber una sobrecarga de tráfico en la red debido a la conversión de direcciones por cada vez que se transmitiera un paquete. Implementación del ARP • La interface de red recibe un datagrama IP a enviar a un equipo destino, en este nivel se coteja la tabla temporal de conversión, si existe una con la referencia adecuada ésta se incorpora al paquete y se envía. • Si no existe la referencia un paquete ARP de emisión general, con la dirección IP destino, es generado y enviado. • Todos los equipos en la red física reciben el mensaje general y comparan la dirección IP que contiene con la suya propia, enviando un paquete de respuesta que contiene su dirección IP. • La computadora origen actualiza su tabla temporal y envía el paquete IP original, y los subsecuentes, directamente a la computadora destino. Fig. 1.10 Protocolo ARP Fuente: Articulo Address Resolution Protocol (ARP), http://www.danzig.us/tcp-ip-lab/ibm- tutorial/3376c28.html El funcionamiento de ARP no es tan simple como parece. Supóngase que en una tabla de conversión exista un mapeo de una máquina que ha fallado y se le ha reemplazado la interface de red; en este caso los paquetes que se transmitan hacia ella se perderán pues ha cambiado la dirección física, por tal motivo la tabla debe eliminar entradas periódicamente. En la siguiente tabla se muestra el Formato de mensaje del ARP. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 32 Fig. 1.11 Formato de mensaje del ARP Fuente: Articulo Address Resolution Protocol (ARP), http://www.danzig.us/tcp-ip-lab/ibm- tutorial/3376c28.html El formato de mensaje de ARP no es fijo, lo que le permite ser usado por otros protocolos de alto nivel. El ejemplo muestra el formato para un mensaje ARP utilizando Ethernet, en donde la longitud de la dirección física es de 42 bits. 1.10. Protocolos de mensaje de control y error de internet (ICMP) El Protocolo de Mensajes de Control y Error de Internet, ICMP, es de características similares a UDP, pero con un formato mucho más simple, y su utilidad no está en el transporte de datos de usuario, sino en controlar si un paquete no puede alcanzar su destino, si su vida ha expirado, si el encabezamiento lleva un valor no permitido, si es un paquete de eco o respuesta, etc. Es decir, se usa para manejar mensajes de error y de control necesarios para los sistemas de la red, informando con ellos a la fuente original para que evite o corrija el problema detectado. ICMP proporciona así una comunicación entre el software IP de una máquina y el mismo software en otra. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 33 Mensajes informativos Entre estos mensajes hay algunos de suma importancia, como los mensajes de petición de ECO (tipo 8) y los de respuesta de Eco (tipo 0). Las peticiones y respuestasde eco se usan en redes para comprobar si existe una comunicación entre dos host a nivel de capa de red, por lo que nos pueden servir para identificar fallos en este nivel, ya que verifican si las capas física (cableado), de enlace de datos (tarjeta de red) y red (configuración IP) se encuentran en buen estado y configuración. Mensajes de error En el caso de obtener un mensaje ICMP de destino inalcanzable, con campo "tipo" de valor 3, el error concreto que se ha producido vendrá dado por el valor del campo "código", pudiendo presentar los siguientes valores que se muestran en la parte derecha. Este tipo de mensajes se generan cuando el tiempo de vida del datagrama a llegado a cero mientras se encontraba en tránsito hacia el host destino (código=0), o porque, habiendo llegado al destino, el tiempo de reensamblado de los diferentes fragmentos expira antes de que lleguen todos los necesarios código=1). Los mensajes ICMP de tipo = 12 (problemas de parámetros) se originan por ejemplo cuando existe información inconsistente en alguno de los campos del datagrama, que hace que sea imposible procesar el mismo correctamente, cuando se envían datagramas de tamaño incorrecto o cuando falta algún campo obligatorio. Por su parte, los mensajes de tipo = 5 (mensajes de redirección) se suelen enviar cuando, existiendo dos o más routers diferentes en la misma red, el paquete se envía al router equivocado. En este caso, el router receptor devuelve el datagrama al host origen junto con un mensaje ICMP de redirección, lo que hará que éste actualice su tabla de enrutamiento y envíe el paquete al siguiente router. 1.11. Protocolos de configuración de servicio dinámico (DHCP) El DHCP (sigla en inglés de Dynamic Host Configuration Protocol) es un protocolo de red que permite a los nodos de una red IP obtener sus parámetros de configuración automáticamente. Se trata de un protocolo de tipo cliente/servidor en el que generalmente un servidor posee una lista de direcciones IP dinámicas y las va asignando a los clientes conforme éstas van estando libres, sabiendo en todo momento quién ha estado en posesión de esa IP, cuánto tiempo la ha tenido y a quién se la ha asignado después. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 34 Provee los parámetros de configuración a las computadoras conectadas a la red informática con el protocolo TCP/IP (Máscara de red, puerta de enlace y otros) y también incluyen mecanismo de asignación de direcciones de IP. Este protocolo se publicó en octubre de 1993, estando documentado actualmente en la RFC 2131. Sin DHCP, cada dirección IP debe configurarse manualmente en cada ordenador y, si el ordenador se mueve a otro lugar en otra parte de la red, se debe configurar otra dirección IP diferente. El DHCP le permite al administrador supervisar y distribuir de forma centralizada las direcciones IP necesarias y, automáticamente, asignar y enviar una nueva IP si el ordenador es conectado en un lugar diferente de la red. El protocolo DHCP incluye tres métodos de asignación de direcciones IP: 1. Asignación manual o estática: Asigna una dirección IP a una máquina determinada. Se utiliza cuando se quiere controlar la asignación de dirección IP a cada cliente, y evitar que se conecten clientes no identificados. 2. Asignación automática: Asigna una dirección IP de forma permanente a una máquina cliente la primera vez que hace la solicitud al servidor DHCP y hasta que el cliente la libera. Suele utilizarse cuando el número de clientes no varía demasiado. 3. Asignación dinámica: el único método que permite la reutilización dinámica de las direcciones IP. El administrador de la red determina un rango de direcciones IP y cada computadora conectada a la red está configurada para solicitar su dirección IP al servidor cuando la tarjeta de interfaz de red se inicializa. El procedimiento usa un concepto muy simple en un intervalo de tiempo controlable. Esto facilita la instalación de nuevas máquinas clientes a la red. Algunas implementaciones de DHCP pueden actualizar el DNS asociado con los servidores para reflejar las nuevas direcciones IP mediante el protocolo de actualización de DNS establecido en RFC 2136 (Inglés). El DHCP es una alternativa a otros protocolos de gestión de direcciones IP de red, como el BOOTP (Bootstrap Protocol). DHCP es un protocolo más avanzado, pero ambos son los usados normalmente. En Windows 98 o posterior, cuando el DHCP es incapaz de asignar una dirección IP, se utiliza un proceso llamado "Automatic Private Internet Protocol Addressing". Universidad Nacional Autónoma de México pág. 35 1.12. Protocolos de inicio de sesión (SIP) SIP (Session Initiation Protocol) fue desarrollado por la IETF (RFC32611); por tanto su desarrollo está orientado a la integración con aplicaciones y servicios de Internet. Tiene mayor flexibilidad para incorporar nuevas funciones y su implementación es más simple. Fig. 1.12 Protocolo SIP Fuente: Articulo “Resumen del protocolo SIP”, http://www.voip.unam.mx/ SIP es un protocolo de la capa de Aplicación del Stack de Protocolos TCP/IP. Cómo se puede observar, está relacionado estrechamente con el Protocolo SDP y coexiste junto con otros protocolos del mismo nivel y funciones, como lo son: Megaco y H323. El protocolo SIP es un protocolo de señalización para VoIP. Sus principales funciones son: • Establecer, modificar y finalizar sesiones entre dos o más participantes. • Registro y localización de participantes. Movilidad. • Gestión del conjunto de participantes y de los componentes del sistema. • Descripción de características de las sesiones y negociación de capacidades de los participantes. Algunas de sus características son: • Basado en Texto • Sintaxis similar a HTTP o SMTP. • Uso de URIs (con esquemas sip, sips y tel). • Métodos básicos: INVITE, ACK, BYE, CANCEL, REGISTER, OPTIONS. • Los mensajes se agrupan en transacciones y llamadas. Universidad Nacional Autónoma de México pág. 36 • Generalmente, el cuerpo de los mensajes contiene descripciones de sesiones multimedia (SDP). • Códigos de respuesta similares a los de HTTP. (Ejemplo: 200 – OK) • Localización basada en DNS. • Cabeceras como método de ampliación. El protocolo SIP no es un protocolo de propósito general. Como ya se mencionó anteriormente, su objetivo es ayudar a establecer y finalizar la comunicación. SIP se ayuda de otros protocolos para lograr una llamada telefónica, una sesión de video conferencia o de Mensajería Instantánea, etc. Los protocolos que apoyan comúnmente a SIP son: SDP y RTP (RTCP). RTP es usado para transportar los datos multimedia en tiempo real mientras que SDP se emplea para describir y codificar las características y capacidades de los participantes en la sesión. SIP es un protocolo de señalización orientado a conexiones end-to-end. Esto significa que toda la lógica se encuentra almacenada en los dispositivos finales (salvo el ruteo de mensajes SIP). La ventaja es la escalabilidad que se obtiene pues los servers no son saturados con mensajes SIP. La desventaja de esto es que los encabezados son mucho mayores. 1.13. Ventajas de voz sobre IP en red local Las principales ventajas de la Voz sobre IP son las de instalación y cableado, las de movilidad de los puestos y la posibilidad de puestos remotos, así como también se tiene: • Una incrementada eficiencia para reducir tiempo y costos. • La mejor dirección de información y control. • Personalizados e integrados telecoms y sistemas IT para incrementar procesos en los negocios para ser estratégicamente competitivo. • Integración sobre la intranet de la voz como un servicio más de la red, tal como otros servicios informáticos. • Las redes IP son la red estándar universal para la Intranet y Extranets. • Estándares H.323. • Interoperabilidad de diversos proveedores. • Uso de las redes de
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