Fernando Lorgeflorge@unlu.edu.ar

Voz sobre IP(VoIP)

- 2017 -

Laboratorio de REDESRecuperación de Informacióny Estudios de la Web

Administración y Gestión de RedesLic. en Sistemas de Información

Voz sobre IP

Comunicaciones Telefónicas:

● En telefonía tradicional:

– Señalamiento: SS7 (signaling system 7). (ITU-T)

● POTS – Tip&Ring, FXO, FXS, PBX, Líneas, Troncales, Central Office.

● Señalamiento en banda DTMF

Voz sobre IP

Comunicaciones Telefónicas:

● Transmisión:

– PCM (Pulse Code Modulation) ITU-T G.711

● Canal de transmisión tradicional:

– Por qué 64kbps? (Nyquist):

– 8 x bits/sample x 8000 samples/sec

– DS0

Voz sobre IP

Comunicaciones Telefónicas sobre IP:

Arquitectura:

● Señalización (Signaling o call management)

● Transmisión de datos.

● Soporte

Voz sobre IP

Comunicaciones Telefónicas sobre IP:

● Señalización:– Localización– Establecimiento de llamadas (call setup)– Características de la sesión– Terminación de llamadas

● Transmisión:– Encapsulamiento de datos de audio (y vídeo)– Secuenciamiento, Marcas de tiempo, Identificación

● Soporte– Autoconfiguración, Calidad de Servicio– Autenticación, Autorización, Contabilidad entre dominios

Voz sobre IP

Comunicaciones Telefónicas sobre IP:

● Protocolos de Señalización:

– SIP (IETF)– H323 (ITU-T)– SCCP (Cisco)– AIX (Digium) ...

● Protocolos de Transmisión:

– RTP (IETF) mayormente. (junto con RTCP)

Voz sobre IP

Transmisión de audio

● DAC (Digital Audio Convertion)

● CODEC (Codificador Decodificador):

– Convertir señal analógica en una serie de muestras discretas.

– Frecuencia de muestreo

– Resolución

– Packet Rate

Voz sobre IP

Transmisión de audio

Voz sobre IP

Transmisión de audioCODECS mas utilizados

● G.711 (PCM): A-law o μ-Low.

● G.722 (SB-ADPCM) Subband Adaptive Differential PCM.

● G.723.1 Dual-Rate Speech Coder for Multimedia Communications

– 5.3Kbps—Algebraic Code Excited Linear Prediction (ACELP)

– 6.3 Kbps—Multipulse Maximum Likelihood Quantization (ML-MLQ)

● G.726 - Adaptive Differential PCM encoding. (ADPCM)

● G.729 - Conjugate Structure ACELP(Algebraic code-excited linear prediction)

● ILBC – Internet Low bitratw Codec (block-independent linear predictive coding)

● Speex – Code-Excited linear prediction (CELP)

● GSM - Linear predictive coding (LPC)

Voz sobre IP

Transmisión de audioOverhead

● G711 sobre ethernet:

– Codec Payload: 64.000 bps / 50 = 160 B (packet interval 20 msec)

– Overhead capa 2 (Ethernet) = 18 (+ 802.1Q (4)) = 22 B

– Overhead capa 3 (IP) = 20 B

– Overhead capa 4 (UDP: 8 B + RTP: 12 B) = 20 B

– Paquetes por segundo: 50 (1000 msec / 20 msec)

● Total = (160 + 22 + 20 + 20) * 50 = 88.800 bps

Voz sobre IP

Comparación de CODECS

http://www.speex.org/comparison/

Voz sobre IP

Comparación de CODECS – Opus (RFC 6716)

http://opus-codec.org/comparison/

Voz sobre IP

Tiempo de transcodificación en Servidor Asterisk

g723 gsm ulaw alaw g726 adpcm slin lpc10 g729 speex speex16 ilbc g726aal2 g722

g723 15 15 15 15 15 9 15 15 15 23 15 15 17,25

gsm 15 15 15 15 15 9 15 15 15 23 15 15 17,25

ulaw 15 15 9,15 15 15 9 15 15 15 23 15 15 17,25

alaw 15 15 9,15 15 15 9 15 15 15 23 15 15 17,25

g726 15 15 15 15 15 9 15 15 15 23 15 15 17,25

adpcm 15 15 15 15 15 9 15 15 15 23 15 15 17,25

slin 6 6 6 6 6 6 6 6 6 14 6 6 8,25

lpc10 15 15 15 15 15 15 9 15 15 23 15 15 17,25

g729 15 15 15 15 15 15 9 15 15 23 15 15 17,25

speex 15 15 15 15 15 15 9 15 15 23 15 15 17,25

speex16 23,5 23,5 23,5 23,5 23,5 23,5 17,5 23,5 23,5 23,5 23,5 23,5 15

ilbc 15 15 15 15 15 15 9 15 15 15 23 15 17,25

g726aal2 15 15 15 15 15 15 9 15 15 15 23 15 17,25

g722 15,6 15,6 15,6 15,6 15,6 15,6 9,6 15,6 15,6 15,6 15 15,6 15,6

H.323

ITU-T Recommendation H.323

● Componentes:

● Terminal● Gatekeeper● Gateway● Multipoint Control Unit

● Protocolos de señalización:

● H.225 (Call setup)● H.245 (Capabilities negotiation)

● Protocolos de trasmisión de medios:

● RTP/RTCP

H.323

Modo de operación

H.245 puede ser incluido en los mensajes H.225

H.323

Modo de operación

Señalización a través de gatekeeper

H.323

Modo de operación

Interacción con PSTN

Session InitiationProtocol

Session Initiation Protocol (SIP)RFC 3261

● Componentes:

● User Agent (Terminal)● Registrar Server● Proxy Server● Redirect Server

● Protocolos de señalización:

● SIP (Call setup)● SDP (Capabilities negotiation)

● Protocolos de trasmisión de medios:

● RTP/RTCP

Session InitiationProtocol

Escenario inicial básico

Session InitiationProtocol

Session Initiation Protocol (SIP)RFC 3261

● SIP es un protocolo basado en texto que utiliza el juego de caracteres UTF-8.

● Un mensaje SIP es un requerimiento de un cliente a un servidor o una respuesta de un servidor a un cliente.

User Agent Client (UAC) ↔ User Agent Server (UAS)

● Los mensajes de peticiones y respuestas (Request and Response messages) utilizan el formato básico definido en RFC 2822.

Session InitiationProtocol

Protocolo SIPEstructura de Mensajes:

● Línea inicial (start-line)● Uno o mas campos de encabezados (header fields),● Una línea en blanco que indica la finalización de los encabezados,● Opcionalmente un cuerpo de mensaje (message-body)

generic-message = start-line *message-header CRLF [ message-body ] start-line = Request-Line / Status-Line

Session InitiationProtocol

Estructura de Mensajes (Request)

Request-Line = Method SP Request-URI SP SIP-Version CRLF

● Métodos:● REGISTER para registrar información de contacto● INVITE, ACK, and CANCEL para establecimiento de sesiones● BYE para terminar sesiones● OPTIONS para consultar a los servidores por sus capacidades

● Request-URI:● The Request-URI us un URI SIP o SIPS. Indica el usuario o servicio al

cual se destina la solicitud

● SIP-Version: "SIP/2.0"

Session InitiationProtocol

Estructura de Mensajes (Response)

Status-Line = SIP-Version SP Status-Code SP Reason-Phrase CRLF

● Status code:● 1xx: Provisional – solicitud recibida, se continúa procesando● 2xx: Success – la acción fue recibida exitosamente, comprendida y

aceptada.● 3xx: Redirection – se requiere realizar alguna acción adicional para

completar la petición● 4xx: Client Error – la petición contiene errores de sintaxis o no puede

ser satisfecha por este servidor● 5xx: Server Error – el servidor no puede completar una petición

aparentemente válida● 6xx: Global Failure – la petición no puede ser satisfecha

en ningún servidor

Session InitiationProtocol

Estructura de Mensajes:

● Header Fields:

● header = "header-name" HCOLON header-value *(COMMA header-value)

● field-name: field-value

● Ej.: Route: <sip:alice@atlanta.com>,<sip:carol@chicago.com>

● field-name: field-value *(;parameter-name=parameter-value)● Ej.: Contact: <sip:alice@atlanta.com>;expires=3600

Session InitiationProtocol

Estructura de Mensajes:

● Bodies (opcional):

● El tipo de contenido (media type) del cuerpo del mensaje DEBE especificarse en el campo de encabezado Content-Type

● Content-Encoding (si se utiliza alguna codificación -compresión-)● Content-Length (longitud)● La interpretación del cuerpo del mensaje depende del método.

Session InitiationProtocol

Establecimiento de llamada VOIP

Session InitiationProtocol

Request Message

● Headers mínimos:● To

● To: Carol <sip:carol@chicago.com>● From

● From: "Bob" <sips:bob@biloxi.com> ;tag=a48s● Cseq

● CSeq: 4711 INVITE● Call-Id

● Call-ID: f81d4fae-7dec-11d0-a765-00a0c91e6bf6@foo.bar.com● Max-Forwards

● Max-Forwards: 70● Via

● Via: SIP/2.0/UDP pc33.atlanta.com;branch=z9hG4bK776asdhds● Contact (Invite request)

● <sip:bob@192.0.2.4>

Session DescriptionProtocol

Session Description Protocol - SDP(RFC 4566)

“El objetivo de SDP es transmitir información acerca de los flujos en sesiones multimedia para permitir a los destinatarios participar en la sesión”

● Una descripción de sesión SDP incluye:– Nombre de Sesión y propósito– Tiempo(s) en que la sesión es activa– Los medios que componen la sesión– Información para recibir esos medios (direcciones, puertos, formatos, etc.)

● Adicionalmente:– Información acerca del bandwidth a utilizar por la sesión– Información de contacto de la persona responsable de la sesión

Session DescriptionProtocol

Session Description Protocol - SDP(RFC 4566)

● Media Information:– El tipo de contenido (video, audio, etc.)– El protocolo de transporte (RTP/UDP/IP, H.320, etc.)– El formato del contenido (H.261 video, MPEG video, etc.)

● Direcciones y puertos:– Unicast:

● La dirección remota● El número de puerto

– Multicast:● La dirección del grupo multicast● El número de puerto

Session DescriptionProtocol

Session Description Protocol - SDP(RFC 4566)

● Una descripción de sesión SDP consiste de líneas de texto de la forma:

<type>=<value>

● <type>: Un carácter

● <value>: Texto estructurado cuyo formato depende de <type>

● Los nombres de campos y atributos de SDP sólo utilizan el subconjunto de caracteres US-ASCII de UTF-8

● Los valores de los atributos y campos textuales pueden utiliar elconjunto de caracteres ISO 10646 completo

Session DescriptionProtocol

Session Description Protocol - SDP(RFC 4566)

● Descripción de sesion:

– v= (protocol version)– o= (originator and session identifier)– s= (session name)– i=* (session information)– u=* (URI of description)– e=* (email address)– p=* (phone number)– c=* (connection information -- not required if included in all media)– b=* (zero or more bandwidth information lines)– One or more time descriptions– z=* (time zone adjustments)– k=* (encryption key)– a=* (zero or more session attribute lines)– Zero or more media descriptions

Session DescriptionProtocol

Session Description Protocol - SDP(RFC 4566)

● Descripción temporal:

– t= (time the session is active)– r=* (zero or more repeat times)–

● Descripción de medio/s: (si existe/n)

– m= (media name and transport address)– i=* (media title)– c=* (connection information -- optional if included at session level)– b=* (zero or more bandwidth information lines)– k=* (encryption key)– a=* (zero or more media attribute lines)

Session DescriptionProtocol

Session Description Protocol - SDP(RFC 4566)

Ejemplo:

v=0o=jdoe 2890844526 2890842807 IN IP4 10.47.16.5s=SDP Seminari=A Seminar on the session description protocolu=http://www.example.com/seminars/sdp.pdfe=j.doe@example.com (Jane Doe)c=IN IP4 224.2.17.12/127t=2873397496 2873404696a=recvonlym=audio 49170 RTP/AVP 0m=video 51372 RTP/AVP 99a=rtpmap:99 h263-1998/90000

Real TimeProtocol

Real Time Protocol – (RTP)RTP Control Protocol (RTCP)

RFC 3550

“Proporciona servicio de entrega extremo-a-extremo para datos con características de tiempo real, como audio y video interactivo”

● Real-time transport protocol (RTP), para transportar datos con propiedades de tiempo real.

● RTP control protocol (RTCP), para monitorear la calidad del servicio.

Real TimeProtocol

Real Time Protocol (RTP) - RTP Control Protocol (RTCP)RFC 3550

● Provee:

● Identificación de tipo de carga

● Numeración de secuencia

● Marcas de tiempo

● Monitoreo de entrega

● Usualmente sobre UDP (puertos no privilegiados 1024-65535):

IPHeader

UDPHeader

Datos (audio, video..)RTPHeader

Real TimeProtocol

Encabezado RTP

0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |V=2|P|X| CC |M| PT | sequence number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | timestamp | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | synchronization source (SSRC) identifier | +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+ | contributing source (CSRC) identifiers | | .... | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

V=VersiónP=PaddingX=ExtensiónCC=Cantidad de CSCRM=MarkerPT=Payload Type (profiles definidos en RFC 3551 o dinámicos)

Real TimeProtocol

RTCP

● RTCP intercambia información de control de manera periódica entre los participantes de una sesión:

● Provee feedback sobre la calidad de la distribución de datos. Permite controlar codificaciones adaptables.

● Provee nombres canónicos para las fuentes.

● Todos los participantes envían paquetes RTCP. La tasa a la que se envían es calculada acorde a la cantidad de participantes.

● Opcionalmente conducir información mínima de control de sesión.

Real TimeProtocol

RTCPTipos de paquetes

● SR, Sender Report: estadísticas de transmisión y recepción de los participantes que son emisores activos. (id de fuente, timestamps, paquetes enviados, datos enviados)

● RR, Receiver Report: estadísticas de recepción de los participantes que no son emisores activos. (id de fuente, paquetes perdidos -porcentaje desde último reporte y acumulado-, max nro de secuencia recivido, jitter, último SR recibido, delay desde último SR)

● SDES, Source Description: descripción de emisores, incluyendo CNAME

● BYE: Indica el final de la participación

● APP: Funciones específicas de aplicación

Próxima: Práctica VoIP

Bibliografía:

Packet Guide to Voice over IP: A system administrator's guide to VoIP technologies. Bruce Hartpence. O'Reilly Media. 2013

Switching to VoIP. Ted Wallingford. O'Reilly Media. 2005

Bibliografía