INTRODUCCIÓN A LA VoIPElastix®

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La voz sobre IP o VoIP consiste en transmitir voz sobre

protocolo IP.

El concepto es muy amplio y existen muchas alternativas de

protocolos. Es una verdadera sopa de protocolos.

La voz se paquetiza para poder ser transmitida en una red IP.

El protocolo IP no fue diseñado específicamente para

transportar voz.

¿Qué es VoIP?

VoIP: Una sopa de protocolos

Uno de los protocolos más conocidos.

Su nombre viene de Internet Protocol.

Este protocolo ofrece un servicio “sin garantías” también llamado del “mejor esfuerzo”.

Los paquetes pueden llegar en desorden y son reordenados en destino.

Protocolo IP

Inclusive paquetes se pueden perder en el viaje.

Este desorden y pérdida de paquetes puede afectar la calidad de voz.

Pese a todo se han encontrado maneras inteligentes de resolver estos problemas lo mejor posible.

Protocolo IP

Es un número único que identifica a un host conectado a una red IP.

Consta de 32 bits o 4 octetos. En la práctica se usa una notación donde cada octeto se traduce a decimal y se separa con un punto. Un ejemplo de dirección IP es 130.5.5.26

Una dirección IP está compuesta por dos partes, una identifica al host y la otra identifica a la red a la cual pertenece dicho host.

Para encontrar estas partes se utiliza otro parámetro llamado máscara de red.

Dirección IP (1)

La máscara de red es un número binario de 32 bits que también se representa en una notación similar a una dirección IP.

Empieza con unos y continúa así hasta alcanzar un número de unos igual a la porción de la dirección IP que corresponde a la red.

Dirección IP (2)

Por tanto en el ejemplo anterior obtenemos que la dirección IP 130.5.5.26 con máscara 255.255.255.0 pertenece a la red 130.5.5.0

La máscara anterior fue una máscara de 24 bits, ya que habían 24 ”unos”.

Una vez conocida la red donde se encuentra el host que queremos ubicar ya es más fácil encaminar los paquetes IP a su destino.

Los ruteadores almacenan tablas de rutas o reglas de cómo ubicar a otras redes.

Dirección IP (3)

Un paquete IP contiene toda la información necesaria para llegar a destino.

Se podría dividir en dos partes: cabecera y carga útil.

La cabecera es la que contiene la información referente al paquete.

Esta cabecera disminuye ligeramente la cantidad de información que se puede transportar ya que ocupa espacio.

La carga útil puede encapsular a su vez otros protocolos como por ejemplo UDP o TCP.

Paquetes IP (1)

Cabecera de un paquete IP

Paquetes IP (2)

Para que los paquetes lleguen a destino es necesario de enrutadores o ruteadores.

Los ruteadores son dispositivos con tablas de rutas.

La tabla de rutas consta de redes destino y para cada una la dirección IP del ruteador que permite alcanzarlas.

El ruteador que nos permite salida a otras redes se denomina gateway.

El paquete IP que llega al ruteador se examina para ver a qué red pertenece, se elije la ruta adecuada y se lo envía para allá.

Direccionamiento IP

Es un protocolo de transporte.

Se monta sobre protocolo IP para controlar errores en la transmisión y que los paquetes sean recibidos por las aplicaciones en el mismo orden en que fueron enviados.

Para llevar a cabo su misión TCP necesita acarrear información adicional que agrega peso al paquete.

Por eso no es muy recomendado para aplicaciones de tiempo real como la voz.

Protocolo TCP (1)

Sin embargo sí puede servir para la señalización de voz.

TCP introduce el concepto de puerto.

Un puerto es una abstracción que nos permite relacionar flujos de datos con servicios de red.

Por ejemplo, el puerto 80 corresponde al servicio de Web o protocolo HTTP.

Protocolo TCP (2)

UDP (User Datagram Protocol) es otro protocolo de transporte.

Divide la información en paquetes llamados datagramas.

Se diferencia con TCP en que a este protocolo no le importa si los datos llegan con errores o inclusive si llegan o no.

Por lo mismo introduce poco peso extra al paquete IP por lo que lo hace más idóneo para aplicaciones de tiempo real como la voz.

Protocolo UDP

Al igual que con la telefonía tradicional es necesario señalizar las llamadas VoIP.

Existen algunas alternativas aquí de protocolos de señalización como SIP, H323, MGCP, IAX2, entre otros.

Los más populares sobre Asterisk son SIP e IAX.

Con respecto a SIP o H323, muchas personas se confunden y piensan que la voz se transmite por este protocolo pero es sólo la señalización.

Señalización de VoIP

El transporte de la voz se lleva a cabo por el protocolo RTP.

RTP significa Realtime Transport Protocol.

El protocolo RTP es quien realmente transporta el audio codificado.

RTP se transporta sobre UDP.

En SIP el audio se transmite por RTP una vez que se haya negociado el puerto de red entre Elastix y el endpoint o teléfono.

Transporte de VoIP

Relación entre protocolos

Para transmitir la voz adecuadamente se la codifica.

Luego de codificarla que se la monta sobre RTP.

La codificación puede servir para disminuir la probabilidad de error o también para minimizar el ancho de banda utilizado.

Para codificar se utiliza un codec, que es un algoritmo.

Existen diferentes codecs. Cada uno con sus pros y contras.

Codificación de la voz

Uno de los codecs más usados de todos los tiempos.

Proviene de un estándar ITU-T que fue liberado en 1972.

Viene en dos sabores llamados μ-Law (usado en Europa) y a-Law (usado en USA).

Ventaja 1: Buena calidad de voz ya que usa 64kbit/s, es decir un muestreo de 8 bits a 8kHz.

Ventaja 2: Ya viene habilitado en Elastix, no hay que pagar por él.

Desventaja: Ocupa mucho ancho de banda. No es recomendable para conexiones con poco BW.

G.711

También un codec muy popular.

Licenciado por Intel.

Ventajas: Una muy grande y es que comprime muy bien la voz sin deterioro significativo de la calidad.

Desventaja 1: Se licencia por canal de voz. Aproximadamente USD$10 por canal.

Desventaja 2: Pese a que no deteriora significativamente la voz la calidad es menor que si se usa G.711.

G.729

También bueno comprimiendo voz.

Está relacionado con el estándar de telefonía celular GSM(Global System for Mobile communications), de allí su nombre.

Comprime muy bien la voz con una calidad similar a celular.

Viene habilitado por defecto en Elastix.

Bueno como alternativa a G.729 aunque su calidad de audio es ligeramente inferior a G.729.

GSM

Los diversos protocolos envian data adicional a la voz.

Tenemos a Ethernet, IP, UDP, RTP.

Eso hace que el ancho de banda real para transmitir voz sea mayor al del codec.

Por ejemplo, para transmitir voz usando G.711 en teoría deberíamos usar 64Kbps (peso del codec) pero en realidad usamos 95.2Kbps de BW.

En otros codecs más compresores la sobrecarga es incluso más significativa (porcentualmente hablando).

Sobrecarga de protocolos (1)

Sobrecarga de protocolos (2)

Calculemos el ancho de banda para G.711

Bytes transmitidos cada 20ms

38 + 20 + 12 + 8 + 160 = 238 bytes

Bits transmitidos cada 20ms

238 bytes * 8 bits/byte = 1904 bits

Bits transmitidos cada segundo

1904 bits/frame * 50 frames/seg. = 95,200 bits/segundo = 95.2Kbps!

Sobrecarga de protocolos (3)

Tabla de ancho de banda real para algunos codecs (usando Ethernet):

* Para estos códec, otros anchos de banda también pueden ser usados.

Codec BW codec BW real (ethernet)

G.711 64 Kbps 95.2 Kbps

G.726* 32 Kbps 63.2 Kbps

iLBC* 15.2 Kbps 46.4 Kbps

GSM 13 Kbps 43.7 Kbps

G.729A 8 Kbps 39.2 Kbps

Comparativa Codecs

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