Realizado por: Alberto Villaescusa Ruiz Dirigido por...

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Realizado por: Alberto Villaescusa RuizDirigido por: Eduardo Casilari Pérez

Dpto. Tecnología Electrónica - Universidad de Málaga

Málaga Fecha 4–Octubre-06

Diseño de una red de telefonía IP con calidad de servicio

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1. Introducción

2. Especificaciones de partida

3. Tecnologías de voz sobre paquetes

4. Protocolos de VoIP

5. Diseño de la red

6. Presupuesto

7. Conclusiones

Índice de contenidos

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1. Introducción

• Tendencia creciente a ofrecer redes que integren diferentes servicios.

• Mejor aprovechamiento del ancho de banda

• La arquitectura de PSTN no es la idónea para transportar datos, a la vez que no permite la creación e integración rápida de nuevos servicios.

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1. Introducción

• El objetivo de este proyecto es realizar el diseño de red para una hipotética empresa que desea ofrecer servicios de telefonía sobre su infraestructura de acceso a Internet.

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Modem

Modem DSLAM

RouterEdge

BACKBONE IP

Modem

Ordenador

Ordenador

Ordenador

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• Los abonados podrán realizar llamadas a otros abonados de la red VoIP y a abonados de la red PSTN. Los abonados dispondrán de un servicio de buzón de voz.

• Se reutilizará en la medida de lo posible el equipamiento del que ya dispone el operador.

• Los usuarios finales no van a poseer teléfonos IP.

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• El 20% del tráfico originado pertenece a empresas y el resto a usuarios particulares.

• La calidad del servicio deberá ser mayor para usuarios corporativos.

• Debe ser posible tarificar las llamadas.

• La red se podrá supervisar y controlar.

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3. Tecnologías de Voz sobre paquetes

• Voz sobre Frame Relay• Fragmentación del PVC

• Multiplexación del servicio

• VoFR

• Voz sobre ATM

• Voz sobre IP

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• ¿Por qué VoIP?

• Razones comerciales

• Presencial universal de IP

• Maduración de las tecnologías

• La migración a redes de datos

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Tecnologías presentes en WAN en EEUU ([Baird’03])

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4. Protocolos de VoIP• Protocolos de control de llamadas

• H.323. Media Gateway – Gatekeeper – Media Gateway

• MGCP. Media Gateway Controller – Media Gateway

• SIP. Media Gateway – Media Gateway

• MEGACO. Media Gateway Controller – Media Gateway

• Protocolos de transporte de medios• RTP

• Protocolo de transporte de señalización• SCTP

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4. Protocolos de VoIP

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• Esquema de la red

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• Zona de acceso de abonados

• Introducción de un Media Gateway Residencial

• Marcado de paquetes en los routers frontera.

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5. Diseño de la red• Acceso de abonados

Ordenador

Teléfono

HGW

Ordenador

Teléfono

HGW

Ordenador

Teléfono

HGW BACKBONE IPDEL

OPERADORDSLAMEdge

RED DETRANSPORTE

Router

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5. Diseño de la red• Elección del codec: G.729A y G.711

3.65≈30.006.3, 5.3MultirateCELP

G.723.1

3.7≈15.008CS-ACELPG.729A

3.61≈2.516LD-CELPG.728

3.85<1.0032, 16, 24, 40

ADPCMG.726

4.1<1.0064PCMG.711

MOSRetardo de conversión

(ms)

Ancho de banda (Kbps)

DescripciónStandard ITU

Estandards de codificación ITU

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5. Diseño de la red• Zona POP: nodos para la gestión de Voz sobre IP

Routers deinterconexión

BACKBONE IP DEL

OPERADOR

IPIP

Access

Routers

IPIP

Access

Routers

ZONA DE SERVIDORES

ZONA DE VoIP

SwitchesEthernet

RED EXTERNA

RED INTERNA

RED ADMINISTRACIÓN

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5. Diseño de la red• Diagrama lógico

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5. Diseño de la red• Conexionado

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• Zona de acceso a PSTN

PSTNSSP MG

BACKBONE IP DEL OPERADOR

SG/MGC

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5. Diseño de la red• Arquitectura completa

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• Flujo de llamadasabonado VoIP a abonado VoIP

HGW A GK HGW BBSC

Radius

H.225

RTP flow

H.225

H.225

H.245

H.245

H.225

Radius

Radius

RadiusH.225

H.225

H.225

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• Flujo de llamadas de un abonado VoIP a PSTN

RadiusMGHGW A GK MGCBSC

Radius

H.225

RTP flow

H.225

H.225

H.245

H.245

H.225

H.225 Radius

MGCP

MGCP

MGCP

MGCP

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• Flujo de llamadasdesde PSTN a un abonado VoIP

RadiusMGHGW A GK MGCBSC

H.225

RTP flow

H.225

H.225

H.245

H.225

H.225 Radius

MGCP

MGCP

MGCP

MGCP

RadiusH.225

H.245

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• Dimensionamiento• Cálculo del ancho de banda

• Cálculo del tráfico medio ofrecido en Hora Cargada

• Fórmula de Erlang B ped

hMCHenErlangsenestimadoMedioTráfico⋅⋅⋅

⋅=

60

∑=

=

N

i

i

N

iA

NA

GoS

0 !

!

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5. Diseño de la red• Fórmula de Erlang B extendida

Tráficototal

ofrecido

Marcar el

paquete

Manejo dela llamadabloqueada

Tráficoofrecidoinicial

Bloqueada

Sí Conectada ala primeraelección

Conectada ala segunda

elección

Llamadaperdida

Primeraopción

disponible

No

Reintento

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• Dimensionamiento

RESULTADOSMinutos mes 14166666,67llamadas/seg BH 7,18755285llamadas simultáneas BH 1293,759513Erlangs en BH 1873,897707Canales de 64 kbps necesarios 1914Número de E1 64Número total teléfonos 46000Minutos/ año y teléfono 3695,652174Minutos/ mes y teléfono 307,9710145

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5. Diseño de la red• Dimensionamiento

Datos codificador G.729Periodo muestra 10 msBW del codificador 8 KbpsFrecuencia 100 muestras/segTamaño de la muestra 10 bytes/muestra

DATOSTamaño cabecera IP 20 bytesTamaño cabecera UDP 8 bytesTamaño cabecera RTP 12 bytesPayload 10 bytesTotal 50 bytes

DATOSPreámbulo Ethernet + Delimitador de trama 8 bytesTamaño cabecera Ethernet 14 bytesCRC 4 bytesEspacio entre tramas 12 bytesTotal 38 bytes

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• DimensionamientoCálculo del ancho de banda G.729 1 muestra/paquete 2 muestras/paquete 3 muestras/paqueteBW para 1 llamada (IP) 40 24 18,6666648 KbpsBW para 1 llamada (Ethernet) 70,4 39,2 28,79999712 KbpsBW total (IP) 61,248 36,7488 28,58239714 MbpsBw total (Ethernet) 107,79648 60,02304 44,09855559 MbpsBw total de señalización 0,012144089 0,00676205 0,006210045 MbpsBw total (Ethernet) + Señalización 107,8086241 60,02980205 44,10476564 Mbps

Cálculo del ancho de banda G.711 1 muestra 2 muestras BW para 1 llamada (IP) 80 72 KbpsBW para 1 llamada (Ethernet) 95,2 79,6 KbpsBW total (IP) 30,624 27,5616 MbpsBw total (Ethernet) 36,44256 30,47088 MbpsBw total de señalización 0,00410553 0,003432775 MbpsBw total (Ethernet) + Señalización 36,44666553 30,47431278 Mbps

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• Dimensionamiento

Cálculo del ancho de banda totalBw total llamadas G.729 107,8086241 MbpsBw total llamadas G.711 36,44666553 MbpsBw total 144,2552896 Mbps

Conclusión: Se necesitarán enlaces de 1Gbps

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FirewallJuniper Netscreen SSG 550

Servidor NTP, FTP y RadiusHP Proliant DL 360G4p

Equipo de BackendNetcentrex

BSCNeotip NeoXBC

Router de fronteraJuniper ERX 710

Switch EthernetCisco Catalyst 3560-24TS

Switch EthernetCisco Catalyst 3560G-24TS

Media Gateway Controller y Signalling Gateway

Cisco PGW 2200

Media GatewayCisco AS5400HPX

GatekeeperCisco 7204 VXR

FunciónEquipo

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• Previsión de espacio

28,9 x 44,5 x 54,6 cmFirewallJuniperNetscreen SSG

550

64,32 x 42,62 x 70,49 cmServidor NTP, FTP y Radius

HP Proliang DL 360G4p

125,92 x 42,62 x 70,49 cmEquipo de Backend

Netcentrex

145 x 42,62 x 75 cmBSCNeotip NeoXBC

226,67 x 48,26 x 40,64 cmRouter de fronteraJuniper ERX 710

24,4 x 44,5 x 37,8 cmSwitch EthernetCisco Catalyst3560-24TS

24,4 x 44,5 x 30,1 cmSwitch EthernetCisco Catalyst3560G-24TS

28,89 x 44,45 x 46,36 cmMedia GatewayController y SignallingGateway

Cisco PGW 2200

48,89 x 44,45 x 46,36 cmMedia GatewayCisco AS5400HPX

413,34 x 42,67 x 43,18 cmGatekeeperCisco 7204 VXR

CantidadMedidas (altura x anchura x fondo)

FunciónEquipo

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5. Diseño de la red• Política de QoS: Diffserv

Paso 1

No Mapeode QoS

WRRRED

Reescriturade bits deprecedenciaSalida cola 2

Salida cola 0Salida cola 1

Salida cola 3

Paso 2 Paso 5Pasos 3 y 4

Marcar elpaquete

Transmitir elpaquete

Tirar elpaquete

Tirar omarcar elpaquete

paqueteTirar el

Tráfico deentrada

Tráfico deentradasobreumbral

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5. Diseño de la red• Política de QoS

40%

10%

85%

5%

55%

5%

TAMAÑO DE LA COLA

% DE ATENCIÓN A LACOLA

COLA DE SALIDA 0(Tráfico de datos)

COLA DE SALIDA 1(Tráfico de voz y

señalización)

COLA DE SALIDA 3(Tráfico de protocolos

de enrutamiento)

COLA DE SALIDA 0(Tráfico de datos)

COLA DE SALIDA 1(Tráfico de voz y

señalización)

COLA DE SALIDA 3(Tráfico de protocolos

de enrutamiento)

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• Presupuesto de retraso: 265 ms• Retraso en el acceso: 245ms

• Retraso en el backbone: despreciable

• Retraso en el POP: 20 ms

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6. Presupuesto

Coste de los equipos

17038,08 €28519,04 €7344 €FirewallJuniperNetscreen SSG

550

18096 €63016 €2600 €Servidor NTP, FTP y Radius

HP Proliant DL 360G4p

20880 €120880 €18000 €

Equipo de Backend

Netcentrex

11600 €111600 €10000 €

BSCNeotip NeoXBC

55680 €227840 €24000 €

Router de frontera

Juniper ERX 710

5586,56 €22793,28 €2408 €SwitchEthernet

Cisco Catalyst3560-24TS

8945,92 €24472,96 €3856 €SwitchEthernet

Cisco Catalyst3560G-24TS

20880 €210440 €9000 €Media Gateway

Controller y SignallingGateway

Cisco PGW 2200

39161,6 €49790,4 €8440 €Media Gateway

Cisco AS5400HPX

23664 €45916 €5100 €GatekeeperCisco 7204 VXR

Coste totalCantidadCoste individual con IVA incluido

Coste individual sin IVA

FunciónEquipo

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6. PresupuestoCoste de montaje y configuración

12.960,00 €TOTAL960,00 €80 12,00 €Instalador

12.000,00 €400 30,00 €Ingeniero de Telecomunicación

TotalHorasSueldo efectivo/hPersonal

45.389,15 €TOTAL6.260,57 €0,16* Total (sin IVA)IVA (16%)39.128,58 €1Total (sin IVA)

39.128,58 €1Presupuesto de Contrata

TotalValorConcepto

Coste de la elaboración del proyecto

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6. Presupuesto

279881,31 €TOTAL

38604,32 €0,16* Total (sin IVA)

IVA (16%)

241276,99 €1Total (sin IVA)

TotalValorConcepto

Coste total

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7. Conclusiones

• Cambio en la tendencia de las redes de telecomunicaciones

• Aprovechamiento del ancho de banda

• Amplio uso de la tecnología IP

• Las redes de VoIP permite abaratar el coste de las llamadas y la introducción de servicios de valor añadido.

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7. Conclusiones

• H.323 y MGCP son la elección para los protocolos de control de llamadas.

• Arquitectura de la red pensada para facilitaruna migración a SIP en el futuro.

• Se ha desestimado el uso de SIGTRAN.

• La red de VoIP diseñada se interconecta con la red PSTN.

• Optimización del ancho de banda consumido, eligiéndose dos tipos de codificadores.

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7. Conclusiones

• Se emplea una política de QoS en la red parapriorizar el tráfico de voz sobre el de datos.

• Después de realizar un presupuesto de retraso, éste está dentro de unos márgenes aceptables para ofrecer el servicio.

• Será posible tarificar las llamadas mediante un equipo de Backend.

• Existe una red diferenciada de O&M para acceder a todos los equipos.

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7. Conclusiones

• Protección de la red frente a ataques. Asímismo la red es redundante y resistente a fallos.

• Presupuesto, incluyendo coste de los equipos, su montaje y configuración, y el coste de la elaboración del diseño de la red.

• Se incluye el detalle del tamaño de los mismos para facilitar su integración en planta.

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