Voz sobre IPConmutación de paquetes de voz

FUNCIONAMIENTO DE UNA RED VoIPVoIP funciona digitalizando la voz en paquetes de datos, enviándola a través de la red y reconvirtiéndola a voz en el destino.

Básicamente el proceso comienza con la señal análoga del teléfono que es digitalizada en señales PCM (pulse code modulación por medio del codificador/decodificador de voz (codec).

Las muestras PCM son pasadas al algoritmo de compresión, el cual comprime la voz y la fracciona en paquetes (Encapsulamiento) que pueden ser transmitidos para este caso a través de una red privada WAN. En el otro extremo de la nube se realizan exactamente las mismas funciones en un orden inverso. El flujo de un circuito de voz comprimido es el mostrado en la figura.

Dependiendo de la forma en la que la red este configurada, el router o el gateway pueden realizar la labor de codificación, decodificación y/o compresión.

Por ejemplo, si el sistema usado es un sistema análogo de voz, entonces el router o el gateway realizan todas las funciones mencionadas anteriormente como muestra la figura

En cambio, como muestra la figura de abajo, si el dispositivo utilizado es un PBX digital, entonces es este el que realiza la función de codificación y decodificación, y el router solo se dedica a procesar y a encapsular las muestras PCM de los paquetes de voz que le ha enviado el PBX

Uno de los beneficios de la tecnología VoIP, es que permite a las redes ser construidas usando una arquitectura centralizada o bien distribuida.

Esta flexibilidad permite a las compañías construir redes caracterizadas por una administración simplificada e innovación de Endpoints (teléfonos), dependiendo del protocolo usado.

TIPOS DE ARQUITECTURAS

En general, la arquitectura centralizada esta asociada con los protocolos MGCP (Media Gateway Control Protocol, es un protocolo interno de VoIP cuya arquitectura se diferencia del resto de los protocolos VoIP por ser del tipo cliente) y MEGACO(Megaco o H.248 (nombre dado por la ITU) define el mecanismo necesario de llamada para permitir a un controlador Media Gateway el control de puertas de enlace para soporte de llamadas de voz/fax entre redes RTC-IP o IP-IP.).

Estos protocolos fueron diseñados para un dispositivo centralizado llamado Controlador Media Gateway o Call Agent, que maneja la lógica de conmutación y control de llamadas.

El dispositivo centralizado comunica al Media Gateways, el cual enruta y transmite la porción audio/media de las llamadas (la información de voz actual).

Arquitectura centralizada

En la arquitectura centralizada, la inteligencia de la red es centralizada y los dispositivos finales de usuario (endpoints) son relativamente mudos (con características limitadas). Sin embargo, muchas arquitecturas VoIP centralizadas usan protocolos MGCP o MEGACO.

Los defensores de la arquitectura VoIP centralizada, apoyan este modelo porque centraliza la administración, el provisionamiento y el control de llamadas.

Simplifica el flujo de llamadas repitiendo las características de voz. Es fácil para los ingenieros de voz entenderlo. Los críticos de la arquitectura VoIP centralizada demandan que se suprimen las innovaciones de las características de los teléfonos (endponits) y que llegara a ser un problema cuando se construyan servicios VoIP que muevan mas allá de características de voz.

La figura muestra la arquitectura centralizada VoIP con protocolo MEGACO.

Arquitectura distribuidaLa arquitectura distribuida esta asociada con los protocolos H.323 y SIP. Estos protocolos permiten que la inteligencia de la red se distribuida entre dispositivos de control de llamadas y endpoints.

La inteligencia en esta instancia se refiere a establecer las llamadas, características de llamadas, enrutamiento de llamadas, provisionamiento, facturación o cualquier otro aspecto de manejo de llamadas.

Los Endpoints pueden ser Gateways VoIP, teléfonos IP, servidores media, o cualquier dispositivo que pueda iniciar y terminar una llamada VoIP. Los dispositivos de control de llamadas son llamados Gatekeepers en una red H.323, y servidores Proxy o servidores Redirect en una red SIP.

Los defensores de la arquitectura VoIP distribuida apoyan este modelo por su flexibilidad. Permite que las aplicaciones VoIP sean tratadas como cualquier otra aplicación IP distribuida, y permite la flexibilidad para añadir inteligencia a cualquier dispositivo de control de llamadas o Endpoints, dependiendo de los requerimientos tecnológicos y comerciales de la red VoIP.

La arquitectura distribuida son usualmente bien entendida por los ingenieros que manejan redes de datos IP. Los críticos de la arquitectura distribuida comúnmente apuntan a la existencia de la Infraestructura PSTN (Public Switched Telephone Network, La red telefónica pública conmutada ) como el único modelo de referencia que debiera ser usado cuando intentamos repetir los servicios de voz. Ellos también notan que las redes distribuidas tienden a ser más complejas.

La figura muestra las arquitecturas de control VoIP distribuida y centralizada con protocolo SIP(Protocolo de Inicio de Sesiones).

EncapsulamientoTodas las comunicaciones de una red se originan en una fuente y son enviadas a un destino, aquí se explica cómo es el proceso de transmitir la información de un sitio a otro.

Si una computadora A quiere enviar datos a una computadora B, los datos deben ser empacados primero por un proceso llamado encapsulamiento. Este proceso puede pensarse como poner una carta dentro de un sobre, y poner las direcciones correctas del destinatario y el remitente para que sea entregada apropiadamente por el sistema postal.

El encapsulamiento envuelve los datos con la información de protocolo necesaria antes de transitar por la red. Así, mientras la información se mueve hacia abajo por las capas del modelo OSI, cada capa añade un encabezado, y un trailer si es necesario, antes de pasarla a una capa inferior. Los encabezados y trailers contienen información de control para los dispositivos de red y receptores para asegurar la apropiada entrega de de los datos y que el receptor interprete correctamente lo que recibe.

Paso 1: los datos de usuario son enviados por una aplicación a la capa de aplicación.

Paso 2: La capa de aplicación añade el encabezado (layer 7 Header) a los datos, el encabezado y los datos originales pasan a la capa de presentación.

Paso 3: La capa de presentación recibe los datos provenientes de la capa superior, incluyendo el encabezado agregado, y los trata como sólo datos, añade su encabezado a los datos, y los pasa a la capa de sesión

Paso 4: la capa de sesión recibe los datos y añade su encabezado, lo pasa a la capa de transporte.

Paso 5: la capa de transporte recibe los datos y añade su encabezado, pasa los datos a la capa inferior.

Paso 6: la capa de red añade su encabezado y los pasa a la capa de enlace de datos.

Paso 7: la capa de enlace de datos añade el encabezado y un trailer (cola) a los datos, usualmente es un Frame Check Sequence, que usa el receptor para detectar si los datos enviados están o no en error. Esto envuelve los datos que son pasados a la capa física.

Paso 8: la capa física entonces transmite los bits hacia el medio de red.

Des-encapsulamientoEs el proceso inverso, cuando un dispositivo recibe el chorro de bits, la capa física del dispositivo remoto los pasa a la capa de enlace de datos para su manipulación.

Paso 1: checa el trailer de la capa de enlace de datos (FCS) para ver si los datos están en error.

Paso 2: si los datos están en error, pueden ser descartados, y la capa de enlace de datos puede pedir la retransmisión.

Paso 3: si no hay ningún error, la capa de enlace de datos lee e interpreta la información de control en el encabezado (L2 header)

Paso 4: quita el header y trailer y pasa lo que queda hacia la capa superior basada en la información de control del header.

Comunicación de Par a Par

Cuando los paquetes van de origen a destino, cada capa en el nodo de origen se comunica con su capa par o igual en el nodo destino, esto es lo que se llama comunicación Peer to Peer, durante dicho proceso, los protocolos de cada capa intercambian información en unidades llamadas protocol data unit (PDU), entre las capas pares.

Cada capa depende de la función de servicio de la capa inferior, para dar el servicio, la capa inferior encapsula la información para poner el PDU de la capa superior dentro de su campo de datos, entonces agrega el encabezado que sea necesario para ejecutar su función. Mientras se mueve la información de la capa 7 a la 5, se añaden encabezados adicionales, el agrupamiento en la capa 4 es llamado segmento.

La capa de red provee el servicio a la capa de transporte, y la capa de transporte presenta los datos al subsistema de internetwork. La capa de red mueve los datos encapsulando la información y agregando un header, lo cual crea un paquete (Packet), el header trae información necesaria, como las direcciones lógicas de origen y destino.

La capa de enlace de datos provee servicio a la capa de red encapsulando el paquete de la capa de red dentro de una trama (Frame), la trama contiene las direcciones físicas requeridas para completar la entrega, y además pone un trailer (frame check sequence)

La capa física da el servicio a la capa de enlace de datos codificando el frame en un patrón de 1 y 0 (bits) para transmitirlos en el medio de red, normalmente un alambre, dentro de la capa física.Los Hubs operan en la capa 1, los switches en la capa 2, los routers en la capa 3.