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VoIP Standards y Protocolos

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H.323 - ITU

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H.323 - ITU

• El paraguas H.323, de la ITU, agrupa una serie de normas, mediante las cuales podemos transmitir:– Voz– Video– Datos

• Mediante un red LAN o llegado el caso la Internet.

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H.323 - ITU

• H.323 esta formados por los siguientes elementos:– Terminales– Gateways (GW)– Gatekeepers (GK)– Multipoint Control Unit

(MCU)– Proxy H.323

• De los cuales, según la red, complejidad de la misma e interconexión, dispondremos de varios de estos elemento o solamente de los terminales.

Red H.323

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Terminales - H.323

• El terminal H.323 cumple la funciones de:

– Control del sistema– Transmisión de la

información– Codificación/

decodificación de audio y video

– Interfaz de Red– Interfaz de Datos– Manejo de la señalización

• Cabe destacar que el terminal puede ser:

– una PC con el software correspondiente

– Un dispositivo de hardware dedicado

– O una mezcla de ambos.

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Terminales - H.323

• Audio Codecs: unidad capaz de soportar la codificación / decodificación de los tipos de compresión según:

– ITU serie G. (http://www.itu.int/rec/T-REC-g)

– ISO– GSM

• La codificación / decodificación de video dependerá de la aplicación y para nuestro caso no es objeto de estudio

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Terminales - H.323

• Unidad de control de Sistema:encargada de implementar las funciones vitales de:

– Control de llamada (H.225)– RAS (H.225)– Control y transporte de medios

H.245

• Finalmente la interfaz de red, es la encargada del:– armado y desarmado de

paquetes– adaptación a red– manejo de canales

lógicos– tráfico UDP/TCP– Multiplexación de

servicios

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Gateway - H.323

• La función como indica su nombre es la de proveer interconectividad entre dos redes tan disímiles como la red IP y la red de circuitos conmutados.

• El Gateway entonces será necesario, en las redes que posean interconexión con la PSTN, RDSI y demás redes.

SCN : Switched Circuit Network

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Gateway - H.323

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Gatekeeper - H.323

• Sus principales funciones son las de:

– control de pre-llamada– control de admisión– conversión de direcciones– administración de zonas

H.323.

• Si bien el mismo tiene un importante papel en el H.323, el protocolo permite la conexión de dos terminales en forma extremo a extremo, prescindiendo del Gatekeeper.

• Por lo tanto podemos decir que su presencia o no en la red dependerá principalmente de la envergadura de la misma.

• Su implemetación también dependerá de las dimensiones y cantidad de nodos, pudiendo ser esta:– Hardware especifico– Software dentro del

Terminal– Software dentro del

Gateway.

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Gatekeeper - H.323

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Multipoint Controller Unit - H.323

• Su función principal es la de soportar conferencias multipunto, tanto sean estas de voz, video o datos.

• En general el MCU se implementa en software integrandolo según el caso en:– Terminal– Gateway– Gatekeeper

• El mismo esta compuesto por dos funciones principales:– MP (Multipoint Processor)– MC (Multipoint Controller)

• El MP, se encarga del manejo tanto de voz, datos y video hacia los distintos destinos.

• El MC, es el encargado de gestionar los recursos y capacidades de cada punto de servicios.

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Multipoint Controller Unit - H.323

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Proxy H.323

• Al igual que el proxy standard, el Proxy H.323, brinda las siguientes funciones:

– Seguridad, concentrando el tráfico H.323

– Manejo del IP precedence de manera de lograr QOS.

– Manejo de nodos H.323 con direccionamiento privado.

• Dicho elemento se encuentra generalmente en redes privadas con enlaces WAN y gran cantidad de terminales.

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Señalización RAS

• Registration, Admission & Status (RAS), tal como su nombre lo indica, estas son las funciones principales y que forman parte del denominado control de pre-llamada.

• El RAS se utiliza en el dialogo con el Gatekeeper, dentro de una zona o entre zonas.

• Como podemos observar el RAS utliza el modo no seguro (UDP) para la conexión.

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RAS - H.225.0

• Las funciones del RAS, son:

– Registro– Admisión– Cambios en el Ancho de

Banda– Estado– Procedimiento de

liberación

• Dado que RAS utiliza UDP, se debe tener en cuenta los TimeOut y llegado el caso con la señal RIP, resetear los mismos.

• La mensajería H.225.0 utiliza la sintaxis ASN.1.

• Los comandos se agrupan por funciones y según la acción.

• A continuación entraremos en detalle en cada una de las funcionalidades del RAS.

ASN.1 : Abstract Syntax Notation One

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RAS - Localización del GK

• Los terminales deben registrarse en el Gatekeeper para lo cual resulta indispensable la conexión con el mismo, la cual puede ser:

– Estática, mediante la dirección IP del Gatekeeper.

– Dinámica, mediante la función de localización del Gatekeeper.

• Es muy común por temas administrativos, evitar las definiciones estáticas de direcciones IP, por lo cual dicha función es bastante menos empleada.

• Además de brindar flexibilidad, recordemos que el Gatekeeper no es un elemento obligatorio dentro del H.323.

• El autodiscovery se realiza mediante UDP a la dirección 224.0.1.41 utilizando para el mismo el puerto 1718.

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RAS - Localización del GK

• Mensajes de localización:

– GRQ (Gatekeeper request), es utilizado por el terminal para localizar el Gatekeeper, mediante multidifusión.

– GCF(Gatekeeper confirm), respuesta del GK, se devuelve dirección del canal RAS

– GRJ (Gatekeeper reject), el GK no acepta el registro.

• En el GCF, en algunas ocasiones se puede pasar al terminal la dirección IP de gatekeepers alternativos.

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RAS - Registro

• Dado que el Gatekeeper cumple la función de manejo de áreas, es imprescindible para el GK conocer los nodos que de el dependen.

• La manera de brindar información al Gatekeeper, es mediante el proceso indispensable de registro de los terminales.

• El registro permite al Gatekeeper conocer no solo la dirección IP del elemento, sino también su alias, el cual será del tipo:

• El registro se realiza en forma directa al canal RAS, dado que se supone que el terminal ya lo localizó previamente.

• La operación se subdivide en:– registración– desregistrarse

pcvoz@andescap.cl

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RAS - Registro

• Mensajes de registro:– Registration request (RRQ)– Registration Confirmation

(RCF)– Registration Rejection (RRJ)

• Mensajes de baja de registro:– Unregister Request (URQ)– Unregister Confirm (UCF)– Unregister Reject (URJ)

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RAS - Localización de Terminal

• El mensaje es enviado al Gatekeeper con el único dato que se tiene del terminal, en este caso puede ser:

– Alias. Pc1@andescap.cl– Número E.164

• El gatekeeper realizará una búsqueda en su tabla interna tratando de resolver el alias.

• La función especifica para dicha tarea es “Locate”, por lo tanto tendremos:

• Mensajes:– Locate Request (LRQ)– Locate Confirm (LCF)– Locate Reject (LRJ)

• LRQ, permite obtener la resolución de más de una dirección E.164.

• LCF, la respuesta dependerá del tipo de conexión que se este usando.

E.164 : Normativa que define el plan de numeración telefónica internacional

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RAS - Localización de Terminal

• LCF, IP del Gatekeeper, es porque se utiliza una conexión del tipo GKRCS o también conocido modo enrutado

• LCF, IP del terminal, es porque se utiliza un conexión directa entre terminales.

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RAS - Admisión de Terminal

• Los terminales deben ser admitidos por el Gatekeeper, el cual puede:– aceptar la admisión– rechazar la admisión

• Una de las funciones de la admisión es la de regular el ancho de banda necesario para la conexión.

• Mensajes:– Admission Request (ARQ)– Admission Confirm (ACF)– Admission Reject (ARJ)

• El ARQ es el paso previo a iniciar un llamado.

• Si el gatekeeper admite la conexión es porque dispone de capacidad como para manejarla y le entrega al Terminal el IP del Gateway o Gatekeeper de terminación.

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RAS - Estado de la conexión

• El gatekeeper debe obtener información sobre el estado de la conexión, dado que una vez iniciado el diálogo, el H225.0 no interviene.

• Dicho estado se puede obtener mediante dos técnicas– Pooling– Reportes del terminal

• Mensajes:– Information Request (IRQ)– Information Request Response

(IRR)

• Mientras el IRQ parte del Gatekeeper hacia el terminal, a intervalos regulares.

• IRR lo hace en sentido inverso, entregando al Gatekeeper información del estado del enlace.

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RAS - Control de Ancho de Banda

• Si bien durante el proceso de admisión, el gatekeeper verifica la disponibilidad de ancho de banda y en base a esta admite o no la conexión, en algunos casos es necesario realizar modificaciones en el ancho de banda una vez establecida la conexión.

• Mensajes:– Bandwith Request (BRQ)– Bandwith Confirmation

(BCF)– Bandwith Reject (BRJ)

• Los rechazos pueden deberse a que no se encuentre disponible el ancho de banda solicitado.

• Uno de los motivos típicos de requerimiento de cambio de ancho de banda es el cambio de codecs.

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H.225.0

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H.225 - Señalización de control de llamada

• El H.225 utiliza para el control de llamada los mensajes basados en la norma ITU Q.931.

• La conexión se realiza mediante TCP y se emplea el puerto 1720.

• El canal de señalización se puede manejar de dos maneras:

– Directo entre “end points”– Enrutado al Gatekeeper

• En el modo directo solamente el tráfico H.225.0 llega al Gatekeeper.

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H.225 - Señalización de control de llamada

• Mientras que el en modo enrutado, también conocido como “GKRCS”, la mensajería H.225 es manejada por el Gatekeeper.

• Mientras Q.931, brinda las funciones más utilizadas, Q.932 permite el manejo de servicios adicionales.

• Tanto Q.931 y Q.932 utilizan mensajes del tipo ASN.1, lo cual dificulta su interpretación por parte del usuario, uno de los puntos a favor de SIP, según veremos más adelante.

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H.225 - Señalización de control de llamada

Mensajes:

• SETUP, el mismo avisa hacia delante el intento de establecer un llamado, es generado por el extremo llamante hacia el end point o GK según el caso.

• CALL PROCEEDING, es un mensaje hacia atrás, el cual da aviso al extremo llamante que se ha iniciado el proceso de llamada.

• ALERTING, mensaje hacia atrás, donde se avisa que el sonido de llamada se ha iniciado.

• CONNECT, mensaje hacia atrás, donde el extremo llamado avisa al extremo llamante que se acepta la llamada.

• RELEASE, es un mensaje generado por cualquiera de los extremos, en particular el que finalice la llamada y Avisa al extremo opuesto la finalización de la misma.

• FACILITY, es un mensaje hacia delante que indica si la llamada se cursa o no a través del Gatekeeper

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H.225 - Q.931

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H.245 - Control Protocol

• Su función es la de establecer y controlar los canales lógicos para los servicios de:– Voz– Datos– Video

• El H.245 se encarga también del intercambio de capacidades, tanto sean conexiones:– unidireccionales– bidireccionales y de requerimientos:– Simétricos– Asimétricos

• El H.245 interviene en la negociación de codecs

• La mensajería del H.245 es ASN.1

• La conexión H.245 puede ser:– Directa– Vía Gatekeeper

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H.245 - Control Protocol

• Mensajes:

– Capability Exchange: se negocian los codecs, la norma soporta los Codecs tipo ITU, ISO y GSM.

– Round trip Delay: procedimiento mediante el cual se establece el retardo de la conexión.

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H.245 - Control Protocol

– Logical Channel Signalling: apertura y cierra de canales lógicos.

– Master/Slave Termination: procedimiento en el cual se fija un extremo como maestro y el otro como esclavo.

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RTP/CRTP/RTCP - Transporte

• RTP es el protocolo de transporte en tiempo real, sus principales funciones son:

– Identificar la carga útil– temporización del tráfico– secuenciamiento– Sincronización

• RTP es el protocolo ideal para el transporte sobre redes IP de tráfico como voz y video, dado su alta sensibilidad al retardo y las variaciones del retardo.

• RTP se transporta sobre UDP y su estructura se muestra a continuación:

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RTP - Real-Time Transport ProtocolCampos del RTP:

• Número de versión de RTP (V - versión number): 2 bits. La versión definida por la especificación actual es 2.

• Relleno (P - Padding): 1 bit. Si el bit del relleno está colocado, hay uno o más bytes al final del paquete que no es parte de la carga útil. El último byte del paquete indica el número de bytes de relleno. El relleno es usado por algunos algoritmos de cifrado.

• La extensión (X - Extensión): 1 bit. Si el bit de extensión está colocado, entonces el encabezado fijo es seguido por una extensión del encabezado. Este mecanismo de la extensión posibilita implementaciones para añadir información al encabezado RTP.

• Conteo CSRC (CC): 4 bits. El número de identificadores CSRC que sigue el encabezado fijo. Si la cuenta CSRC es cero, entonces la fuente de sincronización es la fuente de la carga útil.

• El marcador (M - Marker): 1 bit. Un bit de marcador definido por el perfil particular de media.

• La carga útil Type (PT): 7 bits. Un índice en una tabla del perfiles de media que describe el formato de carga útil. Los mapeos de carga útil para audio y vídeo están especificados en el RFC 1890

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RTP - Real-Time Transport ProtocolCampos del RTP (continuacion)

• El número de Secuencia: 16 bits. Un único número de paquete que identifica la posición de este en la secuencia de paquetes. El número del paquete es incrementado en uno para cada paquete enviado.

• Sellado de tiempo: 32 bits. Refleja el instante de muestreo del primer byte en la carga útil. Varios paquetes consecutivos pueden tener el mismo sellado si son lógicamente generados en el mismo tiempo - por ejemplo, si son todo parte del mismo frame de vídeo.

• SSRC: 32 bits. Identifica la fuente de sincronización. Si la cuenta CSRC es cero, entonces la fuente de carga útil es la fuente de sincronización. Si la cuenta CSRC es distinta a cero, entonces el SSRC identifica el mixer(mezclador).

• CSRC: 32 bits cada uno. Identifica las fuentes contribuyentes para la carga útil. El número de fuentes contribuyentes está indicado por el campo de la cuenta CSRC; Allí puede haber más de 16 fuentes contribuyentes. Si hay fuentes contribuyentes múltiples, entonces la carga útil son los datos mezclados de esas fuentes.

• EH: El tamaño de este dato debe ser CC×32 en bits

• Datos: El tamaño de los datos debe ser de X×((EHL+1)×32) donde EHL es la longitud de la extensión del la cabecera en unidades de 32 bits.

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RTP - Real-Time Transport Protocol

• Si recordamos, que a su vez el RTP se monta en UDP y este a su vez en IP, tendremos:

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RTP - Real-Time Transport Protocol

• Si analizamos la eficiencia de dicha configuración tendremos:

– Header:• 20 Bytes, IP• 8 Bytes, UDP• 12 Bytes, RTP• 40 Bytes, total Header

– Datos:• 20 Bytes, salida de la

paquetización.

• Lo cual nos da una eficiencia muy baja, del orden del 33%

• Resulta ilógico emplear 40 bytes de encabezado para transportar solamente 20 bytes de información útil.

• La solución aparece con la compresión de encabezado, de manera de aumentar la eficiencia, disminuir los retardos y demás.

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CRTP

• CRTP, compressed Real Time protocol.

• Logra optimizar el tamaño del header, llevandolo a 2-4 bytes.

• Lo cual representa un cambio fundamental para la utilización de interfaces lentas y una sustancial reducción de velocidad de la misma, pasando de:– 24 Kb/s (IP+UDP+RTP)– 9,6 Kb/s (CRTP)

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RTCP - Real-Time Transport Control Protocol

• RTCP envía a todos los participantes en forma periódica, paquetes de control, mediante los cuales se monitorea, identifica y controla la entrega de datos.

• Dichos paquetes se multiplexan en UDP con el resto del tráfico, mediante el uso de distintos puertos, por convención:– RTP actúa en puerto par– RTCP en impar más alto

• RTCP es el encargado de proveer información sobre la calidad del transporte de información.

• Las fuentes RTP se identifican mediante el llamado nombre canónico (CNAME)

• Dado que RTCP aporta datos estadísticos sobre las conexiones RTP, esta información debe reducirse a lo estrictamente necesario, de manera de no producir congestión.

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RTCP - Real-Time Transport Control Protocol

• Paquetes RTCP:

– SR sender report: transmisión y recepción de estadísticas desde los participantes.

– RR receive report: recepción de estadísticas desde participantes que no son fuentes activas

– SDES source description: se envía el CNAME

– BYE: indica fin de participación

– APP: aplicaciones experimentales.

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H.323 - Llamado mediante gatekeeper