Telefonía Digital (VoIP)

República Bolivariana de Venezuela Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria Instituto Universitario Santiago Mariño Extensión Maraca

!ele"on#a $igital %VoIP&

Elaborado por' (osren Botardo (oel In"ante (os) Moncada  *isel +opez

Maracay 2015

Telefonía IP vs. Telefonía Convencional Los sistemas de telefonía tradicional están guiados por un sistema muy simple pero ineciente denominado conmutación de circuitos. La conmutación de circuitos ha sido usada por las operadoras tradicionales por más de 100 años. En este sistema cuando una llamada es realizada la conexión es mantenida durante todo el tiempo ue dure la comunicación. Este tipo de comunicaciones es denominada !circuito! porue la conexión está realizada entre " puntos hacia am#as direcciones. Estos son los fundamentos del sistema de telefonía con$encional. ¿Cómo funciona una comunicación en Telefonía IP? %ara entender cómo funciona una comunicación en telefonía &% primero $amos a denir cómo funciona una comunicación mediante el sistema de telefonía con$encional de conmutación de circuitos. Así es como funciona una llamada típica en un sistema de telefonía convencional: 1. 'e le$anta el tel(fono y se escucha el tono de marcado. Esto de)a sa#er ue existe una conexión con el operador local de telefonía. ". 'e disca el n*mero de tel(fono al ue se desea llamar. +. La llamada es transmitida a tra$(s del conmutador ,s-itch de su operador apuntando hacia el tel(fono marcado. /. na conexión es creada entre tu tel(fono y la persona ue se está llamando entremedio de este proceso el operador de telefonía utiliza $arios conmutadores para lograr la comunicación entre las " líneas. 2. El tel(fono suena a la persona ue estamos llamando y alguien contesta la llamada. 3. La conexión a#re el circuito. 4. no ha#la por un tiempo determinado y luego cuelga el tel(fono.

5. 6uando se cuelga el tel(fono el circuito automáticamente es cerrado de esta manera li#erando la línea y todas las líneas ue inter$inieron en la comunicación. 7hora para denir cómo funciona una comunicación en un entorno 8o&% $amos a suponer ue las dos personas ue se uieren comunicar tienen ser$icio a tra$(s de un pro$eedor 8o&% y los dos tienen sus tel(fonos analógicos conectados a tra$(s de un adaptador digital9 analógico llamado 7:7. Así funcionaria una comunicación mediante Telefonía VoIP entre estos 2 teléfonos: 1. 'e le$anta el tel(fono lo ue en$ía una señal al con$ersor analógico9digital llamado 7:7. ". El 7:7 reci#e la señal y en$ía un tono de llamado esto de)a sa#er ue ya se tiene conexión a internet. +. 'e marca el n*mero de tel(fono de la persona ue se desea llamar los n*meros son con$ertidos a digital por el 7:7 y guardados temporalmente. /. Los datos del n*mero telefónico son en$iados a tu pro$eedor e 8o&%. Las computadoras de tu pro$eedor 8o&% re$isan este n*mero para asegurarse ue está en un formato $alido. 2. El pro$eedor determina a uien corresponde este n*mero y lo transforma en una dirección &%. 3. El pro$eedor conecta los dos dispositi$os ue inter$ienen en la llamada. En la otra punta una señal es en$iada al 7:7 de la persona ue reci#e la llamada para ue este haga sonar el tel(fono de la otra persona. 4. na $ez ue la otra persona le$anta el tel(fono una comunicación es esta#lecida entre tu computadora y la computadora de la otra persona. Esto signica ue cada sistema está esperando reci#ir pauetes del otro sistema. En el medio la infraestructura de internet mane)a los pauetes de $oz la comunicación de la misma forma ue haría con un email o con una página -e#. 6ada sistema de#e estar funcionando en el mismo protocolo para poder

comunicarse. Los sistemas implementan dos canales uno en cada dirección. 5. 'e ha#la por un periodo de tiempo. ;urante la con$ersación tu sistema y el sistema de la persona ue se está llamando transmiten y reci#en pauetes entre sí. <. 6uando se termina la llamada se cuelga el tel(fono. En este momento el circuito es cerrado. 10. El 7:7 en$ía una señal al pro$eedor de :elefonía &% informando ue la llamada ha sido concluida. =%orue la :elefonía &% es más #arata> %ara explicar esto $amos a denir los gastos ue implica#a una comunicación por conmutación de circuitos. 7 comienzos de la telefonía con$encional a mediados de 1<30 cada llamada de#ía tener un ca#le dedicado yendo de una punta a la otra de la comunicación durante todo el tiempo ue durara la misma. Entonces si por e)emplo una persona u#icada en 7rgentina tu$iera ue realizar un llamado a otra persona en España los conmutadores de su operadora telefónica conectarían ca#les a lo largo de todo el recorrido para formar un camino entre los " extremos de la comunicación. En este caso si la llamada durara 10 minutos se usarían esos ca#les conmutados ue $an a lo largo de todo el recorrido entre España y 7rgentina a lo largo de la duración de la con$ersación. Esto hacia ue las comunicaciones a larga distancia fueran muy caras.

La 6onmutación de 6ircuitos ?oy en ;ía@ ?oy en día las comunicaciones telefónicas son mucho más ecientes por eso cuestan menos. Las $oces son digitalizadas y tu $oz puede $ia)ar )unto con muchas otras a tra$(s de un ca#le de #ra óptica por la mayoría del trayecto ,sigue ha#iendo un pedazo de ca#le dedicado ue es el ue $a )usto hacia tu casa. Esas llamadas son transmitidas a una calidad de 3/A# por segundo ,A#ps en cada dirección por un total de transmisión de 1"5A# ,3/A# de ida y 3/A# de $uelta. 6omo existen 5B# en un BiloCyte ,BC esto se transada en una transmisión de 13BC por cada segundo ue el circuito está a#ierto y

<30BC cada minuto ue está a#ierto. Entonces en una comunicación de 10 minutos el total transmitido seria de <300BC lo ue es prácticamente eui$alente a 10 megas. 'i o#ser$aras una con$ersación típica te darías cuenta fácilmente ue mucha de esta información es malgastada. Los :iempos Duertos en las 6omunicaciones@ 6uando estás ha#lando la otra parte está escuchando lo ue signica ue solo la mitad de la conexión se encuentra en uso en un momento dado. Casado en eso podemos deducir ue se podría cortar el tamaño de la con$ersación )usto a la mitad o sea /4DC siempre manteniendo la misma calidad de comunicación. 7demás una gran cantidad de tiempo en las con$ersaciones es tiempo muerto tiempo en el ue ninguno de los dos ha#la. 'i pudi(ramos remo$er esos inter$alos de tiempo muerto el tamaño de la con$ersación seria toda$ía más peueño. Entonces en lugar de en$iar una cadena continua de #its ,am#os de silencio o ruidos ue pasaría si solo en$iamos pauetes en los momentos ue se produce ruido cuando se crean. Esa es la #ase del intercam#io de pauetes la alternati$a a conmutación de pauetes. =u( es 8o&%> =u( es la :elefonía &%> 8o&% pro$iene del ingl(s 8oice F$er &nternet %rotocol ue signica !$oz so#re un protocolo de internet!. Cásicamente 8o&% es un m(todo por el cual tomando señales de audio analógicas del tipo de las ue se escuchan cuando uno ha#la por tel(fono se las transforma en datos digitales ue pueden ser transmitidos a tra$(s de internet hacia una dirección &% determinada. =%orue usar 8o&%> El 8o&% permite la unión de dos mundos históricamente separados el de la transmisión de $oz y el de la transmisión de datos. Entonces el 8o&% no es un ser$icio sino una tecnología. 8o&% puede transformar una conexión standard a internet en una plataforma para realizar llamadas gratuitas por internet. sando algunos de los soft-are gratuitos para llamadas 8o&% ue están disponi#les en internet estamos salteándonos a las compañías tradicionales de telefonía y por consiguiente sus tarifas.

En el pasado las con$ersaciones mediante 8o&% solían ser de #a)a calidad esto se $io superado por la tecnología actual y la proliferación de conexiones de #anda ancha hasta tal punto llego la expansión de la telefonía ip ue existe la posi#ilidad de ue usted sin sa#erlo ya haya utilizado un ser$icio 8o&% por e)emplo las operadoras de telefonía con$encional utilizan los ser$icios del 8o&% para transmitir llamadas de larga distancia y de esta forma reducir costos. 'e sa#e ue $a a lle$ar alg*n tiempo pero es seguro ue en un futuro cercano desaparecerán por completo las líneas de tel(fono con$encionales ue utilizamos en nuestra $ida cotidiana el a$ance tecnológico indica ue estas serán muy pro#a#lemente reemplazadas por la telefonía &%.  :ipos de 6omunicación en la :elefonía &% tilizando 8o&% no existe solo una sola forma de realizar una llamada $amos a analizar las distintas opciones ue nos presenta esta tecnología@ •

•

7:7@ ,analog telephone adaptor Esta es la forma más simple. Este adaptador permite conectar tel(fonos comunes ,de los ue utilizamos en la telefonía con$encional a su computadora o a su red para utilizarlos con 8o&%. El adaptador 7:7 es #ásicamente un transformador de analógico a digital. Este toma la señal de la línea de tel(fono tradicional y la con$ierte en datos digitales listos para ser transmitidos a tra$(s de internet. 7lgunos pro$eedores de 8F&% están regalando adaptadores 7:7 )unto con sus ser$icios estos adaptadores ya $ienen precongurados y #asta con enchufarlos para ue comiencen a funcionar.  :el(fonos &% ,hardphones@ Estos tel(fonos a primera $ista se $en como los tel(fonos con$encionales con un tu#o una #ase y ca#les. 'in em#argo los tel(fonos ip en lugar de tener una cha GH9 11 para conectar a las líneas de tel(fono con$encional estos $ienen con una cha GH9/2 para conectar directamente al router de la red y tienen todo el hard-are y soft-are necesario para mane)ar correctamente las llamadas 8F&%. %róximamente tel(fonos celulares con Ii9Ji $an a estar disponi#les permitiendo llamadas 8F&% a personas ue utilicen este tipo de tel(fonos siempre ue exista conecti$idad a internet.

•

6omputadora a 6omputadora@ Esta es la manera más fácil de utilizar 8o&% todo lo ue se necesita es un micrófono parlantes y una tar)eta de sonido además de una conexión a internet preferentemente de #anda ancha. Exceptuando los costos del ser$icio de internet usualmente no existe cargo alguno por este tipo de comunicaciones 8o&% entre computadora y computadora no importa las distancias.

8enta)as de la :elefonía &% =%orue utilizar 8o&%> La primera $enta)a y la más importante es el costo una llamada mediante telefonía $oip es en la mayoría de los casos mucho más #arata ue su eui$alente en telefonía con$encional. Esto es #ásicamente de#ido a ue se utiliza la misma red para la transmisión de datos y $oz la telefonía con$encional tiene costos )os ue la telefonía &% no tiene de ahi ue esta es más #arata. sualmente para una llamada entre dos tel(fonos &% la llamada es gratuita cuando se realiza una llamada de un tel(fono ip a un tel(fono con$encional el costo corre a cargo del tel(fono &%. Existen otras $enta)as más allá del costo para elegir a la telefonía &%@ •

•

6on 8o&% uno puede realizar una llamada desde cualuier lado ue exista conecti$idad a internet. ;ado ue los tel(fonos &% transmiten su información a tra$(s de internet estos pueden ser administrados por su pro$eedor desde cualuier lugar donde exista una conexión. Esto es una $enta)a para las personas ue suelen $ia)ar mucho estas personas pueden lle$ar su tel(fono consigo siempre teniendo acceso a su ser$icio de telefonía &%. La mayoría de los pro$eedores de 8F&% entregan características por las cuales las operadoras de telefonía con$encional co#ran tarifas aparte. n ser$icio de 8F&% incluye@ •

&denticación de llamadas.

•

'er$icio de llamadas en espera

•

'er$icio de transferencia de llamadas

•

Gepetir llamada

•

•

;e$ol$er llamada

•

Llamada de + líneas ,three9-ay calling.

En #ase al ser$icio de identicación de llamadas existen tam#i(n características a$anzadas referentes a la manera en ue las llamadas de un tel(fono en particular son respondidas. %or e)emplo con una misma llamada en :elefonía &% puedes@ •

;es$iar la llamada a un tel(fono particular

•

En$iar la llamada directamente al correo de $oz

•

;ar a la llamada una señal de ocupado.

•

Dostrar un mensa)e de fuera de ser$icio

;es$enta)as de la :elefonía &% 7un hoy en día existen pro#lemas en la utilización de 8o&% ueda claro ue estos pro#lemas son producto de limitaciones tecnológicas y se $erán solucionadas en un corto plazo por la constante e$olución de la tecnología sin em#argo algunas de estas toda$ía persisten y se enumeran a continuación. •

•

•

8o&% reuiere de una conexión de #anda anchaK 7un hoy en dia con la constante expansión ue están sufriendo las conexiones de #anda ancha toda$ía hay hogares ue tienen conexiones por modem este tipo de conecti$idad no es suciente para mantener una con$ersación uida con 8o&%. 'in em#argo este pro#lema se $era solucionado a la #re$edad por el sostenido crecimiento de las conexiones de #anda ancha. 8o&% reuiere de una conexión el(ctricaK En caso de un corte el(ctrico a diferencia de los tel(fonos 8o&% los tel(fonos de la telefonía con$encional siguen funcionando ,excepto ue se trate de tel(fonos inalám#ricos. Esto es así porue el ca#le telefónico es todo lo ue un tel(fono con$encional necesita para funcionar. Llamadas al <11@ Estas tam#i(n son un pro#lema con un sistema de telefonía 8F&%. 6omo se sa#e la telefonía ip utiliza direcciones &% para identicar un n*mero telefónico determinado el pro#lema

•

•

•

es ue no existe forma de asociar una dirección ip a un área geográca como cada u#icación geográca tiene un n*mero de emergencias en particular no es posi#le hacer una relación entre un n*mero telefónico y su correspondiente sección en el <11. %ara arreglar esto uizás en un futuro se podría incorporar información geográca dentro de los pauetes de transmisión del 8F&%. ;ado ue 8F&% utiliza una conexión de red la calidad del ser$icio se $e afectado por la calidad de esta línea de datos esto uiere decir ue la calidad de una conexión 8o&% se puede $er afectada por pro#lemas como la alta latencia ,tiempo de respuesta o la perdida de pauetes. Las con$ersaciones telefónicas se pueden $er distorsionadas o incluso cortadas por este tipo de pro#lemas. Es indispensa#le para esta#lecer con$ersaciones 8F&% satisfactorias contar con una cierta esta#ilidad y calidad en la línea de datos. 8F&% es suscepti#le a $irus gusanos y hacAing a pesar de ue esto es muy raro y los desarrolladores de 8F&% están tra#a)ando en la encriptación para solucionar este tipo de pro#lemas. En los casos en ue se utilice un softphone la calidad de la comunicación 8F&% se puede $er afectada por la %6 digamos ue estamos realizando una llamada y en un determinado momento se a#re un programa ue utiliza el 100M de la capacidad de nuestro 6% en este caso critico la calidad de la comunicación 8F&% se puede $er comprometida porue el procesador se encuentra tra#a)ando a tiempo completo por eso es recomenda#le utilizar un #uen euipo )unto con su conguración $oip.

;e todos modos con la e$olución tecnológica la telefonía &% $a a superar estos pro#lemas y se estima ue reemplace a la telefonía con$encional en el corto plazo. &ntercam#io de %auetes en la :elefonia &% Dientras ue la conmutación de pauetes mantiene la conexión a#ierta y constante el intercam#io de pauetes ue utilizan la telefonía &% solo a#re una peueña conexión sucientemente extensa para en$iar una peueña porción de información llamada pauete de un sistema a otro esto funciona así@

•

•

•

•

•

La computadora ue en$ía di$ide la información en peueños pauetes con una dirección en cada un indicando a los dispositi$os de red donde en$iar los mismos. 7dentro de cada pauete hay una porción de la información ue se está en$iando la $oz. La computadora emisora en$ía un pauete al router más cercano y se ol$ida del mismo. El router cercano en$ía el pauete a otro router ue se encuentre más cerca del destino ese router se lo en$ía a otro ue se encuentra toda$ía más cerca del destino ese a otro más cerca y así. 6uando la computadora receptora nalmente reci#e los pauetes ,ue pueden ha#er tomado caminos completamente diferentes para ha#er llegado ahí. sa las instrucciones contenidas en los pauetes para rearmar los datos en su estado original. El intercam#io de pauetes es muy eciente. ;e)a a la red en$iar los pauetes a lo largo de las rutas menos congestionadas.  :am#i(n li#era a las computadoras de forma ue estas pueden tam#i(n aceptar información pro$eniente de otras computadoras.

6odecs en la :elefonia &% 6odecs 8o&% n 6odec ue $iene del ingl(s coder9decoder con$ierte una señal de audio analógico en un formato de audio digital para transmitirlo y luego con$ertirlo nue$amente a un formato descomprimido de señal de audio para poder reproducirlo. Esta es la esencia del 8o&% la con$ersión de señales entre analógico9digital.

 :ipos de codecs en la :elefonía &% Los codecs realizan esta tarea de con$ersión tomando muestras de la señal de audio miles de $eces por segundo. %or e)emplo el códec N.411 toma 3/000 muestras por segundo. 6on$ierte cada peueña muestra en información digital y lo comprime para su transmisión. 6uando las 3/000 muestras son reconstruidas los pedacitos de audio ue se pierden entre medio de estas son tan peueños ue es imposi#le para el oído humano notar esta perdida esta suena como una sucesión continua de audio. Existen diferentes frecuencias de muestre de la señal en 8F&% esto depende del codec ue se est( usando. •

3/000 $eces por segundo

• •

+"000 $eces por segundo 5000 $eces por segundo

n codec N4"57 tiene una frecuencia de muestreo de 5000 $eces por segundo y esta el codec mayormente usado en 8o&%. :iene el #alance )usto entre calidad de sonido y eciencia en el uso de ancho de #anda. =6ómo Juncionan los 6odecs 8o&%> Los codecs operan usando algoritmos a$anzados ue les permiten tomar las muestras ordenas comprimir y empauetar los datos. El algoritmo 6'976EL% ,con)ugate9structure alge#raic9code9excited linear prediction es uno de los algoritmos más comunes en 8o&%. 6'976EL% ayuda a organizar el ancho de #anda disponi#le. El anexo C de este algoritmo 6'976EL% es el ue crea la regla ue dice !si ninguno está transmitiendo no mandar ninguna información!. 6omo aprendimos anteriormente la eciencia creada por esta regla es una de las cosas más importantes en las ue el intercam#io de pauetes es superior a la conmutación de circuitos. Es el 7nexo C en este algoritmo 6'976E%L ue es responsa#le de esta regla en las llamadas 8o&%. %rotocolos en la :elefonía &% %rotocolos 8o&% Existen $arios protocolos com*nmente usados para 8F&% estos protocolos denen la manera en ue por e)emplo los codecs se conectan entre si y hacia otras redes usando 8o&%. Estos tam#i(n incluyen especicaciones para codecs de audio. El %rotocolo ?.+"+ El protocolo más usado es el ?.+"+ un standard creado por la &nternational :elecomunication nion ,&: ,linA ?+"+ es un protocolo muy comple)o ue fue originalmente pensado para $ideoconferencias. Este pro$ee especicaciones para conferencias interacti$as en tiempo real para compartir data y audio como aplicaciones 8o&%. 7ctualmente ?+"+ incorpora muchos protocolos indi$iduales ue fueron desarrollados para aplicaciones especícas. 6omo pueden $er ?.+"+ es una larga colección de protocolos y especicaciones. Eso es lo ue lo permite ser usado en tantas

aplicaciones. El pro#lema con ?.+"+ es ue no fue especícamente dirigido a 8o&%. El protocolo '&% na alternati$a al ?.+"+ surgió con el desarrollo del 'ession &nitiation %rotocol ,'&%. '&% es un protocolo mucho más lineal desarrollado especícamente para aplicaciones de 8oip. Dás chicas y más ecientes ue ?.+"+. '&% toma $enta)a de los protocolos existentes para mane)ar ciertas partes del proceso. no de los desafíos ue enfrenta el 8o&% es ue los protocolos ue se utilizan a lo largo del mundo no son siempre compati#les. Llamadas 8o&% entre diferentes redes pueden meterse en pro#lemas si chocan distintos protocolos. 6omo 8o&% es una nue$a tecnología este pro#lema de compati#ilidad $a a seguir siendo un pro#lema hasta ue se genere un standard para el protocolo 8o&%.