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Unidade VI Protocolos e Topologia para Telefonia e Vídeo Unidade VI.1 Topologia da Rede deTelefonia Pública Comutada (RTPC) Topologia de uma RTPC Dependendo das necessidades de comunicação, duas centrais de assinantes podem se ligar diretamente, formando uma rede mista “malha-estrela”. Topologia de uma RTPC Centrais Privadas de Comutação Telefônica As Centrais Privadas de Comutação Telefônica (CPCT) são mais conhecidas pelas siglas PBX (Private Branch Exchange), de operação manual, e PABX (Private Automatic Branch Exchange), de operação automática. Comutação de circuito - PCM TDM TDM Centrais TDM comutam a 64Kbps (PCM) PCM 2Mbps PCM 2Mbps Voz Sinalização de Registro É aquela que se estabelece entre os órgãos de controle das centrais e referem-se às informações dos assinantes, tanto chamado como chamador, bem como tipos e estados de assinantes. Em resumo, pode-se dizer que a sinalização de registro é a troca de informações de controle entre as centrais. Estrutura de um quadro PCM (2Mbps) 64bps Topologia de uma RTPC TDM TDM PTS: Ponto de Transferência de Sinalização TDM: Multiplexação por Divisão de Tempo Obrigado pela atenção ! Unidade VI.2 Rede Sistema da Sinalização 7 (SS7) Sinalização por Canal Comum SS7 É aquela em que temos um canal exclusivo para sinalização, comum a diversas chamadas. É por esse motivo que este tipo de sinalização denomina-se Sinalização por Canal Comum. O SS7 (Sistema de Sinalização no 7) é um padrão recomendado pelo ITU-T, baseado no modelo OSI. Sinalização SS7 TDM TDM Rede de sinalização SS7 VOZ – SSP (Service Switching Point) • unidades associadas aos comutadores de circuitos • originam, terminam ou encaminham chamadas – STP (Signal Transfer Point) • comutadores de pacotes • encaminham mensagens entre ligações de sinalização – SCP (Service Control Point) • bases de dados com informação de serviços • suportam aplicações de Rede Inteligente Estrutura do SS7 SS7 – Serviço de rede inteligente Interoperação com redes de voz sobre IP com gateways integradas Interoperação com redes de voz sobre IP com gateways de voz e sinalização separadas Obrigado pela atenção ! Unidade VI.3 Protocolos de Sinalização H.323 e SIP Protocolos Os protocolos utilizados podem ser divididos em dois grandes grupos: aqueles que tratam do transporte e aqueles que tratam da sinalização e controle. Os dois grupos trabalham simultaneamente na comunicação entre dois terminais na telefonia IP. No processo de transporte da voz, existem duas tarefas distintas : o controle do transporte e o transporte propriamente dito. No processo de sinalização e controle se realizam o estabelecimento, o acompanhamento e a finalização da chamada. Por sua vez, os protocolos de sinalização e controle também podem ser divididos em dois grupos : os protocolos "mestre/escravo" e os protocolos "peer to peer. Os protocolos "mestre/escravo", (MGCP e MEGACO), normalmente são empregados quando elementos inteligentes controlam elementos sem inteligência. Os protocolos "peer to peer, (H.323 e SIP), são utilizados em interações entre elementos inteligentes. Os protocolos utilizados em voz sobre IP podem ser dividos em dois grandes grupos: aqueles que tratam do transporte e aqueles que tratam da sinalização e controle. Os dois grupos trabalham simultaneamente na comunicação entre dois terminais na telefonia IP. No processo de transporte da voz, existem duas tarefas distintas : o controle do transporte e o transporte propriamente dito. No processo de sinalização e controle se realizam o estabelecimento, o acompanhamento e a finalização da chamada. Por sua vez, os protocolos de sinalização e controle também podem ser divididos em dois grupos : os protocolos "mestre/escravo" e os protocolos "peer to peer. Os protocolos "mestre/escravo", (MGCP e MEGACO), normalmente são empregados quando elementos inteligentes controlam elementos sem inteligência. Os protocolos "peer to peer, (H.323 e SIP), são utilizados em interações entre elementos inteligentes. Protocolo de Sinalização H.323 Aplicações multimídia: áudio e vídeo em rede (“mídia contínua”) Aplicações Multimídia O que é o H.323? O padrão H.323 provê uma base tecnológica para comunicações de áudio, vídeo e dados, para redes baseadas no protocolo IP. H.323 é uma recomendação da ITU (União Internacional de Telecomunicações). Apoiada por várias empresas e organizações de software e comunicações como Intel, Cisco, IBM e Microsoft. H.323 ITU-T standard para multimidia videoconferência em redes de pacotes – LANs e Intranets corporativas – Internet (limitado pela performance da Internet) Em redes locais, uma chamada de vídeo típica usa 100-368 kbit/s – Tráfego na LAN pode ser gerenciado e controlado de forma limitada – Tráfego na Internet é best effort na maior parte das situações H.323 - Características Interoperabilidade: através de normas de CODECs de áudio e vídeo Gerência de banda: limita o número de conexões H.323 simultâneas, bem como largura de banda utilizada Suporte a multiponto: através do MCU (Multipoint Control Unit) Suporte a multicast Flexibilidade: equipamentos e redes com diferentes características. Codec de Áudio " G.711 - PCM audio codec 56/64 kbps " G.722 - audio codec for 7 Khz at 48/56/64 kbps " G.723 - speech codec for 5.3 and 6.4 kbps " G.728 - speech codec for 16 kbps " G.729 - speech codec for 8/13 kbps Codec de Vídeo H.261 - video codec for >= 64kbps H.263 - video codec for < 64kbps Frames no formato H.261/H.263 não comprimidos Frames comprimidos Frames comprimidos Rede Digital Vídeo analógico Frames no formato H.261/H.263 não comprimidos Sistema de Captura Amostras digitais Conversor A/D Sistema de transformação de cores Sistema de redimensionamento de frames Frames modificados para exibição Sistema de Exibição Sistema de transformação de cores Sistema de redimensionamento de frames Codificador Decodificador Arquitetura do H.323 V.70 Terminal H.324 Terminal Speech Terminal H.322 Terminal Speech Terminal H.320 Terminal H.321 Terminal GSTN GQOS LAN N-ISDN B-ISDN H.323 MCU H.323 Terminal H.323 Gatekeeper H.323 Gateway H.323 Terminal H.323 Terminal Zona A recomendação H.323 é mais uma avaliação da arquitetura de telefonia da Internet que um protocolo específico. Ela faz referência a um grande número de protocolos específicos para codificação de voz, configuração de chamadas, sinalização, transporte de dados e outras áreas, em vez de especificar propriamente cada um desses elementos. O modelo geral é representado na Figura 7.64. No centro há um gateway que conecta a Internet à rede de telefonia. Ele se comunica por meio dos protocol os H.323 no lado da Internet e dos protocolos PSTN no lado da rede telefônica. Os dispositivos de comunicação são chamados terminais. Uma LAN pode ter um gatekeeper (guardião) que controla os pontos extremos sob suajurisdição, denominada zona. Gatekeeper Controle de chamadas das estações registradas Registro dos usuários. Conversão de endereços simbólicos em endereços IP ou IPX. Controle de admissão. Gerência da área/grupo. Controle de largura de banda . H.323 - Gatekeeper Tradução de endereços – H.323 Alias para endereços IP com base em registro de terminais – Possibilidade de nomes “email-like” – Possibilidade de nomes “phone number like” Controle de Admissão – Permissão para completar a chamada – Pode impor limites de banda – Método para controlar o tráfego da LAN Gatekeeper MCU Terminal Terminal Terminal Gatekeeper Roteador ZONA H.323 Gateway Terminal Terminal Roteador Unidade de controlo multiponto (MCU) Entidade que faz o suporte das conferências. Composto por : – MC (Controlador Multiponto): • Responsável pela gestão da conferência. • Envio de datagramas multicast. – MP (Processador Multiponto): • Responsável pelo manuseio do fluxo de bits. • Multiplexação do fluxo de bits. Gateway- Tradutor de padrões Gateway Trata-se de um elemento opcional em uma conferência H.323 Provê serviços como a tradução entre os terminais de conferência Aplicações primárias dos Gateways – Vínculos com terminais remotos H.320, através de redes ISDN – Vínculos com terminais remotos H.323, através de redes baseadas em PSDN Gateway Terminais H.323 Rede de comuta- ção de pacotes Terminais H.320 RDSI Processamento do terminal H.320 Tradução e transcodificação do protocolo Processamento do terminal H.323 H.323 - Gateways Provêm conectividade a nível mundial e interoperabilidade a partir da LAN – H.320, H.324, telefones normais (POTS-Plane Old Telephone Service) Mapeamento de sinalização de chamadas (Q.931 para H.225.0) Mapeamento de Controle (H.242/H.243 para H.245) Mapeamento de Meios (FEC, multiplex, rate matching, audio transcoding, T.123 translation) Pilha de protocolos do H.323 A recomendação H.323 é mais uma avaliação da arquitetura de telefonia da Internet que um protocolo específico. Ela faz referência a um grande número de protocolos específicos para codificação de voz, configuração de chamadas, sinalização, transporte de dados e outras áreas, em vez de especificar propriamente cada um desses elementos. Operações básicas de conexão Endpoints registram-se no gatekeeper Endpoint solicita ao gatekeeper permissão para conexão com outro endpoint. Endpoint sinaliza conexão para outro endpoint. Endpoints trocam dados. Endpoints terminam conexão, notificando ao gatekeeper. Canais lógicos entre o chamador e o chamado durante a realização de uma chamada H.323 Protocolo H.225 Responsável pela estabelecimento da conexão entre dois endpoints H.323 (terminais ou gateway). Se não houver gatekeeper as mensagens H.323 são trocadas diretemente entre os endpoints. Se houver gatekeeper, as mensagens H.225 podem ser trocadas de duas maneiras: – Direto – Através do Gatekeeper O método é decidido através do H.225 RAS (Registration, Admission e Status) O H.225 RAS é utilizado para troca de mensagens entre os endpoints e os gatekeepers. Protocolo H.245 Capabilities Exchange – Troca de informações entre os endpoints para o posterior estabelecimento de uma conexão. Logical Channel Signalling – Estabelecimento de um canal lógico entre os endpoints para o envio das informações. RTP (Real Time Protocol) Identificação do tipo de pacote (PT - RFC 1700) Numeração de seqüência (restaura seq) Timestamping (permite sincronizar mídias) Transporte Rede H.261 JPEG MPEG RTP/RTCP UDP IPv4, IPv6 RTP combinado com um formato de payload para formar um protocolo completo Protocolo RTP (Real Time Protocol) Protocolo utilizado em aplicações de tempo real, neste caso entrega de dados áudio fim a fim. Faz a fragmentação do fluxo de dados áudio, adiciona a cada fragmento informação de sequência e de tempo de entrega. Utiliza o UDP como protocolo de transporte, devido a baixa informação que introduz em cabeçalhos, numa ideologia do “melhor esforço”. Não oferece qualquer garantia que os pacotes serão entregues num determinado intervalo. Para garantir a entrega dos pacotes num intervalo de tempo tira partido do RSVP. RTCP - Real Time Transport Control Protocol Feedback sobre qualidade de distribuição dos dados. Importante para saber se tem problema na rede, na distribuição de vídeo ou outros Transmissão periódica de pacotes de controle na rede (adaptativo de acordo com número de participantes) RTCP Real Time Control Protocol Protocolo de controle do RTP. Funções de: – Providenciar o Feedback da qualidade de recepção. – Identificar a fonte de pacotes RTP. – Controle do tempo entre transmissões de pacotes RTCP. 85 Mensagem contém o endereço de transporte para estabelecimento da chamada Call Connection – localização e registro com o gatekeeper PictureTel Bill Bob GK (1) GRQ (multicast) Quem é meu GK? (2) GCF Eu posso ser seu GK. 1) O endereço IP do GK pode ser configurado manualmen- te ou ser descoberto automaticamente Descoberta automática Porta 1718 (multicast) grupo 224.0.1.41 Porta 1719 (unicast) (4) RCF Você está registrado comigo. (3) RRQ Registro com o GK 86 Call Connection – Estabelecimento da Chamada PictureTel Bill Bob GK (8) ARQ Posso Incluir-me? (9) ACF Sim (7) SETUP (Convite) (5) ARQ Posso estabelecer uma chamada? (10) ALERTING (12) H.245 CONNECTION (6) ACF Sim – Endereço de Bil resolvido (11) ALERTING Protocolo de Sinalização SIP Aplicações multimídia: áudio e vídeo em rede (“mídia contínua”) Aplicações Multimídia O SIP é um protocolo de sinalização, que estabelece, modifica e termina sessões multimídia e/ou ligações. Essas sessões podem incluir conferências de multimídia, educação a distância, chamados de telefonia IP e distribuição de arquivos com multimídia. SIP (Session Initiation Protocol) Desenvolvido pelo IETF Visão de longo prazo do SIP Todas as chamadas telefônicas e as chamadas de videoconferência ocorrem sobre a Internet Pessoas são identificadas por nomes ou endereços de e-mail, em vez de números telefônicos Você pode alcançar o usuário chamado, não importa onde ele esteja, não importa o dispositivo IP que ele esteja usando atualmente SIP: Serviços Estabelecendo uma chamada Provê mecanismos para o chamador deixar o usuário chamado saber que ele deseja estabelecer uma chamada Provê mecanismos de modo que o chamador e o chamado possam concordar com o tipo de mídia e codificação Provê mecanismos para terminar a chamada Determina o endereço IP do usuário chamado Mapeia o identificador minemônico para o endereço IP atual Gerenciamento de chamada Adiciona novos fluxos de mídia durante a chamada Troca a codificação durante a chamada Convida outros Transfere e retém chamadas 7 - 91 Estabelecendo uma chamada para um endereço IP conhecido • A mensagem INVITE do SIP de Alice indica seunúmero de porta e endereço IP. Indica a codificação que Alice prefere receber (PCM lei-m) • A mensagem 200 OK de Bob: 200 indica seu número de porta, endereço IP e codificação preferida (GSM) • Mensagens SIP podem ser enviadas sobre TCP ou UDP; aqui são enviadas sobre RTP/UDP • O número de porta-padrão do SIP é 5060 Estabelecendo uma chamada Negociação do codec: Suponha que Bob não tenha o codificador do PCM para lei m Bob responderá então com 606 Not Acceptable Reply e listará os codificadores que ele pode usar Alice pode então enviar uma nova mensagem INVITE, anunciando um codificador apropriado Rejeitando a chamada: Bob pode rejeitar com respostas “ocupado”, “ausente”, “pagamento exigido”, “proibido” A mídia pode ser enviada sobre RTP ou algum outro protocolo Exemplo de mensagem SIP INVITE sip:bob@domain.com SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 167.180.112.24 From: sip:alice@hereway.com To: sip:bob@domain.com Call-ID: a2e3a@pigeon.hereway.com Content-Type: application/sdp Content-Length: 885 c = IN IP4 167.180.112.24 m = audio 38060 RTP/AVP 0 Notas: • Sintaxe de mensagem HTTP • sdp = protocolo de descrição de sessão • ID de chamada (Call-ID) é único para cada • chamada • Aqui não sabemos o endereço IP de Bob. Servidores SIP intermediários serão necessários • Alice envia e recebe mensagens SIP usando o número 5060 de porta-padrão do SIP • Alice especifica através do cabeçalho que o cliente SIP envia e recebe mensagens SIP sobre UDP Tradução de nome e localização de usuário O chamador quer chamar o usuário de destino, mas tem somente o nome do usuário ou o endereço de e-mail Precisa obter o endereço IP do hospedeiro atual do usuário chamado: Usuário move-se ao redor Protocolo DHCP Usuário possui diferentes dispositivos IP (PC, PDA, dispositivo de carro) Resultado pode ser baseado em: Hora do dia (trabalho, casa) Usuário chamado (não quer ser chamada pelo chefe em casa) Status do chamado (chamadas enviadas para correio-de-voz quando o chamado já está falando com alguém) Serviços fornecidos pelos servidores SIP: Servidor de registro SIP Servidor proxy SIP Registro SIP REGISTER sip:domain.com SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 193.64.210.89 From: sip:bob@domain.com To: sip:bob@domain.com Expires: 3600 • Quando Bob inicia o cliente SIP, o cliente envia a mensagem SIP REGISTER ao servidor de registro de Bob (função similar necessária para mensagens instantâneas) Mensagem de registro: Proxy SIP Alice envia a mensagem “invite” para o seu servidor proxy Contém endereço sip:bob@domain.com Proxy responsável por rotear mensagens SIP para o usuário chamado Possivelmente através de múltiplos proxies O usuário chamado envia a resposta de volta através do mesmo conjunto de proxies Proxy retorna a mensagem de resposta SIP para Alice Contém o endereço IP de Bob Nota: proxy é análogo ao servidor DNS local Exemplo Usuário chamado jim@umass.edu que estabelece uma chamada para keith@upenn.edu (1) Jim envia mensagem INVITE para o proxy SIP umass SIP (2) Proxy encaminha a requisição para o servidor de registro upenn (3) servidor upenn retorna resposta, indicando que ele deveria tentar keith@eurecom.fr (4) proxy umass envia INVITE para registro eurecom. (5) registro eurecom encaminha INVITE para 197.87.54.21, que está rodando o cliente SIP de keith. (6-8) resposta SIP enviada de volta (9) mídia enviada diretamente entre clientes Nota: também há mensagens ACK SIP, que não são mostradas Comparação com H.323 H.323 é outro protocolo de sinalização para tempo real, interativo H.323 é um conjunto de protocolos completos e verticalmente integrados para conferência multimídia: sinalização, registro, controle de admissão, transporte e codecs SIP é um componente monolítico. Funciona com RTP, mas não o obriga. Pode ser combinado com outros protocolos e serviços H.323 foi desenvolvido pela ITU (telefonia) SIP foi desenvolvido pela IETF: Muitos de seus conceitos vêm do HTTP. O SIP é parecido com a Web, visto que H.323 é parecido com a telefonia SIP usa o princípio de KISS (keep it simple stupid) Obrigado pela atenção ! Unidade VI.4 Protocolos MGCP e MEGACO Protocolo MGCP MGCP (Media Gateway Control Protocol) MGCP é um protocolo proposto pelo grupo de trabalho IETF (Internet Engineer Task Force) para integração da arquitetura SS 7 em redes VOIP. O MGCP foi desenvolvido com a idéia de ser um protocolo simples e de baixo custo. O protocolo procura padronizar a troca de mensagens com diversos outros protocolos, como o H.323 e o SIP. MGCP Toda a inteligência está no núcleo da rede, em equipamentos chamados Call Agents, de forma muito parecida com o que existe hoje na rede telefônica convencional (PSTN-Public Switched Telephone Network), uma vez que os terminais (endpoints) são inteiramente dependentes das instruções, inteligência e controle providos pelos Call Agents. Separação entre Controle e Mídia Arquitetura do MGCP O cérebro da rede está centralizada nos MGC, que centralizam o controle e a gerência da rede. Protocolo MEGACO Megaco H.248, também conhecido como protocolo Megaco, é um padrão desenvolvido cooperativamente entre o ITU e a IETF para permitir que um Media Gateway Controller (MGC) desempenhe seu papel em um media gateway (MG). Megaco tem uma arquitetura semelhante ao MGCP, mas foi concebido após o MGCP e suporta mais tipos de rede, como ATM. Arquitetura Megaco Arquitetura Megaco Arquitetura Megaco Modelo de conexão Megaco Comandos Megaco Obrigado pela atenção ! Unidade VI.5 Topologia da NGN (Next Generation Network) NGN De modo geral, os provedores dividem a arquitetura das redes convergentes NGN em pelo menos três camadas básicas: o infra-estrutura de transporte e acesso, o controle de chamadas e o serviços. Arquitetura da NGN A inteligência de tratamento de chamada via comutador da rede telefônica pública comutada (RTPC) é dissociada do hardware da matriz de comutação. Esta inteligência agora reside em um equipamento distinto: o softswitch ou servidor de chamada (media gateway controller ou agente de chamada), que dentro da nova arquitetura é o elemento de controle. As interfaces abertas em direção às aplicações de rede inteligentes e dos novos servidores de aplicação facilitam o fornecimento rápido de serviços e a diminuição dos atrasos de comercialização. Na camada media, são introduzidos media gateways para adaptar a telefonia e outras mídias à rede de transporte de pacotes. Os media gateways são usados para interfacear seja com os equipamentos dos usuários (gateway residencial) com acesso à rede (gateway de acesso), ou com a RTPC (gateway tronco). A interface aberta para essa nova arquitetura permite introduzir rapidamente novos serviços. Ao mesmo tempo, elas facilitam a introdução de modelos de novos negócios quebrando a cadeia de valores tradicionais de hoje em vários serviços os quais podem ser fornecidos por diferentes provedores. NGN Camada de Infra-estrutura de transporte e acesso – Nesta primeira camada, estão as unidades de acesso de assinantes,como telefones IP e access gateways (uma espécie de armário multiprotocolo que faz a interface entre a rede IP e os diferentes tipos de conexão do usuário, como circuito de voz, linha ADSL etc.), além de comutadores, roteadores e media gateways, que transformam sinais de voz da rede convencional em pacotes. Redes Convergentes NGN Camada de controle de Chamadas – A camada de controle de chamadas é a responsável pelo encaminhamento, supervisão e liberação das ligações que trafegam pela rede IP. É uma parte estratégica, onde fica o elemento responsável pela inteligência das redes: o softswitch, ou media gateway controller (MGC). NGN Camada de serviços (aplicações) – Considerada o grande diferencial e o atrativo das redes convergentes, a camada de serviços é formada pelos softwares que vão permitir às operadoras oferecer novos e múltiplos serviços aos usuários. Modelo de referência da NGN NGN IMS: IP Multimedia Subsystem Redes atuais Redes convergentes NGN Migração para NGN Migração para NGN Interfaces abstraem a complexidade da rede SMG: Service Mediation Gateway SMG (Service Mediation Gateway) Interfaces abertas para o desenvolvimento de aplicações Access sessions and service session forming the sides of the triangle Relação entre serviços nas redes atuais Relação entre serviços nas redes NGN Arquitetura do IMS Overview of IMS architecture. AS: application server, HSS: home subscriber server, MGCF: media gateway control function, MGW: media gateway, MPLS: multiprotocol label switching, MRF: media resource function, PLMN: public land mobile network, SG: signaling gateway. Arquitetura do IMS Migração para a Rede Convergente Até o presente, o paradigma do encaminhamento de melhor esforço tem funcionado bem porque a maior parte das aplicações de dados IP são pouco prioritárias, ocupam pouca largura de banda e são tolerantes a atraso de transmissão e ao jitter. Entretanto, As aplicações Internet multimídias interativas em tempo real (telefonia e vídeo) e as redes privadas virtuais requerem uma largura de banda garantida e/ou atrasos restritos. Ainda mais, o número de usuários da Internet aumenta de uma maneira exponencial, o que faz crescer o risco de congestionamento, de retardo e de perda de pacotes Migração para a Rede Convergente A principal dificuldade é dotar as redes IP existentes de capacidade de multisserviços escaláveis, conservando as vantagens da rede IP, que tornou possível a Internet. Nestas redes multisserviços, as operadoras devem honrar os contratos de nível de serviço complexos, que definem as bandas passantes e outros parâmetros de qualidade para diferentes tipos de tráfego. É a qualidade de serviço IP. Obrigado pela atenção !
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