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TECNOLOGIAS DE TRANSMISSO DE VOZ SOBRE IP (VoIP)
Ian Brito Nakano, Josemary Pereira, Renan Hemerson Tecnologia em Redes de Computadores pela Faculdade de Castanhal (FCAT) iannn@live.com
Voz sobre IP (VoIP) uma tecnologia que permite a digitalizao e codificao da voz e o empacotamento de dados IP para a transmisso em uma rede que utilize IP. O movimento de integrao entre voz e dados na mesma infra-estrutura de rede, h alguns anos j esperado. As vantagens so claras, os custos envolvidos na manuteno de equipes tcnicas, infra-estruturas diferenciadas e ligaes
internacionais so reduzidos com a integrao. O aumento do leque de novas aplicaes, a disseminao dos computadores pessoais e o aumento da banda de transmisso disponvel para o usurio, contriburam para Voz sobre IP (VoIP) tornar-se uma realidade. O objetivo da pesquisa estudar as tecnologias existentes para transmisso de Voz sobre IP. Para isso, a metodologia adotada foi a diviso do objetivo principal em objetivos especficos de modo que cada atividade desse embasamento terico para a prxima, levantando os aspectos relativos aos requisitos tericos e prticos para a implementao da tecnologia VoIP ;
Palavra Chave: VoIP
O homem sempre teve a necessidade de se comunicar, e com o passar dos sculos veio a necessidade de se comunicar a grandes distncias. Formas de comunicao atravs de sinais de fumaa ou pombos correio foram as maneiras encontradas por nossos ancestrais para tentar aproximar as comunidades distantes. O telgrafo, o rdio, a tv e os computadores so exemplos do esforo humano em desenvolver novas tecnologias tendo como principal objetivo a comunicao. Dentro da informtica, rea de rede desponta como a principal ramificao desta cincia no importa qual seja a sua rea de atuao; banco de dados, desenvolvimento etc. Voc sempre precisar de uma rede atuando por trs, como uma fundamental ferramenta para auxiliar em seus projetos e mesmo divulgar seus resultados. Uma das mais modernas, interessante e complexa representante do cenrio das novas tecnologias de rede a VoIP (Voice over IP). Com o vertiginoso desenvolvimento das tecnologias para sistemas de informao, vimos instalao das redes de telefonia em escala mundial, acarretando alguns problemas colaterais em empresas de todos os tipos e tamanhos, o mais doloroso deles o custo das ligaes internacionais, interurbanas ou at mesmo aquelas milhares ligaes locais que fazemos em nossos locais de trabalho todos os dias. Organizaes com centenas de escritrios dispersos por uma extensa rea geogrfica podem, atravs do apertar de um boto, analisar o status atual de suas filiais mais remotas, porm no conseguem gerenciar sua estrutura telefnica, sofrendo desperdcios considerveis ao final de seu ano fiscal. Este o primeiro cenrio de utilizao da tecnologia VoIP, utilizar a j existente rede de computadores das grandes corporaes para diminuir os custos de telefonia e gerenciar essa conturbada rea dentro das empresas.
Em um passado no muito distante as redes de comunicao eram, e em grande parte ainda so completamente separadas. Voz trafegava em um circuito
completamente distinto dos dados. Em verdade a necessidade de se trafegar dados digitalizados surgiu posteriormente a necessidade de trfego de voz, nessa viso de mercado. Porm, com o sabido crescente desenvolvimento dos sistemas de informao, o volume de trfego de dados vem superando o trfego de voz. E nesse cenrio, surge uma palavra de ordem: convergncia. Com os circuitos de dados passando a exercer um papel relativamente prioritrio aos circuitos de voz, a soluo foi empacotar a voz, e fazer uso dos circuitos de dados para seu trfego. em Israel que se encontra as razes da tecnologia VoIP que Alon Cohen e Lior Haramaty, engenheiros sados do exercito nacional, fundaram a Vocaltec, em 1994. O foco da empresa era produzir software, hardware e tecnologias para transmisso de udio. Em fevereiro de 1995 a empresa lanou o internet phone, o primeiro software de comunicao VoIP do mercado, seu funcionamento era semelhante aos dos programas atuais, que usurios da internet phone podiam fazer ligaes por meio da internet e com uso de fones de ouvido e microfone. A qualidade das chamadas, porm era bem inferior das de hoje. Entre os motivos para essas diferenas estavam, principalmente, a falta de banda e o estado ainda incipiente da nova tecnologia. No sculo 21, o al vem da internet sendo sinnimo de VoIP( Voice over Internet Protoco), so a maior revoluo no mundo das comunicaes desde a massificao da web, nos anos 90. Revoluo que coloca em risco os negcios das industrias de telecomunicaes. O VoIP uma revoluo tecnolgica que faz toda a diferena na maneira como nos comunicamos hoje em dia. Na segunda onda do VoIP, na qual estamos agora, as ligaes pela internet j comeam a depender muito menos de computadores ou telefone VoIP fixos, ligados por cabos a lugares determinados. Comea-se a falar pela internet por meios das redes Wi-Fi, sem fio, e entre outros.
A sigla VoIP vem do ingls 'V'oice 'o'ver 'I'nternet 'P'rotocol (Voz sobre IP). Como a sigla diz, VoIP busca trafegar a voz(geralmente a voz humana) atravs de pacotes IP, em grande parte dos casos pela Internet. H tempos atrs descobrimos que enviar um sinal para um destino remoto poderia ser feito atravs de um modelo
digital: antes de enviar, precisamos digitalizar o sinal, usando um conversor analgico digital (ADC Analog to Digital Converter), transmitir, e na outra ponta transformar novamente o sinal em um formato analgico (DAC Digital to Analog Converter) para assim poder fazer isso do sinal transmitido. VoIP funciona praticamente da mesma maneira, digitalizando a voz em pacotes de dados, trafegando pela rede e reconvertendo em voz novamente no destino. E no formato digital, o controle pode ser bem maior: podemos compactar, rotear, converter para outros formatos ainda melhores, etc. Essa uma viso extremamente terica, limitada a uma definio conceitual o termo VoIP atualmente aborda muito mais - carrega consigo o peso de uma tecnologia fascinante e com um amplo horizonte, como vamos ver ao decorrer deste trabalho.
POR QUE USAR VoIP?
Os motivos para o uso da tecnologia so dos mais diversos: desde um carter financeiro, pelo fator economia, at potencialidades relativamente ainda pouco exploradas, como a exemplo: HomeOffice. E as motivaes no se limitam aos benefcios aos usurios, tendo vantagens tambm numa perspectiva por parte das operadoras, no que tange reduo de custos, vantagens e facilidade operacionais, etc. A natureza dos benefcios estar geralmente atrelada aos cenrios em que a tecnologia est sendo aplicada. No decorrer do trabalho, teremos uma noo mais precisa, na abordagem dos diferentes cenrios e estudo de caso.
2. FUNDAMENTAO TERICA 2.1. VoIP
Voz sobre IP (VoIP) uma tecnologia que permite a digitalizao da voz para transmisso uma rede de computadores. Na situao tradicional, voz e dados trafegam por redes independentes, ambas otimizadas para atender s caractersticas de cada servio, como mostrado na figura 1. A tecnologia VoIP, permite o trfego de voz e dados em uma mesma rede, possibilita estabelecer ligaes telefnicas utilizando a rede de dados. Esta tecnologia abre um novo horizonte para as aplicaes integrandose voz e dados num mesmo equipamento terminal de usurio, aproximando pessoas geograficamente distantes, aumentando a interatividade de aplicativos e diminuindo os custos de comunicao quando comparada s convencionais ligaes telefnicas interurbanas. A comutao por circuito uma tcnica de comutao em que os recursos permanecem alocados para a comunicao at o trmino da chamada. uma tcnica conveniente para chamadas de voz que precisam ser tratadas em tempo real.
Figura 1 - Rede com Tecnologia VoIP
A necessidade de um circuito fsico est acabando em funo da utilizao de redes de comutao de pacotes para trfego de voz. A voz empacotada e transmitida em redes compartilhadas, juntamente com dados.
Figura 2- infraestrutura de dados e voz
Para que seja possvel realizar uma ligao VoIP, necessrio que se estabelea uma sesso entre o emissor e o receptor. Uma sesso pode ser simplesmente uma ligao entre duas pessoas ou pode ser uma conferencia multimdia. No caso do VoIP, os dois principais protocolos de estabelecimento de sesso so o H 323, MGCP/Megaco e o SIP. Esta etapa da pesquisa destina-se a estudar os principais protocolos responsveis por estabelecer comunicao entre dois terminais, os protocolos de sinalizao. O cenrio prtico mais simples aquele onde a empresa no v como necessria a integrao dos servios tradicionais de voz (PABX e/ou PSTN) com os servios de VoIP. Tipicamente usado quando pequeno o nmero de usurios que executam chamadas de longa distncia. Na Figura 4 pode-se ver uma diagrama esquemtico desse tipo de cenrio.
Figura 3: Tpico para pequeno Numero de usurios
Nesse exemplo as chamadas locais so feitas atravs do sistema tradicional de telefonia (via PABX e operadoras locais PSTNs), e as chamadas de longa distncia so preferencialmente feitas por meio dos equipamentos gateways VoIP. A funo do gateway VoIP conectar terminais telefnicos comuns, codificar os sinais de voz recebidos desses terminais, empacot-los em frames IP e transmiti-los pela rede de dados (e vice-versa).
Como so completamente isolados, nenhuma comunicao possvel entre os terminais telefnicos conectados aos gateways VoIP e os terminais conectados aos PABXs. A conexo dos terminais telefnicos ao gateway VoIP se d por meio de interfaces FXS (Foreign Exchange Station), as quais geram tons de discagem para os terminais. A execuo de uma chamada pode ser feita discando-se o nmero de um ramal remoto, ou simplesmente levantando-se o fone do gancho em um dos terminais (dependendo do equipamento possvel configurar uma ou outra forma, mas no as duas simultaneamente). A vantagem desse cenrio que to simples que pode ser usado mesmo em empresas que no possuem equipamentos PABX em seus escritrios. Na figura 5 v-se uma evoluo do cenrio anterior, onde agora possvel que terminais telefnicos conectados tanto ao PABX como ao gateway VoIP originem e recebam chamadas de/para qualquer outro terminal da empresa. Tipicamente, um usurio localizado no Escritrio 1 que deseja fazer uma chamada de longa distncia para um ramal localizado no Escritrio 2 s precisar discar um cdigo de acesso previamente configurado, seguido do nmero do ramal remoto. Uma nova possibilidade que se abre neste cenrio a de se originar chamadas de longa distncia para assinantes localizados fora da empresa: se um usurio localizado no Escritrio 1 (cidade A) desejar fazer uma chamada de longa distncia para um assinante qualquer na cidade B, tudo que precisar fazer discar um cdigo de acesso para obter uma linha do PABX do Escritrio B, e em seguida discar o numero do assinante externo na cidade B. Esse tipo de operao tambm conhecido como TOLL bypass.
Figura 4: VoIP integrado a telefonia tradicional
A conexo do gateway VoIP ao PABX pode se dar atravs de interfaces FXO (Foreign Exchange Office) ou E1. A primeira usada para conexo a portas comuns (analgicas) de ramal do PABX. Para o PABX, o gateway VoIP aparenta ser um terminal telefnico analgico como outro qualquer. A desvantagem do uso de portas FXO que se faz necessrio uma quantidade suficiente de portas FXO no gateway VoIP que permita atender o nmero desejado de chamadas VoIP simultneas, j que cada interface FXO transporta somente uma chamada de cada vez. A vantagem a simplicidade e o custo, j que normalmente todo PABX tem algumas portas de ramal livres e que podem ser aproveitadas para conectar a um gateway VoIP. Por outro lado, usando uma interface E1 para conectar o gateway VoIP ao PABX, podem ser suportadas at 30 chamadas VoIP simultneas. A desvantagem o custo, pois interfaces E1 so significativamente mais caras que interfaces FXO. Alm disso, nem todo PABX suporta interfaces E1, e mesmo que a empresa tenha PABXs que suportem, ela precisa garantir que eles possuam pelo menos uma interface E1 livre.
2.1.1. PRINCIPAIS ARQUITETURAS COM NFASE EM SIP E H.323
Alguns dos protocolos mais utilizados pela arquitetura VoIP para sinalizao de chamada so: SIP, H.323, MGCP, H.248/MEGACO, Jingle e IAX, porm, neste trabalho trataremos apenas de dois dos protocolos que definem as principais arquiteturas de sistemas de Voz sobre IP: o SIP e o H.323.
Ambos so protocolos c/ processamento distribudo e clientes/terminais inteligentes. O H.323 foi o padro inicial no novo paradigma de VoIP, mas ao longo do tempo o SIP vem ganhando terreno, e certamente ir sobrepor o H.323. Inclusive alguns profissionais da rea j arriscam afirmar que essa sobreposio j acontece atualmente. Existem tambm os protocolos que so responsveis pelo transporte de mdia como o RTP e o RCTP, porm no trataremos destes protocolos neste trabalho.
A sigla significa Session Initiation Protocol, e foi um protocolo desenvolvido pelo IETF objetivando comunicao Multimdia na Internet. Imaginando o contexto de estabelecimento de uma sesso de comunicao tem como funes bsicas: Convite de usurios para participar de sesses multimdia Encontrar a localizao atual do usurio para entregar o convite Transporte de Descries de Sesso Modificaes on-the-fly de sesses Terminao de Sesses
Enquanto protocolo, podemos destacar no SIP as seguintes caractersticas bsicas: Mobilidade Pessoal Operao em Rede de Wide-Area (com artifcios de DNS) Independncia de Servio Utilizado para transporte de voz, vdeo, implementao de jogos em rede, chat, realidade virtual. Trabalha em conjunto com outros protocolos Internet
(HTTP/RTSP/SNMP/SMTP).
Usa UDP para transportar a sinalizao (acelera o estabelecimento de chamadas).
O SIP um protocolo de natureza Cliente/Servidor onde os clientes enviam requisies e recebem respostas, e os servidores recebem requisies enviam respostas. Cada requisio invoca um mtodo no servidor. Os User Agent Client (UAC) so os terminais finais da comunicao e enviam requisies SIP. Os User Agent Server (UAS) escutam as requisies de chamada, acessam o usurio ou executam programas para determinar a resposta. Um User Agent a composio de um UAC + UAS. Como exemplo podemos citar os Telefones IP e Gateways.
Protocolo elaborado pelo ITU-T para Comunicao Multimdia em Redes de Pacotes. formada pelas recomendaes de controle: H.225.0 para registro, admisso, status, sinalizao de chamada e controle, bem como aspectos da sincronizao da mdia e RTP profile. H.245 para descrio e controle de mdia, trocas de capacidades entre terminais, e controle geral dos canais lgicos transportam os fluxos de mdia. formado tambm por uma ampla variedade de recomendaes de codificadores de udio e vdeo, alm de compartilhamento de aplicativos, transferncia de arquivos e outros. Por fim, existem outros padres que complementam a especificao H.323, como os que tratam do gateway com redes PSTN e ISDN e os servios suplementares.
Figura 5 Demonstrao SIP versus H.323
No protocolo SIP as requisies e respostas so baseadas em texto puro, no H.323 so baseadas em codificao binria, baseada em ASN.1 PER. No SIP, o SDP descreve os tipos de mdia e endereos de transporte da mdia, no H.323 temos diversos subprotocolos: H.245, H.225(Q.931, RAS), H.450.x, etc. O SIP possui servidores com diferentes comportamentos: registrar, proxy, redirect, j o H.323, conta com um servidor nico Gatekeeper, entretanto, ambos usam RTP/RTCP sobre IDP/IP. O protocolo SIP se encontra em franca expanso no que diz respeito a ocupao no mercado, porm com a atual base j disseminada do H.323, surgiu a necessidade de interoperabilidade. No trataremos esse tema aqui, apenas citaremos que j existem solues para lidar com essa questo, atravs do artifcio de Signaling Gateways.
Figura 6: Baixo volume de ligaes
O Cenrio o ideal para empresas, que gasta at R$ 1.000,00 em ligaes de longa distncia, e cujas ligaes podem ser consideradas no pontuais, ou seja, a
maioria delas no se repetem ao longo do tempo (so sempre para nmeros diferentes).
Em verdade alguns problemas ainda limitam uma maior exploso na expanso da telefonia IP. Alguns deles inerente a tecnologia, como o caso da confiabilidade ainda no desenvolvida totalmente, os custos dos equipamentos ainda so bem altos um modelo dos mais simples de VoIP Fone atualmente no fica por menos de R$ 450,00. Outro grande ponto a questo da base j instalada da estrutura PSTN aproximadamente 1 bilho de linhas instaladas. Existe resistncia natural dos usurios at uma maturao maior da tecnologia, alm das operadoras resistirem por conta da possibilidade de abertura do mercado com esse novo paradigma. Vale salientar que apesar da expanso da telefonia IP estar acontecendo mais abertamente nos ltimos meses, o mercado j existe a bastante tempo para as grandes empresas e operadoras. Solues usando voz sobre IP para elas, no so novidade. Atualmente a tecnologia vem mostrando cada vez mais maturidade e se tornando acessvel para as pequenas e mdias empresas, e at mesmos usurios residenciais.
BASTOS, Pedro. Voz sobre IP. Wireless Brasil. 1999. http://www.voip.nce.ufrj.br/ http://www.tldp.org/HOWTO/VoIP-HOWTO.htm l http://www.digium.com http://www.grandstream.com