Las redes son el eje principal de las
comunicaciones, dentro de estas ocurren un sin número de actividades que
permiten que la conexión entre diferentes dispositivos conectados a la misma,
ya sea de forma inalámbrica o conexión por cable, puedan interactuar entre sí y
compartir diferentes tipos de información. En el presente documento se
desarrollará el componente práctico del curso de conmutación, el cual está
basado en la simulación de una red MPLS (Conmutación de etiquetas
multiprotocolo), diseñada en el software GNS3 (simulador gráfico de red), esta
red se encuentra compuesta por dos routers de borde y cuatro routers de core,
los interfaces estarán configurados y enrutados de acuerdo a la tabla de
direccionamiento diseñada en la actividad dos del curso de conmutación. Esta
red será analizada y evaluada por medio del software WIRESHARK (es un
analizador de protocolos en redes de comunicaciones), en donde se observará los
protocolos que se activan al momento de enviar un paquete entre los routers.
miércoles, 20 de noviembre de 2019
domingo, 3 de noviembre de 2019
PAQUETE DE VOZ SOBRE IP
¿Cómo está conformado
un paquete de voz sobre IP?
La voz sobre IP, es un tecnología que
permite la transmisión de voz a través
de redes IP en forma de paquetes de datos, es decir que la señal de voz se
envía de forma digital, en paquetes de datos. Los protocolos que se utilizan
para enviar la señal de voz en forma digital son conocidos como protocolos de
voz sobre IP. Las llamadas telefónicas se realizan por medio de un muestreo y
digitalización de la voz, para después ser encapsulada en paquetes, esto bajo
el control de diferentes protocolos de señalización.
Una red de voz sobre IP se compone de: un
Gateway que convierte las señales desde las interfaces de la telefonía
tradicional a VoIP; terminales que son equipos de los usuarios que pueden ser
IP, un servidor que provee el manejo y funciones administrativas para soportar
el enrutamiento de llamadas a través de la red. El direccionamiento es
requerido para identificar el origen y destino de llamadas, también es usado
para asociar las clases de servicio a cada una de las llamadas dependiendo de
la prioridad. El enrutamiento por su parte encuentra el mejor camino a seguir
por el paquete desde la fuente hasta el destino y transporta la información a
través de la red de la manera más eficiente.
Una vez la llamada haya sido establecida,
por medio de alguno de los protocolos de señalización de voz será digitalizada
y transmita a través de la red de tramas IP. El software del módulo de
paquetización de los terminales IP o las paralelas entre la RTPC y la red IP,
normalmente es implementado por un procesador digital de señales el cual toma
muestras de voz a una frecuencia determinada, estas muestras digitales se
codifican y comprimen mediante codecs (codificadores decodificadores) normados
internacionalmente como G.723.1, G.729, G.726, G.728 o G.711, para diferentes
algoritmos de comprensión y razón de bits.
Cada códec tiene una sensibilidad de
pérdidas de paquetes, que depende de la implementación del mismo. La
arquitectura para un servicio VoIP debe poder hacer la cancelación de eco,
eliminación de jitter, sincronización de reloj, detección de actividad de voz y
detectar si la llamada procede de un fax o un módem. Los paquetes de voz
comprimidos se encapsulan en el protocolos de transporte de media RTP
(protocolo de tiempo real), que hace comprensión de la cabecera de protocolo
para optimizar el ancho de banda, este encapsula en el espacio de carga del UDP
(protocolo de datagramas de usuario) de la capa de transporte TCP/IP, y después
se encapsula en el protocolo IP, y este a su vez en el protocolo de la capa de
enlace. El protocolo RTCP controla los canales y detecta situaciones de
congestión de red y toma acciones de corrección.
En la anterior imagen se evidencia el
encapsulamiento de voz utilizando el códec G.729. En este ejemplo las muestras
de voz que ocupan 20 bytes se encapsulan en el protocolo RTP, este posee una
cabecera de 12 bytes, posteriormente se encapsula en un datagrama UDP, con el
fin de evitar las demoras y las retransmisiones en el evento en que se pierdan
algunos paquetes. Este tendrá 8 bytes de cabecera para puerto origen, destino,
suma chequeo y longitud. El datagrama se encapsula en un paquete IPv4, que
tiene 20 bytes de cabecera, utilizando 4 bytes para dirección de origen y
destino. Seguidamente se comprima la cabecera para retransmitirlo sobre la
trama de la capa de enlace, en el ejemplo aparece le protocolo PPP (protocolo
punto a punto) sobre una trama Ethernet, con 2 bytes de cabecera IP/UDP/RTP
comprimidos, 6 bytes de cabecera PPP y 2 bytes de cola.
2.2 ¿Cuál es el ancho de banda para un códec G
711 y G729 sobre una interfaz Ethernet?
Teniendo en cuenta que el envío de voz
sobre redes de datos se basa en paquetes, el ancho de banda requerido dependerá
del tráfico que generen estos paquetes, ya que el envío de voz sobre redes
utiliza el estándar RTP, y este a UDP, y terminan sobre IP, en donde la LAN
viaja a través de Ethernet. Esta sumatoria de protocolos obliga a que el ancho
de banda requerido para el tráfico de voz sobre Ethernet sea mayor al ancho de
banda de audio. En conclusión el ancho de banda para voz paquetizado en LAN
depende del tamaño de la ventana y el códec utilizado.
Por otro lado el códec G.711 es un
estándar para la codificación de audio, utilizado principalmente en telefonía,
tiene una tasa de 8000 muestras por segundo, proporcionando un flujo de datos
de 64 Kbit/s. Este códec tiene una ancho de banda utilizado en redes IP sobre
Ethernet de:
El códec G.729 es un algoritmo de
comprensión de datos de audio para voz en 10 milisegundos. Es usado en
aplicaciones de voz en IP debido a los bajos requerimientos en ancho de banda.
Opera en una tasa de 8 Kbit/s y tiene extensiones que operan en 6.4 Kbit/s y de
11.8 Kbit/s. Este códec tiene una ancho de banda utilizado en redes IP sobre
Ethernet de:
a.
De acuerdo con los conceptos
definidos en la actividad anterior, en una llamada telefónica que hace tránsito
entre una red conmutada por circuitos y una red conmutada por paquetes,
establezca la relación o equivalencia de intercambio de mensajes de
señalización.
Señalización
SIP: Es un protocolo de señalización para el
establecimiento, mantenimiento y terminación de sesiones entre usuarios. Estas
sesiones pueden tratarse de conferencias multimedia, chat, sesiones de voz o
distribución de contenidos multimedia. SIP tiene funciones como:
Redirección de llamadas
Resolución de direcciones
Determinar la disponibilidad de un punto final
Establecer llamadas punto a punto o multipunto
SIP se utiliza para el control de las
sesiones de comunicación multimedia como para llamadas de voz y vídeo sobre IP.
El protocolo SIP, se basa en mensajes de petición y respuesta, reutiliza muchas
de las reglas de codificación, códigos de error y campos de cabecera de HTTP.
Las funciones de control de llamadas (redirección, transferencia, cambio de
formatos y codificación, etc…) que proporciona están integradas con la
infraestructura web como los sistemas de programación que utilizan la interfaz
CGI.
Se
trata de un protocolo extremo a extremo donde toda la lógica se almacena en
dispositivos finales (excepto el enrutamiento de mensajes SIP). Es
independiente del protocolo subyacente, ya sea UDP, TCP, AAL5, X.25 o Frame
Relay. Las sesiones multimedia controladas por SIP pueden constar de varias
sesiones RTP sin que todos los participantes tengan por qué participar en todas
las sesiones RTP. SIP es un protocolo cliente-servidor de señalización al que
se pueden añadir nuevos métodos y capacidades.
Señalización
H.323
Es un conjunto de normas y protocolos para
permitir transmisiones multimedia en LANs (Local Area Network) basadas en IP.
Proporciona una base para la transmisión de voz, datos y vídeo sobre redes no
orientadas a conexión y que no ofrecen un grado de calidad del servicio, como
son las basadas en IP. Los terminales y equipos conforme a H.323 pueden tratar
voz en tiempo real, datos y vídeo, incluida videotelefonía. Forma parte de la
serie de protocolos H.32x, los cuales dirigen las comunicaciones sobre RDSI
(H.320), RTC o SS7.
La arquitectura de H.323 define todo lo
necesario (componentes, protocolos, señalización, códecs...etc) para llevar a
cabo la comunicación y garantizar así la compatibilidad entre dispositivos.
MIGRACIÓN DE UN SISTEMA DE TELEFONÍA EN PRODUCCIÓN HACIA VOIP CON ASTERISK 16.
Los componentes
principales del sistema H.323 son:
1. Terminales H.323:
que son puntos finales (equipos que usan directamente los usuarios) en una LAN.
2. Pasarelas que
trabajan como la interfaz de red entre la LAN y de conmutación de circuitos,
hacen de enlace con la red telefónica conmutada, actuando de forma transparente
para el usuario.
3. Porteros o
Gatekeepers que realiza funciones de control de admisión y otras tareas.
4.
MCU (Multipoint Control Unit) que ofrece conferencias entre tres o más puntos
finales.
PROTOCOLO Y FUNCIONAMIENTO MPLS
1.1.1
MPLS (conmutación de etiquetas
multiprotocolo): es un mecanismo de transporte de datos
estándar, opera en la capa de enlace de datos y la capa de red del modelo OSI.
Fue creado para unificar el servicio de transporte de datos para las redes
basadas en circuitos y en paquetes. Transporta diferentes tipos de tráfico,
incluyendo tráfico de voz y de paquetes IP. Reemplazo la tecnología Frame Relay
y ATM en cuanto al transporte de datos de alta velocidad y voz digital en una
sola conexión. MPLS tiene la capacidad de dar prioridad a los paquetes que
transportan tráfico de voz lo hace perfecto para llevar llamadas de voz sobre
IP o VoIP.
MPLS funciona anexando un encabezado a
cada paquete que contiene una o más etiquetas. Los paquetes son enviados
después de una búsqueda por etiqueta la cual es más rápido que una búsqueda por
RIB (base de información de ruteo). Las etiquetas son distribuidas usando el
protocolo de distribución LDP, por el cual los ruteadores de etiquetas
intercambian información. Cuando un paquete no etiquetado entra a un ruteador
de ingreso y requiere usar un túnel MPLS, el ruteador primero determina la
clase equivalente de envío FEC, luego inserta una o más etiquetas en el
encabezado MPLS creado, posteriormente el paquete sale del ruteador, cuando
este es recibido la etiqueta será examinada y basado en el contenido el
ruteador receptor efectuará una operación apilar (PUSH), desapilar (POP) o
intercambiar (SWAP).
En una operación SWAP, la etiqueta es cambiada y el
paquete es enviado en el camino asociado a la nueva etiqueta. En una operación
PUSH, una nueva etiqueta es empujada encima de otra encapsulando la anterior.
En una operación POP, la etiqueta es removida del paquete, lo cual puede
revelar una etiqueta anterior, este proceso es llamado desencapsulado y es
efectuado por el ruteador de egreso con la excepción de PHP (remoción en el penúltimo
salto). Durante estas operaciones los paquetes son enviados basados en el
contenido de la etiqueta, permitiendo el ruteo independiente del protocolo.
1.1.2
Protocolos:
·
LDP (Label Distribution Protocol): Por
medio del cual los ruteadores intercambian información.
·
RSVP (Resource Reservatión Protocol):
diseñado para poder transportar objetos opacos
·
PPP (protocolo punto a punyo): protocolo
del nivel de enlace de datos, utilizado para establecer conexión directa entre
nodos de una red.
·
HDLC (control de enlace de datos de alto
nivel): protocolo de comunicaciones de propósito general punto a punto, opera
en el nivel de enlace de datos.
1.1.3
Características:
·
Tiene estructura orientada a la conexión
de redes que originalmente no estaban orientadas a este tipo de conexión.
·
Integra de forma continua el nivel de
datos y el nivel de red del modelo OSI, combina las funciones de control de
enrutamiento con efectividad en la conmutación.
·
Optimiza el enrutamiento, con algoritmos
simples y sencillos.
·
Permite introducir QoS en redes IP.
·
Optimiza el establecimiento de túneles
en las VPN
SEÑALIZACIÓN SIGTRAN
1.1.1
SIGTRAN (señalización de
transporte): Es un conjunto de protocolos encargados
de transportar la señalización de telefonía SS7 sobre redes IP. La señalización
SIGTRAN, describe la forma de presentación de la información de SS7 sobre una
red de transporte IP, logrando la interoperabilidad entre redes IP de nueva
generación y redes SS7 existentes. Los protocolos SIGTRAN determinan los medios
por los cuales se pueden transportar los mensajes SS7 de forma confiable y
segura sobre las redes IP. En cuanto a arquitectura se compone de un media
Gateway controller (MGC), signaling Gateway (SG), media Gateway (MG), IP con
control de servicios (IP SCP) y teléfono IP. Existen tres componentes de la
arquitectura SIGTRAN: la primera es la capa de red, la capa de transporte y
módulo de adaptación. Existen varios protocolos para señalización entre los
cuales se encuentra M2PA, M2UA, M3UA, SUA e IUA.
1.1.2
Intercambio de mensajes de
señalización para establecer una llamada:
SEÑALIZACIÓN SIP
1.1.1
SIP (session initiation protocol):
se encarga únicamente de la señalización, trabaja en conjunto con el protocolo
RTP (protocolo de transporte en tiempo real) que es uno de los protocolos de la
pila de TCP/IP, y portador del contenido de voz y video que intercambian los
usuario de una sesión establecida por SIP. Este protocolo se centra en el
establecimiento, modificación y terminación de sesiones y se complementa entre
otros con el SDP (session description protocol) que describe el contenido
multimedia de la sesión. El protocolo SIP, es similar al HTTP (Protocolo de
transferencia de hipertexto) y comparte con este algunos principios de diseño.
SIP no se limita a comunicaciones de voz y puede iniciar con cualquier tipo de
sesión comunicativa desde voz hasta video o futuras aplicaciones.
SIP es un protocolo versátil y sencillo,
trabaja junto con ASCII o textbased, similar a HTTP o SMTP (protocolos de
petición de respuesta). Utiliza menos recursos, ya que reutiliza los protocolos
existentes. Se caracteriza por la ubicación, disponibilidad y capacidad del
usuario y gestiones de sesión.
1.1.2
Intercambio de mensajes de
señalización para establecer una llamada:
PROTOCOLO ATM
1.1.1
ATM:
el modo de transferencia asincrónica fue desarrollado con el fin de satisfacer
las necesidades de la red digital de servicios integrados de banda ancha y
diseñada para integrar redes de comunicaciones y redes que manejen el tráfico
de datos de alto rendimiento y contenido de baja latencia en tiempo real como
voz y video. Este modelo se asemeja a las capas de red, enlace de datos y
física del modelo OSI. La ATM utiliza la multiplexación por división de tiempo
asincrónica y codifica datos en paquetes pequeños de tamaño fijo llamadas
celdas.
1.1.1.1
Características:
·
Combina los conceptos de conmutación de
paquetes y de circuitos.
·
Permite unir todas las redes existentes
y combinarlas en una red global y única.
·
Elimina la jerarquía de multiplexación y
dispone de dos jerarquías de red, una de trayecto virtual VP y la otra de canal
virtual VC.
·
Permite una flexibilidad completa para
servicios nuevos y un transporte variable en velocidad hasta 622 Mb/s.
·
Los canales son multiplexados de manera
determinística o estadística.
·
Es una red orientada con-conexión, con
transferencia de celdas.
·
Es una combinación de las capas de datos
y de red del modelo OSI.
·
Facilita la garantía en la calidad del
servicio, debido a que las celdas son pequeñas y no bloquean ninguna línea.
·
El hardware permite una configuración
para enviar una celda entrante a múltiples líneas de salida.
1.1.1.2
Pila de protocolos:
1.1.1.3
Diagrama:
1.1.1.4
Arquitectura:
está basada en tres capas fundamentales y tres planos:
·
Plano de usuario:
permite la transferencia de información de usuario, así como de determinados
controles asociados a la conexión como el control de flujo y de errores.
·
Plano de control:
se encarga del establecimiento y liberación de gestión. Realiza funciones de
control de llamada y de control de conexión.
·
Plano de gestión:
se encarga de la gestión de las diferentes capas y planos y se relaciona con la
administración de recursos.
·
Nivel físico:
maneja la transmisión dependiente del medio físico. Define las características
eléctricas y las interfaces de red.
·
Nivel ATM:
es el encargado del establecimiento de conexiones y del paso de celdas a través
de la red ATM, para realizar esta acción, este nivel toma los datos a enviar y
añade información de la cabecera de 5 bytes, lo cual asegura que la celda es
enviada por la conexión correcta.
·
Nivel de adaptación ATM:
es el responsable de aislar los detalles de los procesos ATM a los protocolos
de niveles superiores. Es el encargado de asegurar las características del
servicio apropiado y de segmentar cualquier tipo de tráfico en una carga de 48
bytes, la cual será transmitida en las celdas ATM.
·
Niveles superiores:
Son los niveles que residen sobre el nivel de adaptación ATM, los cuales
aceptan los datos del usuario, los clasifican en paquetes y los pasan al nivel
de adaptación ATM.
PROTOCOLO FRAME RELAY
1.1.1
Frame Relay:
es una técnica de conmutación para la retransmisión de tramas para redes de
circuito virtual. Es una técnica perfecta para la transmisión de grandes
paquetes de datos. El frame relay es utilizada especialmente para los servicios
de voz y datos a alta velocidad que permite la interconexión de redes de área
local. Las conexiones pueden ser permanentes (PVC: permanent virtual circuit) o
conmutadas (SVC: switched virtual circuit). Son recomendadas para ser
utilizadas en el nivel de última milla o en conexiones locales del usuario y en
redes de baja velocidad. ES útil en la interconexión de redes LAN, debido a su
transmisión de datos variables, lo que simplifica la transferencia de
datos.
1.1.1.1
Características:
·
Utiliza circuitos virtuales permanentes
(PVC) y circuitos virtuales conmutados (SVC)
·
Permite que varios canales compartan una
sola línea de transmisión.
·
Capacidad de enviar gran volumen de
tráfico en cortos periodos.
·
Aumenta la eficiencia de la redes.
·
El servicio de transporte opera en la
capa 2 del modelo OSI.
·
Transmite la información en tramas
estrusturadas.
·
Soporta múltiples protocolos y
aplicaciones de diversos entornos de comunicaciones.
·
El multi-protocolo ha sido ampliado con
el desarrollo de estándares para la transmisión de voz sobre frame relay.
1.1.1.2
Diagrama:
1.1.1.3
Arquitectura:
la arquitectura frame relay se puede dividir en tres planos:
·
Plano de control (plano C):
para señalización, establecimiento y liberación de conexiones lógicas. Los
protocolos de este plano son entre usuario y red. Es el responsable del control
de llamada y del control de conexión. Tiene funciones similares a las usadas en
servicios de conmutación de circuitos y de conmutación de paquetes en RDSI.
Emplea los niveles 1, 2 y 3.
·
Plano de usuario (plano U):
para la transferencia de información entre usuarios abonados (sin control,
preservando el orden, sin duplicidades, con baja probabilidad de perder tramas,
sin control de errores y transparente). Los protocolos de este plano son entre
usuarios finales. La función de este plano es la delimitación, alineación y
transparencia de tramas; multiplexación y demultiplexación de tramas utilizando
el campo de dirección; inspección de trama para que tenga una correcta longitud
correcta; detección de transmisión de errores y funciones de control de
gestión.
·
Plano de gestión (plano G):
para el control y gestión de las operaciones de red.
·
Nivel 1:
hace referencia a la capa física para ISDN (red digital de servicios
integrados) l.460 e l.431. Identifica las especificaciones eléctricas,
mecánicas y funcionales de los circuitos. El l.430, especifica la base para una
trama BRI (interfaz de velocidad básica). El l.431, describe el uso de un
circuito T1 o E1 para la base eléctrica de un circuito PRI (interfaz de veloz
primaria).
·
Nivel 2:
nivel de especificación de la capa de enlace de datos de RDSI para modo tramas.
Otorga mensajes de señalización de control de llamada.
·
Nivel 3:
nivel de señalización digital de abonado. Especifica señalización para el
control y supervisión de estado de conexiones virtuales conmutadas y
permanentes en modo trama.
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