Introducción a la VozIP por la Universidad de Cadiz

8/9/2019 Introducción a la VozIP por la Universidad de Cadiz

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Introducci´ on a la telefonıa IP utilizandoestandares.

Fabi´ an Selles Rosa



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Indice general

1. Introducci´ on 91.1. Deniciones, acr onimos y abreviaturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2. Descripci´ on General 132.1. Telefonıa y redes IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.1.2. Caracterizaci on de la voz humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.1.3. Codecs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.1.4. Redes IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1.5. Protocolos abiertos para la se˜ nalizaci on . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.2. Protocolos abiertos de VoIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2.1. H323 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2.2. SIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2.3. Transporte en tiempo real y redes IP . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.4. RTP y RCTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.5. RTP y NAT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.6. Soluciones al problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.3. PBX para telefonıa IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.3.1. Perspectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.3.2. ¿Soft PBX? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3. GNU Free Documentation License 311. APPLICABILITY AND DEFINITIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312. VERBATIM COPYING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333. COPYING IN QUANTITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334. MODIFICATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345. COMBINING DOCUMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356. COLLECTIONS OF DOCUMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367. AGGREGATION WITH INDEPENDENT WORKS . . . . . . . . . . . . . 368. TRANSLATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369. TERMINATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3710. FUTURE REVISIONS OF THIS LICENSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

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Indice general

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Indice de guras

1.1. PBX manual, Fuente:Wikipedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.1. Silbato capaz de emular un tono para manipular las antiguas centralestelefonicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.2. Modelo funcional de Telefonıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.3. Llamada entre dos terminales H323 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.4. Trapezoide SIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.5. Conversaci on SIP usual de tlf1 a tlf2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.6. Servidor registrar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.7. Servidor redirect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.8. El problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.9. NAT Full Cone , Fuente : Wikipedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.10. Restricted Cone , Fuente : Wikipedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.11. Port Restricted Cone , Fuente : Wikipedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.12. Symmetric NAT , Fuente : Wikipedia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.13. Utilizar t´uneles VPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.14. Funcionamiento de STUN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.15. Algoritmo del protocolo STUN, Fuente: Wikipedia . . . . . . . . . . . . . 292.16. Funcionamiento de TURN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

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1 Introducci´ onLa telefonıa( del griego t h l e c , lejos y f o n o c , sonido) nace a nales del siglo XIX

con la invenci on del telefono. La propia invención del telefono es objeto de controversia,tradicionalmente atribuida a Alexander Graham Bell por ser el primero en patentarla,se considera a otros como Antonio Meucci como sus inventores.

El despliegue de la red telefónica no fue ordenado. La red telef´ onica comenz o comouna simple agrupación de conexiones entre clientes. El crecimiento de n´ umero de clientesy la necesidad de abaratar los costes de cableado, llevan a la creaci´ on de centralitas comopuntos de intercambio telef´ onico . Poco a poco, el desarrollo y la innovación telef onica

dejan de estar a cargo de los cientıcos o particulares y pasan a las grandes compa˜ niastelefonicas como Bell Labs y AT&T en EEUU, o las compa˜ nias telefonicas p ublicas

Estas primeras centralitas telef´ onicas no eran autom´ aticas sino que estaban controla-das por un operador humano. Para poder llamar a un abonado se descolgaba el telefonoy se solicitaba al operador la llamada, este pinchaba la clavija de comunicaci´ on en supanel si la llamada era local, en caso de que llamada excedıese la demarcaci´ on de lacentralita. El operador debıa contactar a otro operador que continuase con la petici´ onpara poder realizar la llamada.

Comienzan la adopción de PBX en las empresas y organizaciones, una PBX no es m´ asque un panel de conexiones (vease 1.1) que se instalaba en la empresa a cargo de unoperador humano.

Figura 1.1: PBX manual, Fuente:Wikipedia

En 1960 comienzan a aparecer las primeras centralitas autom´ aticas electrónicas anal ogi-cas que realizan la conmutaci´ on mediante reles. Tras la invenci´ on del transistor y el desa-rrollo de la electr onica digital se comienza a implantar la telefonıa digital, sobre todo

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http://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Graham_Bell

http://en.wikipedia.org/wiki/Antonio_Meucci

http://en.wikipedia.org/wiki/Antonio_Meucci

http://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Graham_Bell



1 Introducci´ on

para trunking 1 . Las centralitas se implementan con circuitos digitales y se vuelven m´ ascomplejas y aparecen los primeros ordenadores comerciales.

La popularización de Internet y de las redes locales dan un nuevo sentido a la redtelefonica. Ya no s olo sirve para transmitir voz entre abonados, se desarrollan los modems

para transmitir datos digitales trat´ andolos como se nales an alogicas. Al hacerlo utilizantodo el ancho de banda asignado por lo que si se utilizan es imposible transmitir la voza la vez.

Paralelamente comienza la implantaci´ on de una red telefónica completamente digitalque permita la conexión simultanea de voz y datos, la RDSI 2 o ISDN3 .

La explosion del n umero de accesos a Internet proporciona a la sociedad nuevos meto-dos de comunicaci on: mensajerıa instant´ anea, correo electrónico, foros , etc .Aunque, elservicio telefonico sigue fuertemente implantado en la sociedad para acceso a servicioscrıticos y comerciales (emergencias, servicio a domicilio, atenci´ on al cliente . . . ) pero estees paralelo a estas nuevas formas de comunicaci´ on.

Las PBX comienzan a implantarse mediante software , especico, disenado del fabri-cante. Empiezan a ofrecer caracterısticas avanzadas como buz´ on de voz, conferencias ,llamada en espera, m´ usica en espera... . La PBX se vende como una caja negra, a la quela organizaci on conecta sus telefonos y una linea externa, y dicha PBX los interconectay adem as ofrece algunas de esas caracterısticas avanzadas.

Aunque estas PBX se implementen mediante software, no existıa antes de la VoIPuna manera efectiva de integrar o que utilizara estas PBX. No era posible, por ejemplo,realizar llamadas utilizando un ordenador cuando se tenıa al alcance de un click de rat´ ongalerıas de fotos, clips de peliculas, . . .

En este sentido el software libre (vease [ ? ]) tiene mucho que decir. Al devolver oentregar al usuario por primera vez la capacidad de crear su propia telefonıa, de hacerlaexible, de explotarla y llevarla m´ as alla para luego compartirlo con una comunidad deusuarios.

Los programas son complejos y los errores siempre existen, un programa libre, quenos permite ver el c odigo fuente, es un programa m´ as depurado. Pues citando a Eric S.Raymond en su libro [ ? ]:

Dados los sucientes ojos, todos los errores aparecen

Lo que explica en parte la calidad del software libre, sometido a la revisi´ on constantepor pares.

La telefonıa IP nos va a permitir unir dos mundos distintos, el de la telefonıa y lainform atica, a traves de un lenguaje com´ un de comunicación: el protocolo IP. La telefonıaIP basada en software libre nos va a permitir controlar todos los aspectos de nuestrainstalación, haciendo que la centralita se amolde a nuestras necesidades y no nuestrasnecesidades a lo que puede hacer la centralita.

1 Llamada entre centralitas, canal de se˜ nalización compartido.2 Red Digital de Servicios Integrados.3 Integrated Services Digital Network.

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1.1 Deniciones, acr´ onimos y abreviaturas

1.1. Deniciones, acr´ onimos y abreviaturas

B2BUA (Back to Back user agent) Agente de usuario de extremo a extremo , es unaentidad del protocolo SIP, seg´ un el RFC de SIP ([ ? ]), un B2BUA tiene las siguientes

funciones:Gestion de llamadas (facturaci´ on, desconexi on automatica . . . )Interconexión de red(adaptaci´ on de protocolos)Ocultar la estructura de la red (direcciones privadas, topologias de red)Transcodicación entre las dos partes de una llamada.

BBDD Bases de datos.

CDR (Call Detail Record) registro en detalle de llamadas , que almacena datos pertene-cientes al origen, destino, duraci´ on y otros de una llamada para la taricaci´ on o elcontrol en la PBX.

Dialplan , plan de marcado . Conjunto de reglas que determinan las extensiones y servi-cios a las que se pueden acceder desde una PBX.

IVR (Interactive Voice Response), respuesta de voz interactiva sistemas que permitenrealizar gestiones informándonos a traves de la voz. Como en los buzones de vozde los moviles y jos o la reserva de entradas.

Jitter pequeno retraso o latencia producida entre paquetes.

Jitter-buffer buffer de compensaci´ on que almacena los paquetes entrantes para corregirel jitter .

NAT (Network Address Translation) Traducci´ on de direcciones de red . Pr actica utilizadapara evitar el agotamiento de direcciones IP p´ ublicas. En las que una o varias IPpublicas son utilizadas por varios dispositivos con una IP privada.

PBX (Private Branch Exchange) literalmente rama privada de intercambio, dispositi-vo que permite la interconexi´ on de telefonos (en este contexto extensiones), queinterconectan una o varias salidas a la PSTN con estas extensiones.

POTS (Plain Old telephony Service), antiguo servicio de telefonıa plano.

PSTN (Public Switched Telephone Network), Red telef´ onica conmutada (RTC), red quesurge como evoluci on de la red POTS o de la RTB

QoS (Quality of Service) la calidad de servicio son una serie de tecnologıas de los equiposde red que garantizan que una cierta cantidad o un tipo de datos llegar´ a en untiempo dado.

RFC (Request For comments) Serie de documentos normativos y constituyentes de pro-tocolos de red, buenas practicas para administradores de red y otros. Hay diferentestipos desde estandares aceptados, a borradores o a simples recomendaciones.

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1 Introducci´ on

Softphone Aplicaci on que implemente un terminal telef´ onico de uno o varios protocolosde VoIP en un PC.

SGBD Sistema Gestor de bases de datos.

Transcoding , convertir de un codec a otro, generalmente se decodica para pasarlo aaudio sin compresi on y se vuelve a codicar, esto tiene un coste computacional deΘtranscoding (f ) = Θ( DESC (f ) + COD (f ))

VoIP (Voice over IP) , voz sobre IP. En el presente documento se considera un terminosinonimo a telefonıa IP, aunque la VoIP tenga otros usos.

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2 Descripci´ on General2.1. Telefonıa y redes IP

2.1.1. Generalidades

En el presente capitulo se presenta una introducci´ on de conceptos fundamentales paraentender el funcionamiento de la telefonıa IP.

La telefonıa existe desde hace ya m´ as de 100 anos, las necesidades de comunicación ylas nociones de distancia han cambiado con ella y a causa de esta. Desde la aparici´ ony sobre todo la popularizaci´ on de Internet, otros medios m´ as ligados a la inform aticacomo el e-mail o la mensajerıa instant´ anea parecen haber sustituido a la telefonıa endeterminadas circunstancias.

Sin embargo, hay organizaciones o circunstancias que nos hacen depender del telefono.A pesar de la irrupción de microportatiles y PDAs, no es com´ un encontrarse a mano unordenador con conexión a Internet y hay comunicaciones que necesitan m´ as interactivi-dad que la que proporciona cruzar un par de mensajes de texto.

Ası nos encontramos que es habitual mantener los dos sistemas no relacionados sin co-nectarlos aunque, sin embargo, comparten la misma nalidad: la necesidad de transportee intercambio de información.

2.1.2. Caracterizaci´ on de la voz humanaLa voz humana es una señal anal ogica no peri odica cuyo rango de operación en fre-

cuencias est a entre los 20 y los 20000 Hz. Sin embargo, su ancho de banda ´ util, dondese concentra la mayor informaci´ on, se encuentra entre los 300 y los 4000 Hz.

La r apida implantaci´ on de terminales hizo necesaria la creaci´ on de centrales (primerooperadas por humanos y luego autom´ aticas) y la creación de protocolos de telefonıa.

Sin entrar en detalles de cada uno de los protocolos hay ciertas se˜ nales (el n umero quemarcamos, el colgado, el descolgado, u otras m´ as complejas) que deben ser enviadas ala central para su tratamiento. Para esto existen dos alternativas:

- Senalizaci on in-band (dentro de banda), donde las se˜ nales viajan junto a la voz.Esto permite que el usuario pueda llegar a conocerlas e incluso a emularlas (losinicios del phreaking están muy relacionados con esto,una caja de cereales y unsilbato capaz de emular los tonos de la central, vease [ ? ]).

Tambien se puede enviar la se˜ nalizaci on junto a la voz de manera oculta al usua-rio, utilizando cabeceras que se generan en el terminal, que posteriormente soncaptadas por la central y eliminadas cuando se reenvıa para el terminal de destino

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2 Descripci´ on General

(encapsulación). En telefonıa digital, puede hacerse un proceso similar generandobits de guarda que marcan el inicio de una se˜ nal que son recibidos en la centraltelefonica, procesados y eliminados antes de su reenvıo al destinatario. (Vease [ ? ])

- Senalizaci on out-band (fuera de banda), se dene un canal separado donde viajala senalizaci on. En las lineas RDSI por ejemplo, en un acceso b´ asico existen doscanales de datos cada uno de 64 Kib y uno de se˜ nalizaci on de 16 Kib (2B+D), lavoz viaja por uno de los canales B y toda la se˜ nalizaci on por el canal D.

La senalizaci on es relevante para la central o agente intermedio, ya que determinaque est a ocurriendo realmente entre usuarios. Vease la gura 2.2

2.1.3. Codecs

Para poder enviar la voz mediante medios digitales, debemos discretizarla . Para esteproceso de discretizaci´ on o cuanticaci´ on se utiliza un codec 1 . Un codec es una caja negra fısica o l ogica, que en la entrada recibe una se˜ nal de audio y a la salida devuelveuna cadena de bits, o viceversa.

Los par ametros habituales para comprobar las caracterısticas de un codec son:

Frecuencia de muestreo , segun el Teorema de Nyquist 2 para poder reproducir el-mente una señal con frecuencia máxima f es necesario tomar muestras con unafrecuencia 2 f . En telefonıa tradicional y en VoIP la frecuencia de muestreo sueleestar en los 8000 Hz, pues se considera que la mayor parte de los tonos de vozse concentran hasta los 4000 Hz. No obstante hay codecs que utilizan frecuenciasmas altas siendo 44100 Hz la m axima (pues el oıdo humano no escucha frecuenciassuperiores de 22,5 KHz).

Numero de bits por muestra . al tomar muestras para discretizar una se˜ nal continua,utilizar más bits hace que la señal reconstruida ajuste mejor a la original.

1 cod icador- dec odicador2 o Nyquist-Shannon

Figura 2.1: Silbato capaz de emular un tono para manipular las antiguas centrales te-lefonicas.

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2.1 Telefonıa y redes IP

Figura 2.2: Modelo funcional de Telefonıa

Perdida la codicaci on desprecia armónicos no audibles o no importantes en la se˜ nal deaudio original, generando una se˜ nal que una vez reproducida no es completamenteel a la de la entrada pero si sucientemente el.

Numero de canales un s olo canal (mono), dos (estereo) o m´ as. En telefonıa suelen uti-lizarse codecs que utilicen un único canal, debido a que más canales requerirıa m´ asancho de banda para su transmisi´ on.

2.1.4. Redes IP

IP ( Internet Protocol ) es un protocolo de entrega de paquetes de m´ aximo esfuerzono conable. Las redes conmutadas de paquetes, como las que utilizan el protocolo IP,

dieren de otras redes como las conmutadas por circuitos o por tramas. La telefonıatradicional ha venido utilizando conmutaci´ on por circuitos, cuando se utiliza este tipode red de comunicación entre llamador y llamante se establece un circuito fısico o l´ ogicoque se puede seguir directamente desde el origen al destino de la llamada.

En el caso de las redes conmutadas de paquetes la informaci´ on que se desea transmitirse trocea en paquetes, los paquetes se envıan desde origen a destino. Pero hay que haceralgunas matizaciones: dos paquetes de una misma conversaci´ onno tienen porque seguirla misma ruta y el orden en que lleguen los paquetes al destino depende del estado dela red, y la latencia de la ruta escogida por cada uno.

IP es un protocolo que está dentro de la pila TCP/IP, que es un conjunto de protocolosque cubren 3 todos los servicios de red en una red de paquetes. Si el lector no tiene una

solida formaci on en redes o en TCP/IP, una buena referencia es [ ? ].Los protocolos de se nalizaci on y transporte a tiempo real del siguiente capitulo uti-

lizan la pila TCP/IP, eso quiere decir que todos los protocolos acabar´ an utilizando unprotocolo de transporte como TCP o UDP en combinaci´ on con un protocolo de entregade paquetes como IP.

3 Entre ellos HTTP , DNS , ARP , ICMP . . .

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2.1.5. Protocolos abiertos para la se˜ nalización

Un protocolo abierto es un protocolo del cual podemos leer su especicaci´ on. Esto esimportante porque nos permite crear nuestros propios clientes y servidores, lo que noslibera de una implementaci´ on concreta de un fabricante u proveedor.

Una de las primeras cosas que hay que tener en cuenta al tratar un protocolo es quela especicaci on debe de materializarse en una implementaci´ on, y comprobar que unaimplementación dada responda adecuadamente a lo estipulado en la especicaci´ on.

Sin embargo, podemos (si lo necesitamos) comprobar como de el es a la especicaci´ onuna implementaci´ on dada por los mensajes que esta devuelve. Esto no es posible conprotocolos cerrados o propietarios donde debemos conar en la palabra del fabricante uproveedor.

2.2. Protocolos abiertos de VoIP

2.2.1. H323H323 fue el primer protocolo abierto de telefonıa IP. Surge como una evoluci´ on natural

de otros protocolos de videoconferencia y telecomunicaciones por parte de la ITU-T 4 .Esparte de la serie de protocolos H.32x que es un conjunto de est´ andares que denen loselementos necesarios para la Telefonıa a traves de IP.

En la familia H.32X hay una serie de guras denidas, cada gura cumple con unaserie de atribuciones:

Terminal dispositivo para iniciar o recibir la comunicaci´ on.

Gatekeeper (controlador de dominio ) dispositivo que proporciona:

1. Traducción de direcciones2. Control de admisiones3. Control de Ancho de banda4. Administraci on de Zonas5. Control de se nalizaci on de llamada6. Autorizaci on de llamadas7. Administraci on de ancho de banda8. Administraci on de llamadas

Gateway (convertidor de medios ) dispositivo que permite la conversi´ on de redes H323a otras redes como PSTN (RTC), ISDN (RDSI), etc

A continuación, se muestra un listado de los principales protocolos de la familia H.32X:

- H.225.0 Registro, Admisión y eStatus (RAS), utilizado entre un terminal H.323 yun Gatekeeper para proporcionar resoluci´ on de direcciones y servicios de controlde admisi on.

4 The Telecommunication Standardization Sector (ITU-T)

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2.2 Protocolos abiertos de VoIP

- H.225.0 Senalizaci on de llamada, utilizado entre dos entidades H323 para establecerla comunicaci on (terminal ↔ terminal , Gatekeeper ↔ terminal , ...).

- H.245 protocolo de control para comunicaciones multimedia. Estas describen losmensajes y procedimientos usados para el intercambio de capacidades, apertura ycierre de canales l ogicos para audio, vıdeo y datos, controles e indicaciones.

- Real-time Transport Protocol (RTP), el cual es usado para enviar y recibir infor-maci on multimedia (voz , vıdeo , o texto) entre dos entidades.

- H.235 describe la seguridad en H.323, para señalizaci on y multimedia.

- H.239 describe el canal dual usado en videoconferencia, usualmente una para vıdeoen tiempo real y otro para im´ agenes jas.

- H.450 describe varios servicios suplementarios.

- H.460 dene extensiones opcional que pueden ser implementados en un terminal oGatekeeper, especialmente para soslayar las NAT/Firewall.

El anterior listado nos da una idea de la complejidad del protocolo H323, pues involucraa varios protocolos que cooperan para ofrecer un servicio.

El acceso a la especicaci on de los protocolos H32X no es gratuito, el est´ andar se hade comprar, siguiendo la polıtica de distribuci´ on de estandarización ISO. Aun ası, elITU-T ha publicado algunos est´ andares de manera libre que pueden verse en [ ? ].

El proceso de llamada es bastante complejo en H323, y la petici´ on de servicios no esortogonal, es cambiante seg´ un las guras que esten presentes. El siguiente es un ejemplode llamada entre dos terminales H323 (Figura 2.3).

2.2.2. SIP

SIP es un protocolo que dene cómo establecer sesiones multimedia entre dos usuarios.En el no se explica ni se dene como pasar la voz, s´ olo se dene como senalizarlo. SIPes un protocolo completo, por lo que al hablar de el en realidad nos estamos reriendoa una familia de protocolos que SIP utiliza o que extienden a este.

En concreto en el propio RFC[ ? ], se dene:

”SIP es un protocolo de control de la capa de aplicaci´ on que puede esta-blecer, modicar, y terminar sesiones multimedia como llamadas telef´ onicaspor Internet. SIP puede tambien invitar participantes a sesiones existentes,

como conferencias.”SIP soporta cinco funciones de las comunicaciones multimedia:

• Localizaci on del usuario: determina el lugar del usuario nal para la comunicaci´ on.

• Disponibilidad del usuario: determina la voluntad del llamado de unirse a unacomunicaci on.

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Figura 2.3: Llamada entre dos terminales H3235

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• Capacidades del usuario: determina los medios que se usar´ an.

• Sesion de conguraci on: ”llamar”, establecimiento de los par´ ametros de sesión parallamante y llamado.

• Gesti on de la sesion: incluyendo transferencia y terminaci´ on de las sesiones, modi-cacion e invocaci on de servicios.

A diferencia de H323, SIP esta disponible de manera publica y gratuita en la web delos RFC. ([ ? ])

SIP esta basado en el protocolo HTTP [ ? ], del cual toma el modelo general y algunoscodigos de respuesta. Cualquier paquete SIP se escribe en texto plano, y puede observarsemediante cualquier analizador de red (Vease secci´ on ?? en la p agina ??).

Ejemplo de conversaci´ on con SIP

El ejemplo m as basico es el que involucra dos proxys y dos terminales, que forman eldenominado trapezoide SIP (Figura 2.4). Esta es la topologıa de red m´ as usual y sencilla,en la que intervienen dos terminales conectados cada uno de ellos a un servidor proxySIP.

Si tlf1 quisiese llamar a tlf2 , el diagrama 2.2.2 nos muestra la secuencia de mensajesque se darıa. Para cada mensaje se indica el orden en que se emite, el tipo de mensajey la direccionalidad del mismo. Hay que tener en cuenta que en principio tlf1 no puedellegar directamente ni a tlf2 ni a proxy2.com , ası que deja esa responsabilidad a suservidor SIP, que si lo conoce (en caso contrario le responderıa con un mensaje 404 deno encontrado 6 ).

Dentro de este pequeño ejemplo podemos concretar los elementos de cualquier con-versaci on SIP, los pasos del 1 al 12 y del 13 al 14, son mensajes de señalizaci on queno involucran audio, los mensajes de 1 a 3 realizan la invitaci´ on, los mensajes del 6al 8 muestran al llamante que se ha realizado la llamada, y los mensajes del 9 al 11

6 ¿Le suena?

Figura 2.4: Trapezoide SIP

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Figura 2.5: Conversación SIP usual de tlf1 a tlf2

son la aceptación de la llamada por el llamado. Una vez realizado todo esto, es cuandorealmente se procede a la comunicaci´ on entre terminales.

Notese que la comunicación entre terminales se produce en el mensaje 12, hasta en-

tonces la comunicación es a traves de servidores SIP. Pero una vez que se acepta lallamada la comunicación es ya directa entre terminales, no se notican a los servidoreslos mensajes.

Transacciones y dialogos, el modelo de se˜ nalización SIP

En el ejemplo anterior, veıamos algunos actores de una comunicaci´ on entre dos termi-nales SIP y dos servidores proxy. SIP es un modelo de petici´ on/respuesta, a una petici´ onpueden seguirle una o más respuestas. Denimos ası:

Una transacci´ on se compone de una petici´ on inicial seguida de una o va-rios mensajes de respuesta. E.j.: Un mensaje INVITE comienza una transac-cion que acaba tras varias respuestas con un c´ odigo 200.

En cambio, un diálogo es la comunicaci on que se produce entre dos mismos agentesde usuario, i.e. entre dos clientes o entre un cliente y un servidor.

Un di´ alogo es una o m´ as transacciones que se producen entre dos mismosagentes de usuario.Para identicar el di´ alogo se miran las cabeceras From:

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, To: y Call-ID: . el orden de mensajes de un di´ alogo se determina con la cabecera Cseq:

Por su parte un agente de usuario , puede dividirse en dos partes, un servidor de

agente de usuario que recibe las peticiones de otros agentes de usuario clientes, yun agente de usuario cliente que realiza las peticiones a otros agentes de usuarioservidores. Un terminal se compone de un agente de usuario servidor y un agente deusuario cliente, un servidor SIP se compone de uno o varios agentes de usuario servidory cliente.

Peticiones y respuestas

Una petici on SIP indica el usuario o servicio al que se quiere acceder. Una petici´ ontiene la siguiente estructura:

Metodo direcci´ on-adonde-la-peticion Version-SIP CRLF

Donde metodo, puede ser uno de los seis siguientes, denidos en el est´ andar, o algúnotro, denido en las extensiones para SIP 7 :

INVITE , para comenzar una sesi´ on con otro usuario.

REGISTER , para registrar la localizaci´ on actual del usuario y poder comenzar a utilizarlos servicios SIP.

ACK , para conrmar los mensajes que se produzcan en una sesi´ on.

CANCEL , para denegar el establecimiento de una sesi´ on. (para colgar, por ejemplo)

BYE , para acabar una sesi´ on establecida.

OPTIONS , para preguntar al servidor sobre las capacidades del mismo.

Cada una de estas peticiones genera respuestas, las respuestas generadas siguen elsiguiente formato:

VERSION SIP Codigo-estado razon-de-respuesta CRLF

Donde c odigo de estado es un c odigo numerico que indica el tipo de respuesta, y laraz on de respuesta es una raz´ on textual que explica m´ as detalladamente la respuesta. El

primer dıgito del código numerico marca el signicado de la respuesta, pudiendo ser:• 1xx: Provisional, petición recibida, continua el procesamiento de la petici´ on. E.j.

el 100 signica ıntentando .

• 2xx: Exito, la petición fue recibida,entendida y aceptada.7 como PUBLISH para noticar un cambio de evento[ ? ], o MESSAGE[ ? ] para mensajeria instantanea.

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• 3xx: Redirecci on, se necesitan más acciones para completar la petici´ on, o el servidorproxy no puede acabar la petici´ on y se reencamina a otro que si pueda.

• 4xx: Error del cliente, la petici´ on esta mal formada o no puede ser procesada en

ese servidor.• 5xx: Error del servidor, el servidor fallo al procesar una petici´ on aparentemente

valida.

• 6xx: Fallo global, la petición no puede ser procesada en ning´ un servidor.

Tipos de servidores SIP

El RFC ([ ? ]) dene una serie de entidades l´ ogicas que tienen funciones muy concretas:son las encargadas de cumplir las funciones del protocolo.

Servidor registrar

Figura 2.6: Servidor registrar

Un servidor registrar es el servidor que recibe los mensajes REGISTER , es el en-cargado de pedir la autenticaci´ on al usuario y de almacenar su localizaci´ on actual(ip,nombre de usuario y puerto) en una base de datos de localizaciones . Cuan-do otros servidores (como un servidor proxy) busquen , por ejemplo, al usuariosip:[email protected] , la base de datos de localizaciones le devolver´ asip:[email protected]:puerto . Es un servidor l ogico que generalmente se utiliza un servi-dor proxy.

Servidor redirect

Un servidor redirect indica al cliente la localización actual de la persona a la quellama, pero no inicia la comunicaci´ on. En el ejemplo del trapezoide 2.2.2 , tras el

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Figura 2.7: Servidor redirect

mensaje 1, le seguirıa una respuesta del servidor redirect con un mensaje de res-puesta 3XX, donde se le indica la localizaci´ on del usuario que se buscaba. Entonces,el llamante debe generar un nuevo INVITE al usuario encontrado.

Servidor proxy o SIP router

Un servidor proxy es el encargado de encaminar una petición de sesion de unusuario al proxy más cercano que pueda dar curso a esa petici´ on. Es tambien elencargado de la autenticaci´ on y de el accounting 8 .Un ejemplo de servidor proxyfuncionando se ha mostrado ya mediante el trapezoide SIP (gura 2.4).

Nivel de implantaci´ on de SIP

SIP es un protocolo estándar aprobado por el IETF, que tiene muchos dispositivoscompatibles en el mercado. Es con diferencia el protocolo que m´ as se implementa en losdispositivos de telefonıa IP.

XMPP

XMPP ( eX tensible M essaging and P resence P rotocol ,Protocolo extensible de mensa- jerıa y comunicación de presencia) es un protocolo abierto , estandarizado por el IETF([? ] [? ] y [? ]) pero con muchas extensiones en proceso de estandarizaci´ on. XMPP es unprotocolo que fue dise nado para mensajerıa instant´ anea, para este prop´ osito intercam-bia entre clientes cheros XML. Actualmente se est´ a desarrollando una extensi´ on paraXMPP(Jingle [ ? ]), que permita el ujo de audio mediante RTP de modo que Jingle seencargue de la se nalizaci on. Adem as el protocolo se ha dise nado intentando mantenercierta compatibilidad con SIP.

8 No existe una buena traducci´ on sin ambiguedades, el accounting es la gesti´ on de usuarios en el sentidode permisos, servicios que puede acceder y para facturaci´ on.

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Pero adem´as de su posible inclusi on como nuevo protocolo de VoIP, XMPP tiene supropio peso en el mundo de la VoIP como protocolo de presencia. Aunque SIP tieneSIMPLE, hay pocas implementaciones del protocolo, en cambio XMPP lleva siendoimplantado de manera masiva (GTalk, el cliente de mensajerıa instant´ anea de Google

utiliza XMPP).

2.2.3. Transporte en tiempo real y redes IP

Al transmitir datos que no necesitan llegar en tiempo real, la latencia no nos afectademasiado, siempre y cuando los paquetes lleguen al destino. Al transmitir audio,vıdeoo cualquier sesi on multimedia esta situaci´ on no puede producirse, pues en este tipode datos la temporizaci´ on es muy importante para poder comprender el contenido delmismo. Ası que no nos basta con cerciorarnos de que los paquetes lleguen sino que adem´ asnecesitamos que lleguen en el tiempo necesario y se ordenen de la manera adecuada.

El protocolo encargado de la temporizaci´ on y del reordenado de este tipo de paqueteses RTP, este sin embargo, confıa en que los paquetes llegar´ an en un tiempo adecuadopara que el destino este pueda reordenarlos.

Los paquetes UDP son m´as peque nos que los TCP, y aunque no sean conables, sesuele utilizar este transporte para los servicios de telefonıa IP. Esto unido a la creaci´ on deun jitter-buffer (Vease 1.1) y a la utilizaci on de equipos con QoS 9 , permiten mantenercontrolada la latencia de red y hacer que la transmisi´ on de datos multimedia sea losucientemente uida para humanos, sin los cortes producidos por paquetes que lleganfuera de tiempo.

2.2.4. RTP y RCTP

RTP ( Realtime Transport Protocol ) y RTCP ( Realtime Transport Control Protocol ),son protocolos destinados al transporte de ujos multimedia. Mientras RTP se encargadel transporte propiamente dicho, RTCP utiliza RTP para ofrecer calidad de servicio yotras funciones relacionadas con conferencias y sesiones multimedia.

2.2.5. RTP y NAT

Como ya hemos comentado, H323 y SIP son protocolos de se˜ nalizaci on, que utilizanpara el transporte multimedia RTP. Esto introduce un problema. Por ejemplo, en SIP,la senalizaci on utiliza un unico puerto, generalmente el 5060, para la administraci´ on dela red solo es necesario dejar paso a ese puerto.

Sin embargo una conversaci on puede tener varios ujos RTP, varios canales de audio

y vıdeo, y un unico cliente puede utilizar varios ujos RTP (con otra cuenta de VoIP,o para streaming). RTP funciona en cualquier puerto UDP disponible por encima de500010 ([? ], [? ]). El puerto seleccionado ha de ser par, puesto que el puerto siguiente

9 Calidad de servicio. Capacidad de los equipos de red de priorizar los paquetes seg´ un su relevancia10 Los puertos por debajo de 1024 inclusive, son los denominados puertos privilegiados. En algunos

sistemas Unix adem´ as los puertos entre el 1024 y el 5000 son asignados por el sistema operativo y nopor las aplicaciones de usuario.

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impar sera el n umero de puerto utilizado por el protocolo RTCP. [ ? ] .

El problema RTP-NAT

El problema proviene cuando existe entre los dos terminales, un dispositivo que est´ a den-tro de la ruta de transporte de la red que hace NAT o es un rewall.Mas arriba se ha comentado que RTP utiliza puertos aleatorios por encima del 5000.

Al no tener un rango de puertos denido es difıcil darles cabida en las reglas de ltradode rewall o en las reglas de enrutamiento NAT para los dispositivos NAT:

Figura 2.8: El problema

Por si esto fuera poco, la implementaci´ on de la funci on de NAT depende del fabricantey del dispositivo. Se pueden identicar varios tipos de NAT.

Full Cone NAT Una NAT de tipo Full Cone es una donde todas las peticiones de lasmisma IP interna y puerto son redirigidas a una direcci´ on IP y puerto. Adem´ ascualquier equipo externo puede enviar un paquete a la direcci´ on interna utilizandola IP redirigida y el puerto. Si no se escoge ninguna redirecci´ on cada paqueteproveniente de una direcci´ on interna utiliza una redirecci´ on comun con cualquierpuerto. Vease gura

Figura 2.9: NAT Full Cone , Fuente : Wikipedia

Restricted Cone NAT Todas las peticiones de una IP interna son redirigidas a una IPpublica y puerto. Cualquier equipo externo s´ olo podr a enviar un paquete a la IPinterna si esta le envıo anteriormente un paquete al equipo externo sin importar elnumero de puerto.

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Figura 2.10: Restricted Cone , Fuente : Wikipedia

Port Restricted Cone NAT La Port Restricted Cone NAT es similar a la Restricted Cone NAT excepto que un equipo externo s´ olo podr a enviar un paquete a un equipo

interno, si el equipo interno envıo un paquete anteriormente a la direcci´ on IP X del equipo externo en el puerto P y este responde a la direcci´ on interna utilizandoel mismo puerto . Es decir, s olo se aceptara un paquete externo dirigido haciauna direcci on interna y puerto si esta envi´ o a la direcci on externa un paquete.

Figura 2.11: Port Restricted Cone , Fuente : Wikipedia

Symmetric NAT

En la Symmetric NAT una IP interna es redirigida a una direcci´ on IP externa y unpuerto. Si el mismo equipo interno envıa un paquete desde la misma direcci´ on y puertopero a otro destino, se utiliza una redirecci´ on diferente. Es decir, para elegir una nuevaredirecci on se utiliza un trıo (direcci´ on origen, puerto, direcci´ on destino) si alguno delos valores del trıo cambia se utiliza una nueva redirecci´ on.

2.2.6. Soluciones al problema

Para afrontar este problema hay algunas soluciones. Todas estas soluciones han si-do concebidas para SIP o RTP, aunque pueden utilizarse para otras aplicaciones que

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Figura 2.12: Symmetric NAT , Fuente : Wikipedia

adolezcan de los mismos problemas.

Evitarlas

Lo mas directo, aunque no es en realidad una soluci´ on, consiste en connar las comu-nicaciones VoIP dentro de la LAN, y para aquellos casos en que se necesite sortear undispositivo con NAT utilizar un t´ unel VPN 11 .

Figura 2.13: Utilizar t´uneles VPN

STUN

STUN 12 es un protocolo que sirve para que el cliente conozca que tipo de NAT est´ a uti-lizando y su IP p´ublica de modo que pueda intentar modicar las cabeceras para paliareste comportamiento.

Para lograr determinar el tipo de NAT, STUN utiliza el siguiente algoritmo expuestoen la gura 2.15 :STUN esta limitado para protocolos que utilicen UDP y tengan una determinada

conguraci on NAT. Por lo tanto es una parte de la resoluci´ on del problema pero no loresuelve en todos los casos.11 Virtual Private Network , red privada virtual12 Simple Traversal of UDP over NAT

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Figura 2.14: Funcionamiento de STUN

TURN

TURN 13 es una extensión de STUN, se encarga de retransmitir los paquetes desde elcliente al servidor y viceversa.

Adem as de los problemas de seguridad inherentes a esta soluci´ on (deben utilizarsemecanismos de autenticaci´ on y protecci on) el reenvıo introduce una redundancia y uncoste para la red y el ancho de banda importante, al tratarse de datos multimedia.

2.3. PBX para telefonıa IP

2.3.1. Perspectiva

Las PBX ( 1.1) han tenido una importancia crucial en los sistemas de telefonıa tradi-cionales en empresas y otras organizaciones. La funcionalidad mınima que se espera deellas es la de comunicar dos telefonos internos y conectar estos telefonos internos conuna lınea exterior.

Sin embargo, existen otras funciones que con el tiempo se han implementado como unn´ ucleo de funciones b asicas para una PBX. Generalmente una PBX utiliza un protocolode comunicaci on con sus extensiones y con sus lineas externas, es posible que una mismaPBX tenga varias interfaces distintas para poder ser multiprotocolo.

Una PBX es más una entidad lógica que un dispositivo sico, pueden encontrarsePBX en hardware especico, o PBX desarrolladas en software que se instalan en un PC

generico, a estas ultimás se les denomina soft PBX .

2.3.2. ¿Soft PBX?

Historicamente las PBX han pasado de ser operadoras humanas que hacian la interco-nexion del cableado mediante latiguillos a circuiterıa anal´ ogica mediante reles, posterior-13 Traversal using Relay NAT

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2.3 PBX para telefonıa IP

Figura 2.15: Algoritmo del protocolo STUN, Fuente: Wikipedia

Figura 2.16: Funcionamiento de TURN

mente pasando a circuitos digitales de aplicaci´ on a especica, hasta adoptar microcon-troladores y microprocesadores con sistem´ as operativos y software especico a sistem´ asoperativos ”generalistas”.

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In the combination, you must combine any sections Entitled “History” in the variousoriginal documents, forming one section Entitled “History”; likewise combine any sec-tions Entitled “Acknowledgements”, and any sections Entitled “Dedications”. You must

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8. TRANSLATION

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If a section in the Document is Entitled “Acknowledgements”, “Dedications”, or “His-tory”, the requirement (section 4) to Preserve its Title (section 1) will typically requirechanging the actual title.

9. TERMINATION

You may not copy, modify, sublicense, or distribute the Document except as expresslyprovided for under this License. Any other attempt to copy, modify, sublicense or dis-tribute the Document is void, and will automatically terminate your rights under thisLicense. However, parties who have received copies, or rights, from you under this Licensewill not have their licenses terminated so long as such parties remain in full compliance.

10. FUTURE REVISIONS OF THIS LICENSE

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Each version of the License is given a distinguishing version number. If the Documentspecies that a particular numbered version of this License “or any later version” appliesto it, you have the option of following the terms and conditions either of that speciedversion or of any later version that has been published (not as a draft) by the Free Soft-ware Foundation. If the Document does not specify a version number of this License, youmay choose any version ever published (not as a draft) by the Free Software Foundation.

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Introducción a la VozIP por la Universidad de Cadiz

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