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ARQUITECTURA DE REDES DE COMUNICACIONES
ÍNDICE TEMÁTICO
I. ARQUITECTURA TCP/IP
1. Protocolo IPv6 (ICMPv6)
2. IP móvil en IPv4 e IPv6
3.Transición de IPv4 a IPv6
4. Encaminamiento dinámico de unidifusión y MPLS
5. Multidifusión IP
6. Encaminamiento dinámico de multidifusión
7. TCP: Servicios opcionales (confirmación selectiva o SACK)
y control de la congestión
UDP: Servicio no orientado a conexión para transmisiones multimedia
en tiempo real
8. Parámetros de calidad de servicio, modelos de calidad de servicio
y servicios en tiempo real en Internet (RTP, VoIP y ToIP)
II. SERVICIOS Y TECNOLOGÍAS DE SEGURIDAD EN INTERNET
1. Amenazas, servicios y mecanismos de seguridad
2. Seguridad Web y correo electrónico
3. Protección de las comunicaciones: Intranets y Redes privadas virtuales
© Fco. Javier Yágüez García
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1
Arquitectura de Redes de Comunicaciones
Documentación: Tema I, Capítulo 8
http://pegaso.ls.fi.upm.es/arquitectura_redes/index2.html
¾material
TRANSPARENCIAS
http://halley.ls.fi.upm.es/~jyaguez/libros.html
PROBLEMAS
http://halley.ls.fi.upm.es/~jyaguez/examenes.html
•TCP/IP Tutorial and Technical Overview, Lydia Parziale, David T. Britt ,…
8ª edición (Diciembre 2006).
Redbooks: http://www.redbooks.ibm.com/portals/solutions
Libro descargable desde Internet)
.Los RFCs que se indiquen
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LA PROBLEMÁTICA DE LA CALIDAD DE
SERVICIO EN INTERNET
ƒ Problema: Internet es una red de computadoras TCP/IP que basa
su funcionamiento en la tecnología de conmutación de paquetes
mediante un servicio de encaminamiento no orientado a
conexión o no fiable y, ademas:
9 IP, por omisión, NO garantiza calidad de servicio o QoS
(Quality of Service) a los distintos flujos de paquetes
9 IP, por omisión, sólo proporciona un servicio “best-effort” o
“de mejor entrega posible” o “hago lo que puedo”
• Es decir, IP “hace lo que puede” para encaminar cada
paquete desde un origen a un destino tan rápidamente como
sea posible: “primero que llega, primero que sale”
9 Actualmente, sólo los operadores garantizan a sus clientes
una QoS, previamente contratada, en los routers de sus redes
IP
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Servicio IP de “Mejor Entrega Posible” o “Hago lo
que Puedo” o Servicio “Best Effort”
ƒLa mayoría de los routers en Internet disponen de la tradicional cola FIFO
(First-In-First-Out) para cada línea de salida
ƒLO PRIMERO QUE ENTRA ES LO PRIMERO QUE SALE ENCAMINADO SIN
NINGÚN TIPO DE GARANTÍAS DE QoS (CALIDAD DE SERVICIO)
ƒSe descartan o se pierden paquetes IP cuando se desborda la capacidad
de almacenamiento de los buffers asociados a las distintas colas de salida
ƒEs el servicio IP más simple, y por omisión, pero no el ideal
Línea 1
Línea 2
La mayoría de los routers en Internet
disponen de la tradicional cola FIFO
COLA FIFO
Línea salida
Línea n
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Calidad de Servicio (QoS) en Internet
ƒ Actualmente, la congestión y la falta de QoS es el
principal problema de Internet
ƒ IP fue diseñado para dar, por omisión, un servicio
“best effort”
9Sin embargo, hoy en día, se utiliza para
aplicaciones interactivas en tiempo real o
“sensibles” a las redes con congestión y a la falta
de QoS
¾Audioconferencias, videoconferencias, VoIP
(Voice Over IP), etc.
ƒ Estas aplicaciones no pueden funcionar en una red
“best effort” congestionada.
ƒ Se han hecho modificaciones en IP para que pueda
ofrecer QoS a las aplicaciones
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Concepto de Flujo
ƒ Un flujo es un conjunto de paquetes
procedentes de una misma fuente
(cámara, micrófono, teléfono, etc.)
que siguen una misma ruta por
Internet y requieren una misma QoS
ƒ Un flujo es unidireccional (simplex)
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4 Flujos en una Videoconferencia
Por ejemplo, una videoconferencia estaría formada por cuatro flujos, audio y
vídeo de ida, audio y vídeo de vuelta
A
B
147.156.135.22
158.42.35.13
Flujo vídeo A->B: 147.156.135.22:2056 -> 158.42.35.13:4065
Flujo audio A->B: 147.156.135.22:3567 -> 158.42.35.13:2843
Flujo vídeo B->A: 158.42.35.13:1734 -> 147.156.135.22:6846
Flujo audio B->A: 158.42.35.13:2492 -> 147.156.135.22:5387
Los flujos se agrupan en clases de tráficos de paquetes o clases
de servicios y cada flujo debe recibir siempre la misma QoS
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Identificación de Flujos
ƒ Un flujo se identifica por los cinco parámetros
siguientes:
9Dirección IP de origen
9Número de Puerto de origen
9Dirección IP de destino
9Número de Puerto de destino
9Protocolo de transporte utilizado (TCP o UDP)
ƒ Los flujos pueden agruparse en clases
ƒ Todos los flujos dentro de una misma clase de
tráfico de paquetes (vídeo, audio, etc.) o clase de
servicio reciben la misma QoS
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4 Parámetros de Calidad de Servicio
Parámetro
Unidades
Significado
Caudal
bps
Capacidad de cada enlace de la
red ofrecida a cada flujo
LATENCIA
(LATENCY) o
RETARDO
(DELAY)
JITTER
TASA DE
PÉRDIDAS
(LOSS RATE)
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ms
ms
%
Tiempo requerido por el
paquete de un flujo para
atravesar una red
Variación de la latencia entre
paquetes secuenciales de un
mismo flujo
Proporción de paquetes perdidos
respecto de los enviados en un
determinado flujo
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Parámetro de Calidad de Servicio
CAUDAL
Caudal: Capacidad de cada enlace de la red ofrecida a cada flujo
Los flujos de las aplicaciones requieren
un mínimo de capacidad en cada uno de los enlaces
IP
IP
1 Gbps
10 Gbps
IP
IP
100 Mbps
1 Gbps
Caudal crítico = min (10 Gbps, 1 Gbps, 100 Mbps, 1 Gbps) = 100 Mbps
Menor caudal ofrecido en un enlace de la red
Caudal mínimo o crítico en una red: Parámetro QoS significativo
Caudal de un flujo = capacidad del enlace/número de flujos
Enlace = 1 o más flujos
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Parámetro de Calidad de Servicio
LATENCIA
ƒ LATENCIA o RETARDO EN UNA RED es el tiempo de tránsito
extremo a extremo del paquete de un flujo, es decir, el tiempo requerido
por el paquete de un flujo para atravesar los diferentes enlaces de una
red
ƒ Un retardo extremo a extremo de entrega de cada paquete es una
acumulación de los retardos o tiempos de propagación, transmisión,
proceso y espera (en la correspondiente cola del interfaz de salida de un
router) en cada uno de los enlaces en el trayecto origen y destino
9Retardo de Propagación: Fijo en función de la Longitud del
enlace/Velocidad de propagación del medio
¾ Aire = 300.000 Kms/seg (3,33 µseg/Km); cable = 200.000 Kms/seg (5 µseg/Km)
9Retardo de Transmisión: Variable en función de la Longitud de la
trama/Capacidad del enlace
9Retardo de Proceso: Despreciable en función del tiempo que tarda el
router en procesar un paquete y colocarlo en la cola del interfaz de salida
9Retardo de Espera en Cola (JITTER): Variable (y el más importante) en
función del tiempo de espera o estancia en la cola del interfaz de salida
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NUNCA DEBE SUPERARSE el Retardo Máximo
de Tránsito Extremo a Extremo de un Flujo
IP
T1 +P1
Q2
IP
IP
IP
T3 + P3
T2 +P2
Q3
Q4
T4 + P4
Retardo = T1 +P1 +Q1 +T2 +P2+ Q2 + T3 +P3 + Q3 + T4 +P4 = “n” ms
9 P: Retardo de propagación
9 T: Retardo de transmisión
9 Q: Retardo de proceso y ESPERA EN COLA DE SALIDA (Jitter):
• La acumulación de los diferentes tiempos implicados, especialmente, el jitter es
IMPREDECIBLE en Internet o en redes IP con servicio “hago lo que puedo”
• LIMITADO o PREDECIBLE en las redes IP de los operadores con QoS para
determinados flujos
• LATENCIA MÁXIMA o RETARDO MÁXIMO: Parámetro QoS significativo
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Parámetro de Calidad de Servicio
LATENCIA
ƒ Hay aplicaciones que admiten más o menos latencia
ƒ Una persona navegando por Internet, esperando a que se descargue una página
web, o descargando un fichero puede asumir cierta cantidad de tiempo de
espera. Esto no es así, por ejemplo, para el tráfico de voz (VoIP)
ƒ El tráfico de voz es un servicio interactivo en tiempo real, sensible a la latencia,
al jitter y a las congestiones
ƒ En un contexto de telefonía, la latencia es el tiempo requerido por una señal
generada en la boca del llamante hasta alcanzar el oído del destinatario
ƒ En VoIP nunca debe superarse un determinado retardo máximo para los
paquetes de un flujo de voz
• Retardos (entre paquetes) menores de 150 mseg: Ideales al no ser
percibidos por el ser humano
• Retardos (entre paquetes) entre 150 y 400 mseg: Aceptables pero no
ideales
• Retardos (entre paquetes) por encima de 400 mseg: Inaceptables ya que
impiden la interactividad en conversaciones de voz
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Parámetro de Calidad de Servicio
ƒ
JITTER
JITTER o variación o fluctuación de la latencia o latencia variable
entre paquetes (interpacket delay) es la diferencia de tiempo
extremo a extremo en la red entre paquetes secuenciales de un
mismo flujo
9 Por ejemplo, si un paquete requiere 100 ms en atravesar la red
desde el extremo emisor al extremo receptor y el siguiente
paquete requiere, a su vez, 125 ms para realizar el mismo viaje,
el jitter será de 25 ms
9 Esto es muy importante por ejemplo en VoIP ya que los paquetes
no llegan ni en el orden ni en un tiempo constante, por lo que hay
que esperar a que lleguen todos para poder reproducirlos en su
orden
9 El control del jitter de cada paquete lo lleva a cabo el extremo
receptor mediante un BUFFER DE REPRODUCCIÓN en
donde se almacenan los paquetes previamente y durante un
tiempo de espera (timestamp) antes de ser reproducidos
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Parámetro de Calidad de Servicio
JITTER
(continuación)
ƒ El JITTER se ocasiona, principalmente, por los tiempos de
espera o estancia variables en cola o retardos variables o tiempos
de estancia diferentes de los paquetes de un mismo flujo en las
diferentes colas de salida de los routers, provocando una pérdida
de sincronismo en el receptor ya que es imposible procesar los
paquetes en recepción con la misma cadencia de salida del emisor
ƒ Junto con la latencia es un parámetro muy crítico en servicios de
comunicaciones interactivos en tiempo real
• Variación alta = Calidad desigual del sonido o la imagen
• Aplicaciones interactivas en tiempo real tienen
requerimientos estrictos de latencia y jitter
• JITTER MÍNIMO: Parámetro QoS significativo
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JITTER se ocasiona por los Tiempos de Espera
Variables en Cola de Salida de los Routers
Proceso
IP
Caudal
IP
Retardo de proceso
IP
IP
Espera en cola
(JITTER)
Tiempo de transmisión
ƒ Variación alta = Calidad desigual del sonido o la
imagen
ƒ Aplicaciones interactivas en tiempo real tienen
requerimientos estrictos de latencia y jitter
ƒ
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JITTER MÍNIMO: Parámetro QoS significativo
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Problemática de la LATENCIA y JITTER en VoIP en Internet
ƒ Mientras hablamos, durante una conversación interactiva, a través de una
aplicación de voz sobre IP, el típico CODEC G.711 de la tarjeta de sonido de
nuestra computadora (o el típico CODEC G.711 de nuestro teléfono IP) genera
una tasa típica de 8000 octetos/seg o 64.000 bits/seg (8000 muestras/seg x 1
octeto/muestra)
ƒ El proceso emisor va agrupando los 8.000 octetos/seg cada 20 mseg de
conversación, obteniendo paquetes o trozos de voz de 160 octetos
9 Nº de octetos por paquete de voz = 20 mseg x 8000 octetos/seg =160
octetos
9 Al trozo o paquete de voz o carga útil de 160 octetos, se le añaden
cabeceras RTP, UDP, IP y Ethernet y el resultado se transmite por la red
de acceso a un ritmo de un paquete de voz cada 20 mseg
ƒ Si hay un retardo constante de 20 mseg por Internet, durante la conversación
(condiciones ideales), los paquetes llegan al receptor de una forma periódica
cada 20 mseg y se escucha al mismo tiempo que se habla con un máximo de
interactividad en la conversación de voz
ƒ El receptor (CODEC PCM de la tarjeta de sonido) reproduce en función de un
tiempo de reloj (igual que el del emisor) cada paquete tan pronto como llega
ƒ “Por desgracia”: Algunos paquetes se perderán en algún router, otros llegarán
desordenados y, además, la mayoría de los paquetes no tendrán un mismo
retardo extremo o extremo por Internet (incluyendo diferentes jitters o
variaciones, incluso con una Internet “muy poco congestionada”)
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Problemática de la LATENCIA y JITTER en VoIP
El ritmo de transmisión de un emisor no coincide con el ritmo de
transmisión por la red debido a la latencia y jitter de ésta
Emisor bla, bla,
Receptor ¿?
bla, bla
Red
Buffer de reproducción
para el control del jitter
B
A
C
Emisor Transmite
t
A
20 ms
20 ms
Red vacía
B
C
90 ms
Receptor Recibe
t
Congestión
LATENCIA EN LA RED: 60 ms + 30 ms (jitter)
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Ubicación del CODEC en una Tarjeta de Sonido PCI/PCI Express
RECORDATORIO
ADC (Analog to Digital Converter): CHIP O CONVERSOR
ANALÓGICO A DIGITAL que realiza la MODULACIÓN
DIGITAL, es decir, el proceso de conversión de una
señal analógica en su equivalente digital
Salvo salida S/PDIF
Express
GRABACIÓN O
DIGITALIZACIÓN
Cualquier dispositivo o
reproductor analógico
SECUENCIADOR
MIDI
frontales
Altavoces
traseros y
laterales
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3 Fases en el Proceso de Digitalización de la Voz mediante un
CODEC G.711
RECORDATORIO
ƒ La digitalización de la señal analógica o ADC consta de tres fases:
Muestreo, Cuantificación y Codificación
ƒ Como resultado se obtiene una secuencia de valores binarios que representan
el nivel de tensión en un momento concreto
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Proceso de Muestreo en la Digitalización de la Voz mediante un
CODEC G.711
RECORDATORIO
La digitalización de la señal analógica de entrada o ADC o conversión analógicadigital o conversión A/D consta de tres fases: Muestreo, Cuantificación y Codificación
1. MUESTREO de la tensión o voltaje de la Corriente Alterna
(CA) o señal eléctrica de entrada (continuación)
Vi o tensión
Mientras hablamos, durante una conversación interactiva, a través de una aplicación de
voz sobre IP, la tarjeta de sonido (CODEC PCM G.711) de nuestra computadora (o el
CODEC PCM G.711 de nuestro teléfono IP) genera una tasa típica de 8000 octetos/seg
o 64.000 bits/seg (8000 muestras/seg x 1 octeto/muestra)
FRECUENCIA DE MUESTREO = 8
KHz = 8.000 Hz = 8.000 muestras/seg
En cada segundo se toman 8.000 muestras de voltaje
RESOLUCIÓN = 8
bits/muestra = 1 octeto/muestra
Velocidad (o tasa) de transferencia = 8.000 muestras/seg x 8 bits/muestra = 64.000 bits/seg
Velocidad de transferencia = 8.000 muestras/seg x 1 octeto/muestra = 8.000 octetos/seg
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Procesos de Cuantificación y Codificación en la Digitalización de
la Voz mediante un CODEC PCM G.711
RECORDATORIO
2. y 3.CUANTIFICACIÓN del voltaje y CODIFICACIÓN
en binario de dicho voltaje
Resolución = 8 bits/muestra = 1 octeto/muestra
A mayor resolución, se puede diferenciar un mayor número de niveles o muestras de
voltaje (con 8 bits/muestra, 28 = 256 niveles de voltaje diferentes)
Por ejemplo, con 3 bits/muestra, menor resolución, 23 = 8 niveles de voltaje diferentes
6,5 ≤ Vi < 7,5 = 111
5,5 ≤ Vi < 6,5 = 110
4,5 ≤ Vi < 5,5 = 101
3,5 ≤ Vi < 4,5 = 100
2,5 ≤ Vi < 3,5 = 011
1,5 ≤ Vi < 2,5 = 010
0,5 ≤ Vi < 1,5 = 001
Vi < 0,5 voltios = 000
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Codificación de la Voz
RECORDATORIO de los diferentes CODECS
ƒ Señal de voz analógica.
ƒ Esta señal se convierte en una señal digital mediante PCM
10110101 11010011 11001001 00100100 00111100 10010011 11100001 00100100 00111100 10010011 10110101
•La mayoría de los Codec comprimen la corriente PCM
• PCM G.711 genera 64.000 bits/seg
• G.729a genera 8.000 bits/seg (1000 muestras/seg x 8 bits/muestra = 8000 bits/seg
10 mseg de voz x 8000 bits/muestra = 10 bytes)
• G.726 genera 6,3; 5,3 Kbit/seg
Se construyen las unidades de datos a partir de la salida del codec
11010011 11001001 00100100 00111100 10010011 11100001 00100100 00111100 10110101 11010011 11001001 00100100 00111100 10010011 11100001 00100100 00111100
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Parámetro de Calidad de Servicio
TASA DE PÉRDIDAS
ƒ
Tasa de pérdidas: Proporción de paquetes perdidos (en los routers) respecto
de los enviados en un determinado flujo y que no llegan al destino por
desborde del buffer de la cola de salida del router y en menor medida por
errores físicos en las tramas (CRC Ethernet) y cabeceras de los paquetes IPv4
(checksum)
9 IP no es un protocolo fiable, lo cual significa que en determinadas
circunstancias los paquetes de datos pueden ser descartados (perdidos) por la
red, generalmente, cuando la red está especialmente congestionada.
9 La pérdida de múltiples paquetes de un flujo de voz puede causar un ruido
que puede llegar a ser molesto para el usuario.
9 Pérdidas de paquetes en los routers: Vía TCP son recuperables, pero las
retransmisiones y controles TCP son inaceptables para aplicaciones
interactivas en tiempo real al incrementar el retardo extremo a extremo.
Además, el control de congestión TCP reduce la tasa de envío (troughput)
en el emisor
9 Por ejemplo, para mantener una calidad de la voz, los paquetes perdidos
no deberían de exceder, del 1% de todos los paquetes enviados
9 TASA DE PÉRDIDAS MÍNIMA: Parámetro QoS significativo
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Las Pérdidas se suelen ocasionar en los Routers
La congestión en Internet es la pérdida de 1 o más paquetes IP
debido al desborde del buffer de la cola del interfaz de salida
de un router cuando las tasas de entrada superan las capacidades de salida
enlaces
de entrada
…
Proceso
IP
Caudal
IP
IP
IP
IP
buffer de la cola
del interfaz de salida
enlaces
de entrada
…
enlace
de salida
Descarte del último
CONGESTIONES O PERDIDAS DE PAQUETES IP EN UN ROUTER DE ACCESO,
ESPECIALMENTE CRÍTICO EN ENLACES DE ENTRADA DE ALTA CAPACIDAD
Y ENLACES DE SALIDA DE MENOR CAPACIDAD
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25
Calidad de Servicio en Internet
ƒ Salvo por las redes IP de los operadores con los que
se contratado previamente una QoS, NO SE
ASEGURA que un determinado flujo de paquetes en
Internet vaya siempre por las rutas de MÁXIMO
CAUDAL, MENOR LATENCIA y JITTER y
MENOR NÚMERO DE PÉRDIDAS
ƒ Actualmente, la congestión y falta de
QoS es el principal problema de
Internet
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26
Oferta de Calidad de Servicio (QoS)
ƒ Actualmente, sólo los operadores garantizan QoS a sus clientes, y
previamente contratada, en los routers de sus redes IP
ƒ Un operador ofrece QoS en su red IP cuando garantiza un valor
límite (máximo o mínimo) de alguno de los parámetros de QoS
ƒ Si el operador no se compromete en ningún parámetro se dice que
ofrece un servicio “best effort” o por omisión
ƒ El contrato, que especifica los valores acordados entre el proveedor
y el usuario (cliente), se denomina SLA (Service Level Agreement).
Por ejemplo:
9 Caudal ≥ 2 Mbps
9 Retardo ≤ 80 ms
9 Jitter ≤ 30 ms
9 Tasa de pérdidas ≤ 0,01 %
ƒ Al QoS, el operador añade una PRIORIDAD DE TRATAMIENTO
en función del código DSCP y el algoritmo de gestión de colas del
router, haciendo que, por ejemplo, los paquetes de voz tengan
máxima prioridad por las correspondientes colas de salida
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Clave en la Congestión y Calidad de Servicio
ƒ Con un buen CAUDAL en los enlaces se resuelven
“casi” todos los problemas
ƒ Sería muy fácil dar QoS si las redes nunca se
congestionaran
ƒ Para ello, habría que sobredimensionar todos los
enlaces, lo cual no siempre es posible
ƒ Para dar QoS con congestión es preciso tener
mecanismos que permitan dar un trato distinto al tráfico
preferente y cumplir el SLA (Service Level Agreement)
ƒ Un SLA es un contrato entre el operador de la red y
un cliente para definir aspectos específicos del
servicio (valor límite mínimo o máximo de alguno de
los parámetros) que se va a proporcionar
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28
Categorías de Aplicaciones (I)
ƒ Tiempo real
9Interactivas
•
•
•
•
Audioconferencias
Videoconferencias
VoIP
Necesidad de garantizar
– Retardo máximo
– Caudal mínimo
• El jitter de cada paquete lo debe corregir el receptor
9No interactivas
• Streaming de audio y vídeo
• Es muy útil garantizar el retardo máximo
• Tolerantes al retardo medio
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29
Categorías de Aplicaciones (II)
ƒ Elásticas (funcionan con prestaciones variables de red)
9Interactivas
• HTTP, FTP, Telnet
• Sensibles al retardo medio
9No interactivas
• E-mail
• News
• No importa el retardo
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Requerimientos de QoS para las Aplicaciones
Tipo de aplicación
CAUDAL
LATENCIA
Jitter
Tasa de
Pérdidas
Elástica interactiva
(HTTP, FTP, etc.)
Bajo
Bajo
Medio
Media1
No interactivo
(e-mail)
Alto
Alto
Alto
Alta1
VoIP
Bajo
Bajo
Bajo
Baja
Vídeo interactivo
Alto
Bajo
Bajo
Baja
Vídeo unidireccional
(streaming)
Alto
Medio
Bajo
Baja
1En
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realidad la aplicación requiere pérdida nula, pero esto lo
garantiza el protocolo de transporte TCP
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Requisitos Aproximados de QoS
por Categorías de Aplicaciones
ƒ Voz
9 No más de 150 ms de retardo
9 No más de 20 ms de jitter
9 No más de 1 % de tasa de errores
ƒ Video
9 No más de 400 ms de retardo
9 No más de 30 ms de jitter
9 No más de 3 % de tasa de error
ƒ Datos
9 Variables en función del tipo de aplicación, pero menos
exigentes que los anteriores
9 Deben se clasificadas en diferentes clases en función de
dichos requisitos
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Routers con Algoritmos de Gestión de Colas
ƒ El tratamiento de paquetes IP dentro de un router
depende de su configuración interna y en función de
ésta dispondrá de más o menos funcionalidad
ƒ La mayoría de los routers en Internet disponen de una
configuración mínima o, por omisión, para el
funcionamiento de la tradicional cola FIFO, la cual
no permite:
9Diferenciar servicios mediante DSCP (Modelo de
Servicios Diferenciados)
9Aplicar ALGORITMOS DE GESTIÓN DE COLAS
ƒ RFC-2309: Recommendations on Queue Management
and Congestion Avoidance in the Internet
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Routers con Algoritmos de Gestión de Colas
Umbral
máximo
Promedio de
ocupación
Umbral
mínimo
Algoritmo de Gestión del la Cola
ƒ Uso de un algoritmo en router para detectar el principio de
congestión
9 Descarta/marca datagramas (antes de que la cola esté llena)
ƒ Objetivos de diseño:
• Dar prioridad a los paquetes de salida
• Minimizar el jitter
• Minimizar la pérdida de paquetes
• Mantener alta la utilización de los enlaces
• Minimizar la congestión en la red
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Routers con Algoritmos de Gestión de Colas
El código QoS del paquete (DSCP en el modelo de Servicios Diferenciados) lo usa el router para seleccionar la cola
responsable para el encaminamiento del paquete, descartando los que superan el umbral de ocupación del buffer
Cada cola almacenará, al menos, los paquetes que le corresponden, y si hay
caudal libre en el enlace de salida, almacenará más paquetes
Cola 7 (Más alta prioridad) (10%)
Cola 6
(10%)
Cola 5
(60%)
Cola 4
(20%)
Algoritmo de
encolamiento
Cola 3
(30%)
Cola 2
(40%)
Cola 1
(50%)
Cola 0 (Más baja prioridad) (60%)
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Elementos de Control del Tráfico en un Router
CONTROL DE ADMISIÓN
ENTRADA DE
PAQUETES IP
CLASIFICADOR
•
•
•
•
•
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PLANIFICADOR
SALIDA DE
DATAGRAMAS
Dar prioridad a los paquetes de salida
Minimizar la pérdida de paquetes
Minimizar el retardo (latencia y jitter)
Mantener alta la utilización de los enlaces
Minimizar la congestión en la red
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36
Modelos de QoS para IP
ƒ Modelo ATM
9Tiende a desaparecer ante los modelos actuales (Modelo de
Servicios Diferenciados) basados en la conmutación MPLS sobre
tecnología GigaEthernet
ƒ MODELOS ACTUALES del IAB/IETF
9Modelo de “Servicios Integrados” (1994)
• Fracasó y desapareció como modelo QoS
• Actualmente, su protocolo RSVP se usa en Ingeniería de
Tráfico como alternativa a LDP para la distribución de
etiquetas, pero no para reservar recursos
9Modelo de “Servicios Diferenciados” (1998)
• Modelo de QoS actual en las redes IP de los operadores
para proporcionar parámetros o recursos de calidad de
servicio
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37
Qos (Quality of Service) en IP: Modelo de “Servicios
Integrados” (IntServ: Integrated Services)
ƒ Documentos RFC del 2205 al 2210
ƒ Modelo complejo que fracasó y se basaba en reservar previamente recursos (caudal
mínimo y retardo máximo) en la red para cada flujo
9 Incorporaba señalización en redes IP (mensajes RSVP encapsulados
directamente en IP vía id. 89):
• Protocolo RSVP (ReSerVation Protocol): Señalizaba previamente la
reserva de recursos para un determinado flujo por las mejores rutas
• Cada router tenía que mantener toda la información de estado sobre cada
flujo que pasara por él
• Algunos flujos requerían más recursos que otros
• Diseñado, principalmente, para tráfico multicast
• Las tablas IP configuradas previamente, antes del envío de mensajes RSVP,
mediante un IGP de unidifusión (RIP, OSPF) o multidifusión (PIM-DM,
MOSPF, PIM-SM)
• No era escalable en los routers de tránsito cuando había muchos flujos
– Además, en muchas aplicaciones de multidifusión, los miembros de
grupos podían cambiar su pertenencia de forma dinámica de un grupo a
otro
• Los fabricantes de routers no desarrollaron implementaciones eficientes
de RSVP, debido al elevado costo que tenía implementar en hardware los
algoritmos necesarios para mantener gran cantidad de información de estado
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38
Problemas de Escalabilidad de RSVP
ƒ RSVP generó una euforia inicial (1996-1997) que luego dio paso a la
decepción
ƒ La razón principal fueron problemas de escalabilidad debidos a la
necesidad de mantener información de estado en cada router
ƒ RSVP es inviable en grandes redes, por ejemplo en el núcleo (core)
de Internet o en la red IP de un operador
Estos routers han de mantener
información sobre muchos flujos y por
tanto mucha información de estado
Núcleo de
Internet
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39
Qos (Quality of Service) en IP: Modelo de “Servicios
Diferenciados” (DiffServ: Differentiated Services)
RFC-2474 y RFC-2475
ƒ Nació para solventar los problemas asociados al
modelo de “Servicios Integrados” mediante un
modelo más simple de QoS
ƒ A efectos prácticos se usa DiffServ
ƒ No requiere una configuración avanzada, ni reserva
previa de recursos ni almacenar la información de
estado de cada flujo en cada router (Servicios
Integrados)
ƒ Calidad de servicio basada en la clase del servicio
mediante una codificación (DSCP: Differenciated
Service Code Point) de 6 bits que es la misma tanto
para IPv4 e IPv6
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40
Qos (Quality of Service) en IP: Modelo de “Servicios
Diferenciados” (DiffServ: Differentiated Services)
ƒ Típico modelo para un grupo de routers que
forman el dominio administrativo de
encaminamiento de la red IP de un operador
9La administración define un conjunto de clases de servicio
con una determinada codificación DSCP
9El router ENCAMINA por la dirección de destino
del paquete en función de su tabla IP,
OFRECIENDO los recursos (caudal, latencia,
jitter y tasa de pérdidas) indicados por la clase de
servicio
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41
Qos en IPv4: Modelo de “Servicios Diferenciados”
Los 6 bits de mayor orden del campo ToS de la cabecera IPv4 se usan
4
para el modelo de “Servicios Diferenciados”
8
16
4
VERSIÓN
Longitud
Cabecera
TIPO DE SERVICIO
0
IDENTIFICADOR
TIEMPO DE VIDA
(TTL)
CABECER
A
LONGITUD TOTAL
000 D T R 00
D M
F F
DESPLAZAMIENTO
SUMA DE COMPROBACIÓN
(CABECERA)
PROTOCOLO
DIRECCIÓN ORIGEN
DIRECCIÓN DESTINO
RELLENO
OPCIONES
DATOS
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42
Qos en IPv4: Modelo de “Servicios Diferenciados”
Punto de Código
de Servicios Diferenciados
Differentiated Services
Code Point
4
4
Notificación Explícita de Congestión (ECN)
8
16
VERSIÓN
Longitud
Cabecera
DSCP
00
0
IDENTIFICADOR
TIEMPO DE VIDA
(TTL)
CABECER
A
LONGITUD TOTAL
D M
F F
DESPLAZAMIENTO
SUMA DE COMPROBACIÓN
(CABECERA)
PROTOCOLO
DIRECCIÓN ORIGEN
DIRECCIÓN DESTINO
RELLENO
OPCIONES
DATOS
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43
Qos en IPv6: Modelo de “Servicios Diferenciados”
El código DSCP reemplaza el significado del campo Prioridad (4 bits) y de 2 bits del campo Etiqueta de Flujo
Differentiated Services
CodePoint
Punto de Código
de Servicios Diferenciados
Notificación Explícita de Congestión (ECN)
0
12
4
Versión
xxxxxx XX
(para ECN se cogen 2 bits más
del campo Etiqueta de Flujo)
31
Etiqueta de flujo (20 bits)
Longitud de la carga útil
Cabecera
siguiente
Dirección de origen (16 octetos)
Límite
de saltos
40
octetos
Dirección de destino (16 octetos)
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44
Campo DS y Valor DSCP
RFC-2475
0
1
X
X
Campo
DS
2
3
X
X
4
5
X
X
6
7
ECN
ECN: Explicit Congestion Notification
Valor DSCP
ƒ
Para una notificación explícita
de congestión
Los paquetes se etiquetan según su QoS a través del campo DS (Differentiated
Services) o de Servicios Diferenciados de 6 bits de la cabecera IPv4/IPv6
ƒ El valor del campo DS (Differentiated Services) se denomina DSCP (DS
code point) o Punto de Código de Servicios Diferenciados y es el código
o etiqueta utilizada para clasificar paquetes según el modelo de servicios
diferenciados
ƒ Con un valor DSCP de 6 bits se pueden definir 64 clases diferentes de
sevicios o comportamientos por salto o tratamientos de reenvío PHB
(Per Hop Behavior)
ƒ
DSCP + ECN: Reemplaza el significado del campo Tipo de Servicio (8 bits) de la
cabecera IPv4 y al campo Prioridad (4 bits) y 4 bits del campo Etiqueta de Flujo
de la cabecera fija IPv6
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45
Modelo de “Servicios Diferenciados”
Prioridad de tratamiento (cuando los bits 3, 4 y 5 son 0)
0
1
2
3
4
5
X
X
X
X
X
X
6
7
ECN
ECN: Explicit Congestion Notification
Puntos de código de selector de clase
(Class Selector Codepoints)
Para una notificación explícita
de congestión
DSCP (RFC-2474)
ƒ El valor DSCP indica el comportamiento por salto o tratamiento de reenvío PHB
(Per Hop Behavior) en función de la clase de servicio:
• PHB de reenvío rápido (EF PHB: Expedited Forwarding PHB): Tráfico
con más alta prioridad : Caudal alto, latencia baja, jitter bajo, tasa de
pérdidas baja
• PHB de reenvío asegurado (AF PHB: Assured Forwarding PHB):
Tráfico con menos recursos que EF PHB y más que DF PHB
• PHB de reenvío por omisión (DF PHB: Default Forwarding PHB): Por
omisión, se lleva a cabo la “mejor entrega posible” o “best effort”
(000000) o “primero que llega es el primero que sale” (sin QoS)
• Selector de clase (CS: Class Selector): Cuando los 3 bits de la derecha
(bits 3, 4 y 5) son 0, los 3 bits de la izquierda se interpretan de igual
forma que los 3 bits de prioridad de IPv4 (XXX000) y, además, para
mantener compatibilidad con los códigos IPP (IP Precedence) de los
operadores, anteriores a los códigos DSCP
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46
Modelo de los Operadores
ƒ Antes de la publicación del Modelo de Servicios Diferenciados (RFC2474, RFC-2475, 1998), los operadores ya utilizaban su propio Modelo
de Servicios Diferenciados
ƒ Actualmente, los operadores siguen aplicando su propia terminología y
sus propios códigos anteriores a los códigos DSCP
ƒ De hecho, se añadió el Selector de clase (CS: Class Selector) para
mantener compatibilidad con los códigos IPP (IP Precedence) de los
operadores que emplean los 3 bits de mayor orden del campo ToS de
Campo DS
IPv4
0
1
2
3
4
5
X
X
IPP: IP Precedence
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
X
X
X
X
Selector de clase (CS: Class Selector)
5: Multimedia o premium o platino (equivalente al PHB de reenvío rápido o EF PHB)
3: Oro
1: Plata
Servicio olímpico
0: Bronce (equivalente al PHB de reenvío por omisión o DF PHB)
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47
Ejemplo del Dominio DS o Dominios DS
en la Red IP de un Operador
cliente
cliente
DOMINIO DS
ROUTER
DE
ACCESÒ
Red
del cliente
ROUTERS
DE
TRÁNSITO
ROUTER
DE
ACCESÒ
DOMINIO DS
ROUTER
DE
ACCESÒ
…
ROUTER
DE
ACCESÒ
…
DOMINIO DS
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
La red IP de un operador está formada por 1 o más dominios DS
Un dominio DS (Differentiated Services) consiste en un conjunto de routers
contiguos que interpretan un DSCP de manera uniforme
Router de acceso: Controla el servicio contratado para los diferentes paquetes de
un flujo
Router de tránsito: Aplica el funcionamiento por salto (PHB) o código DSCP
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48
ƒ
Tipos de Routers en un Dominio DS
ROUTER DE ACCESO: Nodo externo con máxima funcionalidad
1. Clasificación: Identifica y separa paquetes en las diferentes clases de servicio en
función del SLA contratado; para ello, analiza la información de control de la
cabecera IP (e incluso del nivel de transporte)
2. Control: Comprueba si los paquetes están dentro o exceden el nivel de servicio
garantizado por el SLA para dichos paquetes. En caso contrario, descarta los
paquetes que exceden el SLA para garantizar cualquier otro servicio en la red
3. Codificación: Asigna a cada paquete el DSCP que le corresponde o, incluso,
recodifica los paquetes con un diferente DSCP si es necesario
1. Por ejemplo, si se supera la tasa de tráfico (throughput) acordada en un
determinado intervalo de tiempo para una determinada clase de servicio, se
recodifica el DSCP, por ejemplo, para un reenvío por omisión (DF PHB)
2. Por ejemplo, si una clase de servicio tiene un DSCP = 3 en un dominio y un
DSCP =1 en el siguiente dominio, se cambia 3 por 1
3. Por ejemplo, si una clase de servicio tiene una prioridad = 3 en un dominio y
una prioridad = 7 en el siguiente dominio, se cambia 3 por 7
4. Encolamiento: Reglas para dar un trato preferencial de cola a los paquetes de
entrada según sus DSCPs
5. Eliminación: Reglas para eliminar paquetes en caso de congestión de buffer
6. Ajuste del reenvio: Suaviza las ráfagas de paquetes y conforma el tráfico para su
envío por el interfaz en función de la clase de servicio. Retrasa paquetes si es
necesario de tal forma que el flujo de paquetes de una clase de servicio no exceda
la tasa de tráfico especificada
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49
Funciones QoS desempeñadas por los Routers de Acceso
Identifica y separa
paquetes en las
diferentes clases de
servicio en función
del SLA contratado
(Clasificación)
Descarta
paquetes que no
se ajusten al
SLA contratado
Coloca cada
paquete en la
cola que le
corresponde y
Asigna a cada
descarta los
paquete el
que superen el
DSCP que le
umbral
corresponde e
acordado de
incluso
ocupación del
recodifica el
buffer
DSCP
(Encolamiento y
eliminación)
(Control)
(Codificación)
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Ajusta y
retrasa el
envío de
paquetes
de tal
manera
que no se
supere la
tasa de
tráfico
acordada
(Ajuste)
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50
Tipos de Routers en un Dominio DS
ƒ ROUTER DE TRÁNSITO: Nodo interno con mínima
funcionalidad para tratar los paquetes según su DSCP y
aplicar el correcto funcionamiento por salto (PHB)
9Coloca cada paquete en la cola que le corresponde y
descarta los que superen el umbral acordado de
ocupación del buffer
• Encolamiento: Reglas para dar un trato
preferencial de cola a los paquetes de entrada
según el DSCP de cada paquete
• Eliminación: Reglas para eliminar paquetes en
caso de congestión del buffer
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51
Ingeniería de Tráfico (Traffic Engineering)
ƒ Actualmente, los operadores de telecomunicaciones hacen uso de un concepto
conocido como Ingeniería de Tráfico para la:
9 Planificación de rutas en una red en base a previsiones y estimaciones
puntuales y a largo plazo con el fin de optimizar los recursos y reducir la
congestión
ƒ Para ello, están adoptando MPLS sobre tecnología GigaEthernet abandonando
el tradicional modelo basado en ATM para establecer rutas alternativas a un
mismo destino en función del QoS contratado
ƒ Además, para que las rutas sean de menor coste se utiliza previamente un IGP
9 Vía RIP, las rutas son fijas, por el número de saltos, y pueden producir
sobrecargas
9 Vía OSPF permite a los routers cambiar dinámicamente las rutas en función de
la sobrecarga de éstas e incluso balancear o distribuir la carga de paquetes
entre rutas alternativas a un mismo destino
• En caso de congestión, vía OSPF-TE (Traffic Engineering) permite
cambiar las rutas dinámicamente
ƒ Además, ha resurgido el interés por RSVP vía RSVP-TE (Traffic Engineering)
para aplicarlo en MPLS, como alternativa al protocolo LDP, y con el objetivo de
distribuir etiquetas
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52
Funcionamiento de RSVP-TE (Traffic Engineering)
2 mensajes
básicos RSVP-TE
PATH
RESV
Emisor
A
PATH o SOLICITUD DE ETIQUETA, que va por donde indican las tablas IP
previamente configuradas, almacenando la dirección del router precedente
R1
Red IP
de un operador
Receptor
B
R4
R2
R3
RESV o ASIGNACIÓN DE
ETIQUETA ,que va de atrás hacia
adelante, siguiendo la dirección
del router precedente indicado en
el mensaje PATH
•
•
Funcionamiento similar a LDP
Las Tablas IP configuradas previamente mediante OSPF-TE (Traffic Engineering)
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53
ƒ
RTP (Real Time Transport Protocol)
RFC-3550 STD 0064
Protocolo estándar en Internet para proporcionar, extremo a
extremo, soporte para el transporte, en tiempo real no interactivo,
de paquetes o streams de audio y vídeo entre un servidor y un
cliente de streaming
9
STREAMING: Proceso que divide los datos multimedia en paquetes del tamaño
adecuado para su correcta permitiendo que el cliente de streaming reproduzca
el primer paquete, mientras decodifica el segundo y recibe el tercero , …
9
STREAMING no es igual que un SERVICIO DE DESCARGA (transferencia de
ficheros para su posterior reproducción)
ƒ
Se encapsula sobre UDP
ƒ
DETECCIÓN de paquetes perdidos y CONTROL de paquetes
desordenados mediante un número de secuencia
Control del jitter de cada paquete en recepción mediante un BUFFER
DE REPRODUCCIÓN en donde se almacenan los paquetes
previamente y durante un tiempo de espera (“timestamp” indicado por
el servidor de streaming) antes de ser reproducidos
ƒ
•
•
Marca de tiempo (Timestamp): Plazo máximo de espera de un paquete o
stream RTP para almacenarlo en el buffer de recepción antes de su
reproducción = Retrasa la reproducción hasta que los paquetes llegan en un
determinado plazo de espera
Si un paquete llega fuera del plazo de espera no se reproduce
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54
Arquitectura de Protocolos para RTP
RTP no ocupa un nivel específico TCP/IP
NIVEL
DE
APLICACIÓN
RED
DE
ACCESO
APLICACIÓN
APLICACIÓN
RTP
UDP
RTP
Socket
UDP
IP
IP
INTERFAZ DE
LA RED DE ACCESO
INTERFAZ DE
LA RED DE ACCESO
HARDWARE
HARDWARE
Socket
NIVEL
DE
TRANSPORTE
RED
DE
ACCESO
Incorporado en las aplicaciones sin necesidad de implementarse en un nivel separado
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55
Un Ejemplo de un Envío de Paquetes RTP
Formato de los Campos más Relevantes de la Cabecera RTP
Emisor
Receptor
Aplicación
Vídeo
(V)
Aplicación
Audio
(A)
RTP
Vídeo
(V)
12 octetos
RTP
Audio
(A)
Cabecera RTP
(32 bits)
…
SSRC
(32 bits)
(16 bits)
(7 bits)
(2 bits)
Tipo de
Marca
Nº de
de Tiempo Secuencia Carga Útil Versión
UDP
UDP
Indica el flujo
al que pertenece el
paquete:
(nº aleatorio de 32 bits)
Carga útil
RTP
UDP
IP
IP
A
V
A
V
Control del jitter (sólo se reproducirán los paquetes que
llegan en un tiempo determinado al buffer del receptor)
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IP
Tipo de carga útil:
Formato de datos
y algoritmo
de compresión
/descompresión
A
Control paquetes perdidos
y desordenados
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56
RTCP (RTP Control Protocol)
RFC-3550 STD 0064
ƒ
ƒ
Diseñado para trabajar conjuntamente con RTP
Responsable del envío de información sobre la
calidad de recepción para que el emisor pueda
ajustar su transmisión: Los participantes se envían
periódicamente paquetes RTCP para informar,
fundamentalmente, sobre la calidad de la recepción o
estadísticas de recepción de los paquetes RTP:
9
Nº más alto de secuencia recibido
9 Nº de paquetes perdidos
9 Nº de paquetes desordenados
9 Marcas temporales (para calcular el tiempo de ida y vuelta)
9…
ƒ
Se encapsula sobre UDP
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57
RTCP (RTP Control Protocol)
Receptor (pasivo)
Emisor
RTCP
Internet
RTCP
Receptor (pasivo)
Mensaje de adiós
“Bye” = cerrar el flujo
Informe del receptor
Nº más alto de secuencia recibido
paquetes perdidos y desordenados, etc.
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58
Envío de paquetes RTP/RTCP
No existen números de puerto fijos para RTP ni RTCP
El primer número de puerto par para RTP y el siguiente impar para RTCP
Proceso servidor
Nº de puerto = n
Proceso cliente
Nº de puerto = x
Nº de puerto = n+1
RTP
RTCP
Nº de puerto = x+1
RTP
RTCP
UDP
UDP
IP
IP
Internet
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59
Voz sobre IP (Voice over IP o VoIP) y Telefonía sobre IP o
Telefonía IP (Telephony over IP o ToIP) en Internet
ƒ Ejemplos de servicios en tiempo real interactivos más usados en Internet
ƒ Objetivo: Utilizar Internet (red de conmutación de paquetes) como una red telefónica (red de
conmutación de circuitos) integrando todo tipo de tráfico en redes IP, aprovechando la
capacidad disponible, y reduciendo costes de cableado
ƒ VoIP: Servicio telefónico IP extremo a extremo con teléfonos o terminales IP
9 Desde el teléfono IP se establece la conexión con el otro teléfono IP (protocolo SIP)
9 Un teléfono IP es un sistema TCP/IP que, aparte de la digitalización de la voz
(codificación G.7xx) y señalización de la comunicación (establecer, mantener y
liberar una llamada vía protocolo SIP), dispone de sus protocolos RTP-UDP-IPEthernet para la encapsulación de un trozo de voz en un paquete IP y,
posteriormente, en una trama Ethernet
9 Desde el origen (teléfono IP) salen datagramas IP con paquetes o streams RTP (trozos de voz de 20 mseg)
que se encaminan por Internet o por cualquier red IP
9 Aplicaciones de Telefonía IP: Skype, VoIPBuster, Jajah, etc. (con sus propios CODEC, algoritmos de
compresión/descompresión, SIP y RTP particulares etc.)
ƒ ToIP: Servicio telefónico IP extremo a extremo con teléfonos o terminales “no IP” (teléfonos
digitales que emplean un CODEC G.7xx o teléfonos analógicos convencionales) que hacen uso
del servicio de VoIP mediante “gateways media” o pasarelas que convierten los paquetes IP en
señales digitales o analógicas y viceversa
© Fco. Javier Yágüez García
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60
Tres Escenarios de Voz sobre IP (VoIP)
y Telefonía IP (ToIP) en Internet
ƒ De teléfono IP (o PC con micrófono) a teléfono IP (o
PC con micrófono): Datagramas IP con paquetes RTP de
voz (VoIP) extremo a extremo
ƒ De teléfono IP (o PC con micrófono) a teléfono
convencional: Datagramas IP con paquetes RTP de voz
(VoIP) hasta el gateway o pasarela que convierte los
datagramas IP en señales analógicas o digitales y
viceversa
ƒ De teléfono digital (o analógico) a teléfono digital (o
analógico): Datagramas IP con paquetes RTP de voz
(VoIP) entre los gateways o pasarelas de cada teléfono
© Fco. Javier Yágüez García
ARQUITECTURA Y SERVICIOS DE INTERNET
61
Voz sobre IP (VoIP)
Micrófono Conectado al PC
VoIP = audio (G.7xx)/(12)RTP/(8)UDP/20(IP)/18+8(Ethernet)
Micrófono Aplicación
Aplicación
VoIP
VoIP
Micrófono
Internet
148.100.12.16
220.10.7.1
(al conector
USB del PC)
El motivo fundamental del empleo de la tecnología VoIP consiste en integrar
todo tipo de tráfico en redes IP, aprovechando la capacidad disponible, y
reduciendo los costes de cableado
© Fco. Javier Yágüez García
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62
Voz sobre IP (VoIP)
Teléfono IP
VoIP = audio (G.7xx)/(12)RTP/(8)UDP/20(IP)/18+8(Ethernet)
VoIP
Teléfono IP
148.100.12.16
VoIP
Internet
Teléfono IP
220.10.7.1
El motivo fundamental del empleo de la tecnología VoIP consiste en integrar
todo tipo de tráfico en redes IP aprovechando la capacidad disponible y
reduciendo los costes de cableado
© Fco. Javier Yágüez García
ARQUITECTURA Y SERVICIOS DE INTERNET
63
Ejemplo de una RAL Ethernet actual de una Organización
para la Integración de Voz (VoIP) y Datos por un único cableado
Teléfonos IP actuando como Conmutadores Ethernet
RAL Ethernet de difusión mediante
conmutación de tramas
Switch
Teléfono
IP
…
(Switch)
Internet
Router
Switch
VoIP
…
…
Switch
…
Teléfono
IP
(Switch)
Datagramas IP
(Voz y Datos)
Un único cableado para
voz y datos
© Fco. Javier Yágüez García
VoIP
Teléfono
IP
(Switch)
Teléfono
(Switch) IP
VoIP
…
…
VoIP
…
…
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64
Escenario conjunto de VoIP y Telefonía IP
VoIP = audio (G.7xx)/(12)RTP/(8)UDP/20(IP)/18+8(Ethernet)
Micrófono
PC
Norma CODEC
VoIP
Convierte la señal analógica/digital
en un flujo de datagramas IP
y viceversa entre PC y teléfono
Teléfono IP
VoIP
GATEWAY
MEDIA
IP
Sistema de
Señalización
(ITU-T)
GPRS
SS7/RTC/RDSI
Teléfono
digital
Paquetes IP
Teléfono IP
VoIP
móviles
PC
VoIP
Micrófono
Señales
Digitales y
analógicas
Teléfono analógico
ƒ Desde el origen (teléfono digital) sale una señal digital o PCM (pulsos digitales) hasta el
gateway o pasarela
ƒ Desde el origen (teléfono analógica) sale una señal analógica hasta el gateway o pasarela
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ARQUITECTURA Y SERVICIOS DE INTERNET
65
Arquitectura de Protocolos de las Pasarelas
para Teléfonos Convencionales Digitales
GATEWAY MEDIA (DOBLE PILA)
CON PROCESADOR DE LLAMADAS
Encapsula/desencapsula
20 mseg de voz
en cada paquete IP
Un procesador de llamadas debe estar
previamente configurado con las
direcciones IP del resto de gateways
y números telefónicos
que cuelgan de dichos gateways
G711/SIP
RTP
UDP
IP
SIP
TCP o UDP
Teléfono Digital
CODEC PCM
Teléfono IP
VoIP
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ARQUITECTURA Y SERVICIOS DE INTERNET
66
Protocolo de Señalización en Internet
ƒ SIP (Session Initiation Protocol: RFC-3261 y RFC-3265):
Protocolo para el inicio de sesión o conexión del nivel de
aplicación, diseñado por el IETF/IAB, para establecer,
mantener y finalizar una llamada entre dos:
• Teléfonos IP
• Teléfonos “no IP” vía procesadores de llamadas
– Un procesador de llamadas establece la llamada
directamente con un teléfono IP o con otro
gateway media a través del protocolo SIP
– Un procesador de llamadas puede ser interno
dentro del propio gateway media o externo la
gateway media pero conectado al mismo
conmutador o switch Ethernet al que está
conectado el gateway
9Sobre TCP o UDP
ƒ H.323 es el estándar equivalente diseñado por ITU
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ARQUITECTURA Y SERVICIOS DE INTERNET
67
Integración del tráfico de voz y datos en Internet
entre las oficinas de una misma empresa
origen
¿trama?
destino
•F1… F10 y F11…F20 son teléfonos digitales convencionales que emplean CODEC G.7xx
•Cada oficina dispone de un dispositivo Gateway Media (G1 y G2) que convierte la señal digital
a paquetes IP y viceversa, encapsulando 20 mseg de voz en cada paquete IP
•Cada oficina dispone de un procesador de llamadas (P1 y P2) que establece y termina las
llamadas entre los Gateway Media (G1 y G2) mediante el protocolo SIP
•Se utiliza, además, en cada oficina otro Conmutador Ethernet (Switch) al que se conectan los
dispositivos G y P. A su vez, este conmutador se conecta al router de salida
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68
Estructura de una trama o unidad de datos de la comunicación en
la línea de conexión entre C5 y G2 al establecerse una
comunicación entre los teléfonos F1 y F20
Cabecera Ethernet
Cabecera IPv4
Protocolo: UDP (17)
Dirección origen:
IP privada de G1=192.168.1.x
Dirección destino:
IP privada de G2=192.168.2.y
Cabecera UDP
Cabecera RTP
Voz G.711
SVT Ethernet
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69
SI
Ss
SEGOVIA
Ts1
..
80.25.210.1
Rs
80.25.2.1
Gs1
Cm1
Tm20
Cm2
Cm4
RTC
Tm21
…
Tm40
192.168.4.16
Gm1
..
…
NAT
P
¿trama?
192.168.1.40
Rm
Internet
Internet
Cs2
192.168.2.10
Cm3
MADRID
NAT
destino
Sm
Cs1
Ts20
Tm1
192.168.3.6
192.168.1.21
Fs1
120.40.80.60
192.168.4.10
Gm2
192.168.4.11
origen
Fs20
Fm20
…
Fm1
Fm21
Fm40
teléfonos ajenos a la empresa
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Estructura de una trama o unidad de datos de la comunicación en
la línea de conexión entre Rs e Internet al establecerse una
comunicación entre los teléfonos Fm40 y Fs1
Cab. Ethernet/Cab. IP del túnel/Cab. IP/Cab. UDP/ Cab. RTP/voz/SVT Ethernet
Cabecera Ethernet
Cabecera IP túnel:
D.O.: 80.25.2.1 (Rm)
D.D.: 80.25.210.1 (Rs)
Protocolo: IP (5)
Cabecera IP:
D.O.: 192.168.4.11 (Gm2)
D.D.:192.168.2.10 (Gs1)
Protocolo: UDP (17)
Protocolo RTP
Voz G.711
SVT Ethernet
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