Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE – 0502 Proyecto Eléctrico “CONVIVENCIA DE LA TELEVISIÓN DIGITAL CON LAS REDES IP O IPTV.” Por: David Muñoz Acuña Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Julio del 2007 “CONVIVENCIA DE LA TELEVISIÓN DIGITAL CON LAS REDES IP O IPTV.” Por: David Muñoz Acuña Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: Ing. Guillermo Rivero González Profesor Guía _________________________________ Ing. Víctor Chacón Prendas Profesor lector _________________________________ Ing. Yandell Salazar Soto Profesor lector DEDICATORIA A Dios por ser mi refugio y mi guía. A mi madre por darme la oportunidad de llegar lejos y brindarme siempre su apoyo. A mi familia que siempre ha estado a mi lado. A mi novia y amigos por estos años bien vividos. Dedicación especial al Padre Luís Martínez Arnáiz. iii RECONOCIMIENTOS A todas aquellas personas que a lo largo de mi vida me han ayudado a formarme como profesional y como persona. iv ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................. viii ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................x NOMENCLATURA.....................................................................................xi RESUMEN................................................................................................. xiii CAPÍTULO 1: Introducción.........................................................................1 1.1 Objetivos.................................................................................................................3 1.1.1 Objetivo general..............................................................................................3 1.1.2 Objetivos específicos ......................................................................................3 1.2 Metodología ............................................................................................................3 CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico ................................................................4 2.1 2.2 El Televisor.............................................................................................................4 La televisión............................................................................................................6 CAPÍTULO 3: Televisión Digital .................................................................8 3.1 ¿Qué es Televisión Digital?....................................................................................8 3.1.1 Definición .......................................................................................................8 3.1.2 Apagón analógico ...........................................................................................9 3.2 Ventajas de la Televisión Digital..........................................................................10 3.2.1 Optimización en el uso del espectro radioeléctrico ......................................10 3.2.2 Calidad de la Imagen y el Sonido. ................................................................12 3.2.3 Poco margen de error en la interpretación de la señal ..................................13 3.2.4 Utilización de técnicas de compresión..........................................................14 3.3 Recepción de Televisión Digital en los Hogares. .................................................17 3.4 Otros aspectos de la televisión digital...................................................................19 3.4.1 Interactividad ................................................................................................19 3.4.2 Televisión abierta..........................................................................................20 3.4.3 Sociedad de la información...........................................................................20 3.4.4 Programas de proximidad .............................................................................20 3.4.5 Recepción portátil y móvil............................................................................20 3.4.6 Papel del Gobierno........................................................................................21 3.4.7 Futuro de la televisión digital .......................................................................21 CAPÍTULO 4: Redes IP .............................................................................22 4.1 Conceptos básicos.................................................................................................22 4.1.1 Comunicación de redes .................................................................................22 4.1.2 Fundamentos de transmisión ........................................................................24 4.1.3 Estructura de la red de área local (LAN) ......................................................24 v 4.1.4 Interconexión de LAN’s en una arquitectura basada en IP .........................27 4.1.5 Beneficio de una arquitectura basada en IP ..................................................29 4.2 Protocolo Internet (IP) ..........................................................................................29 4.2.1 Funcionamiento interno de una red de paquetes...........................................29 4.2.2 Software de protocolos .................................................................................30 4.2.3 La interfaz .....................................................................................................35 4.2.4 Formato del paquete......................................................................................36 4.2.5 Conmutación.................................................................................................42 4.2.6 Direcciones IP...............................................................................................43 4.2.7 Tabla de encaminamiento .............................................................................48 4.2.8 Resolución de direcciones en IP ...................................................................49 4.2.9 Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) .................................51 4.2.10 Domain Name System (DNS).......................................................................54 4.2.11 Límites de los sistemas IP.............................................................................55 4.2.12 Convergencia ................................................................................................58 4.3 VoIP ......................................................................................................................58 4.3.1 Ventajas ........................................................................................................59 4.3.2 Funcionalidad................................................................................................59 4.3.3 Movilidad......................................................................................................60 4.3.4 El estándar VoIP (H323)...............................................................................61 4.3.5 Parámetros de la VoIP ..................................................................................63 4.3.6 Ventajas y desventajas ..................................................................................64 CAPÍTULO 5: IPTV ...................................................................................65 5.1 5.1 5.2 ¿Qué es IPTV? ......................................................................................................65 Requerimientos y especificaciones de IPTV ........................................................66 Ventajas de IPTV..................................................................................................69 5.2.1 Video bajo demanda VOD............................................................................70 5.2.2 Mayor contenido ...........................................................................................70 5.2.3 Comodidad en la visualización .....................................................................70 5.2.4 Publicidad a la carta ......................................................................................71 5.2.5 Servicios de información ..............................................................................71 5.2.6 E-Learning ....................................................................................................71 5.2.7 Servicios de correo y facturas electrónicas...................................................71 5.2.8 Integración ....................................................................................................72 5.2.9 Interactividad ................................................................................................72 5.2.10 Red casera .....................................................................................................72 5.2.11 Mejor compresión .........................................................................................72 5.3 Desventajas de IPTV ............................................................................................73 5.3.1 Conexiones de gran capacidad......................................................................73 5.3.2 Pérdida del paquete .......................................................................................73 5.4 Estado de la IPTV .................................................................................................73 5.5 Internet Televisión ................................................................................................74 vi 5.6 Futuro de la IPTV .................................................................................................76 CAPÍTULO 6: Factibilidad de IPTV en Costa Rica .................................77 6.1 6.2 Factibilidad técnica. ..............................................................................................77 Limitantes .............................................................................................................79 CAPÍTULO 7: Conclusiones y recomendaciones ......................................80 BIBLIOGRAFÍA.........................................................................................82 APÉNDICES ...............................................................................................83 ANEXOS......................................................................................................84 vii ÍNDICE DE FIGURAS Figura Nº 2.1. Televisores en 1952.....................................................................................6 Figura Nº 2.2. Diagrama de trayectoria de una señal de televisión. ...................................7 Figura Nº 3.1. Utilización del espectro radioeléctrico ......................................................11 Figura Nº 3.2. Espectro radioeléctrico en comunicaciones. .............................................11 Figura Nº 3.3. Formato panorámico en televisión HD. ....................................................13 Figura Nº 3.4. Formato de transmisión digital.................................................................14 Figura Nº 3.5. Conexión con un sintonizador de televisión digital .................................17 Figura Nº 3.6. Conexión con un televisor digital.............................................................18 Figura Nº 4.1. Conexión de red de circuitos conmutados.................................................23 Figura Nº 4.2. Conexión de red de conmutación de paquetes ..........................................24 Figura Nº 4.3. Topología de bus .......................................................................................26 Figura Nº 4.4. Topología de anillo....................................................................................26 Figura Nº 4.5. Topología estrella ......................................................................................27 Figura Nº 4.6. Interconexión de subredes .........................................................................35 Figura Nº 4.7. Posibilidades de conexión .........................................................................36 Figura Nº 4.8. Formato del paquete ..................................................................................37 Figura Nº 4.9. Estructura del Offset..................................................................................38 Figura Nº 4.10. Lazo infinito ...........................................................................................40 Figura Nº 4.11. Campo de protocolo ...............................................................................41 Figura Nº 4.12. Forma del campo de tipo de servicio .....................................................41 Figura Nº 4.13. Flags.......................................................................................................42 Figura Nº 4.14. Conexiones de subred.............................................................................43 Figura Nº 4.15. Representación de las direcciones IP. ....................................................44 Figura Nº 4.16. Tipos de direcciones UNICAST. ...........................................................44 Figura Nº 4.17. Clases de direcciones MULTICAST......................................................45 Figura Nº 4.18. Otras clases de direcciones.....................................................................45 Figura Nº 4.19. Tabla de enrutamiento. ...........................................................................48 Figura Nº 4.20. Comunicación entre dos sistemas. ..........................................................49 viii Figura Nº 4.21. Resolución de direcciones mediante ARP .............................................50 Figura Nº 4.22. Formato del protocolo ICMP .................................................................51 Figura Nº 4.23. Relación de ICMP con IP.......................................................................51 Figura Nº 4.24. ICMP Redirect........................................................................................52 Figura Nº 4.25. Dominios ................................................................................................54 Figura Nº 6.1. Etapas de IPTV.........................................................................................77 9 ÍNDICE DE TABLAS Tabla Nº 3.1. Rangos de frecuencia del espectro radioeléctrico.......................................12 Tabla Nº 3.2. Formatos y algoritmos de compresión........................................................17 x NOMENCLATURA IP Protocolo de Internet para la conmutación de paquetes. IPTV Televisión por Protocolo de Internet GSM Sistema Global para Comunicaciones Móviles TDMA Acceso Múltiple por División de Tiempo BBC British Broadcasting Corporation CCD Dispositivo de Cargas Eléctricas Interconectadas DVD Disco Versátil Digital VHF Muy Altas Frecuencias UHF Ultra Altas Frecuencias HD Alta definición MB Mega Bits fps fotogramas por segundo JPEG Joint Photographic Expert Group MJPEG Motion JPEG MPEG Moving Picture Expert Group DCR Listo para Cable Digital HDTV Televisión de Alta Definición. TCP Protocolo de Control de Transporte LAN Red de Área Local WAN Red de Área Extensa PDU Unidad de Datos de Protocolo ISO Organización Internacional para la Estandarización PAD Packet Assembly/Disassembly ASN1 Notación de Sintaxis Abstracta 1 MF More Fragments DF Don’t Fragment xi TTL Time To Live (Tiempo de Vida) SAP Service Access Point QoS Quality of Service DHCP Dynamic Host Configuration Protocol NCL Número de Canal Lógico CIDR Classless Inter Domain Routing IMCP Internet Message Control Protocol DNS Domain Name System VoIP Voz sobre Protocolo de Internet PSTN Red Pública Telefónica Conmutada DID Llamada Locales Directas UIT Unión Internacional de Telecomunicaciones xii RESUMEN Este documento presenta un estudio de la relación y convivencia de la televisión digital con las redes IP. Esta relación es mejor conocida como IPTV y ha tomado forma y fuerza en países del primer mundo de manera más contundente, sin embargo nuestro país muestra ya adelantos para su implementación. IPTV consiste en la transmisión de las señales de televisión a través de las redes que utilizan el protocolo Internet, o comúnmente conocidas como redes IP, donde a su vez la red más popular sin duda es la Internet. Se parte de la definición y conceptualización de la tecnología de Televisión Digital, sus características, novedades, alcances, mejoras, etc. para luego introducir el concepto de redes IP y su utilización para la transmisión de datos e información desde y hacia cualquier parte del mundo. Una vez definidos los precedentes y sentado las bases, se introduce formalmente la tecnología de IPTV con todas sus características, requerimientos, limitantes y su estado actual. Si bien es cierto que IPTV constituye un novedoso medio de entretenimiento, si se puede llamar de esta forma, es lamentable que aunque presenta muchas ventajas, no es posible convertirla en una tecnología de masas debido a sus limitaciones de distancia y pérdida de la calidad de la imagen. Por esto el lugar de la televisión analógica será tomado por la televisión digital transmitida por medio de señales radioeléctricas a través de las antenas ya existentes y no por IPTV, que aunque es muy atractiva y vanguardista no posee la viabilidad necesaria. xiii CAPÍTULO 1: Introducción No cabe duda de que la tecnología avanza rápidamente en esta época y que la creación de una gran cantidad de aparatos no solo hacen que la vida cotidiana sea ampliamente más sencilla, sino que le dan en muchas ocasiones un carácter placentero. De esta manera es como, hoy día es muy común ver como tecnologías y/o paquetes utilizados de manera distinta convergen para el fortalecimiento de cualquiera de ellas. Es así como, es asunto de todos los días el envío de mensajes de texto y datos a través del servicio celular, el cual en sus inicios solo cumplía la función de transmitir voz, además todo esto se realiza muchas veces sin que el usuario se percate del trasfondo tecnológico y económico que esto implica. También se ha hecho usual escuchar transmisiones de emisoras de radio utilizando el Protocolo Internet (IP, por sus siglas en inglés), las cuales se realizan en tiempo real al igual que cuando se escuchan en el aparato de radio del hogar, y también se tiene la costumbre de realizar llamadas telefónicas utilizando este Protocolo, con un costo mucho menor a las realizadas por medio de los teléfonos analógicos y con la ventaja de que con el uso de una cámara web se puede también visualizar al interlocutor. Es así como la idea de la transmisión de las señales de televisión vía Internet puede no parecer tan irreal y lejana, además de que este aparato no solo funcionaría para poder disfrutar de canales de televisión sino que permitiría realizar gran cantidad de tareas a través de él. Ante esta gran variedad de avances tecnológicos nuestro país siempre busca adoptar una posición vanguardista, por lo que trata a través de sus instituciones de introducir y brindarle al público la oportunidad de disfrutar de lo último en tecnología, así como de todas las ventajas que estos proporcionan. En este sentido el Instituto Costarricense de Electricidad (I.C.E.) se ha esforzado por ofrecer variedad de servicios relacionados con dichos avances y procurar el buen funcionamiento de ellos. La tecnología celular es un claro ejemplo, en donde primeramente se introdujo la tecnología GSM, para reforzar la ya existente TDMA, con todas sus variantes y adicionales (mensajes multimedia, bluetooth, 1 2 Internet, etc.) y con su actual plan de introducir terminales con tecnología de tercera generación. Por todo esto también es importante estudiar y analizar las condiciones y capacidad que presenta nuestro país para introducir y establecer de manera permanente un servicio como el IPTV. 3 1.1 Objetivos 1.1.1 Objetivo general • Estudiar y analizar la convergencia tecnológica de la televisión digital con las redes que utilizan el protocolo de Internet (IP). 1.1.2 • Objetivos específicos Conceptualizar la tecnología de televisión digital y definir las variantes, ventajas y mejoras que presenta respecto a la televisión ordinaria. • Definir que son las redes IP y determinar en que forma se utilizan en el ámbito de las telecomunicaciones en el ámbito mundial. • Determinar el estado actual de la tecnología IPTV alrededor del mundo, así como las principales tendencias de uso y proyecciones con que cuenta. • Realizar un estudio acerca de la factibilidad de implementar dicha tecnología en nuestro país. 1.2 Metodología La metodología que se utilizará para la elaboración de este trabajo iniciará con la recopilación de información sobre los temas específicos presentados, como redes IP, televisión digital, etc. Con respecto al estudio de factibilidad será conveniente, en la medida de lo posible, realizar una entrevista con alguna persona encargada del desarrollo de proyectos del Instituto Costarricense de Electricidad para definir la posición de esta entidad respecto a este tema. CAPÍTULO 2: Desarrollo teórico Antes de partir y profundizar en el tema de la televisión digital, de las redes IP y del sistema IPTV, es conveniente realizar una pequeña conceptualización acerca del televisor y del sistema de televisión en sí. 2.1 El Televisor El televisor es el aparato capaz de reproducir de manera simultánea imágenes en movimiento y sonido. Estas imágenes y sonidos se representan a través de ondas, las cuales son interpretadas por el televisor para poder desplegar las imágenes en la pantalla así como para poder emitir el sonido. Hoy día es posible separar en distintas ondas el sonido, la imagen y el color, ya que cada una de ellas ocupa determinado rango de frecuencias, es decir, poseen distintos anchos de banda. El 26 de Enero de 1926 fue la primera vez que una pantalla mostró imágenes en movimiento, en un laboratorio científico de Londres donde se realizó la primera demostración de lo que más tarde se conocería como televisor. El responsable fue John Logie Baird, un ingeniero escocés que dedicó su vida a perfeccionarlo. Baird pronto fundó dos emisoras de televisión experimentales en asociación con la oficina de correos, y gracias al sistema de cables de la empresa hizo la primera transmisión de televisión por cable. La prensa apoyaba a Baird, pero la BBC por temor a los cambios y desconfianza ante el atractivo que el invento ejercía entre el público, rechazaba todos los intentos del inventor por conseguir una licencia de transmisión. Frente a eso, Baird respondía con emisiones piratas que violaban la ley inglesa, que finalmente, ante la presión ejercida por la prensa y el inventor, fueron aceptadas por la BBC. Desde 1929, empezó a crear programas experimentales con muchas dificultades técnicas, las imágenes que emitía (del tamaño de una tarjeta personal) y a raíz de la baja definición de sus treinta líneas de barrido se limitaban a mostrar primeros planos. Pero a 4 5 pesar de sus limitaciones, en esas tempranas imágenes era posible reconocer individuos y hasta sus cambios de expresión. En 1929, tres años después de la primera emisión pública los televisores comenzaron a fabricarse en gran escala. Un año más tarde, alrededor de 20.000 aparatos se habían vendido en Inglaterra y el resto de Europa. 2.1.1 Funcionamiento Primero, una cámara recibe la luz del escenario, la introduce en su sistema y una serie de lentes la conducen a varios fotodiodos situados sobre un chip CCD. Ahí se transforma la luz de la escena en una señal de video. A la vez, un micrófono capta el sonido y lo transforma también en una señal eléctrica de audio. Ambas señales combinadas son enviadas a un satélite y éste a la vez las envía a un receptor que toma la señal a través de una antena, un satélite o por cable. El televisor recibe las señales. Ahí, él conduce la señal de audio a un amplificador y a un altavoz. 2.1.2 Televisor antiguo La aparición de la televisión desplazó rápidamente la radio del salón al dormitorio, del cuarto de baño o la cocina. El equipo que aparece en la figura Nº 2.1, presentando por Decca en la 19° Feria Nacional de Radio y Televisión en Londres en 1952, combinaba radio con televisión en un solo mueble. 6 Figura Nº 2.1. Televisores en 1952. 2.1.3 Televisor a color La televisión a color entró en funcionamiento en Estados Unidos y otros países en la década de 1950. En México, las primeras transmisiones a color se efectuaron en 1967 y en la década siguiente en España. Más del 90% de los hogares en los países desarrollados disponen actualmente de televisión a color. 2.2 La televisión La televisión es en sí, todo el sistema que utiliza ondas magnéticas para transmitir y desplegar en pantalla imágenes y sonidos, y permite observar el resultado final en el aparato de televisión. Este es el sistema que se ha utilizado desde el principio de las emisiones de señales de televisión y es más bien conocido como televisión analógica. 7 Figura Nº 2.2. Diagrama de trayectoria de una señal de televisión. CAPÍTULO 3: Televisión Digital En Costa Rica no se ha implementado, ni se conoce mucho del Sistema de Televisión Digital, el cual es aquel donde se utiliza la vía digital para la transmisión de la información y no la vía analógica, la cual es la utilizada desde los inicios de la televisión hasta la actualidad. Además la televisión analógica presenta una serie de inconvenientes como un rango de frecuencias limitado, un ancho de banda de transmisión muy grande y problemas de distorsión. Esto hace de la digitalización de la televisión un esfuerzo que vale la pena realizar, con el fin primordial de mejorar la calidad de uno de los inventos más significativos de la humanidad por su alcance y accesibilidad. En algunos otros países como España, emisoras de televisión ya están transmitiendo su programación vía digital y en algunos años el cambio será obligatorio para todas aquellas empresas que brindan este servicio. La Televisión Digital posee sus características propias, sus ventajas, desventajas y definiciones técnicas las cuales serán profundizadas a continuación. 3.1 ¿Qué es Televisión Digital? 3.1.1 Definición La Televisión Digital es la tecnología utilizada para difundir las señales de televisión que sustituirá a la usada hoy día (analógica). A su vez, emplea ondas hertzianas para la transmisión de la señal, sólo que ésta contiene información digital que viene representada en forma binaria. El uso de 1’s y 0’s en la transmisión de la señal televisiva permite la aplicación de técnicas de compresión de datos así como de corrección de errores, lo que lleva a una utilización más eficiente de los medios de difusión y a una mejor calidad de la imagen respectivamente. Esto es, que por donde antes pasaba una señal analógica ahora es posible que pasen simultáneamente hasta cuatro señales digitales. Esto a su vez, es de gran ventaja 8 9 porque se da un uso más eficiente del espectro radioeléctrico, ya que no son necesarios anchos de banda tan amplios para el uso de una sola estación de televisión. 3.1.2 Apagón analógico 3.1.2.1. Generalidades Un hecho trascendental en el desarrollo de la tecnología de la televisión digital es el conocido con el nombre de “Apagón Analógico”. Dicho evento, es puntualmente, el cese de las transmisiones analógicas de las estaciones de televisión y radio de los países de la Unión Europea, el cual en mayo del 2005 se propuso que se realizara como máximo en el año 2012 para todos los países. En España, el gobierno lo adelantó para que ocurra en 2010; excepto en Soria, que sucederá en 2008 como prueba piloto. Hasta entonces, convivirán las emisiones analógicas y las digitales. En Suecia, está previsto para febrero del 2008 y constará de cinco etapas que se iniciaron a finales del verano del 2005. En Dinamarca, aunque aún no existe fecha concreta, una amplia mayoría parlamentaria apoya que se efectúe lo antes posible y se prevé para 2009. Tanto Italia como Finlandia tienen como objetivo que se produzca entre el 2006 y el 2008. Austria, Alemana y Malta siguieron el ejemplo español y se trazaron como objetivo el 2010. Bélgica, Eslovenia, Eslovaquia, Grecia, Hungría y el Reino Unido tienen previsto realizarlo en la fecha límite, el 2012. A partir de este momento será indispensable disponer de un televisor con un sintonizador digital, o en su defecto utilizar un decodificador que procese la señal digital y la envíe al televisor, para ver la televisión. 10 3.1.2.2 La incertidumbre del apagón La existencia de un lote de televisores digitales y decodificadores hace que las fechas previstas para realizarlo queden en entredicho. La comercialización de decodificadores en vez de la inclusión de estos en los receptores y grabadores de televisión ha creado una incertidumbre en el futuro de la televisión digital terrestre. En el mercado son muy pocos los televisores que incluyen el sintonizador digital. Solamente aquellos aparatos de alta gama lo traen incluido mientras que los grabadores, ya de DVD son prácticamente inexistentes. El número de receptores que existe en cada hogar, normalmente más de uno y la imposibilidad de que el decodificador pueda ser comandado por el grabador, ha dado por resultado que no se haya extendido. La obligación de la suspensión de las emisiones analógicas queda en entredicho al riesgo de una pérdida relevante de los telespectadores, pérdida que puede influir en las cadenas comerciales que basan sus ingresos en la publicidad y en la audiencia. La Televisión Digital presenta también algunas otras ventajas, aparte de las ya mencionadas. Estas y otras se presentaran con más detalle en el siguiente apartado. 3.2 Ventajas de la Televisión Digital 3.2.1 Optimización en el uso del espectro radioeléctrico La mayor ventaja que presenta la Televisión Digital es que gracias a su transmisión de datos en binario, los canales y vías utilizados para este fin no presentan tráfico que los utilice al máximo. Esto beneficia porque entonces, a través de lo que antes una emisora transmitía solo una señal, ahora es posible emitir señales de cuatro emisoras diferentes como se muestra en la Figura Nº 3.1 11 Figura Nº 3.1. Utilización del espectro radioeléctrico Actualmente las emisoras utilizan dentro del espectro radioeléctrico las “muy altas frecuencias” y las “ultra altas frecuencias” (VHF y UHF por sus siglas en inglés). Se puede observar la distribución de estas bandas en la Figura Nº 3.2 y los valores mínimos y máximos de frecuencia para éstas en la Tabla Nº 3.2 mostradas a continuación. Figura Nº 3.2. Espectro radioeléctrico en comunicaciones. 12 Tabla Nº 3.1. Rangos de frecuencia del espectro radioeléctrico. BANDAS DE RADIO CORRESPONDIENTES AL ESPECTRO RADIOELÉCTICO Banda VLF (Very Low Frequencies) Banda LF (Low Frequencies) Banda MF (Medium Frequencies) Banda HF (High Frequencies) Banda VHF (Very High Frequencies) Banda UHF (Ultra High Frequencies) Banda SHF (Super High Frequencies) Banda EHF (Extremely High Frequencies) 3.2.2 FRECUENCIAS LONGITUDES DE ONDA 3 – 30 KHz 30 – 300 KHz 300 – 3000 KHz 3 – 30 MHz 30 – 300 MHz 300 – 3000 MHz 3 – 30 GHz 30 – 300 GHz 100 000 – 10 000 m 10 000 – 1 000 m 1 000 – 100 m 100 – 10 m 10 – 1 m 1 m – 10 cm 10 – 1 cm 1 cm – 1 mm Calidad de la Imagen y el Sonido. Otro de los aspectos en los cuales la televisión digital aventaja a la televisión analógica es en la Alta Definición de la imagen (HD por sus siglas en inglés). Con la digitalización de la información, es posible obtener una imagen más detallada y definida, de aquí surge el nombre que recibe esta tecnología. La digitalización de la tecnología conllevará una televisión sin ruidos, interferencias, ni doble imagen. El resultado de la televisión digital son señales mucho más robustas. Asegurando, de este modo, la correcta recepción de los contenidos que los espectadores estén visualizando. Cuando se tiene televisión de alta definición es necesaria la utilización de televisores más grandes. Usualmente el tamaño tradicional de los aparatos es de 32 pulgadas o menos y la distancia habitual del espectador es unos tres metros. Bajo estas condiciones la diferencia no se hace muy evidente, pero como la tendencia converge hacia la utilización de pantallas cada vez más grandes es necesaria la transmisión en alta definición donde el nivel de detalle llega a ser de dos a cinco veces superior. Esto es debido a que la emisión es en formato panorámico, en donde la relación de tamaño de largo por 13 alto es de 16:9, mientras que la televisión tradicional tiene una relación de 4:3. La diferencia entre ambas se puede observar en la figura Nº 3.3 mostrada a continuación. Figura Nº 3.3. Formato panorámico en televisión HD. Con alta definición casi no se notan las líneas de separación ya que se aumenta el número de ellas, por ejemplo, en la televisión analógica la pantalla esta dividida en 480 líneas horizontales, mientras que en HD son 1080 líneas, es así también que es posible leer claramente texto de menor tamaño. En este sentido las transmisiones deportivas son las grandes beneficiadas, ya que con televisión HD es posible brindar ángulos más amplios del terreno de juego sin perder detalle de los jugadores ni la pelota. De esta forma se puede percibir de mejor manera las jugadas de conjunto sin perder nitidez. Además los rostros de los jugadores se reconocen mejor y también los del público dejan de ser manchones de color. 3.2.3 Poco margen de error en la interpretación de la señal Debido a que la señal transmitida está constituida únicamente por 1’s y 0’s, el receptor, que en este caso se trata del aparato de televisión, solamente necesitará decidir si lo que le llega es un 1 o un 0, por lo que la probabilidad de equivocación es menor. Esto contribuirá con la calidad de la imagen y el sonido, y la presentación será similar al formato observado en DVD, como se muestra en la Figura Nº 3.4 14 Figura Nº 3.4. Formato de transmisión digital 3.2.4 Utilización de técnicas de compresión. En lo que respecta a la compresión de la señal es mucho lo que se puede hacer para realizar la transmisión de manera más eficiente. La digitalización de un solo cuadro de 24 bits de profundidad necesita aproximadamente 1.25 MB en el sistema europeo de 625 líneas. Lo cual implica, que un segundo de video digital utiliza 31.25 MB y un minuto 1.88 GB, entonces si la grabación se hace en un formato 4:2:21 se ocupa dos tercios del espacio anterior, es decir un segundo 20.85 MB y un minuto 1.25GB. El audio tan solo necesita 650 MB en una hora. Ante todo esto, la necesidad surgida es la de comprimir el video utilizando diferentes técnicas sin que con ello se pierda la calidad de la imagen, tomando como referencia el ojo humano y sus características de percepción. Así por ejemplo, 1 GB de información visual por segundo queda reducida a unos 10 MB en el cerebro, esto porque la capacidad de procesamiento del cerebro es menor a la velocidad con que el ojo humano recoge la información, con esto la información irrelevante queda suprimida. Lo mismo 1 Término normalmente utilizado para un formato de video de componente digital. Los números 4:2:2 denotan la proporción que las frecuencias de muestreo del canal de luminancia a los dos canales de diferencia de color. Para cada uno de las cuatro muestras de luminancia, hay dos muestras de cada canal de diferencia de color. 15 sucede con el sonido y son estos principios fisiológicos los tomados en cuenta a la hora de aplicar procesos de compresión y descompresión. En este sentido, la calidad de la imagen no está determinada solo por el factor de compresión, sino que es muy importante el algoritmo utilizado, ya que para un mismo factor, el uso de uno u otro algoritmo puede ser muy influyente. En cuanto a la evaluación de la calidad, para una compresión de 5:1 o menor, las estimaciones sobre cuál es la imagen fuente y cual es la digitalizada suelen estar en un 50%, excepto para superdotados con una visión extraordinaria, quienes partiendo de imágenes muy seleccionadas “aciertan” siempre cual es la imagen digitalizada. Además, dependiendo de la aplicación se utiliza compresión con o sin pérdidas y técnicas que comprimen cada uno de los cuadros (intraframe) o analizan diferencias entre imágenes sucesivas (interframe) y utilización de soluciones basadas en software o basadas en hardware. También, podemos hablar del formato de los ficheros digitales. Estos pueden ser propietarios o genéricos (Quicktime, Video for Windows), donde los genéricos presentan la ventaja de la compatibilidad para el intercambio de imágenes. Estos ficheros tienen una arquitectura abierta, lo que permite su escalabilidad y utilización en códecs hardware por empresas desarrolladoras de sistemas no lineales o de sistemas de información audiovisual. 3.2.4.1 Codecs basados en software: • Indeo: compatible con Video for Windows, escalable, utilizable en multimedia y con necesidad de hardware para presentar vídeo en tiempo real a pantalla completa. La resolución habitual es de 160 x 120 a 25 fps2 ó 320 x 240 a 15 fps. • Cinepak: compatible con Quicktime, es un algoritmo asimétrico que necesita más recursos para comprimir que para descomprimir. Sus características son similares a Indeo. 2 El vídeo consiste fundamentalmente una secuencia rápida de imágenes que se proyectan en pantalla y producen la ilusión de que existe movimiento. El número de fotogramas mostrados cada segundo se conoce como velocidad de reproducción de fotogramas y se mide en fotogramas por segundo. 16 3.2.4.2 Entre los códecs basados en hardware, podemos citar los siguientes. • MJPEG: Basado en la aplicación del algoritmo JPEG3, desarrollado para imágenes fijas, a cada uno de los cuadros de una secuencia de vídeo. Es utilizado en “edición no lineal”4, tanto por la calidad como por la precisión de frame. • MPEG 1: Se define para la utilización del CD ROM como soporte de vídeo (la velocidad 1 x corresponde a 150 KB/seg). Es un algoritmo asimétrico, requiere un procesador potente para el proceso de compresión reduce considerablemente la tasa de datos. • MPEG 2: Se define la compresión a varios niveles, desde 0.5 a 12.5 MB/seg., siendo adecuado para aplicaciones en televisión profesional. • Fractales: La imagen se divide en pequeños fragmentos, virtualmente iguales, a partir de los cuales se pueden reconstruir grandes áreas. Es la técnica de compresión más eficaz, ya que convierte la imagen en una especie de ecuación, a partir de la cual puede reconstruirse. • Px64: Es el algoritmo utilizado para los sistemas de videoconferencia. La compresión es interframe, necesitando asistencia hardware. La calidad está limitada por el ancho de banda de las líneas. Esta señal digital, comprimida o no, se graba posteriormente en diversos soportes, lineales (cinta) o no lineales (disco). 3 JPEG (Joint Photographic Experts Group) método más utilizado actualmente para la compresión de imágenes con pérdida. Este método utiliza la transformada discreta del coseno, que se calcula empleando números enteros, por lo que se aprovecha de algoritmos de computación veloces. El JPEG consigue una compresión ajustable a la calidad de la imagen que se desea reconstruir. 4 Método de edición en el que se montan las imágenes manipulándolas como archivos. Una vez creado el montaje se graba el trabajo en una cinta master. 17 Tabla Nº 3.2. Formatos y algoritmos de compresión. Algoritmos de Compresión Software Indeo Hardware JPEG MPEG1 MPEG2 MPEG4 Fractales Px64 Cinepac Formatos de fichero Propietarios Dependientes del fabricante 3.3 No propietarios Video for Windows Quicktime Recepción de Televisión Digital en los Hogares. Cuando las estaciones de televisión de gran potencia transmiten en digital el usuario todavía puede usar su televisor analógico con una caja de conversión o receptor. Estas cajas de conversión reciben las señales digitales y las convierten en formato analógico para poder ser vistas en su televisor analógico. Para recibir la señal de la televisión digital se requiere una antena y el receptor para decodificar las señales digitales. En general, es suficiente tener una antena que tenga una recepción de buena calidad de las señales analógicas de televisión, conocidas como antenas de techo, (VHF-UHF) para recibir señales digitales. Esta forma de conexión se muestra en la Figura Nº 3.5, presentada a continuación. Figura Nº 3.5. Conexión con un sintonizador de televisión digital Otra forma de poder observar televisión digital es con la compra de un televisor que tenga integrado el sistema de decodificación de la señal digital. De igual manera, la 18 captación de la señal digital se hace con una antena convencional que se coloca en el techo o patio de la casa. Este tipo de conexión es mostrado en la Figura Nº 3.6. Figura Nº 3.6. Conexión con un televisor digital Aquellos usuarios que reciban el servicio de televisión por cable tal vez necesiten un nuevo equipo de televisión digital para poder ver programas en este formato, esto dependiendo del tipo de sistema de cable al que se este suscrito. En el caso que se deba adquirir un nuevo equipo, existen televisores del tipo “listos para el servicio de cable digital”, DCR por sus siglas en inglés, los cuales necesita una CableCard y los llamados Plug and Play que no necesitan decodificador. Como alternativa los abonados al servicio de televisión por cable pueden alquilar aparte una caja decodificadora en su compañía proveedora de cable o comprarla en una tienda especializada en electrodomésticos. Ocurre lo mismo para los abonados al servicio de televisión por satélite, quienes pueden necesitar un nuevo equipo para recibir y ver la programación digital de alta definición. Estos usuarios deberán verificar con su compañía de servicio por satélite que es lo que necesitara y cuando. Los televisores para televisión digital, en su mayoría tienen pantallas más anchas que los televisores analógicos actuales. Las pantallas más anchas permiten ver imágenes más anchas que son similares a aquellas que se ven en los cines, como se mencionó anteriormente. Estos televisores vienen en una variedad de tamaños y al igual que la mayoría de electrodomésticos nuevos, han bajado de precio desde su primer lanzamiento hace unos años atrás. Se espera que sus precios continúen bajando más con el tiempo y 19 estos variarán de acuerdo al tamaño de la pantalla, la tecnología proporcionada y de otras funciones. También debe ponerse atención en las diferencias entre un televisor digital y un monitor digital, ya que el primero tiene la capacidad de transformar las señales digitales sin necesidad de un decodificador adicional ya que lo trae integrado, es decir solo necesita una antena de aire para transmitir la programación digital. El segundo en cambio, no es capaz de recibir ni de sintonizar programación en digital, para ello es necesaria la ya mencionada caja decodificadora. Otro aspecto importante es que los televisores y monitores digitales no necesariamente muestran en su totalidad el formato de programación de televisión de alta definición (HDTV). Algunos televisores y monitores muestran televisión digital en resoluciones menores tales como formatos de “definición estándar” o “definición mejorada.”, por esto se debe consultar si la reproducción es en formato HDTV. 3.4 Otros aspectos de la televisión digital. 3.4.1 Interactividad De la misma forma que las plataformas digitales de satélite actuales, posibilitará la interactividad del usuario mediante la conexión telefónica o de cable. Pero en sí, la televisión digital no ofrece ningún servicio interactivo. Dispone de atractivos menús, guías de programación y teletextos mejorados. No obstante, diversas televisiones y decodificadores sí permitirán esta interacción, al incluir en muchos de los casos discos duros internos y un módem que se comunique con el exterior. Con este tipo de aparatos, que serán los más populares, sí se permitirán los servicios interactivos, como votar en un reality show o participar en chats. 20 3.4.2 Televisión abierta A diferencia de la televisión digital por satélite o cable, la televisión digital emite en abierto (aunque las cadenas podrán incluir programas de pago por visión) y no será necesario suscribirse ni pagar cuotas de abonado. En cualquier caso, ver los canales digitales que hoy se reciben en analógico no supondrá un desembolso adicional. 3.4.3 Sociedad de la información La capacidad de la televisión digital para prestar servicios “interactivos” puede facilitar el acceso a este tipo de servicios ya que en el 99% de los hogares se tiene un televisor aunque no se tenga una computadora. Con la televisión digital, el televidente podrá convertir el televisor en una terminal multimedia y recibir servicios como guías electrónicas de programación, vídeo bajo demanda, teletexto avanzado, información personalizada, correo electrónico, banco en casa, etc. 3.4.4 Programas de proximidad La transmisión de la televisión permite no sólo la transmisión de contenidos de ámbito nacional o autonómico, sino también de ámbito local. Esta programación de proximidad se podría ofrecer igualmente a través del cable, pero en ese caso se requeriría en primer lugar la instalación de líneas de transmisión, y en segundo lugar el pago de una cuota mensual. 3.4.5 Recepción portátil y móvil La televisión digital terrestre permite la recepción portátil y móvil, a diferencia de la televisión digital por cable o por satélite. La recepción portátil implica que la señal puede 21 ser recibida directamente por un televisor con una simple antena telescópica, siempre que esté situado dentro de la zona de cobertura de servicio. La recepción móvil supone que la televisión no sólo puede ser recibida en cualquier lugar, sino incluso en movimiento. 3.4.6 Papel del Gobierno El Gobierno tiene diversas formas para acelerar la propagación de la televisión digital, según lo hecho por países europeos. Una opción para el desarrollo sería no intervenir en los contenidos pero sí en la tecnología, subvencionando los decodificadores que permiten recibir la televisión digital. Italia por ejemplo, ha optado por esta medida y ha logrado colocar 700.000 unidades en menos de un año. 3.4.7 Futuro de la televisión digital La televisión digital es el futuro, ya que será la única gratuita dentro de unos años. No obstante, su implantación en todo un país puede ser rápida o lenta, dependiendo del interés que muestren el Gobierno y las estaciones de televisión por implantarla. El espectador no se siente atraído por esta nueva tecnología, ya que el número de estaciones es limitado, y ninguna empresa está dispuesta a brindar transmisiones en digital ya que de momento no tendrían espectadores. CAPÍTULO 4: Redes IP Actualmente la tecnología digital en muchas de sus ramas se encuentra en una etapa de fusión o convergencia, la cual es permitida por las redes IP, que se encuentran en el centro del proceso y forman la red troncal. Hoy día es posible integrar telefonía, entretenimiento, informática y hasta seguridad sin importar realmente el medio físico de conexión, ya que se puede utilizar ya sea la red de televisión por cable para navegar en Internet y hasta para monitorear una cámara de seguridad, tanto como la red telefónica, la de telefonía móvil, la de satélites y las redes informáticas. Todo esto se potencia con el uso de las redes basadas en el protocolo IP, la cual ofrece grandes beneficios. 4.1 Conceptos básicos 4.1.1 Comunicación de redes El Internet se ha convertido en el factor más importante en el proceso de convergencia de la tecnología de la información y el intercambio de datos. Esto es debido a que la suite del protocolo Internet se ha transformado en un estándar utilizado en casi cualquier servicio. Esta suite está compuesta por el protocolo Internet (IP), y el protocolo de control del transporte (TCP); conocido comúnmente como TCP/IP para referirse a la unión de ambos. Una red esta esencialmente compuesta por dos partes, los nodos y los enlaces. Los nodos son cualquier tipo de dispositivo de red como una computadora y pueden comunicarse entre ellos a través de enlaces, como son los cables. Existen básicamente dos técnicas de redes diferentes para establecer comunicación entre dos nodos, la de conmutación de circuitos y la de conmutación de paquetes. 22 23 La conmutación de circuitos es la más antigua, es la que se usa en la red telefónica y la de conmutación de paquetes es la utilizada en las redes basadas en IP. Una red de conmutación de circuitos crea un circuito cerrado entre dos nodos de la red para establecer una conexión. Uno de sus principales problemas es la pérdida de capacidad, ya que casi ninguna transmisión usa la totalidad del circuito todo el tiempo. Además, si un circuito falla en el medio de una transmisión, la conexión entera se pierde y debe establecerse una nueva, como sucede cuando se corta una llamada telefónica. Para entender mejor lo anterior se puede observar el diagrama de una conexión telefónica sobre una red de circuitos conmutados mostrado en la figura Nº 4.1. Figura Nº 4.1. Conexión de red de circuitos conmutados Por otra parte, las redes basadas en IP utilizan la tecnología de conmutación de paquetes, que usa la capacidad disponible de una forma mucho más eficiente y que minimiza el riesgo de problemas como la desconexión del enlace. Los datos enviados a través de este tipo de red de se dividen primero en paquetes que contienen la dirección de destino. Así se envían a través de la red y cada nodo intermedio determina a donde va el paquete. De esta forma los paquetes de información no necesariamente viajan a través de los mismos nodos. De esta forma, los paquetes enviados entre dos dispositivos de red pueden ser transmitidos por diferentes rutas en el caso de que se caiga un nodo o no funcione adecuadamente, como se ve en la figura Nº 4.2. 24 Figura Nº 4.2. Conexión de red de conmutación de paquetes 4.1.2 Fundamentos de transmisión Las propiedades entre estas tecnologías consisten en como se representa, gestiona y transmite la información. La información se estructura simplemente en colecciones de datos y entonces tiene sentido para la interpretación que se le dé. Los datos digitales se representan como secuencias de bits, es decir, de unos y ceros. Esto permite que cualquier clase de información sea representada y medida en datos digitales. De esta forma, el texto, sonidos e imágenes pueden representarse como una secuencia de bits. Los datos digitales pueden también comprimirse para permitir mayores relaciones de transmisión y puede ser encriptada (asegurada) para su transmisión. Además una señal digital es exacta y ningún ruido relacionado puede filtrarse. Los datos digitales pueden ser transmitidos a través de tres tipos generales de medios: metal, fibra óptica u ondas de radio. 4.1.3 Estructura de la red de área local (LAN) Cuando se transmite una señal, no necesariamente existe una comunicación, esto debido a que pueden existir problemas que provoquen que el mensaje sea transmitido pero no entendido. Este es uno de los problemas en comunicación digital que debe ser resuelto. 25 El receptor debe conocer como están organizados los bits de los mensajes para poder comprenderlos y debe conocer la relación a la cual los bits están llegando para interpretar el mensaje. Además, deben existir reglas que regulen si varios dispositivos de la red intentan usar un medio compartido simultáneamente y para esto la mejor forma de asegurar que los dispositivos de la red envían y reciben de forma compatible es basarlos en protocolos estándares que definen las reglas y maneras en las que los dispositivos inician y llevan a cabo la comunicación. Para la comunicación existen varias estrategias de conexión diferentes y protocolos que pueden ser usados para mantener una comunicación entre múltiples dispositivos de red. Las Redes de Área Local (Local Area Networks, LAN’s) como su nombre lo indica, se utilizan para conectar dispositivos de red próximos y se usa en un espacio limitado, como puede ser en un edificio de oficinas, en una escuela o en un domicilio. Una característica importante de las LAN’s es su topología, que se refiere al nivel al que están conectados los dispositivos a la red. Las topologías de red pueden ser categorizadas en los siguientes tipos básicos: 4.1.3.1 Topología bus Este tipo de topología utiliza un medio de comunicación compartido, denominado “bus común”, para conectar todos los dispositivos de la red. Un dispositivo que quiera comunicar con otro enviará paquetes a través del bus. Todos los dispositivos conectados al bus recibirán el paquete enviado pero sólo el que es el receptor aceptará y procesará estos paquetes. 26 Figura Nº 4.3. Topología de bus 4.1.3.2 Topología anillo Esta topología está estructurada de la misma forma en la que cada dispositivo de la red tiene exactamente dos vecinos para los propósitos de comunicación. Todos los paquetes viajan en la misma dirección dentro del anillo. Figura Nº 4.4. Topología de anillo. 27 4.1.3.3 Topología estrella Esta topología establece una central lógica de comunicaciones a la que están directamente conectados todos los dispositivos de la red. Cada dispositivo necesita un cable separado al punto central y consecuentemente todos los paquetes viajarán a través de centro de comunicación. Figura Nº 4.5. Topología estrella 4.1.4 Interconexión de LAN’s en una arquitectura basada en IP En ciertas ocasiones es requerido interconectar varias LAN’s para extender la comunicación fuera de los límites de la red. Las colecciones de redes interconectadas, y geográficamente dispersas, se denominan Redes de Área Extensa (Wide Area Network, WAN). Probablemente la WAN más conocida sea Internet, que cubre la mayoría del planeta. Es necesaria una arquitectura de comunicación compartida para que todos los usuarios, ya sean personas privadas, empresas, oficinas de la administración pública u otras organizaciones, puedan intercambiar información digital con cualquier otro usuario. 28 La arquitectura utilizada debía ser un estándar abierto y soportar diferentes protocolos de nivel de transmisión, especialmente aquellos utilizados sobre una amplia variedad de medios de transmisión. Afortunadamente la suite del protocolo Internet se ajusta a estos requerimientos. 4.1.4.1 La suite del protocolo Internet Esta suite es una familia de protocolos en niveles o capas, en la que cada nivel se construye a partir del nivel inferior, añadiéndole nuevas funcionalidades. El nivel más bajo está encargado exclusivamente del envío y la recepción de datos utilizando el nivel de transmisión. Los superiores son protocolos diseñados para tareas específicas como son el envío y la recepción de animaciones, sonido e información de control. Los protocolos intermedios se ocupan de aspectos como la división de los mensajes en paquetes y el envío seguro entre dispositivos. 4.1.4.2 El protocolo Internet El protocolo Internet (IP) es la base de la suite del protocolo Internet y es el más usado en el mundo. IP permite que se transmitan los datos a través y entre redes de área local. Los datos viajan sobre una red basada en IP en forma de paquetes IP (unidad de datos). Cada paquete IP incorpora una cabecera y los datos del propio mensaje, y en la cabecera se especifican el origen, el destino y otra información acerca de los datos. IP es un protocolo sin conexión de manera que a cada paquete se le trata como una entidad separada, como un servicio postal. Todos los mecanismos usados para asegurar que los datos enviados lleguen de forma correcta e intactos, los proporcionan los protocolos de más alto nivel dentro de la suite. Cada dispositivo de red tiene al menos una dirección IP que lo identifica de forma única del resto de dispositivos de la red. De esta manera, los nodos intermedios pueden guiar correctamente un paquete enviado desde el origen a su destino. 29 4.1.4.3 El protocolo de Transporte El Protocolo de Control del Transporte (Transport Control Protocol, TCP) es el más común para asegurar que un paquete IP llega de forma correcta e intacto. TCP ofrece transmisión confiable de datos para los niveles superiores de aplicaciones y servicios en un entorno IP. 4.1.5 Beneficio de una arquitectura basada en IP La suite del protocolo Internet reúne todos los protocolos de nivel de transmisión en una sola arquitectura, que puede ser utilizada en aplicaciones para diferentes propósitos de comunicación. Como resultado cualquier aplicación que soporte TCP/IP también podrá comunicar sobre cualquier red basada en IP. Debería ser fácil ver que esta única arquitectura ha revolucionado las comunicaciones de redes. Un número creciente de aplicaciones que transfieren texto, sonido, imágenes en directo y más, utilizan la arquitectura basada en IP. Todas estas aplicaciones y protocolos de aplicaciones constituyen el nivel de aplicación y ofrecen el último bloque de construcción para las comunicaciones digitales. 4.2 Protocolo Internet (IP) 4.2.1 Funcionamiento interno de una red de paquetes Tendremos dos alternativas para la transmisión de datos a través de una red, las cuales son: Datagramas o paquetes. Red de Circuitos Virtuales. Ambas se diferencian en la forma de realizar el encaminamiento. Cada Paquete (PDU’s), en función del destino, se encamina por una ruta u otra individualmente. Con Red de Circuitos Virtuales, se realiza una decisión de encaminamiento, lo que implica que se 30 establece una ruta asociada a una “sesión de intercambio de datos”. En redes IP se utiliza una tecnología interna de red de paquetes. 4.2.2 Software de protocolos Conceptualmente, enviar un mensaje desde un programa de aplicación de un dispositivo de red hacia un programa de aplicación en otro, significa transferir el mensaje hacia abajo, por las capas sucesivas del software de protocolo en el dispositivo emisor, transferir un mensaje a través de la red y luego, transferir el mensaje hacia arriba, a través de las capas sucesivas del software de protocolo en el dispositivo receptor. En la práctica, el software es mucho más complejo de lo que plantea el modelo. Cada capa toma decisiones acerca de lo correcto del mensaje y selecciona una acción apropiada con base en el tipo de mensaje o la dirección de destino. Por ejemplo, una capa en el dispositivo de red de recepción debe decidir cuándo tomar un mensaje o enviarlo a otra máquina. Otra capa debe decidir qué programa de aplicación deberá recibir el mensaje. 4.2.2.1 Funcionalidad de las capas Una vez que se toma la decisión de subdividir los problemas de comunicación en cuatro y organizar el software de protocolo en módulos, de manera que cada uno maneja un problema, es muy importante definir el tipo de funciones que se debe instalar en cada modulo. Definir esto no es fácil, por varias razones. En primer lugar, un grupo de objetivos y condiciones determinan un problema de comunicación en particular y es posible elegir una organización que optimice un software de protocolos para ese problema. En segundo lugar, incluso cuando se consideran los servicios generales al nivel de red, como un transporte confiable, existen distintas maneras de resolver el problema. Y por último, el diseño de una arquitectura de red y la organización del software de protocolo esta interrelacionado lo que no permite diseñar a uno sin considerar al otro. 31 4.2.2.2 Modelo de referencia ISO de 7 capas Existen dos modelos dominantes sobre la estratificación por capas de protocolo. La primera, basada en un modelo de la Organización Internacional para la Estandarización (ISO, por sus siglas en inglés), conocida como Modelo de Referencia de Interconexión de Sistemas Abiertos de ISO, denominada generalmente solo como modelo ISO. El modelo ISO contiene 7 capas conceptuales organizadas y fue elaborado para describir protocolos para una sola red, no contiene un nivel específico para el ruteo en el enlace de redes, como sucede con la suite del protocolo Internet. Aún cuando fue diseñado para proporcionar un modelo conceptual y no una guía de implementación, el esquema de estratificación por capas de ISO ha sido la base para la implementación de varios protocolos. Entre los protocolos comúnmente asociados con el modelo ISO, el conjunto de protocolos conocido como X.25 es probablemente el mejor conocido y el más ampliamente utilizado. X.25 ha sido adoptado para las redes públicas de datos y es especialmente popular en Europa. Se considerará a X.25 para ayudar a explicar la estratificación por capas de ISO. • Capa física: X.25 posee un estándar para la interconexión física entre computadoras anfitrión y conmutadores de paquetes de red, así como los procedimientos utilizados para transferir paquetes de un dispositivo de red a otro. En el modelo de referencia, el nivel 1 especifica la interconexión física incluyendo las características de voltaje y corriente. • Capa de enlace de datos: El nivel 2 del protocolo X.25 especifica la forma en que los datos viajan entre un anfitrión y el conmutador de paquetes al cual está conectado. X.25 utiliza él término trama para referirse a la unidad de datos cuando esta pasa entre un anfitrión y un conmutador de paquetes. Dado que el hardware, como tal, entrega solo un flujo de bits, el nivel de protocolos 2 debe definir el formato de las tramas y especificar cómo los dos dispositivos de red reconocen las 32 fronteras de la trama. Dado que los errores de transmisión pueden destruir los datos, el nivel de protocolos 2 incluye una detección de errores. Finalmente, dado que la transmisión es no confiable, el nivel de protocolos 2 especifica un intercambio de señales de recibo que permite a los dos dispositivos saber cuando se ha transferido una trama con éxito. • Capa de red: El modelo de referencia ISO especifica que el tercer nivel contiene funciones que completan la interacción entre el anfitrión y la red. Conocida como capa de red o subred de comunicación, este nivel define la unidad básica de transferencia a través de la red e incluye el concepto de direccionamiento de destino y ruteo. Debe recordarse que con X.25 la comunicación entre el anfitrión y el conmutador de paquetes esta conceptualmente aislada respecto al tráfico existente. Así, la red permitiría que paquetes definidos por los protocolos del nivel 3 sean mayores que el tamaño de la trama que puede ser transferida en el nivel 2. El software del nivel 3 ensambla un paquete en la forma esperada por la red y utiliza el nivel 2 para transferirlo hacia el conmutador de paquetes. El nivel 3 también debe responder a los problemas de congestionamiento en la red. • Capa de transporte: El nivel 4 proporciona confiabilidad punto a punto y mantiene comunicados al anfitrión de destino con el anfitrión fuente. La idea aquí es que, así como en los niveles inferiores de protocolos se logra cierta confiabilidad verificando cada transferencia, la capa punto a punto duplica la verificación para asegurarse de que ninguna máquina intermedia ha fallado. • Capa de sesión: Los niveles superiores del modelo ISO describen cómo el software de protocolos puede organizarse para manejar todas las funciones necesarias para los programas de aplicación. El problema del acceso a una terminal remota es tan importante que se le asignó la capa 5 para manejarlo. De hecho, el servicio central ofrecido por las primeras redes públicas de datos consistía en una terminal para la interconexión de anfitriones. Las compañías proporcionaban en la red, mediante una línea de marcación, una computadora anfitrión de propósito especial, llamada 33 ensamblador y desensamblador de paquetes o PAD, por sus siglas en inglés. Los suscriptores, por lo general viajeros que transportaban su propia computadora y su módem, se ponían en contacto con la PAD local, haciendo una conexión de red hacia el anfitrión con el que deseaban comunicarse. Muchas compañías prefirieron comunicarse por medio de la red para subcomunicación por larga distancia, porque resultaba menos cara que la marcación directa. • Capa de presentación: La capa 6 de ISO esta proyectada para incluir funciones que muchos programas de aplicación necesitan cuando utilizan la red. Los ejemplos comunes incluyen rutinas estándar que comprimen texto o convierten imágenes gráficas en flujos de bits para su transmisión a través de la red. Por ejemplo, un estándar ISO, conocido como Notación de Sintaxis Abstracta 1 o ASN 1 por sus siglas en inglés, proporciona una representación de datos que utilizan los programas de aplicación. • Capa de aplicación: Finalmente, la capa 7 incluye programas de aplicación que utilizan la red. Como ejemplos de esto se tienen al correo electrónico o a los programas de transferencia de archivos. 4.2.2.3 Modelo de estratificación por capas de la suite de protocolo de Internet El segundo modelo mayor de estratificación por capas no se origina de un comité de estándares, sino que proviene de las investigaciones que se realizan respecto al conjunto de protocolos de TCP/IP. El modelo ISO puede ampliarse y describir el esquema de estratificación por capas del TCP/IP, pero son lo suficientemente distintos para distinguirlos como dos diferentes. En términos generales, el software TCP/IP está organizado en cuatro capas conceptuales que se construyen sobre una quinta capa de hardware, estas cuatro capas son las siguientes. 34 • Capa de interfaz de red. El software TCP/IP de nivel inferior consta de una capa de interfaz de red responsable de aceptar los paquetes IP y transmitirlos hacia una red específica. Por ser el nivel inferior, es el situado inmediatamente a la capa de hardware. Una interfaz de red puede consistir en un dispositivo controlador o un complejo subsistema que utiliza un protocolo de enlace de datos propios. • Capa Internet: La capa Internet maneja la comunicación de un dispositivo de red a otro. Esta acepta una solicitud para enviar un paquete desde la capa de transporte, junto con una identificación del dispositivo, hacia el que se debe enviar el paquete. La capa Internet también maneja la entrada de paquetes, verifica su validez y utiliza un algoritmo de ruteo para decidir si el paquete debe procesarse de manera local o debe ser transmitido. Para el caso de los paquetes direccionados hacia el dispositivo local, el software de la capa de red de redes borra el encabezado del paquete y selecciona, de entre varios protocolos de transporte, un protocolo con el que manejará el paquete. • Capa de transporte: La principal tarea de la capa de transporte es proporcionar la comunicación entre un programa de aplicación y otro. Se conoce frecuentemente como comunicación punto a punto. La capa de transporte regula el flujo de información. Puede también proporcionar un transporte confiable, asegurando que los datos lleguen sin errores y en secuencia. Para hacer esto, el software de protocolo de transporte tiene el lado de recepción enviando señales de recibo de retorno y la parte de envío retransmitiendo los paquetes perdidos. El software de transporte divide el flujo de datos que se está enviando en pequeños fragmentos y pasa cada paquete, con una dirección de destino, hacia la siguiente capa de transmisión. Aun cuando en el esquema anterior se utiliza un solo bloque para representar la capa de aplicación, una computadora de propósito general puede tener varios programas de aplicación que acceden a la red de redes al mismo tiempo. La capa de transporte debe aceptar datos desde varios programas de usuario y enviarlos 35 a la capa del siguiente nivel. Para hacer esto, se añade información adicional a cada paquete, incluyendo códigos que identifican qué programa de aplicación envía y qué programa debe recibir, así como una suma de verificación para corroborar que el paquete ha llegado intacto y utiliza el código de destino para identificar el programa de aplicación en el que se debe entregar. • Capa de aplicación: Es el nivel más alto, los usuarios llaman a una aplicación que acceda servicios disponibles a través de la red de redes TCP/IP. Una aplicación interactúa con uno de los protocolos de nivel de transporte para enviar o recibir datos. Cada programa de aplicación selecciona el tipo de transporte necesario, el cual puede ser una secuencia de mensajes individuales o un flujo continuo de octetos. El programa de aplicación pasa los datos en la forma requerida hacia el nivel de transporte para su entrega. 4.2.3 La interfaz La interfaz se define como el acceso a una subred que tiene asignado una dirección IP. En la figura Nº 4.6 se muestra la interfaz como la parte que se encuentra en negrita. Figura Nº 4.6. Interconexión de subredes 36 En la figura anterior los sistemas finales son los también llamados equipos de usuario o anfitrión, que son aquellos que sólo tienen una interfaz. Mientras que los niveles intermedios, también llamados routers, nodos o encaminadores son aquellos que tienen más de una interfaz. Los equipos IP están unidos entre sí de dos formas, a saber: • Líneas físicas • Protocolos de Acceso a Subred (tendremos subredes de cualquier tecnología: X.25, F-R, etc.). El protocolo IP posibilita, que mediante la utilización del protocolo de acceso a subred correspondiente interconectar subredes. Este sistema se muestra en la figura Nº 4.7. Figura Nº 4.7. Posibilidades de conexión 4.2.4 Formato del paquete Los paquetes tienen un formato único y se muestra en la figura Nº 4.8. 37 Figura Nº 4.8. Formato del paquete 4.2.4.1 Campos del paquete • Ver: Es de 4 bits y se refiere a la versión de IP usada. Actualmente, es la 4. Puede haber migraciones de una versión a otra. Esta migración puede ser abrupta o suave. En la migración suave ambas versiones conviven en paralelo un tiempo. • Longitud de la cabecera: Es de 4 bits y se utiliza para saber donde empieza y acaba la cabecera. • Longitud total: Es de 16 bits, y se refiere a la longitud total del paquete (cabecera + datos), expresada en octetos. La longitud máxima del paquete está limitada a 216, lo que equivale a 64000 octetos. 38 4.2.4.2 Segmentación del paquete • Identificador: Es de 16 bits y es el que identifica los trozos del mismo paquete original. Cada trozo es un paquete por si solo y todos los que salgan de un mismo paquete original llevan el mismo “identificador”. El identificador lo asigna aisladamente la fuente (de forma cíclica). Esto aparentemente constituye un problema porque podría haber varios paquetes independientes que provengan de diferentes paquetes originales con el mismo identificador. Pero esto no es problema, ya que estos paquetes llevarían diferente dirección fuente. • Offset: Constituido por 13 bits e indica la posición absoluta del campo de datos del fragmento en el paquete íntegro original. Se enumera por bloques de octetos (irá de 0 a (213-1) octetos). El offset es como un puntero a la posición en el paquete original. Figura Nº 4.9. Estructura del Offset. 39 MF: tiene una longitud de 1 bit y sus siglas significan More Fragments. Identifica el último fragmento de un paquete. El proceso de fragmentado se puede realizar tanto en origen como en tránsito, mientras que el proceso de ensamblado se realiza en el sistema final destino, el cual va recolectando los fragmentos con el mismo identificador y dirección fuente hasta recibir todos, en cuyo caso, se ordenan los campos de datos y se entregan al Nivel Superior del protocolo. Si faltara algún trozo o no llegan todos en un tiempo T se descartaría el paquete completo. La razón por la que sólo se realiza ensamblado en destino es evidente: si ensamblo en un nodo intermedio, puede que más tarde sea necesario volver a fragmentar antes de llegar al destino, lo que constituiría una pérdida de tiempo. Los fragmentos de un mismo paquete original pueden encaminarse independientemente por sitios diferentes. • DF: al igual que el MF el DF tiene una longitud de 1 bit y sus siglas significan Don’t Fragment. Se usa cuando el sistema fuente detecta que el sistema destino no tiene capacidad de ensamblado. Si la subred no aceptara paquetes sin fragmentar, se tendría que encontrar otra ruta. Si a pesar de haber buscado otras rutas sigue siendo imprescindible fragmentar, el paquete se descarta. La utilidad del bit DF radica en impedir la generación de tráfico inútil. 4.2.4.3 Otros campos del paquete. • Checksum: está constituido por 16 bits. Este campo ofrece una protección adicional a los datos de la cabecera frente a errores. Es adicional porque del control de errores se encarga el nivel de enlace. • TTL: tiene una longitud de 8 bits y sus siglas significan Time To Live (tiempo de vida). Se introduce en el paquete para acotar su tiempo de vida mientras atraviesa la red. Se fija en origen (una estimación, ya que no se conoce que camino tomará el 40 paquete en cada salto) y se va decrementando en cada salto. Si llega a 0 en algún router, éste envía un mensaje de error y el paquete se descarta. Tiene utilidades como: 1. En ocasiones se puede tener inestabilidad en los algoritmos de encaminamiento, probablemente debido a desfases en la actualización de las tablas de los nodos. Una consecuencia, sería por ejemplo, que dos sistemas intermedios se enviaran indefinidamente el paquete de uno a otro. Figura Nº 4.10. Lazo infinito Si A decide enviar el paquete a B y B decide enviarlo a A, se crearía un lazo infinito, por lo que el tráfico nuevo que llegara a estos sistemas, sería acumulado hasta ser descartado. 2. Puede que el paquete, debido a rutas mal asignadas, esté dando vueltas por la red antes de seguir un buen camino. Si llegaran paquetes a destiempo, es decir, cuando ya se piense que se han perdido, parecería que la red inventa tráfico. Es decir, cuando se recibe algo que ya no se espera al darse por perdido, se piensa que la red se lo ha inventado. 3. Si hay fragmentación, el destino podría retener fragmentos hasta que, al ser el identificador cíclico, llegara un fragmento ajeno a los anteriores pero con igual identificador, luego se mezclarían datos de fuentes distintas. • Protocolo: es de 8 bits de largo. Consiste en un sufijo de dirección que identifica un punto de acceso al servicio (SAP). A veces, los niveles superiores (de transporte) 41 construyen sus direcciones añadiendo a la dirección de red un sufijo. Figura Nº 4.11. Campo de protocolo La forma de identificar a que entidad de van dirigidos los datos es mediante el sufijo de dirección. El sufijo de dirección nos permitirá identificar hasta 256 entidades de Nivel Superior sobre el Nivel IP con una dirección IP. • Tipo de servicio: de 8 bits de longitud. Permite seleccionar distintos tratamientos del paquete mientras atraviesa la red (Prestaciones y Servicio de red). El campo de Tipo de Servicio tiene la forma mostrada en la figura Nº 4.12 Figura Nº 4.12. Forma del campo de tipo de servicio 42 1. Subcampo de precedencia: tiene una longitud de 3 bits y representa una prioridad de descarte (QoS). Cuando estos bits codifican el 7 en binario indican ‘prioridad máxima’. Hay contraprestaciones al utilizar prioridades de descarte elevadas, ya que puede que el tráfico poco prioritario no se llegue a cursar. En redes públicas sólo sirve para diferenciar el tráfico de control del de usuario. En redes privadas sí tendrá más sentido dar más prioridad a unos terminales que a otros. 2. FLAG’s: son de tan solo 1 bit de longitud y se utilizan para solicitar distintas alternativas de control. Cada flag está asociado a un determinado tipo de métrica, como se muestra a continuación. Figura Nº 4.13. Flags 4.2.5 Conmutación Esta compuesta por 5 elementos, enumerados a continuación. 1. Entrega Directa: cuando el destino está conectado a la misma subred de la fuente. 2. Ruta de Host: se comprueba si la dirección destino coincide con alguna ruta. 3. Ruta de Subred. 4. Ruta por Defecto. 43 5. Descarte: si no se encuentra ruta de acceso. 4.2.6 Direcciones IP Una dirección IP es un número que identifica de manera lógica y jerárquica a una interfaz de un dispositivo (generalmente una computadora) dentro de una red que utiliza el protocolo IP. Dicho número no se debe confundir con la dirección MAC que es un número hexadecimal fijo que es asignado a la tarjeta o dispositivo de red por el fabricante, mientras que la dirección IP se puede cambiar. Entre las principales características de las direcciones IP podemos citar: Hay una por interfaz. Tienen longitud fija: 32 bits. Están estructuradas en dos campos: subred y sistema. Una dirección identifica de forma única a un punto de acceso remoto con el cual nos queremos comunicar. Esto es lo que posibilita el encaminamiento, ya que identifica perfectamente al destino. Figura Nº 4.14. Conexiones de subred. Para enviar del sistema ‘X’ al sistema ‘Y’, el objetivo es alcanzar la subred a la que ‘Y’ está conectado. Esto se consigue utilizando el prefijo de subred al encaminar. 44 4.2.6.1 Representación de las direcciones IP La representación utilizada para representar direcciones IP se denomina Notación Punto, y consiste en cuatro números codificados en binario. Figura Nº 4.15. Representación de las direcciones IP. 4.2.6.2 Clasificación de las direcciones IP • Clases de direcciones UNICAST (identifican un solo interfaz). Figura Nº 4.16. Tipos de direcciones UNICAST. o Clase A: para redes grandes En una red de clase A, se asigna el primer octeto para identificar la red, reservando los tres últimos octetos (24 bits) para que sean asignados a los anfitriones, de modo que la cantidad máxima de anfitriones es 224 (menos dos: las direcciones reservadas de broadcast [tres últimos octetos a 255] y de red [tres últimos octetos a 0]), es decir, 16 777 214 anfitriones. 45 o Clase B: para redes medianas En una red de clase B, se asignan los dos primeros octetos para identificar la red, reservando los dos octetos finales (16 bits) para que sean asignados a los anfitriones, de modo que la cantidad máxima de anfitriones es 216 (menos dos), o 65 534 anfitriones. o Clase C: para redes pequeñas En una red de clase C, se asignan los tres primeros octetos para identificar la red, reservando el octeto final (8 bits) para que sea asignado a los anfitriones, de modo que la cantidad máxima de anfitriones es 28 (menos dos), o 254 anfitriones. • Clases de direcciones MULTICAST (identifican un grupo de interfaces). Figura Nº 4.17. Clases de direcciones MULTICAST • Otras clases de direcciones Figura Nº 4.18. Otras clases de direcciones • Valores especiales No podemos utilizarlos para identificar a una subred o a un sistema. 4.2.6.3 Direcciones IP privadas Son las direcciones IP que no están asignadas y pueden ser utilizadas por los anfitriones que usan traducción de dirección de red para conectarse a una red pública o por los anfitriones que no se conectan a Internet. En una misma red no pueden existir dos direcciones iguales, pero sí se pueden repetir en dos redes privadas que no tengan conexión entre sí o que se sea a través de NAT. Las direcciones privadas son: 46 • Clase A: 10.0.0.0 a 10.255.255.255 (8 bits red, 24 bits anfitriones) • Clase B: 172.16.0.0 a 172.31.255.255 (16 bits red, 16 bits anfitriones) • Clase C: 192.168.0.0 a 192.168.255.255 (24 bits red, 8 bits anfitriones) 4.2.6.4 Direcciones IP dinámicas Es una dirección IP asignada mediante un servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) al usuario. La IP que se obtiene tiene una duración máxima determinada. El servidor DHCP provee parámetros de configuración específicos para cada cliente que desee participar en la red IP. Entre estos parámetros se encuentra la dirección IP del cliente. Las direcciones IP dinámicas son las que actualmente ofrecen la mayoría de operadores. Éstas suelen cambiar cada vez que el usuario reconecta por cualquier causa. Posee la ventaja de reducir los costos de operación a los proveedores de servicios Internet y las desventajas de que obliga a depender de servicios que redirigen un anfitrión a una IP y que es ilocalizable, es decir, en unas horas pueden haber varios cambios de IP. 4.2.6.5 Asignación de direcciones IP Dependiendo de la implementación concreta, el servidor DHCP tiene tres métodos para asignar las direcciones IP: • Manualmente: cuando el servidor tiene a su disposición una tabla que empareja direcciones MAC con direcciones IP, creadas manualmente por el administrador de la red. Sólo clientes con una dirección MAC válida recibirán una dirección IP del servidor. 47 • Automáticamente: donde el servidor DHCP asigna permanentemente una dirección IP libre, tomada de un rango prefijado por el administrador, a cualquier cliente que solicite una. • Dinámicamente: es el único método que permite la reutilización de direcciones IP. El administrador de la red asigna un rango de direcciones IP para el DHCP y cada ordenador cliente de la LAN tiene su software de comunicación TCP/IP configurado para solicitar una dirección IP del servidor DHCP cuando su tarjeta de interfaz de red se inicie. El proceso es transparente para el usuario y tiene un periodo de validez limitado. 4.2.6.6 Direcciones IP fijas Una dirección IP fija es la asignada por el usuario, o bien dada por el proveedor de servicios de Internet en la primera conexión. Las direcciones IP fijas actualmente en el mercado de acceso a Internet tienen un coste adicional mensual y son asignadas por el usuario después de haber recibido la información del proveedor o bien asignadas por el proveedor en el momento de la primera conexión. Tiene la ventaja de que permite tener servicios dirigidos directamente a la IP, pero los inconvenientes de que son más vulnerables al ataque, puesto que el usuario no puede conseguir otra IP y que es más caro para los proveedores puesto que esa IP puede no estar usándose las 24 horas del día. 4.2.6.7 Direcciones IPv6 La función de la dirección IPv6 es exactamente la misma a su predecesor IPv4, pero dentro del protocolo IPv6. Está compuesta por 8 segmentos de 2 bytes cada uno, que suman 48 un total de 128 bits, el equivalente a unos 3.4x1038 anfitriones direccionables. La ventaja con respecto a la dirección IPv4 es que aumenta la capacidad de direccionamiento. 4.2.7 Tabla de encaminamiento Si las tablas de encaminamiento son consistentes, el paquete llegará a su destino, pero de lo contrario, se perderá. Figura Nº 4.19. Tabla de enrutamiento. En el caso de X.25, como se establece una ruta de datos, en el campo “destino” de la tabla estarían los NCL’s y la interfaz de salida (implícita en IP), ya que hay un NCL asignado a cada interfaz de la ruta de datos. Cada nodo tendría en su tabla la interfaz y el nuevo NCL por el que tendría que salir la trama. La máscara expresa cuánto de la dirección destino que aparece en la tabla es significativo para encaminar y está asociada a cada interfaz. Las máscaras flexibilizan la longitud de los subcampos de subred y sistema final. Para funcionar se realiza un AND lógico de la máscara y la dirección destino, comparándose el resultado con la tabla de encaminamiento para decidir el siguiente salto. La ruta por defecto (0.0.0.0) permite tener tablas de encaminamiento incompletas, esto en caso de que no se encontrara encaminamiento en la tabla para un paquete, entonces se encaminará hacia un router con "visión" más global. Esta tabla puede variar de paquete a paquete. 49 Sucede Subnetting si la dirección pasada por la máscara coincide con la dirección de la interfaz, tendremos entrega directa y ocurre Supernetting cuando se utiliza una máscara con ceros, ya que se realiza el mismo salto para distintas direcciones. Esto se hace cuando un conjunto de direcciones consecutivas va por la misma interfaz. Los protocolos de encaminamientos que utilizan esta técnica con las máscaras se denominan CIDR (Classless Inter Domain Routing). Gracias al agrupamiento de varias direcciones de red no es necesario tener tablas demasiado grandes. Las tablas de direccionamiento deben estar ordenadas de las direcciones más específicas hasta la más general y recorrerse en este orden y pueden realizarse de forma manual. 4.2.8 Resolución de direcciones en IP Supongamos que a desea enviar un paquete a B, según lo muestra la siguiente figura Nº 4.20. Figura Nº 4.20. Comunicación entre dos sistemas. Una vez que se ha realizado entrega directa o accedido a la tabla, independientemente de la subred de que se trate, tenemos que indicar la dirección a la que queremos realizar el envío. De esto se encarga IP utilizando distintos métodos de Resolución de Direcciones: 50 Mediante una tabla: A cada salto de IP le corresponde uno en X.25, Ethernet, etc. Debido al carácter dinámico de la red, este método es complicado porque requiere actualizaciones frecuentes. Mediante una Función: f (dirección IP)=dirección de subred. Pero se vuelve muy complicado calcular esta función. Mediante ARP: Es un protocolo de resolución de direcciones, que funciona en subredes con servicio de Broadcast (difusión). Se inyecta en la red una trama para preguntar la dirección MAC_B del que tiene la dirección IP = B. Todos los nodos procesan la información, pero sólo B responde en Unicast, mientras que los demás sistemas se limitan a apuntar es sus tablas correspondientes la dirección IP de A y su dirección MAC_A Figura Nº 4.21. Resolución de direcciones mediante ARP El utilizar el mecanismo ARP incrementa el tráfico un 300% (1 trama + 1 trama (pregunta) + 1 trama (respuesta)). Para evitar esto, se utiliza una memoria caché donde se guardan las últimas direcciones utilizadas, borrándose si no se utilizan. Es decir, se tiene una memoria de direcciones dinámica. 51 4.2.9 Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) El formato del paquete ICMP es el mostrado en la siguiente figura Nº 4.22 Figura Nº 4.22. Formato del protocolo ICMP Los campos son: Tipo: es de 8 bits de longitud y se utiliza para distinguir los distintos tipos de mensajes. Código: tiene una longitud de 8 bits y se utiliza en algunos mensajes para distinguir, dentro de un tipo de mensaje, distintos subtipos. Checksum: tiene 16 bits de largo y es un código de protección contra errores. El resto es opcional y depende del tipo de mensaje. ICMP va instalado sobre IP, así que el paquete ICMP viaja encapsulado en el campo de datos del IP. Luego cuando una entidad ICMP quiere comunicar con otra entidad ICMP, tendrá que hacerlo a través de la entidad IP, como se observa en la figura Nº 4.23 mostrada a continuación. Figura Nº 4.23. Relación de ICMP con IP. Existen diferentes tipos de mensajes ICMP, los cuales son: 52 • Echo Req/Reply: Se utilizan para comprobar conectividad, es decir, para verificar que podemos acceder a un destino y éste a nosotros. Cuando una entidad ICMP recibe un mensaje Echo Req, genera un mensaje Echo Reply cuyo destinatario es la fuente del mensaje Echo Req. Estos mensajes pueden llevar un campo de datos opcional y si existe, es copiado del Echo Req al Echo Reply tal como llega. Existe una aplicación opcional llamada Ping, que es un proceso que genera varios Echo Req y los envía, tras lo cual espera respuestas, mostrándolas en pantalla. Utilizando esta pareja de paquetes ICMP con datos, es posible hacer pruebas para ver si paquetes de distinto tamaño llegan o no a un destino. • Redirect: Lo utiliza un sistema intermedio enviándoselo a un sistema final para que cambie una entrada de la tabla de encaminamiento (facilidad automática). Figura Nº 4.24. ICMP Redirect. El anfitrión y sus vecinos enviarían sus paquetes a través del router A por defecto, para luego éste enviarlos al destino a través del router B. Esto sería poco eficiente, 53 ya que se podrían ahorrar saltos si el anfitrión origen enviara su paquete directamente al router B. La solución a esta ineficiencia consiste en que cuando el router A recibe el paquete del origen, lo enruta por el router B, pero además envía un mensaje Redirect al anfitrión origen comunicándole la ruta óptima. Cuando un sistema final recibe un mensaje Redirect, incluye la información en su tabla de encaminamiento. • Time Exceeded: Se envía cada vez que se descarta un paquete debido a que su TTL ha llegado a 0 (código = 0) o a que ha finalizado el tiempo de espera de los trozos de un paquete fragmentado sin recolectar todos (código = 1). Lo envía ICMP al origen del paquete descartado. • Destination Unreachable: Cuando no se puede encaminar un paquete al destino, se descarta, notificándose a la fuente con este tipo de mensaje. Puede ser que la red del destino esté inalcanzable, que el propio anfitrión destino esté inalcanzable, que el campo de protocolo del paquete no coincida con ninguno de los protocolos del anfitrión destino o que el paquete lleve DF=1 y sea imposible utilizar una ruta sin tener que fragmentarlo. • Timestamp Req/Reply: Uno de sus objetivos es sincronizar los relojes de los nodos. Además estima los retardos de extremo a extremo. • Source Quench: Este mensaje se relaciona con el control de congestión. Lo envía un sistema intermedio cuando se descarta un paquete por congestión (para que la fuente origen de dicho paquete tome medidas, como reducir la tasa de inyección de paquetes en la red, etc.) Pero este mecanismo no funciona, por lo que se concluye que no hay control de congestión a nivel de red en las redes IP. El control de congestión en IP se realiza extremo a extremo en el nivel de transporte y es encomendado al TCP. El hecho de situar el control de congestión en el ámbito de transporte es problemático, ya que hay tráfico que no es TCP (por ejemplo tráfico 54 ICMP, tráfico de routing, etc.) y que por tanto no estará sujeto al control de congestión. 4.2.10 Domain Name System (DNS) Es un identificador que está asociado a un recurso disponible a través de la red. No es una dirección y tampoco indica donde está dicho recurso. Su función es proporcionar datos (incluso direcciones) a partir del nombre de un recurso. Posee una estructura jerárquica y un árbol de dominios y subdominios llamados Domains y Top Level Domains. • Top Level Domains: Están prefijados y asignados a organismos "oficiales", es decir, organismos que colaboran en la gestión y administración de la red. En ningún caso son usuarios finales. Algunos de estos Top Level Domains son: o En EEUU: gov, mil. o No asociados a zonas geográficas: com (comercial), edu (educacional), net (uso de los administradores de la red). Figura Nº 4.25. Dominios 55 Los DNS también son de carácter geográfico como: es, uk, mx, cl, cr, etc. e internacionales (int) o de organizaciones varias (org). Cabe destacar que no existe un límite en el número de Domains. La forma de identificar un anfitrión sería: - nombre_host.subdominio.subdominio...subdominio.dominio por ejemplo, el de la figura Nº 4.25 sería: lina.it.uc3m.es. 4.2.11 Límites de los sistemas IP La numeración IP es una parte básica del sistema TCP/IP, que es el que utiliza Internet. El número IP es un número binario de 32 bits que identifica de forma precisa y única la ubicación de cada dispositivo de red en Internet. Por ejemplo, 207.46.197.102 es un número IP que identifica un servidor de microsoft.com Este sistema, en uso desde hace mas de 20 años (el actual IPv4 data de 1981), está agotándose por un problema de expansión, ya que es previsible que de seguir el actual ritmo de crecimiento, en un futuro próximo no habría suficientes combinaciones de números IP distintos para cada dispositivo conectado a la red. Junto a este problema aparecen otros, como un deficiente o mejorable sistema de enrutamiento de datos, la previsión de la próxima conexión a Internet de un gran número de dispositivos y el deseo de incorporar nuevas funcionalidades. Estos factores son los que han movido a diseñar un cambio de protocolo IP, del actual llamado IPv4 al futuro IPv6. La necesidad de disponer de números IP es cada vez mayor. No se trata solo de que cada vez mas gente tenga acceso a la red. Se trata también de la forma en la que se accede. Cuando nos conectamos a Internet a través de la red telefónica básica, la llamada suele ser de corta duración, y usamos IP’s dinámicas. Con las conexiones permanentes tipo cable o ADSL, necesitamos una IP fija. Además de la inminente conexión a Internet de dispositivos variados como los teléfonos móviles y las agendas electrónicas. 56 Lo cierto es que Internet duplica su tamaño cada año desde 1988. Las últimas estimaciones hablan de más de 200 millones de usuarios en todo el mundo. Con el actual sistema IPv4 serian teóricamente posibles unos 4 billones de direcciones IP, número que no es tan impresionante si se tiene en cuenta que la previsión de población mundial para el 2.050 es de 9 billones de personas. Al cambiar el sistema de numeración de 32 a 128 bits, se posibilita un número de direcciones IP mucho mayor. Algunos cálculos hablan de unos 34 trillones de números IP posibles (calculando que cierto número de combinaciones no estarán disponibles por razones técnicas). Uno de los efectos previsibles es la desaparición de los traductores de direcciones de red o NAT, por sus siglas en inglés. Muchas organizaciones que no disponen de suficientes números IP deben utilizar direcciones privadas que apuntan a un único número IP o direcciones públicas, donde es preciso un NAT que discrimine y dirija el flujo de datos desde la red interior a la exterior. El principal beneficio del IPv6 será la plena disponibilidad de números IP, posibilitará que Internet vuelva a ser una red "entre extremos" ("end to end model"). Los NAT, que han sido útiles ya que han prolongado la vida útil del IPv4, rompen este modelo haciendo que sea el equipo donde se realiza la traducción quién se comunica con el otro extremo. En IPv6 no hacen falta los NAT ya que hay direcciones de sobra, lo que permite reestablecer este modelo original. 4.2.11.1 Compatibilidad IPv4 e IPv6 son protocolos muy distintos. Pese a eso, siempre ha sido evidente para sus desarrolladores la imposibilidad de una migración masiva de IPv4 a IPv6, por lo que el diseño de este nuevo estándar tiene como requisitos necesarios el de asegurar la coexistencia y compatibilidad hacia atrás entre sistemas. 57 4.2.11.2 Enrutamiento El protocolo IPv6 determina un cambio en los paquetes IP. En el actual sistema, como se ha mencionado, los datos que viajan por la red se fraccionan o descomponen y pueden viajar por distintas rutas a su destino. El nuevo estándar IPv6 reorganiza las cabeceras de forma más eficaz, añadiendo algunos datos nuevos (como las etiquetas de contenido) que posibilitaran que de los paquetes sean discriminados según dicho contenido. También en la actualidad cada router dispone de la tabla de encaminamiento. Por cada paquete que pase por un router, este tiene que revisar su tabla. Si la tabla es muy grande, la tardanza en revisar la tabla se hace notar limitando la velocidad que pueden tener estos equipos. Mediante IPv6 se pretende limitar el número de entradas en estas tablas y hacer su gestión más eficiente. 4.2.11.3 Calidad La información que viaja en la cabecera de cada paquete se simplifica y a la vez se incluye nueva información. Será posible bajo IPv6 que el paquete identifique el tipo de datos que transporta y asignar prioridad de tránsito según su contenido. Cuando esto sea posible, será posible mejorar la calidad de la telefonía sobre IP y video conferencias, por ejemplo, evitando los saltos o interrupciones. 4.2.11.4 Otras ventajas IPv6 tendrá otros beneficios, como la posibilidad de configuración automática de las redes, lo que reducirá enormemente el coste de su mantenimiento. Será posible también, establecer niveles de seguridad a nivel IP que permiten autentificación de las transmisiones entre equipos, asegurando la integridad y privacidad de las conexiones. 58 4.2.12 Convergencia Las modernas tecnologías digitales permiten la convergencia entre diferentes servicios, y combinaciones de estos servicios, que pueden proporcionarse a través de infraestructuras acomodadas sólo a un tipo de servicio. Hay tres factores principales que crean las condiciones para la convergencia: la tecnología digital, la tecnología de transmisión y los protocolos de comunicación estandarizados. La tecnología digital permite que toda información ya sea texto, sonido o imágenes, por ejemplo, se representen como bits y se transmitan como secuencias de ceros y unos. La tecnología de transmisión permite una mejor utilización de la capacidad disponible en diferentes infraestructuras. Consecuentemente los servicios que requieren una alta capacidad pueden ser ofrecidos a partir de infraestructuras que previamente estaban disponibles para proporcionar unos servicios más simples. Ya hemos visto como la tecnología basada en IP proporciona una arquitectura excelente para el imparable proceso actual de convergencia. En el corazón de la suite del Protocolo Internet está el Protocolo Internet que representa el bloque que conecta uniformemente diferentes redes físicas con una amplia variedad de aplicaciones. Además las soluciones disponibles actualmente y basadas en IP pueden integrarse totalmente con otros sistemas disponibles. 4.3 VoIP Voz sobre Protocolo de Internet es un grupo de recursos que hacen posible que la señal de voz viaje a través de Internet empleando un protocolo IP. Esto significa que se envía la señal de voz en forma digital en paquetes en lugar de enviarla en forma de circuitos como una compañía telefónica convencional. El tráfico de Voz sobre IP puede circular por cualquier red IP, incluyendo aquellas conectadas a Internet, como por ejemplo redes de área local. 59 4.3.1 Ventajas La principal ventaja de este tipo de servicios es que evita los cargos altos de telefonía por las compañías Red Pública Telefónica Conmutada (PSTN), principalmente de larga distancia. Algunos ahorros en el costo son debidos a utilizar una misma red para llevar voz y datos, especialmente cuando los usuarios tienen sin utilizar toda la capacidad de una red ya existente la cual pueden usar para VoIP sin un costo adicional. Las llamadas de VoIP a VoIP entre cualquier proveedor son generalmente gratis, en contraste con las llamadas de VoIP a PSTN que generalmente cuestan al usuario de VoIP. Hay dos tipos de servicio de PSTN a VoIP: Llamadas Locales Directas o DID, por sus siglas en inglés) y números de acceso. DID conecta a quien hace la llamada directamente al usuario VoIP mientras que los números de acceso requieren que este introduzca el número de extensión del usuario de VoIP. Los Números de acceso son usualmente cobrados como una llamada local para quien hizo la llamada desde la PSTN y gratis para el usuario de VoIP. 4.3.2 Funcionalidad VoIP puede facilitar tareas que serían más difíciles de realizar usando las redes telefónicas tradicionales: • Las llamadas telefónicas locales pueden ser automáticamente enrutadas a un teléfono VoIP, sin importar en donde esté conectado a la red, el cual sería posible llevar en un viaje. • Números telefónicos gratuitos para usar con VoIP están disponibles en Estados Unidos de América, Reino Unido y otros países de organizaciones como usuario VoIP. 60 • Los operadores de una central de llamadas usando teléfonos VoIP pueden trabajar en cualquier lugar con conexión a Internet lo suficientemente rápida. • Algunos paquetes de VoIP incluyen los servicios extra por los que PSTN normalmente cobra un cargo extra, o que no se encuentran disponibles en algunos países, como son las llamadas de 3 a la vez, retorno de llamada, remarcación automática, o identificación de llamadas. 4.3.3 Movilidad Los usuarios de VoIP pueden viajar a cualquier lugar en el mundo y seguir haciendo y recibiendo llamadas de la siguiente forma: • Los subscriptores de los servicios de las líneas telefónicas pueden hacer y recibir llamadas locales fuera de su localidad. Por ejemplo, si un usuario tiene un número telefónico en la ciudad de Nueva York y está viajando por Europa y alguien llama a su número telefónico, esta se recibirá en Europa. Además si una llamada es hecha de Europa a Nueva York, esta será cobrada como llamada local, pero para esto, debe de haber una conexión a Internet disponible, como WiFi para hacer esto posible. • Los usuarios de Mensajería Instantánea basada en servicios de VoIP pueden también viajar a cualquier lugar del mundo y hacer y recibir llamadas telefónicas. • Los teléfonos VoIP pueden integrarse con otros servicios disponibles en Internet, incluyendo videollamadas, intercambio de datos y mensajes con otros servicios en paralelo con la conversación, audio conferencias, administración de libros de direcciones e intercambio de información con otros. 61 4.3.4 El estándar VoIP (H323) Este estándar fue definido en 1996 por la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) y proporciona a los diversos fabricantes una serie de normas con el fin de que puedan evolucionar en conjunto. 4.3.4.1 Características principales Por su estructura el estándar proporciona las siguientes ventajas: • Permite el control del tráfico de la red, por lo que se disminuyen las posibilidades de que se produzcan caídas importantes en el rendimiento. Las redes soportadas en IP presentan las siguientes ventajas adicionales: o Es independiente del tipo de red física que lo soporta. Permite la integración con las grandes redes de IP actuales. o Es independiente del hardware utilizado. o Permite ser implementado tanto en software como en hardware, con la particularidad de que el hardware supondría eliminar el impacto inicial para el usuario común. o Permite la integración de Video y TPV 4.3.4.2 Arquitectura de red El estándar define tres elementos fundamentales en su estructura: • Terminales: Son los sustitutos de los actuales teléfonos. Se pueden implementar tanto en software como en hardware. 62 • Gatekeepers: Son el centro de toda la organización VoIP, y serían el sustituto para las actuales centrales. Normalmente implementadas en software, en caso de existir, todas las comunicaciones pasarían por él. • Gateways: Se trata del enlace con la red telefónica tradicional, actuando de forma transparente para el usuario. Con estos tres elementos, la estructura de la red VoIP podría ser la conexión de dos delegaciones de una misma empresa. La ventaja es inmediata: todas las comunicaciones entre las delegaciones son completamente gratuitas. Este mismo esquema se podría aplicar para proveedores, con el consiguiente ahorro que esto conlleva. • Protocolos: Es el lenguaje que utilizarán los distintos dispositivos VoIP para su conexión. Esta parte es importante ya que de ella dependerá la eficacia y la complejidad de la comunicación. Por orden de antigüedad (de más antiguo a más nuevo): o H.323 - Protocolo definido por la ITU-T o SIP - Protocolo definido por la IETF o Megaco (También conocido como H.248) y MGCP - Protocolos de control o Skinny Client Control Protocol - Protocolo propiedad de Cisco o MiNet - Protocolo propiedad de Mitel o CorNet-IP - Protocolo propiedad de Siemens o IAX - Protocolo original para la comunicación entre Pbs. Asterisk (obsoleto) o Skype - Protocolo propietario peer-to-peer utilizado en la aplicación Skype 63 o IAX2 - Protocolo para la comunicación entre PBXs Asterisk en reemplazo de IAX o Jingle - Protocolo abierto utilizado en tecnología Jabber 4.3.5 • Parámetros de la VoIP Códecs: La voz ha de codificarse para poder ser transmitida por la red IP. Para ello, se se utilizan los códecs, que garantizan la codificación y compresión del audio o del video para su posterior decodificación y descompresión antes de poder generar un sonido o imagen utilizable. Según el códec utilizado en la transmisión, se usará más o menos ancho de banda. La cantidad de ancho de banda suele ser directamente proporcional a la calidad de los datos transmitidos. Entre los códecs utilizados en VoIP encontramos los G.711, G.723.1 y el G.729 (especificados por la ITU-T) • Retardo o latencia: Una vez establecidos los retardos de procesado y retardos de tránsito la conversación se considera aceptable por debajo de los 150 ms. • Calidad del servicio: La calidad de servicio se está logrando con base en los siguientes criterios: o La supresión de silencios otorga más eficiencia a la hora de realizar una transmisión de voz, ya que se aprovecha mejor el ancho de banda al transmitir menos información. o Compresión de cabeceras aplicando los estándares RTP/RTCP. o Priorización de los paquetes que requieran menor latencia. Las tendencias actuales son: CQ (Custom Queuing): Asigna un porcentaje del ancho de banda disponible. PQ (Priority Queuing): Establece prioridad en las colas. WFQ (Weight Fair Queuing): Se asigna la prioridad al tráfico de menos carga. DiffServ: Evita tablas de encaminamientos intermedias y establece decisiones de rutas por paquete. 64 o La implantación de IPv6 que proporciona mayor espacio de direccionamiento. 4.3.6 Ventajas y desventajas Este sistema reduce los costes de las llamadas (hasta un 74%), cuyo precio depende del mercado pero no del tiempo de conexión, como sucede en la telefonía tradicional; así, donde antes cabía una conversación ahora caben 10, lo cual reducirá las tarifas para el usuario final. Además, se puede llamar a un teléfono fijo o móvil, en cualquier lugar del mundo, para transmitir fax, voz, vídeo, correo electrónico por teléfono, mensajería y comercio electrónico. Sin embargo, algunas de sus desventajas son la calidad de la comunicación (ecos, interferencias, interrupciones, sonidos de fondo, distorsiones de sonido, etc.), que puede variar según la conexión a Internet y la velocidad de conexión. Sollo lo pueden usar aquellas personas que posean una computadora con módem y una línea telefónica; algunos servicios no ofrecen la posibilidad de que la computadora reciba una llamada, ni tampoco funcionan a través de un servidor proxy. CAPÍTULO 5: IPTV 5.1 ¿Qué es IPTV? IPTV significa televisión por protocolo de Internet y es la transmisión de la señal de televisión utilizando el protocolo IP. La televisión IP se transmite por la red de cobre que llega a todos los hogares con la telefonía fija tradicional, utilizando la tecnología ADSL es decir, IPTV es la televisión cuyo contenido se recibe por medio de las tecnologías web en lugar de los formatos tradicionales: cable, antena, etc. IPTV se ha convertido en la denominación más común para los sistemas de distribución por subscripción de señales de televisión y vídeo usando conexiones de banda ancha sobre el protocolo IP. A menudo se suministra junto con el servicio de conexión a Internet, proporcionado por un operador de banda ancha sobre la misma infraestructura pero con un ancho de banda reservado. IPTV no es un protocolo en sí mismo, ha sido desarrollado basándose en el videostreaming. Esta tecnología transformará en un futuro próximo la televisión actual, aunque para ello son necesarias unas redes mucho más rápidas que las actuales, para poder garantizar la calidad en el servicio. A diferencia de la situación actual, el proveedor no emitirá sus contenidos esperando que el espectador se conecte, sino que los contenidos llegarán solo cuando el cliente los solicite. La clave está en la personalización del contenido para cada cliente de manera individual. Esto permite el desarrollo del Pay Per View (pago por evento) o el video bajo demanda. El usuario dispondrá de un aparato receptor conectado a su computadora o a su televisión y a través de una guía podrá seleccionar los contenidos que desea ver o descargar para almacenar en el receptor y de esta manera poder visualizarlos tantas veces como desee. La programación que las empresas ofrecerán esta basada tanto en los canales tradicionales, como en canales más específicos sobre un determinado tema, para que el 65 66 cliente seleccione los que más le gusten. Además se emitirán eventos deportivos o películas de estreno bajo pago por visión, es decir pagando una cantidad adicional a la tarifa del servicio podrá verlas. Se trata de comprar los contenidos que se deseen ver para confeccionar una televisión a la carta. IPTV gracias a sus características permitirá almacenar los contenidos para verlos las veces que se desee, pero además permitirá realizar pausas, avanzar, retroceder… etc. como si fuera una cinta de video o un DVD. En el sector publicitario, al tratarse de información que llega a través de Internet, podría personalizar sus anuncios, para que el usuario con tan solo hacer un clic pueda acceder a la compra de sus productos. Adicionalmente se espera dentro de los servicios, métodos de búsqueda y restricciones, es decir que los padres pueden bloquear cierto contenido en IPTV que solo puede ser mostrado previa verificación de una clave, así mismo puede buscar por ejemplo todos los programas, series o películas en que actúe un actor específico o que sean de tal o cual género. 5.1 Requerimientos y especificaciones de IPTV Para que la IPTV pueda desarrollarse de una manera completa es necesario aumentar la velocidad de las conexiones actuales. Para el video-estreaming se pueden diferenciar dos tipos de canal: el de definición estándar SDTV o el de alta definición HDTV. Para un canal del SDTV sería necesario tener una conexión de 1.5 Mbps y para un canal HDTV una conexión 8 Mbps. Si tenemos varios canales distintos (por tener varios receptores de televisión por ejemplo) necesitaremos más ancho de banda. A este ancho de banda hay que sumar el necesario para la conexión a Internet. Estamos hablando de 4.5 Mbps para tres canales de SDTV u 11 Mbps para un canal HDTV y dos SDTV. En todo caso se utiliza la tecnología MPEG 4 para la compresión y codificación del vídeo. MPEG 4 es un estándar que comprime la información aún más que MPEG 2, que es el estándar normalmente utilizado para video-streaming, y que por lo tanto resulta muy útil cuando no se dispone de mucho ancho de banda. Por ejemplo, para transmitir servicios de 67 video en un canal SDTV, con MPEG 2 se necesitan entre 4 y 6 Mbps, mientras que con MPEG 4 serían suficientes los 1.5Mbps ya mencionados. En cuanto al ancho de banda necesario, la tecnología ADSL permite transmitir los datos de video, pero tiene limitaciones de distancia de unos 5 Km, donde una vez superada esta barrera no pueden ofrecerse servicios de televisión. Para solucionar este problema las compañías se encuentran desarrollando en todas sus centrales la tecnología ADSL 2+, que es una evolución de ADSL que permite transmitir la información ya comprimida de forma más rápida, eficiente y a mayor distancia. Además se necesitan para la instalación técnica los siguientes aspectos: Servidores IP: Son servidores de tráfico IP que permiten enviar distintos flujos de video a la vez para los diferentes usuarios. La red de transporte es de alta capacidad, como lo garantiza ADSL 2+ y permite el flujo bidireccional de datos hasta estos servidores, controlar los datos de sesiones, la facturación de los clientes…etc. Estos serán por lo tanto, los encargados de llevar el flujo de video a los distintos abonados al servicio. Los servidores realizan varias acciones como son: 1. Almacenamiento y respaldo de los contenidos 2. Gestión del video bajo demanda 3. Streaming de alta velocidad Lo más importante es la alta capacidad de transferencia para poder ofrecer buena calidad a los clientes. La red de acceso es el punto donde termina la red del proveedor y comienza el equipo del usuario. En esta interfaz hay un dispositivo encargado de decodificar la información para poder verla en un televisor convencional. El software se encarga de proporcionar al usuario los servicios a través de un sistema de menús en la pantalla de su televisor. Permite la interacción entre el cliente y el sistema. 68 Filtro de Audio: este filtro sirve para separar la señal vocal, transmitida a una frecuencia menor de la transmisión de video, e Internet. Módem-router ADSL: este se conecta por un lado a la línea de teléfono como un módem ADSL normal y por otro al decodificador. Este módem cursa tráfico IP, por lo que podrán conectarse a él computadoras personales y permitirá también que se navegue a la vez por la red. Decodificador digital: al igual que sucede con la televisión por satélite o por cable, para poder ver televisión, el usuario necesita un decodificador. Pero mientras tanto en el caso del satélite o del cable los canales se difunden todos a la vez, en el caso de IPTV los canales se difunden uno a uno hasta el abonado. Así, cada vez que el usuario pulsa el botón de su control solicita al servidor que le proporcione el video del canal deseado. El decodificador descomprime y decodifica la señal de video que le llega, mostrándola al usuario. Otros dos aspectos importantes son la adquisición de contenidos y los formatos de video empleados. Con relación a la adquisición de contenidos, el contenido se puede obtener a través de Internet de algún proveedor de contenidos o de un distribuidor de señales de televisión. El dispositivo llamado códec, habilita la compresión de video digital habitualmente sin pérdidas. La elección del códec tiene mucha importancia, porque determina la calidad del video final, la tasa de bits que se enviarán, la robustez ante las pérdidas de datos y errores, el retraso por transmisión… etc. Los formatos de video usualmente utilizados son: 1. H.261: Se utilizó para videoconferencia y video telefonía y sirve como base para otros. 2. MPEG-1: Logra calidad similar a VHS y además es compatible con todas las computadoras y casi todos los DVD. 69 3. MPEG-2: Es el usado en los DVD y permite imagen a pantalla completa con buena calidad. 4. H.263: Permite bajas tasas con una calidad aceptable. Usado en especial para videoconferencia y videotelefonía. 5. MPEG-4 parte 2: Calidad mejorada respecto a MPEG-2 6. MPEG-4 parte 10: Es el más usado actualmente por una gran variedad de aplicaciones. 7. WMV: Se utiliza tanto para video de poca calidad a través de Internet con conexiones lentas, como para video de alta definición. Puede considerarse una mejora del MPEG-4 El proceso que usa estos elementos para disfrutar de los servicios de IPTV es muy sencillo. A través de la línea de teléfono se recibe el canal de voz, el de datos ADSL y la señal de televisión. El módem-router establece la conexión ADSL de la computadora del abonado y envía la señal de televisión al decodificador. La computadora(s) del cliente puede navegar con total normalidad por Internet. Empleando el control remoto, el cliente actúa sobre el decodificador y solicita contenidos de televisión concretos a través de los menús interactivos que le ofrece el proveedor de contenidos. El decodificador solicita a los servidores IP de video bajo demanda los contenidos elegidos por el cliente y una vez recibidos, los muestra en pantalla en tiempo real. 5.2 Ventajas de IPTV La IPTV por sus propias características físicas y técnicas permite a los usuarios disfrutar de una serie de ventajas respecto a los usuarios de la televisión digital convencional. 70 5.2.1 Video bajo demanda VOD Sus siglas corresponden a Video On Demand. Como se ha venido observando, la posibilidad de disfrutar de la televisión a la carta es la principal ventaja que pueden encontrar los usuarios respecto a la televisión digital. Un usuario de IPTV puede elegir qué película o programa ver y a que hora verlo. Por lo tanto, un usuario de IPTV no estará sometido a los horarios del proveedor para disfrutar de sus contenidos. 5.2.2 Mayor contenido La IPTV ofrece los mismos contenidos en cuanto a canales, eventos de estreno y acontecimientos deportivos que el resto de canales digitales. Esto es así, porque toda la información que emiten éstos es fácilmente transportable en forma de datos que pueden llevarse por la red hasta el hogar del abonado. Además, la IPTV cuenta con la ventaja de que la oferta de los contenidos de los que dispone es mucho menos limitada, y puede gracias a esto tener un almacén de películas en los servidores a disposición de los usuarios que las soliciten. Mientras la televisión digital convencional solo puede tener un número determinado de películas o de eventos en emisión durante un tiempo mucho más reducido que la IPTV, ya que el proveedor de contenidos puede tener las películas almacenadas en un servidor durante más tiempo. 5.2.3 Comodidad en la visualización En el formato de video bajo demanda un usuario puede disfrutar de una película o el contenido deseado, tantas veces como desee. Es más, tiene incluso la posibilidad de parar una película en el momento que desee o incluso rebobinar para repetir una escena. El video bajo demanda actúa como si fuera una cinta de video o un DVD. 71 5.2.4 Publicidad a la carta Es posible personalizar los contenidos de publicidad que le llega al usuario, ya que la información es a través de Internet. Esto es, que un usuario puede determinar cuáles son las áreas de interés sobre las que le gustaría recibir publicidad. De esta forma, se evita perder el tiempo en contenidos publicitarios que resultan inútiles o de escaso interés y se hace a la publicidad un contenido más que ofrecer al cliente. 5.2.5 Servicios de información De la misma manera que el usuario de la televisión tradicional accede a contenidos de información a través del teletexto, el usuario IPTV cuenta con servicios de información mucho más extensos, precisos y potentes. Estaríamos frente al televisor de la misma manera que si se esta frente a la computadora, y se podrían solicitar contenidos informativos de las principales fuentes de Internet de manera cómoda empleando el control remoto. 5.2.6 E-Learning Así como se aprovechan los contenidos de información y noticias de Internet por medio de la infraestructura existente para IPTV, también es posible usarla para recibir cursos de formación. Pueden recibirse de esta forma contenidos muy variados que pueden ser cursos de inglés para niños, documentales, interactivos, de naturaleza, etc. esto produce que el usuario ya o sea un espectador sino que lo lleva a tomar parte activa en el proceso de aprendizaje. 5.2.7 Servicios de correo y facturas electrónicas Las facturas y correos electrónicos urgentes, pueden ser desplegados en la pantalla del televisor si así el usuario lo desea. La información se le presentará de forma inmediata en cuanto el usuario encienda el aparato. 72 5.2.8 Integración La integración permite que muchas compañías ofrezcan varios servicios en un paquete integrado. Por ejemplo, IPTV también se puede empaquetar con Internet de banda ancha normal así como VoIP, esto es conocido con el nombre de triple play. Todos estos servicios pueden estar sobre una línea enviada directamente al consumidor. Esto significa que los precios por el servicio pueden ser reducidos y el consumidor tiene que tratar solamente con un proveedor en vez de tres. 5.2.9 Interactividad La interactividad es mucho más fácil de realizarse con IPTV que un sistema normal del cable o de satélite. Esto porque IPTV se da a través de Internet en donde el consumidor tiene ya un módem. De esta forma es más fácil la comunicación en ambos sentidos y seguramente habrá seguramente muchas innovaciones. Con televisión interactiva será posible comprar productos directamente desde el televisor, tal como artículos mostrados en un anuncio o incluso ordenar una pizza. Otra manera que la IPTV interactiva puede ser utilizada es por la gente que solicita más información como por ejemplo estadísticas de algún deporte en específico. Además, existe la posibilidad de que la gente pueda votar, realizar encuestas u otra cosa mientras que mira su programa favorito. 5.2.10 Red casera No solo el televisor estará accesando a Internet, el resto de las computadoras de una casa accesan simultáneamente a la misma red, permitiendo la utilización del televisor para jugar y manipular archivos almacenados en dichas computadoras. 5.2.11 Mejor compresión IPTV puede entregar mejores imágenes debido al tipo de compresión que utiliza. IPTV usa un estándar mejorado de compresión que el utilizado en televisión digital actual 73 (FTA, Free-To-Air). Esto significa que no solo el tamaño del archivo enviado es menor sino que la calidad de la imagen es más alta. 5.3 Desventajas de IPTV Aunque IPTV es una tecnología que cuenta con muchas ventajas por sobre la televisión convencional, también tiene algunas desventajas como se mostrará a continuación. 5.3.1 Conexiones de gran capacidad Debido al gran volumen de información que se necesita transmitir para ofrecer todos los contenidos, se requiere de conexiones a Internet de gran capacidad. Este inconveniente es el que hace que su implementación no sea mayor, pues es necesario una adaptación y actualización de la infraestructura de los operadores para poder cumplir con todas las demandas. 5.3.2 Pérdida del paquete IPTV utiliza la misma tecnología utilizada para enviar y recibir datos por Internet. Debido a este hecho, IPTV puede experimentar ya sea una pérdida del paquete o un retraso. 5.4 Estado de la IPTV En algunos países europeos como por ejemplo España, varias empresas de comunicaciones ofrecen IPTV. Telefónica ofrece un servicio de IPTV con el nombre de Imagenio. La compañía de telecomunicaciones Jazztel también ofrece esta tecnología y con el nombre Jazztelia TV. Orange también ofrece su servicio llamado Orange Tv. Superbanda, también ofrece un servicio de televisión digital. Ya.com (Deutsche Telekom) 74 próximamente va a ofrecer su servicio de IPTV, el que se espera será un servicio muy interactivo y novedoso, utilizando tecnologías de Microsoft TV y Alkatel. En el resto de Europa también diferentes compañías empiezan a brindar servicios de IPTV. El primer país en contar con la tecnología fue el Reino Unido y con la empresa Kingston Iinteractive TV. En Francia, France Telecom lanzó su primer producto de IPTV a finales de 2003. Deutsche Telecom en Alemania lanzó su apuesta por IPTV en 2004. La empresa italiana Fastweb está ofreciendo IPTV sobre redes con conexiones 20 veces mayor que la actual y es uno de los mayores referentes en Europa de estos servicios. En EE.UU. compañías como Verizon y Bellsouth están comenzando en este campo y a desarrollar sus infraestructuras. En cuanto a compañías dedicadas a la tecnología, Microsoft ha sido la que ha mostrado una mayor intención por desarrollar su tecnología para ofrecer IPTV. Se basa en su tecnología windows media series que permite descargar desde Internet miles de videos, películas o capítulos de las series televisivas. En Chile Telefónica Chile pretende lanzar durante el 2007 su servicio de IPTV, complementando su actual servicio de televisión satelital Telefónica TV Digital. Otro de los conceptos que comienzan a tener furor en la red son las IPTV a la carta o televisiones por Internet que permiten ofrecer contenidos a medida. Un ejemplo de estas plataformas de televisión las empresas Narrowstel y Hooping Television. Este nuevo concepto de televisión permite a las empresas u organismos de cualquier tipo disponer de su propio canal de televisión conectado con el mundo. 5.5 Internet Televisión Aunque parezca que IPTV e Internet Televisión son prácticamente lo mismo, no es así. El modelo de Internet Televisión se basa en muchas de las tecnologías empleadas en IPTV pero su orientación es diferente. La gran diferencia es que en Internet Televisión el 75 contenido es emitido desde el proveedor de servicios al usuario final a través de Internet, por lo que el usuario no tiene ningún control sobre la red de transporte. Internet Televisión se basa en un modelo abierto en el que el control del contenido es responsabilidad del proveedor. Cualquiera puede generar un contenido (película, vídeo doméstico, anuncio publicitario, etc.) y ponerlo en la red a disposición de los usuarios bajo el modelo que desee. Al no existir entornos de red y señalización privada o sistemas de acceso condicional específicos, cualquier dispositivo de red podría estar preparado para recibir contenidos. Sin embargo, la realidad es que la práctica totalidad de los sistemas de Internet Televisión llegan a los hogares a través de los PC limitando considerablemente la cantidad y variedad de telespectadores y por lo tanto del mercado final. 5.5.1 Estado de la Internet Televisión El más claro ejemplo de la puesta en práctica de esta tecnología es Youtube, que con más de un 40% del mercado, es el mayor exponente. Le siguen Myspace o Yahoo con números inferiores al 25%. Sin embargo están comenzando a aparecer nuevos entornos con modelos de negocio bastante diferentes y que podrían considerarse una mezcla entre los modelos Internet Televisión y el IPTV puro. Un claro ejemplo de estos entornos es Joost, que básicamente consiste en la generación de pseudo-canales a la carta basados en contenidos de VOD con una temática común. En su caso, el retorno de inversión se obtiene por publicidad al comienzo de cada uno de los contenidos ofrecidos al usuario. Uno de los elementos clave de Joost es la calidad ofrecida la cual es relativamente buena, sin llegar, obviamente, a la de los entornos IPTV. Esto puede suponer un problema para usuarios con una conexión a Internet limitada. 76 5.6 Futuro de la IPTV A medida que el tiempo transcurra, las compañías proveedoras irán perfeccionando y mejorando los contenidos que ofrecen en IPTV. Tendrán la oportunidad de ofrecer un mayor número de canales, puesto que el límite lo define la capacidad de los servidores. Según estimaciones en el 2009 la IPTV representará un 10% del total de televisión de pago en Europa. A corto plazo a medida que se vaya difundiendo, cambiará la manera de ver la televisión. Se podrá ver a la hora que se desee cualquier película o programa. Será una televisión a la carta, confeccionada completamente al gusto de cada espectador. CAPÍTULO 6: Factibilidad de IPTV en Costa Rica Actualmente el Instituto Costarricense de Electricidad (ICE), realiza los estudios necesarios para comprobar si la implementación del servicio de IPTV es viable. Inicialmente se cuenta con estudios realizados en Europa mediante una encuesta aplicada a 6000 usuarios del los servicios de banda ancha y de televisión por cable. El 80% de los consultados, residentes de países como Alemania, Reino Unido, Italia y Francia, dicen no conocer nada acerca de IPTV. A su vez, dicha encuesta arroja resultados de la forma en la que los usuarios desean observar la televisión: • 55% de los encuestados desean televisión con menos publicidad. • 30% indicó que desea un mayor acceso a películas. • 30% señaló que quería poder acomodar la programación a su gusto. En este estudio cabe recalcar que un 54% del total de consultados indicó que no desean pagar un precio adicional por algunos de los servicios de IPTV. 6.1 Factibilidad técnica. La totalidad de requerimientos necesarios para la implementación definitiva de IPTV en Costa Rica se puede dividir en tres etapas como se muestra en la siguiente figura. Figura Nº 6.1. Etapas de IPTV Actualmente el ICE solamente cuenta con la etapa intermedia, que está constituida por la red de transmisión. Se estima que la infraestructura existente en nuestro país actualmente es lo suficientemente robusta como para soportar el tráfico de IPTV. Aún no se 78 han realizado pruebas para comprobar dicha robustez en esta etapa, sin embargo estimaciones preliminares apuntan a que no se tendrá ningún inconveniente. En lo que respecta al proveedor de contenidos, se estudian dos posibilidades. La primera consiste en la contratación por parte del ICE de dicho proveedor, quien es el encargado de la programación que tendrá el servicio, VOD, PPV, etc. La segunda consiste en que propiamente sea el ICE el encargado de proveer los contenidos. Claramente es más conveniente la contratación de un tercero para encargarse de los contenidos a brindar, esto porque ya contarían con la experiencia al respecto y no como el ICE quien debería arrancar de cero en este sentido. Finalmente, la tercera etapa es la que se encuentra más estrechamente relacionada con el abonado. Es aquí donde se debe contar con una conexión con un ancho de banda suficiente para poder soportar el servicio de IPTV así como el de conexión a Internet y VoIP. Es debido al gran tamaño del ancho de banda necesario, que el actual sistema de conexión ADSL ATM es insuficiente. En su lugar es necesario implementar un nuevo sistema llamado ADSL 2+, el cual si cumpliría con los requisitos para soportar el servicio. La conexión del abonado se puede realizar de igual manera por medio de fibra óptica, mejorando así la transmisión y el ancho de banda. Además en esta etapa se cuenta con otro obstáculo con respecto a los Set Top Box. Actualmente no existe un impulso en el mercado para este aparato y para que así, los usuarios lo adquieran. El Set Top Box cumple con la función de decodificar la señal para poder ser vista en el televisor. Si bien es cierto, parece que es mucho lo que falta por hacer para implementar esta tecnología en nuestro país, la verdad es que se podrá disfrutar de IPTV en un muy corto plazo. Se estima que para el primer semestre del 2008, se inicie con este proyecto en algunos lugares que ya cuentan con algunos avances. Estos avances están constituidos por la colocación de servidores IP y acceso con fibra óptica a las casas ubicadas en proyectos residenciales de gran presupuesto. Las negociaciones y contactos con proveedores de contenidos así como de decodificadores se encuentran avanzadas, por lo que esto no constituye una amenaza para que se arranque con IPTV en Costa Rica. 79 6.2 Limitantes Lamentablemente IPTV cuenta con algunas limitaciones que impedirán que se masifique el servicio. Es decir, no todos los costarricenses podremos tener acceso al servicio, esto porque es necesario que los abonados de IPTV se encuentren cerca de un servidor IP, ya que para distancias mayores a un kilómetro y medio, la calidad de la señal comienza a degradarse. Además la tecnología ADSL 2+ aunque permite un mayor ancho de banda, degrada la señal más rápidamente. Se prevé que el servicio se pueda brindar en aquellos proyectos habitacionales nuevos y exclusivos, en donde se ofrezca IPTV dentro de los servicios usuales, es decir que los que adquieran una propiedad en dicho lugar ya contarán con el servicio, con esto se evita que algunos usuarios lo adquieran y otros no. En estos lugares se brindará el Triple Play para acceder a VoIP, IPTV y conexión a Internet. G CAPÍTULO 7: Conclusiones y recomendaciones • La transmisión digital de señales televisivas constituirá en un futuro cercano la única forma de hacer llegar la televisión a nuestros hogares, debido a la utilización más eficiente del espectro radioeléctrico al transmitir la señal en unos y ceros. Además para dicha transmisión se puede utilizar la infraestructura actual de transmisión en analógico. El cambio de tecnología deberá ser en su mayoría por parte de los usuarios, quienes deberán adquirir ya sea un televisor para televisión digital, o un decodificador que transforme la señal digital en analógica para que pueda ser interpretada por el televisor normal. También las estaciones de televisión deberán hacer sus ajustes para realizar las emisiones en forma digital. Para lograr la implementación de la televisión digital es necesaria la intervención del Estado, como ya ocurrió en Europa, tanto para promover la venta de aparatos de televisión digitales y decodificadores, como para obligar a las televisoras a realizar el cambio de analógico a digital. • Aunque la relación entre televisión digital y IPTV es mínima, algunos fundamentos se utilizan tanto en una como en otra tecnología, como por ejemplo la compresión de la señal, eliminación de redundancia, detección y corrección de errores. • Las redes IP constituyen una parte fundamental en la tecnología de transmisión de información. Estamos viviendo una época en la que todas las comunicaciones las realizamos a través de la red de redes llamada Internet, la cuál es la más conocida y la que mayormente utiliza el Protocolo Internet. Su alcance es tal, que actualmente se puede desde enviar correos electrónicos, consultar diarios, hacer reservaciones, pagos, encuestas, hasta poder conversar y mirar al mismo tiempo, a una persona ubicada a miles de kilómetros de distancia. E • La incursión de IPTV en los hogares de muchas personas alrededor del mundo toma mayor fuerza y atractivo con la implementación de paquetes como el Triple Play (VoIP, acceso a Internet, IPTV) que brinda la oportunidad de recibir tres servicios a través de un solo proveedor. • Las oportunidades que brindará IPTV para los usuarios son muy extensas y diversas. Prácticamente realizaremos muchas tareas por medio de la televisión. Estas oportunidades se amplían de igual manera para los anunciantes, quienes de una forma más personal podrán dirigir la publicidad de manera más eficiente. y si se toma en cuenta que aquellos que tendrán acceso a IPTV son de una clase social pudiente, los ingresos pueden elevarse. • Lamentablemente IPTV no es una tecnología que pueda llegar al cien por ciento de la población debido a sus particularidades técnicas. El mayor limitante es el decaimiento de la señal en la medida en que se aleja el abonado del servidor IP. Esto delimita un radio alrededor del servidor en donde la señal es buena y si se aleja demasiado la calidad de IPTV se pierde, y otras ventajas como la alta definición se reducen. • Nuestro país tiene la capacidad técnica y tecnológica para la implementación de IPTV, sin embargo es necesario realizar una serie de ajustes a la infraestructura existente, así como la alianza con proveedores de contenidos para el servicio. Además se requiere que se introduzca al país tecnología capaz de recibir señales de televisión digitales a través de redes IP. A BIBLIOGRAFÍA 1. “Información para la industria de la televisión en América latina”, www.tvyvideo.com 2. Falla Aroche, S. “El formato JPEG”, www.maestrosdelweb.com. 3. “Apagón analógico”, www.lukor.com 4. Arruti, A. “El apagón analógico”, www.americaeconomica.com. 5. “Información técnica sobre estándares de video”, www.adobe.com 6. “Televisor”, http://es.wikipedia.org 7. “Historia del televisor”, http://jaramir-2002.es.tripod.com 8. “Edición de video”, http://es.wikipedia.org 9. “Apagón analógico”, http://es.wikipedia.org 10. Calabia, H. “Compatibilidad TDT-HDTV”, http://computing.belcart.com 11. “Televisión digital terrestre”, www.consumer.es 12. “Televisión digital”, www.fcc.gov 13. “Todo lo que necesitas saber sobre TDT”, www.formulatv.com 14. “Televisión digital y TDT”, www.televisióndigital.es 15. 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