UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ DIEGO DARCY...

UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

DIEGO DARCY ANDREOLLA

TELEFONIA CONVENCIONAL E TELEFONIA IP:

COMPARATIVO DE TÉCNOLOGIAS

CURITIBA

2015

DIEGO DARCY ANDREOLLA

TELEFONIA CONVENCIONAL E TELEFONIA IP:

COMPARATIVO DE TÉCNOLOGIAS

Monografia apresentada ao Curso de Especialização em Redes de Computadores e Segurança de Redes, da Universidade Tuiuti do Paraná, como requisito para obtenção do certificado de Especialista em Redes de Computadores.

Professor: Roberto Amaral.

CURITIBA

2015

AGRADECIMENTOS

Antes de tudo agradeço a Deus, fonte de vida e de graça. Obrigado por me iluminar

durante toda essa trajetória.

Aos meus pais, Jaime e Elsa, que apesar das dificuldades encontradas sempre

incentivaram meus estudos.

A todos os professores que contribuíram com todo o conhecimento adquirido no

decorrer do curso, sem eles o estudo aqui apresentado seria praticamente

impossível.

RESUMO

O estudo explica o funcionamento, características, vantagens e desvantagens de

dois sistemas de telefonia usados atualmente. O tema surgiu do grande crescimento

desse novo sistema de telefonia que funciona sob a rede mundial de computadores,

a Internet, com seu maior atrativo aos usuários, o seu custo. Pretende-se mostrar

como as duas tecnologias funcionam mostrando as vantagens e desvantagens de

cada uma. O resultado do estudo mostra que, com o entendimento dessas

tecnologias e o uso correto de ambas tirando o melhor de cada uma, traz um

resultado positivo ao usuário final sendo ele empresa ou um cliente residencial, com

relação a custos e performance.

Palavras-chave: Telefonia, VoIP, TDM, E1, Sinalização, Rede, Voz, Protocolos.

ABSTRACT

The study explains the operation, features, advantages and disadvantages of two

telephone systems currently used. The issue arose from the sheer size of this new

telephone system which operates under the World Wide Web, the Internet, with its

most attractive to users, your cost. It is intended to show how the two technologies

work showing the advantages and disadvantages of each. The result of the study

shows that with the understanding of these technologies and the correct use of both

getting the best of each one brings a positive result to the end user being it business

or a residential customer with respect to costs and performance.

Keywords: Telephony, VoIP, TDM, E1, Sign, Network Voice Protocol.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 – PARTES BÁSICAS DE UM SISTEMA TELEFÔNICO

TRADICIONAL ......................................................................................................... 13

FIGURA 2 – DIAGRAMA BÁSICO DE INTERLIGAÇÃO DE CENTRAIS ................ 16

FIGURA 3 – SINAIS ANALÓGICOS E SINAIS BINÁRIOS ...................................... 16

FIGURA 4 – DIGITALIZAÇÃO DO SINAL ANALÓGICO (VOZ) ............................... 17

FIGURA 5 – SIMPLIFICAÇÃO DA MULTIPLEXAÇÃO ............................................ 18

FIGURA 6 – SINAL MULTIPLEXADO ...................................................................... 19

FIGURA 7 – CONTADOR DE TIME-SLOT .............................................................. 19

FIGURA 8 – QUADRO E MULTIQUADRO .............................................................. 20

FIGURA 9 – REPRESENTAÇÃO DOS TIME-SLOTS ............................................. 21

FIGURA 10 – REPRESENTAÇÃO DA SINALIZAÇÃO E1 ....................................... 23

FIGURA 11 – QUADRO E1 COM SINALIZAÇÃO DE LINHA .................................. 24

FIGURA 12 – REPRESENTAÇÃO DA SINALIZAÇÃO TELEFÔNICA PARA

FRENTE E PARA TRÁS .......................................................................................... 27

FIGURA 13 – ENVIO DE SINALIZAÇÃO MFC ENTRE CENTRAIS

TELEFONICAS ......................................................................................................... 29

FIGURA 14 – FLUXO DE CHAMADA UTILIZANDO O PROTOCOLO MFC/R2 ..... 32

FIGURA 15 – NORMAS DO ISDN EM ESTRUTURA DE CAMADAS ..................... 35

FIGURA 16 – INTERFACES E PONTOS DE REFERÊNCIA DO ISDN PRI ........... 35

FIGURA 17 – ESTRUTURA DO QUADRO DE CAMADA 2 DO ISDN .................... 36

FIGURA 18 – CAMPO “ADRESS” DO PROTOCOLO LAPD ................................... 37

FIGURA 19 – ESTRUTURA DO QUADRO DE CAMADA 3 DO ISDN .................... 38

FIGURA 20 – FLUXO DE CHAMADA UTILIZANDO O PROTOCOLO ISDN .......... 40

FIGURA 21 – ARQUITETURA TIPICA DE REDE PARA TELEFONIA IP ............... 46

FIGURA 22 – PRINCIPAIS PROTOCOLOS VOIP ................................................... 50

FIGURA 23 – CABEÇALHO TCP/IP ........................................................................ 53

FIGURA 24 – CABEÇALHO UDP/IP ........................................................................ 54

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 – ALOCAÇÃO DOS BITS DO TIME SLOT 16 EM

UM MULTIQUADRO ................................................................................................ 26

TABELA 2 – SIGNIFICADO DOS BITS ABDC NA SINALIZAÇÃO

PRA FRENTE ........................................................................................................... 27

TABELA 3 – SIGNIFICADO DOS BITS ABCD NA SINALIZAÇÃO

PRA TRÁS ................................................................................................................ 28

TABELA 4 – SINALIZAÇÃO R2 DIGITAL ................................................................ 28

TABELA 5 – SINAIS PARA FRENTE DO MFC ....................................................... 30

TABELA 6 – SINAIS PARA TRÁS DO MFC ............................................................ 31

TABELA 7 – CÓDIGOS TIPO E MENSAGENS Q.931 ............................................ 39

TABELA 8 – CODECS PARA COMPRESSÃO DE VOZ ......................................... 43

TABELA 9 – SCORES MOS DE ALGUNS CODECS .............................................. 44

TABELA 10 – DESCRIÇÃO DOS SCORES MOS ................................................... 44

LISTA DE SIGLAS

ANATEL Agência Nacional de Telecomunicações

BRA Basic Rate Access

BRI Basic Rate Interface

C/R Command / Response

CAS Channel Associated Signaling

CCS Common Channel Signaling

CEPT Conferência Europeia Postal de Telecomunicação

CODEC Codificador-Decodificador

DSP’s Digital Signals Processors

DTLS Datagram Transport Layer Security

E1 Padrão de Linha Telefônica Digital Europeu

FDM Frequence Division Multiplexing

FTP File Transfer Protocol

GC Gateway Controller

GK Gatekeeper

GW Gateway

HDLC High Level Data Link Control

HTTP Hypertext Transfer Protocol

IANA Internet Assigned Numbers Authority

IDS Intrusion Detection System

IETF Internet Engineering Task Force

IP Internet Protocol

IPS Intrusion Prevention System

IPSEC Internet Protocol Security

ISDN Integrated Service Digital Network

ISDN Integrated Services Digital Network

ITU-TS International Telecomunications Union – Telecom. Standardizations

IVR Interactive Voice Response

KBIT/S Kilobits Por Segundo

KBITS Kilobits

KBPS Kilobits Por Segundo

KHZ Kilohertz

LAN Local Area Network

LAPD Link Access Procedure on the D-channel

MBPS Mega Bits Por Segundo

MC Multipoint Controller

MCU Multipoint Control Unit

MEGACO Media Gateway Control Protocol

MFC Multi Frequencial Compelida

MGC Media Gateway Controller

MGCP Media Gateway Control Protocol

MGW Media Gateway

MOS Mean Opinion Score

MP Multipoint Processor

MUX Multiplexador

PABX Private Automatic Branch Exchange (Central Telefônica Privada)

PAM Pulse Amplitude Modulation

PCM Pulse Code Modulation

PRA Primary Rate Access

PRI Primary Rate Interface

QoS Quality of Service

R2 Região 2

RDSI Rede Digital de Serviços Integrados

RFC Request For Comments

RPS Revoluções Por Segundo

RTCP Real-Time Transport Control Protocol

RTCP Rede Telefônica Pública Comutada

RTP Real-Time Transport Protocol

S/MIME Secure Multi-Purpose Internet Mail Extensions

SAPI Service Access Point Identifier

SGC Signalling Gateway Controller

SGW Signalling Gateway

S-HTTP Secure HTTP

SIP Session Initiation Protocol

SRTCP Secure Realtime Transport Control Protocol

SRTP Secure Realtime Transport Protocol

SS7 Sistema de Sinalização Número 7

SSH Secure Shell

SSL Secure Sockets Layer

STFC Sistema de Telefonia Fixa Comutada

TCP Transmission Control Protocol

TDM Time Division Multiplexing

TEI Terminal Endpoint Identifier

TLS Transpot Layer Security

TM Terminal Multimídia

TUP Terminal de Uso Público

UDP User Datagram Protocol

UIT União Internacional de Telecomunicações

µS Micro Segundos

VLAN Virtual Local Area Network

VOIP Voz Sobre IP

VPN Virtual Private Network

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................. 12

2 TELEFONIA CONVENCIONAL .................................................................... 13

2.1 O QUE É ........................................................................................................ 13

2.1.1 Terminal Telefônico ....................................................................................... 14

2.1.2 Rede de Acesso ............................................................................................. 14

2.1.3 Central Telefônica .......................................................................................... 14

2.2 TRANSMISSÃO DA VOZ .............................................................................. 16

2.2.1 Digitalizando um Sinal ................................................................................... 17

2.3 MULTIPLEXAÇÃO DE SINAIS ...................................................................... 17

2.3.1 Tdm .................................................................................................................19

2.3.2 Pcm ................................................................................................................ 21

2.4 E1 ................................................................................................................... 23

2.4.1 Protocolos de sinalização do E1 .................................................................... 23

2.4.2 Sinalização MFC/R2 Digital (CAS) ................................................................ 24

2.4.3 Sinalização ISDN ........................................................................................... 33

2.5 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA TELEFONIA CONVENCIONAL ...... 41

3 TELEFONIA IP .............................................................................................. 41

3.1 O QUE É ........................................................................................................ 41

3.2 DIGITALIZAÇÃO DE SINAIS DE VOZ .......................................................... 42

3.2.1 Codecs ........................................................................................................... 43

3.3 REQUISITOS PARA TELEFONIA IP ............................................................. 44

3.4 ARQUITETURA DE REDE ............................................................................ 45

3.4.1 Rede IP .......................................................................................................... 46

3.4.2 Sistema de Telefonia Fixa Comutada ............................................................ 46

3.4.3 Pabx ............................................................................................................... 47

3.4.4 Terminal Telefônico Convencional ................................................................. 47

3.4.5 Terminal Telefônico IP ................................................................................... 47

3.4.6 Terminal Multimídia ........................................................................................ 47

3.4.7 Gateway ......................................................................................................... 47

3.4.8 Gateway Controller ........................................................................................ 48

3.4.9 Multipoint Control Unit .................................................................................... 48

3.4.10 Gatekeeper .................................................................................................... 48

3.4.11 Zona .............................................................................................................. 49

3.5 PROTOCOLOS .............................................................................................. 49

3.5.1 Protocolo IP ................................................................................................... 50

3.5.2 Tcp/ip ............................................................................................................. 50

3.5.3 Udp/ip ............................................................................................................. 53

3.5.4 H323 Packet Based Multimedia Communications Systems .......................... 54

3.5.5 H255.0 Call Signalling Protocols and Media Stream Packetization for

Packet-based Multimedia Communication Systems ................................................ 54

3.5.6 H.245 Control Protocol for Multimedia Communication ................................. 55

3.5.7 H.235 Security and Encryption for H-Series (H.323 and other

H.245-based) Multimedia Terminals ......................................................................... 55

3.5.8 H.450.X Generic Functional Protocol for the Support of

Supplementary Services ........................................................................................... 55

3.5.9 Session Initiation Protocol (SIP) .................................................................... 56

3.5.10 Media Gateway Control Protocol (MGCP) ..................................................... 56

3.5.11 Media Gateway Control Protocol (MEGACO) ............................................... 56

3.5.12 Real-Time Transport Protocol (RTP) ............................................................. 57

3.5.13 Real-Time Transport Control Protocol (RTCP) .............................................. 57

3.6 ANALISE COMPARATIVA ENTRE H323 E SIP ............................................ 57

3.6.1 Complexidade de implantação ...................................................................... 58

3.6.2 Extensibilidade de Modularidade ................................................................... 59

3.6.3 Serviços ......................................................................................................... 60

3.6.4 Segurança ...................................................................................................... 60

3.7 SEGURANÇA VOIP ....................................................................................... 60

3.8 VANTAGENS E DESVANTAGENS VOIP ..................................................... 63

4 CONCLUSÃO ................................................................................................ 65

REFERENCIAS ........................................................................................................ 66

12

1 INTRODUÇÃO

Em um momento em que a informação é tida como o bem mais precioso da

humanidade, as telecomunicações adquirem um papel fundamental nos mais

diversos aspectos: sociais, econômicos e políticos.

Desde a primeira transmissão telegráfica em 1844, as telecomunicações

evoluíram muito. Não seria diferente no ramo da telefonia, o simples fato de falar ao

telefone com qualquer pessoa no mundo continua o mesmo, mas a forma como

fazemos isso tem evoluído bastante, devido aos custos envolvidos.

A telefonia tradicional tem uma qualidade incomparável, porém seus custos são

maiores, por conta disso surgiu no mercado uma nova forma de falar ao telefone,

mais barata e que tenta cada dia mais se equiparar com a qualidade da telefonia

tradicional, o VoIP, ou voz sobre IP.

Um comparativo entre o funcionamento dessas duas tecnologias é necessário

para um entendimento do porque o VoIP vem crescendo e porque ainda

dependemos tanto da tradicional TDM.

13

2 TELEFONIA CONVENCIONAL

2.1 O QUE É

Telefonia Convencional são linhas de cabo de par metálico ligando usuários à

centrais telefônicas, que por sua vez, comutam chamadas feitas por meio de

números de um aparelho telefônico a outro, onde são cobradas taxas por essas

chamadas dependendo do tempo de duração e da distância que essa ligação está

sendo feita, a qualidade da chamada é muito boa.

A Rede Telefônica Pública Comutada (RTPC) é uma rede de comunicação

(analógica ou digital), com acessos analógicos pelo assinante. Destina-se,

basicamente, ao serviço de telefonia, oferecendo suporte à comunicação de dados

na faixa de voz (entre 300Hz e 3400Hz).

Trata-se de uma estrutura de comunicação complexa e de grande capilaridade. É

composta pela rede de longa distância (centrais interurbanas e internacionais) e os

respectivos entroncamentos, rede local (composta pelas centrais locais e

entroncamentos urbanos) e o enlace de assinante, constituído pelos terminais e

linhas de assinante (Teleco, 2014).

FIGURA 1 – PARTES BÁSICAS DE UM SISTEMA TELEFÔNICO TRADICIONAL

FONTE: TELECO, 2014.

14

2.1.1 Terminal Telefônico

O terminal telefônico é o aparelho utilizado pelo assinante. No lado do assinante

pode existir desde um único terminal, até um sistema telefônico privado como um

PABX para atender a uma empresa com seus ramais ou um call center. Um terminal

é geralmente associado a um assinante do sistema telefônico.

Existem também os Terminais de Uso Público (TUP) conhecidos popularmente

como orelhões (Teleco, 2014).

2.1.2 Rede de Acesso

A Rede de Acesso é responsável pela conexão entre os assinantes e as centrais

telefônicas.

As Redes de Acesso são normalmente construídas utilizando cabos de fios

metálicos em que um par é dedicado a cada assinante. Este par, juntamente com os

recursos da central dedicados ao assinante é conhecido como acesso ou linha

telefônica.

A Anatel acompanha a capacidade de atendimento das operadoras telefônicas

através do número de acessos instalados, definido simplesmente como o número de

acessos, inclusive os destinados ao uso coletivo, que se encontram em serviço ou

dispõem de todas as facilidades necessárias para entrar em serviço (Teleco, 2014).

2.1.3 Central Telefônica

As linhas telefônicas dos vários assinantes chegam às centrais telefônicas e são

conectadas entre si quando um assinante (A) deseja falar com outro assinante (B).

Convencionou-se chamar de A o assinante que origina a chamada e de B aquele

que recebe a chamada. Comutação é o termo usado para indicar a conexão entre

assinantes. Daí o termo Central de Comutação (“switch”).

A central telefônica tem a função de automatizar o que faziam as antigas

telefonistas que comutavam manualmente os caminhos para a formação dos

circuitos telefônicos (Teleco, 2014).

15

A central de comutação estabelece circuitos temporários entre assinantes

permitindo o compartilhamento de meios e promovendo uma otimização dos

recursos disponíveis.

A central a que estão conectados os assinantes de uma rede telefônica em uma

região é chamada de Central Local.

Para permitir que assinantes ligados a uma Central Local falem com os

assinantes ligados a outra Central Local são estabelecidas conexões entre as duas

centrais, conhecidas como circuitos troncos. No Brasil um circuito tronco utiliza

geralmente o padrão internacional da UIT para canalização digital sendo igual a 2

Mbps ou 1 E1.

Em uma cidade podemos ter uma ou várias Centrais Locais. Em uma região

metropolitana pode ser necessário o uso de uma Central Tandem que está

conectada apenas a outras centrais, para otimizar o encaminhamento do tráfego. As

centrais denominadas Mistas possuem a função local e a função tandem

simultaneamente.

Estas centrais telefônicas locais estão também interligadas a Centrais Locais de

outras cidades, estados ou países através de centrais de comutação intermediarias

denominadas de Centrais Trânsito.

As Centrais Trânsito são organizadas hierarquicamente conforme sua área de

abrangência sendo as Centrais Trânsito Internacionais as de mais alta hierarquia. É

possível desta forma conectar um assinante com outro em qualquer parte do mundo

(Teleco, 2014).

16

FIGURA 2 – DIAGRAMA BÁSICO DE INTERLIGAÇÃO DE CENTRAIS


2.2 TRANSMISSÃO DA VOZ

Sabe-se que a voz é um conjunto de vibrações acústicas e a forma como ela se

manifesta na natureza é analógica.

O objetivo é transmitir o sinal de voz em um sistema digital através do processo

de digitalização, que permitem que esses conjuntos de vibrações acústicas sejam

transmitidos em um meio digital assumindo apenas dois valores, zeros ou uns

(Teleco, 2014).

FIGURA 3 – SINAIS ANALÓGICOS E SINAIS BINÁRIOS


17

2.2.1 Digitalizando um Sinal

É o processo de transformação de um sinal analógico em um sinal digital,

consiste em três fases:

� Amostragem, que consiste em retirar amostras do sinal original conforme uma

frequência pré-determinada;

� Quantização, que consiste em refinar o sinal amostrado;

� Codificação, que transforma o sinal quantizado em um sinal binário.

FIGURA 4 – DIGITALIZAÇÃO DO SINAL ANALÓGICO (VOZ)


A digitalização do sinal ocorre quando a transformação do sinal analógico em um

trem de pulsos, onde a amplitude desse trem é diretamente proporcional ao pulso da

amplitude instantânea do sinal amostrado.

Para aplicações em telefonia, a frequência de amostragem adotada

internacionalmente é de 8.000 amostras por segundo. Neste caso, cada nível de

valor corresponde a um código de 8 bits, o que permite serem quantizados níveis

distintos.

Fazendo-se uma conta simples, teríamos então, 8.000 amostras/segundo x 8

bits/amostra, onde obteríamos uma taxa de 64.000 bits/segundo (64 kbit/s). Este

procedimento é chamado PCM (Pulse Code Modulation) (Teleco, 2014).

2.3 MULTIPLEXAÇÃO DE SINAIS

Mesmo com a digitalização do sinal analógico, ainda é preciso maximizar a

transmissão do mesmo de um ponto a outro e essa maximização é feita através da

multiplexação, que nada mais é do que, a transmissão simultânea de dois ou mais

elementos, sinais, de informação utilizando o mesmo meio de transmissão. Para

18

compreender este conceito, a figura 5 apresenta uma breve analogia ao tráfego

simultâneo de veículos através de uma grande avenida (Teleco, 2014).

FIGURA 5 – SIMPLIFICAÇÃO DA MULTIPLEXAÇÃO


Analogamente à transmissão de sinais, cada veículo corresponderia a um sinal, a

rua procedente de cada veículo representaria a largura de banda necessária para a

circulação deste veículo, e a avenida corresponderia ao meio de transmissão de

maior capacidade de tráfego que as ruas anteriores e que possibilita o tráfego

simultâneo de veículos.

Sempre que a largura de banda de um meio físico for maior ou igual à largura de

banda de um determinado sinal, este meio poderá ser utilizado para transmitir este

sinal. Na prática, a banda passante necessária para um sinal é em geral bem menor

do que a banda passante dos meios físicos disponíveis.

Portanto, dentro deste fundamento de aproveitar a banda passante extra para a

transmissão simultânea de outros sinais se baseia o conceito de multiplexação, que

nada mais é do que a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um

mesmo meio físico.

A multiplexação resulta na otimização dos meios de transmissão, normalmente de

capacidade limitada, com a transmissão de diversos sinais simultaneamente (Teleco,

2014).

Existem duas formas básicas de multiplexação:

� Domínio do tempo, o chamado TDM ou Time Division Multiplexing;

� Domínio da frequência, o chamado FDM ou Frequence Division Multiplexing.

19

FIGURA 6 – SINAL MULTIPLEXADO


2.3.1 Tdm

TDM: Multiplexação por Divisão de Tempo, técnica mais utilizada na telefonia,

utiliza-se do conceito de alocação de “espaços de tempo”, chamados time-slots,

para os sinais previamente amostrados. Para compreender como são alocados

estes time-slots e o funcionamento do TDM, será utilizada uma analogia com um

PCM de 30 canais e uma chave seletora rotativa conforme a figura 7, onde na

periferia desta chave, existem 32 posições correspondentes aos canais do PCM

(Teleco, 2014).

FIGURA 7 – CONTADOR DE TIME-SLOT


A chave gira no sentido horário e demora em cada canal um intervalo de tempo e

cada vez que a chave passa por um canal ela retira uma amostra da amplitude do

seu sinal naquele instante. O tempo em que a chave comuta cada canal, denomina-

se time-slot.

20

A velocidade de 8000 revoluções por segundo, que é a frequência de

amostragem, pois de cada canal serão retiradas 8000 amostras por segundo. A volta

completa da chave toma então 1/8000 do segundo que equivale a 125 µs e chama-

se quadro.

Como cada ponto da chave corresponde a um time-slot, analogamente um quadro

conterá 32 time-slots, cada um com duração de 125 µs/32. Assim, a chave abre um

"espaço de tempo" ou time-slot para amostragem do canal durante 125 µs/32 = 3,9

µs.

Outro termo utilizado é o multiquadro, que é o conjunto de 16 quadros

consecutivos que corresponde a 16 vezes o tempo de um quadro. Logo, um

multiquadro equivale a 16 x 125 µs = 2 ms. A figura 8 representa os quadros e

multiquadros (Teleco, 2014).

FIGURA 8 – QUADRO E MULTIQUADRO


Isto provoca uma multiplicação na taxa de transmissão, quando comparada com a

taxa de cada sinal individualmente e consequentemente a ampliação da banda

passante total. Este aumento é proporcional ao número de canais multiplexados. Os

sinais de voz são amostrados a uma taxa de transmissão de 8000

amostras/segundo.

Como todos são codificados com 8 bits/amostra, produzem uma taxa de

transmissão de 64 kbit/s por canal. Sendo assim, se tivermos 32 canais, a saída

deste sistema terá uma banda passante de 32 vezes 64 kbit/s que é igual a 2048

kbit/s .

Dos 32 canais, dois são para sinalização e controle, no time-slot 0 de todos os

quadros que compõe um multiquadro é transportado o sincronismo dos respectivos

21

quadros. No time-slot 16 do quadro 0, sempre é transportado o sincronismo de

multiquadro. Onde sincronismo é uma espécie de negociação entre os dois lados

interconectados para garantir a operação.

Consiste em um procedimento utilizado para que o sistema reconheça o início e o

fim de um quadro ou multiquadro. A cada quadro, ou seja, a cada 125 µs são

enviadas no time-slot 16 informações de dois canais específicos. Portanto, em um

multiquadro, a cada 2 ms são transportadas informações referentes aos 30 canais.

Repetidamente, a cada 2 ms, estas informações são enviadas mesmo que os

estados dos canais não tenham sido alterados, isto é, mesmo que as informações

sejam repetidas (Teleco, 2014).

FIGURA 9 – REPRESENTAÇÃO DOS TIME-SLOTS


2.3.2 Pcm

Em telefonia, são frequentes o uso de linhas com alta velocidade e

consequentemente de grande capacidade designados pelo termo tronco, usando

PCM conjuntamente com a multiplexagem TDM, por exemplo, para o enlace T1 de

1544 Mbit/s, constituído por 24 canais de voz digitalizados (PCM24), utilizado no

EUA, e o enlace E1 de 2048 Mbit/s, constituído por 30 canais de voz digitalizados

(PCM30), amplamente usado na Europa.

Realizam-se amostragens consecutivas dos canais de voz, ao ritmo de 8.000

amostras por segundo. De acordo com o Teorema de Nyquist, considera-se fh =

4000 Hz, o fato dos filtros existentes terem roll-off, ou seja, não cortarem

22

abruptamente o sinal para as frequências de corte, mínima, e máxima, de 300 e

3400 Hz do canal definido para a voz.

A quantificação utiliza 7 bits por amostra, o que permite 2 7 = 128 patamares ou

níveis distintos de tensão para o sinal codificado, assegurando assim uma razoável

qualidade ao processo. A adição de um 8º bit de controle a cada amostra, permite

constituir um grupo de bits, representativo de uma amostra de todos os 24 canais.

Aos 24 canais x (7 + 1) bits/canal = 192 bits assim obtidos é ainda acrescentado

um outro bit para enquadramento e sincronismo, dando origem a um total de 193

bits, conjunto este que se designa por multiquadro.

O bit 193 de cada trama é usado frequentemente para sincronização, podendo,

por exemplo, conter alternadamente os valores binários 0 e 1 (... 0101010101...) o

que permite ao multiplexer do receptor obter uma informação de “timing”, e

sincronizar o seu relógio de leitura dos bits com o do relógio de transmissão usado

pelo emissor, resultando em uma comunicação sincronizada.

bc - bit de controle ou sinalização;

bs - bit de sincronismo.

Cada um desses quadros, quando enviados pela linha de transmissão, sendo a

“amostra composta” de todos os canais, tem de ser transmitida em 1/8000 = 125

microssegundos, visto que se efetuam 8000 destas amostras por segundo.

A transmissão do sinal de voz relativo a um canal telefônico necessita assim de (7

bits + 1 bit de controle) /amostra x 8000 amostras/segundo = 64 000 bit/s. Uma vez

que 7 bits em cada amostra de um canal correspondem efetivamente à informação

útil (data) os canais são na verdade de 7 x 8000 = 56 kbit/s. A esta “velocidade

efetiva” de transmissão dos dados do assinante dá-se a designação de “throughput”.

A taxa de amostragem em cada canal implica o envio de 8000 quadros/segundo,

ou seja, uma velocidade de transmissão relativa à “Portadora T1” de 193 bits/quadro

x 8000 quadro/s = 1.544 kbit/s. A transmissão dos canais exige o uso de 2

Multiplexers devidamente sincronizados, fazendo um deles a desmultiplexagem à

chegada do sinal. Terá ainda de se proceder à conversão digital-analógica a fim de

recuperar o sinal de voz original.

Na Europa, bem como no Brasil, utiliza-se o sistema PCM30, e as portadoras E1

de 2048 Mbit/s, utilizadas em troncos digitais de grande porte, comportam 30+2 = 32

canais de 64 Kbit/s o que perfaz 32 x 64 = 2048 Kbit/s (Teleco, 2014).

23

2.4 E1

E1 é um padrão de linha telefônica digital europeu criado pela ITU-TS e o nome

determinado pela Conferência Europeia Postal de Telecomunicação (CEPT), sendo

o padrão usado no Brasil e na Europa.

O E1 possui uma taxa transferência de 2 Mbps e pode ser dividido em 32 canais

de 64 Kbps cada, contudo, 30 canais dos 32 canais existentes transportam

informações úteis, pois a velocidade efetiva da transmissão (throughput) da

portadora E1, é de 30 x 64 = 1920 Kbit/s, os outros 2 canais restantes (canal 0 e

canal 16) destinam-se à sinalização (sistema designado por "Sinalização por Canal

Comum") e o alinhamento de quadros ou tramas, estabelecendo um sincronismo

entre os pontos (WIKIPEDIA. 2014).

FIGURA 10 – REPRESENTAÇÃO DA SINALIZAÇÃO E1


2.4.1 Protocolos de sinalização do E1

Protocolos de sinalização telefônica são aqueles destinados a passar informações

entre dois terminais da chamada telefônica sobre o estado do canal portador de

dados (voz). Na sinalização podem ser enviadas informações como ocupação de

canal, atendimento, desconexão, número chamado, estado do número chamado,

identificação do número chamador, entre outras (Barros, 2013).

24

2.4.2 Sinalização MFC/R2 Digital (CAS)

O MFC/R2 é um protocolo de sinalização utilizado há mais de 50 anos.

Comparado a outros protocolos de sinalização como ISDN PRI/BRI ou SS7, o R2

oferece um conjunto limitado de funcionalidades. A sinalização é utilizada apenas

para estabelecer e terminar a chamada. Apesar disso ainda é largamente utilizada

devido a diversos fatores como sua popularidade como protocolo de sinalização de

troncos digitais, ser oferecido pelas principais operadoras de telefonia e a facilidade

de implantação e operação.

Esse protocolo foi padronizado no Brasil em 1968 e hoje as práticas Telebrás

SDT 210-110-702 e SDT 210-110-703 ditam os padrões de funcionamento do

mesmo no país. O padrão nacional se diferencia em alguns pontos do padrão

internacional que esta descrito nas recomendações Q.400 à Q.490 do International

Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T).

O MFC/R2 é uma sinalização do tipo CAS e é um composto de duas sinalizações:

a sinalização R2 digital responsável pela sinalização de linha e o MFC

(MultiFrequencial Compelida) responsável pela sinalização de registro.

A sinalização de linha é responsável por controlar o estado dos canais de voz e

utiliza um time slot exclusivo para isso. Esse time slot é o 16, conhecido também

como canal de sinalização e assim como todos os demais, possui 8 bits (Barros,

2013).

FIGURA 11 – QUADRO E1 COM SINALIZAÇÃO DE LINHA

FONTE: LOURENÇO, 2007.

25

Esses 8 bits são utilizados para informar o outro extremo sobre o estado dos

canais de voz. A cada 2 ms cada lado da ligação atualiza seus 4 bits de sinais CAS,

conhecidos como bits ABCD. Apenas os bits A e B são usados para enviar os

seguintes sinais: Seize, Seize Ack, Ansewer, Clear Back, Forced Release, Clear

Forward, Idle, Block. Os bits C e D assumem valores fixos, 0 e 1 respectivamente. “A

razão para usar apenas dois bits com quatro disponíveis é histórica e vem desde os

tempos quando a versão analógica do MFC/R2 foi portada para trabalhar em um

mundo digital”. Os 8 bits do time slot 16 de um E1 CAS informam o estado dos 30

canais disponíveis através de um multiquadro. Um multiquadro consiste de 16

quadros E1, numerados de 0 a 15. Um multiquadro equivale a 16 x 125 µs = 2 ms.

Vide FIGURA 8 – QUADRO E MULTIQUADRO.

No time slot 16 do quadro 0 é transportado o sincronismo do multiquadro. O

sincronismo pode ser entendido como uma espécie de negociação entre os dois

lados interconectados o que garante a operação. Este procedimento é utilizado para

que o sistema reconheça o início e o fim de um multiquadro (Barros, 2013).

Os 8 bits do time slot 16 dos outros quadros, 1 até 15, são usados para informar o

estado dos canais contidos nos time slots 1 a 15 e 17 a 31, onde há a seguinte

distribuição:

� No quadro 1 os 4 primeiros bits do time slot 16 informam o estado do canal de

voz contido no time slot 1 e os quatro últimos bits informam o estado do canal de

voz contido no time slot 17;

� No quadro 2 os 4 primeiros bits do time slot 16 informam o estado do canal de

voz contido no time slot 2 e os quatro últimos bits informam o estado do canal

de voz contido no time slot 18 e assim sucessivamente (Barros, 2013).

A tabela 1 mostra o modo como os 8 bits do time slot 16 são alocados em um

multiframe para informar o estado de todos os canais de voz de um E1.

26

TABELA 1 – ALOCAÇÃO DOS BITS DO TIME SLOT 16 EM UM MULTIQUADRO

FONTE: BARROS, 2013.

No MFC/R2 é importante entender os conceitos de sinalização para frente e de

sinalização para trás para a correta interpretação do protocolo. Sinalização para

frente refere-se a sinalização enviada da central de origem da chamada para a

central de destino. Sinalização para trás é a sinalização enviada pela central de

destino para a central de origem em resposta a sinalização recebida. Na figura 12 há

dois cenários de chamada para representar esses dois conceitos da sinalização

(Barros, 2013).

27

FIGURA 12 – REPRESENTAÇÃO DA SINALIZAÇÃO TELEFÔNICA PARA FRENTE

E PARA TRÁS


O estado dos bits A e B ditam as condições em que os canais se encontram de

acordo com o sentido da chamada, nas tabelas 2 e 3, são representados os

significados de cada bit (Barros, 2013).

TABELA 2 – SIGNIFICADO DOS BITS ABDC NA SINALIZAÇÃO PRA FRENTE


28

TABELA 3 – SIGNIFICADO DOS BITS ABCD NA SINALIZAÇÃO PRA TRÁS


Na tabela 4 é representado o significado dos bits ABf (AB forward) e ABb (AB

backward) de acordo com as fases da chamada.

TABELA 4 – SINALIZAÇÃO R2 DIGITAL


A sinalização de registro é utilizada para o envio de informações tais como o

número do assinante A, número do assinante B, categoria do assinante A, estado do

assinante B, etc. Caracteriza-se por enviar sinais compostos por frequências

combinadas duas a duas (multifrequencial). São tons sonoros que viajam utilizando

o canal de áudio em si. O sistema é chamado de Multi Frequencial Compelida

(MFC), porque ao se enviar um sinal para frente, é necessário aguardar a recepção

do sinal para trás para poder enviar um novo sinal para frente. Conforme pode ser

visto na figura 13, durante este período, o sinal é enviado de forma permanente, ou

seja, a mesma informação é enviada ininterruptamente até que uma resposta seja

recebida.” (Barros, 2013).

29

FIGURA 13 – ENVIO DE SINALIZAÇÃO MFC ENTRE CENTRAIS TELEFONICAS


Os sinais são divididos da seguinte forma:

• Sinais para Frente:

� Grupo I (Informações Numéricas e Controle)

� Grupo II (Categoria do Chamador)

• Sinais para Trás:

� Grupo A (Solicitação da Central de destino)

� Grupo B (Condições do Assinante)

As tabelas 5 e 6 mostram o significado dos sinais de cada grupo.

30

TABELA 5 – SINAIS PARA FRENTE DO MFC


31

TABELA 6 – SINAIS PARA TRÁS DO MFC


Na figura 14 é representada a troca de sinalização entre uma central PABX e a

central da operadora do estabelecimento até a desconexão de uma chamada

utilizando o protocolo MFC/R2. Neste cenário um ramal do PABX deseja originar

uma chamada externa para o número de destino 61451633 que se encontra atrás da

central da operadora (Barros, 2013).

32

FIGURA 14 – FLUXO DE CHAMADA UTILIZANDO O PROTOCOLO MFC/R2


Os passos representados são:

a. Central PABX envia a sinalização de linha R2, neste caso SIZE, solicitando

ocupação de um canal;

b. Central da operadora responde a solicitação com um SIZE ACKD;

c. A partir desse ponto a central PABX passa a enviar o número de destino por

sinalização de registro MFC, é enviado sinal para frente do grupo I, neste caso o I6,

que corresponde ao algarismo 6;

d. Central da operadora responde com sinal MFC para trás do grupo A, neste caso o

A1, solicitando o próximo dígito;

e. Este processo se repete até que todo o número de destino seja enviado;

f. Quando a central da operadora recebe todos os ditos é enviado o sinal para trás

A5 para solicitar a categoria (e o número de A em alguns casos) da origem;

33

g. Central PABX responde com sinal para frente do grupo II, neste caso II1 para

indicar de assinante comum;

h. Central da operadora envia então sinal para trás A3, informando a central de

origem que será enviado o estado do assinante B;

i. Central PABX responde com II1 novamente;

j. Central da operadora envia sinal para trás do grupo B, neste caso B1, para indicar

assinante livre e início da tarifação, neste ponto a origem passa a ouvir o tom de

controle e o assinante B começa a tocar;

k. Quando o destino atende é enviado sinalização de linha ANSWER;

l. Neste ponto passa a ocorrer conversação pelo canal de voz;

m. Neste cenário a origem desliga primeiro e é enviado pela central PABX o sinal de

linha CLEAR FORWARD;

n. Central da operadora libera o canal que estava sendo utilizado para conversação

com um sinal IDLE (Barros, 2013).

2.4.3 Sinalização ISDN

ISDN é a sigla para Integrated Service Digital Network, ou em português,

RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados) e é um sistema de conexão de telefonia

digital criado pelo ITU na década de 80 tendo como objetivo principal a integração

de diversos serviços de voz e dados em uma única conexão digital entre a central da

operadora e o usuário. Atualmente é mais utilizado para o trafego de voz enquanto

outras tecnologias cuidam do trafego de dados (Barros, 2013).

No ISDN existem dois tipos de canais:

� O canal B chamado de B-channel (Bearer Channel) é utilizado para

Transportar a voz já digitalizada pelo processo de digitalização PCM;

� O canal D chamado de D-channel (Delta Channel) é utilizado para transportar

a sinalização responsável pelo estabelecimento ou desconexão de uma

chamada. A sinalização presente no D-channel é definida pelas normas

Q.921 e Q.931 do ITU-T.

Os termos BRI e PRI são utilizados para designar o tipo de interface ISDN a ser

utilizada. As características de cada uma são as seguintes:

34

� BRI (Basic Rate Interface, também conhecida por BRA – Basic Rate Access):

É uma interface com capacidade para dois B-channels com 64 kbits/s de banda

disponível em cada e um D-channel com 16 kbits/s de banda disponível. Esta

interface utiliza como meio físico o mesmo par metálico das linhas telefônicas

convencionais, porém não é comumente oferecida pelas operadoras de telefonia no

Brasil;

� PRI (Primary Rate Interface, também conhecida como PRA – Primary Rate

Access): É uma interface que utiliza a portadora E1 para transportar 30 Bchannels

com 64 kbits/s de banda disponível em cada e um D-channel também com 64 kbits/s

de banda disponível. É largamente utilizado no Brasil como protocolo de

interconexão entre uma central PABX e a central pública (Barros, 2013).

A sinalização empregada pelo ISDN para informar a central remota sobre a

entrada de uma chamada telefônica e conhecida como CCS, sigla para Common

Channel Signaling. Isso significa que toda a sinalização é feita por um canal de

dados comum e que não esta associado a nenhum dos canais de voz como ocorre

no CAS. Este canal comum é o D-channel e por convenção utiliza o time slot 16 de

um E1 (Barros, 2013).

O ISDN pode ser dividido em uma estrutura de três camadas onde uma camada

superior depende da camada inferior para funcionar. Cada uma dessas camadas

executa uma função específica conforme segue:

� A primeira é a camada física que trata das características físicas/elétricas das

interfaces ISDND;

� A segunda camada especifica a estrutura do quadro (delimitação), o formato

de campos, detecção de erros e procedimentos de alinhamento de enlace;

� A terceira camada especifica os procedimentos para o estabelecimento,

manutenção e limpeza de conexões, ou seja, é responsável pela geração das

mensagens de sinalização.

35

A figura 15 mostra as camadas e as respectivas normas que determinam o

padrão de funcionamento do ISDN em cada uma delas.

FIGURA 15 – NORMAS DO ISDN EM ESTRUTURA DE CAMADAS


Na camada 1, tomando como exemplo somente o ISDN PRI, existem termos para

definir as interfaces e os elementos conforme pode ser visto na figura 16.

FIGURA 16 – INTERFACES E PONTOS DE REFERÊNCIA DO ISDN PRI


Cada um desses termos tem o seguinte significado:

� NT1: o Network Termination 1 é o dispositivo que faz a conversão da interface

U para a interface T;

� NT2: o Network Termination 2 lida com a camada 2 e 3 do protocolo ISDN e

também fornece funções de multiplexação, comutação, terminação de

36

interface e de manutenção. O NT2 é quem fornece conexões para TE1 ou TA

por meio da interface S e TE2 por meio da interface RD;

� TE1: os Terminal Equipment 1 são dispositivos ISDN que se conectam

diretamente ao conector SD;

� TE2: os Terminal Equipment 2 são dispositivos não ISDN que se conectam ao

NT2 por meio Terminal Adapters (TA) ou diretamente (Barros, 2013).

A camada 2 do ISDN é baseada no procedimento de acesso a enlace no canal D

(Link Access Procedure on the D-channel - LAPD), é reponsável pela integridade

das informações transmitidas pela canal de sinalização D. Esses procedimentos são

baseados no protocolo de controle de enlace de alto nível (High Level Data Link

Control – HDLC). O formato do quadro de dados dessa camada pode ser visto na

figura 17 (Barros, 2013).

FIGURA 17 – ESTRUTURA DO QUADRO DE CAMADA 2 DO ISDN


O quadro é composto pelos seguintes campos:

� Flag: responsável pela delimitação do quadro. São dois octetos por quadro,

um no início (cabeçalho) e outro no final (rodapé). Possui a sequência de bits

01111110;

� Address: os dois primeiros bytes do quadro após o flag de cabeçalho são

conhecidos como campo de endereço. O formato do campo de endereço

pode ser visto na figura 18 e é formado pelos campos abaixo:

37

FIGURA 18 – CAMPO “ADRESS” DO PROTOCOLO LAPD


• SAPI (Service access point identifier): o identificador de ponto de acesso de

serviço (SAPI) é um campo de 6 bits que identifica o ponto onde Camada 2

apresenta um serviço para a camada 3. Os valores possíveis são:

0 = Call control procedures

1 = Packet Mode using Q.931 call procedures

16 = Packet Mode communications procedures

32-47 = Reserved for national use

63 = Management Procedures

Others = Reserved for Future Use

• C / R (Command / Response) bit que indica se o quadro é um comando ou

uma resposta;

• EA1 (Address Extension): o primeiro bit Address Extension é sempre definido

como 0;

• TEI (Terminal Endpoint Identifier) Identificador do dispositivo de 7 bits

atribuídas a cada dispositivo (TE) em um barramento S/T ISDN. Este

identificador pode ser atribuído estaticamente quando o TE é instalado, ou

dinamicamente quando ativado e possui a seguinte divisão:

0-63 TEI atribuído estaticamente

64-126 TEI atribuído dinamicamente (atribuido pela switch)

127 Broadcast para todos os dispositivos.

• EA2 (Address Extension): o segundo bit Address Extension é sempre definido

como 1.

� Control Field: o campo de controle possui 2 octetos e serve para identificar o

tipo de quadro. Além disso, ele inclui números de sequência, recursos de

controle e rastreamento de erro de acordo com o tipo de quadro;

38

� Information: informações do protocolo de camada 3;

� FCS: a Verificação de Redundância Cíclica CRC possui 2 octetos e é um

teste de erros de bits de baixo nível sobre os dados do usuário (Barros,

2013);

Finalmente na camada 3 fica a sinalização que vai cuidar das mensagens usadas

para a configuração, a supervisão, a subdivisão e os serviços suplementares das

chamadas. O formato e campos do quadro de dados desta camada podem ser

vistos na figura 19.

FIGURA 19 – ESTRUTURA DO QUADRO DE CAMADA 3 DO ISDN


As funções de cada campo são descritas abaixo:

� Protocol discriminator: um octeto que identifica o protocolo da camada 3. Para

o protocolo Q.931 este valor é sempre 00001000;

� Length of Call Reference Value: um octeto que indica o tamanho do próximo

campo, o Call Reference Value;

� Call Reference Value: um ou dois octetos usados para identificar

exclusivamente cada chamada entre a central pública e interface da central

PABX. É utilizada somente durante a duração de uma determinada chamada,

após a desconexão esta identificação fica disponível para utilização de outra

chamada;

� Flag: bit que é configurado em zero pelo originador de uma mensagem Q.931

e configurado em 1 nas respostas enviadas pelo receptor da mensagem;

� Message Type: um ou dois octetos que identificam o tipo de mensagem

enviada (ou seja, SETUP, CONNECT, etc.). Isso determina quais informações

adicionais são necessárias e permitidas no próximo campo;

39

� Information Elements: são opções mandatórias ou opcionais que são

definidas de acordo com o Message Type (Barros, 2013).

O Message Type define o propósito primário do quadro carregando as mensagens

Q.931 do ISDN que vão prover as capacidades de controle de chamadas. As

mensagens Q.931 mais importantes estão listadas na tabela 7.

TABELA 7 – CÓDIGOS TIPO E MENSAGENS Q.931


Na figura 20 é representada a troca de sinalização entre uma central PABX e a

central da operadora do estabelecimento até a desconexão de uma chamada

utilizando o protocolo de sinalização ISDN. Neste cenário um ramal do PABX deseja

originar uma chamada externa para um número de destino que se encontra atrás da

central da operadora (Barros, 2013).

40

FIGURA 20 – FLUXO DE CHAMADA UTILIZANDO O PROTOCOLO ISDN


Os passos representados são:

a. Central PABX monta mensagem SETUP com o número chamado (B),

identificação do canal B a ser utilizado e a capacidade de transporte (dados ou voz);

b. Central da operadora ao receber o SETUP responde com um CALL

PROCEEDING e passa a processar a mensagem recebida;

c. Quando o destino é localizado a central da operadora envia mensagem

ALERTING para informar que telefone de destino esta tocando;

d. Quando destino atende é enviado pela central da operadora a mensagem

CONNECT;

e. Central PABX envia confirmação do atendimento com a mensagem

CONNECT ACK;

41

f. Neste ponto passa a ocorrer conversação pelo canal B especificado na primeira

mensagem;

g. Origem desconecta a chamada e é enviado pela central PABX uma mensagem

DISCONNECT com a causa da desconexão;

h. Central da operadora envia a mensagem RELEASE para desconectar a chamada;

i. Central PABX confirma a desconexão com a mensagem RELEASE

COMPLETE (Barros, 2013).

2.5 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA TELEFONIA CONVENCIONAL

A principal vantagem da telefonia tradicional é na qualidade das ligações, em contra

partida sua maior desvantagem é o custo. As operadoras de telefonia cobram pela

alta qualidade de disponibilidade do serviço de voz, pois para manter essa qualidade

é necessário manter uma rede enorme e equipamentos sempre disponíveis.

Suas principais características são:

� Conversão analógico-digital nas centrais;

� Voz trafega em um circuito digital dedicado de 64 kbit/s;

� Banda alocada completamente para a sessão de voz;

� Sinal digital é convertido novamente em analógico para ser enviado ao

assinante;

� Comutação por circuito, sem filas ou atrasos intermediários;

� Alta Confiabilidade/Disponibilidade;

� Qualidade da ligação;

� Alta percentagem de chamadas completadas;

� Sistema de alimentação fornecido pela própria central telefônica.

3 TELEFONIA IP

3.1 O QUE É

A Comunicação de Voz em Redes IP, chamada de VoIP, consiste no uso das

redes de dados que utilizam o conjunto de protocolos das redes IP (TCP/UDP/IP)

para a transmissão de sinais de Voz em tempo real na forma de pacotes de dados.

42

A sua evolução natural levou ao aparecimento da Telefonia IP, que consiste no

fornecimento de serviços de telefonia utilizando a rede IP para o estabelecimento de

chamadas e comunicação de Voz.

Nessas redes são implementados protocolos adicionais de sinalização de

chamadas e transporte de Voz que permitem a comunicação com qualidade próxima

àquela fornecida pelas redes convencionais dos sistemas públicos de telefonia

comutada ou de telefonia móvel (Teleco, 2008).

3.2 DIGITALIZAÇÃO DE SINAIS DE VOZ

Nos sistemas tradicionais o sinal de Voz utiliza uma banda de 4 kHz, e é

digitalizado com uma taxa de amostragem de 8 kHz para ser recuperado

adequadamente. Como cada amostra é representada por um byte (8 bits, com até

256 valores distintos), cada canal de Voz necessita de uma banda de 64 kbit/s

(8.000 amostras x 8 bits).

Esta forma de digitalização do sinal de Voz atende a recomendação ITU-T G.711

- Pulse code modulation (PCM).

Nos sistemas de transmissão de Voz sobre IP, onde a demanda por banda é

crítica, torna-se necessário utilizar também algoritmos de compressão do sinal de

Voz. Esses algoritmos têm papel relevante pela economia de banda que

proporcionam.

O seu uso tem sido possível graças ao desenvolvimento dos processadores de

sinais digitais (DSP’s), cuja capacidade de processamento tem crescido

vertiginosamente.

Estas necessidades incentivaram o desenvolvimento de tecnologias mais

complexas para a digitalização e compressão de Voz, e que foram registradas

através de recomendações do ITU-T. Estas recomendações são apresentadas na

tabela 8, com algumas características relevantes (Teleco, 2008).

43

TABELA 8 – CODECS PARA COMPRESSÃO DE VOZ

FONTE: FILHO, 2008.

3.2.1 Codecs

Um dos componentes necessários para transmissão de voz numa rede de dados é o

Áudio CODEC (Codificador-Decodificador). Este componente é o responsável por

transformar a voz humana (um sinal analógico) em uma sequência de bits (um sinal

digital) para transmissão numa rede de dados, fazendo amostragens periódicas no

sinal de voz. Em equipamentos do tipo gateways VoIP, esses CODECs são

implementados através de um componente chamado DSP (Digital Signal Processor).

Como um microprocessador de uso geral, um DSP é um dispositivo programável,

com seu próprio conjunto de instruções nativas. O uso desses chips associados a

algoritmos de compressão permitiu a implementação de diversas tecnologias de

CODEC’s.

Cada CODEC provê certa qualidade de voz. A medida de qualidade da voz

transmitida é uma resposta subjetiva de um ouvinte. Uma medida comum usada

para determinar a qualidade do som produzido pelos CODECs específicos é o MOS

(Mean Opinion Score). Com o uso do MOS, um amplo range de ouvintes julgam a

qualidade de uma amostra de voz (correspondendo a um CODEC particular) numa

escala de 1 a 5. A partir desses resultados, é calculada a média dos scores para

atribuir o MOS para aquela amostra (Teleco, 2005).

44

TABELA 9 – SCORES MOS DE ALGUNS CODECS

FONTE: OLIVEIRA, 2005.

TABELA 10 – DESCRIÇÃO DOS SCORES MOS

FONTE: OLIVEIRA, 2005.

3.3 REQUISITOS PARA TELEFONIA IP

O objetivo da telefonia em redes IP é prover uma forma alternativa aos sistemas

tradicionais, mantendo, no mínimo, as mesmas funcionalidades e qualidade similar,

e aproveitando a sinergia da rede para o transporte de voz e dados.

Os principais requisitos para a Telefonia sobre redes IP de modo a permitir uma

comunicação inteligível, interativa e sem falhas são:

� Transmissão de Voz em tempo real com tempo de latência (atraso) menor

que 300 ms;

45

� Existência de Procedimentos de Sinalização para o estabelecimento e

controle de chamadas, e para o fornecimento de serviços adicionais

(conferência, chamada em espera, identificador de chamadas, etc.);

� Existência de Interfaces com os sistemas públicos de telefonia comutada e

móvel (Teleco, 2008).

3.4 ARQUITETURA DE REDE

O transporte de Voz sobre o protocolo IP levou ao desenvolvimento de um

conjunto de novos protocolos para viabilizar a comunicação com as mesmas

características das redes tradicionais.

Nas redes IP os pacotes de dados com informação de Voz são enviados de forma

independente, procurando o melhor caminho para chegar ao seu destino, de forma a

usar com maior eficiência os recursos da rede.

Os pacotes de dados associados a uma única origem de comunicação de Voz

podem, portanto, seguir caminhos diferentes até o seu destino, ocasionando atrasos,

alteração de sequência e mesmo perda desses pacotes.

A tecnologia desenvolvida para a comunicação VoIP, implementada através dos

novos protocolos, assegura a reordenação dos pacotes de dados e a reconstituição

do sinal original, compensando o eco decorrente do atraso fim-a-fim dos pacotes de

dados, o jitter e a perda de pacotes.

Estes novos protocolos funcionam como aplicações específicas sobre o protocolo

IP para prover comunicação em tempo real e sinalização de chamadas para as

aplicações de Voz. Esses protocolos são executados por máquinas existentes nas

redes IP (roteadores, switches) e por novos elementos funcionais que

complementam a arquitetura dos sistemas de Telefonia IP.

Enquanto na telefonia tradicional, a rede é hierárquica, ou seja, é baseada em

grandes centrais telefônicas interligadas de forma hierárquica e que detém a

inteligência da rede. Além disso, os terminais são desprovidos de inteligência e o

seu endereçamento depende da geografia da área de abrangência da rede.

Na telefonia IP, a rede é plana, não hierárquica, especializada no roteamento e

transporte de pacotes de dados, e pode oferecer vários tipos de serviços. Os

terminais são inteligentes, seu endereçamento independe de sua localização

geográfica, e o processamento e a realização das chamadas ocorrem em vários

46

equipamentos que podem estar localizados em qualquer parte da rede(Teleco,

2008).

FIGURA 21 – ARQUITETURA TIPICA DE REDE PARA TELEFONIA IP

FONTE: FILHO, 2008.

3.4.1 Rede IP

É a rede de dados que utiliza os protocolos TCP/IP e UDP/IP. Sua função básica

é transportar e rotear os pacotes de dados entre os diversos elementos conectados

a rede. Conforme o seu porte, pode ter um ou mais segmentos de rede (Teleco,

2008).

3.4.2 Sistema de Telefonia Fixa Comutada (STFC)

É o sistema público convencional de comunicação de Voz, que interliga empresas

e residências em âmbito nacional e internacional. O sistema de telefonia móvel atual

também pode ser considerado convencional, para os serviços de comunicação de

Voz (Teleco, 2008).

47

3.4.3 Pabx

É o equipamento de uso corporativo empregado para executar os serviços

privados de Voz nas empresas. Geralmente são sistemas digitais, e se interligam ao

STFC (ou aos sistemas de telefonia móvel) para realizar as comunicações externas

(Teleco, 2008).

3.4.4 Terminal Telefônico Convencional (Tel)

É o telefone convencional usado em residências e empresas. Em alguns sistemas

digitais mais modernos (públicos ou privados), os telefones também são digitais,

para permitir um maior número de funcionalidades adicionais à comunicação de Voz

convencional (Teleco, 2008).

3.4.5 Terminal Telefônico IP (Tel IP)

É o telefone preparado para a comunicação de Voz em redes IP. Tem todas as

funcionalidades e protocolos necessários instalados para suportar comunicação

bidirecional de Voz em tempo real e a sinalização de chamadas. As funcionalidades

adicionais integradas dependem da finalidade e do custo do terminal (Teleco, 2008).

3.4.6 Terminal Multimídia (TM)

São computadores preparados para a comunicação de Voz em redes IP. Assim

como o Tel IP, eles têm todas as funcionalidades e protocolos necessários

instalados para suportar comunicação bidirecional de Voz em tempo real e a

sinalização de chamadas (Teleco, 2008).

3.4.7 Gateway (GW)

É o equipamento responsável pela interoperabilidade entre a rede IP e o STFC

(e/ou sistemas de telefonia móvel). Ele executa a conversão de mídia em tempo real

(Voz analógica x Voz digital comprimida) e a conversão de sinalização para as

48

chamadas telefônicas. Para simplificar o GW, o controle efetivo das chamadas em

andamento é executado pelo Gateway Controller.

Em sistemas de maior porte as funcionalidades de mídia e sinalização podem ser

separadas em equipamentos distintos, chamados de Media Gateway (MGW) e

Signalling Gateway (SGW). (Teleco, 2008).

3.4.8 Gateway Controller (GC)

É o equipamento responsável pelo controle das chamadas em andamento

realizadas pelos GW. Também chamado de Call Agent, o GC utiliza e gera as

informações de sinalização e comanda os GW para iniciar, acompanhar e terminar

uma chamada entre 2 terminais distintos.

Em sistemas de maior porte as funcionalidades de controle de mídia e sinalização

podem ser separadas em equipamentos distintos, chamados de Media Gateway

Controller (MGC) e Signalling Gateway Controller (SGC). (Teleco, 2008).

3.4.9 Multipoint Control Unit (MCU)

É o equipamento responsável pelos serviços de conferência entre 3 ou mais

terminais. É composto por um Controlador Multiponto (MC - multipoint controller),

responsável pela sinalização das chamadas, e por um Processador Multiponto (MP -

multipoint processor), responsável pelo processamento dos pacotes de dados dos

sinais de Voz dos terminais envolvidos na conferência (Teleco, 2008).

3.4.10 Gatekeeper (GK)

É o equipamento responsável pelo gerenciamento de um conjunto de

equipamentos dedicados a telefonia IP, quais sejam: Tel IP, TM, GW, GC e MCU.

Suas principais funções são: executar a tradução de endereçamento dos diversos

equipamentos, controlar o acesso dos equipamentos à rede dentro de sua Zona, e

controlar a banda utilizada.

Outras funcionalidades opcionais podem ser adicionadas, entre elas: autorização

de chamadas, localização de GW, gerenciamento de banda, serviços de agenda

telefônica (lista) e serviços de gerenciamento de chamadas.

49

Na figura 11, cada GK é responsável por um conjunto de terminais. A

comunicação entre 2 GK’s distintos normalmente é feita durante a realização de

chamadas de longa distância, através de protocolos específicos para esse fim, onde

são trocadas informações relativas aos terminais de cada área de atuação dos GK’s

(Teleco, 2008).

3.4.11 Zona

Zona é um conjunto de terminais, GW’s e MCU’s gerenciados por um único GK.

Uma zona deve ter pelo menos 1 terminal, e pode ou não conter GW’s ou MCU’s.

Entretanto, uma zona tem apenas 1 GK. Fisicamente a Zona pode ser composta por

um ou mais segmentos de rede interligados através de roteadores ou outros

equipamentos semelhantes.

Comparada com os sistemas telefônicos convencionais, uma Zona corresponde a

uma área com um determinado código de localidade, ou seja, uma cidade ou um

conjunto de cidades conforme o tamanho e número de terminais (Teleco, 2008).

3.5 PROTOCOLOS

A telefonia IP utiliza os protocolos TCP/UDP/IP da rede como infraestrutura para os

seus protocolos de aplicação que participam dos processos descritos. A figura 22

apresenta a estrutura em camadas dos principais protocolos (Teleco, 2008).

50

FIGURA 22 – PRINCIPAIS PROTOCOLOS VOIP

FONTE: FILHO, 2008.

3.5.1 Protocolo IP

O IP é um protocolo de endereçamento, um protocolo de rede. Suas principais

funções são endereçamento e roteamento, ou de uma maneira mais simples,

fornecer uma maneira para identificar unicamente cada máquina da rede (endereço

IP) e uma maneira de encontrar um caminho entre a origem e o destino

(Roteamento). Mas ele não funciona sozinho, ele precisa de outro protocolo para

transportar os dados, ai entram o TCP e o UDP (Batistti 2009).

3.5.2 Tcp/ip

O Transmission Control Protocol (TCP) é, sem dúvidas, um dos mais importantes

protocolos da família TCP/IP. É um padrão definido na RFC 793, "Transmission

Control Protocol (TCP)", que fornece um serviço de entrega de pacotes confiável e

orientado por conexão. Ser orientado por conexão, significa que todos os aplicativos

baseados em TCP como protocolo de transporte, antes de iniciar a troca de dados,

precisam estabelecer uma conexão. Na conexão são fornecidas, normalmente,

informações de logon, as quais identificam o usuário que está tentando estabelecer

a conexão. Após a identificação e autenticação, será estabelecida uma sessão entre

o cliente e o servidor (Batistti 2009).

51

Características do TCP:

� Garante a entrega de datagramas IP: Esta talvez seja a principal função do

TCP, ou seja, garantir que os pacotes sejam entregues sem alterações, sem

terem sido corrompidos e na ordem correta. O TCP tem uma série de

mecanismos para garantir esta entrega.

� Executa a segmentação e reagrupamento de grandes blocos de dados

enviados pelos programas e Garante o sequenciamento adequado e entrega

ordenada de dados segmentados: Esta característica refere-se a função de

dividir grandes arquivos em pacotes menores e transmitir cada pacote

separadamente. Os pacotes podem ser enviados por caminhos diferentes e

chegar fora de ordem. O TCP tem mecanismos para garantir que, no destino,

os pacotes sejam ordenados corretamente, antes de serem entregues ao

programa de destino.

� Verifica a integridade dos dados transmitidos usando cálculos de soma de

verificação: O TCP faz verificações para garantir que os dados não foram

alterados ou corrompidos durante o transporte entre a origem e o destino.

� Envia mensagens positivas dependendo do recebimento bem-sucedido dos

dados. Ao usar confirmações seletivas, também são enviadas confirmações

negativas para os dados que não foram recebidos: No destino, o TCP recebe

os pacotes, verifica se estão OK e, em caso afirmativo, envia uma mensagem

para a origem, confirmando cada pacote que foi recebido corretamente. Caso

um pacote não tenha sido recebido ou tenha sido recebido com problemas, o

TCP envia uma mensagem ao computador de origem, solicitando uma

retransmissão do pacote. Com esse mecanismo, apenas pacotes com

problemas terão que ser reenviados, o que reduz o tráfego na rede e agiliza o

envio dos pacotes.

� Oferece um método preferencial de transporte de programas que devem usar

transmissão confiável de dados baseada em sessões, como bancos de dados

cliente/servidor e programas de correio eletrônico: Ou seja, o TCP é muito

mais confiável do que o UDP, e é indicado para programas e serviços que

dependam de uma entrega confiável de dados (Batistti 2009).

52

O TCP baseia-se na comunicação ponto a ponto entre dois hosts de rede. Ele

recebe os dados de programas e processa esses dados como um fluxo de bytes. Os

bytes são agrupados em segmentos que o TCP numera e sequência para entrega.

Estes segmentos são mais conhecidos como “Pacotes”.

Antes que dois hosts TCP possam trocar dados, devem primeiro estabelecer uma

sessão entre si. Uma sessão TCP é inicializada através de um processo conhecido

como um “tree-way handshake” (Aperto de Mão Triplo). Esse processo sincroniza os

números de sequência e oferece informações de controle necessárias para

estabelecer uma conexão virtual entre os dois hosts.

De uma maneira simplificada, no processo de tree-way handshake, o computador

de origem solicita o estabelecimento de uma sessão com o computador de destino:

Por exemplo, você utiliza um programa de FTP (origem) para estabelecer uma

sessão com um servidor de FTP (destino).

O computador de destino recebe a requisição, verifica as credenciais enviadas

(tais como as informações de logon e senha) e envia de volta para o cliente,

informações que serão utilizadas pelo cliente, para estabelecer efetivamente a

sessão. As informações enviadas nesta etapa são importantes, pois é através

destas informações que o servidor irá identificar o cliente e liberar ou não o acesso.

O computador de origem recebe as informações de confirmação enviadas pelo

servidor e envia estas confirmações de volta ao servidor. O servidor recebe as

informações, verifica que elas estão corretas e estabelece a sessão. A partir deste

momento, origem e destino estão autenticados e aptos a trocar informações usando

o protocolo TCP. Se por algum motivo, as informações enviadas pela origem não

estiverem corretas, a sessão não será estabelecida e uma mensagem de erro será

enviada de volta ao computador de origem.

Depois de concluído o tree-way handshake inicial, os segmentos são enviados e

confirmados de forma sequencial entre os hosts remetente e destinatário. Um

processo de handshake semelhante é usado pelo TCP antes de fechar a conexão

para verificar se os dois hosts acabaram de enviar e receber todos os dados.

O cabeçalho TCP é muito maior e tem muitos mais campos que o cabeçalho UDP,

conforme apresentados nas figuras 23 e 24 (Batistti 2009).

53

FIGURA 23 – CABEÇALHO TCP/IP

FONTE: http://maugicocenter.blogspot.com.br/2010_02_26_archive.html

3.5.3 Udp/ip

O User Datagram Protocol (UDP) é um padrão TCP/IP e está definido pela RFC

768, "User Datagram Protocol (UDP)." O UDP é usado por alguns programas em vez

de TCP para o transporte rápido de dados entre hosts TCP/IP. Porém o UDP não

fornece garantia de entrega e nem verificação de dados. De uma maneira simples,

dizemos que o protocolo UDP manda os dados para o destino; se vai chegar ou se

vai chegar corretamente, sem erros, só Deus sabe. Pode parecer estranho esta

característica do UDP, porém em determinadas situações, o fato de o UDP ser muito

mais rápido do que o TCP (por não fazer verificações e por não estabelecer

sessões), o uso do UDP é recomendado.

O protocolo UDP fornece um serviço de pacotes sem conexão que oferece

entrega com base no melhor esforço, ou seja, UDP não garante a entrega ou verifica

o sequenciamento para qualquer pacote. Um host de origem que precise de

comunicação confiável deve usar TCP ou um programa que ofereça seus próprios

serviços de sequenciamento e confirmação (Batistti 2009).

Características UDP:

� Serviço sem conexão, nenhuma sessão é estabelecida entre os hosts;

� UDP não garante ou confirma a entrega ou sequência os dados;

� Os programas que usam UDP são responsáveis por oferecer a confiabilidade

necessária ao transporte de dados;

54

� UDP é rápido, necessita de baixa sobrecarga e pode oferecer suporte à

comunicação ponto a ponto e ponto a vários pontos (Batistti 2009).

FIGURA 24 – CABEÇALHO UDP

FONTE: http://maugicocenter.blogspot.com.br/2010_02_26_archive.html

3.5.4 H323 Packet Based Multimedia Communications Systems

O padrão H.323 é um conjunto de protocolos verticalizados para sinalização e

controle da comunicação entre terminais que suportam aplicações de áudio (Voz),

vídeo ou comunicação de dados multimídia.

É uma recomendação guarda-chuva do ITU-T que define padrões para

comunicação multimídia através de redes que não oferecem Qualidade de Serviço

(QoS) garantida, como é o caso das redes do tipo LAN, IP e Internet.

Os padrões utilizados do conjunto H.323 e suas aplicações para os sistemas de

Telefonia IP são descritos a seguir (Teleco, 2008).

3.5.5 H255.0 Call Signalling Protocols and Media Stream Packetization for Packet-

based Multimedia Communication Systems

Esta recomendação estabelece padrões para sinalização e empacotamento de

mídia (Voz) para chamadas em sistemas baseados em redes de pacotes. Suas

principais aplicações são:

� Sinalização de chamadas: define um conjunto de mensagens que usa o

formato da recomendação Q.931 sobre os pacotes TCP da rede IP, com a

finalidade de estabelecer e finalizar chamadas. Estas mensagens são

55

trocadas entre os equipamentos envolvidos na chamada: terminais, GC e

MCU’s.

� Controle de equipamentos na rede (Zona): define um conjunto de mensagens

para a funcionalidade RAS, responsável pelo registro, admissão e status dos

equipamentos na rede. As mensagens são trocadas entre o GK e os

terminais, GW, GC e MCU’s para o controle de uma determinada Zona. Estas

mensagens usam como suporte os pacotes UDP da rede IP.

� Comunicação entre Gatekeepers: define um conjunto de mensagens para a

sinalização gatekeeper-gatekeeper, que estabelece o processo de sinalização

e controle para chamadas entre Zonas distintas.

� Transporte de mídia (Voz): esta recomendação baseia-se no uso dos

protocolos RTP e RTCP como padrão para o transporte de mídia (Teleco,

2008).

3.5.6 H.245 Control Protocol for Multimedia Communication

Esta recomendação estabelece padrões para a comunicação entre terminais,

para o processo de controle do transporte de Voz (transport control). Estas

mensagens usam como suporte os pacotes TCP da rede IP, e são trocadas entre os

terminais, GW e MCU’s envolvidos em chamadas do tipo ponto-a-ponto e ponto-

multiponto (Teleco, 2008).

3.5.7 H.235 Security and Encryption for H-Series (H.323 and other H.245-based)

Multimedia Terminals

Esta recomendação estabelece padrões adicionais de Autenticação e Segurança

(Criptografia) para terminais que usam o protocolo H.245 para comunicação ponto-a-

ponto e multiponto (Teleco, 2008).

3.5.8 H.450.X Generic Functional Protocol for the Support of Supplementary

Services

Conjunto de recomendações que estabelece padrões de sinalização para serviços

adicionais para terminais, tais como transferência e redirecionamento de chamadas,

56

atendimento simultâneo, chamada em espera, identificação de chamadas, entre

outros.

Estas mensagens usam como suporte os pacotes TCP da rede IP, e são trocadas

entre os terminais, GW e MCU’s envolvidos em chamadas do tipo ponto-a-ponto e

ponto-multiponto que possuam as funcionalidades dos serviços adicionais (Teleco,

2008).

3.5.9 Session Initiation Protocol (SIP)

O protocolo SIP, definido através da recomendação RFC 2543 do IETF,

estabelece o padrão de sinalização e controle para chamadas entre terminais que

não utilizam o padrão H.323, e possui os seus próprios mecanismos de segurança e

confiabilidade.

Estabelece recomendações para serviços adicionais tais como transferência e

redirecionamento de chamadas, identificação de chamadas (chamado e chamador),

autenticação de chamadas (chamado e chamador), conferência, entre outros.

Sua utilização é similar ao conjunto H.323 descrito, embora utilize como suporte

para as suas mensagens os pacotes UDP da rede IP (Teleco, 2008).

3.5.10 Media Gateway Control Protocol (MGCP)

O protocolo MGCP, definido através de recomendação RFC 2705 do IETF, é

usado para controlar as conexões (chamadas) nos GW’s presentes nos sistemas

VoIP. O MGCP implementa uma interface de controle usando um conjunto de

transações do tipo comando – resposta que criam, controlam e auditam as conexões

(chamadas) nos GW’s. Estas mensagens usam como suporte os pacotes UDP da

rede IP, e são trocadas entre os GC’s e GW’s para o estabelecimento,

acompanhamento e finalização de chamadas (Teleco, 2008).

3.5.11 Media Gateway Control Protocol (MEGACO)

O protocolo MEGACO é resultado de um esforço conjunto do IETF e do ITU-T, o

texto da definição do protocolo e o mesmo para o Draft IETF e a recomendação

H.248, e representa uma alternativa ao MGCP e outros protocolos similares.

57

Este protocolo foi concebido para ser utilizado para controlar GW’s monolíticos

(um único equipamento) ou distribuídos (vários equipamentos). Sua plataforma

aplica-se a gateway (GW), controlador multiponto (MCU) e unidade interativa de

resposta audível (IVR). Possui também interface de sinalização para diversos

sistemas de telefonia, tanto fixa como móvel (Teleco, 2008).

3.5.12 Real-Time Transport Protocol (RTP)

O protocolo RTP, definido através da recomendação RFC 1889 do IETF, é o

principal protocolo utilizado pelos terminais, em conjunto com o RTCP, para o

transporte fim-a-fim em tempo real de pacotes de mídia (Voz) através de redes de

pacotes. Pode fornecer serviços multicast (transmissão um para muitos) ou unicast

(transmissão um para um).

O RTP não reserva recursos de rede e nem garante qualidade de serviço para

tempo real. O transporte dos dados é incrementado através do RTCP (protocolo de

controle) que monitora a entrega dos dados e provê funções mínimas de controle e

identificação. No caso das redes IP este protocolo faz uso dos pacotes UDP, que

estabelecem comunicações sem conexão (Teleco, 2008).

3.5.13 Real-Time Transport Control Protocol (RTCP)

O protocolo RTCP, definido também através da recomendação RFC 1889 do

IETF, é baseado no envio periódico de pacotes de controle a todos os participantes

da conexão (chamada), usando o mesmo mecanismo de distribuição dos pacotes de

mídia (Voz). Desta forma, com um controle mínimo é feita a transmissão de dados

em tempo real usando o suporte dos pacotes UDP (para Voz e controle) da rede IP

(Teleco, 2008).

3.6 ANALISE COMPARATIVA ENTRE H323 E SIP

O H.323 (ITU-T) e SIP (IETF) são os protocolos de sinalização para comunicação

multimídia mais utilizados do mercado atualmente. Cada um dos protocolos possui

origens bem distintas. Enquanto o H.323 foi criado pelo ITU-T, entidade que

58

padroniza tudo relacionado a telecomunicações, o SIP surgiu dos estudos do IETF,

organização direcionada a pesquisa e desenvolvimento da Internet.

O H.323 surgiu como um protocolo para comunicações multimídia em ambiente

LAN sem garantia de qualidade de serviço (QoS). Com o passar do tempo, as

pesquisas em torno do protocolo passaram a abordar métodos mais complexos,

inerentes a telefonia de Internet.

Este protocolo herda características de sinalização do protocolo Q.931 ISDN,

encontrada nas redes de circuito comutado. O SIP foi desenvolvido pelo grupo de

trabalho MMUSIC do IETF e possui uma visão diferente do ITU-T, direcionada ao

ambiente da Internet.

Muitos dos campos de cabeçalho, regras de codificação, códigos de erro e

mecanismos de autenticação são oriundos do HTTP. O SIP têm o objetivo de prover

serviços equivalentes ao H.323, mas com uma abordagem mais simplificada,

baseada em serviços da web. É importante ressaltar que as diferenças entre os dois

protocolos não influenciam no QoS para telefonia de Internet, visto que o protocolo

que é responsável pelo transporte da mídia é o RTP em ambos os casos

(Watanabe, 2008).

3.6.1 Complexidade de implantação

Não há dúvidas na maior complexidade do protocolo H.323 em relação ao SIP. A

herança das redes de circuito comutado faz com que a pilha de protocolos sob o

H.323 seja extensa. O SIP é mais simples, ao se espelhar em métodos oriundos do

HTTP. O H.323 define algumas centenas de elementos enquanto o SIP possui

apenas algumas dezenas de cabeçalhos, cada um com menos parâmetros, porém

contendo mais informação. Uma simples interação SIP funciona com apenas quatro

cabeçalhos (To, From, Call-ID e CSeq) e três tipos de requisição (INVITE, ACK e

BYE).O H.323 utiliza representação binária em suas mensagens, baseado no ASN.1

e PER (packed encoding rules). O SIP utiliza-se de texto puro em suas mensagens,

similar ao HTTP. Apesar das diferenças, ambos os protocolos utilizam UDP e TCP

para transporte das mensagens de sinalização.

A interação de inúmeros protocolos torna o H.323 complexo. O encaminhamento

de chamada requer a interação dos protocolos H.450, H.225.0 e H.245. Problemas

de tradução sobre firewalls foram uma constante nas primeiras versões do H.323,

59

pois estas entidades precisavam agir como proxies em nível de aplicação,

analisando a mensagem por completo para chegar aos campos desejados. Na

última versão do H.323 (versão 6), foram publicadas duas recomendações que

normatizam os procedimentos de firewall/NAT transversal, devido a demanda de

telefonia direcionada ao funcionamento em ambiente de Internet. No H.323 a

operação é stateful, enquanto no SIP os elementos trabalham tanto em forma

stateless ou stateful, dependendo da operação (Watanabe, 2008).

3.6.2 Extensibilidade de Modularidade

A definição comumente conhecida por extensibilidade é a capacidade de se

promover expansões e melhorias em um sistema qualquer, com mínimos impactos

para isso. E este é um parâmetro de análise importante quando se comparam dois

protocolos de sinalização de voz sobre IP, pois a extensibilidade influencia

comercialmente e tecnicamente a escolha do protocolo a ser utilizado.

O SIP não define explicitamente os requisitos de compatibilidade entre versões, o

que resulta em redução do tamanho do código e menos complexidade. No entanto

pode ter o efeito adverso de novas versões não suportarem recursos de versões

anteriores. O H.323 por outro lado requer compatibilidade total de versões anteriores

com as novas versões, o que resulta em um código extenso para implementação.

A adição e evolução de recursos e serviços são consideradas mais flexíveis no SIP

do que no H.323. O SIP possui mecanismos de extensibilidade embutidos no código,

é baseado em texto e a maior parte de sua estrutura é modular. O H.323 é um tanto

complexo para definição de novos recursos e serviços, requerendo o código de

fabricantes para serem especificados.

A modularidade do SIP é notória quando analisamos a forma como outros protocolos

podem ser utilizados com o SIP, não necessitando de maiores modificações no

núcleo funcional do SIP. A interação de diversos protocolos sob o H.323 acaba

tornando-o mais fechado e menos maleável para interações com outros protocolos.

Uma vantagem do H.323 é a utilização de codecs, que necessitam ser registrados

junto ao IANA (no caso do SIP) antes de qualquer implementação. No H.323 não

existe este tipo de requisito (Watanabe, 2008).

60

3.6.3 Serviços

Os serviços suportados por ambos os protocolos são equivalentes, embora

implementados de formas diferentes. O H.323 padroniza os serviços através da

recomendação ITU-T H.450 enquanto o SIP não define explicitamente em sua RFC

principal, apenas em white papers e outras RFC informativas. O tempo para

aquisição de serviços também é equivalente nos dois protocolos, quando utilizando

UDP. A diferença é que o H.323 estabelece uma conexão de backup via TCP

paralelamente ao UDP, enquanto o SIP o faz sequencialmente, após falha do UDP

(Watanabe, 2008).

3.6.4 Segurança

A necessidade de perfis de segurança no H.323 foi primeiramente suprida em

novembro de 2000, quando o ITU-T divulgou a recomendação H.235 versão 2, que

provia diferentes níveis de segurança, não definidos no H.323 em si. A mais nova e

importante adição à esta série foi o suporte a SRTP (Secure Real Time Transport

Protocol). O SIP suporta autenticação de chamador e chamado por meio de

mecanismos HTTP. A autenticação de segurança criptografada é suportada salto a

salto por meio de SSL/TSL, embora o SIP possa utilizar qualquer mecanismo de

segurança da camada de transporte ou similar HTTP, como SSH ou S-HTTP. O SIP

também define autenticação fim a fim e criptografia utilizando-se de PGP ou S/MIME

(Watanabe, 2008).

3.7 SEGURANÇA VOIP

Assim como uma rede de computadores necessita de mecanismos de segurança

para se proteger das ameaças provenientes de diversas fontes, a tecnologia VoIP

também pode sofrer com essas ameaças e necessitar dessa mesma segurança.

Devido as vulnerabilidades, ameaças e ataques que uma rede IP e

consequentemente um serviço de VoIP possa sofrer, é necessária a implementação

de métodos de segurança para preservar o pleno funcionamento da comunicação

das chamadas telefônicas na rede. Dentre esses métodos encontram-se:

61

� VLAN: com a utilização de uma VLAN, ocorre a segmentação lógica da rede

dividindo o tráfego de voz do tráfego de dados, minimizando o efeito de

ataques de negação de serviço. Outro detalhe é sobre o uso de softphones

no computador, os softphones usam a mesma interface de rede para dados e

voz, anulando a aplicação de VLAN, nesse caso é necessária que haja uma

segunda interface de rede configurada para o uso do softphone;

� Virtual Private Network (VPN): permite o uso de uma rede pública, como a

Internet, para a conexão de redes privadas com um alto grau de privacidade

para os dados por meio de criptografia. Assim uma comunicação VoIP

utilizando-se do recurso de VPN, faz com que a ligação telefônica ocorra de

modo seguro, mesmo trafegando pela Internet;

� Firewall: o equipamento com firewall implementado, visa bloquear todo

tráfego proveniente de fora da rede de acordo com as políticas e regras de

acessos definidas. Esse bloqueio é realizado pela técnica do filtro de pacotes,

que analisa as informações contidas nos pacotes IP que transportam dados

de voz, para identificar se eles são legítimos ou não;

� Intrusion Detection System (IDS) e Intrusion Prevention System (IPS): esses

sistemas detectam pacotes maliciosos mesmo depois de terem passado pelo

firewall. O IDS analisa o comportamento da rede, buscando indícios de

anomalias do funcionamento, gerando alarmes e eventos ao administrador de

rede. Já o IPS é proativo, tratando os alertas e realizando ações de bloqueio;

� Autenticação SIP: fornece segurança no processo da requisição da sessão

SIP (mensagens INVITE) e no registro dos terminais (mensagens

REGISTER). A autenticação consiste em mensagens de desafio, onde a

requisição e o registro não são realizados de imediato, mas com a solicitação

de novas mensagens INVITE e REGISTER com MD5 digest, para que o

terminal seja devidamente autenticado;

� IP Security (IPSec): é a extensão do protocolo IP com mecanismos de

segurança no tráfego de seus pacotes. O IPSec pode operar de duas

maneiras: modo transporte, onde somente a carga útil do pacote (dados de

sinalização ou voz) são protegidos, ou modo túnel, em que o pacote todo é

protegido por criptografia;

� Transpot Layer Security (TLS): esse protocolo pode criptografar mensagens

de sinalização dos protocolos VoIP, como uma URL SIP, que recebendo o

62

mecanismo do TLS passa a ser “sips:”. Mas o TLS não é apropriado para a

segurança de mensagens que utilizam o UDP na camada de transporte. Para

o tráfego de mídia, é necessário o uso do DTLS.

� Datagram Transport Layer Security (DTLS): esse protocolo atende as

limitações do TLS relacionadas ao protocolo UDP. Ele é similar em muitos

aspectos ao TLS, porém tem como diferenciais o tratamento de perda de

pacotes com base num temporizador para retransmissão, e inclui cookies nas

respostas do servidor, verificando se as requisições recebidas são de um

cliente legítimo ou não (Teleco, 2011).

Algumas das soluções apresentadas acima são aplicadas diretamente para o

serviço VoIP que se utiliza do protocolo SIP para o seu funcionamento, mas há

também mecanismos de segurança que são feitos na utilização da pilha de

protocolos H.323.

A recomendação H.323 define como padrão o protocolo H.325 para segurança. O

H.325 presta suporte a serviços de autenticação e integridade, envolvendo

criptografias e algoritmos de chaves simétricas, além do uso também de TLS e

IPSec.

Os protocolos RTP e RTCP que são responsáveis pela transmissão de mídia em

tempo real na VoIP, também tem suas variantes para fornecer segurança: SRTP e

SRTCP.

O Secure Realtime Transport Protocol (SRTP) garante a criptografia da carga útil

dos pacotes transmitidos. Antes que seja enviado qualquer fluxo de mídia, há uma

negociação de chaves criptográficas em ambas as partes envolvidas na

comunicação. E o Secure Realtime Transport Control Protocol (SRTCP) também

fornece criptografia para o controle da entrega dos dados.

A implementação da segurança traz uma maior complexidade para o uso da

tecnologia VoIP, porém é de extrema importância que haja esta implementação.

Algumas das soluções apresentadas já estão presentes numa rede de

computadores IP, (pelo menos se pressupõe isso, já que uma rede vulnerável fica

impossibilitada de prover qualquer serviço esperado). Portanto, ao implantar VoIP,

os mecanismos de segurança serão complementados, e normalmente não

implementados de maneira inicial.

63

Como pode ser observado, a tecnologia VoIP pode ser prover de soluções de

segurança, qualidade de serviço, aplicações e protocolos padronizados para

utilização (Teleco, 2011).

3.8 VANTAGENS E DESVANTAGENS VOIP

Vantagens

A redução de custos é o fator preponderante dentre os benefícios do VoIP, mas

existem outros fatores importantes:

� Amplia as opções de comunicação de voz da empresa, fora da capacidade já

existente em PABX's;

� Possibilidade de integrar nas estações de trabalho, voz e dados, tornando a

infraestrutura de comunicação convergente. Desta forma, compartilha-se

equipamentos e recursos humanos para diferentes tarefas;

� Redução nos custos de ligações internacionais, interurbanas e intra-empresa,

pois possibilita comunicação a custo zero quando feitas totalmente por meio

do VoIP;

� Permitir um melhor gerenciamento online das informações estratégicas de

custeio e de despesas.

Desvantagens

� Atraso: é um tipo de problema que ocorre devido ao tempo despendido para a

chegada de um pacote que pode gerar eco. Ou também a sobreposição de

sinal, uma espécie de linha cruzada. Além dos problemas da rede, existem

outras fontes de atraso, como a digitalização e codificação da voz.

� Variação do atraso: a variação do atraso ocorre devido às próprias

características da rede IP que pode entregar uma sequência de pacotes com

diferentes atrasos.

� Perda de pacotes: as redes IP não podem assegurar que todos os pacotes

serão entregues, muito menos na ordem correta de envio. Alguns pacotes

podem ser perdidos durantes as transmissões quando a rede estiver

congestionada. A tecnologia VoIP possui maneiras de minimizar esse

64

problema, porém, perdas de pacote maiores que 10% geralmente não são

toleradas.

� O sistema é dependente de energia elétrica para funcionar. Desta forma

constitui-se uma desvantagem frente à telefonia convencional, que funciona

normalmente em caso de problemas elétricos.

� O sistema na maioria dos casos, não disponibiliza a ligação para números de

emergência, como 190, 193, dentre outros.

� Para ligações locais externas, o custo não é viável na opção de alguns

serviços já existentes.

65

4 CONCLUSÃO

Através dos resultados das pesquisas para elaboração deste estudo, conclui-se

que com o conhecimento das tecnologias disponíveis para telefonia hoje, é possível

extrair o melhor de cada uma delas. Enquanto o VoIP ainda não está 100% nos

quesitos qualidade de disponibilidade, um sistema hibrido se torna a melhor solução.

Devido ao VoIP precisar de mais equipamentos e recursos de rede, a telefonia TDM

ainda se torna atrativa aos usuários, mesmo com seu custo maior, sua qualidade e

disponibilidade ainda faz com que sobrevida.

Foi notado que enquanto o VoIP tiver as deficiências apresentadas no trabalho, o

mundo TDM ainda vai resistir por muito tempo.

Ficou claro que as variações para implantação do VoIP são grandes, deve ser

analisado quais protocolos e codecs trabalharão melhor na rede, e a importância de

um QoS para que não ocorram chamadas de baixa qualidade. Deve ser feito um

estudo antes da implantação do VoIP na rede, pois de nada adianta reduzir os

custos se os usuários vão reclamar constantemente das falhas apresentadas no

serviço, falhas que quase não ocorrem no sistema tradicional.

66

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