implantação da rede de telefonia ip para enlace de baixa

UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO
ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO
PROJETO DE FINAL DE CURSO
IMPLANTAÇÃO DA REDE DE TELEFONIA
IP PARA ENLACE DE BAIXA VELOCIDADE
por
MANUEL RIBEIRO PALHARES NETO
Recife, Maio de 2010.
UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO
ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
IMPLANTAÇÃO DA REDE DE TELEFONIA IP PARA
ENLACE DE BAIXA VELOCIDADE
por
MANUEL RIBEIRO PALHARES NETO
Projeto apresentado ao curso de Engenharia Elétrica
da Universidade de Pernambuco como parte dos
requisitos necessários à obtenção do grau de
Engenheiro Eletricista.
ORIENTADOR: PEDRO ALCÂNTARA NETO,
M.Sc.
Recife, Maio de 2010.
© Manuel Ribeiro Palhares Neto, 2010.
Dedico este trabalho à minha mãe e minhas irmãs.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a meus familiares e amigos, que direta e indiretamente
colaboraram para a realização deste trabalho.
Agradeço a Escola Politécnica com todos os seus funcionários e docentes por
contribuírem para a construção do conhecimento científico.
Aos meus colegas da turma de Engenharia, pela acolhida e por terem contribuído para um
descontraído ambiente de estudo que, por conseguinte, resultou na minha motivação para
conclusão do curso.
Aos meus companheiros de trabalho da Intelig Telecom, que possibilitaram um rico
aprendizado na área de telecomunicações e contribuíram diretamente para minha formação
acadêmica.
“O engenheiro pensa o mundo justo,
mundo que nenhum véu encobre
(João Cabral de Melo Neto)”
Resumo da Monografia apresentada ao curso de Engenharia Elétrica da Escola
Politécnica de Pernambuco.
IMPLANTAÇÃO DA REDE DE TELEFONIA IP PARA
ENLACE DE BAIXA VELOCIDADE
Manuel Ribeiro Palhares Neto
Maio/2010
Orientador: Pedro Alcântara Neto, M.Sc.
Área de concentração: Telefonia.
Palavras-chave: VOIP, Qualidade de Serviço, Telefonia.
Número de Páginas:42
A tecnologia VoIP (Voice Over IP) é caracterizada pelo uso da voz sobre o
protocolo IP a qual faz a convergência entre a Internet e a telefonia para levar o tráfego
de voz até as redes de dados das empresas. O conceito é simples e consiste em converter
os pacotes de voz analógicos em pacotes digitais e fazê-los trafegar pela Internet.
Infelizmente, as facilidade e o baixo custo da utilização das redes baseadas em IP para a
transmissão de voz são acompanhadas pela falta de políticas de qualidade, o que
geralmente causa dificuldades para a implantação do serviço VoIP, como por exemplo,
os atrasos fim-a-fim, flutuações de tráfego na rede (jitter), perda de pacotes e largura de
banda. Devido a este contexto de problematização da falta de qualidade de serviços no
tráfego de informações utilizadas em redes IP é que se torna justificável a elaboração de
um trabalho para se estabelecer políticas de Qualidade de Serviço para que os recursos
de uma rede sejam utilizados de maneira eficaz pelos seus usuários. O estabelecimento
dessas políticas de QoS nada mais é do que um conjunto de técnicas que venham a
prover prioridades ao tráfego de serviços específicos, tentando dar confiabilidade e
qualidade a estes serviços, como por exemplo as filas de prioridade. Com base nesse
estudo, este trabalho visa utilizar a tecnologia VoIP na rede do Hotel Armação e assim a
empresa usufruir de todas as vantagens.
Abstract of Dissertation presented to UPE.
IMPLANTATION OF IP TELEPHONY NETWORK FOR LOW
LINK
Manuel Ribeiro Palhares Neto
May/2010
Advisor: Pedro Alcântara Neto, M.Sc.
Area of concentration: Telephony.
Keywords: VOIP, Quality of Service, Telephony.
Number of Pages:42
The VoIP technology (Voice Over IP) is characterized by the use of the voice on
protocol IP which makes the convergence between the Internet and the telephony to the
same take the voice traffic until the nets of data of the. The concept is simple and
consists of converting the analogical packages of voice into digital packages and to
make them to pass through for the Internet. Unhappyly, easiness and the low cost of the
use of the nets based on IP for the voice transmission is folloied by the lack of quality
politics what generally cause difficulties for the implantation of the VoIP service, as for
example, the delays end-the-end, fluctuations of traffic in the net (to jitter), loss of
packages and width of band. Had to this context of difficulty of the lack of quality of
services in the traffic of information used in nets IP it is that the elaboration of a work
becomes justifiable to establish politics of Quality of Service so that the resources of a
net are used in efficient way for its users. The establishment of these politics of QoS
nothing more is of that a set of techniques that come to provide priorities to the traffic
with specific services, trying to give to trustworthiness and quality to these services, as
for example a lines of priority. Based on this study, this work aims to use the VoIP at
the Hotel Armação’s network and thus the company to enjoy all the advantages.
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Modelo TCP/IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Figura 2.2 – Exemplo de dois endereços IP em formato binário e decimal. . . . . . . . . 20
Figura 3.1 – Equipamento de terminal H.323. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figura 3.2 – Gateway H.323. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figura 3.3 – Requisição SIP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Figura 4.1 – Funcionamento do atendimento prioritário. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figura 5.1 – Rede do Hotel Armação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Figura 5.2 – Servidor Dell. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Figura 5.3 – Placa Digium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Figura 5.4 – Instalação do Servidor SIP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Figura 5.5 – Rede convergente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Classe dos endereços IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Tabela 3.1 - Exemplos de Codec´s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24
Tabela 3.2 - Respostas SIP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Tabela 5.1 - Equipamentos utilizados na rede. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Tabela 5.2 - Comparação das tarifas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
LISTA DE SIGLAS
Termo
Descrição
CODEC Codification/Decodification
Codificador/Decodificador
CQ
Fila Personalizada
Custom Queuing
DARPA Advanced Research
DHCP
Agência de Pesquisas em
Project Agency
Projetos Avançados
Dynamic Host
Protocolo de Configuração
Configuration Protocol
Dinâmica de Hosts
DiffServ Differentiated Services
Serviços diferenciados
FEC
Forward Error Correction
Correção antecipada de erros
FIFO
First In, First Out
Primeiro a entrar, primeiro a sair
HTTP
Hypertext Transfer Protocol
Protocolo de Transferência
de Hipertexto
IETF
Institute of Engineer Task Force
Comunidade internacional técnica
com objetivos de evoluir a Internet
IntServ
Integrated Services
Serviços Integrados
IP
Internet Protocol
Protocolo de Internet
ITU
International
União Internacional
Telecommunications Union
de Telecomunicações
Kbps
Kilo bits per second
Kilobits por segundo
LAN
Local Area Network
Rede Local
MAN
Metropolitan Area Network
Rede Metropolitana
Mbps
Mega bits per second
Megabits por segundo
MCU
Multi Control Unit
Unidade de Controle Multiponto
MOS
Mean opinion score
Medição de Qualidade de Voz
PLC
Packet-Loss Concealment
Encobrimento de Pacotes Perdidos
PQ
Priority Queuing
Prioridade de Atendimento
QoS
Quality of Service
Qualidade de Serviço
PABX
RAS
registro, admissão e status
RFC
Request for Comments
RSVP
Resource Reservation Protocol
Requisição para comentários
RTCP
Real Time Control Protocol
Protocolo de Controle em Tempo Real
RTP
Real Time Protocol
Protocolo de Transmissão em Tempo
Real
SCN
Switched Circuit Network
Rede de Circuito Comutado
SIP
Session Initiation Protocol
Protocolo de Iniciação de Sessão
TCP
Transmission Control Protocol
Protocolo de Controle de Transmissão
UAC
User Agent Client
Agente de Usuário Cliente
UAS
User Agent Server
Agente de Usuário Servidor
UDP
User Datagram Protocol
Protocolo de Datagrama do Usuário
VoIP
Voice over IP
Voz sobre IP
WAN
Wide Area Network
rede de longa distância
WFQ
Weighted Fair Queuing
SUMÁRIO
1.
INTRODUÇÃO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1. MOTIVAÇÃO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
1.2. OBJETIVOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3. METODOLOGIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
1.4. ESTRUTURA DO DOCUMENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.
REDE IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1. TOPOLOGIAS DE REDE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
2.2. TIPOS DE REDE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3. ARQUITETURA TCP/IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17
2.3.1. TCP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.2. UDP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.3. Endereçamento IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3.4. Protocolos de roteamento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4. EQUIPAMENTOS DE REDE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
3.
VOZ SOBRE IP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
3.1. CODEC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.2. H.323. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.1. Terminais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.2.2. Gateways. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.3. Gatekeepers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2.4. Unidades de Controle de Multiponto. . . . . . . . . . . . . . 26
3.2.5. Protocolos de Sinalização. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
3.3. SIP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.3.1. Elementos de rede SIP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
3.3.2. Requisições SIP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
3.3.3. Respostas SIP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.4. RELAÇÃO ENTRE H.323 E SIP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..29
3.5. RTP E RTCP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
4.
QUALIDADE DE SERVIÇO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.1. LATÊNCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2. JITTER (VARIAÇÃO DO ATRASO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
4.3. PERDA DE PACOTES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.4. LIMITAÇÕES DE BANDA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33
4.5. FILAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.5.1. First-In, First-Out (FIFO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.5.2. Weighted Fair Queuing (WFQ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.5.3. Custom Queuing (CQ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.5.4. Priority Queuing (PQ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.
ESTUDO DE CASO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
5.1. DESCRIÇÃO DO CENÁRIO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.2. PRIMEIRA ETAPA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
5.3. SEGUNDA ETAPA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.4. TERCEIRA ETAPA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
6.
CONCLUSÃO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
7.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
13
1. INTRODUÇÃO
As telecomunicações vêm passando por uma grande revolução nos últimos anos,
pois a antiga promessa de uma rede convergente (voz, dados e vídeo) começou a
acontecer. A convergência se deu em redes baseadas na pilha de protocolos TCP/IP, que
possibilitou o oferecimento de serviços avançados, a um baixo custo, para todos os tipos
de usuários sejam eles corporativos ou residenciais. Uma das tecnologias para a
convergência está sendo a voz sobre IP (VoIP)[1].
Na década de 50 houve a introdução de cabos transatlânticos possibilitando
chamadas internacionais diretas; nos anos 60, as centrais de transmissões digitais
melhoraram em muito a qualidade do sinal de áudio; nos anos 70, as centrais
programáveis viabilizaram serviços como as chamadas em espera e discagem por tons;
na década de 80, o sistema de sinalização em canal comum possibilitou serviços como
os números (0800). Por fim, a década de 90, marca definitivamente a trajetória da
transmissão e sinalização telefônica analógica, rumo a uma infra-estrutura baseada em
redes de pacotes, mais precisamente, na transmissão da voz sobre o protocolo IP
(Internet Protocol) Protocolo de Internet [1, 2].
A utilização da voz sobre a pilha de protocolo TCP/IP, tecnologia mais
comumente conhecida como VoIP (Voice over IP), faz a convergência entre a rede
mundial de computadores (Internet) e a telefonia convencional, para levar o tráfego de
voz até as redes de dados das empresas ou às casas dos usuários, utilizando o mesmo
meio físico de comunicação; a mesma vem sendo uma das grandes metas de
investimentos por fornecedores de soluções e usuários de telecomunicações nos últimos
anos [2,3].
A telefonia IP traz um novo mercado para possíveis aplicações, integrando voz e
dados, compartilhando mesmo equipamento terminal de usuário e mesma infraestrutura, aproximando pessoas geograficamente distantes e trazendo mais mobilidade
para a telefonia, uma vez que aumenta a interatividade de aplicativos e diminui os
custos de comunicação quando comparada às convencionais ligações telefônicas
interurbanas, sendo esta, uma das características que mais influenciam a sua
implantação [2].
As redes IP foram projetadas para aplicações de dados. Uma grande diferença
entre uma aplicação de dados e uma aplicação de voz é que uma aplicação de voz é
sensível ao atraso. Este atraso ocorre no caminho de transmissão ou em um dispositivo
14
no caminho de transmissão. Em um roteador, o atraso é o montante de tempo entre a
recepção do pacote e a sua transmissão. Este tempo é também referido como atraso de
propagação [3].
A transmissão de voz codificada em uma rede com o protocolo IP, possui
características muito importantes e peculiares ao ambiente VoIP. Como o IP, por si só,
não oferece nenhuma garantia de Qualidade de Serviço, categorizado como tráfego de
melhor esforço, outros protocolos e soluções complementares devem ser agregados na
formação da solução final, para permitirem um resultado comparável com o observado
na rede de voz convencional. Sendo assim, há a necessidade de uma implantação de
Qualidade de Serviço (QoS – Quality of Service) para a utilização de VoIP em enlaces
de baixa velocidade, provendo prioridade na utilização do serviço, através de algumas
técnicas disponíveis [4].
1.1. MOTIVAÇÃO
No fim de 2004, a In-Sat, uma empresa de pesquisas em telecomunicações,
estimou existirem cerca de 1,3 milhões de linhas IP de banda larga nos Estados Unidos,
com um crescimento para 3,9 milhões de linhas no fim de 2005. A maior parte dos
provedores no mundo acredita que o IP ganhou como camada de transporte para a rede,
e a voz, em conjunto com dados, vídeo e outros serviços de valor agregado,
transportados sobre a rede IP. Mercado global para serviços VoIP ao cliente chegou
com um total de 16 milhões de assinantes VoIP,mundialmente, em 2005, e foi estimado
para crescer em mais de 55 milhões, segundo a In-Stat [1].
As empresas estão tentando gerenciar mais efetivamente suas comunicações
usando a Telefonia IP em seus negócios. As empresas claramente percebem o VoIP
como uma ferramenta para se manterem competitivas e aumentar a qualidade dos
consumidor.
1.2. OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo fazer uma descrição da rede de Telefonia IP
baseado na arquitetura TCP/IP, definir suas principais características, bem como
implantar no Hotel Armação de Porto de Galinhas, demonstrando tanto as vantagens
15
técnicas como financeiras, além de implementar e testar qualidade de serviço a partir de
ensaios realizados em um ambiente de rede similar ao ambiente do hotel , utilizando-se
para isto, dos mecanismos de prioridade de filas.
1.3. METODOLOGIA
Para a elaboração do trabalho, foram realizadas várias buscas e pesquisas em
artigo acadêmicos, bem como em livros, sites e revistas de forma a obter um
embasamento teórico acerca do tema abordado.
Além do embasamento teórico, foi feito uma análise para implantação de uma
rede de telefonia IP no Hotel Armação em Porto de Galinhas, para isso foram feitos
tanto estudos técnicos quanto econômicos e com isso foi possível contextualizar o tema
em uma visão teórica e prática.
1.4. ESTRUTURA DO DOCUMENTO
Este trabalho foi organizado em capítulos, da seguinte maneira:
•
Capítulo 2 – este capítulo apresenta alguns conceitos sobre os padrões de
rede TCP/IP para melhor compreensão do funcionamento básico de uma
rede.
•
Capítulo 3 – este capítulo apresenta características e padrões da tecnologia de
voz sobre IP.
•
Capítulo 4 – este capítulo apresenta os mecanismos de garantia de uma
qualidade de serviço e a importância de sua utilização
•
Capítulo 5 – neste capítulo foi feito uma análise na estrutura da rede de voz e
dados e realizado implantação de uma rede convergente.
16
2. REDE IP
A Internet se tornou a mais importante ferramenta que vem guiando o processo
de convergência. Isso se deve ao fato da arquitetura TCP/IP ter se tornado um padrão
compartilhado, que é usado atualmente em qualquer tipo de serviço, como dados, vídeos
e voz. Consequentemente, o termo TCP/IP comumente se refere a toda família de
protocolos. As redes baseadas em IP são de grande importância na atual sociedade,
tendo em vista a busca cada vez maior por informação. Uma rede de dados é formada
fundamentalmente de duas partes: os nós e os enlaces [3].
O nó é qualquer tipo de dispositivo de rede, como um computador. São capazes
de se comunicar com outros nós através de enlaces, como os cabos. Em uma rede, há
basicamente duas maneiras de dois nós se comunicarem entre si: por comutação de
circuito e por comutação de pacotes. O primeiro é utilizado nos sistemas de telefonia
tradicional enquanto o segundo é utilizado em redes de dados [3].
As redes de dados foram desenvolvidas pela necessidade de comunicação entre
várias estações de trabalho, pois, até então, não existia uma maneira eficiente para
compartilhamento de dados. Várias estações de trabalho que precisavam compartilhar e
acessar dados de outras estações simples, não podiam usar disquetes para isso [3].
No início da década de 80 começaram a surgir as primeiras redes corporativas
pelo mundo, impulsionadas pela necessidade de comunicação entre usuários. O início
foi um pouco conturbado, cada empresa criava o hardware e o software para uso
próprio, por essa razão, criavam padrões proprietários, impossibilitando o avanço de
outros fabricantes e por conseqüência da tecnologia de maneira geral, pois nada era
regulamentado e não havia entidades para controlar isso. O resultado era que redes
diferentes tinham imensa dificuldade para comunicar-se entre si. Por causa de todos
esses problemas, uma das primeiras soluções foi criar padrões de redes locais (LAN’s),
que ofereciam um conjunto aberto de regras para a criação de hardware e software de
rede. Com esse crescimento, tornou-se necessário expandir tais redes, surgindo assim as
redes metropolitanas (MAN’s) e as redes de longa distância (WAN’s)[5].
2.1. TOPOLOGIAS DE REDE
Define-se topologia como sendo a forma organizacional em que uma rede é
estruturada. Podemos dividir essa organização em duas formas: a topologia física (que
17
envolve cabos, interligações) e a topologia lógica (acesso dos hosts aos meios físicos
para envio de dados). Existem vários tipos de topologia física:
• Barramento: todos os hosts são ligados diretamente a um mesmo cabo, e
compartilham o mesmo meio físico para transmissão de dados.
• Anel: conecta os hosts ao seu “vizinho” mais próximo, formando-se um “anel”
de forma que o primeiro host seja conectado ao último.
• Estrela: Todos os hosts são conectados a um ponto central, em geral um
equipamento concentrador [5].
2.2. TIPOS DE REDE
As redes de computadores podem ser classificadas de duas formas: pela sua
dispersão geográfica e pelo seu tipo de topologia de interconexão. Em relação à
dispersão geográfica, pode-se classificá-las como:
• LAN (Local Area Network) – São redes de pequena dispersão geográfica, com
equipamentos interligados numa mesma sala, prédio, ou campus, com a
finalidade de compartilhar recursos associados aos computadores, ou permitir a
comunicação entre os usuários destes equipamentos [5].
• MAN (Metropolitan Area Network) - Uma MAN é uma rede que abrange toda a
área metropolitana como uma cidade ou área suburbana. Uma MAN geralmente
consiste em duas ou mais redes locais interligadas em uma mesma área
geográfica [5].
• WAN (Wide Area Network) – Podem ser definidas como um conjunto de
MAN’s interligadas entre si, cobrindo uma vasta área geográfica, geralmente,
correspondentes a distâncias entre cidades, estados e até países. A Internet pode
ser considerada um WAN [5].
2.3. ARQUITETURA TCP/IP
O TCP/IP é a sigla de Protocolo de Controle de Transmissão / Protocolo da
Internet e se refere ao conjunto de protocolos utilizados na rede mundial de
computadores. Ele inclui uma série de padrões que especificam como os computadores
18
se comunicarem, e cria convenções para interconectar redes e para o roteamento por
meio dessas conexões [3].
Os protocolos da Internet (TCP/IP) são os resultados de um projeto da DARPA
(Defense Advanced Research Projects Agency – Agência de Projetos de Pesquisa
Avançada de Defesa) sobre a conectividade entre redes, no final dos anos 70. Foi
utilizado em todas as redes de longa distância do sistema de Defesa dos EUA em 1983.
O TCP/IP é uma excelente plataforma cliente-servidor. Milhares de organizações
militares, educacionais, científicas e comerciais compartilham dados, correio eletrônico
e outros serviços na Internet usando o TCP/IP. Tudo teve início quando o departamento
de defesa americano, no final da década de 60, decidiu criar um software de
comunicação entre computadores que permitisse que estes pudessem trocar entre si
informações (como arquivos) independentes de:
- Serem os computadores locais ou remotos;
- Utilizarem sistemas operacionais e aplicativos diferentes;
- Utilização de equipamentos (hardware) diferentes [6].
O TCP/IP baseia-se em um modelo de referência de quatro camadas. Todos os
protocolos que pertencem ao conjunto de protocolos TCP/IP estão localizados nas três
camadas superiores desse modelo, conforme ilustrado na Figura 1.1 [6].
Figura 2.1 – Modelo TCP/IP [12]
19
• Aplicação - Define os protocolos de aplicativos TCP/IP e como os programas
estabelecem uma interface com os serviços de camada de transporte para usar a
rede.
• Transporte – Tem como função básica estabelecer e manter a comunicação fim a
fim. Define o nível de serviço e o status da conexão usada durante o transporte
de dados.
• Internet - Empacota dados em datagramas IP, que contêm informações de
endereço de origem e de destino usadas para encaminhar datagramas entre hosts
e redes. Executa o roteamento de datagramas IP, para decidir que trajeto deve
tomar o datagrama.
• Acesso à rede - Especifica os detalhes de como os dados são enviados
fisicamente pela rede, inclusive como os bits são assinalados eletricamente por
dispositivos de hardware que estabelecem interface com um meio da rede, como
cabo coaxial, fibra óptica ou fio de cobre de par trançado [6].
2.3.1.
TCP
O Protocolo de Controle de Transmissão (Transmission Control Protocol - TCP) é
um protocolo orientado à conexão que fornece transmissão de dados full duplex
confiável. O TCP é responsável por segmentar as mensagens, reagrupá-los na estação de
destino, reenviar qualquer item não recebido e reagrupar essas mensagens com base nos
segmentos [6].
2.3.2.
UDP
O Protocolo de Datagrama de Usuário (User Datagram Protocol UDP) é o
protocolo de transporte não orientado à conexão. O UDP é um protocolo simples que
troca datagramas, sem confirmações ou entrega garantida. O processamento de erros e a
retransmissão devem ser tratados por protocolos de camada superior [6].
Para transmissão de voz sobre IP é preferível a utilização do UDP como
protocolo da camada de transporte, pois como é uma transmissão em tempo real não
existe a necessidade de retransmissão de pacotes perdidos ou pacotes com erro além de
um segmento UDP ser menor que um segmento TCP [7].
20
2.3.3.
Endereçamento IP
O IP foi desenvolvido de forma a identificar os computadores através de
endereços binários. Nas redes IP versão 4 , a cada computador é associado um endereço
inteiro de 32 bits, único em toda Internet, chamado endereço IP. Para facilitar sua
utilização, um endereço IP é representado por quatro números decimais separados por
pontos, conhecido por formato decimal pontuado. Este formato facilita a compreensão,
como se pode observar no exemplo da Figura 1.2 [8].
Figura 2.2– Exemplo de dois endereços IP em formato binário e decimal [12].
Um dos fatores mais importantes e cruciais no esquema de endereços na
Internet, é que um endereço IP define uma identidade da rede ao qual o computador está
conectado, chamado de endereço de rede, e também a identidade individual deste
computador em sua rede dentre os demais, chamado endereço de host. Conforme se
observa na Figura 1.2, cada octeto vai de 0 a 255. Cada um dos octetos divide-se em
256 subgrupos, que se dividem em outros 256 subgrupos com 256 endereços em cada
um deles. Desta forma, as diferentes redes da Internet podem ser dividas e organizadas
de uma forma hierárquica, cada qual com sua faixa de endereços de hosts
correspondentes [8].
Os endereços IP são divididos em classes, para definir redes pequenas, médias e
grandes. Os endereços de classe A são atribuídos a redes maiores, os endereços de
classe B são usados para redes de porte médio e os de classe C para redes pequenas. A
Tabela 1 detalha melhor a divisão em classes dos endereços IP [3].
21
Tabela 2.1- Classe dos endereços IP
2.3.4.
Classe
Bits de
Intervalo de
Números de Bits
de
Ordem
Endereços do
do Endereço
Endereço
Superior
Primeiro cteto
de Rede
Classe A
0
0 – 127
8
Classe B
10
128 - 191
16
Classe C
110
192 - 223
24
Classe D
1110
224 - 239
28
Protocolos de roteamento
O IP é um protocolo roteado. Um protocolo roteado é um protocolo que transporta
dados. É diferente de um protocolo de roteamento, visto que este atualiza roteadores a
fim de permitir que os mesmos saibam quais caminhos um pacote deve percorrer, sendo
tais caminhos criados com base no endereço IP. Redes IP usam atualmente dois tipos de
protocolos de roteamento dinâmico: roteamento vetor-distância que utiliza a contagem
de saltos para calcular o melhor caminho, e roteamento por estado de enlaces que utiliza
técnicas mais refinadas para a escolha do caminho [9].
2.4. EQUIPAMENTOS DE REDE
• Hub - São repetidores de sinal multiporta, isso quer dizer que quando algum
dispositivo envia um sinal para o hub, esse sinal é regenerado e encaminhado
para todas as portas, assim, quando os dispositivos receberem o quadro, o
destinatário fará uso desse quadro, e os outros dispositivos descartarão o quadro
recebido. Os dispositivos que estão ligados ao hub recebem todo o tráfego que
passa pelo hub. Quanto mais dispositivos estiverem ligados ao hub, maior será a
possibilidade de ocorrerem colisões. Uma colisão ocorre quando duas ou mais
estações de trabalho enviam dados através do fio da rede ao mesmo tempo. Esse
dispositivo, atualmente, está sendo substituído pelo switch, que elimina as
colisões e cujo preço já baixou bastante, fazendo com que não haja mais sentido
ter um hub na rede [3].
22
• Switch – Além de ser um repetidor e concentrador, eles aprendem certas
informações sobre pacotes de dados que são recebidos de vários computadores
na rede. Eles usam essas informações para fazer tabelas de encaminhamento a
fim de determinar o destino dos dados que estão sendo enviados por um
computador a outro dentro da rede. Com a tabela montada, o switch encaminha,
apenas, para a porta de destino, ao contrário do hub, que envia para todas as
portas, aliviando o congestionamento nas redes [3].
• Roteadores - São responsáveis pelo roteamento de pacotes de dados desde a
origem até o destino dentro da rede local e pelo fornecimento de conectividade à
Internet. Ele também pode ser responsável por outros serviços como DHCP
(Dynamic Host Configuration Protocol), responsável pelo endereçamento
dinâmico dos hosts, qualidade de serviço, firewall, etc [9].
• Servidor – é um computador ou dispositivo capaz de oferecer um recurso a rede.
O servidor pode ser um computador para armazenar arquivos, um servidor
responsável pelo envio e entrega de emails, e na telefonia IP, pode fazer o papel
de um PABX (Private Automatic Branch Exchange), permitindo efetuar
ligações entre telefones internos sem intervenção manual, ou ainda telefonar e
receber telefonemas da rede externa [5].
23
3. VOZ SOBRE IP
Nos anos 90, um número considerável de pesquisadores aprofundaram o
interesse em levar voz e vídeo para as redes IP. Essa tecnologia é comumente chamada
hoje em dia de VoIP (Voice over IP) e é o processo de fracionar áudio em pequenas
partes, transmitindo essas pequenas partes por uma rede IP, e remontando essas
pequenas partes novamente no destino, para assim se estabelecer a comunicação entre
dois pontos de áudio[1].
3.1. CODEC
Basicamente, o VoIP é o processo de digitalizar a voz e transmiti-la através de
uma rede IP, onde duas partes irão estabelecer comunicação.
Claro que o processo envolve muito mais aspectos técnicos para funcionar.
Depois de captar as amostras de som, é utilizado um algoritmo para comprimir a
informação, de forma a diminuir a taxa de transmissão. Vários tipos de codecs existem
para diferentes tipos de aplicações. Aqueles que são voltados para VoIP, são otimizados
à comprimir voz, com significativa redução de taxa de transmissão utilizada, comparado
a transmissão de voz não comprimida [7].
O som captado é comprimido e dividido em pequenas partes, que são coletadas e
distribuídas em pacotes IP. Muitos desses pacotes se perdem em seu caminho ao
destinatário e assim os codecs precisam compensar essa perda preenchendo “as lacunas”
com áudio perceptível ao ouvido humano. Este processo é chamado “Encobrimento de
Pacotes Perdidos” ou Packet-Loss Concealment (PLC). Outro método para endereçar
perda de pacotes é conhecido como Forward Error Correction (FEC), que inclui
algumas informações de pacotes previamente transmitidos nos pacotes subsequentes.
Com algumas operações matemáticas é possível reconstruir um pacote perdido [7].
A largura de banda é limitada em qualquer enlace, logo o número de
conversações simultâneas nesse enlace depende diretamente do codec utilizado,
conforme Tabela 3.1. Uma forma de avaliar o desempenho dos codecs é através do
MOS (Mean Opinion Score). Este varia de 1 (ruim) até 5 (excelente), onde o nível 4
corresponde ao de uma linha telefônica analógica convencional. Testes MOS são feitos
com um grupo de ouvintes e eles dão a cada amostra de voz uma classificação [7].
24
Tabela 3.1 - Exemplos de Codec´s
Codec
Consumo de
Banda
(Kbps)
Qualidade da Voz
(MOS)
G.711
G.726
G.723.1
G.729a
64
32
5,3 ou 6,3
8
4,1
3,85
3,65 ou 3,9
3,7
3.2. H.323
H.323 é uma recomendação da União Internacional de Telecomunicações, setor
de padronização em Telecomunicações (ITU-T). A especificação H.323 foi aprovada
em 1996 pelo Grupo de Estudo 16 do ITU e sua segunda versão foi aprovada em janeiro
de 1998. A recomendação H.323 descreve protocolos, equipamentos e serviços para
comunicação multimídia sobre redes locais sem garantia de qualidade de serviço (QoS).
Terminais e equipamentos H.323 podem transportar voz em tempo real, dados e vídeo
[1].
3.2.1.
Terminais
Os terminais são extremidades da LAN, que oferecem comunicações
bidirecionais em tempo real. Um terminal H.323 fornece comunicações em tempo real
com outros terminais suportando voz, vídeo e dados. O terminal pode ser um PC (com
um aplicativo apropriado) ou um aparelho adequado (ex., um telefone IP). A Figura 3.1
mostra um terminal H.323 o qual inclui uma unidade de controle de sistema, nível
H.225, interface de rede, uma unidade codec de áudio e dois elementos opcionais, uma
unidade codec de vídeo e aplicações de dados do usuário [7].
25
Figura 3.1 - Equipamento de terminal H.323
3.2.2.
Gateways
Os gateways H.323 oferecem serviços para clientes H.323, de modo que possam
se comunicar com interfaces não H.323. O tipo mais comum de gateway H.323 permite
comunicações entre terminais H.323 e telefones na rede de comutação de circuitos
(SCN – Switched Circuit Network), como é mostrado da Figura 3.2. O gateway precisa
oferecer traduções entre diferentes formatos de transmissão de áudio, vídeo e dados,
assim como dos sistemas de comunicação e protocolos. Isso inclui o estabelecimento e
finalização de chamadas nas redes IP e SCN [7].
26
Figura 3.2 – Gateway H.323
3.2.3.
Gatekeepers
O gatekeeper fornece serviços de controle pré e durante a chamada aos pontos
terminais H.323. Um gatekeeper é um ponto central de uma rede H.323, suas funções
incluem: tradução de endereços, controle de admissão, sinalização, autorização e
gerenciamento de chamadas, além do controle de largura de banda e gerenciamento de
zona [7].
3.2.4.
Unidades de Controle de Multiponto
A Unidade de Controle de Multiponto (MCU – Multi Control Unit) é uma
extremidade na rede, que oferece a capacidade para três ou mais terminais ou gateways
participarem em uma conferência multiponto. Ela também pode conectar dois terminais
em uma configuração ponto a ponto, que mais tarde pode se desenvolver para uma
configuração multiponto [7].
27
3.2.5.
Protocolos de Sinalização
Os protocolos H.323 são divididos em três áreas principais de controle:
• Sinalização de registro, admissão e estatus (RAS) – fornece o controle préchamada em redes H.323 baseadas em gatekeepers.
• Sinalização de controle de chamadas (H.225) – usada para conectar, manter e
desconectar chamadas entre pontos terminais.
• Controle e transporte de mídia – fornece o canal confiável H.245 que transporta
mensagens de controle de mídia [7].
3.3. SIP
O Session Initiation Protocol (SIP) é um protocolo de controle e sinalização
usado para estabelecer, modificar e finalizar sessões com um ou mais participantes.
Estas sessões incluem conferências multimídia para Internet, chamadas de telefone para
Internet. Participantes em uma sessão podem se comunicar via multicast ou unicast, ou
uma combinação de ambos. É um protocolo cliente-sevidor parecido tanto em sintaxe
como em semântica ao protocolo HTTP. O SIP foi definido pelo Internet Engineering
Task Force (IETF) [10].
3.3.1. Elementos de rede SIP
•
User Agent Client (UAC) – um agente de usuário cliente é uma função lógica que
inicia requisições SIP e aceita respostas SIP. Um exemplo de UAC é um telefone
IP iniciando uma chamada.
•
User Agent Server (UAS) – um agente de usurário é uma função lógica que aceita
requisições SIP e envia de volta repostas SIP.
•
Servidor Proxy – tem como função principal a de roteamento dentro da rede SIP,
fazendo que uma requisição seja enviada para uma outra entidade mais próxima do
dispositivo final.
•
Servidor de redirecionamento – é usando durante a iniciação da sessão para
determinar o endereço do dispositivo que esta sendo chamado.
28
•
Servidor de registro – este servidor tem a função de aceitar requisições do tipo
REGISTER [10].
3.3.2. Requisições SIP
Requisições SIP são mensagens enviadas de cliente para servidor a fim de solicitar
uma operação SIP. A RFC 3261 define seis requisições SIP que permitem que um
agente usuário e um Proxy localizem usuários e iniciem, modifiquem ou finalizem
sessões:
•
INVITE – indica que o usuário ou serviço destino é convidado a participar da
sessão.
•
ACK – indica que o agente de usuário recebeu a reposta final a uma requisição
INVITE. O ACK é usado somente com requisições INVITE.
•
OPTIONS – utilizado para solicitar informações sobre as capacidades do destino da
chamada.
•
BYE – usado para solicitar a finalização de uma sessão estabelecida.
•
CANCEL – usado para cancelar requisições em andamento.
•
REGISTER – usado pelo UAC para informar ao servidor a sua localização [10].
Na Figura 3.3 pode ser visto um exemplo de uma requisição SIP:
Figura 3.3 – Requisição SIP
29
3.3.3. Respostas SIP
Um servidor envia uma resposta SIP para um cliente a fim de indicar o status de
uma requisição SIP que o cliente tenha enviado previamente ao servidor. Na Tabela 3.1,
estão listadas as principais respostas SIP. As respostas SIP são agrupadas como 1xx,
2xxx, e assim por diante até 6xx [10].
Tabela 3.2 - Respostas SIP
Classe Perfil
1xx
2xx
3xx
Descrição
Informativo
Pedido recebido, continuando a processar o pedido
Sucesso
Ação completada com sucesso
Redirecionamento Necessidade de uma acao adicional para completar o pedido
Pedido com sintaxe inválida ou não pode ser executado neste
Erro do cliente
servidor
Erro do servidor Erro no servidor
Falha Global
Falha Global
4xx
5xx
6xx
3.4. RELAÇÃO ENTRE H.323 E SIP
Notadamente os protocolos concorrentes entre si atualmente são o H.323 e o
SIP. Dizer que um deles é melhor que o outro, hoje, é precipitação. O H.323 possui a
robustez de ser um protocolo com alguns anos de pesquisa e estabilidade, tendo a
credibilidade do ITU-T. O SIP, mais recente, possui sinalização mais simplificada e tem
tido grande apelo comercial nos últimos anos pelas grandes empresas fornecedoras de
equipamentos para voz sobre IP [7].
Em um mercado que se concentra mais em serviços de valor agregado, a
simplicidade relativa do SIP pode vir a se tornar uma verdadeira vantagem. Porém,
muitas empresas e operadoras já investiram muito em hardware de telefonia IP, e num
mercado imaturo como o de telecomunicações, a estabilidade relativa fornecida pelo
H.323 é um alívio para estas organizações.
Funcionalidades do SIP que o H.323 não tem:
•
Velocidade – A rapidez com que o SIP troca sinalização. Enquanto o H.323
precisa enviar cerca de cinco mensagens para certa tarefa, o SIP o faz em
30
apenas uma. Além disso, o SIP pode usar o UDP, ao passo que o H.323
precisa usar o TCP.
•
Uso
de
URLs
–
Aparentemente
um
alias
de
e-mail
H.323
([email protected]) e uma URL SIP (sip:[email protected]) não
possuem diferenças. Mas na verdade, um alias de e-mail H.323 considera
que o protocolo usado seja o H.323, ao passo que o SIP especifica ele
mesmo o protocolo na URL. Por causa disso, um servidor SIP pode
redirecionar uma chamada para servidores não SIP de maneira bem flexível.
•
Codificação de texto – A codificação de texto utilizada pelo SIP facilita a
vida dos programadores. É simples, fácil de depurar usando-se analisadores
de protocolo e faz com que problemas de interoperabilidade sejam
detectáveis “visualmente” [7].
3.5. RTP E RTCP
O RTP (Real-Time Protocol ou protocolo de transporte em tempo real) foi
projetado para permitir que os receptores compensem o jitter e a perda de seqüência dos
pacotes introduzidos pelas redes IP, assim suprindo as deficiências encontradas no
UDO. O RTP pode ser usado para qualquer fluxo de dados em tempo real, como voz e
vídeo. O RTP define um modo de formatar pacotes IP que carregam dados isócronos e
inclui[11]:
• Informação sobre o tipo de dado transportado;
• Timestamps
• Números de seqüência.
O RTCP (Real-Time Control Protocol ou protocolo de controle em tempo real)
geralmente é usado com o RTP para permitir o transporte de algum retorno sobre a
qualidade da transmissão (a quantidade de jitter, a perda média de pacotes etc) e
também pode transportar algumas informações a respeito da identidade dos
participantes [11].
O RTP e o RTCP não tem qualquer influência sobre o comportamento da rede
IP, sendo inertes ao controle de qualidade de serviço. A rede pode perder, inserir atraso
ou perder a seqüência de um pacote RTP da mesma maneira que qualquer outro pacote
IP. O RTP e o RTCP somente permitem aos receptores compensar o jitter da rede, por
31
meio do controle de buffer e seqüenciamento apropriados, e ter mais informações a
respeito da rede de maneira que medidas corretivas apropriadas possam ser adotadas
[1,7].
O RTP e RTCP são utilizados acima UDP, uma vez que o esquema de
retransmissão do TCP não é adaptado para dados que precisam ser transportados com
uma latência muito baixa, como no caso de comunicações interativas. Nesse caso, o
RTP é tradicionalmente associado a uma porta UDP de número par e o RTCP, a
próxima porta UDP de número ímpar [7].
32
4. QUALIDADE DE SERVIÇO
Uma aplicação de dados tradicional, como e-mail, pode aceitar uma pequena
parada. Isso não acontece com a voz. A maioria das pessoas espera que sua chamada de
voz funcione sempre que elas pegarem o telefone e discarem um número. Em relação às
operadoras de telefonia, as mesmas precisam oferecer telefonia IP, com qualidade
equivalente aos serviços existentes na rede convencional e assegurar um eficiente
acoplamento com os equipamentos destas redes existentes [4].
Qualidade de Serviço (QoS) em rede IP, nada mais é, do que prover garantias de
transmissão segura e eficiente para que os serviços a serem executados sejam realizados
da melhor maneira possível, independente das anormalidades que a rede possua, ou seja,
é a garantia do melhor acesso de um ou mais serviços à rede a partir de políticas de
prioridades, dando ênfase àquelas que necessitam de uma reserva da largura de banda na
rede [4].
Para se introduzir uma rede com QoS, necessita-se de um conjunto de requisitos
considerados essenciais, como a minimização do atraso fim-a-fim (latência) e da
variação do atraso (jitter), a minimização da taxa de perda de pacotes e o provimento de
vazão de dados e largura de banda consistente, conforme detalhado a seguir [7].
4.1. LATÊNCIA
A latência é caracterizada como o montante de tempo que a voz leva para sair da
boca da pessoa ate chegar ao ouvido de quem está escutando. A recomendação G.114 da
União Internacional de Telecomunicações, Setor de Padronização de Telecomunicações
(ITU-T) sugere uma latência de não mais de 150ms fim-a-fim para manter-se uma boa
qualidade de voz, entre 150ms e 400ms deve ser avaliado o impacto sobre a aplicação e
acima de 400ms normalmente é inaceitável [7].
Os principais fatores que influenciam a latência na rede são:
•
Atraso de propagação
•
Atraso de processamento
•
Atraso de fila
O atraso de propagação corresponde ao tempo necessário para a propagação do
sinal elétrico, rádio freqüência, ou propagação do sinal óptico no meio que está sendo
33
utilizado e é um parâmetro imutável. O atraso de processamento é referente ao
processamento realizado nos equipamentos. E o atraso de fila é causado devido ao
congestionamento na rede [4].
4.2. JITTER (VARIAÇÃO DO ATRASO)
O Jitter é a variação do intervalo de chegada entre pacotes. O jitter é uma
medida de como o atraso de pacote muda ao longo do tempo. Usando a definição da
RFC 1889, o jitter não deve exceder 30 ms [10].
Na transmissão de voz sobre IP os datagramas podem tomar caminhos diferentes
na rede, resultando em diferentes tempos de propagação, ou podem sofrer
congestionamentos momentâneos que obriguem a maiores retardos. Para contornar este
problema, são usados buffers nas entradas dos equipamentos decodificadores, a fim de
guardar alguns pacotes como “reserva” em uma fila, que é servida de forma mais
constante possível. Mesmo que alguns pacotes sofram uma demora maior que a normal
para chegada, os pacotes nos buffers são enviados para o decodificador com uma
cadência homogênea [4].
4.3. PERDA DE PACOTES
A perda de pacotes em redes de dados é tanto comum quando esperada. Quando
é colocada a voz em redes de dados, é importante construir uma rede que possa
transportar com sucesso a voz de modo confiável e ritmado. Essa perda de pacote não
deve ultrapassar 5%, já que, com menos que isso, os codecs passam a utilizar alguns
recursos para lidar com esse problema, como repetir o pacote anterior ou fazer uma
interpolação [4].
4.4. LIMITAÇÕES DE BANDA
Largura de banda é a medida de capacidade de transmissão de dados,
normalmente expressa em kilobits por segundo (Kbps) ou megabits (Mbps). A largura
de banda indica a capacidade máxima de transmissão teórica de uma conexão.
Entretanto, na medida em que a taxa de transmissão utilizada se aproxima da largura de
34
banda teórica máxima, fatores negativos como atraso na transmissão das informações
podem causar deteriorização na qualidade. A decisão de uma largura de banda maior ou
menor deve ser tomada de acordo com as necessidades e prioridades da empresa [7].
Na rede heterogênea de hoje, diferentes protocolos e tipos de tráfego
compartilhando um caminho de dados podem interagir um com o outro de maneira que
afetam o desempenho de suas aplicações. Por exemplo, se uma rede for projetada para
oferecer suporte a diferentes tipos de tráfego, como voz, vídeo e dados, compartilhando
um único caminho de dados entre os roteadores, o administrador da rede deverá
considerar o uso de técnicas de gerenciamento e de congestionamento para garantir o
tratamento imparcial pelos diferentes tipos de tráfego. Portanto, um QoS para a rede IP
inclui tecnologias como filas, Integrated Service (IntServ) e Differentiated Service
(DiffServ). A característica básica do IntServ é que ele realiza o QoS por fluxo de
dados, enquanto o DiffServ divide o tráfego de dados em classes distintas [7].
4.5. FILAS
4.5.1. First-In, First-Out (FIFO)
O FIFO não traz o conceito de classes de tráfego. Tudo o que ele faz é enviar os
pacotes para a interface de saída na ordem de chegada, ou seja, o primeiro que chega é o
primeiro a sair. FIFO é o método mais rápido de enfileiramento e pode ser o mais
efetivo para enlaces de banda larga com pequeno retardo e congestionamento mínimo
[4].
4.5.2. Weighted Fair Queuing (WFQ)
O WFQ é um método de escalonamento automático que oferece uma alocação
justa de banda para todo o tráfego da rede. O WFQ utiliza pesos para identificar e
classificar os tráfegos e determinar quanto de banda um tráfego possui em relação a
outros tipos de tráfegos. Desta forma, o WFQ resolve as limitações do mecanismo
FIFO. Impede que uma rajada de um tipo de tráfego monopolize toda a banda
disponível, pois ele reserva um pequeno período de tempo, proporcional ao peso
atribuído aquele tipo de tráfego, para cada fila transmitir seus pacotes [4].
35
4.5.3. Custom Queuing (CQ)
O Custom Queuing (CQ) permite ao administrador do sistema configurar o
número de filas, o limite do tamanho da fila e a porcentagem da banda disponível para
cada fila quando esta é servida. O CQ também permite ao administrador dividir os
recursos da rede entre diversas aplicações com largura de banda e retardo mínimos
específicos. De forma a garantir a divisão da banda entre as filas, o CQ especifica o
número de pacotes que devem ser servidos para cada classe de tráfego. As filas são
servidas periodicamente pois o roteador permite cada fila enviar uma certa quantidade
de bytes antes de mudar para a próxima. Se uma fila está vazia então o roteador passa
para a próxima que contém pacotes para enviar [4].
4.5.4. Priority Queuing (PQ)
Este mecanismo classifica os pacotes conforme um conjunto de regras prédefinidas e envia o pacote para a fila correspondente. O Priority Queuing (PQ) dá
prioridade absoluta para as filas de maior prioridade, ou seja, uma fila de menor
prioridade somente envia tráfego após as filas de maior prioridade estarem vazias, como
pode ser visto na Figura 4.1 [4].
Para criar qualquer tipo de fila, as prioridades precisam ser atribuídas a
diferentes tipos de tráfego. As prioridades disponíveis com PQ são alta, média, normal e
baixa. Uma destas precisa ser atribuída à fila default. A fila default é para onde os
pacotes que não combinam com a lista de prioridades acabarão indo [4].
Figura 4.1 – Funcionamento do atendimento prioritário [13]
36
5. ESTUDO DE CASO
Neste capítulo será feito um estudo da rede de dados e voz da telefônica do
Hotel Armação e do seu escritório para saber se é viável a implantação da telefonia IP.
5.1. DESCRIÇÃO DO CENÁRIO
O Hotel Armação e seu escritório apresentam uma rede de computadores e
telefonia com os seguintes equipamentos:
Tabela 5.1 - Equipamentos utilizados na rede
Equipamentos
Hotel Escritório
Estação de trabalho
20
27
Servidor
0
1
Roteador
1
1
Switch
1
1
Ramal
230
26
Celular
5
14
PABX
1
1
Modem
1
1
Como mostrado na Figura 5.1, a topologia do escritório é composta de estações de
trabalho conectadas ao switch o qual tem uma conexão direta com o roteador o qual
através da ligação com modem fornece conexão à Internet para todas as estações de
trabalho. Conectado ao switch também se encontra o servidor, que dispõe de um
aplicativo cliente-servidor utilizado para o controle de entrada e saída dos hóspedes. Na
rede telefônica, todos os ramais estão diretamente ligados ao PABX e este, através do
modem, liga-se à Rede Pública de Telefonia Comutada (RPTC). Observa-se que a
topologia do hotel é semelhante à do escritório, tendo como diferenças principais o
acesso ao servidor que é através da Internet e a quantidade de ramais que é muito maior,
pois, existe um telefone em cada apartamento para a utilização dos hóspedes.
37
Figura 5.1 – Rede do Hotel Armação
Hoje, o hotel e o escritório contam com uma conexão à Internet com a largura de
banda de 1Mbps contratada junto a uma mesma operadora telefônica, e seu uso tem
como principais funções fazer com que as estações acessem o servidor localizado no
escritório além de utilizá-la para enviar e receber emails.
Tal rede telefônica é constituída por 30 canais de telefones fixos, tanto no
escritório quanto no hotel, sendo utilizados apenas para ligações de números fixos, quer
seja local, longa distância ou internacional. E paralelo são utilizados celulares, um para
cada setor, que têm como fim ligar para outros celulares, também realizando ligações
locais, a longa distância e internacionais.
5.2. PRIMEIRA ETAPA
A grande vantagem da telefonia IP é prover uma tarifa mais barata que a
telefonia convencional por utilizar a mesma infra-estrutura e compartilhar da banda da
rede de dados. Por isso foi feito uma busca pelos melhores provedores VoIP para se
escolher o que mais atendia às necessidades da empresa atentando-se para o tipo de
ligações recorrentes no hotel e fazendo-se uma comparação entre as melhores tarifas e
as tarifas já empregadas no mesmo. A Tabela 5.2 mostra as diferenças entres as tarifas
VoIP e RPTC dos principais tipos de ligação [14]. As ligações internacionais não
constam na tabela, pois, existem inúmeras localidades e tarifas, mas tal fato não impede
a empresa de obter uma boa economia (em torno de 80%), utilizando-se da telefonia IP.
38
Tabela 5.2 - Comparação das tarifas
Forma de ligação
Fixo longa distância
Fixo local
Celular longa distância
Celular local
Operadora (R$/min)
Fixa Celular
0,34
0,10
- 0,96
- 0,40
VoIP
0,06
0,06
0,35
0,35
5.3. SEGUNDA ETAPA
Como a empresa tem uma grande dependência da comunicação para prospecção
de novos clientes, a implantação começou de uma forma paralela da topologia já
existente e assim, os funcionários puderam escolher quais serviços utilizar, entretanto,
sempre utilizando o VOIP como primeira opção.
Para implantação, com um custo total de R$ 6138,00, foram utilizados os
seguintes componentes:
• Servidor Dell PowerEdge T110 – Processador Intel® Pentium® G6950
2.80GHz, 3M Cache,; 2GB Memory, 1333MHz; Disco Rígido de 250GB 7.200
RPM SATA(custo: R$ 1629,00). O servidor será usado como IPBX (central
telefônica IP), conforme mostrado na Figura 5.2 [15].
Figura 5.2 – Servidor Dell
• Asterisk – IPBX baseado em software, que usa como sistema operacional o
Linux. O Asterisk é responsável pela autenticação dos ramais e computadores
que irão utilizar a telefonia IP, controle da sinalização para efetuar as chamadas,
escolha da melhor rota ou a mais barata e outras aplicações.
• Placa Digium Wildcard TE120P – responsável pela conexão com um PABX
ou RPTC, através da interface E1(custo R$ 1440,00), conforme mostrado da
Figura 5.3 [16].
39
Figura 5.3 – Placa Digium
A Figura 5.4 mostra as mudanças na topologia após a instalação do servidor
Asterisk. Ele foi conectado ao switch e ao PABX, onde foi criada mais uma rota para a
utilização de ligações através da Internet.
Figura 5.4 – Instalação do Servidor SIP
A escolha do protocolo SIP foi devido à sua facilidade de implantação e
configuração. Sabendo-se da importância da qualidade das chamadas IP, foi utilizado
técnicas de Qos de enfileiramento, para, assim, reservar a banda e priorizar os pacotes
de voz.
Com a escolha do CQ (Custom Queuing) como técnica de enfileiramento,
configurou-se três filas, sendo a primeira para reservar a banda e priorizar a voz, a
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segunda fila para a aplicação cliente -servidor, e por fim, a terceira fila para os dados
que não se encaixam nas duas primeiras.
5.4. TERCEIRA ETAPA
Atualmente o serviço foi aprovado, e então iniciado a convergência das redes
propriamente dita, com cancelamento gradativo dos serviços telefônico e celular
(apenas os de cada setor com utilização interna), assim só serão feitas ligações via IP.
Para evitar gastos desnecessários, o PABX continuará na rede e terá apenas a conexão
com o IPBX; quando houver a necessidade de novos pontos de telefone serão utilizados
telefones IP e assim a migração será feita gradativamente.
Outra etapa da implantação é a possibilidade de utilizar essa infra-estrutura
remotamente, pois através da internet é possível se conectar ao servidor Asterisk, o qual
pode ser visto na Figura 5.5. Assim os funcionários poderão se comunicar sem custos,
mesmo estando em outras cidades e, além disso, poderão usufruir das tarifas mais
baratas.
Figura 5.5 – Rede convergente
Além da redução mensal com gastos telefônicos, a rede convergente trouxe
outros benefícios como:
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• Utilização da rede VOIP remotamente – a equipe de vendas tinha grandes
problemas de comunicação devidos sempre estarem viajando com freqüência e a
utilização da telefonia se torna cara devido a esse deslocamento.
• Aumento do serviço de telefonia no hotel – as tarifas mais baratas foram
repassadas também para os clientes com isso teve um aumento no lucro de 15%.
• Correio de voz – com a integração das redes de voz e dados, os funcionários
poderão receber as mensagens de voz em seus emails.
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6. CONCLUSÃO
A integração da rede de dados, com a rede de voz utilizando serviços da
telefonia IP, resulta em uma drástica redução dos gastos mensais com telefonia tanto
pela redução dos custos das ligações via IP, quanto pela manutenção da rede de dados.
Outro fator positivo é a adição de novos serviços ao sistema de comunicação do
Hotel Armação que permite, por exemplo, receber ligações mesmo estando ausente do
escritório ou do Hotel podendo assim aumentar a interação com seus clientes.
A aplicação de QoS nas redes de comunicações torna-se imprescindível
principalmente em enlaces de baixas velocidades, pois, é corriqueira a ocorrência de
congestionamento nesses tipos de meio. É praticamente impossível imaginar um avanço
da tecnologia das redes e de suas aplicações, sem que estas tenham a implantação de
Qualidade de Serviço, à medida que há diversas aplicações rodando, em um único meio
limitado, e ao mesmo tempo, disputando espaço para poderem rodar com certo grau de
qualidade e satisfação. Aplicações estas, com características específicas como a voz,
que necessitam de um tratamento que atenda às expectativas.
O estudo de caso mostra que com um conhecimento profundo sobre a utilização
da rede de dados, junto a corretas implementações de Qualidade de Serviço é possível
trafegar voz em enlaces de baixa velocidade.
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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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[2] WALLACE, K. Cisco Voice over IP (CVOICE) Authorized Self-Study Guide, 3 ed.
USA: Cisco Press, 2008.
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[4] ODOM, W.; CAVANAUGH, M. Cisco QOS Exam Certification Guide (IP
Telephony Self-Study), 2 ed. USA: Cisco Press, 2004.
[5] TORRES, G. Redes de Computadores, 1 ed. Cruzeiro: Axcel Books, 2001.
[6] ODOM, W. CCNA ICND1 Official Exam Certification Guide. 2 ed. USA: Cisco
Press, 2007.
[7] KAZA, R.; ASADULLAH, S. Cisco IP Telephony: Planning, Design,
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[8] ODOM, W. CCNA ICND2 Official Exam Certification Guide. 2 ed. USA: Cisco
Press, 2007.
[9] STEWART, B. CCNP BSCI Exam Official Certification Guide, 4 ed. USA: Cisco
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Disponível em: http://www.ietf.org/rfc/rfc1889.txt. Acesso em: 7 abril 2010.
[11] IETF. RFC 3261: SIP – Session Initiation Protocol. Disponível em:
http://www.ietf.org/rfc/rfc3261.txt. Acesso em: 10 abril 2010.
[12] Cisco. Academia Cisco. Diponível em: http://cisco.netacad.net. Acesso em: 15
abril 2010.
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USA: Cisco Press, 2004
[14] Anatel. Tarifação Fixa e Móvel. Disponível em: http://www.anatel.gov.br. Acesso
em: 30 abril 2010.
[15] Dell. Servidores Dell. Disponível em: http://www.dell.com.br. Acesso em: 30 abril
2010.
[16] Digium. Interface E1. Disponível em: http://store.digium.com. Acesso em: 30 abril
2010.