título del curso - forumtech.net · teorema de nyquist: ... un canal de voz requiere 64kb de ancho...
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CCNA Voice
Introducción a los circuitos digitales
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Contenido
Digitalizar señales analógicas Multiplezación por División de Tiempo (TDM)
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2
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Introducción
Circuitos digitales vs Circuitos analógicos:
Un circuito digital permite una mayor densidad de llamadas sobre una misma
conexión física.
Un circuito analógico soporta sólo una llamada cada vez.
Tipos de circuitos digitales:
Señalización por canal común (Common Channel Signaling - CCS) :
PRI T1: Soporta 23 llamadas.
PRI E1: Soporta 30 llamadas.
BRI: Soporta 2 llamadas.
Señalización de canales asociados (Channel Associated Signaling - CAS):
T1: a 1,544Mbps soporta 24 llamadas (sin compresión).
E1: a 2,048Mbps soporta 30 llamadas (sin compresión).
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DIGITALIZAR SEÑALES ANALÓGICAS
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Digitalización de señales analógicas
Proceso de 4 pasos:
1. Muestrear el sonido analógico a intervalos regulares.
2. Cuantificar la muestra
3. Codificar el valor en una expresión binaria.
4. Opcionalmente comprimir la muestra.
Muestreador Cuantificador Codificador
Señal
analógica
Señal en tiempo
discreto
Señal
cuantificada
Señal
digital
CONVERSOR A/D
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Muestreo
Voz:
AB = 4.000HZ
fmuestreo ≥ 2 x 4.000Hz = 8.000Hz
Más de 8.000 muestras por segundo
Cuantas más muestras se toman por segundo, mayor es la
calidad, pero mayor es la cantidad de datos digitales generados.
Teorema de Nyquist:
“Para reproducir una señal con calidad de audio aceptable, la frecuencia de
muestreo debe ser el doble de su frecuencia máxima.”
Señal analógica
Tiempo
Cada muestra
está separada
1/8000 segundos
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Cuantificación
Aproximación digital que se hace de una onda analógica, el códec
elige un valor de segmento que es lo más cercano posible a su
valor analógico en el intervalo en el que se toma la muestra, pero
no puede ser exacto.
Convierte una serie de muestras de amplitud continua en una
sucesión de valores discretos según el código utilizado.
PROCESO: se mide el nivel de tensión de cada muestra y se le
atribuye un valor finito (discreto) de amplitud, seleccionado por
aproximación dentro de un margen de niveles.
Cada muestra se divide en 16 intervalos que se ajustan para
aproximarse el máximo posible a la onda original.
La cuantificación puede introducir un ruido de cuantificación:
diferencia entre el valor original de la amplitud muestreada y el valor
aproximado correspondiente a la escala seleccionada.
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Cuantificación
Segmento 0
Segmento 0
Segmento 1
Segmento 2
Segmento 2
Segmento 1
Tiempo
Voltaje
Cada muestra está separada
1/8000 de segundo
+
-
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Codificación
Se usa una única clave de 8 bits para identificar si la señal
analógica era un voltaje positivo o negativo, el valor con el que se
cuantificó la señal y el intervalo que representa.
El primer bit identifica un voltaje positivo (1) o negativo (0).
Los siguientes tres bits representan el segmento. Existen ocho segmentos en
el rango positivo y ocho segmentos en el rango negativo.
Los últimos cuatro bits identificarn el intervalo.
Ejemplo:
10011100
1 001 1100
Intervalo
12 Segmento
1
Valor
+
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Codificación
PCM, Modulación por Pulsos Codificados, estándar de compresión
en telefonía
Clave 8 bits.
fmuestreo = 8000Hz
Un canal de voz requiere 64Kb de ancho de banda para transporte.
AB = 8 x 8.000 = 64.000 bps = 64 Kbps
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Compresión
No es un paso necesario, se lleva a cabo para ahorrar ancho de
banda en entornos VoIP, comprimiendo pausas y patrones
repetitivos de sonido.
2 tipos de compresiones principales:
ADPCM (Adaptative Differenctial PDM): No envía claves enteras, envía claves
reducidas que representan las diferencias entre esta palabra y la anterior.
Método poco utilizado.
Proporciona una menor calidad de voz y sólo puede comprimir hasta
16kbps
CS-ACELP (Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction): Se
basa en uso de diccionario con códigos de sonido conocidos, la muestra digital
se analiza y compara con el diccionario, el código del diccionario que más se
parece es el que se envía.
El libro de códigos se actualiza constantemente.
Permite compresiones hasta 8kbps.
Método muy usado en redes VoIP.
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MULTIPLEZACIÓN POR DIVISION DE
TIEMPO (TDM)
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TDM
La multiplexación TDM permite a las redes de voz transportar
múltiples conversaciones simultáneamente sobre un único cable
de 4 hilos.
El ancho de banda total del medio de transmisión se asigna a cada canal
durante una fracción del tiempo total (intervalo de tiempo).
Conexión digital PSTN
Oficina
Central PBX
… 8 50 12 84 26 …
Intervalo temporal #1
Intervalo temporal #2
Intervalo temporal #3
Intervalo temporal #1
Intervalo temporal #2
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Circuitos T1
Circuito digital de alta velocidad para la transmisión de voz, datos o
vídeo, con un ancho de banda de 1,544 Mbps.
Los circuitos T1 ofrecen el equivalente de veinticuatro troncales de
voz analógicas.
Los 64k de la conversación 1 se transmiten en el primer canal del T1, después
los 64k de la conversación 2 en el segundo canal, y así sucesivamente. Si no
existen suficientes conversaciones para llenar todos los canales, estos se
rellenan con valores vacios.
Los 24 canales se agrupan en una trama.
Dependiendo de la implementación, 12 tramas se agrupan en una trama mayor
(Supertrama o SF) o se agrupan las 24 tramas en una Supertrama extendida
(ESF).
Los circuitos T1 son full dúplex, con dos hilos enviando y otros dos
hilos recibiendo.
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Circuitos E1
Un circuito E1 es muy similar a un T1.
Hay 32 canales, de los que 30 se utilizan para voz (los otros dos
se utilizan para señalización).
Los 32 canales se agrupan en una trama y 16 tramas se agrupan
en una multitrama.
Los circuitos E1 son populares en Europa y Méjico, con algunos
servicios E1 disponibles en Estados Unidos.
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Channel Associated Signaling (CAS) – T1
La información de señalización se transmite usando el mismo ancho
de banda que la voz.
FUNCIONAMIENTO:
El bit menos significativo de cada canal en cada sexta trama se “roba” para
generar secuencias de señalización.
En SF, 12 tramas forman una Supertrama. Usando un bit por canal en cada
sexta trama nos da dos secuencias de señalización de 12 bits (conocidas como
A y B) por Supertrama, que se usan para indicar estado básico,
direccionamiento y mensajes de supervisión.
En ESF, 24 canales forman una Supertrama Extendida, lo que nos da las
secuencias de señalización A, B, C y D que se usan para funciones avanzadas.
Como CAS toma un bit de cada canal en cada sexta trama, se le
conoce como Señalización por Bit Robado (RBS).
El uso de CAS implica una casi imperceptible degradación de la
calidad de la voz ya que cada sexta trama tiene solo 7 bits en vez
de 8.
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Channel Associated Signaling (CAS) – E1
La señalización para E1 es ligeramente diferente.
Funcionamiento CAS E1:
El primer canal (canal 0 o timeslot 1) se reserva para la información de trama.
El canal decimoséptimo (canal 16 o timeslot 17) contiene la información de
señalización – no se roban bits a los canales individuales.
Los timeslots 2 a 16 y 18 a 32 transportan la voz.
Cada canal tiene bits específicos en el timeslot 17 para señalización.
A pesar de que CAS E1 no utiliza RBS, aún se considera CAS; sin
embargo la señalización es fuera de banda en su propio canal.
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Common Channel Signaling (CCS)
CCS tiene su propio canal, canal D, de señalización fuera de banda.
Funcionamiento de CCS:
El total de los 64 k de ancho de banda de cada canal se utilizan para voz.
En lugar de generar bits ABCD, un protocolo denominado Q.931 se usa fuera de
banda en un canal separado para señalización.
Un T1 primario (PRI) de RDSI tiene 23 canales de voz de 64 k cada
uno (Canales B) y un canal de 64 k, llamado D en el timeslot 24 para
señalización.
Un Primario E1 de RDSI tiene 30 canales B y 1 canal D (timeslot 17).
Un circuito BRI de RDSI tiene 2 canales B de 64k y 1canal D de 16k.
CCNA Voice
VoIP
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Real-Time Transport Protocol (RTP)
DSPs
Contenido
Paquetización Códecs
Detección de actividad de voz (VAD)
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2 5
3
20
Funciones de DSP adicionales 6
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Introducción
Ventajas de la VoIP:
Reducción del coste de las comunicaciones.
Reducción del coste del cableado.
Redes de voz ubicuas.
“Llévate el teléfono contigo”.
Softphones IP.
Correo electrónico, correo de voz y fax unificado.
Aumento de la productividad.
Comunicaciones más completas.
Estándares abiertos y compatibles.
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PAQUETIZACIÓN
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Paquetización
Las redes IP transportan datos en pequeñas unidades llamadas
paquetes.
Una vez digitalizada la voz, y convertida en un valor binario hay
que incluir dicho valor (payload) binario dentro de un paquete.
VoIP utiliza Procesadores de Señales Digitales (Digital Signal
Processors – DSP) para las funciones de códec.
La voz digitalizada se paquetiza en una estructura de transporte
adecuada para ser utilizada en la red IP.
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DSPS
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DSPs
Los DSP son chips que hacen funciones de muestreo,
cuantificación, codificación y opcionalmente compresión del
proceso de digitalización.
Se usa en ambos sentidos para convertir desde una señal de voz
tradicional (analógica o digital) a VoIP y viceversa.
Los DSP también se utilizan en la interfaz de los gateway con los
circuitos de la PSTN para cambiar de un circuito analógico (o
digital) a voz paquetizada.
El número de llamadas simultáneas que un chip puede manejar
depende del tipo de DSP y del códec usado.
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DSPs
PSTN
PSTN
PSTN
IP
IP
IP
Analógico
o Digital
Analógico
o Digital
Analógico
o Digital
Voz Paquetes IP
Paquetes IP
Paquetes IP
Paquetes IP
DSPs
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REAL-TIME TRANSPORT PROTOCOL
(RTP)
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Real-time Transport Protocol - RTP
RTP es un protocolo de nivel de sesión para la transmisión de
información en tiempo real, como por ejemplo voz y vídeo.
Selecciona aleatoriamente puertos impares del rango de puestos
UDP 16384-32767.
Incluye los siguientes servicios:
Identificación del tipo de payload.
Uso de números de secuencia.
Uso de marcas de tiempo (timestamps).
Payload
Type
Sequence
Number Time Stamp Payload
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RTP Control Protocol - RTCP
RTCP se puede usar para monitorizar la calidad de la distribución
de datos y para proporcionar información de control.
Proporciona información sobre las condiciones de red actuales.
Permite a los extremos involucrados en una sesión RTP
intercambiar información de monitorización y control de la sesión:
Conteo de paquetes.
Retardo de paquetes.
Conteo de octetos.
Pérdida de paquetes.
Jitter (variación de retardo).
Proporciona un flujo separado de RTP para el uso de UDP.
Utiliza el mismo puerto que RTP más 1 (usa puertos pares dentro
del mismo rango que RTP).
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RTP y paquetización
La paquetización de la voz la realizan los DSP.
El DSP encapsula en paquetes IP muestras de voz o voz
comprimida.
Los datos de voz son acumulados hasta que el payload del paquete
está completo.
Estos datos de voz se transportan en el payload de segmentos RTP.
El segmento RTP se encapsula en un segmento UDP, el cual se
encapsula en un paquete IP.
Finalmente este paquete IP se encapsula en una trama de Capa 2.
Cabecera
Capa 2
Cabecera
IP
Cabecera
UDP
Payload
Voz
Cabecera
RTP
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CÓDECS
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Códecs
Los códecs que Cisco soporta son:
G.711 (64kbps): voz sin comprimir.
G.729 (8kbps):
G.729a (Anexo A): Sacrifica un poco de calidad respecto a G.729 para
proporcionar una codificación más eficiente (menor uso del procesador).
G.729b (Anexo B): Introduce el uso de Detección de Actividad de Voz (VAD)
lo que hace que las transmisiones de voz sean más eficientes.
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Códec G.711 - Ejemplo
...
10010111 10010110 10010101 10010100 10010011 ... 10110001 RTP Header
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Muestra 4
Muestra 5
Muestra 160
G.711 20ms de muestras (160 bytes)
10010111
10010110
10010101
10010100
10010011
10110001
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Códec G.729 - Ejemplo
...
20 Bytes of Voice Payload RTP Header
Muestra 1
Muestra 2
Muestra 3
Muestra 4
Muestra 160
G.729 20 ms of voice contained in packet
DSP Compression
10010111
10010110
10010101
10010100
10110001
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Códecs
G.711 G.729
Payload de voz 160 Bytes 20 Bytes
Cabecera RTP 12 Bytes 12 Bytes
Cabecera UDP 8 Bytes 8 Bytes
Cabecera IP 20 Bytes 20 Bytes
Total antes de Capa 2 200 Bytes 60 Bytes
Total Bitrate @ 50 pps 80.000 bps (80Kbps) 24.000 bps (24 Kbps)
Sobrecarga añadida durante la paquetización a 50 paquetes por
segundo.
Los valores de AB mostrados no incluyen la sobrecarga de capa 2 y capa 3.
El AB real de un canal de audio es significativamente mayor.
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Códecs
Tipo de capa 2 G.711 = 200 Bytes/paquete G.729 = 60 Bytes/paquete
Ethernet 18 Bytes 18 Bytes
Multilink PPP 6 Bytes 6 Bytes
Frame Relay FRF.12 6 Bytes 6 Bytes
Total incl. Capa 2 218 Bytes 206 Bytes 206 Bytes 78 Bytes 66 Bytes 66 Bytes
Total Butrate incl. Capa 2 (@ 50pps)
87.200 (87.2 kbps)
82.400 (82.4 kbps)
82.400 (82.4 kbps)
31.200 (31.2 kbps)
26.400 (26.4 kbps)
26.400 (26.4 kbps)
Sobrecarga añadida durante la encapsulación de capa 2 a 50
paquetes por segundo.
Los valores de AB mostrados no incluyen la sobrecarga de capa 2 y capa 3.
El AB real de un canal de audio es significativamente mayor.
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Códecs
Uso de RTP comprimido (cRTP) en enlaces WAN lentos para
reducir el consumo de AB para la transmisión de la cabecera:
Usando G.729, la cabecera RTP/UDP/IP es de 40 bytes, el doble que el
payload de voz de 20 bytes.
cRTP reduce la cabecera RTP/UDP/IP a 2 bytes sin checksum o a 4 bytes con
checksum.
G.711 G.729
Payload de voz 160 Bytes 20 Bytes
Cabecera cRTP con checksum 4 Bytes 4 Bytes
Cabecera cRTP sin checksum 2 Bytes 2 Bytes
Total antes de capa 2: 164 Bytes 162 Bytes 24 Bytes 22 Bytes
Multilink PPP o Frame Relay FRF.12 6 Bytes 6 Bytes
Total AB WAN @ 50 pps incl. Capa 2: 68.000 bps (68 kbps)
67.200 bps (67.2 kbps)
12.000 bps (12 kbps)
11.200 bps (11.2 kbps)
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DETECCIÓN DE ACTIVIDAD DE VOZ
(VAD)
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Detección de Actividad de Voz - VAD
Una llamada telefónica incluye un 35% de silencio. En las
Comunicaciones Unificadas de CISCO, por defecto, el silencio se
paquetiza y se transmite, consumiendo el mismo AB que la voz.
Cuando el AB es reducido, VAD puede activarse, con lo que el flujo
de voz se para cuando hay silencios.
VAD añade la función de Comfort Noise Generation (CNG), que
llena el silencio con ruido blanco.
La eficacia VAD depende de factores como:
el ruido de fondo o los diferentes patrones de habla.
music on hold y servicios de fax también.
VAD puede generar más problemas de los que puede llegar a
resolver, y es recomendable aumentar el ancho de banda
disponible que fiarse de esta función.
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FUNCIONES DE DSP ADICIONALES
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Funciones de DSP adicionales
Conferencia: Los DSP mezclan los diferentes canales de audio de
los participantes y envían la mezcla (menos su propio canal) a cada
participante.
Transcoding y Punto de Terminación de Medios (Media
Termination Points - MTP): Un “transcoder” cambia un canal de
voz de un códec a otro, como puede ser el caso de tránsito entre
redes WAN. Los MTP son los puntos donde terminan los flujos de
voz mientras se organizan servicios adicionales.
Cancelación de Eco: Los DSP facilitan la capacidad de
procesamiento necesaria para analizar el flujo de voz y eliminar los
patrones repetitivos indicativos de eco.
CCNA Voice
Protocolos de Señalización VoIP
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H.323
Protocolos de Señalización VoIP
Contenido
Introducción Media Gateway Control Protocol – MGCP
Session Initiation Protocol - SIP
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2 5
3
43
Skinny Client Control Protocol - SCCP 6
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Introducción
Los protocolos de señalización VoIP son responsables del
establecimiento, mantenimiento y terminación de la llamada.
Se utilizan varios protocolos:
Algunos están estandarizados, y otros no.
Cada protocolo tiene sus ventajas y sus desventajas.
Ejemplos: SCCP, H.323, MGCP y SIP.
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PROTOCOLOS DE SEÑALIZACIÓN
VOIP
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Protocolos de Señalización VoIP
La señalización genera y monitoriza la información de control entre
los dos extremos para:
El establecimiento de la conexión.
El mantenimiento y monitorización de la conexión.
La finalización de la conexión.
El protocolo de señalización transmite información de supervisión,
información y direccionamiento.
Tipos de protocolos de señalización:
Peer-to-peer: Los endpoints tienen la suficiente inteligencia para realizar la
señalización de control de llamada.
Cliente-Servidor: Los endpoints envían notificaciones de eventos a un punto
inteligente de control centralizado (el call agent, servidor de Unified
Communications Manager) y reciben instrucciones de cómo proceder.
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Comparativa
Estándard Compatibilidad
entre fabricantes Implementado en Gateways
Implementado en Teléfonos
IP CISCO
Modo de operación
H.323 Si – ITU Muy buena Si No Peer-to-
peer
MGCP Si – IETF Buena Si No Cliente/
Servidor
SIP Si – IETF Básica Si
Si, Cisco Unified IP Phones y
otros fabricantes
Peer-to-peer
SCCP No, propietario
de CISCO Solo CISCO Si, limitada
Si, solo en Cisco Unified
IP Phones
Cliente/
Servidor
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Ejemplo
VoIP
10.10.10.2 10.10.10.1
Gateway de
Voz 1
Gateway de
Voz 2
ITSP
VoIP Destination
SIP
192.168.10.1
VoIP
H.323 SCCP
(Skinny)
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H.323
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H.323
H.323 no es un protocolo en sí mismo, es una suite de protocolos
utilizados para tareas específicas.
Inicialmente era un protocolo de señalización multimedia, que
emulaba la función de telefonía básica en entornos IP.
G.711 G.729
H.261 H.263
RTP RTCP RAS T.120 H.245 H.255
(Q.931)
TCP UDP
IP
LAN
Información
de control Datos Vídeo Audio
Información
de control
Audio/Vídeo
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H.323
Versiones H.323: En la versión 1 no se garantizaba calidad del servicio (QoS) sobre redes LAN.
En la versión 2 se definió VoIP como un tipo de dato multimedia aparte.
En la versión 3 se agregó el servicio de fax sobre IP, etc.
Características: El tráfico se realiza mediante UDP/IP.
La codificación de audio usa los códecs G.711, G.722, G.728 y G.729.
La codificación de VoIP usa el códec G.723.
La señalización se envía por TCP/UDP/IP mediante mensajes H.225, éstos permiten
establecer la conexión y desconexión.
Para la señalización en redes RDSI y para la llamada en la red IP desde el gateway
hacia la terminal se utiliza Q.931.
La comunicación entre terminal y el gatekeeper, el registro, control de admisión,
control de AB, control de estado y desconexión, usa RAS (Registration Admission and
Status) a través de mensajes H.225.
La información de control de flujo, gestión de canales lógicos, etc. entre terminales o
entre terminal y gatekeeper, usa H.245.
La autenticación, privacidad y demás servicios de seguridad usan H.235 y éste trabaja
con H.245 como capa de transporte.
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MEDIA GATEWAY CONTROL
PROTOCOL (MGCP)
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Media Gateway Control Protocol - MGCP
MGCP es un protocolo cliente-servidor para los gateway PSTN y
algunos clientes.
Es fácil de configurar y permite al call agent controlar el gateway
MGCP, eliminando la necesidad de gateways con demasiada
inteligencia y configuraciones complejas.
Funcionamiento:
El Gateway comunica eventos, y el call agent le indica lo que tiene que hacer.
El Gateway no tiene plan de marcación local porque las decisiones de
enrutamiento de llamada las realiza el call agent y se las comunica al gateway
MGCP.
MGCP no es tan usado como SIP o H.323, y no está soportado por
el Unified Communications Manager Express ni por el Smart
Business Communication System.
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SESSION INITIATION PROTOCOL
(SIP)
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Session Initiation Protocol - SIP
SIP es un protocolo propuesto por la IETF, que funciona con IPv4 y
IPv6, que no trabaja de manera única sino que, lo hace en conjunto
con otros protocolos para crear una arquitectura multimedia más
completa.
Estos otros protocolos son:
RTP (Real-time Transport Protocol) para el envío de datos y revisar la calidad
del servicio.
RTSP (Real Time Streaming Protocol) para controlar el envío de datos
multimedia.
MEGACO (Media Gateway Control) para controlar las conmutaciones con la
PSTN.
SDP (Session Description Protocol) para la descripción de las diferentes
sesiones.
SIP puede viajar sobre cualquier protocolo de transporte.
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Session Initiation Protocol - SIP
SIP es un protocolo de capa de aplicación para crear, modificar y
terminar sesiones con uno o más participantes.
Las sesiones incluyen:
Llamadas telefónicas.
Transferencias de datos multimedia.
Conferencias en tiempo real.
Las invitaciones SIP para crear sesiones, incluyen la descripción de
la sesión lo que permite compatibilidad.
SIP utiliza servidores proxy para ayudar a enrutar las peticiones a
los usuarios de una zona, autentificar y autorizar e implementar
políticas para el enrutamiento de llamadas.
Los usuarios son user agent y se pueden desplazar a través de la
red y mandar diversos tipos de datos (voz, texto, video) usando un
identificador que puede ser permanente sin importar la red en la
que se encuentre.
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Session Initiation Protocol - SIP
Funciones principales:
Determinar los tipos de hosts que pretenden establecer una comunicación.
Determinar la disponibilidad destino de la llamada para conectarse.
Determinar el tipo de datos y los parámetros de la comunicación.
Establecer los parámetros de la sesión en el origen y destino de la llamada.
Administrar la sesión, inicialización, transferencia, modificación y terminación de
sesiones .
Creación de troncales SIP hacia proveedores de servicios de
telefonía IP, para sustituir las conexiones TDM hacia la PSTN.
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SKINNY CLIENT CONTROL
PROTOCOL (SCCP)
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Skinny Client Control Protocol - SCCP
Protocolo cliente-servidor propietario de Cisco que se usa entre
Cisco Communications Manager (CM) y Teléfonos Cisco (y
algunos gateway).
SCCP utiliza conexiones TCP al CM para establecer, mantener y
terminar llamadas de voz y de video.
Envía mensajes como respuesta a eventos (descolgar el teléfono,
marcar un número, etc.).
SCCP es el protocolo de señalización por defecto en todos los
teléfonos Cisco, a pesar de que muchos soportan SIP; sin
embargo SIP no soporta todas las funciones disponibles en
teléfonos SCCP.
Todos los call agent de Cisco Unified Communications, y algunos
gateway, soportan SCCP.
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Fin
60
Preguntas
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Fin
61
Preguntas