Tema 5: La telefona IPIntroduccinLa situacin tecnolgica hace que la evolucin de conmutadores de circuitos sea inviable. Por tanto, se plantean otros problemas: Conmutacin de paquetes (IP, ATM, MPLS). Separacin de las funciones de transporte, llamada y servicio: los servicios se separan del transporte para permitir su evolucin por separado. Interfaces abiertas entre el transporte, el control y las aplicaciones: debe permitirse la integracin de nuevos servicios. Capacidad de interconexin con las redes tradicionales.Sigtran: Interfuncionamiento con Q.931/CSS7Se busca el uso de una red IP, ya que es igual de fiable y se aade el encaminamiento dinmico, siendo ms barata, flexible y fcil de configurar. La sealizacin tambin se beneficia de este cambio.RFC 2719: Framework Architecture for Signaling TransportSIGTRAN ofrece transporte transparente de protocolos de sealizacin en la red IP basados en mensajes Q.931, MTP3 y partes de usuario de SS7 y en cualquier punto (RDSI, RTC, PLMN (Public Land Mobile Network). Soporta primitivas normalizadas en la interfaz con la aplicacin de sealizacin de SCN (Red de Conmutacin de Circuitos) que est siendo transportada.Complementa el protocolo de transporte IP con funciones diseadas para satisfacer los requisitos de transporte de la sealizacin de SCN.Arquitectura de referenciaEs la que define los requisitos funcionales, las relaciones entre entidades fsicas y funcionales que intercambian informacin de sealizacin, interfaces donde se puede usar SIGTRAN, el comportamiento de los protocolos de sealizacin SCN, el mtodo de encapsulado, los protocolos extremo a extremo y los escenarios de sealizacin donde usar SIGTRAN.Arquitectura de red integrada (INA)Diferentes puntos de acceso: MG o Media Gateway (pasarela de medios): termina los flujos de voz de la SCN. Convierte en paquetes el flujo procedente de la SCN y entrega el trfico a la red IP para transportarlo a su destino y viceversa. SG o Signaling Gateway (pasarela de sealizacin): recibe y enva sealizacin de la SCN en la frontera de IP, retransmitiendo, traduciendo o terminando la sealizacin de la SCN. AG o Access Gateway (pasarela de acceso): permite el acceso a la red integrada. Soporta funciones tanto de MG como de SG (AG = MG + SG).Elementos de red: MGC o Media Gateway Controller (controlador de pasarela de medios): maneja el registro y la gestin de los recursos de la MG, y los autoriza dinmicamente. AS o Application Server (terminacin de SCN): posible punto de origen o terminacin para aplicaciones del SCN, controla el acceso desde la red IP hacia la SCN y viceversa. IP SCP o IP Service Control Point (punto de control del servicio IP): aunque pertenece a la red IP, es direccionable desde la SCN. Entidades fsicas: pueden estar agrupadas en algn caso. Ej: MGU MG Unit, MGCU MGC Unit y SGU SG Unit. Telfono IP: terminal incluido en la red IP.Es frecuente encontrar algunos elementos de la red SS7 como SEP y STP.Alcance de SIGTRAN: La funcin de SIGTRAN es transportar sealizacin de manera transparente. Por tanto, quedan fuera de su mbito la definicin de protocolos de la SCN, el interfuncionamiento de sealizacin, la especificacin de funciones que ienen lugar en las pasarelas (determinacin de la IP destino, por ejemplo) y la intermediacin en la pasarela de sealizacin.Arquitectura de protocolos:SIGTRAN tiene una arquitectura basada en protocolos, la cual se asienta en tres componentes: UA o User Adaption (subcapa de adaptacin): distinta en cada protocolo de sealizacin SCN, soporta sus primitivas especficas. Protocolo de transporte de sealizacin comn SCTP: conjunto de funciones de transporte fiable para el transporte de sealizacin. Protocolo IP (IPv4/IPv6): como red de transporte.SCTP: Stream Control Transport PorotocolProtocolo de transporte fiable de propsito general. Se encuentra optimizado para el transporte de informacin sensible al retraso, y se usa en el transporte de sealizacin. Sustituye a MTP2 y MTP3 en redes SIP.Aunque en una red sin prdidas TCP y SCTP tendran un rendimiento equivalente, TCP es sensible a los retardos originados por errores en la red, retiene todos los datos hasta que se recupera todo y tiene temporizadores de excesiva duracin.SCTP, por su parte, tiene las siguientes caractersticas:1. Es punto a punto.2. Temporizadores ms cortos que los de TCP.3. Usa un transporte fiable de datos de usuario.4. Velocidad adaptativa a la congestin.5. Soporta multiubicacin (cada extremo SCTP puede tener varias direcciones IP accesibles de manera independiente).6. Tiene procedimientos de inicializacin basados en cookies.7. Orientado a flujo de mensajes (no de octetos), definiendo tramas estructuradas de datos.8. Soporta bundling o empaquetado, que hace posible que un solo mensaje SCTP pueda contener mltipes pedazos, que a su vez pueden albergar un mensaje de sealizacin.9. Permite fragmentacin.10. Soporta mltiples flujos simultneos, donde cada flujo se entrega en secuencia independientemente.Separacin de flujosSCTP utiliza flujos independientes para minimizar el impacto en el rendimiento ocasionado por la prdida de paquetes. En TCP, se mantendra un nico flujo para toda la sealizacin.En SCTP, cada flujo se asigna a una aplicacin o recurso particular. Si hubiera un error o retraso en uno de ellos, no influira en los dems.Conceptos importantes de SCTP Terminacin de SCTP: es un emisor/receptor de paquetes SCTP. Se identifica por una o ms direcciones IP y un nico nmero de puerto. Asociacin: relacin entre dos terminaciones SCTP. Paquete: unidad enviada de emisor a receptor. Puede constar de varios pedazos. Pedazo: fragmento de daos que porta informacin de usuario o control SCTP. Flujos: canal lgico unidireccional y ordenado entre terminaciones de una asociacin.

Formato de un mensaje SCTP Cabecera: en ella se incluyen los puertos de origen y destino, una etiqueta de verificacin asignada en el establecimiento de la asociacin y un checksum. Distintos pedazos del mensaje (datos, control, etc): todos ellos se encabezan por un campo indicador del tipo de pedazo, una serie de banderas que dependen del tipo y la longitud del mismo. Si los pedazos son de tipo 0 (datos), veremos tambin un nmero de secuencia dentro de un flujo, un identificador de protocolo encapsulado y por supuesto, los datos de usuario.Control de congestinDebemos tener en cuenta los distintos parmetros: SACK o Asentimiento selectivo: describen el estado del receptor indicando nmero de secuencia asentido, pedazos duplicados o que faltan, rwnd, etc. Temporizador de retransmisin o RTO: se calcula dinmicamente, y si vence se retransmite. Ventana de congestin o cwnd: ajustada por el emisor. Si el nmero de octetos sin asentir alcanza este valor, se suspende el envo de datos nuevos. Ventana de recepcin anunciada por el receptor o rwnd: si el receptor indica que no tiene sitio, se suspende el envo de datos nuevos (aunque no se haya llegado al cwnd). Umbral de arranque lento o slow start threshold: para la asociacin. Marca el cambio de fase de arranque lento a fase de elusin de congestin.Existen tres fases:1. ARRANQUE LENTO O SLOW-START:Se usa al inicio de la conexin o tras una inactividad prolongada para maximizar rpidamente la tasa sin causar congestin. Va incrementando cwnd en MTU por cada SACK recibido hasta que se supera el umbral y se pasa a la siguiente fase.Al principio, el umbral de arranque lento es arbitrario y cwnd < 2MTU. Si cwnd > 0 puede enviarse lo que quede sin asentir. Si vence RTO, cwnd < MTU. Al llegar un SACK, puede aumentarse la ventana en cwnd < cwnd + min (octetos asentidos de MTU) en el caso de que se hubiera agotado.2. ELUSIN DE CONGESTIN:Incrementa cwnd en MTU cada RTT. Si se agotara cwnd, se aumentara tal que cwnd < cwnd + MTU cada RTT segundos. Si no se agotara, no se aumentara.3. CONTROL DE CONGESTIN:Se reduce cwnd a la mitad o a MTU. Hay dos posibles acciones:1. En caso de prdidas (4 SACK indicando un salto en TSN): se calcula el umbral como umbral = max(cwnd/2, 2MTU) y se asigna cwnd = umbral.2. En caso de expiracin de RTO (no se reciben SACKs): se calcula el umbral como umbral = max(cwnd/2, 2MTU) y cwnd = MTU.Establecimiento de asociacinEstablecimiento a cuatro bandas para evitar ataques DoS (denegacin del servicio) como en TCP. El estado de la asociacin lo mantiene el llamante o la red, pero nunca el receptor.En el mensaje INIT ACK se intercambia informacin (otras direcciones IP, nmeros de flujos, etiqueta de verificacin, tiempo de validez de la cookie y firma digital de la misma).Liberacin de asociacinLa liberacin se lleva a cabo con 3 mensajes para evitar sesiones pendientes de cierre (como en TCP).

Capas de adaptacin de usuarios (UA)Su misin es transportar las capas altas de los protocolos de sealizacin sobre un transporte fiable basado en IP, proporcionar la misma clase de servicio ofrecido en PSTN, ser transparente y eliminar las capas bajas de SS7.Actualmente hay 7 capas de adaptacin, pero se pueden aadir ms. Se denominan de acuerdo al servicio que sustituyen: IUA, M2UA, M2PA, M3UA, DUA. El protocolo de transporte no tiene por qu ser SCTP; tambin puede ser TCP. M2UA: ofrece los servicios de MTP2 en una situacin cliente servidor, como por ejemplo entre SG y AS. Su usuario es MTP3. M2PA: suministra los servicios de MTP2 en una situacin entre pares, como dos SGs. Su usuario es MTP3. M3UA: proporciona los servicios de MTP3 tanto en una situacin cliente servidor como en una situacin entre pares. Sus usuarios sern ISUP o SCCP, ya que sirve para el transporte de mensajes de la parte de usuario SS7 entre cualquier punto de sealizacin basado en IP. SUA: aporta los servicios de SCCP en una arquitectura entre pares, como SG e IPSCP. Definida para el transporte de mensajes de usuario TCAP, entre un SG de SS7 y un nodo de sealizacin IP o BBDD o entre dos puntos finales de la misma red IP. IUA: ofrece los servicios de la capa de enlace de RDSI (LAPD), y sirve por tanto para el transporte de Q.931 entre un SG RDSI y un MGC. Soporta acceso bsico y primario. Conceptos: Identificador de Interfaz: identifica la interfaz fsica a la que pertenecen los mensajes de sealizacin. AS: entidad lgica que termina Q.931. Para la pasarela es un conjunto de ASP. ASP: ejemplar de proceso de un AS. Puede ser principal o de respaldo y trabajar de dos formas: Dominante: un ASP activo y el resto de respaldo (en espera). Balanceado: varios ASP activos comparten la carga.Fundamentos de la transmisin en Redes de PaquetesCodecs y empaquetadoCmo afecta la digitalizacin de la voz a la calidad de la llamada?Transmisin de voz en redes de paquetes:Un transmisor codifica las muestras vocales y las empaqueta para transmitirlas sobre IP.Codificacin: No siempre estamos hablando, y por tanto no es necesario codificar todo el tiempo. Buscaremos un menor consumo sin que afecte a la calidad, y para ello se usan dos mtodos: Deteccin de la actividad vocal o VAD: Slo codifican las muestras de sonido que superen el umbral de VAD. Se suprimen los silencios, aunque puede recortarse informacin al principio y al final y provocar una respuesta lenta. Insercin de tramas de descripcin de silencios o SID.Generacin de ruido de confort CNG:El cerebro asocia el silencio absoluto a un corte en la llamada, y por tanto, es ms agradable que haya un cierto nivel de ruido blanco.Para ello, puede generarse en los extremos de tres maneras posibles: transportndolo con la misma fidelidad que el habla, generando ruido blanco en el destino o generando ruido blanco en el destino acorde a la potencia del origen.Proceso de codificacin: Rfaga: generacin peridica de tramas activas, que son las partes manejadas por el cdec. (nada que ver con las de nivel de enlace). Estas tramas tienen un tamao de entre 10 y 70 octetos, siendo transmitidas a una velocidad de 1 oct/ms. Silencios: hace referencia al ruido de fondo, que suele actualizarse cuando convenga. Se genera en tramas cortas de entre 1 y 2 octetos.

Empaquetado:Consiste en aadirle cabecera de transporte a los datos. Para ahorrar recursos se suele compartir un mismo paquete IP por varias tramas de cdec. La cabecera resultante es muy grande, pero su tamao se ve limitado por los retardos que aade cada trama y la temporizacin de la marca de tiempo.Cabecera de transporte: UDP: No hay retransmisiones y el nmero de puerto es identificacin de las aplicaciones en el sistema final. RTP (Real-Time Transport Protocol, RFC 3550): suele usar UDP, y por tanto no es fiable ni garantiza secuencia. Entre sus funciones destacan la deteccin de prdidas, identificacin de carga til y recuperacin de la temporizacin. RTCP (Real-Time Transport Control Protocol, RFC 3550): proporciona informacin del flujo de datos que viaja por RTP.RTP:Conceptos principales: Sesin: asociacin entre dos interlocutores RTP, los cuales se definen por la tupla (IP, puerto RTP y puerto RTCP). Sistema final: fuente o sumidero de flujo. Mezclador/traductor: equipo intermedio (puente de conferencia, traductor de cdec, etc). Fuente de sincronizacin o SSRC: fuente de un flujo RTP. Los paquetes con la misma SSRC llevan el mismo origen de secuencia y tiempos. No se ve afectada por los traductores. Fuente contribuyente o CSRC: fuentes que contribuyen a un flujo RTP a la salida del mezclador.Cabecera: Tipo de carga til o PT: ndice de una tabla que describe el formato de la carga til donde se indica el cdec, bits por muestra, frecuencia de muestreo y tasa de tramas. Nmero de secuencia: indica el nmero de paquete en la secuencia de paquetes, incrementndose en uno por cada paquete enviado. Marca de tiempo: informa sobre el instante de muestreo del primero octeto en la carga til para no alterar el ritmo del discurso. Evita la necesidad de una sincronizacin.El tamao de la cabecera es de unos 60 octetos, mayor que el propio mensaje. Por tanto, se envan ms datos por trama para mejorar la eficiencia y se comprime cuando se puede. En el empaquetado comparten cabeceras IP y se acumulan datos hasta el umbral del eco (20 ms), tal que:Retraso total = Rmuestreo + Rempaquetado + Rred + Rdescompresin < 20msAntes de enviar el primer paquete debe identificarse el destino, para lo que necesitamos el PT, el destino, el origen, el nmero de muestras por paquete, el puerto origen y el puerto destino.RTCP:Los codecs pueden configurarse de distinta forma. RTCP asegura que los usuarios puedan entenderse bien y se encarga de la informacin de control, realizando sus tareas en tres bloques distinguibles: Monitorizacin: aplicacin que recibe los paquetes RTCP de los interlocutores RTP. Informes: proporciona informacin a los receptores RTP contabilizando el nmero de paquetes perdidos y enviados, el nmero de octetos enviados y la fluctuacin del retardo. Identificador permanente de fuente RTP (CNAME): es un nombre asociado al emisor.Receptor tpico: Garantiza que el tiempo de reproduccin de las muestras sea fiel a las aportadas por el emisor. Para ello, posee un bfer con el que retarda todas las muestras por igual para que la diferencia del retardo en la red no se note entre cada paquete.

ietf/itu-t: MeGaCo/H.248MeGaCo sirve para conectar la pasarela de medios MG a su controlador MGC. Puede haber varios MGC en una misma red IP, de manera que si alguno satura puedan traspasarse MGs de unos a otros.As, la sealizacin se recibe en MGC a travs de SG, y este se comunica con MG a travs del protocolo H.248. As, evitamos implementar ISUP y Q.931 en todos los MGs y ahorramos dinero, que es de lo que se trata. Adems, tendremos una pasarela descompuesta, en lugar de una de una sola pieza, monoltica, como en SIP.No se considera un protocolo de sealizacin de voz, sino de control de dispositivos. Por tanto, no pertenece al plano de control ni de usuario.Arquitectura de MeGaCo:MGC se comunica con la sealizacin, tanto con SIP como con ISUP, para luego hablar con las MG con MeGaCo.Conceptos: Terminacin: es una entidad lgica que reside en una MG que acta como fuente o sumidero de flujos de medios. Se crean con el comando ADD y se destruyen con SUBTRACT. Hay dos tipos: Persistente: son lneas concretas que identifican a una llamada concreta. Las llamadas tangibles o fsicas. Efmeras: son conexiones establecidas en redes de paquetes, y son las que llevan los datos necesarios para establecer una llamada (puerto origen/destino, IP origen/destino y PT). Evento: accin detectable por la MG en la terminacin y que se informa al MGC, como colgar o descolgar. Seal: excitacin aplicable en la terminacin por la MG, como el tono de invitacin a marcar. Mapa de dgitos: situado en el MG, se encarga de que se realicen ciertas funciones sin cargar al MGC, como por ejemplo no encaminar una llamada hasta l si el nmero es invlido. Paquete: es una agrupacin normalizada de propiedades, eventos, seales, etc. asociadas a una terminacin (definiciones en las recomendaciones del H.248.6 H.248.45). Contexto: es una asociacin entre terminaciones cuyo objetivo es compartir medios. As, puede haber varias terminaciones en un mismo contexto capaces de intercambiar medios (si no lo comparten, no se puede). Un contexto nulo sera aquel al que se llevan las terminaciones permanentes que no se estn usando. Acciones: secuencia de rdenes que operan en un mismo contexto. Transaccin: secuencia de acciones. Los comandos se dirigen a las terminaciones asociadas a contextos, y cada uno tiene un identificador concreto ms uno o varios identificadores de terminacin en las que son aplicados. Se garantiza la secuencialidad de ejecucin de las transacciones, de modo que un error anula las rdenes siguientes. Sin embargo, no hay secuencialidad entre transacciones. Las transacciones pueden organizarse en mensajes para su envo.Modelos de comunicacin:La comunicacin de H.248 se basa en el intercambio de rdenes y respuestas. Estas rdenes son: Del controlador a la pasarela: ADD: Aade una terminacin a un contexto. Si no se especifica el contexto, se crea uno nuevo. Y si no se indica un identificador de terminacin, el MG crear una terminacin efmera en el contexto. Modify: cambia las propiedades de una terminacin en un contexto. Substract: elimina una terminacin de un contexto. Move: mueve una terminacin de un contexto a otro, lo que puede ser til para transferencia de llamadas o llamada en espera. De la pasarela al controlador: Notify: indica a la MGC la ocurrencia de un evento. Respuestas (REPLY): son asentimientos a las rdenes. Se enva uno por cada orden recibida.Descriptores:Serie de parmetros usados en rdenes y respuestas. Pueden a su vez contener ms parmetros (mdem, multiplex, etc.)Transporte de MeGaCo y arquitectura de protocolos:El protocolo de transporte del H.248 es abierto mientras sea fiable y el mensaje llegue a su destino. Por tanto, debajo de l podemos encontrar los protocolos: UDP: tiene entramado ALF y fiabilidad at most once. El emisor guarda el ID de transaccin durante un tiempo bastante largo hasta recibir una respuesta. Si hay una prdida se puede retransmitir sabiendo que la transaccin no se ejecutar ms de una vez. TCP: tiene entramado RFC1006, y define un formato de paquete sobre TCP. Se puede incorporar el at most once. SCTP: se usa con las ventajas que tiene sobre TCP. Siempre va bien.MeGaCo te aporta fiabilidad en su nivel. Como se usaba UDP en el transporte de voz, podemos usarlo tambin para la sealizacin y as ahorrarnos la implementacin de otro protocolo de transporte.Para negociar las capacidades se usa SDP, que va dentro de H.248.En MeGaCo existe un concepto adicional llamado softswitch en el que se le aaden ciertas caractersticas adicionales al MGC, como la tarificacin. Tambin se le aaden capacidades de pasarelas y red, lo que hace que se comporte como una central (switch) en la que la conmutacin es realizada por el software en lugar de por el hardware.SIPSIP es un protocolo de sealizacin establecido en la RFC3261 encargado de las sesiones y su establecimiento, liberacin y mantenimiento en las redes IP.Tiene un funcionamiento de tipo C/S, con transacciones, que se componen de una peticin por parte del cliente y una o varias respuestas del servidor, que pueden ser provisionales o definitivas.SIP es compatible con otros protocolos de sealizacin y es neutral frente a protocolos inferiores, siendo autodelimitado y sin fragmentacin.Estructura de los mensajes:Los mensajes SIP tienen una estructura genrica con una lnea de inicio, cabecera y un cuerpo opcional. Este cuerpo contiene informacin de niveles superiores, sobre todo de SDP.Los mensajes de peticin tienen una lnea de inicio con el nombre de la peticin, el URI y la versin de protocolo. Son los que veremos ms adelante.Los mensajes de respuesta tienen otra lnea de inicio con la versin de protocolo, el cdigo de estado y el motivo (este ltimo es opcional y no condiciona al comportamiento).Algunos campos de estos mensajes, que parecen un e-mail, son: Lnea de inicio: especifica el tipo de mensaje. VIA: identifica el equipo. Max-Forwards: establece un nmero mximo de saltos. Tiempo de vida del mensaje. To y From: direccione de origen y destino. Call-ID: identificador de la conexin. Cseq: nmero de secuencia del mensaje para deteccin de duplicados y ACKs. Se incrementa de mensaje en mensaje. Contact: direccin de acceso directo al terminal. Es el URI (direccin) llamante. Content type y length: descripcin y tamao del cuerpo del mensaje.

Respuestas: tienen cdigo de estado y un texto opcional 1xx informational: es provisional, e indica que la peticin ha sido recibida y se est procesando. 2xx success: la peticin es recibida, atendida y aceptada. 3xx redirection: se piden ms acciones para completar la peticin. 4xx request failure: indica que la peticin presenta un error sintctico o no se puede completar la peticin. 5xx server error: el servidor no ha podido completar la peticin. 6xx global failure: la peticin no se lleg a completar en ningn servidor por algn motivo.Arquitectura de protocolos:Se pueden usar varios protocolos de nivel de transporte. Sin embargo, si optramos por un protocolo no fiable (UDP) habra que implementar mecanismos de fiabilidad en una capa superior.Arquitectura del sistema funcional:Todos los dispositivos deben conectarse entre s por una red SIP obligatoriamente. Agente de usuario: son los terminales de la red IP SIP. Tienen tanto plano de usuario como de control y se encargan de establecer y liberar sesiones. Pasarelas: terminan e inician sealizacin de circuitos (distintas a las de SIGTRAN). Agentes adosados (back to back): es una pasarela de aplicacin que genera mensajes SIP. Traduce mensajes SIP-SIP para servicios especiales. Servidor de Intermediacin (Proxy): reenva y contesta mensajes. No procesa contenido, as que no posee plano U.Los dos elementos siguientes no se diferencian mucho. Tcnica y funcionalmente son parecidos, diferencindose ms bien segn el contexto. Servidor de Registro y Localizacin: contesta mensajes sin reenviar peticiones. Tambin traduce direcciones y localiza destinatarios. Servidor de Redireccin: permite al agente de usuario indicar una direccin de contacto que sustituye a la actual.Mtodos: INVITE: sirve para establecer sesiones. Es el IAM de SIP, e incluye los datos necesarios para la conexin: OPC, DPC, puerto origen, puerto destino y cdec. ACK: asentimiento de las respuestas definitivas al INVITE. Se asienten todas menos las 1xx. BYE: termina una sesin establecida. CANCEL: termina una peticin pendiente o una sesin no establecida. Ni BYE ni CANCEL incrementan el Cseq. MESSAGE: mensajera instantnea, haya o no dilogo en curso. INFO: se usa para transportar sealizacin de extremo a extremo sin modificar las caractersticas del medio. PRACK: para asentir las respuestas provisionales. UPDATE: para cambiar las caractersticas de una sesin cuando no es posible un re-Invite (sin que est aun establecida la llamada).SDPSDP es una sintaxis definida en RFC2327 basada en texto para dar informacin de la sesin a partir de la descripcin de los medios usados. Es independiente del transporte y es usado por los protocolos SIP y SAP. SDP habla de los medios de la sesin, no de sus contenidos, por lo que no se encargar de entregarlos a su destino sino de establecer su formato, medios y dems. Todos los parmetros que trata se incluyen en el perfil de sesin. En SIP, se usa para negociar capacidades con INVITE y OPTIONS.Sirve nicamente para conectar la pasarela de medios MG al controlador de la pasarela de medios MGC. Puede haber varios controladores en la misma IP. Cada uno controla unos MG concretos y si se satura puede enviar un mensaje para traspasar ese MG a otro MGC. Es un protocolo de control de dispositivos.