CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
FUNDAMENTACION TEORICA VoIP
Proveniente de Voice Over Internet Protocol significado “Voz sobre Protocolo de Internet”, tiene como principal función tomar las señales de audio analógicas y
transformarlas en datos digitales los cuales son transmitidos por medio de internet hacia una IP.
El concepto de VoIP, se basa en convertir la voz obtenida a paquetes de información y ser manejados y divulgados por una red IP, y tener la posibilidad de interconectar esta red de datos con la red de telefonía convencional o PSTN. La tecnología VoIP transporta la voz, previamente procesada, pasando por un proceso de encapsulamiento de paquetes para poder ser transportados sobre redes de datos sin tener el problema de contar con una infraestructura telefónica convencional. Desarrollándose así una única red homogénea en la que se envía todo tipo de información.
La utilización de una única red para la transmisión de voz y datos presenta gran cantidad de ventajas. Para los proveedores de servicio de telefonía y datos, por un lado, obtienen mayores beneficios ya que con una sola línea puede ofrecer
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más servicios. Y por otro lado hay un ahorro de gastos en lo que respecta a infraestructura y mantenimiento.
Una llamada telefónica necesita una red de centrales conectadas entre sí con cableado, fibra óptica, satélites de telecomunicación, etc. Donde se demanda de una gran Infraestructura; en cambio, una llamada telefónica sobre IP supone comprimir la voz y enviarla en paquetes de datos por un camino en la que pueden viajar diferentes llamadas y diferentes datos, sin necesidad de líneas dedicadas ni desaprovechamiento del ancho de banda.
Historia
La primera empresa que implementó la tecnología VoIP. Fue la empresa VocalTec que comprimió la voz y la transmitió por Internet; más adelante se consiguió incorporar con las redes PSTN (Public Switched Telephone Network) a pesar que al inicio se empezó con muchos fallos, caídas, los datos se transmitían de una manera lenta y sufrían desconexiones
En el año 1996, la empresa VocalTec anunció el protocolo H.323, en conjunto con otras organizaciones como Microsoft e Intel. Donde la voz llegaba de forma clara y sus transmisiones eran rápidas gracias a Ethernet.
Por el año 1998 fundaron WhichVoIP.com cuya función principal era la conexión de computadoras con teléfonos donde las llamadas eran por direccionamiento IP; fueron apareciendo PeopleCall, LlamadaIP donde se empezó con la revolución de esta tecnología.
En el año 2003 se perfeccionaron las llamadas por medio de Internet con el surgimiento de Skype; en el año 2010 la empresa Google lanza al mercado Google Voice con una ventaja que era la integración del correo electrónico Gmail donde actualmente permite llamadas a EEUU y Canadá; Y el más reciente Viber que desde su nacimiento en el año 2010 ya en los siguientes tres años alcanzaba más de 200 millones de usuarios.
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Funcionamiento
Los servicios de telefonía y los servicios de datos son sistemas completamente diferentes. Las redes telefónicas clásicas están basadas en técnicas de conmutación de circuitos, los cuales fueron desarrollados con el objetivo de permitir el tráfico de la voz: inicialmente un tráfico es representado por señales analógicas que será convertida en una señal digital donde tendrá un flujo constante de información.
Una fuerte tendencia se ha generado con las técnicas de transmisión de VoIP con respecto a la integración del tráfico de voz en las redes de datos. En un principio no se pensaba que ofrecerían la calidad suficiente y seguridad por parte de la Telefonía IP. En los últimos desarrollos han cambiado de una forma radical en esta área convirtiendo esta tecnología en un estándar de factor primordial en lo que respecta a las comunicaciones de datos, voz y otros tráficos de multimedia.
La tecnología Voz sobre Protocolo de Internet debe tratar el tráfico de voz en el mismo contexto que los datos, quienes a los fines de la seguridad comparten el mismo medio. La complejidad técnica es dependiente de la organización proveedora muchas organizaciones no reconocen que con el incremento de complejidad técnica se aumenta los riesgos en lo que respecta la seguridad y disponibilidad, por el cual se debe aplicar las respectivas medidas necesarias para el control y gestión de amenazas y de los ataques.
Las redes se tornaran cada vez más vulnerables a las amenazas comunes, por ejemplo: ataques de virus y de negación de servicios (DoS). Los puntos de red es un potencial punto de ataque. Los ataques DoS afectan los servicios basados en redes IP, su impacto varía desde degradación de un servicio hasta una pérdida de un servicio en su totalidad.
Un tipo de ataque que puede atacar de forma distribuida es denominada DDoS que consiste en inundar los paquetes dentro de la red atacando a varios puntos, se produce cuando las condiciones dentro de los dispositivos de la red interna
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fallen en sus envíos de paquetes, esto produce que se colapsen los servicios y recursos de ancho de banda de cada hosts de la red.
VoIP envía paquetes o segmentos de datos a través de una LAN & WAN, el modelo de VoIP ofrece a las empresas muchos beneficios atractivos siendo uno de los más seductores la reducción del costo general de la comunicación. Gracias a esto se pueden tener beneficios como ahorro en los gastos de llamadas de larga distancia y la introducción de nuevas funcionalidades que ofrece la Telefonía IP. El mundo empresarial es cada vez más global y las empresas necesitan mantenerse actualizadas y permanecer accesibles.
Componentes de una red de Telefonía IP
Una red Telefonía IP cuenta de los siguientes elementos para conformar su red: Teléfonos IP: Son teléfonos normales con el modelo tradicional de las redes telefónicas antiguas con la diferencia que llevan incorporado un conector RJ45 para de esta manera conectar a través de Ethernet
Los modelos de teléfonos más conocidos: SNOM 360
SIPURA 841
Adaptadores analógicos IP: Cuya función principal es usar los teléfonos analógicos y poder transformar su señal analógica en los protocolos de Voz sobre Internet. Por Ejemplo: LINKSYS PAP2
Softphones: Son software o aplicaciones instalados en los Smartphone que permiten realizar llamadas desde el ordenador hacia el teléfono y viceversa. Centrales IP: Son centrales de telefonía donde se tiene instalado el servidor que brinda el servicio de la tecnología Voz sobre IP y donde se crean las extensiones de cada usuario.
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GRÁFICO N° 1. Elementos de una red VoIP
Fuente: (irontec, 2015) Elaborado por: Irontec
Protocolos de Red
Un protocolo de red es un conjunto de políticas y juicios que se manejan para la comunicación entre ordenadores o dispositivos dentro de una red creando un sistema de interconexión para posteriormente intercambiar datos o información. El siguiente caso de estudio se basa en los diferentes protocolos clasificados o distribuidos por su tipo de funcionamiento dentro de un ambiente de Telefonía IP. Protocolos de señalización H.323 IAX2 SIP MGCP MEGACO / H.248 SCCP
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Protocolos de transporte, tiempo real y comunicación segura RTP TCP UDP STCP TLS Protocolos de encriptación/cifrado WEP WPA WPA2 Algoritmos de encriptación TKIP AES Protocolos de autenticación PAP EAP CHAP
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Protocolos de Señalización Señalización
Es el conjunto de información intercambiada o transferencia entre dos puntos permitiendo el control de todos los servicios de comunicación logrando tener una correcta gestión para el establecimiento y liberación de llamadas.
Características
La señalización a diferencia de un router no enruta las sesiones de tiempo real en una ambiente de VoIP.
Transfiere la información con una dirección IP destino para lograr que cada paquete IP que lleva el contenido multimedia tenga su propio direccionamiento IP final en el encabezado y así los router se encarguen de enrutarlo.
No funciona con las llamadas por redes conmutadas por circuitos.
Transfiere la información necesaria para unidades de control en una red conmutada enruten la llamada una vez cuando la conexión es creada. Datos
En el presente caso de estudio se estableció la clasificación entre los protocolos de señalización en:
Protocolos en VoIP
Protocolos de señalización con utilización de Gateway
Protocolo H323
Es un protocolo relativamente viejo desarrollado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), este tipo de protocolo es parecido a los protocolos HTTP/SMTP.
El protocolo H323 es el conjunto de protocolos que soportan datos, voz y video en las redes LAN y WAN.
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Conjunto de Protocolos de H.323:
H.225: Administra el inicio y fin de las llamadas
H.235: El protocolo se encarga de las funciones de seguridad
H.245: Transporta información, la cual tiene que ver con el manejo de canales lógicos y control de flujo
H.261: Su función es codificar el video.
Los protocolos de transporte TCP y UDP son esenciales para este tipo de redes ya que transporta el tráfico de señalización de voz sobre TCP este llega a su destino y para el tráfico de audio se utiliza UDP
Protocolo SIP
En la capa número siete del modelo OSI denominada Capa de Aplicación cuya función principal es el inicio, gestión y finalización entre dos o más aplicaciones se encuentra el protocolo de señalización denominado SIP (Session Initation Protocol) o también conocido como Protocolo de Iniciación de Sesión este protocolo tiene como función principal el control de las sesiones de comunicación multimedia entre dos o más usuarios.
Este protocolo se encarga solo de la señalización más no del transporte de la señal de voz; la arquitectura SIP usa el clásico modelo cliente-servidor donde el cliente envía información a un servidor; el servidor procede la solicitud y envía una respuesta al cliente.
Los principales entes de SIP son los Agentes Usuarios como clientes funcionan iniciando un requerimiento y como servidores responden a los requerimientos. Agentes de usuario
Su función es iniciar y finalizar las solicitudes de llamadas por medio de los agentes.
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CUADRO N° 2. Principales entes de SIP
Agente de Usuario Servidor Agente de Usuario Cliente
Este agente es el que recibe y acepta las solicitudes normalmente establecidas para así enviarle su respectiva respuesta.
El agente Usuario cliente es el que genera las peticiones SIP.
Fuente: Datos de la investigación
Elaborado por: Christopher Castro / Gianella Eras
Servidor Proxy
Se desempeña como cliente o servidor en el establecimiento de llamadas; su forma de trabajar es recibiendo las solicitudes de cada cliente y así realizar el enrutamiento dirigido a otros servidores.
Servidor de Localización
Proporciona la ubicación del usuario en la red para que así el usuario A pueda comunicarse con el usuario B.
Servidor de Redirección
Recibe las solicitudes SIP del cliente proveniente de una o varias direcciones. Servidor de Registro
Acepta las peticiones de registro de los agentes de UAC y actualiza la información de base de datos de localización.
Los métodos para peticiones SIP por parte de los clientes o usuarios son: CUADRO N° 3. Peticiones SIP
INVITE Se utiliza para el establecimiento de las sesiones entre agentes usuarios y servidor-cliente.
ACK Respuesta a una petición SIP que se envió anteriormente; respondiendo al origen con el objetivo de confirmar la recepción del mensaje.
BYE Indica una terminación de una sesión establecida y esta es emitida por el que genera la llamada o también la puede hacer el que la recibió.
CANCEL Es donde realizan el abandono de la llamada en proceso por parte de los agentes de usuarios y los servidores.
REGISTER Usada por parte de los agentes de usuario con el fin de registrarse con una dirección del contacto actual en los servidores SIP.
OPTIONS Su función principal es realizar un escaneo de las capacidades y estados de los usuarios.
Fuente: Datos de la investigación
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Funcionamiento del protocolo SIP
El registro de los usuarios, es el comienzo del proceso de una llamada con el protocolo SIP, luego se realiza el establecimiento de inicio de sesión, donde es enviado un INVITE desde el usuario A hasta el usuario B, la sesión se establece gracias al Servidor SIP entre los 2 puntos. En este momento interviene el protocolo de transporte en tiempo real RTP entra en función cuando la sesión sea establecida ya que este protocolo se encarga del transporte de voz.
Ya en el momento de finalizar la llamada envía, ya sea el usuario A o el usuario B, un BYE donde el servidor re direccionara al otro extremo para poder así finalizar la llamada o sesión. Como veremos en el Gráfico N° 2
GRÁFICO N° 2. Funcionamiento del Protocolo SIP
Fuente: (MOLINA, Octubre, 2014)
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Protocolo IAX2 – Inter Asterisk eXchange Protocol
Es un protocolo de código abierto utilizado por asterisk usado para el manejo de conexiones entre servidores y clientes que utilizan el protocolo IAX2.
Se caracteriza por:
Manejar una gran cantidad de códec y streams
Ser Utilizado para transportar cualquier tipo de datos entre ellos video conferencias y presentaciones remotas.
Ser diseñado para dar prioridad a los paquetes de voz.
Este protocolo sirve para conexiones entre usuarios y servidores que soportan el protocolo. La disminución del ancho de banda es su principal objetivo para el envío de transmisión de voz y video a través de la red IP. Una de las ventajas que tiene SIP es que usan un menor ancho de banda ya que es un protocolo binario y no un protocolo de texto.
El protocolo IAX2 usa el puerto 4569 por medio de UDP para así evitar problemas de NAT, en este caso la señalización y datos viajan de manera conjunta de esta manera hay menos problema de NAT, permitiendo el paso de los routers y firewalls de una forma fácil y sencilla.
Funcionamiento de IAX2 Se compone de 3 fases: Primera fase:
Establecimiento del terminal A inicia el proceso enviado en un mensaje NEW, al otro extremo del terminal B y este responda con un ACCEPT; después el terminal A enviara un ACK y el otro extremo B emite un señal RINGING, de confirmación el mensaje A responde con otro ACK y el terminal B termina aceptando la llamada con un ANSWER y el terminal A envía un ACK.
Segunda fase:
Es donde se inicia un flujo de datos en los dos sentidos o terminales con la información de los archivos de voz enviando dos tramas, la trama M contendrá la cabecera de 4 bytes y la trama F contendrá la información de sincronización.
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Tercera fase:
Es la fase de desconexión del terminal A donde se enviará un mensaje HANGUP y el otro extremo responderá con un ACK.
Peticiones IAX2:
CUADRO N° 4. Peticiones IAX2 NEW Mensaje de inicio a una nueva sesión
ACCEPT
Respuesta al mensaje inicial de inicio de nueva sesión siempre se enviará al origen.
RINGING Es usada por usuarios para enviar un timbrado de la llamada.
ANSWER Para aceptar las llamadas
HANGUP Para indicar la finalización de llamada y cierre de sesión.
Fuente: Datos de la investigación
Elaborado por: Christopher Castro / Gianella Eras
GRÁFICO N° 3. Funcionamiento de una llamada con IAX2
FUENTE: (webcache, 2017) Elaborado por: webcache
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Diferencias entre SIP & H.323
H.323 es un estándar del Sector de Estandarización de Telecomunicación (ITU-T), mientras que el protocolo SIP es el más reciente propuesto por el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF).
H.323 abarca en varios servicios como por ejemplo los controles de conferencias, calidad de servicio (QoS), Señalización, Identificación y transferencia de llamadas. SIP modula y cubre la señalización básica al localizar a los usuarios y su registro.
H.323 hace una definición de canales lógicos produciendo una saturación de tráfico cuando haya una excesiva cantidad de usuarios para así no tener el problema de no separar la tasa de bits que se requiere para la comunicación; SIP basta solo con enviar los detalles de códecs que soporta.
Para tener un establecimiento de una llamada, SIP lo realiza de forma rápida a comparación de H.323
H.323 utiliza el protocolo TCP. SIP utiliza el protocolo UDP lo que ocasiona que las llamadas sean atendidas de una forma rápida pero no segura.
Diferencias de IAX2 y SIP
SIP maneja mensajes de texto y en cambio IAX2 maneja un ancho de banda menor por la causa que sus mensajes son codificados de forma binaria.
Al momento de pasar por los routers y firewalls hay problemas de NAT en el flujo de audio, el protocolo SIP hace que su señalización y sus datos viajen de forma separada; en cambio IAX2 sus datos y su señalización viajan en forma simultánea
SIP utiliza un puerto que cuyo número es 5060, para señalización y 2 puertos RTP para cada conexión de audio, IAX2 usa el mecanismo trunking o también conocido como multiplicación, su funcionamiento consiste en enviar información de señalización y sus datos son usados en un solo puerto que es el número 4569.
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CUADRO N° 5. Cuadro comparativo SIP, IAX2, H.323
Fuente: (i.ytimg.com, s.f.) Elaborado por: Autores
Protocolos de señalización con utilización de Gateway MGCP - Media Gateway Control Protocol
Es un protocolo de señalización con modo de operación cliente-servidor para los gateway PSTN y clientes, permitiendo definir la comunicación entre los elementos de control de llamadas (agentes de llamada o medio gateway (mg)) y la puerta de enlace de telefonía. El modo de funcionamiento de este protocolo es que tiene un coordinador central o agente de llamada que supervisa los eventos en teléfonos IP / puertas de enlace y les ordena lo que deben hacer, logrando como consiguiente que la inteligencia del control de llamadas o agente de llamada se encuentre fuera del gateway de telefonía, como adicional a esto los elementos de control de llamadas se sincroniza entre sí para enviar
Protocolo Capacidad Seguridad Calidad Aplicación
SIP Posee una capacidad de soporte de diversos servicios abarcando un gran campo en lo que se refiere a telefonía juegos e inicio de sesiones. Garantiza un control frente a la seguridad y restricción de servicios por medio de la utilización y verificación de servicios proxy para comunicación entre sistemas. Garantiza una comunicación sin costo mediante un acceso a una red de internet, garantiza un control de sistemas. El protocolo SIP maneja aplicación en servicios de multimedia y telefónicos y de acceso público. IAX2 Puede manejar diversidad de canales con un solo enlace. El manejar una comunicación entre terminales hace que sea prácticamente invisible para los cortafuegos.
Ofrece una mayor calidad de servicios de voz al darle prioridad a los mensajes de voz que se dirigen por redes IP.
Es de aplicación en redes internas o privadas H.323 Es ampliamente capaz de ofrecer servicios de voz y video multipunto. El manejo de diversos protocolos le asegura una seguridad por protocolo. Es un protocolo no muy fiable no se asegura el envió ni recepción de mensajes. Fue diseñado para ser aplicado entre redes de comunicación como IP.
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decisiones de enrutamiento de llamadas al gateway de telefonía. Cisco y Telcordia propusieron la arquitectura MGCP. (ibitec, 2013, pág. 53)
Megacco / H.248 (IETF/UIT-T)
Es un protocolo de señalización que permite la conmutación de llamadas de voz, fax y multimedia entre la red PSTN y las redes IP, siendo el resultado del esfuerzo conjunto entre IETF y el UIT-T, con el mismo objetivo del MCPG pero que además proporciona respuesta a las necesidades técnicas como por ejemplo la adecuación a controladores distribuidos de gateways y a las funciones de conferencia multimedia al adaptarse a controladores multipunto (conferencia) o a unidades interactivas de respuesta audible, aceptando una gama más amplia de redes, como ATM. Este protocolo se utiliza entre los elementos de una arquitectura distribuida que incluye media Gateway y controladores de media Gateway (también conocidos como softswitches, gatekeeper o call server), siendo considerado un protocolo complementario a H.323 y SIP, ya que un Media Gateway Controller (MGC), controlará varios Media Gateways utilizando H.248,