Implementación de servicios de multimedia en la red LAN de la biblioteca pública “José Martí” de Santa Clara

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(1)FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA. TRABAJO DE DIPLOMA Título: Implementación de servicios de multimedia en la red LAN de la biblioteca pública “José Martí” de Santa Clara.. Clasificación del Proyecto: De servicio científico tecnológico. Autor: Maykel Aguiar Figueroa Tutor: Msc. Darien Morales Arbolaez. Santa Clara, V.C. Cuba Curso 2009-2010 “Año 52 de la Revolución”.

(2) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. ______________ Firma del Autor. Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. ____________. ___________________________. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. _________________________ Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(3) AGRADECIMIENTOS. A mis padres, por su amor, confianza y apoyo. Su constancia y dedicación me han convertido en la persona que soy hoy. A mi familia por haber estado a mi lado en todos estos años de educación y sacrificio.. A mi tutor Darien Morales Arbolaez por su apoyo durante la realización de esta tesis. A mis amigos, compañeros de aula y trabajo por compartir conmigo los buenos y malos momentos.. A mis profesores por enseñarme durante todos estos años. A los que contribuyeron de una forma u otra en mi formación personal y profesional..

(4) RESUMEN. RESUMEN El presente trabajo aborda una modificación al diseño de la red de computadoras de una institución, en aras de mejorar el desempeño de las aplicaciones de multimedia. Se hace una valoración de las estrategias relacionadas con la calidad de servicio a utilizar y se proponen soluciones que tienen que ver con la configuración de los dispositivos de interconexión en la red y las estaciones de trabajo. Las propuestas se validan a través de la simulación utilizando el Opnet 14.0 y se analizan los resultados de cada una de las simulaciones en un entorno lo más real posible. Se describe en la investigación la configuración de los servicios de multimedia a utilizar en la institución, específicamente una variante de servicio de voz sobre IP y una variante de transmisión de video bajo demanda a través de la red utilizando un servidor WEB..

(5) INDICE. 1. AGRADECIMIENTOS ................................................................................................... ii INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………...1 Estructuración del Contenido del Trabajo: ......................................................................3 CAPÍTULO 1.. TRANSMISIÓN DE MULTIMEDIA EN REDES LAN................4. 1.1. Características de la señal a transmitir..................................................................4 1.1.1 Compresión...................................................................................................5 1.1.2 Compresión de Audio ...................................................................................5 1.1.3 Compresión de video ....................................................................................6 1.2. Multimedia en redes IP .........................................................................................7 1.2.1 Protocolos utilizados para la transmisión de multimedia .............................9 1.2.2 Tecnologías para redes LAN .....................................................................12 1.3. La voz sobre IP (VOIP) ......................................................................................15 1.3.1 Calidad de servicio (QoS), en VOIP...........................................................18 1.4. Video sobre IP ....................................................................................................24 CAPÍTULO 2.. ANÁLISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES ............................28. 2.1. Análisis del diseño actual de la biblioteca ..........................................................28. 2.2. Características de los dispositivos de interconexión...........................................28. 2.3. Calidad de servicio al nivel 2, norma 802.11q ...................................................30. 2.4. Análisis por simulación del diseño .....................................................................34. 2.5. Comparación entre las simulaciones...................................................................36. CAPÍTULO 3.. IMPLEMENTACION y EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS .......................................................................................................42. 3.1. Propuesta de configuración para la TX de video................................................42. 3.2. Propuesta de configuración para la VoIP ...........................................................45. 3.3. Configuración de la calidad de servicio en las estaciones. .................................48 3.3.1. Configuración de los dispositivos de interconexión. ..................... 52.

(6) INDICE 3.3.2. 2 Configuración de las estaciones de trabajo, PC............................. 52. Conclusiones................................................................................................................56 RECOMENDACIONES.................................................................................................57 ANEXO I Planos Arquitectónicos y Distribución de Elementos de la RED..................58 Referencias 60.

(7) Introducción. 1. INTRODUCCIÓN Los diseños. en el campo de las redes de área local. son cada vez más. populares y la evolución de estas redes ha sido hacia las redes inalámbricas. El diseño típico de estas redes ha incluido su cableado, configuración de sus equipos, etc., pero poco se ha visto en relación a los servicios de multimedia que pueden implementarse una vez diseñadas y montadas las redes LAN. Los servicios de multimedia son cada vez más importantes para las redes de área local si tenemos en cuenta. que llegan a sustituir servicios convencionales. como los de telefonía convencional, ejemplo los servicios de voz sobre IP y se crean otros que mejoran la utilización de la red, ejemplo los servicios de teleconferencia. Analizar durante el diseño de una red estas prestaciones y prepararla para que la implementación sea exitosa constituye todo un reto para los profesionales dedicados al montaje y configuración de las mismas. En Copextel una compañía que se dedica al montaje de este tipo de redes existe la necesidad de alcanzar dentro de los proveedores de este servicio la delantera, obteniendo así mejores resultados en el cumplimiento de los planes previstos, es así que se trabaja en busca de una mejor oferta para los clientes en función de sus necesidades tratando de que pueda ser utilizada con toda la variedad de equipamientos comercializados por la misma. Se insertan entonces servicios de multimedia con el objetivo de que las instituciones presten un mayor interés y preferencia por Copextel. además que los. presupuestos de las mismas destinados a otros servicios convencionales como los de telefonía y transportación sean dedicados al aprovechamiento total de este tipo de redes y así a la institución que brinda el servicio. Sobre la implementación de los servicios de multimedia en las redes IP y en particular en las redes de área local existen gran cantidad de trabajos escritos. Por citar algunos de los más cercanos, se han realizado tesis en la facultad relacionadas con la transmisión de video sobre la red de la universidad y sobre la creación de una TV educativa (Méndez., 2009). Existen artículos que describen los detalles técnicos de la transmisión de audio y video en redes IP (Huidobro, 2010) pero el punto de viste de este trabajo es incluir en la etapa de diseño la instalación de estos servicios de manera que formen parte del producto final a ofertar al usuario..

(8) Introducción. 2. En biblioteca Martí se necesita una serie de servicios tales como voz-IP, video y audio conferencia con el objetivo de satisfacer la calidad de algunos eventos así como un mejor aprovechamiento de la red y de las exposiciones entre diferentes grupos, siendo algunas. realizadas simultáneamente en salas. diferentes, resulta de gran interés para esta institución la necesidad de comunicación entre los diferentes locales de forma visual o telefónica, la necesidad de un futuro desempeño de estas aplicaciones para ser extendidas entre las demás instituciones de cultura y de otras bibliotecas del país, además la posibilidad de brindar estos servicios en los salones de la misma para ser brindados a eventos de otras ramas del sector cultural, incluyendo las actividades normalmente realizadas (uso de Internet e Intranet en su busca de información, acceso a base de datos, copia de volúmenes de información por la red). Es debido a lo anterior que se plantea el siguiente problema científico: - ¿Cómo incluir dentro del diseño de las redes de área local, los servicios de multimedia? - ¿Qué hacer para que la infraestructura de la biblioteca Martí permita soportar servicios de multimedia? - ¿Como configurar los software recomendados para dejar listos estos servicios en dicha institución? Para dar respuesta al problema científico planteado, se propone como objetivo general: •. Reajustar el diseño de la red LAN de la biblioteca Martí, para la inserción de los servicios de multimedia.. Y los siguientes objetivos específicos: •. Investigar las diferentes variantes para la implementación de los servicios de multimedia en redes de área local LAN.. •. Investigar el diseño de red actualmente en uso de la institución.. •. Analizar los software a utilizar. •. Implementación de los servicios a través de los software analizados. •. Proponer la configuración de los dispositivos para un uso eficiente del ancho de banda..

(9) Introducción. 3. Estructuración del Contenido del Trabajo:. CAPITULO I: Transmisión de multimedia en redes LAN. Este capítulo pretende describir las principales tecnologías para la transmisión de multimedia en redes de área local. Los requerimientos de este tipo de información y las consideraciones que garantizarían un grado de calidad de servicio.. CAPITULO II: Análisis del diseño y Aplicaciones. Este capítulo realiza un análisis del diseño a modificar en la biblioteca de acuerdo a los objetivos trazados en este trabajo. Se analiza el diseño a través de la simulación y se analizan los dispositivos que hay en explotación. Se hace una valoración del software a utilizar para garantizar los servicios de multimedia en esa red de área local.. CAPITULO III: Implementación y Evaluación de los Resultados En este capítulo se realiza la evaluación de los resultados a partir de la implementación de los servicios de multimedia a través del software correspondiente, explicándose su instalación y configuración. Además se hace un análisis sobre la implementación de las técnicas de calidad de servicio en las estaciones y los dispositivos de interconexión. Se proponer entonces para el uso de estas técnicas, la configuración más adecuada de los dispositivos, en la obtención de un eficiente del ancho de banda y un mayor grado en la de calidad de servicio..

(10) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 4. CAPÍTULO 1. TRANSMISIÓN DE MULTIMEDIA EN REDES LAN Este capítulo pretende describir las principales tecnologías para la transmisión de multimedia en redes de área local. Los requerimientos de este tipo de información y las consideraciones que garantizarían un grado de calidad de servicio.. 1.1. Características de la señal a transmitir El diseño de la red que se pretende modificar tiene que ser capaz de soportar la transmisión de multimedia. En informática, la Multimedia, es la forma de presentar información que emplea una combinación de texto, sonido, imágenes, animación y video. Señal de Audio: Una señal de audio es una señal electrónica representada eléctricamente exacta de una señal sonora; normalmente está acotada al rango de frecuencias audibles por los seres humanos que está entre los 20 y los 20 000 Hz, aproximadamente (el equivalente, casi exacto a 10 octavas). Dado que el sonido es una onda de presión se requiere un transductor de presión (un micrófono) que convierte las ondas de presión de aire (ondas sonoras) en señales eléctricas (señales analógicas). Señal de Video: Para comprender los procesos de compresión debemos conocer un poco los sistemas de codificación de la señal de video: El R.G.B. Las siglas RGB provienen del inglés, Red (rojo), Green (verde) y Blue (azul). Se fundamenta en el principio de la síntesis aditiva del color, por la que con las diferentes combinaciones de estos tres elementos se pueden conseguir todos los demás colores y matices del espectro visible. A cada uno de estos tres canales se le asigna una profundidad de color de 8bits es decir 256 niveles a cada canal. Es un formato sin compresión con un flujo muy alto por lo que no se usa en video digital. El YUV es la simplificación de la señal estándar en la transmisión de video, que intentaba asegurar que los televisores en blanco y negro no tuvieran problemas.

(11) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 5. en las emisiones a color, ni los televisores en color con las de blanco y negro y que a su vez estuviera en un canal.. 1.1.1 Compresión Gracias a la eliminación de redundancias, así como a técnicas de enmascaramiento, los flujos de datos digitales pueden ser enviados con mucho menos ancho de banda además, a menores necesidades de almacenamiento, los dispositivos se hacen más económicos. Flexibilidad. de. reproducción: Aparte del ajuste de velocidad de. reproducción, así como el salto a cualquier punto deseado del flujo de información. Copia sin pérdida de calidad: Las copias son exactas a los originales. Flexibilidad de manipulación: Incluyendo la facilidad del troceado de la información y montaje sin pérdida de calidad, fácil mejora de elementos gráficos y sonoros, mezcla e inserción sin bordes de imágenes infográficas en entornos reales, etc. Facilidad de búsqueda y recuperación: Facilidad de incorporar información de contenido que puede ser obtenidos eficientemente y asociados a los objetos multimedia. Posibilidad de buscar en los contenidos por aspectos tales como parecidos entre objetos, patrones de colores, ritmos… Composiciones multimedia: Viabilidad sin deterioro de la calidad de integrar cualquier tipo de medio junto con información textual, de control, etc., todo ello perfectamente sincronizado en tiempo y espacio. Facilidad de intercambio de piezas y composiciones multimedia a través de medios físicos o redes de comunicaciones.. 1.1.2 Compresión de Audio La compresión de audio es una forma de compresión de datos. Los algoritmos de compresión de audio normalmente son llamados Códecs de audio. Existen dos tipos de compresión, basados en algoritmo de compresión sin pérdida o algoritmo de compresión con pérdida. Se denomina algoritmo de compresión sin pérdida a cualquier procedimiento de codificación que tenga como objetivo representar cierta cantidad de.

(12) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 6. información sin utilizar una menor cantidad de la misma, siendo posible una reconstrucción exacta de los datos originales. Este tipo de compresión se vuelve necesaria cuando se requiere conservar íntegramente la información original. Se denomina algoritmo de compresión con pérdida a cualquier procedimiento de codificación que tenga como objetivo representar cierta cantidad de información utilizando una menor cantidad de la misma, siendo imposible una reconstrucción exacta de los datos originales. La compresión con pérdida sólo es útil cuando la reconstrucción exacta no es indispensable para que la información tenga sentido. La información reconstruida es solo una aproximación de la información original. Suele restringirse a información analógica que ha sido digitalizada (imágenes, audio, video, etc.), donde la información puede ser "parecida" y, al mismo tiempo, ser subjetivamente la misma.(Valle, 2009). 1.1.3 Compresión de video Cuando se habla de video, se hace referencia a una secuencia de imágenes, por lo que existe una directa relación para la compresión de ellas. La compresión de imágenes en forma individual, sin tener una referencia de otra imagen previa se denomina codificación intra o codificación espacial. En este tipo de codificación el eje del tiempo no entra en el proceso, pues se explora la redundancia dentro de la imagen. Además, se pueden obtener grandes factores de compresión teniendo en cuenta la redundancia entre imágenes sucesivas, esto involucra al eje del tiempo y recibe la denominación de compresión Inter. o codificación temporal. La implementación de estos algoritmos de compresión, son descritos por el Códec de video, que además define aspectos como razón de cuadros, la razón de aspecto, razón de bit y el formato de las imágenes.. Un fichero de audio/video, es un contenedor de datos que incluye Códec de video y audio, existiendo gran variedad de tipos de archivos codificados, tanto de audio como de video, y cada tipo necesita su Códec específico, así como datos auxiliares y en su conjunto es tratado como formato de video..

(13) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 7. Muchos archivos multimedia contienen tanto datos de audio como de video, y a menudo alguna referencia que permite la sincronización del audio y el video. Cada uno de estos tres flujos de datos puede ser manejado con programas, procesos o hardware diferentes; pero para que estos archivo con un flujo de datos (streams) sean útiles para almacenarlos o transmitirlos, deben ser encapsulados juntos. (Greenfield, 2007) Existen además formando parte dentro de la compresión, los contenedores siendo archivos codificados que a su vez contienen otros archivos también codificados, conteniendo algunos audio y otros video. Tanto DVD como MP4, MOD, DivX y XviD pueden considerarse contenedores, necesitando por lo general dos Códec, uno que gestione el audio y otro que gestione el video. Un caso particular es el formato AVI. (Audio Video Interleave) o (Intercalado de Audio y Video) es un formato de archivo que actúa como contenedor de audio y video. Permitiendo almacenar simultáneamente un flujo de video y varios flujos de audio entrelazados, lo que le permite contener varias bandas sonoras en varios idiomas, siendo el reproductor multimedia que lo ejecuta el encargado de gestionar todos estos datos.. 1.2. Multimedia en redes IP Tradicionalmente, las redes de área local se vienen utilizando para la transmisión de datos, pero conforme las aplicaciones tienden a ser multimedia y los sistemas de comunicaciones en vez de ser elementos independientes y aislados para atender un determinado tipo de comunicación, son servidores de un conjunto más complejo, se tiende a transmitir cualquier tipo de información sobre los medios existentes. Así, sobre la LAN corporativa y sobre Internet, unos medios extendidos por la mayor parte de las empresas, mediante la adopción de ciertos estándares y la incorporación de algunos elementos, es posible enviar voz y video, con la gran ventaja y ahorro que supone el utilizar la infraestructura existente.. Sin embargo y mientras que los datos no son sensibles al retardo, a la alteración del orden en que llegan los paquetes, o la pérdida de alguno de ellos, ya que en el extremo lejano se reconstruyen, la voz y la imagen necesitan.

(14) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 8. transmitirse en tiempo real, siendo especialmente sensibles a cualquier alteración que se pueda dar en sus características. Requieren por tanto de redes que ofrezcan un alto grado de servicio y garanticen el ancho de banda necesario, lo que se consigue en aquellas que son orientadas a la conexión, es decir que se negocia y establece al inicio de la comunicación la ruta que han de seguir todos y cada uno de los paquetes y se reserva un determinado ancho de banda. En las redes no orientadas a conexión se realiza el llamado "mejor esfuerzo" para entregar los paquetes, pero cada uno y en función del estado de los enlaces puede seguir una ruta distinta, por lo que el orden secuencial se puede ver alterado, lo que se traduce en una pérdida de calidad. Si contemplamos las redes IP, con TCP se garantiza la integridad de los datos y con UDP (datagrama) no.(Linares, 2007) Representación de TCP/IP de acuerdo a su estructura jerárquica, Figura 1.1. Figura 1.1 .Modelo TCP/IP En esta estructura, una entidad de nivel superior puede solicitar servicio a cualquiera de las entidades inferiores sin necesidad de seguir un orden estricto como sucede en la arquitectura por niveles del modelo OSI. •. Nivel de red: El protocolo definido en la capa de red se le conoce como IP, el cual define un mecanismo de entrega sin conexión y no confiable, el datagrama es su unidad básica de transferencia de datos.. •. El nivel de transporte: En la capa de transporte se establece el protocolo encargado de establecer y manejar las conexiones entre dos terminales de red que se comunican entre sí, definiendo características del flujo de comunicación ligadas a la rapidez de gestión, fiabilidad y seguridad. Los protocolos que residen en el nivel de transporte son:. . TCP (Transmission Control Protocol) es un protocolo seguro, confiable y orientado a la conexión, pero su mecanismo de retransmisión introduce demoras no deseadas para aplicaciones en tiempo real..

(15) 9. CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN . UDP ( User Data Protocol ) no es orientado a la conexión, por su sencillez en la gestión de la conexión es considerado como el apropiado para aplicaciones en tiempo real donde se pretenden minimizar la demora, el jitter y elementos como la fiabilidad son confiados a protocolos de nivel superior.. •. Nivel de aplicación: En este nivel residen los protocolos utilizados por las aplicaciones para comunicarse en un ambiente IP, los cuales son empaquetados en las unidades de protocolos inferiores como se muestra en la Figura 1.2. Figura 1.2 Empaquetado de la información.. 1.2.1 Protocolos utilizados para la transmisión de multimedia Los protocolos del nivel de transporte TCP y UDP, no brindan las condiciones requeridas para aplicaciones de tiempo real por sí solos, por lo que prestan servicios a otros protocolos situados en el nivel de aplicación. La RFC 1889 norma el uso de aplicaciones en tiempo real en modelos de arquitectura cuyo modo de trabajo sea por conmutación de paquetes, como TCP/IP, el protocolo RTP (Real Time Protocol) se encarga de transportar información en tiempo real y se apoya en protocolos de control de transmisión como RTCP (Real Time Control Protocol), RTSP (Real Time Streaming Protocol), MMS (Microsoft Media Server), HTTP (Hypertext Transfer Protocol), el uso de estos protocolos de control depende de la plataforma de transmisión implementada. (Gabriel and Miguel, 2002) . RTP (Real Time Protocol).. Este protocolo reside en la capa de aplicación pero es un intermediario entre la aplicación. y. el. nivel. de. transporte.. Está. diseñado. para. trabajar. independientemente del protocolo de transporte utilizado (TCP o UDP), pero es.

(16) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 10. recomendable el uso de UDP. Las funciones de RTP, son aplicadas por su encabezado, el cual puede modificarse de acuerdo a la aplicación que lo solicite. . RTCP (Real Time Control Protocol).. Este es un protocolo de control diseñado para trabajar junto con RTP y provee los siguientes servicios: •. Realimentación de QoS (Calidad de Servicio): Es la función principal del RTCP. La información se envía a través de reportes de remitente y reportes de receptor. Estos reportes contienen la información de:. I. Fracción de paquetes RTP perdidos desde el último reporte. II. Número de paquetes perdidos acumulado desde el comienzo de la recepción. III. Jitter de paquetes. IV. Demora desde la recepción del último reporte de remitente. •. Identificación del participante: La fuente puede ser identificada por el campo SSRC en el cabezal RTP.(Gabriel and Miguel, 2002). RTSP (Real Time Streaming Protocol) Es un protocolo de control de sesión para la realización de sistemas de video vertidos sobre Internet (streaming). Una de las principales aplicaciones del protocolo RTSP es el soporte de comandos en materiales audio-visuales como por ejemplo: pausa, rebobinar, avance rápido. Permite la elección de los canales de envío (por ejemplo UDP, y multidifusión UDP o TCP) y los mecanismos de envío basados en RTP, RTSP funcionan tanto en comunicación punto a punto como en multidifusión. En RTSP cada trama se identifica con un RTSP URL (Uniform Resource Locator). RTSP también provee: • Recuperación de medios a solicitud del cliente. •. Invitación de un servidor de medios a una conferencia.. •. Adición de medios a una sesión existente.(Gabriel and Miguel, 2002) RSVP (Resource Reservation Protocol). Su principal función es trocear los paquetes de datos grandes y dar prioridad a los paquetes de voz cuando hay una congestión en un router. Si bien este.

(17) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 11. protocolo ayudará considerablemente al tráfico multimedia por la red, hay que tener en cuenta que RSVP no garantiza una calidad de servicio como sucede en redes avanzadas tales como ATM que proporcionan QoS de forma estándar. MMS (Microsoft Media Server). Es un protocolo de aplicación propietario de Microsoft, para servicios de Windows Media, es para transmisiones unicast. Mediante este protocolo es posible realizar acciones de control sobre el material que se transmite y posee versiones específicas: MMSU para solicitar servicio a UDP y MMST a TCP.(Greenfield, 2007) Protocolo H.323 Uno de lo más importantes protocolos para el uso en Internet es el protocolo H.323.. Coordina la operación entre Equipos Finales de Videotelefonía que. están conectados por LAN/ Dentro de H.323, el protocolo H225 se encarga del control de la conexión y de la conversión direcciones IP. Con H.245 se ponen los equipos de acuerdo que servicios van a soportar. Sobretodo para la compresión de video H.261 o la codificación de audio de G.711 a G.729.(Gabriel and Miguel, 2002) Protocolo H.320 El protocolo H.320 controla el funcionamiento de Equipos Finales de videotelefonía angosta (por ejemplo ISDN, Sat, RF) y contiene como H.323 otras especificaciones. Protocolo T.120 Por medio del protocolo T.120 se realizan las aplicaciones de datos dentro de una videoconferencia. Abarca nuevas guías que determinan detalladamente el inicio y final de una conexión, el control de flujo, la ínter operación con MCUs, el uso de Whiteboards, la transferencia de datos y el compartimiento de aplicaciones..

(18) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 12. Protocolo H.239 El estándar describe un segundo tráfico de medios (Video, Audio y Datos) que se usa con diferentes nombres según el fabricante principalmente para la transmisión de presentaciones. Estas soluciones propietarias se irán moviendo sucesivamente a un estándar de interoperabilidad que no permitirá compartir aplicaciones al ser imposible el acceso a los datos de ambos lados. Protocolo SIP SIP (Session Initiation Protocol) se desarrollo para la transmisión de aplicaciones multimedia. SIP esta basado en SMTP y http; no es compatible con H.323 o H320. Un fundamento es el modelo de Cliente y Servidor. El usuario necesita un cliente mientras que todas las transferencias de datos se reparten desde un servidor central.(Gabriel and Miguel, 2002). 1.2.2 Tecnologías para redes LAN Existe un conjunto de tecnologías en redes de área local que se comportan diferente ante la transmisión de datos en tiempo real. Algunas de ellas son un desarrollo totalmente nuevo, otras son la adaptación de redes en uso para admitir canales para transmisión de audio y video. Incluso se transmite información multimedia en redes no especialmente preparadas como por ejemplo Ethernet. (Gerometta, 2009) Ethernet es la red de área local más utilizada actualmente. Su ancho de banda de 10-100 Mbps. permiten varios canales de voz/datos/video. El inconveniente, es el método no determinista de acceso a la red (CSMACD). Con altas cargas en la red no hay control sobre el tiempo de acceso a la red o el ancho de banda disponible. Sin embargo, muchas aplicaciones multimedia usan Ethernet como su mecanismo de transporte, generalmente en un entorno controlado y protegido. Iso – Ethernet: Es una red híbrida que integra una Ethernet estándar de 10 Mbps. con 6.144 Mbps. de ancho de banda isócrono (RDSI), ofreciendo un total de 16 Mbps. Proporciona 96 canales RDSIB de 64-Kbps utilizando el.

(19) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 13. mismo cable que la Ethernet a 10 Mbps, con lo cual tiene poco costo de integrarlo con los cableados actuales. La Señal de Timbre (Token Ring): Está mejor preparada para la transmisión multimedia. Una razón es su ancho de banda de 16 Mbps. Más importante es la disponibilidad de prioridades y su acceso determinista. Se pueden usar la alta prioridad para datos en tiempo real y la baja para datos normales. Los retrasos dependen del número de estaciones conectadas, la carga y el tamaño del paquete. En general si se trabaja en un entorno en el que no hay muchas estaciones y el paquete se escoge de un tamaño bajo (64 a 128 bytes) se pueden asegurar retraso de cómo máximo 10 ms. Existen algoritmos que pueden determinar en estas redes el peor retraso. FDDI (Fiber Distributed Data Interface): En principio la red FDDI es una señal de timbre (Token-Ring) rápida. Este ancho de banda alto permite una comunicación multimedia. Además FDDI soporta una clase de tráfico sincrónico, que permite tráfico con un retraso limitado, configurable en tiempo de inicialización del anillo. Desafortunadamente, al configurar un retraso demasiado bajo reduce la utilización del ancho de banda. Prácticamente, el límite de retraso está entre 5 y 50 ms. FDDI-II (Fiber Distributed Data Interface): Aparece para evitar los problemas del FDDI la. FDDI-II está basado en un protocolo de marcado de timbre. (slotted-ring). Permite capacidades isócronas usando ranuras (slots) de tiempo pre-asignados a una tasa de 8-khz. ATM (Modo de Transferencia Asíncrona): Es la mejor tecnología para transmisión en tiempo real. ATM es una arquitectura de red basada en células, que permite la multiplexación y conmutación de paquetes. La ITU ha declarado ATM como la tecnología base para la red pública B-ISDN. En la petición de establecimiento de conexión se especifica la calidad de servicio requerida, que contiene parámetros como ancho de banda, retraso y fiabilidad.(Méndez., 2009) - En la Tabla 1.1 se muestra una comparación entre estas tecnologías en función de su conveniencia para la transmisión del tráfico de multimedia..

(20) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 14. Tecnologías. Valoración. Ethernet. Ethernet no es adecuada debido a su retraso no determinista, sin embargo se puede utilizar teniendo poco canales debido a su gran ancho de banda. Esta red es una solución destinada a aprovechar los recursos existentes. Proporciona tráfico isócrono. La estructura de los. Iso Ethernet:. canales parecida a RDSI permite la transmisión de audio o video H.261, pero no permite la transmisión de video de alta calidad.. Está mejor preparada para la transmisión multimedia. Una razón es su disponibilidad de prioridades y su acceso determinista. Se pueden usar la alta prioridad para datos en Token Ring tiempo real y la baja para datos normales. Los retrasos dependen del número de estaciones conectadas, la carga y el tamaño del paquete. Existen algoritmos que pueden determinar en estas redes el peor retraso. FDDI (Fiber FDDI soporta la transmisión multimedia aceptablemente bien, Distributed. gracias a su elevado ancho de banda, su clase de tráfico. Data Interface) sincrónico y el multicasting disponible. FDDI-II (Fiber Esta red proporciona canales con retraso del orden de Distributed. milisegundos. El ancho de banda es suficiente y el. Data. multicasting está disponible.. Interface): ATM (Modo de El protocolo permite la transmisión de datos de forma Transferencia. determinista y tiene un ancho de banda impresionante, el. Asíncrona):. necesario cómo para la transmisión de video de alta calidad. ATM también proporciona comunicación multicast. .. Tabla 1.1: Comparación entre tecnologías Indiscutiblemente existen mejores tecnologías que la Ethernet para la transmisión de multimedia en redes LAN, pero la popularidad de estas redes nos obliga a tenerla en cuenta. Téngase en cuenta que el costo de estas redes es mucho menor que el resto y una vez en explotación los usuarios prefieren mejorarla para que se permitan tráficos de multimedia con determinados grados de calidad de servicio, a cambiar completamente la tecnología..

(21) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 15. 1.3. La voz sobre IP (VOIP) La transición de las redes de circuitos conmutados a las redes de paquetes supone no sólo una reducción de los costos, sino que proporcionará también el desarrollo de una serie de servicios nuevos para voz y datos que hubiese sido imposible con las redes de circuitos conmutados.(Gómez, 2009). Para transmitir voz sobre IP se tiene que tener en cuenta la sensibilidad del oído humano, de modo que no se pueden producir por ejemplo cortes en la conversación ya que esto hace que se pierda el hilo de la conversación. En la transmisión de voz a través de una red e paquetes de datos, la voz de los participantes en la conversación, se muestrea a intervalos regulares y se envía como paquetes de datos por la red. Este medio es compartido por otros usuarios de la red que están usando servicios como navegación por la Web, correo electrónico, etc., y en cuyo caso la conversación puede verse afectada por una pérdida de paquetes y retrasos en la recepción de los mismos. Los motivos por los que una red de paquetes no es deseable para transmisión de voz son los siguientes: Sobrecarga (overhead) en los paquetes, debido a la cantidad de información que deben llevar estos en sus cabeceras y que no son utilizadas por el servicio. Pérdida de paquetes: Al estar basados, sobre todo UDP, en una transmisión no fiable las pérdidas de paquetes si existe congestión o problemas en la transmisión pueden llegar a ser importantes. Se producirá normalmente en situaciones de congestión de la red. Latencia: Consiste en tener un retraso mayor a un cierto umbral perceptible para la conversación en el que ambos interlocutores detectan que transcurre un tiempo entre que uno de ellos habla y el otro lo escucha. En una red IP, y sobre todo Internet, no asegura el retardo de un paquete. Actualmente, solamente a través del control y gestión global extremo a extremo, y la disponibilidad de suficiente ancho de banda así como la tecnología de.

(22) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 16. switching-routing necesaria, es posible asegurar unos niveles de retardo máximos. Por ello y en el estado de congestión actual y previsible, Internet no nos puede asegurar unos niveles máximos. Jitter: Es muy dependiente del retardo de los paquetes, y consiste en el tiempo de variación en la llegada de paquetes. Este parámetro tiene los mismos problemas y dificultades que el retardo, por lo que las soluciones van en la misma línea. Si cabe, en este caso es más importante las tecnologías de enrutamiento de los paquetes IP. - De todos estos inconvenientes, el más problemático es el Jitter, ya que al haber retrasos variables, pueden llegar los paquetes en distinto orden, y además llegar paquetes que hayan superado el retraso máximo admitido. Esto obligara a hacer una reordenación de paquetes en la recepción y a utilizar un almacenamiento intermedio (buffer) para poder servir los paquetes en el orden correcto y a intervalos de tiempo regulares. Estas situaciones se van a producir por congestión en la red. Una distribución del establecimiento de una llamada y los protocolos usados en VoIP se mostrara en la Tabla 1.2. Tabla 1.2. Pila de protocolos en VoIP - Los elementos disponibles en el mercado, como se muestran en la Figura 1.3, según diferentes diseños, nos permitirán construir las aplicaciones VoIP. Estos elementos son: •. Teléfonos IP.. •. Adaptadores para PC..

(23) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN •. Hubs Telefónicos.. •. Pasarelas (Gateways RTC / IP).. •. Proveedor Inteligente (Gatekeeper).. •. Unidades de audio conferencia múltiple. (MCU Voz).. •. Servicios de Directorio.. 17. Figura 1.3 Elementos de una red VoIP . Proveedor Inteligente (Gatekeepers): Dentro de su zona LAN actúa de monitor de la red, proporcionando los servicios de resolución de direcciones (por ejemplo, asignación de la dirección IP a su alias, ya sea número telefónico o nombre) y de conceder permisos de llamadas (control de admisión) conocido como RAS (Registration Admission and Status).. El Gatekeeper está. estandarizado a través del protocolo H.225. Extremo a extremo a través de Gatekeeper se realiza el proceso de activación del timbre y el establecimiento de conexión de la llamada al terminal remoto H.323. El transporte del protocolo H.225 se realiza con el protocolo UDP, excepto los procedimientos asociados al establecimiento de la llamada. (Huidobro, 2010) MCUs (Multipoint Control Unit): Es el sistema encargado del control de las conferencias múltiples, proporciona todos los servicios para establecer comunicaciones multipunto.

(24) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 18. Terminales: Son los dispositivos que se pueden conectar directamente a IP y soportan H.323 . Pasarelas (Gateways): Son los sistemas encargados de permitir que los equipos H.323 puedan operar con otras redes, H.323 predefine un número de dispositivos, los actualmente definidos son H.320 (interconexión con terminales de videoconferencia RDSI), H.324 (terminales de videoconferencia sobre telefonía) y dispositivos RTB. El Gateway es un elemento esencial en la mayoría de las redes pues su misión es la de enlazar la red VoIP con la red telefónica analógica o RDSI. Podemos considerar al Gateway como una caja que por un lado tiene una interfase LAN y por el otro dispone de uno o varios de las siguientes interfases: - FXO. Para conexión a extensiones de centralitas ó a la red telefónica básica. - FXS. Para conexión a enlaces de centralitas o a teléfonos analógicos. - E&M. Para conexión específica a centralitas. - BRI. Acceso básico RDSI (2B+D) - PRI. Acceso primario RDSI (30B+D) - G703/G.704. (E&M digital) Conexión específica a centralitas a 2 Mbps.. 1.3.1 Calidad de servicio (QoS), en VOIP - La calidad de servicio (QoS) es el rendimiento de extremo a extremo de los servicios electrónicos tal como lo percibe el usuario final(Fernandes, 2009). Los parámetros de QoS son: el retardo, la variación del retardo y la pérdida de paquetes, siendo estos de mayor importancia a tratar en los enlaces inalámbricos por su mayor influencia en la QoS. Una red debe garantizar un cierto nivel de calidad de servicio para un nivel de tráfico que sigue un conjunto especificado de parámetros.(Bayarres, 2005) La implementación de Políticas de Calidad de Servicio se puede enfocar en varios puntos según los requerimientos de la red, los principales son:.

(25) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN •. Asignar ancho de banda en forma diferenciada. •. Evitar y/o administrar la congestión en la red. •. Manejar prioridades de acuerdo al tipo de tráfico. •. Modelar el tráfico de la red. 19. Retardo o Latencia (DELAY). La latencia o el retardo, es el tiempo de transmisión para que un paquete o una trama de datos viajen desde la estación del origen a su destino, puede influir hasta el punto de limitar el uso de voz sobre redes inalámbricas en ciertos entornos. El retardo entre los extremos, no puede superar los 150ms. Los efectos causados por el retardo incluyen el Eco y el Talker Overlap. Los retardos, pueden ser originados debido a causas como:. 1.. Retardo Algorítmico: Este es el retardo introducido por el Códec y es inherente en el algoritmo de codificación. Los algoritmos de compresión usados en los Codec’s analizan un bloque de muestras PCM entregadas por el codificador de voz (voice códec). Estos bloques tienen una longitud variable que depende del codificador, por ejemplo el tamaño básico de un bloque del algoritmo g.729 es 10ms, mientras que el tamaño básico de un bloque del algoritmo g.723.1 es 30ms. Para g.729 la cadena de voz análoga es digitalizada en muestras PCM, y así mismo entregadas al algoritmo de compresión en intervalos de 10ms, como se muestra en la Figura 1.4. Figura 1.4: Funcionamiento de un sistema de compresión g.729.

(26) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN 2.. 20. Retardo por Paquetes: Es el tiempo para llenar un paquete de información (carga útil), de la conversación ya codificada y comprimida. Este retardo es en función del tamaño de bloque requerido por el codificador de voz y el número de bloques de una sola trama. En RTP, las muestras de voz con frecuencia son acumuladas antes de ponerlo en una trama para la transmisión, para reducir la cantidad de cabeceras, una comparación entre los diferentes retardos en dependencia del codificador es mostrada en la Tabla 1.3. Tabla 1.3: Retardos de paquetes más comunes Cuando cada muestra de voz experimenta, ambos retardos, retardo algorítmico y retardo por paquete, en realidad los efectos se superponen como se muestra en la Figura 1.5. Figura 1.5: Superposición de retardos.

(27) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN 3.. 21. Retardo de Serialización: Es el tiempo requerido para transmitir un. paquete IP,. esta relacionado directamente con la tasa del reloj de la. transmisión. Además, el retardo de Serialización se presenta cuando los paquetes pasan a través de otro dispositivo de almacenamiento y retransmisión tales como un Router o un Switch. Así, una trama que atraviesa 10 Routers incurrirá en este retardo 10 veces. Según la velocidad de la línea y el tamaño de la trama introducirá los retardos mostrados en la Tabla 1.4. Tabla 1.4: Retardos de Serialización para diferentes tamaños de tramas. 4. Retardo de Propagación: Es el tiempo requerido por la señal óptica o eléctrica para viajar a través a lo largo de un medio de transmisión y es una función de la distancia geográfica. La velocidad de propagación en el cable es aproximadamente de 4 a 6 ms/Km. Para transmisión satelital, el retardo es 110ms para un satélite con altitud de 14000km y 260ms para un satélite con altitud de 36000 km. 5.. Retardo de Componente: Estos retardos son causados por varios componentes dentro del sistema de transmisión. Por ejemplo, una trama que esta pasando a través de un Router tiene que moverlo desde el puerto de entrada al puerto de salida a través de la placa principal (backplane). Hay algún retardo mínimo a la velocidad de la placa principal (backplane) y algunos retardos variables debido al encolamiento y procesamiento en el router..

(28) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 22. Deterioro causado por el retardo, el efecto de ECO. Puede presentarse en una red de voz debido al pobre acoplamiento entre el dispositivo de escucha (earpiece) y el dispositivo de habla (mouthpiece) en el microteléfono. Conocido como eco acústico. También puede presentarse cuando parte de la energía eléctrica es reflejada al abonado llamante por el circuito híbrido en la PSTN. Esto es conocido como Eco híbrido. Cuando el retardo de extremo a extremo de una vía es corto, cualquier eco que es generado por el circuito de voz regresara al abonado llamante muy rápidamente y no será percibido. De hecho, la cancelación de eco no es necesario si el retardo de una vía es menor que 25ms. En otras palabras, si el eco regresa dentro de los 50ms, no será percibido. Sin embargo, el retardo de una vía en una red VoIP casi siempre excederá los 25ms. Entonces la cancelación de eco siempre es requerida. Aun con el método de cancelación de eco perfecto, transportando una conversación de dos vías llega a ser dificultoso cuando el retardo es demasiado grande debido a la superposición de los habladores (talker overlap). Este es el problema que ocurre cuando uno de los abonados se superpone a la voz del otro abonado debido al retardo grande, valorando estos retardos se da el nivel de aceptabilidad de la red mostrados en la Tabla 1.5. Tabla 1.5: Rango de líneas con relación al límite de retardo de una vía. Variación del Retardo (Jitter y Buffering): Es también conocida como la no sincronización de fase de los bits en el caso del jitter y la fluctuación del retardo de tránsito entre los extremos en el caso del buffering. Éstos, pueden ser producidos generalmente por congestiones de red y los sistemas de comunicaciones..

(29) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 23. Roaming: Es un parámetro específico de redes inalámbricas. Los usuarios tendrán que ocasionalmente cambiarse de zonas de cobertura. En Wi-Fi, la reasociación de un usuario con otro punto de acceso es muy lenta se encuentra entre los 250 y 500 ms. Actualmente se ha logrado conseguir tiempos de hasta 100 ms entre celdas para soluciones que utilicen el estándar 802.11.(Valle, 2009). Figura 1.6: Capacidad de movilidad del usuario en celdas con roaming Codificación Dependiendo del codificador de voz utilizado, existen los que descomprimen en menor y mayor grado, obteniendo así una mayor o menor velocidad binaria. Este análisis, no es suficiente para realizar la elección del códec, pues se debe considerar también el retardo que introduce cada algoritmo en el esquema global y la calidad de la voz que se mide mediante el parámetro denominado MOS (resultado de opinión media) obtenido de una prueba denominada ACR (Absolute Category Rating) en la cual se realizan pruebas de audición a un grupo heterogéneo de personas, con diez grabaciones diferentes, las que se califican con una puntuación en el rango 5(excelente) y 1(inaceptable) y luego se obtiene la media. Con este nuevo panorama, se realiza la elección del códec, siendo necesario evaluar para cada caso, el ancho de banda requerido, el retardo necesario, obteniendo de esa manera la media de los parámetros, para ello se mostrara una comparación en diferentes parámetros en la Tabla 1.6.

(30) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 24. Tabla 1.6: Ancho de banda requerido por los codificadores actuales. 1.4. Video sobre IP Existen dos tipos de tecnologías IPTV (Protocolo de Televisión por Internet) y Video por Internet. IPTV Representa un mecanismo alternativo de distribución de video, que incluye contenidos almacenados, programación en directo y video bajo demanda, todo ello sobre una conexión a Internet y a través de ordenadores o Set Top Boxes; para otros la IPTV está asociada a los nuevos servicios de video que ofrecen las compañías de telecomunicaciones sobre sus redes de banda ancha como complemento a sus ofertas de voz y acceso a Internet.(Méndez., 2009) Video por Internet: Las experiencias y expectativas de video para Internet son muy diferentes de IPTV. La mayoría de los telespectadores tienen mucho más bajas expectativas de video de Internet, sobre todo si nunca han tratado de ver video a través de una conexión de acceso telefónico. Por supuesto, la tecnología avanza, y el espectador sigue la experiencia para mejorar. Tecnología Video por Internet: Después de mencionar ambas tecnologías, veremos la construcción de un sistema. de transmisión de Videos por Internet, el cual es escogido para. realizar nuestra tarea. Servidor Web: Se utilizan en los sistemas de video de Internet para ayudar a los espectadores en la selección de los contenidos. Una típica página contendrá las descripciones de los videos. Algunas de estas páginas Web están.

(31) 25. CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN configuradas para. que tan pronto un usuario visite la pagina comience la. reproducción del video. Estas páginas web se pueden ver con un navegador estándar. Muchas páginas contienen enlaces a otras páginas de videos relacionados con la materia. Servidor de Video: El servidor de video es el grueso de un sistema de video por Internet. Es responsable del almacenamiento de los archivos de video que se puede transmitir. Además, el servidor de video debe crear el paquete de señales que se entregan a cada espectador, también debe ocuparse de encriptación o codificación de la salida de video para garantizar que estén protegidos contra el uso no autorizado.. El servidor de video sólo. necesita tener capacidad. suficiente para almacenar el video que está proporcionando. En consecuencia, los servidores pueden tener ya sea grande o pequeña capacidad. Hardware: En los servidores es muy importante tener en cuenta su aplicación pues se hacen muy caros, debido a la necesidad de poseer varios discos duros y procesadores que darían una mayor confiabilidad y un mejor desempeño de estos. Típica arquitectura de hardware: La gran mayoría del hardware necesario para la transmisión de Videos por Internet se puede alojar en un mecanismo único, aunque puede no ser así. La calidad de la conectividad entre los diferentes elementos del sistema y entre los sistemas y la Internet es uno de. los principales determinantes de. desempeño del sistema. En aplicaciones muy grandes que son capaces de la entrega simultánea a de miles de. espectadores (streams), el hardware. distribuido en diferentes ubicaciones geográficas puede realmente ayudar a la ejecución mediante la eliminación de ancho de banda y de cuellos de botella que pueden producirse. La Figura 1.7 muestra una visión de este sistema..

(32) 26. CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. Figura 1.7: Arquitectura del sistema de video por Internet.. Servidores de Streaming. Streaming es una tecnología que permite incluir audio, video y otros elementos multimedia en la web. Se conoce como Streaming a la transmisión de video y sonido en un flujo digital desde un servidor a su PC, listo para reproducir en tiempo real y sin tener que descargar todo el contenido antes de poder verlo. Stream viene del inglés flujo de bits digitales, de ahí el nombre. Las aplicaciones basadas en streaming pueden clasificarse en aquellas relacionadas. con. la. interacción. entre. dos. o. más. usuarios. (como. videoconferencia y transmisión de voz IP), y aquellas que principalmente se dedican a distribuir contenidos multimedia generalmente a múltiples destinos. Existen dos formas para el streaming, la transmisión unicast y la multicast ver Figura 1.8. • Unicast: Flujo de media desde una dirección IP hacia otra específica, permite la interacción entre ambos puntos. Es una transmisión punto a punto. • Multicast: Se envía un flujo de media a la red, mediante una dirección IP de multidifusión y los clientes reciben la secuencia suscribiéndose a dicha dirección. Este sistema no permite interacción pero en cambio se ocupa menos ancho de banda. Es una transmisión punto multipunto..

(33) CAPÍTULO 1. Transmisión de multimedia en redes LAN. 27. Figura 1.8: Transmisión unicast y multicast. . La calidad del servicio de video en Internet percibida por un usuario es. afectada básicamente por los parámetros de la red como ancho de banda, tipo de conexión, equipamiento que interviene en la conexión y por el tipo de codificación implementada. El efecto de la perdida de paquetes depende fuertemente del tipo de codificación utilizada; este factor resulta critico en aplicaciones de video de alta calidad en donde, con la finalidad de disminuir el ancho de banda consumido, se implementan codificaciones que hacen uso de cuadros predictivos (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4) cuya perdida resulta en falta de información para decodificar los cuadros siguientes. - Otros factores importantes que afectan la calidad percibida están directamente relacionados con la fuente de video, encontrando en este grupo la resolución del cuadro, la luminancia (niveles de gris) y la “profundidad" del color (no de bits por píxel) y la tasa de generación de cuadros. La sincronización entre el audio y el video incluye también sobre la opinión de la calidad, si bien no hay una relación directa entre ellos en lo que respecta al transporte (se transmiten por distintos canales y con distinta codificación). El uso de streaming, en el que se utilizan protocolos para la transmisión de información multimedia en tiempo real (RTP) con un control de sesión dinámico (como el que permite RTSP), no se usa el máximo ancho de banda disponible por el cliente para descargar y visualizar el medio, sino que tan sólo se usa el ancho de banda necesario para ir reproduciendo el medio en tiempo real. Además no se produce una descarga completa del medio, sino que conforme se descarga se va descartando una vez ha sido utilizado para la reproducción, usa además para atenuar los posibles efectos perniciosos causados por la variación del retardo (jitter), la aplicación en su etapa inicial de un buffering en la que se almacena una parte inicial del medio para disponer de información a reproducir en el caso en el que el retardo aumente, evitando así cortes en la reproducción..

(34) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 28. CAPÍTULO 2. ANÁLISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES Este capítulo realiza un análisis del diseño a modificar en la biblioteca de acuerdo a los objetivos trazados en este trabajo. Se analiza el diseño a través de la simulación y se analizan los dispositivos que hay en explotación. Se hace una valoración del software a utilizar para garantizar los servicios de multimedia en esa red de área local.. 2.1 Análisis del diseño actual de la biblioteca Primeramente se estudiara el diseño de la red actual en la institución, con la utilización de los planos arquitectónicos de la biblioteca. Se observara primeramente que se ha cumplido con las normas y criterios de diseño en el cableado entre los equipos como Servidor, Switch y PC (largo de los cables no mayor de 100m y la velocidad de conexión de los Switch debe ser 10 veces la velocidad de la red) para evitar pérdidas de paquetes, de enlaces y demoras en la transmisión, colocándose para ello dos Switch en lugares intermedios dependiendo de sus necesidades, pues en el cableado se debe considerar que los cables no se colocan en línea recta y esas desviaciones alargan su longitud. Los puntos de acceso para el enlace inalámbrico en ocasiones se colocan a menos de 25 m debido a la perdida total del enlace dado por las paredes de gran grosor a pesar de que el fabricante de lo equipos montados especifica entre 50 -100m para interiores y entre 100 – 300m para exteriores dependiendo del ambiente, por lo que podría parecer que en el punto intermedio entre dos puntos de acceso hubiese solapamiento entre las señales de los mismos así que para evitar la posible ocurrencia se establecen como criterios de conexión PC fijas a cada punto de acceso inalámbrico definido. Se tendrá una mejor claridad de la distribución de la red y su equipamiento con su ilustración mostrada para ello en el Anexo I.. 2.2 Características de los dispositivos de interconexión. Dentro de los dispositivos utilizados en la interconexión de la red se tienen puntos de acceso, AP y conmutadores (switch). El punto de acceso es el TEW430APB, el cual cumple con los requerimientos de la norma 802.11g y presenta.

(35) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 29. un puerto con la norma Ethernet para la interconexión con la red cableada. La Figura 2.1 muestra alguna de las soluciones posibles a implementar con esta tecnología.. Figura 2.1. Soluciones posibles a implementar con TEW-430APB. En la parte cableada se dispone de conmutadores del tipo AT-FS724L, ATFS716 y AT-8000S/24, todos de la firma Allied Telesyn. Los conmutadores (switch) de tipo AT-FS724L y. AT-FS716 solo pueden ser conectados en. cascada en su máxima configuración como se muestra en la Figura 2.2, no siendo así con el de tipo AT-8000S/24 pues presenta además un conector DB9 (Console Port) para su configuración aunque también se puede configurar por el puerto Ethernet mostrado en la Figura 2.3. Las características de este conmutador configurable lo clasifican como un capa 2 y son diversas pero la que se utilizará con más énfasis será la de calidad de servicio y la de prioridad de tráfico en los paquetes logrando así una mejor utilización de la red como se mostrara en los análisis de simulación en los epígrafes siguientes..

(36) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 30. Figura 2.2. Conexión en cascada entre 2 conmutadores.. Figura 2.3. Panel Frontal de AT-8000S/24. 2.3 Calidad de servicio al nivel 2, norma 802.11q El subcomité 802.1Q ha elaborado un estándar que permite etiquetar tramas en una LAN. Esto se utiliza normalmente con dos finalidades diferentes:. 1. Distinguir tramas pertenecientes a diferentes VLANs (Virtual LANs) cuando se mezclan en un enlace troncal. Para esto se utiliza un campo de 12 bits. 2. Marcar un nivel de prioridad a cada trama. El funcionamiento de prioridades en LAN lo especifica el subcomité 802.1p. Esto permite establecer calidad de servicio en una LAN para satisfacer las exigencias de aplicaciones en tiempo real..

(37) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 31. Es dudosa la utilidad que los mecanismos de asignación de prioridades puedan tener en la red local, ya que el ancho de banda es tan barato que en la mayoría de casos puede ser más sencillo sobredimensionar los enlaces adecuadamente para evitar la congestión. Probablemente esto cambie con las futuras aplicaciones de Ethernet de 10 Gigabits en redes metropolitanas o de área extensa, donde el aumento de capacidad puede tener unos costos mayores.. Por otro lado, el uso de un sistema de prioridades o reserva de recursos requiere mecanismos de control de acceso y posiblemente contabilidad de recursos consumidos, a fin de que el usuario utilice los privilegios con moderación. A modo de ejemplo cabe mencionar aquí el caso histórico de Token Ring, que dispone de ocho niveles de prioridad (similar a 802.1p pero incompatible con éste), de forma que en teoría sería una red más adecuada que por ejemplo Ethernet para tráfico en tiempo real.. Prácticamente todas las aplicaciones que se han escrito para Token Ring emiten sus tramas en la prioridad más alta, ya que ningún programador consideraba que sus aplicaciones eran menos importantes que el resto, y el costo para el usuario era el mismo, es decir ninguno. Como consecuencia de esto el campo prioridad solo ha servido para complicar inútilmente las implementaciones de Token Ring, y con ello el costo de esta red. En todo caso los desarrollos en 802.1p se centran en la definición de prioridades o ‘clases de servicio’ más que en calidad de servicio propiamente dicha, entendiendo por esta última la posibilidad de reservar a priori y con garantía recursos en la red. La calidad de servicio está muy relacionada con las redes orientadas a conexión, por lo que no es un mecanismo que se pueda implementar de manera fácil en redes no orientadas a conexión, como es el caso de las LANs habituales o de Internet.. No obstante la combinación de un mecanismo de prioridades y la flexibilidad de redimensionar adecuadamente los enlaces críticos de la red pueden dar una respuesta aceptable a las necesidades de tráfico en tiempo real, tales como aplicaciones multimedia..

(38) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES . 32. QoS puede ser necesaria en implementaciones como las de determinados tipos de tráfico, como voz, video y tráfico en tiempo real, a los que se puede asignar una cola de prioridad alta, mientras que a otros tipos de tráfico se les puede asignar una cola de prioridad inferior. El resultado es un flujo de tráfico mejorado para el tráfico con una demanda elevada. El sistema admite cuatro colas por puerto. Una vez que se ha clasificado un paquete, se asigna a una de las colas de salida. Terminología relativa a QoS: (Networking, 2010) •. Clasificación: especifica cuales campos del paquete coinciden con valores específicos. Todos los paquetes que coinciden con las especificaciones definidas por el usuario se clasifican juntos.. •. Acción: define la administración del tráfico en la que los paquetes que se reenvían se basan en la información del paquete y en los valores de los campos del paquete, como por ejemplo la prioridad de VLAN (VPT) y el punto de código de servicios diferenciados (DSCP).. . Las etiquetas de prioridad de VLAN se utilizan para clasificar los paquetes asignándolos a una de las colas de salida. El usuario puede definir las asignaciones de etiquetas de prioridad de VLAN a la cola. En la Tabla 2.1 se detallan los valores predeterminados de la asignación de VPT a la cola.. Tabla 2.1 A los paquetes que llegan sin etiqueta se les asigna un valor de VPT predeterminado, que se establece por puerto. La VPT asignada se utiliza para asignar el paquete a la cola de salida.(Felici, 2010).

(39) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 33. Los valores de DSCP pueden asignarse a colas de prioridad. La asignación de DSCP se activa para cada sistema. En la Tabla 2.2 se muestran los valores predeterminados de la asignación de DSCP a la cola de salida:. Tabla 2.2 . Una vez que se han asignado los paquetes a una cola de salida determinada, es posible asignar servicios de CoS a las colas. Las colas de salida se configuran con un esquema de planificación mediante uno de los métodos siguientes: •. Strict Priority (Prioridad estricta): la prioridad estricta (SP) permite priorizar el tráfico más vital y para el que el tiempo es más importante por encima de las aplicaciones para las que el tiempo no es tan importante. Esto garantiza que las aplicaciones para las que el tiempo es muy importante se reenvíen siempre antes que el tráfico que tiene una prioridad más baja. Por ejemplo, en prioridad estricta, el tráfico de voz sobre IP se reenvía antes que el tráfico de correo electrónico (SMTP) o FTP.. •. Turno rotativo ponderado: garantiza que una sola aplicación no domine la capacidad de reenvío del conmutador Ethernet. El turno rotativo ponderado (WRR) reenvía colas enteras siguiendo un orden de turno rotativo. Todas las colas pueden intervenir en el WRR. (PowerConnect™27XX, 2009). Dentro de las configuraciones posibles del dispositivo se encuentra: •. Trust Mode (Modo de confianza): Define qué campos dentro del paquete se utilizan para determinar la cola de salida. Cuando no se ha definido ninguna regla, el tráfico que contiene el campo de paquete CoS o DSCP predefinido se asigna según el modo de confianza seleccionado. El tráfico.

(40) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 34. que no contiene un campo de paquete predefinido se asigna a la cola de mejor esfuerzo (q2). Los valores posibles del campo de modo de confianza son: •. None (Ninguno): Se asigna todo el tráfico a la cola de mejor esfuerzo (q2).. •. CoS: La asignación de la cola de salida está determinada por la etiqueta de prioridad de VLAN (VPT) IEEE802.1p o por la VPT predeterminada asignada a un puerto. Éste es el valor predeterminado del modo de confianza.. •. DSCP: La asignación de la cola de salida está determinada por el campo DSCP.. 2.4 Análisis por simulación del diseño La simulación se realiza utilizando el Opnet Modeler 14.0 y se pretende simular el entorno real y el entorno con el diseño modificado. La modificación al diseño estaría fundamentalmente en la configuración de los dispositivos de interconexión y los servicios de multimedia agregados a la red. (Mendes, 2008). Dentro de las modificaciones de los dispositivos de interconexión se recomienda ajustar la configuración de calidad de servicio para garantizar un mejor tratamiento en las colas de los dispositivos de los paquetes correspondientes a los flujos de datos de multimedia. Primeramente se creará un escenario (Figura 2.4) con las características y distribución física de todo el equipamiento, ajustando una distribución de carga lo más real posible, puesto que no se utilizan en todas las estaciones las mismas aplicaciones a la vez véase Tabla 2.3, además de que se necesita una computadora con grandes prestaciones para poder realizar la simulación.. Tabla 2.3 Distribución de servicios por computadoras.

(41) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 35. Figura 2.4. Distribución de los dispositivos en el escenario real. Características configuradas en los dispositivos: Se habilitara primeramente en los Switch el QoS y luego el turno rotativo ponderado (WRR) (Figura 2.5), estableciendo el nivel de prioridad deseado, se escoge para este análisis la prioridad de video (Figura 2.6). (Hernández, 2007). Figura 2.5. Figura 2.6.

(42) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 36. En los servidores se configura entonces el marcado de tráfico, estableciendo una mayor prioridad para video - voz Figura 2.7 y menor para http - ftp Figura 2.8.. Figura 2.7. Figura 2.8. 2.5 Comparación entre las simulaciones Las imágenes siguientes muestran los resultados de la simulación, basándose en solo algunos parámetros a considerar, primeramente antes de hacer las modificaciones y posteriormente modificados.. Las fluctuaciones (Jitter) que ocurren en la voz logran ser de menor magnitud Figura 2.9 respecto a los de la Figura 2.10 puesto que existe un mejor aprovechamiento de la red y se logra una mayor calidad en la transmisión de esta información..

(43) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 37. Figura 2.9 Jitter en la voz antes de configurar. Figura 2.10 Jitter en la voz después de configurado Se puede apreciar de forma considerable que las demoras entre que se envía un paquete de voz hasta que es recibido disminuyen en gran magnitud, por lo que es evidente que el servicio VoIP logra un mayor desempeño, véase en las Figuras 2.11 y 2.12.. Figura 2.11 Demoras entre que se entrega y recibe un paquete de voz antes de configurar..

(44) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 38. Figura 2.12 Demoras entre que se entrega y recibe un paquete de voz configurado. Si las demoras entre paquetes disminuyen entonces el retraso de paquete de voz total, llamado "analógico-a-analógico" o retraso del "boca-a-oreja" = el retraso de red + el retraso codificación + el retraso decodificación + el retraso compresión + retraso descompresión. El retraso de la red es el tiempo a que el nodo del remitente dio el paquete RTP al tiempo en que el receptor recibe el paquete RTP. Se observa entonces en la Figura 2.14 como mejora manteniéndose de forma estable no ocurriendo así originalmente Figura 2.13. Se confirma entonces que mejora la utilización del servicio de voz sobre la red.. Figura 2.13 Retraso de paquete de voz total originalmente.

(45) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 39. Figura 2.14 Retraso de paquete de voz total configurado. Si se revisan las cargas en el servidor FTP es posible apreciar que aumentan en pequeña medida, puesto que al no colapsar la red por los servicios de multimedia que son lo que más prestaciones requieres existe la posibilidad de que mas usuarios usen el protocólogo FTP. Obsérvese entonces la Figura 2.15 de manera original y la Figura 2.16 después de configurar la red con un ligero aumento en las cargas de los servicios del servidor FTP.. Figura 2.15 Cargas en el servidor original en sesiones/seg..

(46) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 40. Figura 2.16 Cargas en el servidor configurado en sesiones/seg.. Se revisan entonces la respuesta para el servicio http en el servidor, donde se nota un mejor comportamiento después de configurado, Figura 2.18, estas demandas pudieran pertenecer a sesiones diferentes manteniendo ocupado al servidor por lo que en la Figura 2.17 existe un periodo donde no hay respuesta a la carga ya que tarda más en responder a la demanda de los usuarios.. Figura 2.17 Respuesta a la carga en el servidor http sin configurar..

(47) Capitulo 2. ANALISIS DEL DISEÑO Y APLICACIONES. 41. Figura 2.18 Respuesta a la carga en el servidor http configurado.. - Según los resultados de los análisis obtenidos en simulación se puede arribar a la conclusión de que los parámetros modificados logran una mejor utilización del canal, sin obviar que errores cometidos en el montaje físico de la red y comportamiento de los dispositivos podrían dar una discrepancia en los resultados de forma real pero siempre se obtendrían mejores resultados. Los análisis prácticos del Capitulo 3 confirmaran los resultados de manera real, utilizando para ello los programas más apropiados, dependientemente de las diferentes variantes de implementación y modificación de las redes para implementar estos servicios..