Arquitectura de Redes y Protocolos de Comunicación VoIP

Capas del Modelo OSI

El Modelo OSI (Open Systems Interconnection) organiza las funciones de comunicación de red en siete capas:

1. Física: Gestiona los recursos eléctricos y mecánicos, como cables, conectores y señales.
2. Enlace de Datos: Se encarga del manejo de direcciones físicas (MAC) y el control de acceso al medio (LLC).
3. Red: Responsable del direccionamiento lógico (IP) y la selección de la mejor ruta para los paquetes.
4. Transporte: Segmenta y ensambla los paquetes de datos para asegurar un transporte confiable y extremo a extremo.
5. Sesión: Administra y controla las sesiones de comunicación entre diferentes hosts (computadoras).
6. Presentación: Define la representación y el formato de los datos, asegurando que sean comprensibles para la capa de aplicación.
7. Aplicación: Proporciona servicios de red directamente a las aplicaciones de usuario.

Protocolo ARP (Address Resolution Protocol)

El Protocolo de Resolución de Direcciones (ARP) se utiliza para mapear direcciones IP a direcciones MAC en una red local.

Protocolos de Transporte Clave

En la capa de Transporte, dos protocolos fundamentales son:

• TCP (Transmission Control Protocol): Es un protocolo seguro que garantiza la entrega de datos mediante mecanismos como la verificación de errores (CRC) y la solicitud de retransmisión. Es más lento debido a su fiabilidad.
• UDP (User Datagram Protocol): Es un protocolo no seguro y rápido, que no garantiza la entrega ni el orden de los paquetes, ideal para aplicaciones donde la velocidad es crítica.

Interfaces de Voz sobre IP (VoIP)

Las interfaces VoIP se clasifican en:

• Analógicas: Incluyen FXO (Foreign Exchange Office), FXS (Foreign Exchange Subscriber) y E&M (Ear & Mouth), utilizadas para conectar equipos analógicos a sistemas VoIP.
• Digitales:
  • BRI (Basic Rate Interface): Ofrece un enlace de 128 kbps (2 canales B de 64 kbps) más 16 kbps (1 canal D), totalizando 144 kbps.
  • PRI (Primary Rate Interface):
    • E1: Estándar europeo con 30 canales B de 64 kbps más 1 canal D, totalizando 2.048 Mbps.
    • T1: Estándar norteamericano (utilizado principalmente en EE. UU.) con 23 canales B de 64 kbps más 1 canal D, totalizando 1.544 Mbps.

Protocolos VoIP Esenciales

H.323: Un Estándar para Multimedia en Redes

H.323 es un conjunto de protocolos que permite la comunicación multimedia (voz, video y datos) sobre redes basadas en paquetes. Sus componentes principales son:

• Terminal: Cualquier dispositivo compatible con H.323 que participa en la comunicación.
• Gateway: Un traductor de protocolos que permite la interconexión entre una red H.323 y otras redes (por ejemplo, la red telefónica pública conmutada - RTPC).
• Gatekeeper: Actúa como el "cerebro" de la red H.323, gestionando funciones como el registro de terminales, el control de admisión y la tarificación de llamadas.
• Multipoint Control Unit (MCU): Facilita las conferencias multipunto, gestionando los flujos de audio y video de múltiples participantes.

Protocolos Clave en H.323

• H.245: Utilizado para negociar las capacidades y el uso de los canales de comunicación.
• H.225: Se encarga de la señalización de llamadas y el establecimiento de la conexión.
• RAS (Registration, Admission, and Status): Protocolo para el registro, control de admisión y gestión de estado con el Gatekeeper (GK).

Protocolos de Transporte en H.323

• RTP (Real-time Transport Protocol): Transporta los datos de audio y video en tiempo real.
• RTCP (Real-time Transport Control Protocol): Complementa a RTP, proporcionando información de control y calidad de servicio.

Proceso de Conexión H.323 entre dos Puntos (A y B)

A continuación, se describe un flujo simplificado de una conexión H.323:

1. El usuario A marca el número del usuario B.
2. El Gateway 1 (GW1) envía una solicitud ARQ (Admission Request) al Gatekeeper (GK).
3. El GK responde con un ACF (Admission Confirm) y la dirección del Gateway 2 (GW2).
4. GW1 envía la señalización de llamada a GW2.
5. GW2 envía una solicitud ARQ al GK.
6. El GK responde con un ACF y la dirección de GW1.
7. GW2 envía la señal de timbre al usuario B.
8. Cuando el usuario B contesta, GW2 envía un mensaje de "conexión".
9. GW1 y GW2 envían mensajes IRR (Information Request Response) al GK para actualizar el estado de la llamada.

SIP (Session Initiation Protocol)

SIP es un protocolo de señalización ampliamente utilizado para establecer, modificar y finalizar sesiones multimedia, incluyendo llamadas de voz y video sobre IP. Es considerado más sencillo y económico que H.323, siendo de gran aplicación en entornos empresariales.

Tipos de Servidores SIP:

• Servidor de Localización: Informa sobre la ubicación actual del usuario llamado.
• Servidor de Registro: Recibe y almacena las actualizaciones de la ubicación de los usuarios.
• Servidor Proxy: Actúa como intermediario, similar a un router, reenviando peticiones y respuestas SIP. Puede ser:
  • Stateful: Mantiene información de estado persistente de las transacciones.
  • Stateless: No retiene información de estado entre transacciones.
• Servidor de Desvío: Gestiona el direccionamiento de llamadas con servicios de desvío.

Direccionamiento SIP

El direccionamiento en SIP sigue el formato de una URI (Uniform Resource Identifier), similar a una dirección de correo electrónico:

user@host (donde 'user' es el nombre o número telefónico y 'host' es la dirección del servidor o una dirección IP).

SDP (Session Description Protocol)

SDP es un protocolo auxiliar de SIP que se utiliza para describir los parámetros de las sesiones multimedia, como el tipo de medios, formatos, protocolos de transporte y direcciones IP. Proporciona:

• Información sobre el flujo de datos.
• Información detallada de las sesiones multimedia.

H.248/MEGACO (Media Gateway Control Protocol)

H.248, también conocido como MEGACO, es un protocolo de señalización robusto, eficaz, flexible y escalable, utilizado para controlar Media Gateways (MGs) desde un Media Gateway Controller (MGC). Permite la separación del control de llamadas de la conmutación de medios.