Evolución de las Telecomunicaciones: Telefonía, Redes y Protocolos

Historia de la Invención del Teléfono

Varios científicos contribuyeron al desarrollo del teléfono. A continuación, se detallan algunos de los más importantes:

• Charles Bourseul (Francia): Telegrafista francés que propuso la idea del teléfono el 26 de agosto de 1854, aunque se quedó en la teoría.
• Johann Philipp Reis (Alemania): Construyó el primer prototipo práctico de un teléfono.
• Antonio Meucci (Italia): En 1855, perfeccionó el sistema telefónico y es considerado por muchos como el verdadero inventor del teléfono.
• Alexander Graham Bell (EE. UU.): En 1876, realizó el primer despliegue comercial de la telefonía.

Red Telefónica Conmutada (RTC)

La red telefónica tradicional se conoce como Red Telefónica Conmutada (RTC), Red Telefónica Básica (RTB) o, por sus siglas en inglés, PSTN (Public Switched Telephone Network).

Red Digital de Servicios Integrados (RDSI)

A finales de los años 80, apareció una nueva tecnología conocida como Red Digital de Servicios Integrados (RDSI) o ISDN (Integrated Services Digital Network). Esta red permite la interconexión digital de extremo a extremo, de terminal a terminal.

ARPANET y la Conmutación de Paquetes

ARPANET fue una red pionera que buscaba asegurar la transmisión de información incluso si parte de la red quedaba destruida. Esta red utilizaba una tecnología llamada conmutación de paquetes.

En la conmutación de paquetes, la información se divide en bloques de una longitud determinada llamados paquetes. A cada paquete se le añade información adicional para su correcto enrutamiento y ensamblaje en el destino.

Mejoras en el Protocolo IP para Transmisión en Tiempo Real

Para mejorar la transmisión de información en tiempo real, se han desarrollado los siguientes protocolos:

• RTP (Real-time Transport Protocol): Protocolo de transporte en tiempo real.
• RTCP (RTP Control Protocol): Protocolo de control de RTP.
• RSVP (Resource Reservation Protocol): Protocolo de reserva de recursos.
• RTSP (Real Time Streaming Protocol): Protocolo de retransmisión en tiempo real.
• Protocolo multicast.

El Proceso de Codificación y Decodificación (Códec)

El proceso códec consiste en tomar muestras periódicamente de una señal analógica y convertir el valor de la amplitud de cada muestra en información binaria.

Frecuencias Audibles y de la Voz Humana

• El oído humano puede percibir frecuencias entre 20 y 20000 Hz.
• La voz humana puede generar frecuencias entre 40 y 10000 Hz.

Optimización del Ancho de Banda en Telefonía

Para ahorrar costos, se reduce el margen de frecuencias transmitidas a las comprendidas entre 300 y 3400 Hz, ya que este rango es suficiente para la inteligibilidad de la voz.

Parámetros para Medir la Calidad de la Voz

Existen tres parámetros básicos para medir la calidad de la voz en comunicaciones telefónicas:

• Calidad de audición: Cómo se escucha.
• Calidad de conversación: Cómo se interactúa.
• Calidad de transmisión: Calidad de la red.

Métodos de Medición de la Calidad de la Voz

• Método Subjetivo MOS (Mean Opinion Score): Se evalúa la calidad de distintas muestras y se ponderan los resultados para obtener una puntuación media (mala, pobre, regular, buena, excelente).
• Método Objetivo: Se realiza una comparación entre la señal a evaluar y la señal de origen.

Método PAMS (Perceptual Analysis Measurement System)

Este sistema mide el nivel de esfuerzo necesario para comprender el habla.

Fluctuación de Retardo (Jitter)

La fluctuación de retardo, también conocida como jitter, es la variabilidad temporal durante el envío de señales digitales.

Soluciones para Evitar el Jitter

El jitter se puede evitar mediante el uso de buffers.

Técnicas de Codificación

• Forma de onda.
• Vocoder.
• Híbrida.

Muestreo

El muestreo consiste en tomar valores de una señal analógica a intervalos regulares. La señal puede ser reconstruida siempre que las muestras se tomen a una frecuencia doble de la frecuencia máxima de la señal original.

Cuantificación

La cuantificación es el proceso de asignar un valor digital a cada muestra, representando un conjunto de valores discretos.

G.711 PCM (Pulse Code Modulation)

PCM es un códec de forma de onda que utiliza una velocidad de muestreo de 8000 Hz. Inicialmente utilizaba muestras de 12 bits, lo que producía un ancho de banda de 96 kbps. Con el tiempo, se optimizó a 8 bits por muestra, resultando en un ancho de banda de 64 kbps.

Leyes de Cuantificación en G.711 PCM

• Ley μ: Utilizada en Estados Unidos y Japón.
• Ley A: Utilizada en Europa y el resto del mundo.

TCP/IP y el Modelo OSI

¿Qué es TCP/IP?

TCP/IP es un conjunto de protocolos que permite la comunicación entre ordenadores a través de Internet. Está formado por un conjunto de normas que se utilizan coordinadamente entre dos o más equipos.

Protocolos de Comunicación

Los protocolos de comunicación son un conjunto de reglas que emplean dos equipos informáticos para dialogar entre sí, estableciendo y manteniendo una comunicación libre de errores.

Capas del Modelo OSI

El modelo OSI (Open Systems Interconnection) divide la comunicación en red en siete capas:

• Capa Física: Se ocupa de las propiedades físicas de la conexión.
• Capa de Enlace: Organiza los datos para su transmisión.
• Capa de Red: Gestiona el enrutamiento de los datos a través de la red.
• Capa de Transporte: Define los mecanismos para el intercambio de datos entre sistemas finales.
• Capa de Sesión: Agrupa los datos relacionados con una misma función.
• Capa de Presentación: Define el formato de los datos.
• Capa de Aplicación: Define cómo interactúan los datos con las aplicaciones.

Protocolos de la Capa de Aplicación

Los protocolos de la capa de aplicación definen cómo se pasan los datos de un programa a otro entre los equipos extremos de la comunicación. Algunos de los más utilizados son:

• HTTP: Transferencia de hipertexto.
• SMTP: Envío de correo electrónico.
• POP3: Recepción de correo electrónico.
• DNS: Resolución de nombres de dominio.
• TELNET: Acceso remoto a terminales.
• FTP: Transferencia de archivos.

Protocolos TCP y UDP

• TCP (Transmission Control Protocol): Se encarga de que los paquetes alcancen su destino y controla el flujo variable de bytes en ambos sentidos.
• UDP (User Datagram Protocol): Permite la transmisión de voz o video con mayor velocidad, pero sin garantía de entrega.

Protocolo IP

El protocolo IP (Internet Protocol) establece los procedimientos de direccionamiento y encaminamiento que deben seguir todos los datos transmitidos, independientemente de la red física a la que se establece la conexión.

Paquetes IP y su Cabecera

Los paquetes IP contienen la información necesaria para garantizar que el paquete se mueva rápidamente por Internet hasta alcanzar su destino. La cabecera incluye datos como:

• Versión
• IHL (Internet Header Length)
• TOS (Type of Service)
• Longitud total
• Identificación
• Indicadores
• TTL (Time to Live)
• Protocolo

Componentes de la Cabecera TCP

La cabecera TCP incluye bits dedicados a labores de control, como:

• URG
• ACK
• PSH
• RST
• SYN
• FIN

Mensajes ICMP (Internet Control Message Protocol)

ICMP se utiliza para informar y resolver los posibles problemas en la comunicación entre los distintos equipos.

Paquetes ARP (Address Resolution Protocol)

ARP se utiliza para preguntar al destinatario de una dirección IP cuál es su dirección MAC.

Protocolos para Transmisión en Tiempo Real: RTP y RTCP

RTP y RTCP

• RTP (Real-time Transport Protocol): Añade a los paquetes UDP el número de secuencia, la marca de tiempo y la identificación.
• RTCP (RTP Control Protocol): Informa al remitente de la calidad de recepción y de la identidad de los interlocutores.

Identificación del Códec en RTP

El sistema de identificación del códec en RTP permite que el destino sepa qué códec debe emplear para la decodificación.

Traductor y Mezclador

• Traductor: Aplicación que realiza una conversión del sistema de codificación.
• Mezclador: Aplicación que recoge distintos flujos de sonido de distintas fuentes y los convierte en un flujo único.

SSRC (Synchronization Source Identifier)

SSRC es un número que identifica a cada fuente. El SSRC origen identifica al mezclador.

Información en la Cabecera de los Paquetes RTP

Los paquetes RTP se componen de una cabecera de 128 bits y contienen información de voz codificada. La cabecera incluye:

• Versión
• Relleno
• Extensión
• Marcador
• Tipo de carga útil
• Número de secuencia

Tipos de Paquetes RTCP

• Informe de emisor
• Informe de receptor
• Descripción de la fuente
• Fin
• Funciones específicas de la función

Secciones de los Paquetes SR (Sender Report)

Los paquetes SR tienen cuatro secciones:

• Información de cabecera (32 bits)
• Informe de receptor RR (192 bits)
• Informe de emisor propiamente dicho (160 bits)
• Perfiles específicos

Establecimiento de Comunicación con H.323

Tipos de Señalización en la Red Telefónica

• Señalización entre la terminal y la central telefónica.
• Señalización entre las centrales que forman la red.

Sistema de Señalización H.323

El sistema de señalización H.323 se basa en el funcionamiento de cuatro elementos:

• Terminal
• Gateway
• Unidad de control multipunto
• Gatekeeper

Procesos de Señalización H.323

1. Gestión con el Gatekeeper.
2. Establecer la conexión.
3. Negociar los parámetros.
4. Conversación.
5. Terminar.

Arquitectura SIP (Session Initiation Protocol)

Arquitectura SIP

La arquitectura SIP se basa en un modelo cliente-servidor, donde el cliente realiza solicitudes al servidor, quien responde para aceptar, rechazar o redirigir dichas solicitudes.

¿Qué es SIP?

SIP es un protocolo de señalización concebido para controlar el establecimiento, modificación y terminación de comunicaciones multimedia.

Componentes de la Arquitectura SIP

La arquitectura SIP consta de dos tipos de componentes:

• Terminales
• Servidores de red

Servidores de Redes SIP

Existen tres tipos de servidores de redes SIP:

• Servidores proxy
• Servidores de redireccionamiento
• Servidores de registro

Estos son equipos intermedios que aportan funcionalidad a las redes SIP.