Fundamentos de VoIP: Protocolos, Códecs y Calidad de Servicio (QoS) en Redes IP

Telefonía IP (VoIP): Características y Beneficios

Características Clave

• Utiliza las redes IP (Internet Protocol).
• Sustituye la red de telefonía tradicional.
• Interconexión mediante IP de dispositivos (teléfonos, centralitas, ONT, routers).
• SaaS (Software as a Service): Actualmente se basa en máquinas virtuales en la nube (Cloud) y opera bajo un modelo de cuota mensual.
• Requiere un protocolo de señalización (como SIP) y uno de transporte (RTP y UDP).

Ventajas de la Telefonía IP

• Económica.
• Fácil adición de líneas y extensiones.
• Altamente ampliable y configurable.
• Facilita el teletrabajo.

Fiabilidad y Calidad de Servicio (QoS) en Redes LAN

Medidas para Asegurar la Fiabilidad

1. Priorizar el tráfico de aplicaciones de tiempo real (QoS - Calidad de Servicio).
2. Creación de VLANs (Redes Virtuales) para segmentar el tráfico.
3. Asegurar velocidad y calidad de conexión suficientes.
4. Configuración de redundancia.
5. Implementar protocolos de acceso riguroso.

Conceptos Clave de Calidad

Jitter

Se produce cuando existe un retardo variable entre la llegada de los paquetes. Esta variabilidad confunde a los sistemas y degrada la calidad, y se produce específicamente en el protocolo RTP. El jitter se soluciona insertando una marca temporal en los paquetes de audio que funciona como referencia.

Distorsión de la Digitalización

Valores erróneos generados durante los procesos de decodificación.

Servidores DNS

• Servidor DNS Preferido: Dirección del servidor encargado de traducir los nombres de dominio a direcciones IP.
• Servidor DNS Alternativo: Dirección del segundo servidor DNS.

Protocolos Fundamentales de Transporte y Control

Protocolo TCP (Transmission Control Protocol)

• Pertenece al nivel de transporte.
• Es un protocolo orientado a conexión (requiere que todos los paquetes lleguen).
• Se encarga de verificar que el equipo destino esté listo para recibir la comunicación.
• Controla los paquetes que recibe durante la llamada y gestiona la finalización de la comunicación entre emisor y receptor.

Protocolo UDP (User Datagram Protocol)

• Es un protocolo no orientado a conexión.
• Envía información sin verificar la recepción (quien quiera lo escucha).
• No realiza control de errores.
• Se utiliza en aplicaciones en tiempo real. UDP es más rápido, pero menos efectivo.

Protocolo RTP (Real-Time Transport Protocol)

Protocolo de transporte de datos en tiempo real. No requiere que lleguen todos los paquetes. Utiliza 32 bits y puede operar sobre TCP o UDP.

Protocolo RTCP (RTP Control Protocol)

Controla el flujo de RTP. Su función es mantener informado al emisor y al receptor sobre posibles errores y la calidad de la transmisión.

Protocolo RSVP (Resource Reservation Protocol)

Utiliza la información de la red para realizar un balance de carga. En caso de congestión, toma decisiones para priorizar ciertos flujos de tráfico sobre otros.

Compresión de Voz: Códecs de Audio

Un códec de audio toma la señal de voz, la digitaliza y la comprime en un formato adecuado para la transmisión, reduciendo al máximo el envío de datos. Este proceso implica muestreo, cuantización y codificación, y requiere recursos de CPU y GPU.

Tipos de Códecs según su Funcionamiento

1. Basados en la Forma de Onda: Eliminan información que el oído humano difícilmente detecta. Ofrecen mayor calidad. Ejemplos: G.711, G.721, G.723 y G.726.
2. Paramétricos: Se basan en un modelo matemático de la voz. Permiten una reducción máxima y son variables, transmitiendo muy poco ancho de banda en ciertos momentos y más en otros.
3. Híbridos: Combinan características de los dos tipos anteriores.

Tipos de Códecs según la Compresión

• Códec con Pérdidas: Reduce el tamaño de los paquetes para lograr una alta compresión y disminuir el ancho de banda, sacrificando ligeramente la calidad.
• Códec sin Pérdidas: Es capaz de enviar la información comprimida manteniendo la calidad original y recuperando la totalidad de la información.

Protocolos de Señalización: SIP y Alternativas

SIP (Session Initiation Protocol)

Es el protocolo de señalización más utilizado en la mayoría de los sistemas de telefonía IP, desarrollado por la IETF.

• Función: Proporciona información sobre los participantes y se encarga de establecer contacto entre ellos.
• Mecanismo: Es un protocolo de petición-respuesta que utiliza una serie de códigos numéricos para gestionar las sesiones.

Inconvenientes y Soluciones de Firewall

SIP utiliza el puerto UDP 5060 para la señalización. Sin embargo, la transmisión de los paquetes de voz (media) se realiza a través de puertos UDP asignados dinámicamente por el protocolo RTP.

Problema: En las llamadas salientes, puede suceder que los puertos UDP dinámicos utilizados por RTP no estén permitidos por el firewall.

Solución: Es necesario identificar y configurar la apertura de los puertos UDP que deben estar abiertos, a menudo con la ayuda del administrador de red.

Otros Protocolos de Señalización

• H.323: Se utilizaba en redes RDSI. Funciona deficientemente en entornos IP y actualmente su uso es marginal.
• IAX (Inter-Asterisk eXchange): Es un protocolo abierto y competencia directa de SIP. Una característica notable es que no utiliza marca de tiempo.