Implantação de telefonia IP

Implantando um serviço de telefonia IP em empresas de médio e grande porte

Alex Galhano RobertsonOrientador: Carlos Alberto Malcher Bastos

Universidade Federal FluminenseDefesa de Dissertação de Mestrado

Mestrado em Engenharia de TelecomunicaçõesProcessamento de Sinais e Comunicações de Dados Multimídia

Março/2010 Implantando telefonia IP em empresas de médio e grande porte 2

Agenda

● Introdução– Motivação– Contextutalização

● Entendendo VoIP– VoIP Vs. ToIP– Protocolos– RTP– CODECs

● QoS para ToIP

● Medições, Monitoramento e Gerência de Redes

● Casos práticos– FIRJAN– RNP

● Proposta de roteiro para implantação

● Conclusão

Introdução

● Convergência para IP não é mais novidade● Motivador principal é a redução de custos com

telecomunicações● Motivador secundário é a possibilidade de

acrescentar novas funcionalidades à rede de telefonia.

● Iniciativas de Código Aberto facilitaram a disseminação da tecnologia

Introdução / Motivação

● Interesse em VoIP aumenta demanda, que faz aumentar a oferta, que abaixa os preços e faz aumentar o interesse

● Surgem implementações descuidadas, com baixo compromisso com a qualidade do serviço, que fazem com que a tecnologia seja desacreditada.

Solução / Objetivo

● Sensibilizar profissionais e empresas sobre a necessidade da prestação de um serviço de qualidade

● Desenvolver um roteiro de boas práticas a cerca do planejamento para implantação e operação do serviço de telefonia IP

Por que nas grandes e médias?

● Pequenas empresas tendem a adotar soluções “caseiras”– Essas soluções as atende– Falta de compromisso com qualidade– Falta de recursos (financeiros e humanos)– Não possuem escritórios distantes uns dos outros

Voice over Internet ProtocolVoIP

VoIP ≠ ToIP

● VoIP = Voz sobre IP

● É a tecnologia que torna possível o transporte da voz utilizando redes IP.

● ToIP = Telefonia sobre IP

● É o serviço de telefonia, em todos seus aspectos funcionais, que utiliza a tecnologia VoIP para fazer a comunicação entre os dispositivos

Protocolos para VoIP● NVP – Network Voice Protocol● ST – Internet Stream Protocol● H.323● SIP – Session Initiation Protocol● MGCP – Media Gateway Control Protocol● MEGACO / H.248 ● IAX – Inter Asterisk eXchange

– SDP – Session Description Protocol– RTP – Realtime Transport Protocol

Transporte de mídia● RTP – Realtime Transport Protocol

– Utilizado pelo SIP e pelo H.323– Funciona sobre UDP– RFC-1889

● RTCP – Realtime Transport Control Protocol– Fornece dados sobre os fluxos RTP em curso

Digitalização da voz

● PCM – Pulse Code Modulation– Amostra sinais 8 mil vezes por segundo– Quantiza as amostras em 256 níveis– Codifica, associando os níveis a símbolos

binários● São necessários 8 bits para os 256 níveis

8000 amostras por segundo x 8 bits por amostra64kbps

CODECs● Coder–DECoder ou Compress–DECompress

● Consideram a mídia a ser codificada

● CODECs para voz utilizam os conceitos – Psico-acústica (percepção subjetiva dos sons)– Noise shaping

● Reduzir número de bits para codificação gera ruído● Quanto maior a frequência, menor a percepção do

ruído, então maior a redução de bits

CODECs● CODECs mais simples procuram por padrões

e suas repetições– Voz e vídeo normalmente são dados caóticos

resultando em baixa eficiência

● Solução: perda controlada de informaçõesLossy CODECs

● Aplicações específicas mantendo fidelidadeLossless CODECs

CODECs em VoIP

● Grande importância– Banda– Atraso– Processamento– Quantidade de chamadas simultâneas

● A taxa de bits de um CODEC não corresponde ao seu consumo de banda

Cálculo de banda

● Exemplo com G.711 (Taxa de bits de 64 kbps)– Payload: 160 bytes– Taxa: 50 pacotes por segundo– Cabeçalhos eth+trailer_eth+IP+UDP+RTP:

(16+4+20+8+12)((16+4+20+8+12)+160)*8*50 =

88000 = 88 kbps

● VAD – Voice Activity Detection– Detetor de silêncio– Suspende o envio de pacotes quando nível do

sinal está abaixo de um limite

● Cerca de 50% do tempo de conversação é silêncio

● Utilizado para economizar banda● Útil em redes com várias ligações simultâneas

● IAX2 → Inter Asterisk eXchange V2– Descrito na RFC-5456– Protocolo VoIP do Asterisk– Possui mecanismo para transporte da mídia

● Não utiliza RTP– Utiliza apenas uma porta UDP, 4569

● Facilidade com NAT e Firewalls– É “leve” e eficiente

IAX2 – modo tronco

IAX acrescenta 4 bytes no cabeçalho por cada chamada

IP UDP IAX PAYLOAD1 PAYLOAD2 PAYLOAD_N

IP UDP RTP PAYLOAD1 IP UDP RTP PAYLOAD2 IP UDP RTP PAYLOAD_N

SIP e H.323, acrescentam mais 40 bytes para cada chamada.

Cerca de 50% mais eficiente em relação ao consumo de banda.

QoS para telefonia IP

QoS – Qualidade de Serviço

● Uma rede “possui QoS” quando o tráfego é tratado de forma a priorizar fluxos críticos

● Rede IP tem serviço de “melhor esforço”– Não garante tempo de entrega, ordem de

entrega, Integridade dos pacotes● Complementos são necessários

– Protocolos auxiliares– Ações e intervenções na rede e em serviços

Parâmetros importantes

● Perda de pacotes– < 5%

● Atraso fim-a-fim– < 150 ms

● Jitter– < 30 ms

● Margem de segurança para banda– 10% do consumo

Congestionamento

● Toda a banda disponível está ocupada● Faz aumentar perda, latência e jitter● Percepção de baixa qualidade nas ligações● Contratar mais “banda”

● Adianta policiar ou priorizar o tráfego de/para Internet?

– TCP respeita redução de velocidade, UDP não.

Enlaces Frame-Relay

● Compressão de cabeçalho

● Utilização em enlaces próximos a saturação ou onde não é possível aumentar a banda

Enlaces Frame-Relay

● Fragmentação e Interposição de quadros

Taxa da porta Tamanho recomendado do fragmento 64 kbps 80 bytes

128 kbps 160 bytes

256 kbps 320 bytes

512 kbps 640 bytes

1536 kbps (full T1) 1600 bytes

2048 kbps (full E1) 1600 bytes

PBH – DSCP – IP Precedence

Medindo QoS● MOS – Mean Option Score

– Modelo subjetivo para medição de qualidade– Grupo de pessoas qualificam fluxos em

ambientes controlados– ITU-T P.800

MOS Qualidade Degradação

5 Excelente Imperceptível

4 Bom Perceptível, mas não incomoda

3 Aceitável Incomoda um pouco

2 Pobre Incomoda

1 Ruim Incomoda muito

Medindo QoS● Modelo E

– Considera parâmetros da rede para inferir a qualidade das ligações

– Fator R – 0 (péssimo) a 100 (ótimo)– ETSI ETR250 e ITU-T G.107

Fator-R MOS Satisfação do usuário

90 4,35 Muito satisfeito

80 4,03 Satisfeito

70 3,6 Alguns usuários satisfeitos

60 3,1 Muitos usuários insatisfeitos

50 2,58 Quase todos insatisfeitos

Resistência a perda de pacotes

CODEC Cisco MX-One HP-3800 Asterisk

41,5 25,0 43,5 28,0

G729 32,0 21,5 39,5 27,0

27,0 18,5 25,5 23,042,0 NA NA 29,0

Tabela: Porcentagem de perda de pacotes onde a voz se torna ininteligível.

G711 ulaw

G723 6.3kbps

G726 3.2kbps

Tabela 1: CODECS, equipamentos e tolerância a perda de pacotes

Medições, Monitoramento e Gerência de Redes

Monitorar ≠ Gerenciar ● Monitorar → Ideia de passividade. Apenas

observa● Gerenciar → Ideia de ação. Atitudes que

acertam o rumo das atividades

● Não basta apagar os incêndios indicados pelos alarmes.

● Programação para o futuro – Planejamento

Medições em redes

Medições ativas● Precisam gerar

tráfego na rede● Tráfego sintético

– Simula aplicações● ping, traceroute,

mgen, iperf, pktgen● Sipp

Medições passivas● Não geram tráfego

na rede● Identificação de

padrões e tendências● ntop, tcpdump,

wireshark, iptraf● netflow, SFlow,

MonitoramentoMonitorar = medir constantemente

● Serviço: Tempo entre falhas, tempo de resolução, disponibilidade, clientes não atendidos, ...

● Elementos de rede: Filas, memória, CPU, acls, ...● Servidores: CPU, memória, espaço, arquivos abertos, ...● A rede: Atraso, jitter e perda entre pontos específicos, …● Estações de usuários: status, CPU, memória, espaço, …● Ambiente: temperatura, umidade, acessos, ...

O que monitorar – ToIP

● Servidor de bilhetagem– Sincronismo, tamanho de tabelas, quantidade

de registros, sistema de arquivos, ...● Proxies

– Desempenho, tempo de ocupação dos canais, motivos de desconexão, quantidade de ligações simultâneas, ...

● Experiência do usuário– Fator R e cálculo do MOS, reclamações no

callcenter

Gerência de redes

● Aplicar conhecimentos, habilidades e técnicas na elaboração de atividades relacionadas para atingir um conjunto de objetivos pré-definidos

– Controlar ações● É necessário

– Conhecer o ambiente– Conhecer as tendências– Conhecer as demandas– Conhecer os recursos disponíveis

Modelos de gerência● TMN – Telecommunications management Network

– ITU-T M.3010– Foco em Serviço e Negócio

● FCAPS – Fault, Configuration, Accounting, Performance, Security– ITU-T M.3400– Foco em tecnologia

● ITIL – Information Technology Infrastructure Library– UK Central Computer and Telecommunications Agency– Foco em Processos e eficiência

● Network Managment Systems

● Unificam informações relevantes, associam dados e apresentam resultados de forma organizada e funcional

● Permitem manter histórico também das ações tomadas

Relação: ITIL e NMS

NMS – características importantes● Visão geral da rede e dos serviços (overview)● Históricos● Acompanhamento de ações (trouble-ticket)● Alarmes (com correlacionamento)● Relatórios● Comunicação e apresentação● Operador virtual● Recursos humanos

A ferramenta para gerência

● A ferramenta completa não existe

● Será necessário compor a solução ideal para cada caso

Comparação entre NMSes● Nagios é, sem dúvida, o NMS de código aberto mais

utilizado, apesar de não ser o mais completo.● Zenoss e Groundwork são sistemas de código aberto

com maior apelo comercial. Talvez isso faça deles os mais completos e amigáveis.

● OpenNMS mostra preocupações mais gerenciais (procura seguir FCAPS). Manuseio não parece ser muito fácil.

● Zabbix está sendo bastante comentado e começa a aparecer com força. Aparentemente, possui interface bem amigável, mas documentação e suporte deixam a desejar.

Casos práticosFIRJAN

FIRJAN

● Fase1: Diagnóstico da rede e serviços– Upgrades de enlaces e políticas de QoS

● Fase2: Planejamento da implantação de ToIP– Estudo de contratos vigentes– Estudo das opções (ferramentas e protocolos)

O ambiente

Foi analisado...

● Tráfego de dados● Perfil de chamadas● Configuração dos roteadores● Capacidade dos PABX● Propostas dos principais fornecedores● Proposta de código aberto● Interfuncionamento entre soluções abertas e

fechadas

Equipamentos utilizados

● PABX Ericsson MX-One● PABX Ericsson MD-110 (Versão BC-9)● PABX Siemens HiPath 3800 + Placa HG● Servidor de voz Asterisk (SoftPBX)● PABX legados de diversos fabricantes

– Monytel, Alcatel, Digitro, Intelbrás, Siemens● Roteadores Cisco 1751 - IOS 12.1(5)T10

Testes● Testes preliminares

– Chamadas simples● Testes de facilidades

– Serviços suplementares● Teste de reação a falhas da rede de dados

– Tolerância a perda de pacotes– Interrupção

● Testes de aceitação dos usuários– Avaliar a percepção da qualidade e das

mudanças

Resultado dos testes Homogêneo Heterogêneo

Vantagens Transparência de facilidades e

uniformidade na operação,

gerência e manutenção.

Liberdade para escolha de

protocolos e fabricantes.

Facilidade para criação de novos

serviços.

Desvantagens Alto custo de equipamentos e

licenças.

Pode restringir serviços

suplementares.

Expansão Solução escalável, inclusive

podendo migrar para ambiente

heterogêneo.

Facilidade para expansão,

podendo agregar novas

tecnologias.

Gerência Centralizada, mas disponibilizada

para gestores via web.

É possível centralizar, mas deverá

haver um procedimento para cada

fabricante/solução.

O objetivo

Planos de migração

Últimas considerações

● Incompatibilidade de hardware– MX-One – Cisco 1751 - IOS 12.1(5)T10

● Após a entrega das opções de estratégia de migração, a operadora de telefonia ofereceu uma proposta irrecusável

● A pesquisa com os usuários do sistema não pode ser executada.

Casos práticosRNP

Serviços Digitais para SaúdeProjeto Piloto entre RNP e Ministério da Saúde

● Três frentes de trabalho– Datasus, Qualisus e Telessaúde

● VoIP– Frente Datasus + 5 secretarias estaduais de

saúde + 3 secretarias municipais de saúde● fone@MS

– Plano de numeração compatível com fone@RNP

– Maior integração possível com PSTN

O ambiente● Velocidade

– 1 x 34 Mbps– 1 x 10 Mbps– 1 x 8 Mbps– 7 x 4 Mbps– 3 x 2 Mbps– 13 x 2/1 Mbps

● Rede permite VoIP– baixa utilização– baixa latência– AP e RR com latência alta.

Solução propostaSobreposição da arquitetura do serviço com a rede de suporte● Proxies centrais em RJ

e DF● Ligação com

fone@RNP pelos nós centrais

● Ligação com regionais pelos nós centrais

● Ligação com a PSTN em todos os nós

Solução nos sites

Solução para secretarias

O sistema

A interface

Últimas considerações

● Homologação do ambiente● Transporte de placas e materiais● Placas com problemas● Configuração de rede e firewall● Equipes distintas

Adotando a Telefonia IP

Roteiro para planejamento

Antes de começar● VoIP é mesmo necessário?

– VoIP não implica necessariamente ser a melhor opção ou mesmo redução de custo

– Analise os contratos vigentes e negocie com a operadora

– Considere aquisição de novos troncos celular– Considere iniciar uma campanha para uso

consciente do telefone na empresa– Considere os custos de implantação– Considere aproveitar a infraestrutura existente

Implantação da ToIP

● A implantação não é uma tarefa. É um projeto!– Planejar, Desenvolver, Controlar, Agir

● Serviço implantado, é hora de mantê-lo funcionando

– Procure usar ITIL ou outras boas práticas– Mapeie os processos do serviço

Oriente-se sempre por padrões e boas práticas

Planejamento

● Definição do escopo.– Público alvo– Alcance das ligações– Serviços complementares

● Dimensionamento– Perfil de tráfego (demanda)

● Considere a demanda reprimida– CODEC

● G.711, GSM, G.729

Planejamento

● Fornecedores de conectividade– Se já existirem, considere rever o contrato– Lembre-se da SLA

● Parceiros– Ter parceiros para troca de tráfego pode ser

vantajoso, mas não deixe de consultar os órgãos legais.

Planejamento

● Plano de numeração e discagem– Define como o novo sistema se integrará com

o legado– Considere áreas da empresa, localização

geográfica, serviços e integração com PSTN

● Recursos humanos– Contrate especialistas– Capacite funcionários da casa

Preparação da infraestrutura

● Rede local– Homologue a rede local que dará suporte ao

serviço– Recomenda-se a utilização de PoE,

aproveitando o sistema de energia do datacenter

– Recomenda-se a utilização de VLANs separadas para dados e voz

● Redes WAN– É recomendável priorizar pacotes de voz

sempre– Se próximo da saturação, considere utilizar

● Compressão de cabeçalho● Fragmentação e interposição

– Se o interesse/necessidade em economia de banda for forte, considere o uso do protocolo IAX2

● Fornecimento de energia– Verifique se a rede atual suporta a nova carga

de equipamentos– Verifique se o UPS (Sistema Ininterrupto de

Energia) suporta a nova carga– Redimensione, se for o caso– Não esqueça do aterramento

Tecnologia

● A tecnologia (H.323, SIP, IAX ou proprietários) deve ser função de

– Orientação e cultura da empresa– Custo com equipamentos e profissionais– Suporte, manutenção e SLA– Equipamentos e (in)possibilidade de upgrade– Rede, enlaces e (in)possibilidade de upgrade

Vários ...

● Enlaces de voz e dados– Considere contratação de redundância

● Inclusive pela rede tradicional de telefonia● Protocolos e fornecedores

– Evite misturá-los● Mas podem existir casos especiais

● CODECs– Evite conversões de CODECs

Aquisições● Atualizações

– Aproveitamento do último investimento– Considere custos com equipamentos e

licenças● Novas instalações e equipamentos

– Faça homologação dos novos equipamentos– Não esqueça das peças pequenas

● Principalmente se não tiver contratado uma empresa para a instalação

– Considere aquisição de partes sobressalentes

Gerência

● Não negligencie a gerência da rede e do serviço

● Deve estar de acordo com a política da empresa

– Considere as boas práticas ● ITIL para o serviço● COBIT para a governança● SoGP para segurança

● NMS deve ser adequado a necessidade e a capacidade da empresa

Gerência

● Gerência da rede pode ser terceirizada, mas não é recomendável dependendo da importância estratégica do serviço

● Capacite os funcionários● Ou contrate funcionários capacitados● Analise os relatórios. Eles existem!

– Corrija falhas– Adapte-se às novas demandas

Problemas em ToIP

● Tenha escrito um “Plano B”.– Problemas acontecem, mas telefonia não

pode parar.

● Conheça as fraquezas da tecnologia e não as ignore.

Problemas em ToIP● Atenção para NAT e Firewalls● VoIP não é bom para transmissão de faxes

– Considere um gateway email-fax e fax-email● VoIP não é bom com máquinas de TEF● Alguns sistemas de alarme também transportam dados

pela linha telefônica● VoIP precisa de energia!● As operadoras, principalmente de VoIP, não são

perfeitas● A rede não tem sempre um bom desempenho

Conclusão

● Implantar ToIP não é uma tarefa trivial● É um projeto complexo● O roteiro apresentado pretende auxiliar

pessoas e empresas na implantação ou modernização do serviço de telefonia

● De forma alguma, este roteiro esgota o assunto. Ele orienta e abre caminhos para futuros trabalhos.

Trabalhos futuros● Depuração, crítica e aperfeiçoamento do roteiro para

que seja possível a evolução para uma metodologia de implantação e gerência de serviço de Telefonia IP

● Inclusão de suporte a VoIP nas ferramentas de Gerência de redes

● Desenvolvimento de sistema de medição para qualificar enlaces quanto ao suporte a VoIP

● Criação de curso específico para capacitar gerentes e técnicos na administração e implantação do serviço de Telefonia IP.

ObrigadoAlex Galhano Robertson

alexgrobertson@gmail.com.br

Implantação de telefonia IP

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01.2.Introduccion Telefonia IP