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VoIP

Ermanno PietrosemoliFundación Escuela

Latinoamericana de Redes

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Agenda

• Ventajas de VoIP• Modalidades de VoIP• De Voz a IP• Protocolos más utilizados

– H.323– SIP

• Solución de Código Abierto: Asterisk

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VoIP

Consiste en aprovechar la infraestructuradesplegada para la transmisión de datospara transmitir voz, utilizando el protocoloIP que se ha convertido en el másutilizado en todo el mundo. Es un campo complejo que requiere de conceptos de telefonía, de redes y de ingeniería de tráfico. Haremos un esbozo de las ideas principales.

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Comparación de VoIpcon telefonía tradicional

TRADITIONAL TELCO SWITCH

IP TELEPHONY

SOLUTION INVESTMENT CAPACITY ADVANTAGES

CLASS 5 SWITCH

US $20 MILLION

20,000 LINES • QUALITY • RELIABLE • PROVEN

TECHNOLOGY

INTERNET POP

US $0.1 MILLION

400,000 MINUTES PER MONTH

• EFFICIENCY • NEW

SERVICES POTENTIAL

• SCALABILITYIP FULL OPERATION

US $3 TO 5 MILLION

35 MILLION MINUTES PER MONTH

IP TELEPHONY

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Modalidades de VoIP

• De PC a PC• De PC a la red pública conmutada• De teléfono a PC• Teléfono IP• Teléfono Wi-Fi• De teléfono a teléfono

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Ámbitos de aplicación

• En las empresas: sustitución de PBX e integración con telefonía

• En el hogar: ahorro de costos• En proveedores de servicio: migración de

centrales telefónicas a “Softswitches”

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Las funciones básicas que deberealizar un sistema de voz sobre IP son:

1) Digitalización de la voz2) Paquetización de la voz3) Enrutamiento de los paquetes

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Funciones Adicionales

• Conversión de números telefónicos a direcciones IP y viceversa

• Generación de la señalización requeridapor la red telefónica

• Control de admisión, Tarificación y Facturación

• Manejo de Fax

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VoIP: Ventajas

• Ahorro de ancho de banda y aprovechamientode los intervalos entre ráfagas de datoshaciendo un uso más efectivo de canales costosos

• Convergencia de las comunicaciones de datos y voz en una plataforma única, facilitando la gestión, el mantenimiento y el entrenamiento del personal

• Facilidad de incorporar servicios especiales

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VoIP: Limitaciones

• Las redes IP normalmente no permitengarantizar un tiempo mínimo para atravesarlas

• Las redes IP están diseñadas para descartarpaquetes en caso de congestión y retransmitirlos en caso de error. Esto no esadecuado para la voz

• Los retardos de cientos de ms, comunes en redes de datos, son inaceptables en unaconversación telefónica

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VoIP: Requerimientos

• Utilizar protocolos que permitan garantizarcierto grado de calidad de servicio (QoS) y no utilicen retransmisiones. Prioridad a la voz sobre los datos.

• Controlar el número máximo de saltos y los demás factores que contribuyen al retardo de transmisión para mantenerlopor debajo de 170 ms

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VoIP: Tendencias• ICANN autorizó el dominio .tel para que se

pueda ubicar un número telefónico a partir de un url

• Las grandes empresas telefónicas están abandonando las centrales tradicionales para sustituirlas por “softswitches” en su migarcióna IP

• Vonage de N.J. ofrece tarifa plana en todoEEUU y Canadá por $35/mes

• Skype (de los fundadores de Kazaa) ofrecellamadas gratuitas sobre Internet utilizandopeer to peer, google está también iniciando el servicio

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VoIP: Tendencias• Cisco Systems compra la empresa Sipura

para abandonar el H323 y pasarse a SIP• Linksys-VoIP (antes Sipura) saca sus

primeros productos (los antiguos Sipurasremarcados)

• Existe un contador de usuarios de Asterisk (http://www.sinologic.net/astcounter)

• Las distribuciones más utilizadas: Debian, RedHat/Fedora y CentOS.

• Asterisk@Home Como la distribución másutilizada por los iniciados y expertos.

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Tendencias en la empresa

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•

De teléfono a teléfonoJAJAH introduce una telefoníaglobal gratuita entre líneas fijasnormales y teléfonos móviles -sin tener que descargar ningúnsoftware, sin instalación y sin cascos auriculares. Con el lanzamiento del Nuevo JAJAH en Febrero del 2006, la compañía introdujo un nuevoconcepto revolucionario de telefonía activada a través de la web. Simple y rentable: ¡JAJAH hace accesible losbeneficios de VoIP a todos losusuarios de Internet!

http://www.jajah.com/info/es/company.asp

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Terminales para VoIP

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VoIP usando telefónosconvencionales

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Telefono Wi-Fi http://www.wifi-cell.com/LCD Display 112 x 64 graphic mode, w/backlight Peer-to Peer Dialing,Speed Dialing ,Pre-dialing Call Conference,Authentication: MD5 RF & Battery Level Indicators. WEP 64 and 128 Local Phone Book, Selectable Ring Melodies/Tones Call Hold .Call Waiting, Call Transfer, Call Forwarding Call Mute, Redial, Key Lock, Notification: Ringer/vibration Port: Ear-phone jack , mini-USB port Call Control Protocol: SIP (RFC2543/RFC3261) Codec: G.711 / G723 / G.729a Battery: 3.6V, 1350mAhr Lithium Battery Life: 3.2 hr tallk time, 21~23 hr standby Wireless Access Protocol: CSMA/CA Frequency Range: 2.4-2.497 GHz Number of Channe: Up to 14 channels Data Rate: 802.11b Direct Sequence 5.5, and 11 Mbps RF output 30mW peak Protocol: TCP/IP; DHCP; IEEE 802.11b protocol

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Teléfonos basados en software

• Tienen la ventaja de que pueden ser gratuitos, para quien ya tenga el computador

• Los más populares son los basados en SIP y están empezando a usarse los basados en IAX

• Facilitan CTI (Computer Telephony Integration)• Algunos usuarios prefieren el teléfono

tradicional

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Codificación de la voz

La codificación de la voz, que comprende la digitalización y la compresión de la voz, puedeser realizada mediante tres técnicas principales: por codificación de forma de onda, porcodificación basada en modelos matemáticossobre la producción de la voz y en modeloshíbridos que combinan ambas técnicas.

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Conversión Analógica /Digital

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Supresión de eco y de períodos de silencio

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Factores que afectan la calidadde la voz

• Retardo (Latency)• Fluctuación del Retardo (jitter)• Pérdida de Paquetes

– Paquetes aislados– Ráfagas de paquetes

• Compresión de voz• Eco• Distorsión de digitalización

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MOS de los métodos de compresión de voz

Método de compresión Velocidad requerida MOS

PCM (G.711) 64 kbps 4.4

ADPCM (G.726) 32 kbps 4.2

LD-CELP (G.728) 16 kbps 4.2

CS-ACELP (G.729) 8 kbps 4.,2

MPMLQ (G.723.1) 6.3 kbps 3.98

ACELP (G.723.1)Recomendado para I

5.3 kbps 3.5

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Escalas de Calidad de la vozEscala Calidad de Voz Nivel de distorsión5 Excelente Imperceptible4 Bueno Perceptible pero no

molesta3 Adecuado Perceptible,

molesta un poco2 Pobre Molesta pero

se puede usar1 No SatisfactorioMolesta, no se

puede usar

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Fuentes de retardo• - Retardo de compresión.• - Retardo de empaquetamiento de la información.• - Retardo de espera en cola en el CPE.• - Retardo de serialización del CPE a la WAN.• - Retardo de transmisión hacia la WAN.• - Retardos en la WAN.• - Retardo de espera en cola y serialización de la WAN

al CPE.• - Retardo de transmisión hacia el CPE.• - Retardo en la memoria de manejo de fluctuación de

retardos (jitter buffer).• - Retardo de descompresión.

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Transmisión de Voz:

• UDP. La transmisión se realiza sobre paquetesUDP, pues aunque UDP no garantiza la recepción del paquete, el aprovechamiento del ancho de banda es mayor que con TCP.

• RTP (Real Time Protocol). Maneja los aspectosrelativos a la temporización, marcando lospaquetes UDP con la información necesaria parala correcta entrega de los mismos en recepción.

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Control de la Transmisión:

RTCP (Real Time Control Protocol). Se utilizaprincipalmente para detectar situaciones de congestión de la red y tomar accionescorrectoras

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Retardos

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Componentes del Retardo(Latency)

• Retardo de paquetización• Retardo de propagación• Retardo de transporte• Retardo del jitter buffer

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Fluctuación de Retardo (jitter)

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Fluctuación de Retardo y Retardo

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Conversión de números telefónicos en direcciones IP

Se añaden 8 bytes the UDP y 20 bytes de UDP que contienen la dirección de este gateway, la dirección de fuente y la direccióndel gateway de destino de destino, así como los puertos

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Combinación de tramas en un paquete

Tramas

Paquete

Se añade un encabezado Real Time Protocol (RTP) de 12 bytes que permite el ordenamiento de los paquetes y supriorización respecto a los paquetes de datos

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Eco

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Códigos para Compresión de Voz:

• Requeridos: G.711 y G.723 de dominio público

• Opcionales: G.728, G.729 y G.722 pueden requerir licencias

Mientras más compresión se utilice se requiere menos ancho de banda pero se introduce más retardo

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Codec Velocidad(kbps)

Segmento(bits)

Segmentos/s Duración(ms)

Retardo(ms)

G.711 (PCM)

64 8 8000 0.125 0.125

G.721 (ADPCM)

32 4 8000 0.125 0,125

G.723 (ADPCM)

24 – 40 3 – 5 8000 0.125 0.125

G.726 (ADPCM)

16 – 40 2 – 5 8000 0.125 0.125

G.727 (ADPCM)

16 – 64 2 –8 8000 0.125 0.125

G.729 (CS-ACELP)

8 80 100 10 15

G.728 (LD-CELP)

16 10 1600 0,625 0.625

G.723.1 6.3 189 33.33 30 37.5

G.723.1 5.3 159 33.33 30 37.5

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Recomendaciones ITU-T serie G• G.711 Modulación PCM para frecuencia de

voz Audio hasta 3KHZ a 48, 56 ó 64 kbps.

•• G.723 Codificación para Comunicación

Multimedia a 5.3 y 6.3 kbps.•• G.728 Codificación de 15 kbps usando

Low-Delay code Excited Linear Prediction.•• G.729 Codificación para Transmisión

Multimedia a 8 ó 13 kbps.•

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Recomendaciones ITU-T Serie T

• T.120 Protocolos para transferencia de datos multimedia en aplicacionesmultipunto.

• T.121 Patrón General de Aplicaciones.

• T.122 Servicio de ComunicaciónMultipunto para conferenciasAudiovisuales y Audiográficas.

• T.124 Control de conferencia paraterminales Audio Visuales y Audio Gráficos.

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Factores que afectan la calidadde la voz

Interrelación entre los factores• La fluctuación del retardo (jitter) se puede

controlar con memorias temporales(buffers), a expensas de un aumento del retardo

• Los “codecs” que comprimen en mayor escala introducen más retardo

• Eco

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Factores que afectan la calidad de la voz en sistemas inalámbricos

• Exceso de tráfico en el dominio de colisión– Desechado de paquetes

• Demasiada fluctuación de retardos– Saturación del jitter buffer

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Mejoras en la calidad de la vozen sistemas inalámbricos

• Reducción del retardo– Compromiso con el ancho de banda

• Reducción de la fluctuación de retardos• Reducción de la pérdida de paquetes

– Asignar prioridad a la voz

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Ahorro de ancho de banda

• Compresión de encabezados• Supresión de silencio• Empaquetado de tramas• Control de admisión

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Compresión de Encabezados

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Interfaces de Voz

• E&M: “Ear and Mouth” a ser usadas para conexión a un troncal.

• FXO: “Foreign Exchange Office” a ser usadas para conexión a la Central (Central Office o CO).

• FXS : “Foreign Exchange Station” a ser usada para conectar un Fax o a una unidad de teléfono.

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Telefonía Clásica

• Lazo Local (Local Loop)– Líneas de 2 hilos (Tip & Ring)

• Central (CO)– Termina el Local Loop– Termina el Troncal

PBX PBX

Line LineTrunk

CO Switch CO Switch

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FXO y FXS

• Usualmente el Local Loop está en modo Loop Start

• FXO se conecta a una PBX o a una CO• FXS se conecta a un aparato telefónico o

a una línea y genera el timbre.

PBX PBX

Trunk

CO Switch CO Switch

FXO FXOFXS FXS

Central Central

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FXO y FXS

PBX PBX

Trunk

CO Switch CO Switch

FXO FXOFXS FXS

• FXO detecta el voltaje de timbre, cierra el lazo cuando se levanta el auricular y lo abre cuando el teléfono esta colgado

• FXO se comporta como la red telefónica y se conecta a una línea de dos hilos

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Interfaces Digitales y Señalización

TroncalCliente

• T-1/E-1son sistemas digitales diseñados para transportar voz y datos

• T-1 combina 24 canales de 64 kbps en un circuito

• E-1 combina 30 canales de 64 kbps en un circuito

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Fax sobre IP

Es necesario emular la central telefónica y también el fax remoto, extraer los datos del mensaje fax y encapsularlos en paquetes, para luego volverlos a modular para su entrega al fax remoto.

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Fax sobre IP

El fax es más sensible a los retardos que la voz. Si la máquina remota no recibe una respuesta (usualmente en 3 s) retransmite o desconecta la llamada. El adaptador debe entonces simular el fax remoto en lo que se conoce como “Spoofing”

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Protocolos

• Para garantizar la interoperabilidad entrela red telefónica y las redes de transmisiónde datos es necesario utilizar grupos de protocolos. Los más conocidos son H.323 y SIP

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RECOMENDACIÓN ITU-T H.323

Videoconferencia sobre LANs que no garantizan

calidad de servicio tales como:

• Ethernet (IEEE 802.3)

• Fast Ethernet

• FDDI

• Token Ring (IEEE 802.5)

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Interoperabilidad

Los terminales H.323 pueden ser utilizados en configuraciones múltiples, y su vez pueden comunicarse con terminales que sean parte de redesdiferentes a la suya, como por ejemplo, terminales en REDES B-ISDN (Broadband ISDN) o redes inalámbricas, etc

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Puntos terminales y entidades

Los puntos terminales pueden llamar y ser llamados. Las entidades no pueden ser llamadas, sin embargo, pueden ser direccionadas para funciones específicas, como es el caso de los gatekeepers quepueden ser direccionadas para establecer losprocedimientos para la comunicación entreterminales.

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Componentes H.323• Terminal: punto terminal de la LAN que puede realizar una

comunicación con otro terminal, gateway o MCU consistente en flujo de datos de control, audio, video o aplicaciones.

• Gateway: punto terminal que provee comunicación entreterminales de la LAN y otros terminales ITU dentro de unaWANTterminales ITU son los incluidos en las recomendacionesH.320 (ISDN), H.321 (ATM, .Asynchronous Transfer Mode), H.322 (GQOS, Garanteed Quality of Service), H.324 M (móvil).

• Gatekeeper: entidad que provee el servicio de traducciónde direcciones y control de acceso a la LAN de terminales, gateway y MCUs en los caso que lo ameriten.• Multipoint Control Unit (MCU): punto terminal que se encarga de la centralización del flujo informativo en unaconferencia multicast.

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Componentes H.323• Los gateways son los encargados de conectar dos

redes disímiles. realiza la traducción de la señalización, de las codificaciones de audio y vídeo y de los protocolos de transmisión entre las diferentesredes

• Los gatekeepers proveen los servicios de directorio, autorización e identificación de terminales y gateways, manejo de ancho de banda, conversión de direcciones, control de llamadas, tarificación, etc. Aunque los gatekeepers son opcionales, resultan ser esenciales para los sistemas H.323 de gran escala

• Los gatekeepers, los gateways y los MCUs son componentes lógicos separados pero que pueden ser implementados en un mismo dispositivo físico.

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H.323H.323

Gatekeeper

H.323Gateway

H.323Gateway

N-ISDNPSTN B-ISDN /ATM

H.323Terminal

H.323Terminal

LAN

Voz H.324 V.70 Voz H.320 H.321 H.310

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H.323 se apoya enRTP (Real Time Protocol, protocolo en tiempo real) quele agrega a cada trama la identificación del tipo de información que contiene, el número de secuencia y la hora en que fue generada. Esto permite que el receptor transmita la información al usuario al mismo ritmo en quefue generada y permite conocer si hubo descartes de información.Otro protocolo que trabaja en conjunto con RTP es el RTCP (RTP Control Protocol) que se basa en la transmisión periódica a todos los participantes de unasesión de paquetes de control con información sobre la calidad de lacomunicación.

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Direccionamiento:

• RAS (Registration, Admision and Status). Protocolo de comunicaciones que permite a unaestación H.323 localizar otra estación H.323 a través de el Gatekeeper.

• DNS (Domain Name Service). Servicio de resolución de nombres en direcciones IP con el mismo fin que el protocolo RAS pero a través de un servidor DNS

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Funciones Primarias

• ENTRAMADO (FRAMING)– Agrupación de los datos y la información de

control • SEÑALIZACIÓN (Signaling)

– Informa sobre el estado de cada canal

• Sincronización (TIMING)– Sincronización de tramas– Sincronización de canales– Sincronización de bits

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Señalización

• Q.931 Señalización inicial de llamada• H.225 Control de llamada: señalización, registro y

admisión, y paquetización / sincronización del stream (flujo) de voz

• H.245 Protocolo de control para especificarmensajes de apertura y cierre de canales parastreams de voz

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SIP ( Session Initiation Protocol)

• Protocolo de la capa de aplicación para crear, modificar y terminar sesiones multimedia entre dos más participantes

• Protocolo simple, pero fácilmente extensible: los métodos definen la transacción, los encabezados describen la transacción , y el cuerpo del mensaje el texto

• Establecido por IETF, orientado a IP

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SIP ( Session Initiation Protocol)

• Está basado en texto, lo que facilita su manipulación y depuración

• Es el protocolo de señalización para las redes celulares de tercera generación, tanto en el campo 3GPP como 3GPP2

• Basado en el modelo cliente-servidor

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Funcionalidades de SIP• Ubicación del usuario: determina el sistema que se

debe utilizar para conversar con un usuario dado• Disponibilidad del usuario: determina la disposición del

usuario de recibir la comunicación• Funcionalidades del usuario: determina el medio y los

parámetros del medio que se utilizarán• Establecimiento de sesión: establecimiento de los

parámetros de la sesión en ambos extremos• Manejo de la sesión: transferencia y terminación de

sesiones, modificación de los parámetros de la sesión y solicitud de otros servicios

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Los cinco componentes de SIP

• Agente de usuario obligatorio• Gateway SIP opcional• Servidor de Registro opcional• Servidor Proxy opcional• Servidor de Redirección opcional

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¿A quién le conviene SIP?

• En una red sólo IP• A usuarios móviles e itinerantes• Integración con mensajes instantáneos y

telepresencia• Para terminales basados en software• Cuando no se tiene plan de numeración

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Asterisk• De Wikipedia• Asterisk es una aplicación de código abierto de una central

telefónica (PBX). Como cualquier PBX, se puede conectar un número determinado de teléfonos para hacer llamadas entre sí e incluso conectar a un proveedor de VoIP o bien a una RDSI tantobásicos como primarios.

• Asterisk tiene licencia GPL. Mark Spencer de Digium inicialmentecreó Asterisk y actualmente es su principal desarrollador junto con otros programadores han contribuido a corregir errores, añadirnovedades y funcionalidades. Originalmente desarrollado para el sistema operativo Linux, Asterisk actualmente también funciona en BSD, MacOSX, Solaris y Microsoft Windows aunque la plataformanativa (Linux) es la mejor soportada de todos.

• Asterisk incluye muchas características anteriormente disponiblessólo en sistemas propietarios PBX: buzón de voz, conferencias, IVR, distribución automático de llamadas, y otras muchas más. Los usuarios pueden crear nuevas funcionalidades escribiendo un dialplan en el lenguaje de script de Asterisk o añadiendo módulosescritos en lenguaje C o en cualquier otro lenguaje de programaciónsoportado por Linux.

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Asterisk

• De Wikipedia• Para conectar teléfonos normales analógicos hace falta unas

tarjetas telefónicas FXS o FXO fabricadas por Digium o por otrosfabricantes, ya que para conectar el servidor a una línea externa no vale con un simple módem.

• Quizá lo más interesante de Asterisk es que soporta muchosprotocolos VoIP como pueden ser SIP, H.323, IAX. Asterisk puedeinteroperar con teléfonos IP actuando como un registrador y comogateway entre ambos.

• Las compañías de telecomunicaciones de todo el mundo empiezana utilizar Asterisk como sistema nativo de VoIP junto con SER Sip Express Router en lugar de otras marcas que ofrecen PBX propietarios como Alcatel, Cisco o Avaya.

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Tarjetas para conexión telefónica

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Tarjetas para conexión telefónica

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Recapitulación

• La transición a VoIP es inexorable• El cambio de paradigma crea una gran

convulsión en el mercado• La transición puede ser muy traumática, y

para muchas organizaciones puede ser más conveniente esperar

• Los usuarios individuales son los más beneficiados