Seção: Tutoriais Banda larga e VOIP

Conceito

A designação VoIP vem de Voice over IP, onde IP é o tradicional Internet Protocol (definido na [RFC791] do IETF - Internet Engineering Task Force) utilizado tanto na Internet como em redes privadas de comutação de dados.

O framework Voice over IP usa o protocolo IP para transmitir voz como pacotes de dados sobre uma rede IP. Desta forma, um sistema VoIP pode ser implementado em quaisquer redes que usem o protocolo IP: Internet, intranets e redes locais (Local Área Networks – LAN’s).

Nesses sistemas o sinal de voz é digitalizado, comprimido, e convertido em pacotes IP antes de efetivamente ser transmitido pela rede. Protocolos de sinalização são usados para estabelecer e desconectar chamadas, transportar informações necessárias para localizar usuários e negociar funcionalidades.

Um dos padrões mais conhecidos do framework VoIP é o [H.323], definido pelo ITU (International Telecommunication Union) em 1996. A estrutura do H.323 pode ser vista nas figuras 1 e 2 [ARORA99].

Figura 1: Estrutura do Protocolo H.323

Figura 2: Estrutura do Protocolo H.323

O padrão H.323 provê o alicerce para comunicações de áudio, vídeo e dados através de uma rede baseada em no protocolo IP. Esse padrão tem como objetivo permitir que produtos e aplicações de multimídia de diferentes fabricantes possam inter-operar, permitindo aos usuários se comunicarem sem preocupações quanto a compatibilidade.

O H.323 é uma recomendação tipo guarda-chuva do ITU e que estabelece padrões para comunicações multimídia sobre redes locais que não provêm funcionalidades de Qualidade de Serviço (QoS). Foge ao escopo deste tutorial um aprofundamento sobre o padrão H.323, mas um farto material pode ser encontrado no site do IETF.

Transporte de Voz

O protocolo RTP mencionado na figura 2 é o Real Time Protocol, que provê serviços de entrega fim-a-fim para dados com características de tempo-real, tais como áudio interativo e vídeo. Esses serviços incluem identificação do tipo de payload, numeração de seqüências, timestamping e monitoramento de entrega.

As aplicações VoIP tipicamente rodam o RTP sobre UDP (serviço de transporte de dados sem conexão) nativo do protocolo IP, para tomar proveito de seus serviços de multiplexação e checksum, conforme pode ser verificado na recomendação [RFC3550] do IETF.

Como o protocolo RTP não prevê a criptografia do payload, as comunicações telefônicas que utilizam VoIP estão sujeitas a ataques do tipo man-in-the-middle, nos quais o hacker captura o stream da conversação e transforma-o em arquivos tipo .wav ou .mdi para posterior reprodução e/ou divulgação.

Isso pode ser evitado se os equipamentos terminais e/ou gateways implementarem critptografia via hardware (para evitar impacto no delay), ou se a comunicação entre terminais e/ou gateways trafegar por um túnel VPN (Virtual Private Network).

Neste último caso é necessário avaliar se o delay adicionado pelo túnel VPN não irá comprometer a qualidade fim-a-fim da comunicação de voz. O IETF está trabalhando em um aperfeiçoamento do protocolo RTP chamado Secure RTP, o qual proverá confidencialidade, autenticação e replay-protection às comunicações baseadas no RTP [RFC3711].

Qualidade de Serviço (QoS)

O transporte de voz por comutação de pacotes deve levar em consideração que esse tipo de serviço precisa ser capaz de fornecer um nível de qualidade muito semelhante aos serviços de voz tradicionais baseados em comutação de circuitos e/ou multiplexação por divisão de tempo, sob pena de causar uma grande insatisfação nos usuários, já acostumados a essas tecnologias.

Por este motivo qualquer tecnologia que vise prover serviços de voz numa rede de pacotes beneficia-se enormemente de mecanismos que garantam ou pelo menos aproximem essa qualidade. O conceito de Qualidade de Serviço (Quality of Service - QoS) refere-se à capacidade da rede em prover o melhor serviço para determinados tipos de tráfego sobre as mais diversas tecnologias, inclusive Frame Relay, ATM, Ethernet, SONET, e redes IP que usem algumas ou todas essas tecnologias.

Seu principal objetivo é prover prioridade e, inclusive, o controle de banda dedicada, jitter e tempo de latência (necessários a alguns tipos de tráfego interativos e em tempo-real). A qualidade de serviços de voz sobre IP (ou qualquer outro tipo de protocolo de transmissão de dados) é muito afetada por problemas como delay (tempo que o sinal de voz leva para ser digitalizado, serializado, transmitido e recuperado na outra ponta), jitter (variações de delay) e perdas de pacotes. Portanto, numa situação ideal algum tipo de QoS precisaria ser implementado nas infra-estruturas de rede que irão suportar um serviço de VoIP.

Existem várias técnicas para implementação de QoS, principalmente em se tratando de LAN’s, onde todos os equipamentos pertencem a uma mesma empresa e sobre os quais se tem total controle. Neste caso podem ser adquiridos comutadores (switches) que implementem várias dessas técnicas simultaneamente. Detalhes adicionais podem ser encontrados em [CISCO-QoS-02].

Para a implementação de VoIP em redes de longa distância (Wide Área Networks – WAN’s) duas abordagem de QoS podem ser adotadas: Serviços Diferenciados (DiffServ) e Serviços Integrados (IntServ). Ambas são abordagens definidas pelo IETF.

A abordagem IntServ procura garantir qualidade de serviço fim-a-fim, isto é, negociando e reservando recursos exclusivos para tráfego priorizado (ex: largura de banda) por toda a rota entre transmissor e receptor. Baseia-se no protocolo RSVP (Resource Reservation Protocol), e necessita que todos os roteadores nessa rota implementem esse protocolo [POP00]. A abordagem DiffServ baseia-se na marcação de bits TOS (Type of Service) no cabeçalho do pacote IP para atribuição de diferentes níveis de prioridade para os pacotes [CSCMU01].

Nas WAN’s privadas as empresas têm a opção de adquirirem e instalarem roteadores que implementam DiffServ e/ou IntServ e, dessa forma, garantir efetivamente uma excelente qualidade para seus serviços VoIP. Infelizmente na Internet não se tem a garantia de que todos os roteadores implementam RSVP ou tomam decisões de encaminhamento de pacotes baseadas na análise dos bits TOS (embora esses bits sejam obrigatórios em todo pacote IP, a [RFC2474] ainda é apenas uma recomendação, e não uma norma).

Na prática, quando uma empresa deseja utilizar a Internet como backbone para serviços de VoIP, o máximo que se pode fazer é garantir que os gateways de borda (ou seja, aqueles instalados nos limites entre a Internet pública e as rede privadas da empresa) implementem DiffServ.

Não obstante o fato de a Internet não prover QoS, o que se observa na prática é a obtenção de excelentes níveis de qualidade na comunicação de voz usando-se VoIP através da Internet. Some-se a isso a enorme redução nos custos de aquisição dos equipamentos necessários para implementação desses serviços, e o que se tem hoje são mais e mais empresas adotando esse tipo de tecnologia.