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Tecnologia VoIP

A Voz sobre IP é uma tecnologia que permite o tráfego de voz pelas redes de computadores, tráfego até então só possibilitado pela rede de telefonia tradicional. Com a VoIP, é possível efetuar ligações telefônicas entre computadores, telefones comuns, telefones IP e celulares.

A VoIP também pode ser utilizada em centrais de PABX, que por sua vez podem ser substituídas por servidores de PABX IP.

Surgimento

Essa tecnologia foi desenvolvida ao longo da década de 90. Padrões para protocolos de funcionamento a serem usados na VoIP foram criados pela International Telecommunication Union (ITU) e pela Internet Engineering Task Force (IETF). A VoIP nasceu de duas vertentes: a digitalização do tráfego entre as centrais telefônicas e a Internet, possibilitando custos menores em ligações de longa distância.

Funcionamento

Na efetuação de uma ligação telefônica utilizando VoIP, há a conversão do sinal analógico de voz para dados, essa conversão é necessária pois os dados são sinais digitais que trafegam numa rede IP. As redes locais e remotas de computadores são redes IP, um ótimo exemplo é a própria Internet. E quando a informação é entregue ao destino, o sinal digital é novamente convertido em sinal analógico para que possa ser compreendido. Portanto a ideia básica é estabelecer uma comunicação entre origem e destino através de uma rede IP, e trocar pacotes de dados em tempo real com a informação de áudio (voz), de forma bidirecional.

O processo anteriormente descrito está bem simplificado, ocultando vários detalhes e características da VoIP. A figura 4 ilustra uma arquitetura típica de uma rede com essa tecnologia. Notar que essa arquitetura de rede com VoIP é apresentada com equipamentos típicos da recomendação H.323, mas uma rede VoIP pode ser implementada também com o protocolo SIP.

Figura 4: Arquitetura típica de rede com VoIP

Para entender melhor como tudo funciona, é necessário conhecer alguns equipamentos que possibilitam o processo:

• Gateway: equipamento que conecta a Internet (uma rede IP), a rede de telefonia tradicional. Ele é ao mesmo tempo de mídia e de sinalização, ou seja, um conversor que realiza operações de repasse de fluxo de voz entre as duas redes e também faz o tratamento das solicitações de estabelecimento de chamadas telefônicas. O gateway trabalha com os protocolos VoIP no lado da rede IP, e com os protocolos da telefonia tradicional, no lado telefônico. Também pode ser chamado de softswitch no âmbito VoIP.
• Gatekeeper: gerencia os demais equipamentos envolvidos na comunicação VoIP. Um gatekeeper controla de forma centralizada o sistema com Voz sobre IP, pois os equipamentos se registram nele, para que ele admita e gerencie a largura de banda solicitada para uma chamada telefônica.
• Terminais: são os equipamentos de comunicação, como telefones comuns, telefones IP, e os próprios computadores, configurados com software (softphone) específico para a VoIP.
• Zona: conjunto dos terminais controlados pelo gatekeeper, zona esta que pode ser uma rede local (LAN).

Cenários simplificados de comunicações em VoIP

Há diversos cenários de comunicação em que a tecnologia VoIP pode ser aplicada, a seguir são apresentados alguns deles. Um detalhe importante a ser mencionado, é que em todos os cenários há a presença de uma rede IP, tipo de rede essencial para VoIP.

Entre dois computadores

Os computadores precisam estar equipados de kits multimídia, com fones de ouvido ou caixas de som e microfones, além da conexão de velocidade razoável com a Internet. Mas o mais importante nesse tipo de comunicação, é a instalação nos computadores do softphone, programa que possibilita as ligações em VoIP, pois o softphone já tem implementado todas as funcionalidades e protocolos necessários. Portanto, um computador com o softphone e kit multimídia, assume o papel de um telefone, que se comunica com outro computador também equipado pela Internet. Sem dúvida, a comunicação entre computadores com a tecnologia VoIP é a mais simples de ser implementada e utilizada, sendo difundida principalmente entre usuários domésticos. A figura 5 ilustra o cenário de comunicação VoIP entre dois computadores:

Figura 5: VoIP entre computadores

Os computadores também podem se comunicar com VoIP numa rede local, pois ela também é uma rede IP.

Entre dois telefones IP

Os telefones IP foram desenvolvidos exclusivamente para a comunicação em VoIP. Eles têm conectores RJ-45 e software apropriado para a tecnologia. Também pode ser preciso a contratação da empresa provedora do serviço VoIP, que se encarregará dos procedimentos mais específicos para estabelecer a comunicação. Basta conectar os telefones IP a Internet para fazer e receber ligações em VoIP.

Para iniciar a ligação telefônica, o telefone IP é tirado do gancho, e digita-se o número de destino. Esse número é armazenado pela aplicação da sessão. O gateway compara o número, para realizar um mapeamento de endereço IP. A aplicação de sessão executa o procedimento de estabelecer o canal de transmissão e recepção através da Internet. Quando o telefone IP de destino é atendido, inicia-se a comunicação, que pode ser encerrada por ambas as partes. A utilização dos telefones IP é igual a dos telefones comuns. No entanto, esses telefones são sofisticados o suficiente para a transmissão de voz em tempo real com qualidade que muitas vezes supera a telefonia tradicional.

Os telefones IP normalmente se encontram no ambiente corporativo, conectados a uma LAN, que também é uma rede IP como a Internet. A figura 6 ilustra o cenário de comunicação entre dois telefones IP:

Figura 6: VoIP entre telefones IP

Do computador em uma LAN para o telefone comum

A figura 7 ilustra a estrutura de comunicação entre um computador e um telefone comum:

Figura 7: VoIP entre computador e telefone comum

Neste cenário, um computador pessoal (PC), está conectado numa rede local (LAN) com um gatekeeper, e tem o softphone para poder se comunicar com um telefone comum. Primeiro, o PC descobre o gatekeeper na rede. O gatekeeper envia ao PC o seu endereço IP. O computador se registra com o gatekeeper que por sua vez manda de volta uma mensagem de gerenciamento. O PC aceitando a mensagem, pede ao gatekeeper largura de banda, para iniciar-se a configuração da chamada, com o estabelecimento de uma conexão.

Depois que a largura de banda é liberada ao computador, ele envia outra mensagem com o número de telefone a ser chamado para o gatekeeper. O gatekeeper confirma a solicitação da chamada e encaminha a informação para o gateway. O gateway é metade computador, metade comutador de telefonia, portanto, ele faz a chamada telefônica para o telefone comum. O telefone toca, e o PC recebe o sinal de que ele está tocando. Quando o telefone é atendido, é enviada uma mensagem ao computador indicando que houve a conexão.

Depois disso, o gatekeeper pode aceitar outras requisições de ligação de outros PCs na rede. Mas ainda há uma série de parâmetros de chamadas a serem negociados antes que a transmissão de voz realmente ocorra. Após a conclusão de todas as negociações, os dados de voz começam realmente a fluir dentro dos pacotes de um lado para o outro permitindo assim a comunicação.

Quando uma das partes desliga o telefone, a conexão é desfeita e o PC sinaliza ao gatekeeper a liberação da largura de banda usada, podendo efetuar outra chamada.

Um computador doméstico também pode realizar uma ligação telefônica para um telefone comum através da Internet, onde os equipamentos gatekeeper e gateway permanecem na empresa provedora de serviços VoIP, que é contratada pelo usuário.

Entre dois telefones comuns

Para que dois telefones comuns (analógicos) possam se comunicar com a tecnologia VoIP, é necessário que os dois sejam conectados a Adaptadores Telefônicos Analógicos (ATAs), que por sua vez são conectados a Internet. A utilização de um telefone comum junto ao ATA não difere na sua usabilidade, a diferença ocorre na transmissão da voz, que em vez de trafegar pela rede de telefonia, trafega pela Internet.

A comunicação é ilustrada na figura 8:

Figura 8: VoIP entre telefones comuns

Ao tirar o telefone do gancho, o ATA já emite o sinal de discagem, afirmando que a conexão com a Internet está ativa. Quando o número do telefone é discado, o ATA converte os tons em dados digitais e os armazena temporariamente.

Os dados do número solicitado são enviados a empresa provedora do serviço VoIP (contratada anteriormente), e são verificados se estão num formato válido.

O gateway, também chamado de softswitch (que está na empresa provedora do serviço VoIP), mapeia o número telefônico e depois o traduz para um endereço IP, conectando os dois terminais para a chamada. No outro lado da linha um sinal é enviado para o ATA de destino para que o telefone comece a tocar.

O destino atende a ligação e a comunicação se inicia, a informação de voz é transmitida em pacotes de dados pela Internet, e quando chega ao ATA de destino há a conversão dos sinais digitais para analógicos.

Quando a ligação é encerrada, o ATA indica ao softswitch que terminou e a sessão então termina.

Telefonia IP

Comumente considera-se VoIP e telefonia IP o mesmo assunto, porém há diferenças entre os dois termos.

A voz sobre IP, como descrito anteriormente, é uma tecnologia que consiste no uso da rede de computadores que utiliza o protocolo IP para a transmissão de sinais de voz em tempo real na forma de pacotes de dados, a rede pode ser pública, como a Internet, ou privada, como uma rede local.

A telefonia IP usa a tecnologia VoIP. Ela tem como objetivo fornecer funcionalidades e qualidade iguais as da telefonia tradicional. Além de digitalizar e transportar voz, a telefonia IP permite outros tipos de serviços comuns aos da telefonia, como transferir chamadas, chamadas em espera, implementação de ramais, etc.

O fato mais interessante é que a telefonia IP consegue essa eficiência sem necessitar de centrais telefônicas e ainda pode apresentar uma integração com outros serviços de dados. A telefonia IP pode ser vista como uma plataforma de integração de serviços, que pode se tornar a próxima geração das redes de telecomunicações.

Devido a esta estreita relação entre VoIP e telefonia IP, sendo mencionadas juntamente todo o tempo, é plausível o fato da consideração que os dois termos tratem do mesmo assunto e sejam encarados como equivalentes. Equivalência ao ponto da junção destes termos em um só: Telefonia VoIP. Porém devido também as diferenças, VoIP e telefonia IP devem ser mencionadas dentro de seus respectivos escopos.

O que é perceptível e comum aos dois termos, seja utilizando VoIP ou telefonia IP, é que seja necessária a comunicação não apenas no nível de usuários com as ligações telefônicas, mas entre os terminais da rede com VoIP. Como foi citado, há a troca de informações computacionais do computador entre o gatekeeper, entre o gatekeeper e o gateway, entre os telefones IP, e os ATAs. Essa comunicação no nível computacional entre os terminais é realizada pelos protocolos. Os protocolos utilizados em VoIP são apresentados a seguir.

Protocolos Utilizados em VoIP

Os protocolos são responsáveis pela comunicação entre os equipamentos utilizados na tecnologia VoIP, essa comunicação é estabelecida no nível computacional, para resultar na comunicação no nível de usuário, ou seja, nas ligações telefônicas.

Há basicamente dois processos simultâneos que ocorrem numa comunicação em VoIP:

• Sinalização e controle de chamadas telefônicas: estabelecimento, acompanhamento e finalização.
• Processamento da informação a ser enviada e recebida: controle e transporte da mídia (voz e/ou vídeo).

Para que a tecnologia VoIP alcance o seu pleno funcionamento possibilitando a comunicação entre os diversos terminais, esse processos precisam ser realizados. E para que eles sejam realizados, os protocolos de VoIP são implementados cada qual com sua função específica nos processos correspondentes.

Recomendação H.323

H.323 é uma recomendação criada pela ITU para o estabelecimento, controle e término das chamadas, ou seja, é uma recomendação que especifica os protocolos de sinalização e controle das ligações. Ela é mais antiga e complexa, atualmente está sendo menos usada nos sistemas VoIP. Ela tem como características:

• Suporte a conferência ponto a ponto e multiponto: estabelecimento da chamada entre dois ou mais usuários.
• Heterogeneidade: o equipamento com H.323 obrigatoriamente deve dar suporte a comunicação de áudio. Vídeo e dados são opcionais, porém aplicáveis.
• Suporte a contabilidade e gerência: prevê a contabilidade para a tarifa dos serviços e bloqueio de chamadas.
• Segurança: autenticação dos usuários.
• Serviços suplementares: transferência e redirecionamento de chamadas.

A recomendação contém um conjunto amplo de protocolos. A figura 9 mostra alguns deles:

Figura 9: Alguns protocolos da recomendação H.323

A pilha H.323 se firma no protocolo de rede Internet Protocol (IP) e nos protocolos de transporte Transport Control Protocol (TCP) ou User Datagram Protocol (UDP).

Os demais protocolos mostrados na figura 9 são:

• H.245: negocia aspectos de conexão, como taxa de bits e algoritmos de compactação de voz (codecs).
• H.225 (RAS): se comunica com o gatekeeper, sendo responsável pelo registro, admissão e status dos equipamentos de rede. As mensagens RAS podem ser trocadas entre os gatekeepers e os terminais, gateways e MCU (descrita ainda nesta seção). A troca de mensagens RAS também ocorre entre gatekeepers de zonas distintas.
• H.225 (Q.931): estabelece e encerra conexões, fornece tons de discagem e gera sons de chamada.
• H.235: estabelece autenticação e segurança para os terminais VoIP.
• H.450: estabelece transferência e redirecionamento de chamadas, atendimento simultâneo, chamada em espera, identificação de chamadas entre outros.

A recomendação H.323 tem outros protocolos, cada qual com seu uso específico:

Tabela 2: Mais protocolos da recomendação H.323

Como observado na tabela 2, a H.323 pode ser utilizada em diversas aplicações baseadas em VoIP, como vídeo, áudio e dados multimídia.

Como exemplo de uso, considera-se um computador em uma LAN com um gatekeeper que pretende se comunicar com um telefone comum, através da pilha H.323. O computador envia um pacote UDP de difusão para descobrir o gatekeeper na rede. Depois de descoberto o gatekeeper, o computador envia uma mensagem RAS do protocolo H.225 solicitando largura de banda. Sendo a largura de banda liberada, inicia-se o estabelecimento da ligação telefônica com uma mensagem SETUP de Q.931 do H.225 com o número do telefone do destino. O gatekeeper responde com CALL PROCEEDING confirmando a solicitação e encaminhando a mensagem SETUP ao gateway.

O gateway, por sua vez, entra em contato com o telefone comum e envia de volta uma mensagem ALERT de Q.931 informando ao computador que a chamada teve início. Quando o telefone é atendido, é enviada outra mensagem chamada CONNECT de Q.931, indicando ao computador que houve a conexão.

O protocolo H.245 é usado para negociar os parâmetros da chamada, como a manipulação de vídeo, chamadas de conferência, codecs aceitos etc. Dependendo da negociação, os protocolos de vídeo, dados e áudio são usados. Mas como o terminal de destino é um telefone comum, a negociação é relacionada ao áudio. Depois da negociação, é atribuído a cada parte um codec e outros parâmetros. Só a partir disso que o fluxo de dados (voz digitalizada) começa com o protocolo RTP, que por sua vez é gerenciado pelo RTCP para controlar possíveis congestionamentos.

Quando a ligação termina, o computador manda uma mensagem RAS para o gatekeeper liberando a largura de banda que recebeu para uso.

Além dos terminais IP, gateways e gatekeepers, a recomendação H.323 tem um componente opcional chamado Multipoint Controller Unit (MCU), que permite videoconferências entre três ou mais terminais. Um MCU se compõe de um controlador multiponto (MC), e um processador multiponto (MP). O MC centraliza as chamadas multipontos para a negociação de parâmetros entre os participantes da videoconferência, e o MP se responsabiliza pelo fluxo de áudio, vídeo e dados, utilizando-se dos protocolos RTP e RTCP. O componente MCU pode residir nos gateways e gatekeepers, não sendo necessariamente um equipamento físico distinto.

SIP

O Session Initiation Protocol (SIP) foi padronizado pela IETF e é descrito na Request for Comments (RFC) 3261. O SIP é um módulo projetado para interoperar bem com aplicações da Internet já existentes para a utilização da tecnologia VoIP.

Com o SIP é possível efetuar chamadas entre computadores, entre telefones IP, e de um computador para um telefone comum, havendo o gateway apropriado entre a Internet e o sistema de telefonia tradicional neste último caso.

Uma rede com arquitetura SIP contém os principais componentes:

• Cliente:
• Agente do usuário: emite e recebe solicitações do protocolo. O agente do usuário se compõe de duas partes: a que emite as solicitações é o User Agent Client (UAC), e a parte que recebe as solicitações é o User Agent Server (UAS). O agente do usuário reside nos terminais de origem e destino, como os telefones IP, softphones e ATAs.
• Servidores:
• Servidor de redirecionamento: fornece a resolução de nome e a localização do terminal de destino para o terminal de origem a fim de que eles entrem em contato diretamente. Portanto o servidor de redirecionamento realiza o mapeamento de endereços.
• Servidor proxy SIP: faz o roteamento para outra entidade mais próxima do destino. O proxy também desempenha a função de impor políticas de uso, como autorizações de acesso.
• Registrador: servidor que aceita solicitações REGISTER, retendo informações de endereços SIP e IP do dispositivo que se registrou. Assim ele armazena a informação de onde um destino pode ser encontrado. O trabalho de registrador é em conjunto com o servidor de redirecionamento e o servidor proxy.
• Serviço de localização: usado pelos servidores de redirecionamento e proxy para obter as localizações dos terminais. Para essa obtenção, o serviço mantém um banco de dados de mapeamento dos endereços SIP e IP.

A figura 10 ilustra uma comunicação entre agentes de usuário utilizando o protocolo SIP por meio dos servidores:

Figura 10: Agentes de usuário e servidores SIP

Como observado na figura 10, esses servidores são definidos na RFC 3261 como dispositivos lógicos. Portanto podem ser implementados separadamente, configurados na Internet, ou combinados numa única aplicação residindo num único servidor físico.

O SIP define os números telefônicos como Uniform Resource Locators (URLs). Por exemplo, um número de telefone no SIP pode ser sip:glaucia@fantasia.com.br, semelhante a um endereço de e-mail. Mas os endereços SIP também podem ser endereços IP ou os números dos telefones propriamente ditos.

Esse protocolo permite que a comunicação tenha além de áudio, também vídeo e dados, podendo ser utilizado em videoconferência. O SIP incorpora o uso do protocolo Session Description Protocol (SDP) que justamente define o conteúdo desta comunicação.

O SIP somente configura, gerencia e encerra as chamadas, ele é um protocolo de sessão. Outros protocolos são encarregados pelo transporte de dados, normalmente o protocolo UDP, por motivos de desempenho. Assim o SIP fornece seus próprios mecanismos de confiabilidade, mas o TCP também pode ser usado. O protocolo RTP se encarrega pelo tráfego em tempo real da informação, muito importante na comunicação de voz, e consequentemente em conjunto com o RTP, também há o RTCP, que controla os fluxos de dados em tempo real.

A figura 11 mostra a posição do SIP na pilha de protocolos:

Figura 11: Posição do SIP na pilha de protocolos

O protocolo é modelado com base no HyperText Transfer Protocol (HTTP), com transações de solicitações e respostas. O SIP usa a maior parte dos cabeçalhos, códigos de status e regras de codificação do HTTP. Há seis métodos que o SIP usa nos cabeçalhos de suas mensagens:

Tabela 3: Métodos SIP

Para estabelecer uma sessão com SIP, o agente de origem envia uma mensagem com o método INVITE como convite ao agente de destino. Se o agente de destino aceitar a ligação, ele responderá com um código de resposta 200, que por sua vez será confirmado pela origem com uma mensagem de método ACK. Depois disso os dois podem trocar dados de voz pelo protocolo RTP.

O método OPTIONS consulta o agente de destino sobre os seus recursos, para descobrir se ele é capaz de se comunicar em VoIP. Assim o método OPTIONS não estabelece a chamada, somente realiza essa verificação.

O método REGISTER notifica uma configuração SIP de seu endereço IP atual e as URLs que o agente gostaria de receber chamadas. Com esse método é possível controlar a localização de cada usuário com uma operação de redirecionamento se o usuário estiver em outro lugar. O método REGISTER é manipulado pelo servidor registrador para esse controle.

O método CANCEL cancela uma solicitação pendente, mas não cancela uma chamada completada. E o método BYE termina a comunicação entre os dois agentes SIP.

O SIP tem dois modos de comunicação baseados em sua arquitetura, a comunicação ponto a ponto, e a comunicação via servidor proxy. Na comunicação ponto a ponto, um agente do usuário SIP troca mensagens de solicitação e reposta com outro agente de usuário sem a presença de nenhum servidor. Devido a essa simplicidade, não há suporte de diversos recursos e serviços, como de localização, por exemplo. Na comunicação via proxy, o agente do usuário envia sua solicitação ao servidor proxy, que encaminha as mensagens adequadamente a fim de controlar a entrada e a saída das mesmas no sistema. O servidor proxy como já citado anteriormente, pode se encontrar integrado aos servidores de redirecionamento e registrador, que também realizam as suas respectivas funções.

Mais uma característica a ser descrita do SIP é a implementação da segurança. Mensagens SIP podem ser transportadas pelo protocolo Transport Layer Security (TLS) das quais os endereços SIP se iniciarão com “sips:”.

O SIP for Telephones (SIP-T), define uma arquitetura para integrar a sinalização das ligações telefônicas da rede de telefonia tradicional com as técnicas de encapsulamento e tradução das mensagens SIP. Assim as chamadas podem se originar na rede de telefonia tradicional, atravessar um gateway e alcançar um telefone IP que suporta SIP, por exemplo. O inverso também pode ocorrer, o telefone IP se comunica através do gateway com a rede de telefonia. Dessa forma, as ligações se originam e se destinam na rede de telefonia, porém atravessam uma rede baseada em SIP pelo caminho.

Comparação entre H.323 e SIP

A recomendação H.323 e o SIP têm em comum a possibilidade de chamada entre dois ou vários participantes, com terminais independentes de serem computadores ou telefones. Ambos também negociam parâmetros, têm recursos de segurança e utilizam o protocolo RTP para transportar o fluxo de dados.

Apesar dessas semelhanças, eles se diferem em vários aspectos. A recomendação H.323 é típica da indústria de telefonia tradicional, com a definição de protocolos específicos, trazendo a ele a dificuldade de se adaptar a aplicações futuras. Por outro lado, o SIP é típico da Internet, por ser um módulo que interopera bem com os outros protocolos da rede mundial, trazendo a ele maior flexibilidade e melhor adaptação a novas aplicações.

A tabela 4 apresenta um resumo das diferenças e semelhanças entre H.323 e SIP:

Tabela 4: Comparação entre H.323 e SIP

Interoperabilidade de SIP e H.323

Para a interoperabilidade de comunicação entre agentes SIP e terminais H.323, é necessário um conversor de protocolos: o SIP-H.323 InterWorking Function (IWF). O IWF pode se integrar a um gatekeeper H.323 ou a um servidor SIP. Ele faz a intermediação para que os dois protocolos se comuniquem. A figura 12, ilustra um cenário com este tipo de comunicação:

Figura 12: Interoperabilidade entre SIP e H.323

As funcionalidades de um IWF são:

• Mapear sequências de estabelecimentos e encerramento de chamadas.
• Registrar os terminais SIP e H.323 com os servidores registradores SIP e os gatekeepers.
• Realizar a resolução de endereços SIP e H.323.
• Negociar a capacidade dos terminais e agentes.
• Abrir e fechar os canais de mídia.
• Mapear os codecs de mídia para as redes SIP e H.323.
• Reservar e liberar recursos relacionados a chamada.
• Processar as mensagens de sinalização da chamada.
• Tratar serviços e facilidades adicionais.

O IWF trata somente da conversão das mensagens entre os protocolos nos processos de sinalização da chamada telefônica. Em relação ao nível do fluxo de dados, como ambos SIP e H.323 utilizam o RTP, os pacotes de voz são trocados diretamente entre os terminais e agentes, o IWF pode até encaminhar os pacotes, mas sem modificá-los.

Codecs

Os codecs são necessários na tecnologia VoIP para codificação e decodificação dos dados analógicos (voz humana) em digitais (bits) para que a comunicação ocorra na rede IP. Eles são protocolos extras que adicionam funcionalidades e maior qualidade na comunicação. Além da conversão, os codecs também realizam a compressão dos sinais de voz. De acordo com o nível de compressão, atinge-se um equilíbrio entre largura de banda e qualidade de voz para o sistema VoIP. Os equipamentos suportam sempre mais de um codec, para que haja a negociação de qual será utilizado na comunicação.

Os codecs podem ser classificados como codificadores de forma de onda, dos quais codificam o sinal apenas baseando-se na sua forma de onda, desprezando outras características. É o que ocorre com o codec G.711, que tem a qualidade muito boa, mas uma taxa de transmissão muito alta. Já o codec G.729, pode ser considerado um codificador de fonte ou paramétrico, que codifica o sinal apenas na fonte como foi gerado, a qualidade é boa (não tão quanto o G.711), mas a taxa de transmissão é baixa.

Os codecs de áudio fazem a conversão por amostragem do sinal de áudio milhares de vezes por segundo. Por exemplo, o codec G.711 tira amostras do áudio 64 mil vezes por segundo. Ele converte os dados digitalizados e comprime para transmissão. Quando as 64 mil amostras são reunidas, partes do áudio são perdidas entre cada tomada de amostra, mas elas são tão pequenas que, ao ouvido humano, soam como um segundo contínuo de áudio digital.

O codec G.729 tem a velocidade de amostragem de 8 mil vezes por segundo e é o mais usado em VoIP. Apesar do codec G.711 oferecer ótima qualidade de voz, o G.729, provê um equilíbrio entre a qualidade (que é considerada boa) e a eficiência da largura de banda.

As principais características dos codecs são:

• Taxa de transmissão em Kbit/s: Quantidade de informação em bits por segundo que precisam ser transmitidos para entregar um pacote de voz.
• Intervalo de amostra: o tempo de amostragem em que o codec opera. Por exemplo, o codec G.729 tem um intervalo de amostra de 10 ms.
• Tamanho da amostra: os bytes capturados em cada intervalo de amostra. No caso do G.729, o tamanho da amostra é de 10 bytes (80 bits), pois tem um intervalo de 10 ms, sendo a taxa de 8 Kbit/s.
• Tamanho do payload de voz: a carga útil de voz realmente transportada em um pacote IP. O tamanho do payload influencia na ocupação da largura de banda.

Na tabela 2 há uma listagem dos codecs de áudio que podem ser utilizados em VoIP. Apesar da tabela especificar os codecs de áudio como parte da recomendação H.323, eles não são exclusivos desta pilha de protocolos. O protocolo SIP, também pode utilizar os mesmos codecs.

Os codecs operam usando algoritmos avançados que ajudam a amostrar, selecionar, comprimir e montar os pacotes de dados de áudio. O algoritmo CS-ACELP é um dos algoritmos mais predominantes em VoIP. Ele ajuda a organizar e aperfeiçoar a largura de banda disponível e é utilizado pelo codec G.729. Há também os codecs de vídeo, como H.261 e H.263.

É possível entre os equipamentos ocorrer o processo de transcodificação, que converte um codec em outro, como o G.729 para o G.711. Mas isso pode prejudicar a qualidade do áudio da ligação telefônica. O ideal é que os equipamentos possuem os mesmos codecs, para não utilizarem a transcodificação.

RTP e RTCP

O protocolo Realtime Transport Protocol (RTP) é responsável pelo fluxo de voz já convertida em dados na tecnologia VoIP. A voz precisa ser transmitida em tempo real e é o protocolo RTP que possibilita essa transmissão. Ele é utilizado tanto na pilha de protocolos H.323 como com o SIP. Já o protocolo Realtime Transport Control Protocol (RTCP) monitora a entrega dos dados, além de ter funções de controle e identificação.

IAX

O RTP tem uma limitação de funcionalidade quando uma rede IP tem um sistema de Network Address Translation (NAT). O RTP do terminal de origem escolhe dinamicamente uma porta para a transferência de dados da qual é armazenada na tabela NAT. Porém quando o terminal de destino tenta se comunicar, ele pode passar pelo problema da porta utilizada na transmissão não estar mais na tabela NAT. Isso impossibilita um PABX IP de se comunicar com uma rede IP externa que tenha o sistema de NAT. Daí surgiu o protocolo Inter Asterisk eXchange (IAX), para resolver este problema.

O protocolo IAX tem como propósito definir um modelo de comunicação entre servidores Asterisk, (para PABX IP), com recursos de multiplexação de dados de mídia e sinalização através do mesmo canal, evitando os problemas relacionados a NAT. Ele também proporciona a simplificação das configurações de firewall. O IAX é um protocolo de aplicação e ele utiliza a porta 4569 sobre o protocolo UDP. Ele é também um protocolo aberto, onde atualmente há a expectativa de que seja padronizado pela IETF.

Esse protocolo se divide em cliente e servidor. A troca de mensagens é em formato binário. As mensagens são classificadas como frames. Ele se utiliza dos chamados full frames, para transmissão de dados de sinalização, ou seja, a chamada telefônica é estabelecida, monitorada e encerrada com a troca de full frames, que são enviados de tempos em tempos. Já os chamados mini frames, são responsáveis pela transmissão dos dados de mídia (voz).

O tráfego de informação do protocolo IAX também pode ser feito em modo trunk, de tal maneira que várias chamadas podem ser agrupadas em um único conjunto de pacotes, com um único cabeçalho IP, economizando os recursos de rede, diminuindo o atraso dos pacotes de voz.

Atualmente o protocolo se encontra em sua versão dois: IAX2. Ele não é somente utilizado em servidores Asterisk, mas também pode ser encontrado em softphones, ATAs e gateways.

Protocolos de Gateway (softswitch)

O equipamento de gateway ou softswitch, também tem a necessidade da utilização de protocolos, para o controle das ligações telefônicas por ele gerenciadas na tecnologia VoIP. Assim como os protocolos SIP e a recomendação H.323, os protocolos de gateway são usados para o processo de sinalização das chamadas. São descritos, portanto, os protocolos MGCP e MEGACO.

MGCP

O Media Gateway Control Protocol (MGCP) foi definido na RFC 2705 da IETF e é usado para controlar as chamadas nos gateways do sistema VoIP. O MGCP implementa uma interface de controle usando um conjunto de transações do tipo comando/resposta que criam, controlam e auditam as chamadas. Estas mensagens usam como suporte os pacotes UDP da rede IP, e são trocadas para o estabelecimento, acompanhamento e finalização das ligações. O MGCP tem como finalidade principal a simplificação do uso da tecnologia VoIP, eliminando a necessidade de terminais complexos para a telefonia IP.

MEGACO/H.248

O MEdia GAteway COntrol (MEGACO) realiza as mesmas funções do MGCP, ele foi criado com o esforço conjunto da IETF e ITU. Ele pode ser utilizado em um gateway com funções implementadas em único equipamento ou em um gateway com funções que podem ser distribuídas por vários equipamentos.

O MEGACO também possui uma interface de sinalização para diversos sistemas de telefonia, tanto fixa como móvel. Esse protocolo representa uma alternativa ao MGCP, pois enfoca requisitos técnicos e recursos de conferência multimídia omitidos pelo seu antecessor. Ele também controla melhor a execução ordenada de comandos por meio de transações, e define modos de transporte específicos das mensagens sobre outros protocolos além do UDP, como o SCTP, um protocolo de transporte mais recente, por exemplo.

Com o funcionamento destes protocolos estabelecendo a comunicação entre os equipamentos, o próximo assunto a ser abordado são as aplicações da tecnologia VoIP, para que uma chamada telefônica seja efetuada entre uma origem e um destino numa rede IP.