Fundamentos de la VoIP y ToIP

La Voz sobre IP (VoIP, Voice over IP) es un grupo de recursos que hacen posible que la señal de voz viaje a través de redes TCP/IP. El tráfico de VoIP puede circular por cualquier red TCP/IP, incluyendo aquellas conectadas a Internet. Esto significa que se envía la señal de voz (digitalizada) en paquetes, en lugar de enviarla a través de circuitos telefónicos como en la RTPC/PSTN (Red Telefónica Pública Conmutada / Public Switched Telephone Network).

La Telefonía sobre IP (ToIP, Telephony over IP) es el conjunto de nuevas funcionalidades de telefonía que se pueden ofrecer gracias al envío de la voz sobre el protocolo IP en redes de datos TCP/IP. En resumen, VoIP es la tecnología, mientras que ToIP es el servicio telefónico que utiliza dicha tecnología.

Diferencias entre la Telefonía IP y la Telefonía Tradicional

En una llamada telefónica tradicional, la central telefónica establece una conexión permanente entre ambos interlocutores para transportar las señales de voz. En cambio, en una llamada telefónica por IP, los paquetes de datos contienen la señal de voz digitalizada y comprimida, enviándose a través de Internet o redes de datos a la dirección IP del destinatario.

Cada paquete puede utilizar un camino distinto para llegar y comparte el mismo medio en la red de datos. Cuando llegan a su destino, los paquetes son ordenados y convertidos de nuevo en señal de voz audible.

Funcionamiento de una central IP-PBX

PBX son las siglas de Private Branch Exchange. Un sistema telefónico basado en VoIP se conforma por uno o más teléfonos IP, un servidor de central IP (IP-PBX) y, opcionalmente, una Pasarela VoIP (Gateway VoIP).

El servidor es similar a un servidor Proxy, sobre el cual se ejecuta un software operativo que proporciona el servicio telefónico (por ejemplo, Asterisk). Los teléfonos, ya sean físicos o virtuales, se registran en el servidor de la central IP; cuando desean realizar una llamada, solicitan a la central que establezca la conexión. La central IP posee un directorio de todos los teléfonos y usuarios con su correspondiente dirección, permitiendo conectar llamadas internas o encaminar llamadas externas a través de una pasarela VoIP.

Tipos de Medios de Comunicación en la Telefonía IP

Utilizando VoIP existen diversas formas de realizar una llamada. Todas pueden comunicarse entre sí mientras exista un canal de comunicación IP; lo que las diferencia son las funcionalidades y el dispositivo utilizado:

  • ATA (Analog Telephone Adaptor): Adaptador para conectar teléfonos analógicos convencionales a una red IP.
  • Teléfonos IP (Hardphones): Son similares a los teléfonos convencionales, pero en lugar de un conector RJ-11, usan un conector RJ-45 para acceder directamente a la red de datos. Poseen el hardware y software necesario para manejar llamadas VoIP.
  • Teléfonos IP (Softphones): Comunicación entre ordenadores. Solo se requiere un micrófono, altavoces, tarjeta de sonido y un software de Teléfono Virtual, además de la conexión a la red.

En cualquier caso, la voz se digitaliza, se comprime y se envía en paquetes de datos IP que luego son ensamblados y descomprimidos en el destino.

CODECS

La voz debe digitalizarse para ser transmitida por la red IP. Para ello se utilizan los codecs, los cuales realizan la codificación y compresión del audio antes de su transmisión, y su posterior decodificación y descompresión en la recepción.

Estándares comunes

  • G.711: Estándar de la UIT-T para la digitalización de audio en telefonía fija. Utiliza una tasa de muestreo de 8.000 muestras por segundo con un flujo de 64 kbps. Existen dos variantes:
    • Ley μ (Mu): Usada principalmente en Norteamérica y Japón.
    • Ley A: Usada en Europa y el resto del mundo.
  • G.723, G.726, G.729: Otros estándares de la UIT-T con diferentes niveles de compresión.
  • Otros: GSM, iLBC, Speex, etc.

Parámetros críticos de un codec

  • Bit Rate: Cantidad de información (ancho de banda) en kbps o Mbps.
  • Sampling Rate: Frecuencia de muestreo de la señal de voz.
  • Frame Size: Intervalo de tiempo (milisegundos) en que se envía cada paquete.
  • MOS (Mean Opinion Score): Medida de calidad del codec (escala del 1 al 5).

Protocolos de VoIP

Para establecer una llamada entre dos dispositivos es necesaria la utilización de Protocolos de Comunicación.

Protocolos de Señalización

Cumplen funciones similares a la telefonía tradicional: tareas de establecimiento de sesión, control del progreso de la llamada y finalización de la misma.

Protocolos de Transporte de Voz

El protocolo principal es el RTP (Real-time Transport Protocol), cuya función es transportar la voz con el menor retraso posible. Este entra en funcionamiento una vez que la señalización ha establecido la conexión.

Cada paquete RTP contiene una pequeña muestra de la conversación. La cabecera RTP incluye información para gestionar la llamada, como estampación de tiempo (timestamp), número de secuencia y datos de sincronización. Una variante es el cRTP (RTP comprimido), que optimiza la transmisión eliminando información redundante de la cabecera, aunque esto limita su uso a enlaces punto a punto (WAN) donde no se requiere enrutamiento IP adicional.

Protocolos de Plataforma IP

Son los protocolos básicos de red sobre los cuales se asienta la voz, tales como Ethernet, IP, TCP y UDP.

Calidad de Servicio (QoS) en la Telefonía IP

La principal ventaja de la telefonía IP es el ahorro de costes y el aprovechamiento de recursos. Sin embargo, la calidad puede verse afectada por factores inherentes a la red IP. Los principales problemas de QoS son:

  • Latencia: El retraso en la llegada de los paquetes.
  • Jitter: La variación en el tiempo de llegada de los paquetes.
  • Pérdida de paquetes: Porcentaje de paquetes descartados por congestión o errores en el enlace.
  • Eco: Reflejo de la propia voz en el receptor.

Pérdida de paquetes

Representa el porcentaje de paquetes transmitidos que se descartan en la red. Estos descartes pueden ser producto de una alta tasa de error en los medios de enlace o por sobrepasarse la capacidad de un buffer en momentos de congestión. A diferencia de las aplicaciones que no son de tiempo real, en VoIP la retransmisión no siempre es viable debido a la naturaleza inmediata de la voz.