Telefonía IP, telefonía sobre Internet, voz sobre IP o VoIP (voice over IP) vienen a significar una misma cosa: un servicio que permite la transmisión de la voz utilizando la red Internet.
En términos genéricos, se denomina telefonía a la comunicación hablada entre dos o más participantes distantes utilizando una red pública que facilita el intercambio de la voz. El aparato telefónico que hace posible esta comunicación se inventó a finales del siglo XIX, creándose poco después las redes públicas que permitieran su interconexión. Hoy en día, el servicio telefónico está extendido por todo el mundo, llegando a cubrir los lugares más remotos.
La tecnología Internet se creó a finales de los años sesenta del siglo XX, dando paso a la creación de una red de datos que poco a poco está alcanzando también una cobertura mundial.
El término IP es el nombre de la tecnología principal que utiliza la red Internet: el protocolo IP (Internet Protocol, ‘Protocolo de Internet’). Esta tecnología IP también la utilizan las redes locales de datos, como Ethernet o WiFi, por lo que la VoIP puede ser empleada también para facilitar las comunicaciones internas de una empresa, como sustituto del sistema tradicional de centralitas.
Estructura de este documento
Se pretende responder a la pregunta de cómo funciona la tecnología que hace posible mantener comunicaciones telefónicas a través de redes IP. Dado que la respuesta a esta pregunta es muy amplia, aquí vamos a abordar el tema incluyendo enlaces que desarrollan cada uno de los apartados expuestos.
Este documento puede leerse de forma ordenada, haciendo clic en cada uno de los enlaces presentados. No obstante, si se está interesado en algún área particular de VoIP, se puede acceder directamente a dicho artículo. Cada uno de los artículos que componen este documento está pensado para que pueda leerse de forma independiente a los demás.
1. Qué es la telefonía IP
Se llama señal analógica o información analógica a aquella que varía de forma continua. La voz humana, al variar su volumen de forma continua, es un ejemplo de señal analógica.
La red tradicional de telefonía traducen la señal analógica de las ondas sonoras de la voz en señales eléctricas analógicas que son transmitidas tal cual hasta el otro extremo de la comunicación, donde son de nuevo convertidas en ondas sonoras.
Por otro lado, se llama señal digital a aquella que varía de forma discreta. Quiere esto decir que las señales digitales disponen de un número reducido de estados posibles y van cambiando de uno a otro dependiendo de la información que transmiten. Una señal o información es digital binaria cuando el número de estados posibles es dos, representados como 0 y 1 y conocidos como bits. La red Internet maneja señales digitales binarias.
- Cómo funciona la telefonía IP o VoIP. Internet se creó para transmitir datos alfanuméricos o archivos independientes, pero no para ocuparse de flujos de información en tiempo real (audio o video), por lo que para hacer posible la transmisión de la voz ha sido necesario realizar algunas modificaciones en la red. Veamos los retos que han sido necesarios vencer para conseguir transmitir la voz (y vídeo) por Internet.
2. La evolución tecnológica
La telefonía se inventó como un sistema analógico de conmutación de circuitos. Esto quiere decir que, cuando se realiza una llamada, las centrales telefónicas analógicas van estableciendo conexiones hasta que hay un circuito físico establecido entre el teléfono llamante y el llamado. La señal eléctrica analógica que representa a la voz se transmite directamente por dicho circuito.
La telefonía moderna es completamente digital. Tanto las centrales telefónicas actuales como los routers de las redes IP solo entienden de bits. La voz es convertida a datos digitales y estos son gestionados por la red sin que exista un circuito físico directo que conecte al llamante con el llamado.
Veamos cómo se ha llegado hasta aquí.
- Antonio Meucci. El inventor del teléfono. La historia del teléfono es una de tantas en las que el hombre rico e influyente le acaba ganando la partida al pobre marginado. Antonio Meucci fue una persona muy inquieta, apasionado por descubrir nuevas formas de hacer las cosas. Aunque tuvo distintos inventos, el que más influencia ha tenido en la historia ha sido el teléfono. Descubramos la historia del inventor del teléfono.
- Evolución de la tecnología telefónica. La tecnología del teléfono y de la red telefónica ha evolucionado mucho desde que se inventó el teléfono a finales del siglo XIX hasta nuestros días. La tecnología digital se ha ido introduciendo en todo el sistema propiciando una considerable mejora de la calidad y un aumento de los servicios. Veamos la evolución de la tecnología telefónica.
- Historia de la telefonía IP. La historia de la telefonía IP ha sido un camino cargado de retos aparentemente insalvables. A la baja velocidad inicial de acceso a internet se le unieron los problemas de incompatibilidad de la tecnología IP con la voz. Para vencerlos ha sido necesario desarrollar todo un conjunto de protocolos y aplicar mucha imaginación para solventar las distintas limitaciones técnicas, regulatorias y comerciales que han ido apareciendo.
3. Digitalización de la voz
La telefonía IP se basa en convertir la señal analógica de la voz en una cadena de bits. Esta conversión se puede llevar a cabo de muchas formas distintas. Generalmente, para garantizar una cierta calidad de la voz era necesario utilizar un gran ancho de banda. Las técnicas de codificación han hecho posible mejorar la calidad sin sacrificar el ancho de banda. Veamos los detalles de la digitalización de la voz.
- Calidad de la voz en Internet o VOIP. Uno de los temas más críticos cuando se transmite voz por Internet ha sido siempre su falta de calidad. La razón es simple, la tecnología IP no fue diseñada para soportar el intercambio de voz o de cualquier otro tipo de señal interactiva en tiempo real (por ejemplo, vídeo o música). Veamos por qué.
- Técnicas de codificación de la voz. Para transmitir la voz por redes digitales, lo primero que hay que hacer es digitalizarla. Esto supone convertir la señal analógica de la voz en una señal digital de ceros y unos. A todo este proceso se le conoce como codificación de la voz.
- Estándares de Codec. Para transmitir audio por internet es necesario convertir la señal analógica en información digital. Esto es lo que se conoce como codificación de la voz o del audio. Existen distintas técnicas de codificación y decodificación de la voz o codecs. Para que los equipos de distintos fabricantes sean compatibles entre si, es necesario disponer de técnicas normalizadas que todos ellos entiendan. Veamos cuáles son los estándares de codec de audio utilizados en internet.
4. Internet por dentro
Para comprender el por qué de los distintos protocolos que se utilizan en la telefonía IP es necesario tener unos conocimientos básicos sobre el funcionamiento de Internet.
TCP/IP es el idioma que hablan los ordenadores cuando se comunican a través de Internet. TCP/IP está formado por un conjunto de normas, un conjunto de protocolos, que al utilizarse coordinadamente permiten establecer una comunicación entre dos o más equipos informáticos, intercambiar información entre ellos y dar por concluida dicha comunicación dejando libre los recursos utilizados.
Veamos cómo funciona Internet.
- Cómo funcionan los protocolos de Internet. Los protocolos de Internet son las normas que siguen los terminales, aplicaciones y servicios conectados a la red. Gracias a estas normas Internet sigue siendo una red abierta a usuarios y proveedores diversos. En este artículo vemos sus principios de funcionamiento.
- Cabeceras de los paquetes de internet. En las redes de conmutación de paquetes, como es Internet, el flujo de datos a transmitir se divide en trozos pequeños (paquetes) que son transmitidos de forma independiente. Al llegar al destino, los paquetes se vuelven a unir para formar de nuevo el flujo de datos original. Para controlar todo esto, a cada paquete se le añade una cabecera con la información suficiente para que alcance el destino y se puedan reorganizar.
5. Transporte de voz en tiempo real
Las redes IP están pensadas para transmitir datos con gran fiabilidad, pero sin garantizar que estos vayan llegando de forma continua en tiempo real. Hacer posible que se pueda transmitir la voz (y el vídeo) en tiempo real por Internet ha sido todo un reto normativo. Veamos cómo ha sido posible.
- RTP. Protocolo de transporte en tiempo real. La transmisión de voz y video por internet tiene el inconveniente de necesitar establecer un flujo de datos constantes. No importa mucho si se pierde algún dato, pero el flujo tiene que ser constante. Este hecho supone un gran reto para una red que, como Internet, no fue creada para transmitir en tiempo real. Para poder hacer esto posible ha habido que crear todo un conjunto de protocolos adicionales conocidos como protocolos de transporte en tiempo real o RTP (Real Time Transport Protocol).
- RTCP. Protocolo de control de calidad. (Lo siento. Todavía está pendiente de desarrollar. Por favor, vuelva a consultarlo más adelante.)
6. Establecimiento de la comunicación con H.323
Una vez que tenemos la voz digitalizada y que tenemos los protocolos necesarios para garantizar que se transmiten por Internet de una forma fluida, es necesario resolver el problema de cómo un usuario puede iniciar una comunicación con otro (hacer una llamada) o darla por terminada (colgar). La solución está en los protocolos de señalización. El primer conjunto de protocolos que resolvía esta necesidad fueron el H.323 de la UIT-T.
- Protocolos de señalización para VoIP. Para que funcionen las comunicaciones de voz y video sobre la redes IP, no solo hay que convertir el sonido y la imagen en señales digitales, sino que también es necesario contar con un sistema de señalización que permita que desde cualquier terminal se pueda establecer una comunicación con cualquier otro.
- Arquitectura de H.323 para VoIP. H.323 es un conjunto de protocolos que hace posible que se puedan establecer, desarrollar y dar por terminadas llamadas de voz y vídeo a través de redes IP.
7. Establecimiento de la comunicación con SIP
Después de que la UIT-T sacase el protocolo de señalización H.323 en 1996, la IETF se decidió a sacar el suyo propio, SIP, en 1999. La IETF desarrollaron los protocolos IP, por lo que tiene sentido que aportaran su visión para hacer posible que se puedan establecer comunicaciones de voz y vídeo a través de estas redes.
(Lo siento. Todavía está pendiente de desarrollar. Por favor, vuelva a consultarlo más adelante.)
8. Interconexión con otras redes
La tecnología de VoIP funciona sobre redes IP como Internet o redes corporativas. Dado que esta tecnología facilita la comunicación de voz, la comunicación telefónica, parece evidente que es necesario interconectar estas redes con las redes de telefonía fija y móvil (celular). Los usuarios de una red deben poderse comunicar con los usuarios de las otras de una forma completamente transparente, sin hacer nada especial.
Aquí vemos cómo se interconectan las redes de telefonía IP con las de telefonía tradicional.
(Lo siento. Todavía está pendiente de desarrollar. Por favor, vuelva a consultarlo más adelante.)
9. Garantizar la calidad de servicio
Los primeros intentos de establecer comunicaciones de voz o vídeo por Internet fracasaron porque la calidad distaba mucho de ser aceptable. Desde entonces, ha habido una verdadera obsesión por conseguir garantizar la calidad. El resultado ha sido el desarrollo de una serie de protocolos que reservan los recursos necesarios de la red antes de que se establezca la comunicación. Veámoslos.
- VoIP. Necesidad de la calidad de servicio en Internet. Cuando se empezó a utilizar Internet para transmitir conversaciones de voz o de vídeo nos encontramos con el inconveniente de que esta red no estaba pensada para transmitir un flujo de datos en tiempo real. Para arreglarlo, hubo que tomar la decisión de diferenciar las distintas necesidades de red que tienen los distintos servicios. La solución estuvo en definir lo que se conoce como calidad de servicio en Internet.
- Protocolo RSVP de reserva de recursos. Para que se pueda transmitir la voz o el vídeo por Internet con una cierta calidad es necesario utilizar lo que se conoce como técnicas de calidad de servicio o QoS. El protocolo más utilizado para garantizar la calidad de servicio es RSVP. En este artículo se describe el protocolo RSVP de reserva de recursos.
- Formato de los mensajes RSVP. Las comunicaciones de voz o vídeo por Internet requieren utilizar lo que se conoce como técnicas de calidad de servicio o QoS. Estas técnicas se implementan en los nodos de Internet (los routers). El protocolo RSVP es el protocolo de calidad de servicio más utilizado. Aquí veremos cuál es el formato de los mensajes RSVP que se intercambian los nodos para reservar los recursos necesario que garanticen la calidad de la comunicación.
- El proceso de reserva RSVP. Las comunicaciones de voz y vídeo por Internet reservan los recursos de red necesario al establecer la comunicación. Se conoce como técnicas de calidad de servicio o QoS. Aquí veremos cómo se lleva a cabo el proceso de reserva de recursos utilizando el protocolo RSVP.
- Herramientas para la calidad de servicio en VoIP. Las técnicas de calidad de servicio se basan en priorizar el tráfico de voz y vídeo con técnicas como RSVP. Además se necesita todo un conjunto de herramientas encaminadas a hacer que la red funcione eficazmente. Veamos estas herramientas para la calidad de servicio en VoIP.
10. Diseño de soluciones de VoIP
Aunque la telefonía IP se está introduciendo en todos los sectores de la sociedad, son las redes corporativas las que le están sacando un mayor provecho. Antiguamente, las empresas se veían obligadas a instalar una red para datos y otra para los teléfonos. Con las soluciones de VoIP todos los servicios pueden desplegarse sobre una misma red. Además, si la empresa dispone de distintas sedes, se pueden interconectar a través de Internet, sin necesidad de establecer caros circuitos dedicados.
El objetivo es disponer de una red que sea capaz de responder a todas las necesidades de comunicación de la empresa con una buena calidad de voz y a un coste reducido de implantación, operación y mantenimiento. Aquí vemos los principios básicos del diseño de soluciones de VoIP.
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Apéndice. Glosario de términos de VoIP
Definición del conjunto de términos propios utilizados en el mundo de la VoIP y de las tecnologías telefónicas asociadas.
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