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Universidad de Cuenca Facultad de Ingenier´ıa Escuela de Ingenier´ıa Electr´onica y Telecomunicaciones Implementaci´ on de un servidor VoIP de software libre y an´ alisis de los protocolos asociados mediante Wireshark Xavier Mauricio Guach´ un Arias Ana Cristina L´opez Ochoa 9 de abril de 2018

1.

Resumen

Voz sobre Protocolo de Internet, tambi´en llamado Voz sobre IP, Voz IP, VozIP, (VoIP por sus siglas en ingl´es, Voice over IP), es un grupo de recursos que hacen posible que la se˜ nal de voz viaje a trav´es de Internet empleando un protocolo IP (Protocolo de Internet). Esto significa que se env´ıa la se˜ nal de voz en forma digital, en paquetes de datos, en lugar de enviarla en forma anal´ogica a trav´es de circuitos utilizables s´ olo por telefon´ıa convencional como las redes PSTN(siglade PublicSwitched Telephone Network, Red Telef´ onica P´ ublica Conmutada).

2.

Introducci´ on

Desde hace algunos a˜ nos, gracias a la evoluci´on tecnol´ogica se han desarrollado nuevas tecnolog´ıas y nuevos dispositivos que han revolucionado totalmente el campo de las telecomunicaciones. Un ejemplo claro fue el desarrollo de los tel´efonos celulares que supusieron un punto de inflexi´on en el panorama de las comunicaciones. Pero la verdadera revoluci´on ha llegado gracias a la explosi´on de un fen´omeno sin igual: Internet. Por otro lado, el crecimiento y fuerte implantaci´on de las redes IP, tanto en local como en remoto, el desarrollo de t´ecnicas avanzadas de digitalizaci´on de voz, mecanismos de control y priorizaci´on de tr´ afico, protocolos de transmisi´ on en tiempo real, as´ı como el estudio de nuevos est´andares que permitan la calidad de servicio en redes IP, han creado un entorno donde es posible transmitir telefon´ıa sobre IP. La telefon´ıa sobre IP abre un espacio muy importante dentro del universo que es Internet. Es la posibilidad de estar comunicados a costos m´as bajos dentro de las empresas y fuera de ellas, es la puerta de entrada de nuevos servicios apenas imaginados y es la forma de combinar una p´agina de presentaci´ on de Web con la atenci´ on en vivo y en directo desde un call center, entre muchas otras prestaciones. Lentamente, la telefon´ıa sobre IP est´ a ganando terreno y todos quieren tenerla. [1]

3.

Marco Te´ orico

La telefon´ıa IP es la combinaci´ on de la trasmisi´on de voz mediante una red de datos, el proceso es trasformar la voz en datos para que esta pueda ser enviada a cualquier parte del planeta mediante una red a esto se le denomina telefon´ıa IP. Este tipo de telefon´ıa corre sobre servidores especializados llamados servidores VoIP. Un servidor VoIP es un ordenador de mayores prestaciones de memoria, procesamiento y almacenamiento de disco duro, encargado de correr y ejecutar la plataforma encargada para la telefon´ıa IP. Caracter´ısticas de los servidores VoIP: Gran capacidad de memoria RAM para poder ejecutar m´ ultiples llamadas IP. Poder de procesamiento. 1

Protocolos VoIP. 1. Arquitectura de red El propio Est´ andar define tres elementos fundamentales en su estructura: T erminales: son los sustitutos de los actuales tel´efonos. Se pueden implementar tanto en software como en hardware Gatekeepers: son el centro de toda la organizaci´on VoIP, y son el sustituto para las actuales centrales. Gateways: se trata del enlace con la red telef´onica tradicional, actuando de forma transparente para el usuario. P rotocolos de V oIP : son los lenguajes que utilizar´an los distintos dispositivos VoIP para su conexi´ on. Esta parte es importante ya que de ella depender´a la eficacia y la complejidad de la comunicaci´ on.

Figura 1: Esquema general de una red general VoIP El protocolo de Voz sobre IP V oIP , tiene los siguientes elementos en su estructura: Cliente El cliente establece y origina las llamadas voz, esta informaci´on se recibe a trav´es del micr´ ofono del usuario se codifica, se empaqueta y se env´ıa para luego ser descodificada al otro extremo. Servidores Los servidores se encargan de manejar operaciones de base de datos, realizado en un tiempo real como en uno fuera de ´el. Entre estas operaciones se tienen la contabilidad, la recolecci´ on, el enrutamiento, la administraci´on y control del servicio, el registro de los usuarios. Par´ ametros de la VoIP Este es el principal problema que presenta hoy en d´ıa la penetraci´ on tanto de VoIP como de todas las aplicaciones de IP. Garantizar la calidad de servicio sobre internet, que solo soporta ((mejor esfuerzo)) (best effort) y puede tener limitaciones de ancho de banda en la ruta, actualmente no es posible; por eso, se presentan diversos problemas en cuanto a garantizar la calidad del servicio.[1] 2. Protocolo UDP User Datagram Protocol (UDP) es un protocolo del nivel de transporte basado en el intercambio de datagramas. Permite el env´ıo de dichos datagramas a trav´es de la red sin que se haya establecido previamente una conexi´ on, ya que el propio datagrama incorpora suficiente informaci´on de direccionamiento en su cabecera. Tampoco tiene confirmaci´on ni control de flujo, por lo que los paquetes pueden adelantarse unos a otros; y tampoco se sabe si ha llegado correctamente, ya que no hay confirmaci´ on de entrega o recepci´ on. Su uso principal es para protocolos como DHCP, BOOTP, DNS y 2

dem´ as protocolos en los que el intercambio de paquetes de la conexi´on/desconexi´on son mayores, o no son rentables con respecto a la informaci´on transmitida, as´ı como para la transmisi´on de audio y v´ıdeo en tiempo real, donde no es posible realizar retransmisiones por los estrictos requisitos de retardo que se tiene en estos casos. [2] 3. Protocolo RTP RTP se ejecuta sobre UDP, que es un protocolo del nivel de transporte basado en el intercambio de datagramas (cada paquete de datos se trata de forma independiente y cada paquete contiene la direcci´ on del destino). Se ejecuta sobre UDP ya que posee menor retardo que TCP. Por tanto con UDP se gana velocidad pero no ofrece la seguridad que proporciona TCP, por lo tanto, no se garantiza la llegada de paquetes al destino ni en el instante adecuado. La funci´on b´asica de RTP es multiplexar varios flujos de datos en tiempo real en un solo flujo de paquetes UDP, pudi´endose enviar tanto a un solo destino (unicast) o m´ ultiples destinos (multicast). Los paquetes son numerados de la siguiente manera: se le asigna a cada paquete un n´ umero mayor que su antecesor. Esto ser´a u ´til para que la aplicaci´ on conozca si ha fallado alg´ un paquete o no en la transmisi´on. [3] 4. Protocolo SIP SIP es un protocolo simple de se˜ nalizaci´on y control utilizado para telefon´ıa y videoconferencia sobre las redes IP . Fue creado por el IETF MMUSIC Working Group y su estructura est´a basada en otros protocolos como STMP y HTTP con los que guarda cierta similitud. SIP es un protocolo abierto y ampliamente soportado que no depende de ning´ un fabricante. Su simplicidad, escalabilidad y facilidad para integrarse con otros protocolos y aplicaciones lo han convertido en un est´andar de la telefon´ıa IP. SIP es un protocolo de se˜ nalizaci´ on por lo que solo maneja el establecimiento, control y terminaci´ on de las sesiones de comunicaci´ on. Normalmente una vez se ha establecido la llamada se produce el intercambio de paquetes RTP que transportan realmente el contenido de la voz. Encapsula tambi´en otros protocolos como SDP utilizado par la negociaci´on de las capacidades de los participantes, tipo de codificaci´ on, etc. No hace falta se˜ nalar que SIP es un protocolo de aplicaci´on y funcionar´a tanto sobre UDP como TCP. [1]

4. 4.1.

Desarrollo Configuraci´ on Servidor

La instalaci´ on del servidor de realizo en un maquina virtual, usando la herramienta VirtuaBox. Primero, nos descargamos el ISO de Asterisk desde la siguiente direcci´on https: //www.asterisk.org /downloads /asterisknow. A continuaci´ on, iniciamos la maquina virtual y seleccionamos el tipo de instalaci´ on de deseamos como se observa en la Figura 2, para nuestro caso seleccionamos la primera opci´ on.

Figura 2: Tipo de instalaci´on Ahora en la configuraci´ on TCP/IP, seleccionamos IPv4 din´amica y la opci´on IPv6 seleccionamos autom´ atico, como se observa en la 3. 3

Figura 3: Configuraci´on TCP/IP Finalmente, inicia la instalaci´ on (Figura 4).

Figura 4: Inicio de instalaci´on Asterisk Cuando termina la instalaci´ on se reinicia la maquina virtual. A continuaci´on, nos logeamos como root con la contrase˜ na que dimos anteriormente (Figura 5). Se muestra en consola la informaci´on del servidor (Figura 6).

Figura 5: Logeo en el servidor

4.2.

Asignaci´ on de Extensiones

Para asignar las extensiones para los usuarios nos dirigimos a un explorador. En el cuadro de direcciones tecleamos la direcci´ on del servidor (192.168.0.108), se abrir´a la pantalla de inicio (Figura 7). Aqu´ı seleccionamos la opci´ on Administrador FreePBX. Nos dirigimos a la barra de men´ us y seleccionamos Aplicaciones, de la barra desplegada seleccionamos Extensiones Se abrir´ a la pagina que se observa en la Figura 8. Aqu´ı seleccionamos la opci´on + A˜ nadir Extensi´ on. Aqu´ı seleccionamos la opci´ on + Agregar Nueva PJSIP Extensi´ on Dentro de esta ventana. Escribimos la Extensi´ on del Usuario, el Nombre a Mostrar y el c´odigo Secreto, como se observa en la Figura 9. 4

Figura 6: Informaci´on de servidor

Figura 7: Ventana inicio servidor

Figura 8: Nueva extensi´on. Tipo PJSIP

Figura 9: Datos de nueva extensi´on

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Finalmente, la extensi´ on a sido agregada y nos mostrara la nueva extensi´on junto con las extensiones existentes (Figura 10).

Figura 10: Lista de Extensiones

4.3.

Configuraci´ on Usuarios

Para los usuarios, tanto para el m´ ovil como para la PC, se empleo la aplicaci´on Zoiper en su versi´ on Free. La configuraci´ on de la misma se realiza mediante un logeo con datos del servidor (Figura 11). Para el Username usamos el formato NumeroExtensi´ on@IPServidor:Puerto, el puerto por defecto es 5060. El Password es el c´ odigo Secreto con el que se creo la extensi´on.

Figura 11: Logeo en aplicaci´on Zoiper A continuaci´ on, nos pide el hostname or provider (Figura 12). Los datos que debemos teclear son IPServidor:Puerto. Finalmente, esperamos que mientras se realiza un testing de la configuraciones. Aqu´ı nos muestra la configuraci´ on seleccionada SIP UDP (Figura 13). Pulsamos Skip y la configuraci´on termina.

4.4.

Funcionamiento y An´ alisis de Tr´ afico

Para la prueba de funcionamiento de correcto de este sistema, se realizo un llamada del m´ovil a la PC (Figura 14). Se realizo una captura de trafico mediante la herramienta Wireshark. Para la misma se utilizo el filtro de UDP. En la Figura 15, observamos como se estable la comunicaci´on entre la extensi´on 400 y la 402, que tienen las IPs 192.168.0.109 y 192.168.0.106 respectivamente. Observamos que inicialmente la 402 informa al servidor, con IP 192.168.0.108, que esta lista. Luego el servidor informa a la misma de la llamada entrante. Finalmente el servidor confirma el establecimiento de la llamada a la 400. En la Figura 16, observamos como se da la comunicaci´on, es decir, intercambio de paquetes entre la 400 y la 402, usando al servidor como intermediario. El protocolo empleado es el RTP. En esta figura tambi´en observamos que la longitud de los paquetes es de 214 packets por segundo.

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Figura 12: Logeo en aplicaci´on Zoiper

Figura 13: Logeo en aplicaci´on Zoiper

Figura 14: Llamada entrante en PC

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Figura 15: Establecimiento de llamada Se realizo un captura de paquetes transmitidos entre la PC y el m´ovil. En dicha Figura 17 observamos que la longitud de los paquetes se mantienen alrededor de 210, que concuerda con los mencionado anteriormente.

Figura 17: Captura de paquetes intercambiados En la Figura 18, observamos como se cierra la comunicaci´on entre la extensi´on 400 y la 402. Observamos que inicialmente la 400 env´ıa un mensaje de BYE al servidor. Luego el servidor confirma a la misma del cierre de comunicaci´ on. Finalmente el servidor env´ıa un mensaje de BYE a la 402.

Figura 18: Cierre de llamada

5.

Conclusiones Podemos resumir diciendo que VoIP es una tecnolog´ıa que tiene todos los elementos para su r´apido desarrollo ya que el futuro de las comunicaciones esta en la telefon´ıa IP debido a la capacidad de transmitir v´ıdeo, voz y datos en forma simult´anea. La telefon´ıa IP da flexibilidad en cuanto al lugar de la conexi´ on del usuario reducci´ on de costos a las compa˜ n´ıas telef´onicas deben convertirse en proveedoras de servicios de telefon´ıa Internet en lugar de seguir utilizando la telefon´ıa convencional y deben brindar m´ as servicios. A partir de este trabajo y los resultados obtenidos e implicados se pueden continuar desarrollando experimentos con escenarios de red m´as complejos incluyendo m´as equipos y sustiyendo Wireshark, con ello la evaluaci´ on de la red implementada bajo nuevos par´ametros puede ser comparada y complementada, obteniendo una mejor configuraci´on y por ende un mejor desempe˜ no de la misma.

Referencias [1] Seguridad en VoIP: Ataques, Amenazas y Riesgos, Roberto Gutierrez Gil. Disponible en l´ınea: http: //www.it-docs.net /ddata /896.pdf [2] ”Protocolos de Transporte - Tutorial sobre UDP y TCP”, disponible en l´ınea: http: //www.it.uc3m.es /lpgonzal /protocolos/transporte.php 8

[3] ”PROTOCOLO RTP”, Publicado por telematicaayb el agosto 8, 2012, disponible en l´ınea: https: //telematicaayb.wordpress.com /2012 /08 /08 /protocolo-rtp/ [4] J. C. Varela, ”Tr´ afico telef´ onico en redes VoIP”, Univ. Costa Rica, 2006, pp. 135-136

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