Softphones e telefonia pela Internet

Introdução

Você já ouviu falar de VoIP e softphones? Neste post, vamos aprender um pouco sobre os fundamentos da telefonia pela Internet e ver na prática a configuração de um software para efetuar chamadas telefônicas que se aproveita da linha fixa telefônica que vem junto do seu modem de internet.

Antigamente, para realizar chamadas telefônicas, era comum a utilização de um telefone fixo com fio. Para isso, era necessário se conectar à rede PSTN (Public Switched Telephone Network ou Rede Telefônica Pública Comutada), uma infraestrutura mundial de redes de telefonia pública que utiliza cabos de cobre ou fibra óptica para transmitir dados de voz analógicos.

Com o avanço da Internet, surgiram melhores alternativas para a telefonia convencional. Uma delas é o VoIP (Voice Over Internet Protocol ou Voz sobre Protocolo de Internet), uma tecnologia que viabiliza a transmissão de voz em forma de pacotes de dados. Esses pacotes são enviados pela Internet e permitem que duas máquinas troquem informações entre si.

Principais protocolos utilizados no VoIP

Para entendermos melhor as etapas dessa comunicação, vamos estudar os principais protocolos utilizados em uma conexão pela internet.

Pilha de protocolos da Internet

A pilha TCP/IP é um conjunto de protocolos que definem como os dispositivos se comunicam na internet. Ela é composta por cinco camadas, que são:

• Aplicação: realiza a interface entre a aplicação e a rede, controla os serviços e protocolos utilizados pelas aplicações dos dispositivos finais e permite a comunicação entre eles. Alguns dos principais protocolos são: HTTP (HyperText Transfer Protocol), DNS (Domain Name System) e SIP (Session Initiation Protocol);

• Transporte: responsável por realizar efetivamente os serviços de comunicação de dados e entrega confiável dos pacotes entre a origem e o destino (fim a fim). Os principais protocolos são: TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol) e, para nosso estudo, o RTP (Real-time Transport Protocol);

• Rede: faz o roteamento dos pacotes de dados e realiza a comunicação entre os hosts conectados à rede, independentemente de sua localização física. Alguns dos principais protocolos são: IP (Internet Protocol) e ICMP (Internet Control Message Protocol);

• Enlace: camada responsável por realizar a conexão física entre os dispositivos de rede e permitir a transferência de dados entre dispositivos adjacentes (comunicação salto a salto). Alguns dos principais protocolos são: Ethernet e Wi-Fi;

• Física: lida diretamente com a transmissão física dos bits “no fio”.

Agora que estudamos a visão geral sobre a pilha TCP/IP, podemos focar nos principais protocolos e suas funções específicas para nosso estudo de VoIP.

IP (Internet Protocol)

O protocolo IP é o alicerce da internet, responsável por encaminhar os pacotes até o destino e interconectar redes de diferentes tecnologias. Ele fornece endereçamento único para cada dispositivo na rede, permitindo a identificação e a entrega adequada dos pacotes. Embora seja crucial, o IP não garante entrega confiável ou ordenada dos dados.

Existem duas principais versões do IP: o IPv4 e o IPv6. De forma resumida, o IPv4 utiliza endereços de 32 bits (232 endereços únicos), enquanto o IPv6 emprega endereços de 128 bits (2128 endereços únicos), oferecendo maior quantidade de endereços para acomodar a crescente demanda por dispositivos conectados à internet.

Figura 1: Diferenças entre os cabeçalhos do IPv4 e IPv6. Fonte: https://www.networkacademy.io/ccna/ipv6/ipv4-vs-ipv6

TCP (Transport Control Protocol):

O protocolo TCP, por sua vez, oferece uma entrega confiável de dados, pois estabelece uma conexão entre os dispositivos comunicantes e garante que os pacotes cheguem na ordem correta e sem perdas. Caso ocorram problemas durante a transmissão, o TCP retransmite os pacotes afetados.

Figura 2: Cabeçalho do protocolo TCP. Fonte: https://intronetworks.cs.luc.edu/current2/uhtml/tcpA.html

UDP (User Datagram Protocol):

Já o protocolo UDP adota uma abordagem não orientada a conexão, priorizando a velocidade na entrega dos dados. Embora não garanta a entrega confiável e possa resultar em perdas de pacotes, sua simplicidade o torna ágil e eficaz para transmissões em tempo real, como o VoIP. Tal característica é essencial para manter a sincronização entre os participantes, embora possa resultar em algumas inconsistências de qualidade devido à falta de correção de erros.

Figura 3: Cabeçalho do protocolo UDP. Fonte: https://intronetworks.cs.luc.edu/current2/uhtml/udp.html

SIP (Session Initiation Protocol):

O SIP é bastante importante no VoIP, pois é um protocolo de sinalização usado para criar, controlar e finalizar sessões das chamadas telefônicas. De forma resumida, o SIP define dois tipos de mensagens: REQUEST e RESPONSE.

A mensagem REQUEST é enviada de um cliente a um servidor e pode ter vários métodos, que representam uma ação necessária. Existem 14 delas, mas as principais que veremos na demonstração são:

• PUBLISH: publica o estado de um evento;
• INVITE: é utilizado quando se deseja convidar um novo participante para uma sessão;
• REGISTER: envia informações sobre identificação e localização do usuário, como hostname e endereço IP;
• ACK: uma mensagem com este método é enviada por um usuário que mandou um INVITE para avisar que uma mensagem do tipo RESPONSE foi recebida;
• BYE: é utilizado para encerrar a participação numa sessão.

Já a mensagem RESPONSE é usada para indicar o resultado de uma solicitação que foi realizada durante a sessão. Existem vários códigos de resposta SIP, contudo, os mais importantes para nosso estudo são:

Fonte: https://www.worknets.com.br/2020/04/10/lista-de-codigos-de-resposta-sip/

Portanto, vimos que o SIP (Session Initiation Protocol) estabelece e gerencia a sessão de comunicação. Agora, vamos ver como os dados dessa comunicação são entregues.

RTP (Real-time Transport Protocol):

O RTP é um protocolo de transporte que é implementado na camada de aplicação, é executado sobre o UDP e realiza o transporte fim-a-fim em tempo real de pacotes de mídia (como áudio e vídeo) durante uma sessão de comunicação.

Juntamente ao RTP, existe um outro protocolo que serve para monitorar a qualidade de serviço: o protocolo de controle RTCP (Real Time Control Protocol). Ele não transporta dados, pois sua principal função é realizar controle de fluxo e congestionamento para os participantes de uma sessão.

Visão geral

Utilizando tudo que aprendemos até o momento, veja um exemplo de uma chamada VoIP sendo estabelecida entre dois indivíduos.

Figura 4: Exemplo de uma chamada VoIP sendo estabelecida. Fonte: https://www.nextiva.com/blog/sip-protocol.html

Falta apenas um conceito para irmos à parte prática do post, que é: como a fala é convertida em um sinal digital?

Codificadores e decodificadores

Um CODED VoIP é um dispositivo de hardware ou software que é capaz de codificar e decodificar um sinal. De forma simplificada, um CODEC converte um sinal de voz analógico em sua forma digital. Em seguida, ele converte o sinal digital comprimido de volta para sua forma analógica original.

Veja abaixo alguns tipos de CODECS VoIP que são utilizados:

Figura 5: Exemplos de CODECs utilizados no VoIP. Fonte: SUDRÉ, Gilberto. Entendendo a Tecnologia VoIP.

Vale ressaltar que o G.711 é o mesmo CODEC utilizado pela rede PSTN. Existem duas variações:

• G.711 A_law : utilizado em países fora da América do Norte. Também é utilizado para ligações telefônicas internacionais.
• G.711 u_law : utilizado principalmente na América do Norte.

Mão na massa!

Finalmente, estamos prontos para configurar o softphone. É preciso que você:

• Tenha um plano de internet com telefone fixo (seu modem deve ter uma entrada RJ-11)
• Tenha acesso ao login de administrador de seu modem (admin, userAdmin, AdminGPON … ). Se você não souber o endereço IP ou o login para acessar as informações do seu modem, verifique as orientações que estão atrás do aparelho.

• Tenha acesso às informações de voz da sua linha (endereço ip do Soft Switch e User Agent, bem como seu número de telefone fixo Phone Number). Entre nas informações de seu modem, procure uma aba equivalente a Voice Information e anote as informações.

• Se houver, mude a prioridade da VLAN (Virtual Local Area Network) correspondente ao VoIP para 0 (quanto menor o valor de VLAN PRI, maior é a prioridade dos pacotes de VoIP para o modem). Isso é muito importante para a qualidade de suas chamadas.

• Instale um softphone em seu computador (irei utilizar o MicroSIP no sistema operacional Windows). Ao abrir o MicroSIP, clique na seta do canto superior direito e clique em Adicionar Conta.

• Preencha as informações que você anotou anteriormente.

• Em Servidor SIP, escreva o endereço IP correspondente ao User Agent.

• Em Proxy SIP, escreva o endereço IP correspondente ao Soft Switch.

• Em Domínio, veja qual é o endereço de seu provedor de serviço. No meu caso, é ims.oi.net.br:5060. Note que a porta 5060 é a porta padrão do protocolo SIP.

• Em Usuário e Login, escreva: +telefone@domínio.

• Em Senha, escreva seu número de telefone sem o DDD. Exemplo: 40028922

• Em Transporte, escolha UDP+TCP.

• Clique em Salvar.

Agora, na tela inicial do MicroSIP, clique novamente na seta superior direita e selecione Configurações. Após abrir, localize os codecs disponíveis, utilize as setas e habilite apenas o codec G.711 A-law. Após isso, clique em salvar.

Pronto! Agora, nosso softphone está configurado e pronto para realizar chamadas.

Com a ajuda do Wireshark (programa de análise de tráfego de rede), vamos ligar para o número 40028922 e verificar as requisições relacionadas aos protocolos SIP e RTP.

Início da conexão (observe as mensagens INVITE, TRYING, RINGING e os pacotes RTP)

Fim da conexão (observe as mensagens BYE e OK)

Espero que este post tenha te ajudado a entender um pouco mais sobre os protocolos da Internet e os mecanismos que estão relacionados à tecnologia VoIP.

Referências Bibliográficas

3CX. What are SIP methods - requests and responses?. Disponível em: https://www.3cx.com/pbx/sip-methods/

Worknets. Lista de códigos de resposta SIP. Disponível em: https://www.worknets.com.br/2020/04/10/lista-de-codigos-de-resposta-sip/

BERNAL, Huber. Telefonia IP. Disponível em: https://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialtelip/default.asp

Canal do Toth. Curso Básico de VoIP & SIP. Disponível em: https://www.youtube.com/playlist?list=PLYWlOBwQPyDqkMW82OAgamy2DP3DAZDV1

LAGOIA, Paulo. Push-to-Talk no Celular II: Protocolos. Disponível em: https://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialpushtotalk2/default.asp

Nextiva. What Is Session Initiation Protocol (SIP) & How Does It Work?. Disponível em: https://www.nextiva.com/blog/sip-protocol.html

SUDRÉ, Gilberto. Entendendo a Tecnologia VoIP. Disponível em: https://pt.slideshare.net/gilsudre/entendendo-a-tecnologia-voip-presentation