Protocolos Clave en Redes de Datos: TCP/IP, RTP, QoS y Transmisión de Video

Protocolos de Transmisión y Control para Voz y Video

¿Qué es el RTP (Real-time Transport Protocol)?

Es un estándar creado por la IETF (Internet Engineering Task Force) para la transmisión de voz y video en tiempo real a través de redes IP, como Internet.

¿Cuál es la función del protocolo de control de RTP (RTCP)?

Es el protocolo de control responsable de monitorear la calidad de servicio (QoS) y de proporcionar información de control para una sesión RTP.

¿Qué es el protocolo RSVP (Resource Reservation Protocol)?

Es un protocolo de la capa de transporte diseñado para reservar recursos en una red bajo la arquitectura de servicios integrados (IntServ). No es un protocolo de transporte de datos, sino un protocolo de control de red.

¿Qué es RTSP (Real Time Streaming Protocol)?

Establece y controla una o varias sesiones de transmisión de datos sincronizados, como audio y video. Funciona como un «control remoto» para servidores de streaming.

¿Cuál es la función del protocolo multicast?

Es un método de envío simultáneo de paquetes a nivel de IP, donde los datos son recibidos únicamente por un grupo específico de receptores que se han suscrito para recibirlos.

Métricas de Rendimiento en la Transmisión de Voz

Retardo de ida y vuelta (RTD)

Se refiere al tiempo que tarda una señal en viajar desde el emisor hasta el receptor y volver. En una conversación, es el tiempo que transcurre hasta que un interlocutor escucha la respuesta a su mensaje. También se conoce como RTD (Round-Trip Delay).

Fluctuación de retardo (Jitter)

Conocido también como jitter, se refiere a la variación en el retardo (medido en milisegundos, ms) entre paquetes de datos consecutivos que viajan a través de una red. Una alta fluctuación puede interrumpir la secuencia normal de entrega de paquetes, afectando la calidad de la voz y el video.

Pérdida de paquetes

Es el porcentaje de paquetes de datos que no llegan a su destino al ser transmitidos a través de una red. Esto puede ocurrir por congestión de red, errores en el enlace o desbordamiento de búferes. El protocolo TCP (Transmission Control Protocol) permite detectar y corregir la pérdida de paquetes mediante acuses de recibo y retransmisiones. Si un paquete no es confirmado, el emisor lo reenvía.

Códecs de Voz

A continuación se presenta una tabla con códecs de voz estándar de la UIT:

Modelos de Arquitectura de Red

Las 7 capas del modelo OSI

1. Capa Física (Nivel 1): Se encarga de las conexiones físicas de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico (cables, ondas), sus características y la forma en la que se transmite la información.
2. Capa de Enlace de Datos (Nivel 2): Se ocupa del direccionamiento físico (dirección MAC), de la topología de la red, del acceso al medio y del control del flujo de datos.
3. Capa de Red (Nivel 3): Su función es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aun cuando ambos no estén conectados directamente, mediante el enrutamiento de paquetes.
4. Capa de Transporte (Nivel 4): Se encarga de aceptar los datos enviados por las capas superiores, dividirlos en partes más pequeñas si es necesario y pasarlos a la capa de red, asegurando una comunicación extremo a extremo.
5. Capa de Sesión (Nivel 5): Esta capa establece, gestiona y finaliza las conexiones (sesiones) entre usuarios, procesos o aplicaciones finales.
6. Capa de Presentación (Nivel 6): Su objetivo es encargarse de la representación de la información (cifrado, compresión, formato de datos) para que los datos lleguen de manera reconocible y compatible entre sistemas.
7. Capa de Aplicación (Nivel 7): Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos (HTTP, FTP, SMTP, etc.).

Las 5 capas del modelo Internet (TCP/IP)

• Capa Física: Especifica las características del hardware que se utilizará para la red (cables, conectores, señales eléctricas).
• Capa de Enlace de Datos: Identifica el tipo de protocolo de red del paquete y gestiona el acceso al medio físico.
• Capa de Internet (IP): Acepta y transfiere paquetes para la red, encargándose del direccionamiento lógico (IP) y el enrutamiento.
• Capa de Transporte: Garantiza que los paquetes lleguen en secuencia y sin errores (TCP) o proporciona una entrega rápida sin garantías (UDP).
• Capa de Aplicación: Define las aplicaciones de red y los servicios de Internet estándar que puede utilizar un usuario (navegadores web, clientes de correo, etc.).

Protocolos de Transporte: TCP y UDP

TCP (Transmission Control Protocol): Proporciona un servicio orientado a la conexión y fiable. Garantiza la entrega ordenada y sin errores de los datos.

UDP (User Datagram Protocol): Proporciona un servicio no orientado a la conexión y no fiable. Es más rápido que TCP porque no garantiza la entrega, lo que lo hace ideal para aplicaciones en tiempo real como la voz o el video, donde la velocidad es más importante que la precisión absoluta.

Estructura de Paquetes IP y TCP

Datos en la cabecera de un paquete IP

La cabecera de un paquete IP contiene, entre otros, los siguientes campos:

• Versión
• IHL (Longitud de la cabecera de Internet)
• DSCP/ECN (Punto de Código de Servicios Diferenciados / Notificación Explícita de Congestión)
• Longitud total
• Identificación
• Banderas (Flags)
• Desplazamiento del fragmento
• Tiempo de vida (TTL)
• Protocolo
• Checksum del encabezado
• Dirección de Origen
• Dirección de Destino
• Opciones

Componentes de la cabecera del protocolo TCP

La cabecera TCP incluye:

• Puerto origen (16 bits)
• Puerto destino (16 bits)
• Número de secuencia (32 bits)
• Número de acuse de recibo (32 bits)
• Longitud de cabecera (4 bits)
• Reservado (3 bits)
• Banderas o Flags (9 bits)
• Tamaño de ventana o ventana de recepción (16 bits)
• Suma de verificación (Checksum) (16 bits)
• Puntero urgente (16 bits)
• Opciones
• Relleno (Padding)

Descripción de 2 componentes de la cabecera TCP

• Puerto origen (16 bits): Identifica el puerto del proceso emisor en el host de origen.
• Puerto destino (16 bits): Identifica el puerto del proceso receptor en el host de destino.

Protocolos Adicionales y Puertos

¿Para qué se utilizan los paquetes de control ICMP?

ICMP (Internet Control Message Protocol) es un protocolo que permite administrar información relacionada con errores y estado de los equipos en red. Es usado por dispositivos como los routers para indicar un problema de entrega, por ejemplo, cuando un destino es inalcanzable.

¿Cuál es el puerto por defecto que utilizan RTP y RTCP?

• RTP: Por defecto, usa el puerto 5004.
• RTCP: Por defecto, usa el puerto 5005.

¿Cuál es el formato de los paquetes RTP?

• Número de secuencia (16 bits): Es un número que se incrementa por cada paquete enviado. Se usa para detectar la pérdida de paquetes y reordenarlos correctamente.
• Registro de tiempo (Timestamp) (32 bits): Es un campo asignado en el momento del envío con base en un reloj del sistema, crucial para la sincronización.
• Identificación de la carga útil (Payload type): Indica qué tipo de datos se transportan (por ejemplo, qué códec de audio o video) y a qué flujo pertenecen.

IPTV y Transmisión de Video

¿Qué es IPTV?

IPTV (Internet Protocol Television) es una tecnología que se utiliza para distribuir señal de video a través de conexiones de banda ancha sobre el protocolo IP.

4 características de IPTV

• Permite la difusión de canales de TV a través de la infraestructura de cableado estructurado existente.
• Facilita la distribución de video bajo demanda (VoD), canales corporativos privados, publicidad y comunicación interactiva.
• Su uso es muy extendido en el sector hotelero y entornos corporativos.
• Permite un mayor número de canales simultáneos, limitado únicamente por el ancho de banda de la red.

Diferencias entre IPTV y TV por Internet

Alcance Geográfico

• IPTV: Se basa en redes privadas y controladas por operadores de telecomunicaciones, por lo que solo alcanza a los suscriptores dentro de la cobertura de dicha red.
• TV por Internet: Está disponible en cualquier lugar donde haya acceso a Internet de banda ancha.

Plataformas

• IPTV: Utiliza redes seguras y dedicadas para emitir contenidos. Estas redes privadas son administradas y operadas por el proveedor del servicio para garantizar la calidad.
• TV por Internet: Utiliza la Internet pública para entregar contenidos de video a los usuarios finales.

Calidad de Servicio (QoS)

• IPTV: Al ser una red gestionada, el proveedor puede garantizar un nivel de calidad de servicio (QoS), asegurando una experiencia de visualización estable y sin interrupciones.
• TV por Internet: Es un servicio de «mejor esfuerzo» (best effort), lo que implica que no es posible garantizar la calidad de la entrega, que puede verse afectada por la congestión general de Internet.

Tarifas para Usuarios

• IPTV: Los servicios se proveen a cambio de una tarifa, generalmente una suscripción mensual que puede incluir paquetes de canales y otros servicios.
• TV por Internet: Un porcentaje significativo de los contenidos emitidos sobre la Internet pública está disponible de manera gratuita para los consumidores, aunque también existen modelos de suscripción.

Calidad de Servicio (QoS)

¿Qué es QoS?

QoS (Quality of Service) es el mecanismo utilizado para asegurar la priorización del tráfico y la garantía de un ancho de banda mínimo. QoS mide el rendimiento de la red y gestiona los paquetes en función de colas de prioridad para asegurar que las aplicaciones críticas (como voz o video) funcionen correctamente.

Tres modelos de servicios para proporcionar QoS

• Servicios diferenciados (DiffServ): Proporcionan un método escalable que intenta garantizar la calidad de servicio en redes de gran tamaño, como Internet, clasificando el tráfico en diferentes categorías.
• Servicios integrados (IntServ): Gestionan los recursos necesarios para garantizar QoS reservando ancho de banda de forma explícita para cada flujo de datos.
• Protocolo de reservación de recurso (RSVP): Es un protocolo de señalización utilizado tanto por hosts como por routers para solicitar niveles específicos de QoS para los flujos de datos de las aplicaciones, comúnmente usado con IntServ.

¿Qué es el VoD (Video a la carta)?

Es un servicio de televisión que permite al usuario acceder a un contenido multimedia concreto (película, serie, etc.) en el momento que lo solicita, visualizándolo en línea en su dispositivo. Es un ejemplo de servicio OTT (Over-The-Top).

Tipos de Transmisión de Datos

• Unicast: Es el envío de información desde un único emisor a un único receptor.
• Broadcast: Es una forma de transmisión donde un nodo emisor envía información a todos los nodos receptores de una red de manera simultánea.
• Multicast: Es un método de envío simultáneo de paquetes que solo serán recibidos por un grupo determinado de receptores que están interesados en los mismos.

RDSI (Red Digital de Servicios Integrados)

¿Qué es la RDSI?

La RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) facilita conexiones digitales de extremo a extremo para proporcionar una amplia gama de servicios, tanto de voz como de datos, a los que los usuarios acceden a través de un conjunto de interfaces normalizadas.

Tres razones por las que surge la RDSI

• La tendencia hacia una variedad creciente de servicios de telecomunicaciones.
• La necesidad de un tiempo reducido para la implantación de nuevos servicios.
• La integración íntima entre la operación de la red y los servicios ofrecidos.

¿Qué es un canal de transmisión de datos?

Es el medio de transmisión por el que viajan las señales portadoras de información; es el camino físico o lógico por donde viajan los datos de un lugar a otro.

Canales en RDSI: Descripción

Canales en RDSI: Función y Velocidad

Redes Convergentes

¿Qué es una red convergente?

Es la integración de los servicios de voz, datos y video sobre una sola red basada en IP como protocolo de nivel de red.

5 componentes que integran las redes convergentes

• Medios: El cableado o medio inalámbrico por el que viaja la información.
• Mensaje: Los datos, voz o video que se transmiten.
• Dispositivos: El hardware de red como routers, switches, teléfonos IP y servidores.
• Reglas o Estándares: Los protocolos (como IP, TCP, RTP) que gobiernan la comunicación.
• Red Convergente: La infraestructura unificada que soporta todos los servicios.