IP-Telefonie
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Unter IP-Telefonie (Internet Protocol-Telefonie; auch Voice over IP, kurz: VoIP gesprochen wie "Weup") versteht man das Telefonieren über Computernetzwerke, die nach Internet-Standards aufgebaut sind. Dabei werden für Telefonie typische Informationen, d. h. Sprache und Steuerinformationen für z. B. den Verbindungsaufbau, über ein einheitliches, auch für Datenübertragung nutzbares Netz übertragen. Bei den Gesprächsteilnehmern können sowohl Computer, für VoIP spezialisierte Telefonendgeräte als auch über spezielle Adapter angeschlossene klassische Telefone die Verbindung ins Telefonnetz herstellen.
Beginnend mit der Vernetzung von EDV-Systemen in den 1980er Jahren und dann insbesondere mit dem Internet-Boom der 1990er Jahre ist neben dem klassischen Telefonnetzwerk eine zweite Kommunikations-Infrastruktur mit sehr weiter Verbreitung und inzwischen vielfach höherer und weiter stark wachsender Übertragungsleistung entstanden – die IP-basierenden Datennetzwerke, insbesondere auch das Internet als öffentliches Netz. IP-Telefonie ist eine Technologie, die es ermöglicht langfristig den Telefondienst auf dieser IP-Infrastruktur zu realisieren und damit die herkömmliche Telefontechnologie samt ISDN, Netz und allen Komponenten ersetzen kann. Zielsetzung dabei ist eine Reduzierung der Kosten durch ein einheitliches, einfacher aufgebautes und zu betreibendes Netz, was im Ergebnis auch Kostenvorteile für die Endbenutzer erwarten lässt. Aufgrund der hohen Einsatzdauer klassischer Telefoniesysteme und der notwendigen Neuinvestitionen für IP-Telefonie kann der Wechsel nur als lange dauernder, gleitender Übergang erfolgen. Währenddessen existieren beide Technologien parallel, so dass sich ein deutlicher Bedarf an Lösungen zur Verbindung beider Telefoniesysteme (z.B. über Gateways) sowie zur gezielten Planung des Systemwechsels unter Berücksichtigung der jeweiligen Möglichkeiten für Kosten- und Leistungsoptimierung ergibt.
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[Bearbeiten] Geschichte und Entwicklung
1963 Halbautomatischer Telefondienst zwischen Deutschland und den USA.
1973 Erste Implementierungen des Network Voice Protocol zum Beispiel auf einer PDP-11, Datenrate 3490bps.
1977 Beschreibung des Network Voice Protocol in RFC 741.
1980 Beschreibung des Internet Protocol (IP) in RFC 791.
1989 Einführung des ISDN Integrated Services Digital Network mit einem Codec nach ITU-T-Standard G.711, µ-law/a-law. Die Datenrate ist mit 64 kbit/s etwa 1/20 der bei Audio-CDs üblichen Datenrate. Die digitale Übertragung von Sprache ist für den privaten Anwender möglich. Üblich wird ein Anschluss mit zwei B-Kanälen, mit dem es möglich ist, außer einem Gespräch noch weitere Daten oder ein zweites Gespräch zu übertragen. Die Benutzung eines B-Kanals ist kostenpflichtig.
Ebenfalls 1989 Entwicklung des World Wide Web durch Tim Berners-Lee. Durch das Hypertext Transfer Protocol, die Hypertext Markup Language und Webbrowser wird es für den unkundigen Anwender möglich, Texte, Bilder, Sprache, Musik und auch Filme mit einem Mausklick durch das Internet zu transportieren.
1992 Einführung des GSM Global System for Mobile Communications in Deutschland. Die Datenrate für die Sprache beträgt etwa 13kbit/s, über Funk werden wegen der Redundanz bis zu 22,8kbit/s übertragen. Bedingt durch die Mobilität gibt es grundsätzlich keine festgeschaltete Verbindung mehr. Werden die entsprechenden Codecs im Festnetz (ISDN) eingesetzt, lassen sich mit einem B-Kanal mehrere Gespräche übertragen. Die Kompressionsverfahren werden im geschäftlichen Umfeld verwendet, um mit entfernten Niederlassungen gleichzeitig Sprache und Daten über einen ISDN-Nutzkanal oder über Virtuelle Private Netze (VPN) auszutauschen.
1995 Ein MS-Windows-Programm von dem israelischen Unternehmen Vocaltec ermöglicht Internettelefonie im Halbduplexbetrieb. Die Gesprächspartner können nur abwechselnd sprechen. Die Sprachqualität ist schlecht. Verbindungen zu Computern, die nicht die gleiche Software haben, sind nicht möglich.
1996 Beschreibung des Real-Time Transport Protocol in RFC 1889.
1998 Erstmalige Verabschiedung des ITU-T-Rahmenstandards H.323.
1999 Beschreibung des Session Initiation Protocol (SIP) in RFC 2543.
2002 SIP-Erweiterung in RFC 3261.
2002 Verabschiedung von ITU Q.1912, Interoperabilität zwischen SIP und ISDN user part.
Mit der Verfügbarkeit von Internet-Anschlüssen hoher Bandbreite bei Endanwendern steigt die Anzahl der Anwender, die diese Anschlüsse für IP-Telefonie nutzen, um über das Internet Ferngespräche ohne zusätzliche Gesprächsgebühren zu führen.
Die Trennung von Internet- und Telefondienst bei den Nachfolgeunternehmen der Deutschen Bundespost wird zurückgenommen.
Siehe auch: Erfindung des Telefons
[Bearbeiten] Funktionsprinzip
Das Telefonieren mit der IP-Telefonie kann sich für den Teilnehmer genauso darstellen wie in der klassischen Telefonie. Wie bei der herkömmlichen Telefonie teilt sich das Telefongespräch hierbei in drei grundsätzliche Vorgänge auf. Diese Vorgänge sind der Verbindungsaufbau, die Gesprächsübertragung und der Verbindungsabbau. Im Unterschied zur klassischen Telefonie werden bei VoIP aber keine „Leitungen“ durchgeschaltet, sondern Sprache in kleinen Paketen, eventuell auch über verschiedene Wege, transportiert.
[Bearbeiten] Signalisierungsprotokolle
Der Auf- und Abbau von Rufen (Rufsteuerung) erfolgt über ein von der Sprachkommunikation getrenntes Protokoll. Auch die Aushandlung und der Austausch von Parameteren für die Sprachübertragung erfolgt über andere Protokolle als die der Rufsteuerung.
Um in einem IP-basierten Netz eine Verbindung zu einem Gesprächspartner herzustellen, muss die aktuelle IP-Adresse des gerufenen Teilnehmers innerhalb des Netzes bekannt sein, jedoch nicht notwendigerweise auf der Seite des Anrufers. Feststehende Anschlüsse wie im sogenannten Festnetz (PSTN) gibt es in rein IP-basierten Netzen nicht. Die Erreichbarkeit des Angerufenen erfolgt ähnlich wie in Mobilfunknetzen durch eine vorangegangene Authentifizierung des Gerufenen und damit der Bekanntmachung seiner momentanen Adresse.
Aufgrund z. B. von Ortswechsel des Teilnehmers, Wechsel des Users am gleichen PC oder die dynamische Adressvergabe beim Aufbau einer Netzwerkverbindung ist eine feste Zuordnung von Telefonnummern zu IP-Adressen generell nicht möglich. Die allgemein angewandte Lösung besteht darin, dass die VoIP-Teilnehmer bzw. dessen Endgeräte ihre aktuelle IP-Adresse bei einem Dienstrechner (Server) unter einem Benutzernamen hinterlegen. Der Verbindungsrechner für die Rufsteuerung, oder manchmal sogar das Endgerät des Anrufers selbst, kann dann bei diesem Server die aktuelle IP-Adresse des gewünschten Gesprächspartners über den angewählten Benutzernamen erfragen und damit die Verbindung aufbauen.
Verbreitete Signalisierungsprotokolle sind:
- SIP – Session Initiation Protocol, IETF RFC 3261
- SDP – Session Description Protocol, IETF RFC 2327 und RFC 3264
- H.323 – Packet-based multimedia communications systems, ein ITU-T-Standard
- IAX – Inter-Asterisk eXchange protocol
- ISDN over IP – ISDN/CAPI-basierendes Protokoll
- MGCP und MeGaCo – Media Gateway Control Protocol H.248, gemeinsame Spezifikation von ITU-T und IETF
- MiNET – von Mitel
- Skinny Client Control Protocol – von Cisco (nicht zu verwechseln mit SCCP (Q.71x) der ITU-T)
[Bearbeiten] Verbindungsaufbau mit SIP
Von der Internet Engineering Task Force (IETF) wurde das Session Initiation Protocol (SIP) entwickelt, dadurch ist dieses Protokoll nicht an einen bestimmten Hersteller gebunden. Diese herstellerunabhängige Standardisierung ermöglicht den Einsatz von SIP basierten Systemen in heterogenen Umfeldern, insbesondere auch in der Kopplung von VoIP-Komponenten unterschiedlicher Hersteller. Grundsätzlich eignet sich SIP allerdings auch für Einsatzszenarien ausserhalb von VoIP.
Die Teilnehmer besitzen bei SIP eine SIP-Adresse (ähnlich einer E-Mail-Adresse) im Uniform-Resource-Identifier-Format (URI-Format), wie zum Beispiel „sip:12345@beispiel-server.de“. Endgeräte müssen sich einmalig während der Startphase bei einem ihnen zugewiesenen SIP-Server registrieren. Zum Aufbau einer Verbindung schickt das Endgerät des Anrufers eine Nachricht an den Server, der unter dem Domainnamen „beispiel-server.de“ bekannt ist (s. DNS).
Dieser Verbindungswunsch wird durch den Server an das Endgerät des Angerufenen weitergeleitet. Sofern diese Nachricht dort verarbeitet werden kann, schickt das Endgerät eine entsprechende Nachricht zurück an den Server, der diese an den Anrufer weiterleitet. Zu diesem Zeitpunkt klingelt das Endgerät des Angerufenen, der Anrufer hört einen Wählton.
Eine direkte Kommunikation zwischen den beiden Endgeräten hat bis jetzt noch nicht stattgefunden. Im Rahmen dieses Austausch zum Aufbau einer Session werden zwischen den Endgeräten alle relvanten Informationen über Eigenschaften und Fähigkeiten ausgetauscht. Für das eigentliche Telefongespräch ist der Server nicht mehr notwendig, die Endgeräte senden sich ihre Daten direkt zu, d. h. der Datenaustausch im Rahmen des Gespräches läuft am Server vorbei. Für die Übertragung dieser Daten in Echtzeit wird üblicherweise das Protokoll Real-Time Transport Protocol (RTP) eingesetzt.
Zur Beendigung des Gesprächs sendet eines der Endgeräte eine SIP-Nachricht an den Server, der diese an den anderen Teilnehmer weitergibt. Beide Endgeräte beenden dann die Verbindung.
[Bearbeiten] Rufnummernsysteme
Es gibt derzeit eine Reihe von Ansätzen, den Teilnehmern eine individuelle Internet-Telefonnummer zu geben. Angefangen von reinen SIP-Nummern gibt es Ansätze zur Integration der Internet-Telefonie in den bestehenden Rufnummernplan der herkömmlichen Telefonnetze bis hin zu einem ganz neuen System. Wesentliche Gesichtspunkte der Europäischen Union und der deutschen Bundesnetzagentur (BNetzA) (früher: Regulierungsbehörde) sind vor allem die Einhaltung aller Vorschriften und mittelfristig die Integration von Notrufsystemen in die Internet-Telefonie.
[Bearbeiten] Individuelle SIP-Nummer
Für Nutzer, die über das Internet lediglich mit anderen Internet-Nutzern kostenlos telefonieren wollen, bieten sich SIP-Adressen bzw. SIP-Nummern an. SIP-Adressen sind, anders als Telefonnummern oder MSNs, nicht an einen Anschluss gebunden, sondern wie E-Mail-Accounts von überall auf der Welt nutzbar, wo es einen Internet-Anschluss gibt.
Um eine eigene SIP-Adresse im URI-Format zu bekommen, kann man sich bei vielen freien oder kostenpflichtigen Anbietern anmelden. Da viele Anbieter entweder nur SIP-Adressen mit reinen Zahlenfolgen vergeben (z. B. 12345@sip-server.de) oder zur nichtnumerischen Adresse einen numerischen Alias vergeben, können auch IP-Telefone mit normaler Tastatur zum Wählen verwendet werden, um Gesprächspartner, die sich beim selben SIP-Server registriert haben, anzuwählen. Mit Vorwahlnummern können auch Gesprächspartner von anderen SIP-Servern angewählt werden. Die meisten Anbieter von SIP-Adressen ermöglichen auch das Telefonieren mit Teilnehmern des herkömmlichen Telefonnetzes, da sie bei solchen Gesprächen Geld verdienen können. Die SIP-Nummern werden oft auch so vergeben, dass sie über Gateways mit entsprechender Vorwahlnummer aus dem herkömmlichen Telefonnetz angerufen werden können.
[Bearbeiten] Herkömmliche Ortsrufnummern
Immer mehr VoIP-Anbieter können Nummern aus allen deutschen Ortsnetzen vergeben. Damit ist der Kunde auch aus dem herkömmlichen Telefonnetz zu erreichen. Die Bundesnetzagentur begrenzt solche Angebote jedoch nur auf Teilnehmer, die in diesen Ortsnetzen ihren Wohnort haben. Die Begründung ist, dass ansonsten der Bezug, den die Vorwahl zum Wohnort hat, aufgelöst werde. Die Anbieter sind damit verpflichtet, zu überprüfen, ob der Kunde in dem gewünschten Ortsnetz auch tatsächlich wohnt. Meistens wird dies durch eine Schufaabfrage oder durch einen PIN per Post überprüft. Aus Kostengründen bieten die meisten VoIP-Anbieter nicht in allen Ortsnetzen lokale Nummern an. Falls der Kunde außerhalb eines verfügbaren Vorwahlbereiches wohnt, stellen viele Anbieter 0180x-Nummern zu Verfügung. Die Nummern sollten theoretisch weltweit von jedem Telefon und Handy aus erreichbar sein. Dieses Verfahren ist jedoch nur noch übergangsweise zulässig.
Wenn der VoIP-Anbieter beim Verbindungsaufbau das SIP-Protokoll einsetzt, besitzt der Kunde neben der Ortsrufnummer gleichzeitig eine SIP-Nummer. Viele Anbieter teilen ihren Kunden jedoch lediglich die vergebene Festnetz-Rufnummer mit. Zudem blockieren viele dieser Anbieter Internet-Anrufe von Anrufern, die sich nicht bei ihm oder einem seiner Partner registriert haben. Dadurch kann man nur dann ein kostenloses Internet-Telefongespräch führen, wenn sich beide Gesprächspartner beim selben Anbieter (oder einem Partneranbieter) registriert haben.
Für die meisten Unternehmen und Behörden ist die Übernahme des gesamten bisherigen Rufnummernplans des bestehenden herkömmlichen Anschlusses (Ortsvorwahl, Hauptrufnummer und alle Durchwahlnummern) Voraussetzung für einen Wechsel zu einem IP-Telefonie-Service-Provider. Für SIP bieten das bisher erst wenige Provider an.
[Bearbeiten] Das ENUM-Verfahren
Eine Weiterentwicklung ist das Telephone Number Mapping (ENUM). Es wird von einigen Netzbetreibern und sowohl von der deutschen (DENIC) als auch der österreichischen (NIC.AT) Domain-Vergabestelle vorangetrieben.
Bei ENUM wird die Rufnummer umgekehrt und mit Punkten zwischen den einzelnen Ziffern versehen, als Subdomain der Top Level Domain "arpa" mit der Second Level Domain "e164" vorangestellt. Aus +49 12345 6789 wird also zum Beispiel 9.8.7.6.5.4.3.2.1.9.4.e164.arpa. Diese Lösung setzt allerdings voraus, dass der Telefonkunde schon über eine Rufnummer verfügt, für die in der Regel mindestens eine Grundgebühr zu zahlen ist.
Aufgrund der EU-Richtlinien zur Rufnummern-Mitnahme bei Wechsel des Telefonproviders erlebt ENUM derzeit (zumindest in Österreich) den erhofften Aufschwung. Bevor Telefonprovider aufgrund eigener Datenbanken ein Telefongespräch vermitteln, wird überprüft, ob es zu der gerufenen Nummer und dem verwendeten Dienst bei ENUM einen DNS-Eintrag gibt. Falls ja, wird der Ruf zu der im DNS angegebenen Adresse vermittelt (PSTN- oder auch SIP-Teilnehmer).
Kritisch zu beurteilen ist allerdings der öffentliche Ansatz von ENUM. Dadurch ist es Angreifern möglich, z. B. automatisierte kostenlose Werbeanrufe, so genannte SPIT (SPAM over IP Telephony), einzusetzen.
[Bearbeiten] Spezielle Internet-Rufnummern
In Österreich wurde speziell für konvergente Dienste – unter die auch die Internet-Telefonie fällt – die Vorwahl +43 720 (personal number) geschaffen. Eine ähnliche Lösung wurde auch von der deutschen Regulierungsbehörde empfohlen. Nach einer Vorwahl 032 kann ähnlich wie beim Mobilfunk mit einer „Blockkennung“ ein VoIP-Betreiber ausgewählt werden, um danach dann die eigentliche Endnummer des Teilnehmers zu wählen. Die 032-Rufnummern konnten sich bislang nicht bei den VoIP-Providern durchsetzen. Sie werden nur von wenigen VoIP-Anbietern genutzt. Die Erreichbarkeit stellt ein Problem dar, da die Rufnummerngasse von einigen Festnetzanbietern nicht unterstützt wird. Aus den Handynetzen von T-Mobile und O2 sind die Rufnummern erreichbar, jedoch nicht aus den Netzen von Vodafone und E-Plus. Die 032-Teilnehmernummer ist nicht mehr an einen DSL- oder Telefonanschluss gekoppelt, sondern kann unabhängig vom Anschluss vergeben werden. Nach diesem Schema können auch mobile VoIP-Geräte eine Rufnummer für die nomadische Nutzung erhalten.
[Bearbeiten] Gesprächsübertragung
Wie bei herkömmlicher Telefonie wird die Sprache zunächst analog mit einem Mikrofon (z. B. über den Telefonhörer) erfasst. Die analogen Sprachsignale werden digitalisiert (codiert). Optional können sie auch komprimiert werden (verbreitet sind dafür z. B. ITU-T G.723.1 oder G. 729 Annex A), um die zu übertragende Datenmenge zu reduzieren. Der Transport der so umgewandelten Daten erfolgt dann über ein öffentliches oder privates Datennetzwerk. Bedingt durch das für die Transportsteuerung zuständige Internet Protocol (IP) werden die Daten dazu in viele kleine Pakete aufgeteilt.
[Bearbeiten] Digitale Verarbeitung der analogen Signale
Die analogen Signale werden durch einen Analog-Digital-Umsetzer in Digitalsignale umgewandelt und mittels Codecs in Audio-Binärformate gewandelt. Je nach verwendetem Codec können die Daten dabei unterschiedlich stark komprimiert werden. Die meisten Codecs benutzen dabei ein Verfahren, bei dem für das menschliche Gehör unwichtige Informationen weggelassen werden. Das verkleinert die Datenmenge und verringert so die zur Übertragung benötigte Bandbreite. Werden allerdings zu viele Informationen weggelassen, leidet auch die Sprachqualität. Die verschiedenen Codec-Verfahren beherrschen die Audiodatenkompression unterschiedlich gut. Manche sind auch speziell dafür ausgelegt, eine niedrige Bandbreite um jeden Preis zu erreichen, andere dagegen verbessern die seit Jahrzehnten gewohnte Telefonqualität auf Radio- oder sogar CD-Niveau. Je nach Codec variieren also die erforderliche Bandbreite sowie die Sprachqualität. Damit die Daten nach dem Transport auch wieder korrekt in Sprache umgewandelt werden können, muss der Empfänger den gleichen Codec wie der Sender benutzen.
Dieses Verfahren der Audiokompression wird übrigens heute schon beim Mobilfunk erfolgreich eingesetzt.
[Bearbeiten] Transport der Daten
Im Normalfall schickt jedes Endgerät die codierten Sprachdaten direkt über das Netzwerk an die IP-Adresse der Gegenstelle. Die Gesprächsdaten fließen also nicht über Server eines VoIP-Providers sondern werden direkt zwischen den Endgeräten der Teilnehmer ausgetauscht.
Der eigentliche Transport der Daten erfolgt über das Real-Time Transport Protocol (RTP), gesteuert durch das RealTime Control Protocol (RTCP). RTP verwendet zur Übertragung in der Regel das User Datagram Protocol (UDP). UDP kommt zum Einsatz, da es ein minimales, verbindungsloses Netzwerkprotokoll ist, das nicht auf Zuverlässigkeit ausgelegt wurde wie beispielsweise das Transmission Control Protocol (TCP). Dies bedeutet, dass der Empfang der Sprachpakete nicht bestätigt wird, also keine Übertragungsgarantie besteht. Der Vorteil von UDP ist aber dessen geringere Latenzzeit gegenüber der von TCP, da nicht auf eine Bestätigung gewartet und fehlerhafte Pakete nicht neu gesendet werden und sich somit der Datenfluss insgesamt nicht verzögert. Eine vollkommen fehlerfreie Übertragung ist aufgrund der hohen Redundanz gesprochener Sprache und der Möglichkeit der verwendeten Codecs, Fehler zu korrigieren, unnötig. Für ein flüssiges Gespräch ist eine geringe Antwortverzögerung viel wichtiger.
[Bearbeiten] Übertragungsqualität
Die Anforderungen an das Netz für Datenübertragung und IP-Telefonie unterscheiden sich erheblich. Neben der erforderlichen Übertragungskapazität (ca. 64 kbit/s für ein unkomprimiertes Gespräch) haben insbesondere Qualitätsmerkmale wie Latenz, Jitter und Paketverlustrate erheblichen Einfluss auf die erreichbare Sprachqualität. Durch Priorisierung und entsprechende Auslegung der Netze ist es möglich, eine entsprechende Steuerung vorzunehmen, um unabhängig von der sonstigen Netznutzung zuverlässig eine gleichbleibende Sprachqualität zu erreichen.
Da das Internet in seiner heutigen Form (Stand 2006) keine gesicherte Übertragungsqualität zwischen Teilnehmern garantiert, kann es durchaus zu Übertragungsverlusten, störenden Echos oder Aussetzern kommen, so dass die Sprachqualität nicht ganz der von herkömmlichen Telefonnetzen entspricht, aber meist besser als in Mobilfunk-Netzen ist. Die zunehmende Akzeptanz der Mobilfunkkunden deutet auf eine relativ unkritische Einstellung der Anwender zu leichten Qualitätsmängeln hin. Mit einem qualitativ hochwertigen DSL-Anschluss (Engpass ist die Bitrate in Richtung Netz (upstream), sie sollte dauerhaft deutlich über 100 kbit/s liegen) kann man als Privatkunde heute schon durchaus eine etwa gleichwertige und kostengünstige Alternative zum klassischen Telefonanschluss erhalten.
Eine Kennzeichnung und Bevorzugung (Priorisierung) der „Sprachpakete“ gegenüber anderen Datenpaketen im Internet ist sinnvoll. Das heute im Internet verwendete Protokoll IPv4 bietet zwar solche Möglichkeiten (z.B. DiffServ), jedoch werden sie von den Routern im Internet in der Regel nicht beachtet. Sorgfältig geplante und konfigurierte private IP-Netze können jedoch eine gewisse "Quality of Service (QoS)" gewährleisten (auch mit Ethernet als Bitübertragungsschicht) und dadurch die Telefonie auch bei Überlast im Datenbereich ermöglichen. Die QoS-Mechanismen funktionieren aber leider in der Regel bei weitem nicht so, wie von den Herstellern angegeben. Man kann das nachmessen, dies erfordert jedoch spezielle Messtechnik und besondere Kenntnisse. Da die QoS-Mechanismen wegen der normalerweise eingeplanten Überkapazitäten nur ausnahmsweise in Aktion treten müssen, bleiben QoS-Fehlfunktionen vom Anwender meist unbemerkt, selbst dann, wenn es, vielleicht nach Monaten oder Jahren, einmal zum Störfall kommt. Status quo im Internet ist jedoch bisher der Best-Effort-Transport, das heißt die Gleichbehandlung aller Pakete. Die trotzdem meist brauchbare Telefonie-Qualität ist den Überkapazitäten der Netze zu verdanken. An weitergehenden QoS-Standards für das zukünftige, multimedia-lastige Internet wird in einer Reihe von Gremien und Forschungsprojekten gearbeitet (z.B. MUSE, DSL-Forum u.v.a.m.).
Auch vom Nachfolgeprotokoll IPv6 sind bezüglich QoS keine Wunderdinge zu erwarten. IPv6 bringt als neues Element flows. Bisher besteht aber wohl noch keine Klarheit darüber, wie dies genutzt werden soll. Ob die Infrastruktur diese Markierungen (Priorität, DSCP-Code) berücksichtigt oder nicht, ist letztendlich eine finanzielle Frage. Die Zukunft wird zeigen, ob die Internet-Provider für mehr Geld auch qualitativ höherwertige IP-Ströme bereitstellen werden.
[Bearbeiten] Übertragungsprobleme
Um eine qualitativ hochwertige Kommunikation über Voice-over-IP führen zu können, müssen alle für den Sprachtransport verwendeten Datenpakete so beim Gegenüber ankommen, dass sie zu einem getreuen Abbild des ursprünglichen, zeitlich zusammenhängenden Datenstrom zusammengesetzt werden können. Mögliche Ursachen für eine schlechte Übertragung sind die im nachfolgenden aufgeführten Faktoren.
[Bearbeiten] Zu geringe Bandbreite
Damit eine Verbindung in ISDN-Qualität zustande kommen kann, muss ein DSL-Anschluss mit einer Bandbreite von mindestens 100 kbit/s in beide Richtungen zur Verfügung stehen. Bei ADSL kommt es also auf die Upstream-Bitrate an, die wesentlich geringer als der Downstream ist. Beispielrechnung zur benötigten Bandbreite
[Bearbeiten] Laufzeit (Latenz) und Jitter
Die Laufzeit bzw. Latenz (engl. Delay) ist eine grundsätzliche Verzögerungszeit, die beim Transport von Datenpaketen in einem IP-Netz entsteht. Bei der Telefonie (unabhängig davon mit welcher Technologie sie realisiert wird) stellen gemäß ITU-T Empfehlung G.114 400 Millisekunden Einweglaufzeit (Mund zu Ohr) die oberste Grenze dar, bis zu der noch eine dialogfähige Kommunikation in Echtzeit möglich ist. Ab ungefähr 125 Millisekunden kann die Laufzeit vom Menschen schon als störend wahrgenommen werden. Daher empfiehlt die ITU-T bei hoch-interaktiven Kommunikationsformen generell eine Einweglaufzeit von 150 Millisekunden nicht zu überschreiten.
Als Jitter bezeichnet man die zeitliche Schwankung zwischen dem Empfang von zwei Datenpaketen. Um zeitliche Schwankungen zu kompensieren, werden so genannte „Pufferspeicher“ (Jitter-Buffer) eingesetzt, die eine zusätzliche, absichtliche Verzögerung der empfangenen Daten bewirken, um anschliessend die Daten mit einer konstanten Verzögerung, sowie in korrekter Reihenfolge weiterzuleiten. Die Größe des Pufferspeicher (in Millisekunden) addiert sich zur Laufzeit. Sie erlaubt also die Wahl zwischen mehr Paketverlustrate oder mehr Verzögerung.
[Bearbeiten] Paketverlust
Von Paketverlust spricht man, wenn gesendete Datenpakete den Empfänger nicht oder nicht in der richtigen Reihenfolge erreichen und deshalb verworfen werden. Bei Echtzeitanwendungungen spricht man auch von Paketverlusten, wenn das Paket zwar den Empfänger erreicht, aber zu spät eintrifft, um noch in den Ausgabestrom eingefügt werden zu können. Für Telefonie wird nach ITU-T G.114 eine Paketverlustrate (packet loss rate) bis maximal 5 % noch als akzeptabel eingestuft.
Alle vorgenannten Probleme werden, wenn sie verstärkt auftreten, als störend empfunden und können zur Unbrauchbarkeit der Sprachverbindung führen. Mögliche Ursachen dieser Probleme sind die anderen gleichzeitig über das Computernetzwerk übertragenen Datenpakete.
[Bearbeiten] Ausfallsicherheit
Die Ausfallsicherheit der IP-Telefonie ist derzeit wesentlich geringer als die herkömmlicher Telefonnetze. Eine amerikanische Studie vom Juni 2005 untersuchte die Verfügbarkeit von IP-Telefonie in den USA. Im Durchschnitt wurden knapp 97 % erreicht. Das entspricht einem Ausfall an insgesamt 11 kompletten Tagen im Jahr [1]. Zu bedenken ist außerdem, dass eine externe Spannungsversorgung für den Endkunden notwendig ist, und bei deren Ausfall auch kein Telefonieren mehr möglich ist, was bei einigen Kunden, speziell im ländlichen Raum, die Ausfallsicherheit stark reduziert. Zudem gibt es bei vielen DSL-Providern eine so genannte 24h Zwangstrennung, die dazu führt, dass bei ständig benutzter Leitung eine Trennung stattfindet. Die daraufhin nötige Neueinwahl kann unter Umständen mehrere Minuten dauern.
[Bearbeiten] Architektur
Die Architektur einer VoIP Umgebung besteht im wesentlichen aus den folgenden Komponenten:
- Terminal (Endgerät)
- Gateway
- Gatekeeper
- Multipoint Control Unit (MCU)
Abhängig vom Anwendungsbereich sind außer den Terminals die Komponenten optional einzusetzen.
[Bearbeiten] Terminal
Ein Terminal ist der „multimediale Endpunkt“ zur Kommunikation, im engeren Sinne also das Endgerät zur Ein- und Ausgabe der Sprachinformationen.
[Bearbeiten] Endgerätetypen
Es gibt drei grundsätzliche Arten von Endgeräten, mit denen man die IP-Telefonie nutzen kann.
- Mit einer auf dem PC laufenden Software, einem so genannten Softphone (siehe auch Kategorie:VoIP (Software)).
- Mit einem direkt an das LAN anschließbaren IP-Telefon bzw. einem WLAN-Telefon für Funknetzwerke. In diesem Fall wird kein PC zum Telefonieren benötigt (außer evtl. für Konfigurationsarbeiten oder zur Erleichterung bestimmter Vorgänge wie dem Erfassen von Kurzwahlen, der Eingabe von alphanumerischen Daten o. ä.).
- Mit einem herkömmlichen Telefon, das über einen analog- bzw. ISDN-Telefon-Adapter für VoIP (ATA bzw. ITA) an das LAN angeschlossen wird. ATA und ITA werden heute auch direkt als Anschlussmöglichkeit für Telefone in DSL-Routern integriert angeboten. Auch in diesem Fall wird zum Telefoniebetrieb kein PC benötigt, zum einmaligen Einrichten der Benutzerdaten hingegen schon.
[Bearbeiten] Fax over IP, FoIP
Zur Übertragung von Bildern (Fax) innerhalb des Internet werden diese in einem Container bzw. einer Datei abgespeichert. Übliche Formate sind z. B. GIF, JPG, TIFF oder PNG. Diese Dateien können mit Protokollen wie FTP, SMTP (E-Mail) oder Hypertext Transfer Protokoll (HTTP) zum Empfänger transportiert werden. Zum Transport von oder zu herkömmlichen Fax-Geräten mit Analog-Technik können Gateways benutzt werden. Der Transport des analogen Signals eines Fax-Gerätes über ein digitales Netz mit Hilfe eines für die menschliche Sprache optimierten Codec kann zu Informationsverlusten führen!
[Bearbeiten] Gateway
Damit Verbindungen zu herkömmlichen Telefonnetzen hergestellt werden können, werden Vermittlungsrechner, die so genannten Gateways, benötigt. Diese sind sowohl mit dem Kommunikationsnetzwerk des IP-Telefons als auch mit dem herkömmlichen Telefonnetz verbunden. Empfangen sie eine Anfrage von einem IP-Telefon, leiten sie diese ins Telefonnetz weiter, indem sie die gewünschte Nummer anrufen. Erhalten sie einen Anruf aus dem Telefonnetz, leiten sie eine Anfrage an das entsprechende IP-Telefon weiter.
Die Integration unterschiedlicher Netze durch Gateways wird auch als Konvergenz der Netze bezeichnet. Beschränkt man die Integration nicht alleine auf VoIP und herkömmliches Telefonnetz, sondern bezieht alle Netztypen mit ein, ergeben sich völlig neue Netzstrukturen auf der Basis von IP. Diese neuen Strukturen werden als Next Generation Networks (NGNs) bezeichnet. Im Kern würden dann so genannte Softswitches statt herkömmlicher Vermittlungssysteme eingesetzt, welche die Gateways steuern. Sollte sich dieser Trend durchsetzen, wäre dies eine Revolution in der Telekommunikation, vergleichbar mit dem Umstieg von analogen auf digitale Netze in den 80er Jahren. Ein Vorteil, den man sich von einem NGN erhofft, ist, dass man alle Dienste und alle Dienstleistungen in jedem Netz anbieten kann, ohne sie für die jeweilige Netztechnologie neu entwickeln zu müssen. VoIP spielt hier eine Vorreiterrolle.
[Bearbeiten] Gatekeeper
Ein Gatekeeper ist eine optionale Komponente in der VoIP Umgebung und erfüllt, wenn vorhanden, zentrale Funktionen, wie Terminal-Registrierung oder Auf- und Abbau von Verbindungen zwischen registrierten Terminals.
[Bearbeiten] Multipoint Control Unit (MCU)
Die optionale MCU kommt dort zum Einsatz, wo Verbindungen zwischen mehr als zwei Terminals gewünscht werden. Hier erfolgt die Aushandlung der Terminal-Eingenschaften und die Steuerung der Konferenz. Ggf. erfolgt eine Umsetzung von unterschiedlichen Codecs und Bitraten und die Verteilung der gemixten Informationen per Multicast.
[Bearbeiten] Hintergrund-Technik der herkömmlichen Telefonie
Heute werden noch meist Zeitmultiplexverfahren wie etwa SDH oder das ältere PDH von Netzbetreibern (in Deutschland also hauptsächlich von der Deutschen Telekom AG) benutzt, um viele Telefongespräche parallel über Fernleitungen zu transportieren. Zunehmend stellen die Netzbetreiber allerdings ihr Backbone-Netz zu zwei neueren Technologien um: Diese sind zum einen ATM und zum anderen MPLS. Beide Techniken können sowohl Sprach-, Video- wie auch IP-Daten problemlos bewältigen. MPLS hat im direkten Vergleich inzwischen den Vorteil, dass die zu verwendende Hardware günstiger geworden und die Konfiguration etwas weniger komplex ist. Ziel der Entwicklung ist es, die heute noch getrennten Netze für Telefonie- und IP-Verkehr zu einem einzigen Backbone auf der Basis von IP zu verschmelzen.
[Bearbeiten] Anwendungsbereiche
Bei der IP-Telefonie unterscheidet man hauptsächlich zwischen der Anwendung innerhalb von Unternehmen und Institutionen (Enterprise-Telefonie) und der stark aufkommenden Nutzung im öffentlichen Internet (Internet-Telefonie im engeren Sinne).
[Bearbeiten] Enterprise-Telefonie
Innerhalb von Unternehmen und Institutionen wird Voice over IP in zunehmendem Maße dazu genutzt, das Telefonnetz und das Computernetzwerk zusammen zu führen. Der Datentransport der Telefongespräche, sowohl für die Signalisierung als auch die Übertragung der digitalisierten Sprache, erfolgt über das EDV-Netzwerk (LAN). Somit lassen sich die Infrastruktur-Kosten durch Einheitlichkeit von Verkabelung und aktiven Systemkomponenten reduzieren. Die IP-Telefone werden in der Regel wie ein Arbeitsplatz-PC am Netzwerkanschluss angeschlossen. Herkömmliche Endgeräte sind zu ersetzen oder zu adaptieren.
Die Telefoniedienste, insbesondere die Teilnehmerverwaltung und Gesprächsvermittlung wird über IP-fähige TK-Anlagen bereitgestellt, die ebenfalls ans Netzwerk angebunden sind. TK-Anlagen verschiedener Standorte können über das Extranet (WAN) und bestehende Datenleitungen mit Kapazitätsreserven gekoppelt werden. Für Verbindungen in das herkömmliche Telefonnetz, z.B. das öffentliche Telefonnetz (PSTN), werden Übergänge, sog. Gateways zwischen dem IP-Netzwerk und dem konventionellen Netz eingesetzt.
Die Struktur des Gesamtsystems wird in so genannten Szenarien beschrieben, die mehrere Übergänge zwischen konventioneller Telefonie und VoIP enthalten können. Die als Migration bezeichnete Umstellung von klassischer Telefonie auf VoIP erfolgt meist schrittweise. Sukzessive werden Teile einer Unternehmung, bevorzugt neue Abteilungen, mit der neuen Technik ausgestattet.
Durch kombinierte TK-Anlagen, die sowohl IP- als auch herkömmliche Ports bereitstellen, ist eine schleichende Migration möglich, wobei herkömmliche Anschlüsse weiterbetrieben werden können und nach und nach durch IP Anschlüsse ersetzt werden.
Sprachqualität und Zuverlässigkeit der Telefontechnik hängen nach einer Umstellung auf VoIP komplett von der Netzwerktechnik ab, was speziell bei der Planung und Administration der Netze zu berücksichtigen ist.
[Bearbeiten] Internet-Telefonie
Die IP-Telefonie kann im Prinzip auch genutzt werden, um weltweit Gespräche über das Internet zu führen, die so genannte Internet-Telefonie. Wenn beide Teilnehmer einen Internetzugang nutzen, werden die Gespräche sehr preiswert bis kostenlos, unabhängig von den Orten, an denen sie sich gerade befinden. Über das Internet kann aber auch Verbindung zu einem Gateway aufgenommen werden, das eine Verbindung in die klassischen Telefonnetze herstellt. Während sich die Übertragungsbandbreiten in begrenzten Netzwerken wie einem Heimnetz, Unternehmensnetz oder ähnlichen noch vorhersagen und beeinflussen lassen, hilft bei der Internet-Telefonie nur die Wahl eines günstigen Codecs.
Bei Endkunden (Privatanwender und Home Office) sind Gründe für den Einsatz insbesondere:
- Gebühren sparen durch IP-Telefonie. Als Endgeräte können sowohl über spezielle Adapter (ATA, ITA) angeschlossene analoge oder ISDN-Endgeräte, sound-fähige Computer (vorzugsweise mit Handset oder Headset) als auch spezielle IP-Telefone verwendet werden. Für Gespräche zwischen zwei IP-Telefonie-Teilnehmern fallen bisher in der Regel keine Gesprächsgebühren an.
- Auch die Verbindung zu und von Teilnehmern am herkömmlichen Telefonnetz ist möglich. Sie wird dabei durch einen vom Anbieter bereitgestellten Übergang, dem Gateway-Dienst, hergestellt. Für über Gateways ausgehende Gespräche fallen jedoch normalerweise besondere Gebühren an.
[Bearbeiten] Verbindungspreise
Falls beide Teilnehmer mit dem Internet verbunden sind, fallen bei der Internet-Telefonie normalerweise, abgesehen von den Kosten für die Internetnutzung, keine weiteren Kosten an. Für Teilnehmer mit einer Flatrate sind so Gespräche z.B. unter Verwendung eines offenen SIP-Servers weltweit kostenlos. Einige VoIP-Anbieter beschränken jedoch den Bereich der kostenlosen Telefonie auf Nutzer, die sich bei ihnen oder einem ihrer Partner registriert haben.
Für Anrufe aus dem Internet zu einem Teilnehmer im klassischen Telefonnetz, wird ein Gateway benötigt, das die Verbindung bewerkstelligt. Für dessen Nutzung entstehen Kosten die sich aus der Bereitstellung der Infrastruktur sowie den Gesprächsgebühren zusammensetzen.
Bei Auslandsgesprächen zu einem Teilnehmer im klassischen Telefonnetz ist der Standort des Gateways entscheidend: Bis zum Gateway wird der günstige Internetzugang benutzt, danach gelten die Telefonpreise des Gatewayanbieters.
Wird für die IP-Telefonie ein vorhandenes Unternehmensnetz benutzt, entstehen keine gesprächsdauerabhängigen Verbindungskosten. Neben den Kosten für VoIP-fähige Netzkomponenten (Router und LAN Switch) sind die anteiligen Kosten für die Netzbandbreite in eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung einzubeziehen. Die erforderliche Bandbreite ergibt sich aus der vom verwendeten Codec abhängigen Bandbreite pro Gespräch, und der zu erwartenden Anzahl gleichzeitiger Gespräche.
[Bearbeiten] Sicherheitsaspekte
Durch die Integration der Sprachdatenübertragung in das IP-Netz ergeben sich neue Herausforderungen an die IT-Sicherheit.
Die VoIP-Pakete werden über ein so genanntes „Shared Medium“ übertragen, also über ein Netz, welches sich mehrere Teilnehmer und unterschiedliche Dienste teilen. Unter gewissen Voraussetzungen kann es Angreifern möglich sein die Daten auf dem Übertragungsweg abzugreifen und das Gespräch aufzuzeichnen. Es existieren beispielsweise Programme, mit deren Hilfe der Datenstrom auch aus geswitchten Umgebungen mittels „ARP-Spoofing“ abgegriffen und daraus wieder eine Audiodatei erzeugt werden kann.
Zwar besteht die Möglichkeit, die Übertragung zu verschlüsseln, jedoch wird dies häufig von den Anwendern nicht genutzt. Einerseits liegt dies sicherlich an der Unkenntnis über diese Möglichkeit, andererseits kann eine Verschlüsselung auch die Sprachqualität beeinträchtigen, weshalb sich häufig Anwender zu Gunsten der Sprachqualität gegen die höhere Sicherheit entscheiden.
Das oftmals eingesetzte SIP-Protokoll kann ebenso nicht in allen in der Praxis anzutreffenden Formen als hinreichend sicher betrachtet werden. Es verfügt zwar über Sicherheitsmechanismen (bspl. Call-IDs auf der Basis von Hashes), bietet jedoch Angriffsmöglichkeiten für DoS-Attacken.
Außerdem könnte das Phreaking mit VoIP sozusagen ein Revival erleben. Das Szenario beruht darauf, dass bei der VoIP-Kommunikation die Signalisierung (bsp. SIP) von den Sprachdaten (Payload, bsp. RTP) entkoppelt ist. Zwei speziell präparierte Clients bauen über den SIP-Proxy ein Gespräch auf und verhalten sich absolut standardkonform. Nach dem Gesprächsaufbau wird dem SIP-Proxy ein Gesprächsabbau signalisiert. Dieser sieht die Sitzung als beendet an und verbucht das Gespräch. Einzig der RTP-Datenstrom wird von den Clients aufrechterhalten. Die Gesprächspartner telefonieren dann kostenlos weiter.
Ein anderer sicherheitsrelevanter Bereich ist zwar nicht ausschließlich auf diese Technik begrenzt, wird jedoch durch die geringen Kosten, die für die Gespräche anfallen, begünstigt.
So besteht die Möglichkeit einer Art von „VoIP-Spam“, auch SPIT („Spam over Internet Telephony“) genannt.
Beim Vishing, dem Pendant zum Phishing, leiten Kriminelle arglose Bankkunden auf gefälschte Hotlines weiter, um sich deren Passwörter zu erschleichen.
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] News
- Wikinews: Internettelefonie – Nutzerzahl in neun Monaten verdoppelt
- Wikinews: Internettelefonie in Deutschland wächst
[Bearbeiten] Literatur
- Andreas Kanbach: SIP – Die Technik., Vieweg 2005, ISBN 3-8348-0052-X
- Thor Alexander: Internet-Telefonie, VoIP für Alle! Hanser 2005, ISBN 3-446-40456-2
- Marc Sielemann: Voice over IP. Wirtschaftlichkeit für Groß- und mittelständische Unternehmen, Shaker 2005, ISBN 3-8322-4591-X
- Jochen Nölle: Voice Over IP. Grundlagen, Protokolle, Migration. VDE 2005, ISBN 3-8007-2850-8
- Anatol Badach: Voice over IP – Die Technik. Hanser 2004, ISBN 3-446-22697-4
- Egmont Foth: IP-Telefonie, Handbuch. FOSSIL 2001, ISBN 3-931959-33-3
- Rolf-Dieter Köhler: Voice over IP. mitp 2001, ISBN 3-8266-4067-5
- Hein /Reisner /Voß: Voice over IP. Sprach-Daten-Konvergenz richtig nutzen., ISBN 3-7723-6686-4
[Bearbeiten] Weblinks
| Wikibooks: IP-Telefonie – Lern- und Lehrmaterialien |
