Technik

Bei Voice over IP (VoIP) handelt es sich um eine Technologie zur Übertragung von Sprachdaten über ein Netzwerk, welches das Internet-Protokoll (IP) als Transportprotokoll verwendet. VoIP ermöglicht somit die Integration von zwei einst getrennten Netzen, dem Telefonnetz und dem Datennetz.

Seinen Ursprung hat VoIP im Jahr 1995, als eine Software auf den Markt kam, die es ermöglichte, mit einfachen Mitteln (Mikrofon, Soundkarte und PC) über Computer miteinander zu kommunizieren. Heute gibt es bereits zahlreiche Hardware- sowie Softwareangebote verschiedenster Hersteller, deren Ziel es ist, VoIP nicht nur Unternehmen sondern vor allem Privatleuten schmackhaft zu machen. Obwohl sich VoIP bereits in vielen Unternehmen bewährt, wird sich erst in Zukunft zeigen, inwieweit diese Technologie auch im Privatbereich Fuß fassen kann.

Funktionsweise VoIP

Vor der eigentlichen Übertragung der Sprache wird diese digitalisiert, codiert und in sogenannte "Samples" zerlegt. Anschließend werden die einzelnen Samples übers Netzwerk zum Empfänger geleitet. Dieser setzt die Samples dann wieder zu "Sprache" zusammen.

Protokolle

Hinter dieser vereinfachten Darstellung der Funktionsweise steckt das Zusammenwirken mehrerer, verschiedenartiger Protokolle. Für den Transport ist, wie bereits erwähnt, das Internet-Protokoll, ein so genanntes "verbindungsloses Protokoll" zuständig. Dies bringt den Vorteil, dass keine unnötige Verzögerung bei der Sprachübertragung entsteht. Im Folgenden sollen noch weitere für VoIP relevanten Protokolle kurz erläutert werden:

  • RTP/RTCP

    Das Realtime-Protokoll (RTP) ist im RFC 1889 spezifiziert. Dieser Standard ist zuständig für die Übertragung von Echtzeitdaten. Um diesen Zweck zu erfüllen, setzt RTP auf dem User Datagram Protocol (UDP) auf. Die RTP-Pakete sind außerdem mit einem Zeitstempel sowie einer Sequenznummer versehen, um die richtige Reihenfolge der Pakete beim Empfänger zeitgerecht wiederherzustellen. Das RTP-Protokoll wird vom RTP Control Protocol (RTCP) ergänzt.

Damit nun aber die VoIP-Pakete überhaupt auf die Reise geschickt werden können, muss zuvor ein Anruf signalisert und aufgebaut werden. Dafür sind die sogenannten Signalisierungsprotokolle zuständig. Zu diesen gehören die H.323-Protokollfamilie und SIP.

  • H.323

    H.323 wurde 1995 von der ITU-T entwickelt, um Kompatibilitätsprobleme bei Produkten unterschiedlicher Hersteller in den Griff zu bekommen. H.323 umfasst eine ganze Reihe von Substandards, in denen die einzelnen Teilbereiche, wie z.B. der Verbindungsaufbau spezifiziert sind.
  • H.225

    Dieses Protokoll übernimmt den Verbindungsauf- und -abbau zwischen den Endgeräten.
  • H.450.X

    Dieses Protokoll ist notwendig, um Dienste, wie sie von PSTN bekannt sind (Anrufumleitung, Anklopfen, etc.), zur Verfügung stellen zu können. Jeder Dienst wird dabei in einer eigenen H.450.X-Spezifikation definiert.
  • H.245

    Mittels dieses Protokolls erfolgt der Austausch von Informationen über die Leistungsfähigkeit, sowie der Aufbau der notwendigen logischen Kanäle zwischen den Endgeräten.
  • T.120

    Dieses Protokoll ist für die reine Datenübertragung zuständig. Es unterstützt außerdem Datenkonferenzen zwischen mehreren Teilnehmern.
  • Audiocodecs - G.7XX

    Codecs sind standardisierte Komprimierungsverfahren, um Sprache in einer angemessenen Qualität vom Sender zum Empfänger transportieren zu können. Unterschieden werden die einzelnen Codecstandards anhand der Kriterien: Datenrate, Prozessorbelastung, Sprachqualität und Verzögerung (Delay). Das Delay ist bei der Sprachübertragung besonders wichtig – wird beim sogenannten Einweg-end-to-end-Delay der Schwellenwert von 150 ms überschritten, so wird sich die Sprachqualität verschlechtern.
  • Videocodecs

    Im H.26X-Standard sind die Videocodecs spezifiziert. Zu den beiden gängigsten zählen:

    • H.261 – Dieser Codec eignet sich vor allem für "hohe" Bandbreiten und basiert auf Blockdifferenzkodierung.
    • H.263 – Dieser Codec ist für niedrige Bitraten, d.h. kleiner als 64 kBit/s, gedacht. Mit H.263 ist die gleiche Qualität wie mit dem H.261 Codec bei in etwa der halben Datenrate möglich.

Die Kommunikation in einem H.323-Netzwerk findet zwischen den Systemkomponenten Terminal, Gateway, Gatekeeper und Multipoint Control Unit statt. Bei einem Terminal handelt es sich um das Endgerät im H.323-Netzwerk. Ein Gateway hingegen ist das Verbindungsstück zwischen zwei verschiedenen Netzen. Durch die MCU wird erst die Konferenzschaltung mehrerer Terminals ermöglicht. Der Gatekeeper wiederum ist für die Verwaltung einer H.323-Zone zuständig.
  • SIP - Session Initiation Protocol

    SIP wurde 1999 von der IETF standardisiert und ist funktional vergleichbar mit H.323.

    SIP basiert auf HTTP. RTP/RTCP wird ebenso wie bei H.323 zur Übertragung der VoIP-Pakete herangezogen.
  • SAP/SDP

    Das Session Announcement Protocol (SAP) ist zuständig für die regelmäßige Aussendung von Multicasts mit Beschreibungen der Sessions (SDP - Session Description Protocol).

    Es werden vier logische Einheiten definiert: User Agents, Registrars, Proxy Servers und Redirect Servers.

    Bei den User Agents handelt es sich um Endpunkt-Applikationen, welche SIP-Requests senden und empfangen. Registrars hingegen behalten eine interne Übersicht über die User innerhalb der ihnen zugeordneten Netzwerkdomäne und akzeptieren Registrierungen von diesen. Proxy-Server veranlassen die Weiterleitung der eingetroffenen SIP-Requests, agieren also vom Prinzip her wie ein SIP-Router. Redirect-Server führen die Adressauflösung aus, d.h. sie liefern alle Adressen zurück, an denen sich der gewünschte User "aufhalten" könnte.

Conclusio

Mit etwas Grundwissen kann bereits mit einfachen Mitteln (freie VoIP-Software aus dem Internet) ein funktionsfähiges VoIP-Netzwerk aufgebaut werden. Zu Problemen kann es allerdings bei der Konfiguration kommen, sobald sich ein oder mehrere NAT-Router im Netzwerk befinden. Hier muss zum einen darauf geachtet werden, dass der NAT-Router (im Falle von H.323) H.323-Nating unterstützt, zum anderen müssen alle für H.323 benötigten Ports freigegeben werden. Befinden sich mehrere NAT-Router im Netzwerk so muss besonders darauf geachtet werden, dass die VoIP-Pakete auch wieder zu jenem NAT-Router zurückgeschickt werden, von dem sie gekommen sind.

In größeren Netzwerken kann auch "Quality of Service" eine wesentliche Rolle spielen. QoS-Mechanismen sollten dort zum Einsatz kommen, wo es aufgrund von hohem IP-Traffic zu Problemen bei der Sprachqualität kommen kann.

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