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Einführung in VoIP

Das Akronym VoIP steht für "Voice over IP". Die meisten von uns sind mit dem öffentlichen Fernsprechnetz vertraut, über das wir durch die Eingabe einer Abfolge von Zahlen in die ganze Welt telefonieren können. VoIP bietet hierzu eine Alternative, bei der digitalisierte Sprachsignale über IP-Netzwerke geroutet werden, etwa Firmen-Intranets oder auch das Internet.

Das öffentliche Fernsprechnetz hat sich in den letzten 100 Jahren nach außen hin nur unwesentlich verändert. Während viele technologische Neuerungen und Verbesserungen eingeführt wurden, hat sich für den Benutzer bei der Bedienung wenig geändert. Er muss immer noch eine Zahlenfolge wählen (seit einiger Zeit meist drücken) und wird dann mit dem Gesprächspartner verbunden. Was jedoch hinter den Kulissen passiert, hat sich in den letzten Jahren sehr wohl stark verändert.

VoIP ist keine wirklich neue Technologie; es gibt Unterlagen und Patente zu diesem Thema, die mehrere Jahrzehnte zurückdatieren. So gab es schon im Jahr 1991 eine frühe Form von VoIP-Software. Das Grundprinzip ist denkbar einfach; man verwendet dabei im Wesentlichen dieselbe Technologie, mit der auch Musik über das Internet übertragen wird. Sprache wird über ein Mikrofon erfasst und von der Soundkarte digitalisiert. Daraufhin erfolgt die Komprimierung der digitalisierten Audiosignale nach einem Audio-Codec. Dabei werden redundante und nicht benötigte Daten entfernt, um den Stream soweit zu komprimieren, dass eine Echtzeitübertragung über das Netzwerk möglich ist; die Verständlichkeit der Audiodaten bleibt dabei erhalten. Der Ausdruck Codec steht für „EnCODer/DeCODer“. Die Audiodaten werden beim Sender codiert, über das Netzwerk versendet und dann beim Empfänger wieder decodiert und über Lautsprecher oder Kopfhörer abgespielt.

Voraussetzung ist lediglich eine angemessen schnelle Netzwerkverbindung zwischen zwei Computern und die Verwendung übereinstimmender Codecs auf beiden Seiten.

Herkömmliche Standard-PCs mit Mikrofon, Soundkarte, Headset und einer Breitbandverbindung sind vollkommen ausreichend.

Die beiden Teilnehmer müssen sich natürlich vor dem Gespräch auf die Verwendung desselben Codes einigen, damit bei der Kompression ein Audiostream erzeugt wird, der von der jeweils anderen Seite ordnungsgemäß decodiert werden kann. Codecs sind ständig im Wandel begriffen, was jeder, der einen digitalen Musik-Player besitzt, zur Genüge kennt. mp3, wma, ogg, mp4 und aa sind Dateiendungen, die Sie sicherlich schon in komprimierten Musikdateien von Online-Musikanbietern gesehen haben – und alle unterscheiden sich voneinander. Einige Musik-Player können sämtliche Formate abspielen, andere nur einige und noch andere sind nur mit einem einzigen Format kompatibel. Glücklicherweise besteht in der Welt der Telefonie eine gewisse Einigkeit.
So können VoIP-Systeme sich in der Regel auf einen Codec einigen, den beide Seiten verstehen. Zu den gängigen Telefonie-Codecs zählen G.711, G.729 und G.726, daneben existieren jedoch auch viele andere, darunter auch herstellerspezifische Systeme. Die Codecs unterscheiden sich in zwei wesentlichen Punkten; erstens hinsichtlich der Menge der für die Komprimierung und Dekomprimierung benötigten CPU-Leistung, was für die Art der vom System benötigten Hardware von Bedeutung ist, und zweitens bezüglich der Größe des komprimierten Audiostreams bzw. der Datei, was sich auf die für den Transport der Daten zum jeweils anderen Teilnehmer benötigen Netzwerkbandbreite auswirkt. Dies wiederum ist für die Netzwerk-Infrastruktur wichtig.
Sie haben zwei Möglichkeiten: entweder Sie erzeugen durch mehr CPU-Zyklen ein extrem stark komprimiertes Signal und sparen auf diese Weise bei der Netzwerkbandbreite, oder Sie geben hohe Beträge für die Netzwerkbandbreite aus und arbeiten mit einem langsamen, billigen Endgerät.

Ein sinnvolles VoIP-System erfordert ein Verfahren für Aufbau und Verwaltung einer Verbindung, das u. a. folgende Aufgaben übernimmt: Anrufen des anderen Computers, Feststellen, ob der andere Teilnehmer den Anruf annimmt, und Abbau der Verbindung, wenn der Benutzer auflegt. Da bei VoIP eine Zweiwege-Kommunikation stattfindet und sogar Konferenzgespräche möglich sind, gestaltet sich dieser Teil wesentlich komplexer als beim einfachen Streamen von Audiodaten. In puncto Anrufverwaltung (Sitzungsaufbau, Anruf-Setup und Verbindungsabbau) unterscheiden sich VoIP-Systeme grundlegend voneinander. Daher müssen VoIP-Benutzer dasselbe oder miteinander kompatible Systeme verwenden, um einander anrufen zu können.

Da kaum ein privater Internet-Nutzer über eine feste Internetadresse verfügt, wird bei VoIP-Systemen für den Hausgebrauch der andere Computer in der Regel nicht direkt angerufen – man könnte auch sagen, die Rufnummer ändert sich von Zeit zu Zeit. Daher registriert sich jeder Benutzer des Dienstes bei einem Vermittlungsserver, der die IP-Adressen während der Verbindungszeit verwaltet. Auf dem PC eines jeden Benutzers kann eine kleine Anwendung installiert werden, die diese Daten in Verbindung mit dem Server speichert.

Ein weiterer Grund für die Verwendung eines Vermittlungsservers sind Firewalls. Diese können die ordnungsgemäße Funktion von VoIP erschweren.
So blockieren viele Firewalls alle Daten aus dem Internet, die nicht in Reaktion auf eine ausdrückliche Anforderungen gesendet werden. Ist dies der Fall, dann ist das direkte Anrufen eines anderen Computers unmöglich, denn der angerufene Computer hat keine Daten vom Anrufer angefordert und die Anrufanfrage wird blockiert. Durch den Aufbau einer Verbindung zu einem Server öffnet die VoIP-Software einen Kommunikationskanal, über den andere Computer den eigenen anrufen können. Die Kommunikation kann über den Server fortgesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit ist es, Informationen über den Server weiterzuleiten, so dass die beiden Computer eine direkte Verbindung zueinander aufbauen und im weiteren Verlauf über diesen Kanal kommunizieren.

Standards

Es gibt verschiedene „Standards“ für die Kommunikation per Voice over IP. Diese lassen sich in für jedermann freistehende „offene Standards“ einerseits und herstellerspezifische Standards andererseits einteilen. H.323 und SIP fallen unter die erste Kategorie, während Skype ein eigenes System verwendet.

H.323 ist ein Standard für Telefonkonferenzen, der durch die ITU (International Telecommunications Union) entwickelt wurde. Er unterstützt die volle Multimedia-Übertragung von Audio, Video und Daten zwischen Gruppen von zwei oder mehr Teilnehmern und ist für die Nutzung in großen Netzwerken ausgelegt. H.323 arbeitet netzwerkunabhängig, kann also netzwerkübergreifend unter Verwendung anderer Übertragungsprotokolle als TCP/IP eingesetzt werden. Zwar ist H.323 immer noch ein sehr wichtiges Protokoll, aber für nichtprofessionelle VoIP-Produkte verliert es seine Bedeutung, da es schwierig ist, diesen Standard in Verbindung mit Firewalls zu verwenden, die dem Schutz von Computern mit mehreren gleichzeitig ausgeführten Anwendungen dienen. Es ist ein System, dass sich am besten für große Unternehmen mit dem technischen Know-how zur Lösung dieser Probleme eignet.

SIP (Session Initiation Protocol) ist ein Standard-Netzprotokoll der Internet Engineering Task Force (IETF), das für Telefonkonferenzen, Telefonie, Anwesenheitsanzeige und Ereignisbenachrichtigung sowie Instant Messaging verwendet wird. Es bietet Mechanismen für die Einrichtung, Verwaltung und Beendigung von Verbindungen, dient jedoch nicht der Übertragung der Audio- oder Videodaten selbst. Mittlerweile ist es wohl das am meisten verwendete Protokoll für die Abwicklung von Internettelefonie. Wie alle IETF-Protokolle wird das SIP in einer Reihe von RFCs (Request For Comments) spezifiziert,
in der Regel im RFC 3261.

Eine SIP-basierte VoIP-Anwendung kann die codierten Sprachdaten auf verschiedene Art und Weise über das Netzwerk versenden. Die meisten Anwendungen nutzen das im RFC 3550 spezifizierte RTP (Real-time Transport Protocol). Sowohl SIP als auch RTP werden über UDP implementiert, das als verbindungsloses Protokoll Probleme mit verschiedenen Typen von Routern und Firewalls verursachen kann. Die genutzten SIP-Telefone müssen daher auch STUN (Simple Traversal of UDP over NAT) nutzen, ein im RFC 3489 spezifiziertes Protokoll, mit dessen Hilfe ein hinter einen NAT-Router geschalteter Client seine externe IP-Adresse und den Typ des NAT-Gerätes ermitteln kann. Dank STUN sollte die Einrichtung SIP-basierter VoIP-Hardware oder -Software hinter einer hausgebräuchlichen oder kleinen Büro-Firewall eigentlich ganz einfach sein, in der Praxis jedoch kann sich diese Aufgabe als schwierig erweisen.

 
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