Die unterschiedlichen Verbindungstechniken
beim Einsatz von Voice over IP

von: Jürgen Krauß

Wintersemester 05/06

1 EINLEITUNG 3

2 WAS IST „VOICE OVER IP” UND WAS BRAUCHE ICH DAFÜR?  3

3 GRUNDLEGEN 3

3.1 Aufbau und Funktionsweise  3
3.2 Quality of Service (QoS)  4
3.3 Rufnummernsysteme  5

4 VERBINDUNGSTECHNIKEN  6

4.1 H.323 6

4.1.1 Grundlegendes 6
4.1.2 Aufbau 6
4.1.3 Vor- und Nachteile 7

4.2 Session Initiation Protokoll (SIP)  7

4.2.1 Grundlegendes 7
4.2.2 SIP-Adressen 8
4.2.3 Vor- und Nachteile 8

4.3 Skype 8

4.3.1 Umfang und Verbreitung  8
4.3.2 Funktionsweise 9
4.3.3 Vor- und Nachteile 9

4.4 InterAsterisk eXchange (IAX)  9

4.4.1 Mehr als ein Verbindungsprotokoll  9
4.4.2 Funktionsweise 9
4.4.3 Vor- und Nachteile 10

4.5 Vergleich 10

5 FAZIT UND AUSBLICK 10

6 ANHANG 11

6.1 Glossar und Abkürzungsverzeichnis  11
6.2 Quellen 13

1 Einleitung

Seit Alexander Graham Bell die erste PSTN-Verbindung herstellte, hat sich im Bereich Telefonie einiges getan: Die automatische Vermittlung, der Einsatz von Kompressionsverfahren, die Digitalisierung der Netze, usw. Doch auch heute noch ist die Entwicklung “Telefon“ keinesfalls abgeschlossen. Gerade in den letzten Jahren wurden die Weichen für die vielleicht größte Umstellung des Telefonnetzes überhaupt gestellt: Der Schritt zu “Voice over IP“. Für diese Arbeit wurden vier verbreitete VoIP-Verbindungstechniken ausgewählt, wobei es sich bei dieser Auswahl in erster Linie um die, nach meinem Ermessen, vier wichtigsten und gebräuchlichsten Verbindungstypen handelt. Der gewählte Aufbau wird dadurch bekräftigt, dass er auch in verschiedenen Artikeln im Internet so oder ähnlich zu finden ist, zum Beispiel in einem Artikel auf dem Portal www.onlinekosten.de¹.

2 Was ist „Voice Over IP” und was brauche ich dafür?

Der Begriff “Voice over IP” lässt sich relativ einfach mit “Sprache über das Internetprotokoll” übersetzen, und genau das ist auch die treffendste Definition. “Voice over IP“, kurz “VoIP“, ist die Umschreibung für bislang nicht einheitlich genormte Protokolle zur Telekommunikation über das IP-Protokoll. Umgangssprachlich nennt man es häufig “Telefonieren über das Internet“². Um ein VoIP-Telefonat führen zu können sind diverse Voraussetzungen zu erfüllen:

o Internetverbindung (idealerweise Breitbandverbindung)
o VoIP-Provider
o VoIP-Endgerät, z.B.:
- Multimediafähiger PC (Headset, Mikrofon, Lautsprecher, etc.) mit entsprechender Software (Softphone)
- VoIP-Telefon (IP-Phone)
- Analoges Telefon mit einem VoIP-Adapter

3 Grundlegendes

3.1 Aufbau und Funktionsweise

Ein VoIP-Telefonat beginnt, ebenso wie ein herkömmliches Telefonat, mit dem Verbindungsaufbau, nur dass das Telefongespräch nicht über eine dedizierte Telefonleitung (leitungsvermittelt) übertragen wird, sondern sich die Verbindung mit dem übrigen Internetverkehr teilt (paketvermittelt). Als ersten Schritt wählt der Anrufer die gewünschte Ziel-Rufnummer. Da aber ein Großteil der Internetnutzer ständig wechselnde IP-Adressen hat, bzw. sich häufig mehrere Rechner über einen (NAT- )Router eine IP-Adresse teilen, kann eine Verbindung nicht direkt aufgebaut werden. Ein zentraler Server speichert deswegen die jeweils aktuelle IP-Adresse und Ports der Clients und löst auf Anfrage die Zielrufnummern zu IP-Adressen (und Ports) auf. Ist die Adresse erfragt, initiiert das Signalisierungsprotokoll den Anruf und handelt den, für die Sprachübermittlung zu verwendenden, Audio-Codec aus. Werden sich die Endgeräte einig, so kommt eine Verbindung zustande. Für das eigentliche Telefonat werden dann die komprimierten Sprachdaten auf IPEbene versandt. Hierfür wird in der Regel RTP über UDP eingesetzt.

Warum UDP?
UDP versendet Daten über das IP-Protokoll, ohne dabei eine Fehlerkorrektur durchzuführen, das heißt es wartet nicht auf eine Antwort der Gegenseite. Bei einer Sprachverbindung in Echtzeit ist es nicht wichtig zu wissen, ob jedes einzelne Paket sein Ziel erreicht. Durch Warten auf Signal-Antworten, bzw. durch das erneute Senden verlorener Pakete (wie bei TCP der Fall), würde eine Echtzeitverbindung effektiv verhindert.

Warum RTP?
Für die Erklärung was RTP ist und warum RTP sich für die Sprachübermittlung durchgesetzt hat, möchte ich die Umschreibung des RTP von de.wikipedia.org zitieren: “Das Real-time Transport Protocol (RTP) ist ein Protokoll zur kontinuierlichen Übertragung von audiovisuellen Daten (Streams) über IP-basierte Netzwerke. […] Es dient dazu, Multimedia-Datenströme (Audio, Video, Text, etc.) über Netzwerke zu transportieren, d.h. die Daten zu kodieren, zu paketieren und zu versenden. […] die Funktion von RTP [besteht] hauptsächlich in der Übertragung echtzeitsensitiver Daten.“³

3.2 Quality of Service (QoS)

Für eine qualitative Sprachübertragung per Internet gelten bestimmte Anforderungen an Übertragungsdauer, Störempfindlichkeit, etc. Unter dem Schlagwort “Quality of Service“ gibt es verschiedene Ansätze, um möglichen Störungen vorzubeugen, bzw. diese zu minimieren. Das grundlegende Ziel von QoS, bzw. CoS (Class-of-Service) und ToS (Type-of-Service), ist die Erreichung der für eine Anwendung gewünschten Bandbreite und Latenz.⁴

Mögliche Störfaktoren sind dabei:

(1) Latenz (Signalverzögerung):
Latenz ist die Zeit, die vergeht, während die Sprache vom Mund des Sprechers zum Ohr des Empfängers, unterwegs ist. Sie sollte, laut ITU-T-Empfehlung, für VoIP nicht über 300ms liegen.⁵
(2) Jitter (Latenzzeitschwankung): “Einfach ausgedrückt ist Jitter die Zeitschwankung zwischen der Ankunft einzelner Pakete.“⁶
(3) Paketverlust (Fehlen einzelner Sprachpakete): Paketverlust bezeichnet die Erscheinung, dass IP-Pakete während einer Übertragung häufig auf der Strecke bleiben.

[...]

1 Quelle [2]: http://www.onlinekosten.de/news/artikel/19518

2 Quelle [1a]: http://de.wikipedia.org/wiki/Voip

3 Quelle [1k]: http://de.wikipedia.org/wiki/Real-Time_Transport_Protocol

4 Quelle [5]: Davidson, Peters, “Voice Over IP – Grundlagen“, München 2002, S. 233

5 Quelle [6]: Köhler, “Voice over IP“, Bonn 2002, S. 101

6 Quelle [5]: Davidson, Peters, “Voice Over IP – Grundlagen“, München 2002, S. 208