Einführung von IP-Telefoniesystemen

Inhaltsverzeichnis

1 Einführung
1.1 Definition
1.2 Entwicklung

2 Technik
2.1 Netzwerke
2.1.1 ISO-OSI-Schichtenmodell
2.1.2 TCP/IP-Protokollfamilie
2.1.3 User Datagram Protocol
2.1.4 Herkömmliches Telefonieren
2.1.5 Telefonieren über IP
2.1.5.1 Paketorientierte Datenübertragung
2.1.5.2 Vorteile der Packet-Switching-Methode
2.1.5.3 Ablauf eines VoIP-Gespräches
2.1.6 Eignung verschiedener Netzwerke für VoIP
2.1.6.1 ISDN
2.1.6.2 DSL
2.1.6.3 LAN
2.1.6.4 Wireless LAN
2.2 Hardware
2.2.1 Endgeräte/Clients
2.2.2 Verkabelung, Router
2.2.3 Gateways
2.3 Software
2.3.1 Protokolle
2.3.1.1 H.323
2.3.1.2 Session Initiation Protocol
2.3.1.3 Vergleich zwischen H.323 und SIP
2.3.2 Codecs
2.3.3 Softphones
2.4 Andere Aspekte
2.4.1 Quality of Service
2.4.1.1 Faktoren für QoS
2.4.1.2 Anforderungen an Netzwerke
2.4.1.3 Lösungsansätze für QoS
2.4.2 Telephone Number Mapping
2.4.3 Interoperabilität
2.4.4 Sicherheit

3 Wirtschaftliche Aspekte
3.1 Kosten für die Anschaffung
3.2 Schulung und Wartung
3.3 Externe Leistungen
3.4 Einsparungseffekte

4 Organisatorisches
4.1 Vorgehensweise bei der Einführung von IP-Telefoniesystemen
4.1.1 Zielsetzung
4.1.2 Aufnahme des Ist-Zustandes
4.1.2.1 Analyse der Anwendungsfälle
4.1.2.2 Mehrwert durch Applikationen
4.1.3 Festlegung des Soll-Zustandes
4.1.3.1 Die neue IT-Struktur
4.1.3.2 Kostenplanung
4.1.3.3 Festlegung der Applikationen
4.1.4 Einführung / Implementation
4.1.5 Kontrolle / Wartung
4.2 Zeitpunkt für den Wechsel
4.3 Akzeptanz

5 Projekt IAP
5.1 Projektbeschreibung und Zielsetzung
5.2 Analyse des Ist-Zustandes
5.3 Planung des Soll-Zustandes
5.3.1 IT- und TK-Struktur
5.3.2 Hard- und Software
5.3.3 Kosten

6 Projekt StarCar
6.1 Projektbeschreibung und Zielsetzung
6.2 Analyse des Ist-Zustandes
6.3 Planung des Soll-Zustandes
6.3.1 Die Filialen
6.3.2 Die Zentrale
6.3.3 Kosten
6.3.3.1 Einmalige Kosten
6.3.3.2 Monatliche Kosten
6.4 Sonstiges

7 Projekt Bauhütte
7.1 Projektbeschreibung und Zielsetzung
7.2 Analyse des Ist-Zustandes
7.3 Planung des Soll-Zustandes
7.3.1 Aufbau des Netzwerkes
7.3.2 Kosten
7.3.2.1 Phase Eins
7.3.2.2 Phase Zwei
7.3.3 Vorteile für den Mieter

8 Zusammenhänge und Unterschiede zwischen den Projekten

9 Chancen für Unternehmen in der VoIP-Branche
9.1 Anbieter von Hard- und Software
9.2 Dienstleister
9.2.1 Einrichtung und Wartung
9.2.2 Accounts
9.2.3 Gesprächsgebühren

10 Fazit

11 Anhang
11.1 Stichwortverzeichnis
11.2 Abbildungen und Tabellen
11.3 Literaturverzeichnis

1 Einführung

Wir leben im Informationszeitalter. In dieser schnelllebigen Zeit gehören Firmennetzwerke nicht nur zum guten Ton, sie sind lebensnotwendig. Kein Unternehmen könnte heutzutage ohne Austausch von Daten und E-Mails über das Intra- oder Internet bestehen. In allen Unternehmen befindet sich aber neben dem Computernetzwerk noch ein zweites Netzwerk für die Telefonanlage. Der Grundgedanke von IP¹ -Telefonie und der Voice-over-IP-Technologie (VoIP) ist es nun, bereits bestehende Rechnernetze sowie das entsprechende Protokoll IP auch für die Telekommunikation einzusetzen und damit diverse Vorteile der heutigen Informationstechnologie zu nutzen.

Die Erwartungen an VoIP sind seit Jahren sehr hoch, werden bis heute aber kaum erfüllt. Das liegt zum einen an den Abschreibungsfristen der bisherigen Telefonanlagen, die zum Teil bei zehn Jahren liegen und so einen schnellen Umstieg auf die neue Technik verhindern. Ein zweiter Punkt ist die, im Vergleich zu den TK² -Anlagen, äußerst schnelle Entwicklung der VoIP-Technologie, die die Verantwortlichen für die TK-Struktur innerhalb des Unternehmens verunsichert, weil sie nicht wissen, wann sie umsteigen sollen.

Dazu kommt die Unsicherheit und die Skepsis gegenüber der neuen Technologie. Viele haben zwar schon von VoIP gehört, aber kaum jemand weiß wirklich, um was es bei der IP-Telefonie geht und was für Möglichkeiten sich bei deren Einsatz ergeben. Erst jetzt ist die Marktreife erreicht, so dass der Einführung nichts mehr im Wege steht.

In dieser Arbeit soll nun detailliert auf die Funktionsweise der VoIP-Technologie eingegangen und deren möglichen Nutzen für die Unternehmen aufgezeigt werden. Es werden grundlegende, technische Aspekte wie Netzwerktechnologie und Protokolle sowie Aspekte der notwendigen Hard- und Software erläutert. Sehr wichtig ist auch der wirtschaftliche Gesichtspunkt dieser Arbeit. Es wird herausgearbeitet, welche Kosten bei der Einführung von IP-Telefoniesystemen anfallen und ob sich der Einstieg in VoIP für ein Unternehmen lohnt. Es werden die Vorgehensweisen für die Einführung von VoIP-Systemen detailliert beschrieben und an drei unterschiedlichen Projekten verdeutlicht. Durch diese Projekte sollen die zuvor theoretisch erarbeiteten Grundlagen anhand realer Zahlen in einen praktischen Bezug gebracht und tatsächliche Einsparungspotenziale herausgestellt werden. Berücksichtigt werden auch organisatorische Gesichtspunkte, Zusammenhänge und Unterschiede zwischen den einzelnen Projekten sowie Chancen für Unternehmen, die sich in dem VoIP-Markt etablieren wollen.

1.1 Definition

Unter dem Begriff IP-Telefonie versteht man die Übertragung von Audiodaten, bei Videotelefonie auch Videodaten, über Netzwerke mittels Datenpaketen. Die Begriffe IPTelefonie , Internet Telefonie und Voice over IP werden in dieser Arbeit synonym verwendet und beziehen sich auf die oben genannte Definition.

1.2 Entwicklung

Die ersten Schritte im Bereich der Internet Telefonie unternahm die Firma VocalTec im Jahre 1995³. Damals waren die Systeme noch halbduplexfähig, das heißt es konnte, ähnlich dem CB-Funk, immer nur ein Gesprächsteilnehmer sprechen. Außerdem waren die Internetverbindungen noch zu langsam. Die Übertragungsgeschwindigkeit eines Standardmodems war so gering, dass nur eine sehr schlechte Tonqualität erreicht wurde und es zu Aussetzern und Echos kam. Im Laufe der Zeit wurden dann aber die Rechner schneller, was eine bessere Komprimierung der Audiodaten in Echtzeit ermöglichte. Vollduplexfähige Soundkarten gehören mittlerweile zum Standard und die Internet-verbindungen sind, gerade seit DSL⁴, ausreichend schnell. Auch das Standardisierungs-problem der Anfangszeiten hat man mittlerweile in den Griff bekommen und mit H.323⁵ und SIP⁶ zwei Standards geschaffen, die sich fast überall durchgesetzt haben.

Anfang der neunziger Jahre gab es noch kein großes Datennetz. Sämtliche Kom-munikation wie Telefon und Fax, aber auch Datenübertragung über BTX wurde über die normale Telefonleitung abgewickelt. Mit der Entwicklung des Internets ist ein weltweites Datennetz entstanden, das im Vergleich zu dem Telefonnetz, überproportional wächst. Das führt dazu, das heutzutage daran gearbeitet wird, Telefongespräche über Datennetze zu übertragen, da diese kostengünstiger und leichter zu warten sind. Am besten zu beobachten ist dies in Schwellenländern wie zum Beispiel China oder Malaysia, in denen schon heute die Telefongespräche über das Internet die Gespräche in den klassischen Telefonnetzen verdrängen.⁷

2 Technik

2.1 Netzwerke

In den 60er und 70er Jahren entwickelten das Militär und Universitäten in den USA das ARPANET⁸. Ziel war es ein Netzwerk zu schaffen, das durch seine dezentrale Struktur möglichst ausfallsicher sein würde. In den 80er Jahren wurde das Projekt dann in einen militärischen und einen wissenschaftlichen Bereich aufgeteilt. Aus dem wissenschaftlichen Teil entstand dann das heute bekannte Internet.

2.1.1 ISO-OSI-Schichtenmodell

Die Kommunikation in diesen Netzwerken erfolgt nach dem ISO⁹ -OSI¹⁰ -Schichtenmodell, welches herstellerunabhängig ist und aus sieben Schichten besteht.¹¹

- Schicht 1, Physical Layer: Dies ist die Bitübertragungsschicht, die den physikali- schen Transport der Daten oder Informationen regelt. Die Übertragung kann über elektronische Impulse, Licht oder Radiowellen geschehen. Zur Schicht 1 gehören alle Geräte und Komponenten, die für einen Zugang auf ein Übertragungsmedium notwendig sind, zum Beispiel Netzwerkkarten und Stecker sowie einfache Geräte zur Kopplung von Netzwerken.
- Schicht 2, Datalink Layer: Diese Verbindungsschicht kümmert sich um die Erken- nung und Behebung von Übertragungsfehlern des Physical Layer und regelt die Synchronisation der Übertragung und die Datenflußkontrolle.
- Schicht 3, Network Layer: Diese Vermittlungsschicht regelt die Übertragung der Daten zwischen den verschiedenen Stationen. Sie erlaubt die Verteilung der Daten an unterschiedliche Empfänger (switching) und erstellt logische Wege (paths), um im Netzwerk von Punkt zu Punkt zu gelangen (routing). Die Übertragung von Daten in andere Netzwerke wird über so genannte Router ermöglicht.
- Schicht 4, Transport Layer: Die Transportschicht liefert die End-zu-End-Verbindung zwischen Sende- und Empfangsstation über die von der Vermittlungsschicht zur Verfügung gestellten Route. Sie gewährleistet, dass die Daten in der richtigen Reihenfolge und vollständig gesendet und empfangen werden.
- Schicht 5, Session Layer: Die Kommunikationsschicht kümmert sich um die Verbin-dungen zwischen den Applikationen. Sie baut eine Verbindung auf, verwaltet sie und beendet sie auch wieder.
- Schicht 6, Presentation Layer: Die Darstellungsschicht umfasst Datenformate, Datenstrukturen und Codierungsverfahren. Sie stellt sicher, dass die übertragenen Daten für die Applikationen auch lesbar sind.
- Schicht 7, Application Layer: Dies sind die eigentlichen Programme, die auf das Netzwerk zugreifen. Dazu gehören zum Beispiel Browser, E-Mail-Programme oder Banken-Software.

Die Daten werden über Schnittstellen von Schicht zu Schicht gereicht. Dabei werden sie in der Sendestation in Pakete zerlegt, als Bits übertragen und von der Empfangsstation wieder zusammengesetzt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Daten ü bertragung im OSI-Modell

Besonders wichtig sind für diese Diplomarbeit die Schichten 3 (Network Layer) und 4 (Transport Layer). Hier finden wir das TCP¹² /IP-Protokoll über welches die VoIP-Systeme kommunizieren.

2.1.2 TCP/IP-Protokollfamilie

Die TCP/IP-Protokollfamilie hat einige Vorteile. Sie ist herstellerunabhängig und kann auf jeder Art von Computer implementiert werden. Die Daten werden unabhängig von Standort und Übertragungsmedium durch das IP-Netz vermittelt (routing). Das Protokoll ist sowohl im LAN¹³ als auch im WAN¹⁴ nutzbar und an keine Anwendung gebunden. Das IP befindet sich in der dritten Schicht des ISO-OSI-Schichtenmodells und sorgt dafür, dass die Datenpakete ihr Ziel erreichen. Das TCP ist in der vierten Schicht, überwacht die Datenübertragung und bildet die Schnittstelle zu der Anwendung. Zusammen stellen sie als TCP/IP-Protokollfamilie den weltweiten Netzwerkstandard für LAN und WAN beziehungsweise Internet dar.¹⁵

Der größte Vorteil des IP ist, dass es im höchsten Maße durch die IETF¹⁶ standardisiert ist. Das heißt, dass auf der ganzen Welt, egal ob ein Notebook in Cleveland, ein Hochschulrechner in Flensburg oder ein Großrechner in Japan, alle dasselbe Protokoll nutzen. Und da es ein herstellerneutraler Standard ist, ist er kommerziell unabhängig und in der Verwendung kostenlos.

Das Internet Protocol hat also die Aufgabe Datenpakete mit einer Zieladresse zu versehen und diese dann an ein paketorientiertes, dezentrales Netzwerk zu leiten. Jeder Rechner hat eine eigene Adresse im Netzwerk. Sie dient zur Identifikation von End-geräten und Teilnetzen, in denen sich die Stationen befinden. Solch eine IP-Adresse besteht (nach IP Version 4) aus 4 Byte, die durch einen Punkt getrennt werden. Jedes Byte kann einen Wert zwischen 0 und 255 haben, zum Beispiel 192.168.0.213 .

Wird nun ein Datenpaket an das Netzwerk übergeben, prüft die Empfangsstation, ob das Paket für sie ist. Ist dies nicht der Fall wird geprüft, ob sich der Empfänger im gleichen Teilnetz (Subnet) befindet. Wenn das zutrifft, wird das Paket dementsprechend weitergeleitet. Sollte der Empfänger nicht im Subnet zu finden sein, wird überprüft ob eine Route zum Empfänger bekannt ist und das Paket gegebenenfalls über diese Route gesendet. Sollte auch dies nicht der Fall sein, wird das Paket an das Standardgateway weitergeleitet, das weitere Routen und Router kennt. Wenn alles fehlschlägt, wird das Paket gelöscht. Diesen Vorgang nennt man IP-Routing.

Neben der IP-Adresse kann man einen Computer auch über seinen Namen finden, da sich Wörter für Menschen einfacher merken lassen als lange Zahlenreihen. Diese Namen haben eine bestimmte Struktur, zum Beispiel www.fh-flensburg.de . Um sie der passende IP-Adressen zuordnen zu können gibt es das DNS¹⁷, dass die entsprechend aufgelöste Adresse zurückliefert.

In VoIP-Systemen ist das TCP für den Aufbau der Verbindung zwischen den beiden Gesprächsteilnehmern zuständig. Es handelt sich dabei um ein zuverlässiges Protokoll, welches die Daten fehlerfrei übertragen kann, da es Fehlererkennungs- und Korrektur-mechanismen verwendet. Für die Übertragung der Sprachdaten ist es nicht geeignet. Bei einem fehlerhaften Transport eines Paketes wird eine entsprechende Rückmeldung an den Sender geschickt und dieser sendet das Paket erneut. Die dabei entstehende Verzögerung führt zu Knacken in der Leitung oder zu unverständlichen Worten.¹⁸

2.1.3 User Datagram Protocol

Um Sprachdaten in der IP-Telefonie möglichst schnell zu übertragen verwendet man das User Datagram Protocol (UDP). Es ist ein unzuverlässiges Protokoll, das heißt der Empfänger sendet keine Empfangsbestätigung. Doch durch den geringeren Verwaltungsaufwand ist eine deutlich schnellere Datenübertragung möglich, was bei VoIP wichtiger ist als eine komplett fehlerfreie Übertragung.¹⁹ Die Fehlerkorrektur wird von den verwendeten Audio-Codecs übernommen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Architektur der Protokolle

Quelle: http://www.breitband-isdn.ch/technic/ip/

2.1.4 Herkömmliches Telefonieren

Die heutigen klassischen Telefonsysteme funktionieren nach einem so genannten CircuitSwitching-System. Das heißt, dass bei einem Gespräch zwischen zwei Teilnehmern eine Verbindung zwischen beiden Endpunkten in beide Richtungen (circuit) gehalten wird. Dies wird auch Public Switched Telephone Network (PSTN) genannt.

Ein typischer Telefonanruf läuft nach folgendem Schema ab:²⁰

1. Man hebt den Telefonhörer ab und wartet auf das Freizeichen. Damit weiß man, dass man mit der Telefonverbindungszentrale der Telefongesellschaft verbunden ist.
2. Man wählt die Nummer des Gesprächspartners mit dem man telefonieren möchte.
3. Der Anruf wird über verschiedene Vermittlungsstellen (switches) mit dem Anschluss des Gesprächspartners verbunden.
4. Der Empfänger hebt ab und es wird eine zweite Verbindung über die Vermittlungs- stellen zu dem Anrufer aufgebaut. Damit ist der Kreislauf (circuit) geschlossen.
5. Nach dem Gespräch legt man die Hörer wieder auf. Dabei wird die Verbindung unterbrochen und die Leitung wieder freigegeben.

Während des gesamten Gesprächs wird die Verbindung zwischen beiden Gesprächs- partnern gehalten. Die Verbindungsgeschwindigkeit einer ISDN²¹ -Leitung beträgt 64 KBit/s. Das entspricht 8 KByte/s²². Pro Minute wird also eine Datenmenge von 460 KByte übertragen.

Wenn man sich aber nun ein typisches Telefongespräch anschaut, so stellt man fest, dass viel Bandbreite verschwendet wird. Während ein Gesprächspartner redet, hört der andere meist nur zu. Davon ausgehend kann die benötigte Datenmenge für das Telefon-gespräch halbiert werden. Nicht zu vernachlässigen ist auch die Zeit, in denen keiner der Gesprächspartner etwas sagt. Wenn man diese Passagen ebenfalls noch herausfiltert, kommt man auf eine noch geringere benötigte Bandbreite für das Gespräch.²³

2.1.5 Telefonieren über IP

Computernetzwerke funktionieren nicht nach dem Circuit-Switching-System. Netzwerk-verbindungen, wie zum Beispiel Internetverbindungen, wären um einiges langsamer, wenn sie eine feste Verbindung zu der Internetseite aufbauen würden, die man gerade sehen möchte, da sie immer warten müssten, bis eine entsprechende Leitung frei wäre. Diese Verbindung würde dann entweder gehalten werden und die meiste Zeit weder Daten empfangen noch senden, zum Beispiel wenn der Benutzer die Internetseite gerade liest, und damit die Leitung für andere Teilnehmer blockiert, oder sie müsste für jede neue Anfrage neu hergestellt werden, wobei immer auf eine freie Leitung gewartet werden muss. Diese Methode wäre aber für ein Computernetzwerk alles andere als effektiv. Statt dessen wird in modernen Netzwerken eine Methode namens Packet-Switching verwendet.²⁴

2.1.5.1 Paketorientierte Datenübertragung

Anstatt eine dauerhafte Verbindung zu etablieren, wird beim Packet-Switching eine Verbindung nur gerade so lange aufgebaut, um eine kleine Menge an Daten, so genannte Pakete, zu übertragen.

Dies geschieht nach folgendem Prinzip:

1. Der Computer, der die Daten senden möchte, zerlegt diese in kleine Pakete.
2. Jedes Paket wird mit der IP-Adresse des Empfängers (siehe TCP/IP) versehen und an das Netzwerk übermittelt.
3. Die Pakete werden über verschiedene Routen (IP-Routing) dem Empfänger zugestellt.
4. Der Empfänger setzt die erhaltenen Pakete wieder zu den Originaldaten zusammen.

Die Packet-Switching-Methode ist sehr effizient. Sie minimiert die Verbindungsdauer zwischen den einzelnen Systemen und reduziert damit die im Netzwerk benötigte Bandbreite. Gleichzeitig ermöglicht es den beiden Systemen, die miteinander kommunizieren, zur gleichen Zeit weitere Daten mit anderen Systemen auszutauschen.

Bei der IP-Telefonie wird nun diese Packet-Switching-Methode angewandt, da sie gegenüber der klassischen Circuit-Switching-Methode Vorteile besitzt.²⁵

2.1.5.2 Vorteile der Packet-Switching-Methode

Während bei der klassischen Telefonie über PSTN immer eine Leitung mit ihrer gesamten Bandbreite von 64 KBit/s und für die gesamte Gesprächsdauer benötigt wird, reicht bei IP-Telefonie eine Bandbreite von 32 KBit/s für circa 40% der Gesprächsdauer aus, wenn man berücksichtigt, dass immer nur ein Gesprächspartner spricht und man Gesprächs-pausen mit einrechnet. Das heißt, dass über dieselbe Leitung drei bis vier IP-Telefonate geführt werden können. Dies bedeutet natürlich einen wirtschaftlichen Vorteil für ein Unternehmen.²⁶

Ein zweiter wichtiger Vorteil ist die Tatsache, dass die Computernetzwerke die Packet-Switching-Methode bereits implementiert haben. Man muss also an den bestehenden IT-Strukturen kaum Änderungen vornehmen. Die Telefone übernehmen einfach die Kommunikationsmethoden des IP-Netzwerkes und ihrer Protokolle. Und da beide Geräte- gruppen dieselben Protokolle für die Übertragung von Daten verwenden, ist es sogar möglich, dass sie sich untereinander verständigen. Dies bringt besonders beim CRM²⁷ in Call-Centern entscheidene Vorteile mit sich.

2.1.5.3 Ablauf eines VoIP-Gespräches

Ein Telefongespräch über VoIP läuft nach folgendem Schema ab:²⁸

1. Der Anrufer nimmt den Hörer ab. Es wird automatisch ein Signal an das VoIP- Gateway A (die Vermittlungsstelle) gesendet.
2. Sobald das Gateway A das Signal empfängt, sendet es das Freizeichen, um zu signalisieren, dass es bereit ist eine Rufnummer zu empfangen.
3. Der Anrufer gibt die Nummer ein, die temporär in diesem Gateway gespeichert wird.
4. Das Gateway A überprüft, ob die angegebene Telefonnummer ein gültiges Format hat und wem die Nummer gehört (mapping).
5. Die Nummer wird an die IP-Adresse eines anderen Gateways B (auch IP-Host genannt) gesendet, das mit der Empfangsstation verbunden ist. Dies kann sowohl ein anderes IP-Telefon als auch ein Computer sein.
6. Eine Session (vergleichbar des Circuit beim PSTN) wird zwischen den beiden Gateways etabliert. Das heißt, dass beide Systeme Datenpakete vom anderen System erwarten und sich vorher auf ein gemeinsames Protokoll geeinigt haben.
7. Beide Gateways öffnen zwei Kanäle zu den Endstationen (IP-Telefonen), je einen Kanal pro Richtung.
8. Während des Gespräches werden nun Datenpakete zwischen den beiden Gate- ways übertragen, allerdings nur, wenn es nötig ist. Die Verbindungen der Gateways zu den Endstationen bleiben, ähnlich dem klassischen Telefonsystem, die ganze Zeit erhalten.
9. Wird das Gespräch dadurch beendet, dass der Anrufer auflegt, wird die Verbindung zum Gateway A unterbrochen und die Leitung zwischen Gateway und der Endstation freigegeben.
10.Das Gateway A teilt dann dem Gateway B mit, dass die Session beendet werden kann. Beide Gateways schließen die Session.

11.Als letztes entfernt das Gateway A die Verknüpfung von der Nummer zu der IP-

Adresse aus seinem Speicher.

Selbst während der bestehenden Session sind die Gateways in der Lage, weitere Gespräche zu vermitteln oder anzunehmen.

2.1.6 Eignung verschiedener Netzwerke für VoIP

Verschiedene Netzwerke, beziehungsweise Verbindungsarten, sind unterschiedlich gut für IP-Telefoniesysteme geeignet. Dies ist vor allem durch die Bandbreite und die Stabilität der entsprechenden Verbindung zu begründen.

2.1.6.1 ISDN

Eine ISDN-Verbindung gehört heutzutage zu den sichersten Verbindungen, da es so gut wie nie zu Ausfällen kommt. Ein Zusammenbruch des öffentlichen Telefonnetzes kommt im Normalfall nicht vor, weshalb sowohl ISDN- als auch analoge Leitungen die von den Unternehmen am meisten verwendeten Verbindungsarten sind. Verfügbarkeit der Telekommunikation hat in der Geschäftswelt einen sehr hohen Stellenwert. Die zur Verfügung gestellte Bandbreite ist mit 64 KBit/s sehr niedrig. Es ist theoretisch ohne weiteres möglich VoIP über ISDN zu betreiben. Aufgrund der geringeren benötigten Bandbreite für ein VoIP-Gespräch könnte man bis zu acht Telefonate über eine ISDN-Leitung führen. Allerdings kommt es in der Praxis immer wieder zu Aussetzern oder Echos während des Gespräches, da die Übermittlung der zeitkritischen Pakete nicht rechtzeitig erfolgen kann.

2.1.6.2 DSL

Heutzutage sind ADSL²⁹ -Leitungen, sowohl in der Unternehmenswelt als auch im privaten Bereich, weit verbreitet. Die Bandbreite der kleinsten T-DSL-Verbindung liegt zum Beispiel seit dem 1.April 2004 bei 1024 KBit/s downstream und 128 KBit/s upstream. Damit wären bis zu 16 VoIP-Gespräche gleichzeitig möglich (der begrenzende Faktor ist die niedrigere Upload-Geschwindigkeit). Die Verbindungsstabilität ist aber nicht hundertprozentig gewährleistet, so dass es schon mal vorkommen kann, dass die DSL-Leitung für mehrere Minuten ausfällt. Das Gespräch wird dann automatisch abgebrochen, kann aber über eine eventuell vorhandene ISDN-Notfallleitung wieder aufgenommen werden. Diese Technik ist zur Zeit Standard bei den IP-Telefoniesystemen.

2.1.6.3 LAN

Die lokalen Netzwerke (LAN) sind am Besten für die IP-Telefonie geeignet. Das liegt zum einen an der weiten Verbreitung der Technologie, zum anderen an der hohen Übertragungsgeschwindigkeit. Diese variiert von 10 MBit/s bei Ethernet, über 100 MBit/s im FastEthernet bis hin zu 10 GBit/s in Glasfasernetzwerken.

Alle diese Netzwerke entsprechen von ihrer Topologie her einer Bus-Struktur, das heißt, alle Endgeräte sind an eine zentrale Leitung angeschlossen, über die sämtliche Daten übertragen werden. Als Verbindungspunkte dienen so genannte Hubs, Switches und Router. Hubs senden alle Pakete, die sie bekommen, an alle Ausgänge. Empfänger, die Pakete erhalten, die nicht für sie bestimmt sind, löschen diese aus ihrem Speicher. Alle Endgeräte, die über Hubs miteinander verbunden sind, befinden sich innerhalb einer Kollisions-Domäne. Wenn zwei Stationen gleichzeitig Daten senden, kommt es auf dem zentralen Bus zu einer Kollision. Das Netzwerk wird für eine zufällige Zeit blockiert, danach dürfen die Clients wieder versuchen zu senden. Diesen Vorgang nennt man das CSMA/CD³⁰ -Prinzip. In einem Netzwerk mit vielen Clients ist die Gefahr solcher Kollisionen hoch. Da die Übertragung der VoIP-Pakete zeitkritisch ist, ist der Einsatz von Hubs in einem Netzwerk mit IP-Telefonie nicht zu empfehlen.³¹

Entgegenwirken kann man diesem Effekt mit dem Einsatz von Switches. Sie verringern die Größe der Kollisions-Domänen, da sie empfangene Pakete nur in Richtung des Empfängers weiterleiten, sofern dieser bekannt ist. Das Gleiche gilt für Router, die neben dem Switching auch noch das Routing beherrschen. Hierbei entscheidet der Router, welchen Weg ein Paket bis zu seinem Empfänger nehmen soll anhand einer RoutingTabelle in der alle bekannten Empfänger und Wege zu anderen Routern verzeichnet sind. Gleichzeitig bilden Router auch die Schnittstelle zwischen LAN und WAN.

2.1.6.4 Wireless LAN

Als letztes soll hier noch das kabellose Netzwerk, oder auch Wireless LAN (WLAN) erwähnt werden. Hierbei sind die Computer über Funk mit der Verteilerstelle, einem WLAN-Router oder einem Access-Point, verbunden. Die Verbindungsgeschwindigkeit liegt je nach verwendetem WLAN-Standard zwischen 11 und 54 MBit/s. In der Praxis kommt man allerdings selten auf eine Geschwindigkeit von über 20 MBit/s. Ein WLAN ist aufgrund der nicht vorhandenen Kabel leichter zu installieren und zu warten. Allerdings sind drahtlose Netzwerke nicht sehr sicher gegen das Abhören von außen. Dieser Sicherheitsaspekt ist der Kritikpunkt, der viele Unternehmen daran hindert WLAN einzusetzen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten^{32 33 34}

Tabelle 1: Geschwindigkeitsvergleich

Bei den Angaben zu den möglichen VoIP-Gesprächen in einem Netzwerk sollte berücksichtigt werden, dass nicht die komplette Bandbreite zur Verfügung steht, weil auch andere Anwendungen (Mail, Internet, Datenbanken) das IP-Netz nutzen. Zusätzlich nimmt in der Praxis die Übertragungsgeschwindigkeit im WLAN bei zunehmender Entfernung zwischen WLAN-Clients und WLAN-Access-Points auf bis zu ein Drittel ab.

IP-Telefoniesysteme lassen sich ohne Probleme in bestehende Ethernet-Netzwerke oder WLANs integrieren. Die Anschlüsse für die VoIP-Geräte und die Netzwerkkomponenten sowie die verwendeten Protokolle (TCP/IP) sind identisch, so dass in den meisten Fällen nur ein minimaler Aufwand an Installation und Konfiguration notwendig ist. Dies ist einer der enormen Vorteile der VoIP-Systeme.

2.2 Hardware

2.2.1 Endgeräte/Clients

Bei der IP-Telefonie gibt es mehrere Arten von Endgeräten. Zum einen kann man über einen Computer telefonieren. Dieser benötigt dafür eine Soundkarte, an die ein Mikrofon und Lautsprecher oder Kopfhörer angeschlossen werden. Alternativ gibt es auch USB³⁵ -Headsets und USB-Telefone, die den Einsatz einer Soundkarte unnötig machen. Eine Verbindung zum Internet muss vorhanden sein, optimaler Weise ist dies eine DSL- oder eine Standleitung. Zusätzlich muss auf dem Rechner eine Client-Software, wie zum Beispiel X-Lite oder SIPPS, installiert sein.

Zum anderen gibt es spezielle IP-Telefone, die alle Funktionen mitbringen, die für ein VoIP-Gespräch notwendig sind. Das hat den Vorteil, dass kein Rechner in Betrieb sein muss, um zu telefonieren. IP-Telefone gibt es mittlerweile auch in einer schnurlosen Variante über WLAN. Die Geräte stammen von den verschiedensten Herstellern und werden zum Teil mit Gesprächsguthaben für bestimmte VoIP-Anbieter angeboten. Sie werden normalerweise vorkonfiguriert geliefert, so dass sie nur in ein bestehendes Netzwerk integrieren werden müssen. Sollte eine Konfiguration notwendig sein, so kann diese über eine webbasierte Software vorgenommen werden, die durch den Aufruf der IPAdresse des Gerätes in einem Browser gestartet wird.

Noch in der Entwicklung befinden sich die so genannten DualMode-Telefone, die in der Lage sind mehrere Netze wie WLAN, DECT³⁶ (schnurlose Telefone) oder GSM³⁷ (Handys) zu nutzen. Solch ein Gerät könnte zum Beispiel das Handynetz nutzen und, wo verfügbar, sich in ein drahtloses Netzwerk einloggen und das Gespräch über VoIP weiterführen.

Als letztes ist es auch möglich, über spezielle Adapter analoge Telefone (kein ISDN) VoIP-fähig zu machen. Solch ein Adapter hat eine TAE³⁸ -F-Buchse für das Telefon und eine Netzwerkschnittstelle mit der er in das IP-Netz integriert wird. Auch Faxgeräte können so ihre Daten über das Internet senden.

2.2.2 Verkabelung, Router

Die Endgeräte, egal ob Rechner oder IP-Telefone, werden über Netzwerkkabel oder Funk an einen IP-Router angeschlossen. Dieser stellt die Verbindung zum Internet her und ermöglicht es, dass mehrere Gespräche gleichzeitig geführt und neben den Telefonaten noch andere Internetdienste genutzt werden können. Man kann auch direkt mit einem Rechner über ein DSL-Modem, ein analoges Modem oder eine ISDN-Karte ins Internet gelangen. Dann ist allerdings immer nur ein VoIP-Gespräch zur Zeit möglich. Des weiteren sind in aktuelleren Standalone-IP-Telefonen zwei-Port-Switches eingebaut, so dass ein Arbeitsplatz, ohne Erweiterung der Netzwerkarchitektur, mit diesem Telefon ausgerüstet werden kann.

2.2.3 Gateways

Bei Gesprächen zwischen zwei IP-Geräten werden die Daten über Router durch das lokale Netzwerk und das Internet gesendet. Bei einem Telefonat zwischen einem IP-Gerät und einem klassischen Telefon ist ein Übergang zwischen dem IP-Netzwerk und dem PSTN notwendig. Diesen Übergang schafft ein so genanntes VoIP-Gateway.

VoIP-Gateways bilden damit die Schnittstelle zwischen dem normalen Telefonnetz und den Computernetzwerk. Das gilt sowohl für ausgehende wie auch für eingehende Gespräche. Möchte man über ein IP-Gerät ein Festnetz- oder Mobiltelefon anrufen, wird die Verbindung über das IP-Protokoll des Rechnernetzwerkes bis zu demjenigen Gateway weitergeleitet, das dem empfangenen Gesprächsteilnehmer am nächsten ist. Von dort aus läuft die Verbindung über das PSTN. Dadurch werden die Strecken im teuren PSTN minimiert und das kostengünstigere IP-Netzwerk genutzt.

Der Standort eines Gateways liegt im Regelfall bei einem externen Internet- oder VoIPProvider. Dies hat den Vorteil, dass das Unternehmen sich nicht um die Installation, Konfiguration und Wartung kümmern muss. Es gibt auch die Möglichkeit Gateways innerhalb einer Firma zu integrieren. Dies ist aber aufgrund der Kosten und des hohen Arbeitsaufwandes nur in sehr großen Unternehmen zu empfehlen, zum Beispiel wenn Firmen ein Call-Center betreiben.

Die Gateways verwenden verschiedene Protokolle, um die Kodierung und Decodierung zwischen IP-Datenpaketen und analogen Sprachdaten zu gewährleisten.

2.3 Software

2.3.1 Protokolle

Um die Gespräche mit VoIP-Systemen übertragen zu können sind verschiedene Protokolle notwendig. Diese sind für die Anrufinitialisierung und -beendung, Standortbestimmung des Teilnehmers, Adressenübersetzung, Management von Anrufteilnehmern, wie zum Beispiel Einladung eines neues Gesprächspartners, sowie für die Sicherheit, Abrechnung und Adressverzeichnisse zuständig.³⁹

In der IP-Telefonie gibt es zwei große Protokollfamilien, die sich im Laufe der Zeit etabliert haben und heute zum Einsatz kommen. Beide entstammen einem jeweils anderen Ansatz und haben dementsprechend ihre Vor- und Nachteile.

2.3.1.1 H.323

Die H.323-Protokollfamilie wurde von der ITU⁴⁰ entwickelt und setzt an der klassischen Telekommunikation an. Sie wurde geschaffen um die Übertragung von Audio- und Videodaten über IP-basierende Netzwerke zu ermöglichen. Zu dieser Protokollfamilie gehört eine Reihe von einzelnen Protokollen, die für verschiedene Teilbereiche wie Audio, Video, Datenübertragung oder den Transport der Daten zuständig sind. Die Daten werden in Binärcode übersetzt und dann gesendet, um eine möglichst bandbreitensparende Kommunikation und beste Interoperabilität (Zusammenspiel einzelner Komponenten) zu gewährleisten. H.323 ist aufgrund der vielen enthaltenen Standards und der binären Kodierung sehr komplex.⁴¹

[...]

---

¹ IP: Internet Protocol

² TK: Telekommunikation

³ Quelle:VocalTec, 2003: Press Releases, http://www.vocaltec.com/html/news2003/press_1_2.shtml

⁴ DSL: Digital Subscriber Line

⁵ H.323: Protokoll-Familie für die Übertragung von Audio, Video und anderen Daten über ein IP-Netzwerk

⁶ SIP: Session Initiation Protocol

⁷ Quelle:Martin Fiutak, 2004: China: VoIP überholt klassisches Festnetz, http://www.zdnet.de/news/business/0,39023142,39121826,00.htm

⁸ ARPA: Advanced Research Projects Agency des Verteidigungsministeriums der USA

⁹ ISO: International Standard Organisation

¹⁰ OSI: Open System Interconnection

¹¹ Vgl. Wikipedia, 2004: OSI-Modell, http://de.wikipedia.org/wiki/OSI-Modell

¹² TCP: Transmission Control Protocol

¹³ LAN: Local Area Network

¹⁴ WAN: Wide Area Network

¹⁵ Vgl. Wikipedia, 2004: TCP/IP-Referenzmodell, http://de.wikipedia.org/wiki/TCP/IP-Referenzmodell

¹⁶ IETF: Internet Engineering Task Force

¹⁷ DNS: Domain Name System

¹⁸ Vgl. Robert Hoehndorf, 2002: Vergleich von TCP und UDP, http://leechuck.de/voip/node12.html

¹⁹ Ebenda

²⁰ Vgl. HowStuffWorks, 2004: How IP Telephony Works, http://computer.howstuffworks.com/ip- telephony1.htm

²¹ ISDN: Integrated Services Digital Network

²² 8 Bit = 1 Byte

²³ Siehe HowStuffWorks, 2004: How IP Telephony Works, http://computer.howstuffworks.com/ip- telephony1.htm

²⁴ Ebenda

²⁵ Siehe HowStuffWorks, 2004: How IP Telephony Works, http://computer.howstuffworks.com/ip- telephony2.htm

²⁶ Ebenda

²⁷ CRM: Customer Relationship Management

²⁸ Siehe HowStuffWorks, 2004: How IP Telephony Works, http://computer.howstuffworks.com/ip- telephony2.htm

²⁹ ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line

³⁰ CSMA/CD: Carrier Sense, Multiple Access / Collision Domain

³¹ Vgl. xpirience.de, 2004: Ist-Aufnahme LAN - Green-Field oder Update http://www.xpirience.de/Engineering/IstIntranet.html

³² Bei A-DSL ist die langsamere Upstreamgeschwindigkeit der begrenzende Faktor.

³³ Anzahl der gleichzeitig möglichen VoIP-Gespräche unter Verwendung des Codecs G.711 (ISDN- Sprachqualität, keine Komprimierung).

³⁴ Anzahl der gleichzeitig möglichen VoIP-Gespräche unter Verwendung des Codecs G.729 (komprimiert).

³⁵ USB: Universal Serial Bus

³⁶ DECT: Digital Enhanced Cordless Telecommunications

³⁷ GSM: Global System for Mobile Communication

³⁸ TAE: Telekommunikations-Anschluss-Einheit

³⁹ Siehe Edith Dusch, 2002: Internet Telephonie - VoIP, Kapitel 3.3, http://www.it- academy.cc/content/article_browse.php?ID=520

⁴⁰ ITU: International Telecommunications Union

⁴¹ Vgl. HowStuffWorks, 2004: How IP Telephony Works, http://computer.howstuffworks.com/ip- telephony2.htm und Microtronix Systems, 2003: SIP Vs. H.323 - A Comparison, http://microtronix.ca/sip_vs_h323.htm