Voice over IP

1. Voice over IP Vortrag im Fach „Anwendung Rechnernetze“ von Stephan Feyerabend

2. VoIP Gliederung • Einführung • Sprachübermittlung • H.323 Komponenten • H.323 Standard • Quality of Service • SIP • Quellenangabe Quelle: aeinformatik.ch Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

3. VoIP Einführung Voice over IP • integrierte Infrastruktur von Sprach- und Datenkommunikation • Grundlage dieser Zusammenführung ist das Internetprotokoll (IP) • Sprache wird komprimiert, in IP - Datenpakete verpackt und über Netzwerk transportiert Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

4. VoIP Einführung Begriffsklärung • IP-Telefonie: wenn die IP-Technik auch im Endgerät eingesetzt wird. • Internet-Telefonie: wird allgemein als das Telefonieren mittels Voice over IP über das Internet bezeichnet. Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

5. VoIP Einführung • Telefon- und Datennetz in der „Vergangenheit“stetsals getrennte Welten Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

6. VoIP Einführung • Voice over IP ein Telefoniedienstim Datennetz Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

7. Quelle: www.voip.bisnet.pl VoIP Einführung • Vorteile: • nur noch eine Netzwerktechnik erforderlich • Gebühreneinsparungen • höhere Flexibilität • keine Festlegung auf einen bestimmten Hersteller • neue Anwendungen (z.B. „Click-to-Dial“) Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

8. VoIP Einführung • Nachteile (Bedenken): • Beweis der Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit • Sprachqualität • der Mensch • Spam über Internet-Telefonie (SPIT) Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

9. Analoge Sprachübermittlung Wandlung der Schallwellen mittels Mikrofon Übertragung Erzeugung der Schallwellen mittels Lautsprecher Digitale Sprachübermittlung Pulse – Code – Modulation (PCM) Abtastung der analogen Sprachamplitude mit (f= 8 kHz) im Sprachbereich von 300 – 3400 Hz 256 Werte = 8 bit bei Abtastrate 8 kHz  64 kbit/s VoIP Sprachübermittlung Quelle: www.gwdg.de Quelle: www.gwdg.de Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

10. Paketierung IP Jitter Buffer VoIP Sprachübermittlung Grundlegende Übertragung A/D Wandlung Kompression IP – Netz (Intranet, Internet) • Jitter Buffer • notwendig im paketorientierten Netz • sammelt und ordnet die Pakete Dekodierung D/A Wandlung Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

11. VoIP Sprachübermittlung Grundlegende Standards (H. 323) zur Audio Codierung – Codecs (eine Auswahl) Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

12. Voice Activity Detection (VAD) kann mind. 50% der Bandbreite einsparen Messung der Sprachstärke  Entscheidung über Verpackung in IP-Pakete Überhang von 200 ms Problem: starke Hintergrundgeräusche Abschaltung der VAD-Funktion künstliches Rauschen (Comfort Noise) Echo Unterdrückung Echoentferner im digitalen Signalprozessor implementiert bei IP-Softphones mittels Software realisiert VoIP Sprachübermittlung Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

13. VoIP H.323 Komponenten Der Gatekeeper • meist in Gateways oder IP-PBX integriert • eine IP-Netzwerkzone  ein Gatekeeper • ein Gatekeeper unterstützt drei Hauptaufgaben: • Adressumwandlung • Zugriffskontrolle • Bandbreitenkontrolle • zusätzliche Aufgaben • Benutzeridentifizierung und Berechtigungen • Erfassung von Abrechnungsdaten • Zugriff auf X.500 - Verzeichnisdienste Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

14. VoIP H.323 Komponenten Das H.323 Gateway • ist die Hard- und Software, die verschiedene Netzwerke miteinander verbindet • übermittelt Nachrichten zwischen Rechnernetzen (Protokollkonverter) • Verbindung von Sprach- und Datennetzen • Zuständig für: Jitter-Buffer, Laufzeitoptimierung, Echounterdrückung u. a. • Übersetzungsfunktionen werden im H.246 Standard beschrieben • zur IP-Netzwerkseite unterstützt es H.225 (Gesprächsaufbau) und Q.931 (Verbindungstrennung) • kann entfallen, wenn keine Verbindung zum klassischen Telefonnetz erforderlich ist Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

15. VoIP H.323 Komponenten Die Multipoint Control Unit (MCU) • unterstützt IP-Telefonie-Konferenzen • ermittelt die Sprachverarbeitungsfähigkeiten der beteiligten Endgeräte • entscheidet über den zu verwendenden Codec Quelle: http://econf.switch.ch/ Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

16. Audio Codecs Video Codecs RAS H.245 Q.931 T.120 RTP/RTCP UDP TCP IP LINK PHYSIK VoIP H.323 Standard H.323 allgemein: • gehört zur Familie der H.32x ITU-Standards • besitzt starke Ähnlichkeit mit H.320 (ISDN) • Version 3 (1999) regelt die Datenübertragungen in Audio-, Video- und Datenkonferenzen über Netzwerke, die keine bestimmte Dienstqualität (QoS) garantieren können. • herstellerunabhängiger Standard • soll die Kompatibilität zwischen Produkten verschiedener Hersteller gewährleisten H.323 { Schicht 4 Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

17. VoIP H.323 Standard Die Empfehlung H.225 • Übertragung zahlreicher Kontroll- und Steuerinformationen • umfasst die Anrufsignalisierung (Q.931) und RAS • Registration Admission Status (RAS) dient zur Kommunikation mit Gatekeeper: • Registrierung • Erlaubnis • Anrufsignalisierung Q.931: • Durchführung von Verbindungsaufbau und –abbau • ähnlich der ISDN-Signalisierung über D-Kanal Quelle: http://www.webex.com/ Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

18. weiter Spezifikationen Audio Codecs (G.711, G.723, … ) Video Codecs (H.261, H.263) T.120 für Datenkonferenzen (z.B. Filetransfer) Real Time Protocol (RTP), dient dem Ende-zu-Ende-Transport von Echtzeitdaten Pakettypenbezeichnung Reihenfolgennummerierung Zeitstempel Überwachung der Paketablieferung H.235 Sicherheit Authentisierung, Verschlüsselung H.450 Zusatzdienste Beispiel: H.450.6 Anklopfen H.246 Übersetzungsfunktion eines H.323 Gateways vom paketorientierten Netz zum leitungsvermittelten Telefonnetz VoIP H.323 Standard Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

19. Audio Codecs Video Codecs RAS H.245 Q.931 T.120 RTP/RTCP H.323{ UDP TCP IP Schicht 4 LINK Schicht 3 PHYSIK Schicht 2 Schicht 1 VoIP H.323 Standard H.323 über IP basierte Netzwerke • Internet Protokoll (IP): • jedes Datenpaket erhält vollständige Adressinformation • keine Information über die Vollständigkeit und Reihenfolge der Datenpaketeverbindungslose Zustellung Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

20. Audio Codecs Video Codecs RAS H.245 Q.931 T.120 RTP/RTCP H.323{ UDP TCP IP Schicht 4 LINK Schicht 3 PHYSIK Schicht 2 Schicht 1 VoIP H.323 Standard H.323 über IP basierte Netzwerke • Transmission Control Protocol TCP: • Sitzung zwischen Hosts mittels 3-Wege-Handshake wird aufgebaut • Daten werden in Segmenten übertragen und der Empfang durch ACK bestätigt • wenn kein ACK  Segment wird erneut gesendetverbindungsorientierte Zustellung • wird zur zuverlässigen Einrichtung eines Anrufs von VoIP benutzt Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

21. Audio Codecs Video Codecs RAS H.245 Q.931 T.120 RTP/RTCP H.323{ UDP TCP IP Schicht 4 LINK Schicht 3 PHYSIK Schicht 2 Schicht 1 VoIP H.323 Standard H.323 über IP basierte Netzwerke • User Datagram Protocol UDP: • Ankunft der Datagramme und Reihenfolgenicht garantiertverbindungslose Zustellung • wird bei VoIP zur Übertragung des eigentlichen Sprachverkehrs benutzt • niedrige Verzögerungszeit ( unter 150 ms)wichtiger als die zuverlässige Übertragung Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

22. VoIP H.323 Standard Fazit • H.323 setzt TCP und UDP ein • für T.120 und Q.931 wird TCP verwendet • für Audio-, Video- und Echtzeitdatenübertragungsowie RAS wird UDP eingesetzt • für Multipointkonferenzen setzt H.323 UDP,IP-Multicast und RTP ein • bei der verbindungslosen Echtzeitdatenübertragungüber UDP wird das Zusammensetzen der Daten in höhere Protokollebene verlangt RTP mit Sequenznummern, Zeitstempel und einem Jitter Buffer Quelle: magazine.web.de/de/themen/ Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

23. VoIP Quality of Service Motivation • Echtzeitdaten müssen beim Transport durch das Netzwerk Priorität erhalten Prinzip • Best Effort • Sprachdaten erhalten im LAN/WAN durch Switches/Router eine Priorität vor anderen Daten Quelle: http://www.lightspeed.ca Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

24. VoIP Quality of Service Realisierung • Class of Service (CoS) • bezeichnet die Etikettierungder Datenpakete in verschiedene Prioritätsklassen • Quality of Service (QoS) • Dienstqualität • etikettierte Pakete werden in unterschiedlich priorisierten Warteschlangen durch aktive Netzwerkelemente (Switches, Router)geleitet Quelle: http://http://www.cisco.com/ Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

25. VoIP Quality of Service Möglichkeiten zur Qualitätssicherung (eine Auswahl) Prioritätsentscheidung kann auf Grundlage der Headerinformationen aus den Schichten 2 bis 4 des OSI Referenzmodels erfolgen. • Schicht 2: VLAN Tag im Layer-Two-Header, Feld „User Priority“ mit 3 bit (8 Stufen) • Schicht 3: • IP-Precedence, Nutzung des Type-of-Service-Bytes (ToS) im IP-Header • Divserv, Erweiterung des ToS-Feld mit einem DS-Feld  64 Möglichkeiten • Schicht 4: • Layer 4 Switching, Weiterleitungsentscheidung zusätzlich auf der Basis von TCP-/UDP-Anwendungsportnummern • UDP Medienströme in VoIP-Netzwerken benutzen einen dynamischen Portbereich von 16384 bis 32767 Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

26. VoIP SIP SIP (Session Initiation Protocol) oder H.323 • alternativer Signalisierungsansatz gegenüber dem H.323 Standard • im H.323 wurden traditionelle Ansätze der leitungsvermittelten Netzwerke übernommen • SIP soll die Möglichkeiten des Internets nutzen, anstatt „Altlasten“ aus der herkömmlichen Telefonie zu verwenden • Gemeinsamkeit ist die Verwendung von RTP zur Echtzeitdatenübertragung H.323 SIP Audio Video Audio Video RTP UDP TCP IP ATM Ethernt V.34 Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

27. VoIP SIP • Adressierung • URL, in Form von: sip:user@host, bietet die Möglichkeit des Abblockens nicht autorisierter Verbindungsversuche • SIP ist stark an HTTP angelehnt (Requests, Client, Server, Respons), aber ein eigenständige Protokoll • Funktion • SIP ist ein Anfrage-Antwort-Protokoll, das mit Anfragen von Clients und Antworten von Servern arbeitet • Anfragen können auf jedem Transportprotokoll wie UDP, SCTP oder TCP verschickt werden Quelle: www.isoc.org/seinit/ Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

28. „VoIP Basics, Die Grundkonzepte des Voice over Internet Protocol“ J. Schlembach Fachverlag (ISBN 3-935340-28-1) c‘t 2/2006 www.isoc.org/seinit www.voip-info.de/wissen www.elektronik-kompendium.de www.cisco.com econf.switch.ch www.gwdg.de magazine.web.de/de/themen www.fh-merseburg.de www.voip.bisnet.pl VoIP Quellenangabe Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

29. VoIP Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Quelle: magazine.web.de/de/themen Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2