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IP-Telefonie

die Technologie zur Übertragung von Sprache und anderen Daten über IP-Netzwerke.
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Unter IP-Telefonie (Internet Protocol-Telefonie) versteht man das Telefonieren über ein Datennetzwerk (nicht nur das Internet) nach Internet-Standards. Verwandte Begriffe sind: Internet-Telefonie (IP-Telefonie über das Internet) und Voice over IP, kurz: VoIP: Sprachübertragung über das Internet Protocol. VoIP ist eine Komponente der IP-Telefonie, wird aber in anderen Anwendungen eingesetzt (z. B. in online-Spielen).

Beginnend mit der Vernetzung in Unternehmen in den 1980er Jahren und dann insbesondere mit dem Internet-Boom der 1990er Jahre ist neben dem klassischen Telefonnetzwerk eine zweite Kommunikations-Infrastruktur mit sehr hoher Flächendeckung und inzwischen vielfach höherer und weiter stark wachsender Übertragungsleistung entstanden – die IP-basierenden Datennetzwerke (das Internet). IP-Telefonie ist eine Technologie, die langfristig den Telefondienst auf die neue IP-Infrastruktur herüberholen (Migration) und damit die herkömmliche Telefontechnologie samt ISDN, Netz und allen Komponenten überflüssig machen soll. Zielsetzung dabei ist eine Reduzierung der Kosten durch nur noch ein einheitliches, einfacher aufgebautes und zu betreibendes Netz, was im Ergebnis auch Kostenvorteile für die Endbenutzer erwarten lässt. Da ein solcher Prozess aber Investitionen sämtlicher Beteiligten (Netzbetreiber und Anwender) in insgesamt enormem Umfang betrifft, benötigt er einen längeren Zeitraum. Währenddessen existieren beide Technologien parallel, so dass sich im Einzelnen viele Möglichkeiten für Kosten- und Leistungsoptimierung ergeben können, oft allerdings nur vorübergehend.

Abhängig von der Zielgruppe haben verschiedene Anwendungsbereiche heute vorrangige Bedeutung.

Bei Endkunden (Privatanwender und Home Office) sind dies insbesondere:

  • Gebühren sparen durch IP-Telefonie. Als Endgeräte können sowohl über spezielle Adapter (ATA, ITA) angeschlossene klassische oder ISDN-Endgeräte, sound-fähige Computer ( vorzugsweise mit Handset oder Headset) als auch spezielle IP-Telefone verwendet werden. Für Gespräche zwischen zwei IP-Telefonie-Teilnehmern fallen bisher in der Regel keine Gesprächsgebühren an.
  • Auch die Verbindung zu und von Teilnehmern am herkömmlichen Telefonnetz ist möglich. Sie wird dabei durch einen vom Anbieter bereitgestellten Übergang, dem Gateway-Dienst, hergestellt. Für über Gateways ausgehende Gespräche fallen jedoch normalerweise besondere Gebühren an.

Wichtige Gründe für den Einsatz von VoIP in Unternehmensnetzwerken sind:

  • Kopplung von TK-Anlagen verschiedener Standorte über existierende Datenleitungen mit Kapazitätsreserven.
  • Reduzierung der Infrastruktur-Kosten durch Einheitlichkeit von Verkabelung und aktiven Systemkomponenten. Es werden meist spezielle IP-Telefone eingesetzt, die äußerlich nicht von normalen Büro-Telefonen zu unterscheiden sind, aber ans Ethernet statt einer Telefondose angeschlossen werden. Über eine IP-fähige, firmeninterne Telefonanlage ('IP-PBX') werden die internen Gespräche aufgebaut. Die Verbindung zu externen Teilnehmern wird über ein eigenes Gateway mit ISDN-Anschluss an das Telefonnetz (heute noch der Normalfall) oder zunehmend auch über den Internet-Anschluss zu einem IP-Telefonie Service-Provider und dessen Gateway hergestellt.
  • Wesentliche Voraussetzung zum Wechsel zu enem IP-Telefonie Service-Provider ist die Möglichkeit, alle Telefonnummern 1:1 zu übernehmen.

Die Anforderungen an das Netz für Datenübertragung und IP-Telefonie unterscheiden sich erheblich. Neben der erforderlichen Übertragungskapazität, die heute meist kein Problem ist (ca. 90 kbit/s für ein unkomprimiertes Gespräch) haben insbesondere Qualitätsmerkmale wie Latenz, Jitter und Paketverlustrate erheblichen Einfluss auf die erreichbare Sprachqualität. Durch Priorisierung und entsprechende Auslegung der Netze ist es möglich, eine entsprechende Steuerung vorzunehmen, um unabhängig von der sonstigen Netznutzung zuverlässig eine gleichbleibende Sprachqualität zu erreichen (Schlagwort Quality of Service).

Geschichte und Entwicklung

1963 Halbautomatischer Telefondienst zwischen Deutschland und den USA.

1973 Erste Implementierungen des Network Voice Protocol zum Beispiel auf einer PDP-11, Datenrate 3490bps.

1977 Beschreibung des Network Voice Protocol in RFC 741.

1980 Beschreibung des Internet Protocol (IP) in RFC 791.

1989 Einführung des ISDN Integrated Services Digital Network mit einem Codec nach ITU-T-Standard G.711, µ-law/a-law. Die Datenrate ist mit 64 kbit/s etwa 1/20 der bei Audio-CDs üblichen Datenrate. Die digitale Übertragung von Sprache ist für den privaten Anwender möglich. Üblich wird ein Anschluss mit zwei B-Kanälen, mit dem es möglich ist, außer einem Gespräch noch weitere Daten oder ein zweites Gespräch zu übertragen. Kostenpflichtig ist die Benutzung eines B-Kanals.

Ebenfalls 1989 Entwicklung des World Wide Web durch Tim Berners-Lee. Durch das Hypertext Transfer Protocol, die Hypertext Markup Language und Webbrowser wird es für den unkundigen Anwender möglich, Texte, Bilder, Sprache, Musik und auch Filme mit einem Mausklick durch das Internet zu transportieren.

1992 Einführung des GSM Global System for Mobile Communications in Deutschland. Die Datenrate für die Sprache beträgt etwa 13kbit/s, über Funk werden wegen der Redundanz bis zu 22,8kbit/s übertragen. Bedingt durch die Mobilität gibt es grundsätzlich keine festgeschaltete Verbindung mehr. Werden die entsprechenden Codecs im Festnetz (ISDN) eingesetzt, lassen sich mit 1 B-Kanal mehrere Gespräche übertragen. Die Kompressionsverfahren werden im geschäftlichen Umfeld verwendet, um mit entfernten Niederlassungen gleichzeitig Sprache und Daten über einen ISDN-Nutzkanal oder über Virtuelle Private Netze (VPN) auszutauschen.

1995 Ein MS-Windows-Programm von dem israelischen Unternehmen Vocaltec ermöglicht Internettelefonie im Halbduplexbetrieb. Die Gesprächspartner können nur abwechselnd sprechen. Die Sprachqualität ist schlecht. Verbindungen zu Computern, die nicht die gleiche Software haben, sind nicht möglich.

1996 Beschreibung des Real-Time Transport Protocol in RFC 1889.

1998 Erstmalige Verabschiedung des ITU-T-Rahmenstandards H.323.

1999 Beschreibung des Session Initiation Protocol (SIP) in RFC 2543.

2002 SIP-Erweiterung in RFC 3261.

2002 Verabschiedung von ITU Q.1912, Interoperabilität zwischen SIP und ISDN user part.

Mit der Verfügbarkeit von Internet-Anschlüssen hoher Bandbreite bei Endanwendern steigt die Anzahl der Anwender, die diese Anschlüsse für IP-Telefonie nutzen, um über das Internet Ferngespräche ohne zusätzliche Gesprächsgebühren zu führen.

Die Trennung von Internet- und Telefondienst bei den Nachfolgeunternehmen der Deutschen Bundespost wird zurückgenommen.

Siehe auch: Erfindung des Telefons

Funktionsprinzip

Das Telefonieren mit der IP-Telefonie kann sich für den Teilnehmer genauso darstellen wie in der klassischen Telefonie. Wie bei der herkömmlichen Telefonie teilt sich das Telefongespräch hierbei in zwei grundsätzliche Vorgänge auf. Diese Vorgänge sind der Verbindungsaufbau und die Gesprächsübertragung. Im Unterschied zur klassischen Telefonie werden bei VoIP aber keine „Leitungen“ durchgeschaltet, sondern Sprache in kleinen Paketen, eventuell auch über verschiedene Wege, transportiert.

Verbindungsaufbau mit SIP

 
Verbindungsaufbau durch Abfrage der Adresse beim Server

Um in einem IP-basierten Netz eine Verbindung zu einem Gesprächspartner herstellen zu können, muss die aktuelle IP-Adresse des anzurufenden Systems bekannt sein (nicht unbedingt dem Benutzer!). Adressierbare Anschlüsse wie im Telefonnetz gibt es im IP-basierten Netz nicht.

Aufgrund z.B. von Ortswechsel des Teilnehmers (von zu Hause ins Internetcafé etc.), Wechsel des Users am gleichen PC oder die dynamische Adressvergabe beim Aufbau einer Netzwerkverbindung für den gleichen User am gleichen System ist eine feste Zuordnung von Telefonnummern oder SIP-Adressen zu IP-Adressen nicht sehr praktisch. Die fast allgemein angewandte Lösung besteht darin, dass die VoIP-Teilnehmer bzw. deren Endgeräte ihre aktuelle IP-Adresse bei einem Dienstrechner (Server) unter einem Benutzernamen hinterlegen. Das Endgerät des Anrufers kann dann bei diesem Server die aktuelle IP-Adresse des gewünschten Gesprächspartners über den Benutzernamen erfragen und damit die Verbindung aufbauen.

Das Endgerät des Anrufers muss jedoch wissen, bei welchem Server die IP-Adresse des Gesprächspartners hinterlegt ist. Von der Internet Engineering Task Force (IETF) wurde dafür das Session Initiation Protocol (SIP) entwickelt. Die Teilnehmer besitzen bei SIP eine SIP-Adresse (ähnlich einer E-Mail-Adresse) im Uniform-Resource-Identifier-Format (URI-Format), wie zum Beispiel „sip:12345@beispiel-server.de“. Das Endgerät des Anrufers schickt eine Nachricht an den Server, der unter dem Domainnamen „beispiel-server.de“ bekannt ist (s. DNS) und erhält als Antwort die IP-Adresse des Teilnehmers 12345. Wenn beide Endgeräte die IP-Adresse der Gegenstelle kennen, kann der Verbindungsaufbau beginnen. Für das eigentliche Telefongespräch ist dieser Server nicht mehr notwendig, die Endgeräte senden sich ihre Daten direkt über das Internet zu, d. h. der Datenaustausch läuft am Server vorbei. Bei bekannten IP-Adressen ist jedoch ein Verbindungsaufbau auch ohne Registrierung und Location-Dienst möglich.

Signalisierungsprotokolle

Der Auf- und Abbau von Rufen erfolgt über ein von der Sprachkommunikation getrenntes Protokoll. Auch die Aushandlung der Parameter für die Sprachübertragung erfolgt über diese Protokolle. Verbreitete Signalisierungsprotokolle sind:

Rufnummernsysteme

Es gibt derzeit eine Reihe von Ansätzen, den Teilnehmern eine individuelle Internet-Telefonnummer zu geben. Angefangen von reinen SIP-Nummern gibt es Ansätze zur Integration der Internet-Telefonie in den bestehenden Rufnummernplan der herkömmlichen Telefonnetze bis hin zu einem ganz neuen System. Wesentliche Gesichtspunkte der Europäischen Union und der deutschen Bundesnetzagentur (BNetzA) (früher: Regulierungsbehörde) sind vor allem die Einhaltung aller Vorschriften und mittelfristig die Integration von Notrufsystemen in die Internet-Telefonie.

Individuelle SIP-Nummer

Für Nutzer, die über das Internet lediglich mit anderen Internet-Nutzern kostenlos telefonieren wollen, bieten sich SIP-Adressen bzw. SIP-Nummern an.

Um eine eigene SIP-Adresse im URI-Format zu bekommen, kann man sich bei vielen freien oder kostenpflichtigen Anbietern anmelden. Da viele Anbieter nur SIP-Adressen mit reinen Zahlenfolgen vergeben (z. B. 12345@sip-server.de), können auch IP-Telefone mit normaler Tastatur zum Wählen verwendet werden, um Gesprächspartner, die sich beim selben SIP-Server registriert haben, anzuwählen. Mit Vorwahlnummern können auch Gesprächspartner von anderen SIP-Servern angewählt werden. Die meisten Anbieter von SIP-Adressen ermöglichen auch das Telefonieren mit Teilnehmern des herkömmlichen Telefonnetzes, da sie bei solchen Gesprächen Geld verdienen können.

Herkömmliche Ortsrufnummern

Einige VoIP-Anbieter geben ihren Kunden Nummern mit Vorwahlen von einigen deutschen Großstädten, damit sie auch aus dem herkömmlichen Telefonnetz angerufen werden können. Dieses Verfahren wurde in Deutschland von der Bundesnetzagentur auf solche Teilnehmer begrenzt, die in diesen Ortsnetzen ihren Wohnort haben. Die Begründung ist, dass ansonsten der Bezug, den die Vorwahl zum Wohnort hat, aufgelöst werde. Aus Kostengründen bieten die meisten VoIP-Anbieter nicht in allen Ortsnetzen lokale Nummern an. Falls der Kunde außerhalb eines verfügbaren Vorwahlbereiches wohnt, stellen viele Anbieter 0180x-Nummern zu Verfügung. Die Nummern sollten theoretisch weltweit von jedem Telefon und Handy aus erreichbar sein. Dieses Verfahren ist jedoch nur noch übergangsweise zulässig.

Wenn der VoIP-Anbieter beim Verbindungsaufbau das SIP-Protokoll einsetzt, besitzt der Kunde neben der Ortsrufnummer gleichzeitig eine SIP-Nummer. Viele Anbieter teilen ihren Kunden jedoch lediglich die vergebene Festnetz-Rufnummer mit. Zudem blockieren viele dieser Anbieter Internet-Anrufe von Anrufern, die sich nicht ihm oder einem seiner Partner registriert haben. Dadurch kann man nur dann ein kostenloses Internet-Telefongespräch führen, wenn sich beide Gesprächspartner beim selben Anbieter (oder einem Partneranbieter) registriert haben.

Das ENUM-Verfahren

Eine Weiterentwicklung ist das ENUM. Es wird von einigen Netzbetreibern und sowohl von der deutschen (DENIC) als auch der österreichischen (NIC.AT) Domain-Vergabestelle vorangetrieben.

Bei ENUM wird die Rufnummer umgekehrt und mit Punkten zwischen den einzelnen Ziffern versehen, als Subdomain der Top Level Domain "arpa" mit der Second Level Domain "e164" vorangestellt. Aus +49 12345 6789 wird also zum Beispiel 9.8.7.6.5.4.3.2.1.9.4.e164.arpa. Diese Lösung setzt allerdings voraus, dass der Telefonkunde schon über eine Rufnummer verfügt, für die in der Regel mindestens eine Grundgebühr zu zahlen ist.

Aufgrund der EU-Richtlinien zur Rufnummern-Mitnahme bei Wechsel des Telefonproviders erlebt ENUM derzeit (zumindest in Österreich) den erhofften Aufschwung. Bevor Telefonprovider aufgrund eigener Datenbanken ein Telefongespräch vermitteln, wird überprüft, ob es zu der gerufenen Nummer und dem verwendeten Dienst bei ENUM einen DNS-Eintrag gibt. Falls ja, wird der Ruf zu der im DNS angegebenen Adresse vermittelt (PSTN- oder auch SIP-Teilnehmer).

Kritisch zu beurteilen ist allerdings der öffentliche Ansatz von ENUM. Dadurch ist es Angreifern möglich, z. B. automatisierte kostenlose Werbeanrufe, so genannte SPITs, einzusetzen.

Spezielle Internet-Rufnummern

In Österreich wurde speziell für konvergente Dienste – unter die auch die Internet-Telefonie fällt – die Vorwahl +43 720 (personal number) geschaffen. Eine ähnliche Lösung wurde auch von der deutschen Regulierungsbehörde empfohlen. Nach einer Vorwahl 032 kann ähnlich wie beim Mobilfunk mit einer „Blockkennung“ ein VoIP-Betreiber ausgewählt werden, um danach dann die eigentliche Endnummer des Teilnehmers zu wählen. Die 032-Rufnummern konnten sich bislang nicht bei den VoIP-Providern durchsetzen. Sie werden nur von wenigen VoIP-Anbietern genutzt. Die Erreichbarkeit stellt ein Problem dar, da die Rufnummerngasse von einigen Festnetzanbietern nicht unterstützt wird. Aus den Handynetzen von T-Mobile und O2 sind die Rufnummern erreichbar, jedoch nicht aus den Netzen von Vodafone und E-Plus. Die 032-Teilnehmernummer ist nicht mehr an einen DSL- oder Telefonanschluss gekoppelt, sondern kann unabhängig vom Anschluss vergeben werden. Nach diesem Schema können auch mobile VoIP-Geräte eine Rufnummer für die nomadische Nutzung erhalten.

Gesprächsübertragung

 
Prinzip eines Gespräches via IP-Telefonie bei der möglichen Nutzung eines IP-Telefons

Wie bei herkömmlicher Telefonie wird die Sprache zunächst analog mit einem Mikrofon (z. B. über den Telefonhörer) erfasst. Die analogen Sprachsignale werden digital verarbeitet und anschließend codiert bzw. komprimiert, um die zu übertragende Datenmenge zu reduzieren (ähnlich wie bei MP3). Der Transport der so umgewandelten Daten erfolgt dann über ein öffentliches oder privates Computernetzwerk. Bedingt durch das für die Transportsteuerung zuständige Internet Protocol (IP) werden die Daten dazu in viele kleine Pakete aufgeteilt.

Digitale Verarbeitung der analogen Signale

Die analogen Signale werden durch einen Analog-Digital-Umsetzer in Digitalsignale umgewandelt und mittels Codecs in Audio-Binärformate gewandelt. Je nach verwendetem Codec können die Daten dabei unterschiedlich stark komprimiert werden. Die meisten Codecs benutzen dabei ein Verfahren, bei dem für das menschliche Gehör unwichtige Informationen weggelassen werden. Das verkleinert die Datenmenge und verringert so die zur Übertragung benötigte Bandbreite. Werden allerdings zu viele Informationen weggelassen, leidet auch die Sprachqualität. Die verschiedenen Codec-Verfahren beherrschen die Audiokompression unterschiedlich gut. Manche sind auch speziell dafür ausgelegt, eine niedrige Bandbreite um jeden Preis zu erreichen, andere dagegen verbessern die seit Jahrzehnten gewohnte Telefonqualität auf Radio- oder sogar CD-Niveau. Je nach Codec variieren also die erforderliche Bandbreite sowie die Sprachqualität. Damit die Daten nach dem Transport auch wieder korrekt in Sprache umgewandelt werden können, muss der Empfänger den gleichen Codec wie der Sender benutzen.

Dieses Verfahren der Audiokompression wird übrigens heute schon beim Mobilfunk erfolgreich eingesetzt.

Transport der Daten

Im Normalfall schickt jedes Endgerät die codierten Sprachdaten direkt über das Netzwerk an die IP-Adresse der Gegenstelle. Die Gesprächsdaten fliessen also nicht über Server eines VoIP-Providers sondern werden direkt zwischen den Endgeräten der Teilnehmer ausgetauscht.

Der eigentliche Transport der Daten erfolgt über das Real-Time Transport Protocol (RTP), gesteuert durch das Real-Time Transport Control Protocol (RTCP). RTP verwendet zur Übertragung in der Regel das User Datagram Protocol (UDP). UDP kommt zum Einsatz, da es ein minimales, verbindungsloses Netzwerkprotokoll ist, das nicht auf Zuverlässigkeit ausgelegt wurde wie beispielsweise das Transmission Control Protocol (TCP). Dies bedeutet, dass der Empfang der Sprachpakete nicht bestätigt wird, also keine Übertragungsgarantie besteht. Der Vorteil von UDP ist aber dessen geringere Latenzzeit gegenüber der von TCP, da nicht auf eine Bestätigung gewartet und fehlerhafte Pakete nicht neu gesendet werden und sich somit der Datenfluss insgesamt nicht verzögert. Eine vollkommen fehlerfreie Übertragung ist aufgrund der hohen Redundanz gesprochener Sprache und der Möglichkeit der verwendeten Codecs, Fehler zu korrigieren, unnötig. Für ein flüssiges Gespräch ist eine geringe Antwortverzögerung viel wichtiger.

Übertragungsqualität

Da das Internet in seiner heutigen Form (Stand 2005) keine gesicherte Übertragungsqualität zwischen Teilnehmern garantiert, kann es durchaus zu Übertragungsverlusten und Aussetzern kommen, so dass die Sprachqualität nicht der von herkömmlichen Telefonnetzen entspricht. Allerdings ist die Qualität im Vergleich zu Mobilfunk-Netzen in der Regel wesentlich besser. Die zunehmende Akzeptanz der Mobilfunkkunden deutet auf eine relativ unkritische Einstellung zu leichten Qualitätsmängeln hin. Einen qualitativ hochwertigen DSL-Anschluss vorausgesetzt, kann durchaus von der vollwertigen Alternative zum klassischen Telefonnetz gesprochen werden.

Datei:Voip tos.jpg
QoS auf Layer 3 bei VoIP

Eine Bevorzugung (Priorisierung) der „Sprachpakete“ gegenüber anderen Datenpaketen im Internet ist sinnvoll. Das heute im Internet verwendete Protokoll IPv4 bietet zwar diese Möglichkeit, jedoch wird sie von den Routern im Internet in der Regel nicht beachtet. Sorgfältig geplante und konfigurierte IP-Netze können heute (2005) eine gewisse "Quality of Service (QoS)" gewährleisten (auch mit Ethernet als Weit-Transportschicht). Status quo im Internet ist jedoch der Best-Effort-Transport, das heißt die Gleichbehandlung aller Pakete. Damit ist Voice-over-IP eine mögliche Standardlösung innerhalb von Unternehmen. Im öffentlichen gibt es noch keine Ansätze für eine zuverlässige Servicequalität.

Mancher verspricht sich vom Nachfolgeprotokoll IPv6 die flächendeckende Bereitstellung von Quality of Service. IPv6 bringt Effizienzsteigerungen, das Grundproblem Quality of Service ist auch damit nicht schlüssig gelöst. Ob die Infrastruktur diese Markierungen (Priorität, DSCP-Code) berücksichtigt oder nicht, ist letztendlich eine finanzielle Frage. Die Zukunft wird zeigen, ob die Internet-Provider für mehr Geld auch qualitativ höherwertige IP-Ströme bereitstellen werden.

Übertragungsprobleme

Um eine qualitativ hochwertige Kommunikation über Voice-over-IP führen zu können, müssen die für den Sprachtransport verwendeten Datenpakete mit einer gewissen Mindestgeschwindigkeit beim Gegenüber ankommen. Mögliche Ursachen für eine schlechte Übertragung sind die im nachfolgenden aufgeführten Faktoren.

Zu geringe Bandbreite

Damit eine Verbindung in ISDN-Qualität zustande kommen kann, muss ein DSL-Anschluss mit einer Bandbreite von mindestens 100 kbit/s in beide Richtungen zur Verfügung stehen. Bei ADSL kommt es also auf die Upstream Bitrate an, die wesentlich geringer als der Downstream ist. Bei DSL 1000 (1024/145) ist z.B. nur ein unkomprimiertes Gespräch möglich. Beispielrechnung zur benötigten Bandbreite

Laufzeit (Latenz) und Jitter

Die Laufzeit bzw. Latenz (engl. Delay) ist eine grundsätzliche Verzögerungszeit, die beim Transport von Datenpaketen in einem IP-Netz entsteht. Bei der Telefonie (unabhängig davon mit welcher Technologie sie realisiert wird) stellen gemäß ITU-T Empfehlung G.114 400 Millisekunden Einweglaufzeit (Mund zu Ohr) die oberste Grenze dar, bis zu der noch eine dialogfähige Kommunikation in Echtzeit möglich ist. Ab ungefähr 125 Millisekunden kann die Laufzeit vom Menschen schon als störend wahrgenommen werden. Daher empfiehlt die ITU-T bei hoch-interaktiven Kommunikationsformen generell eine Einweglaufzeit von 150 Millisekunden nicht zu überschreiten.

Als Jitter bezeichnet man die zeitliche Schwankung zwischen dem Empfang von zwei Datenpaketen. Um große zeitliche Schwankungen zu kompensieren, werden so genannte „Pufferspeicher“ (Buffer) eingesetzt. Die Größe des Pufferspeicher muss immer mit Beachtung der Laufzeit geschehen. Ein zu groß gewählter Speicher kann zu einer Verschlechterung der Laufzeit führen.

Paketverlust

Von Paketverlust spricht man, wenn gesendete Datenpakete den Empfänger nicht oder nicht in der richtigen Reihenfolge erreichen und deshalb verworfen werden. Bei Echtzeitanwendungungen spricht man auch von Paketverlusten, wenn das Paket zwar den Empfänger erreicht, aber zu spät eintrifft.

Alle vorgenannten Probleme werden, wenn sie verstärkt auftreten, als störend empfunden und können zur Unbrauchbarkeit der Sprachverbindung führen. Mögliche Ursachen dieser Probleme sind die anderen gleichzeitig über das Computernetzwerk übertragenen Datenpakete.

Ausfallsicherheit

Die Ausfallsicherheit der IP-Telefonie ist derzeit wesentlich geringer als die herkömmlicher Telefonnetze. Eine amerikanische Studie vom Juni 2005 untersuchte die Verfügbarkeit von IP-Telefonie in den USA. Im Durchschnitt wurden knapp 97 % erreicht. Das entspricht einem Ausfall an insgesamt 11 kompletten Tagen im Jahr [1]. Zu bedenken ist außerdem, dass eine externe Spannungsversorgung für den Endkunden notwendig ist, und bei deren Ausfall auch kein Telefonieren mehr möglich ist, was bei einigen Kunden, speziell im ländlichen Raum, die Ausfallsicherheit stark reduziert. Zudem gibt es bei vielen DSL-Providern eine so genannte 24h Zwangstrennung, die dazu führt, dass bei ständig benutzter Leitung eine Trennung stattfindet. Die darauf nötige Neueinwahl kann unter Umständen mehrere Minuten betragen.

Gateways

 
Das Gateway ist ein Vermittler zwischen den beiden Technologien

Damit Verbindungen zu herkömmlichen Telefonnetzen hergestellt werden können, werden Vermittlungsrechner, die so genannten Gateways, benötigt. Diese sind sowohl mit dem Kommunikationsnetzwerk des IP-Telefons als auch mit dem herkömmlichen Telefonnetz verbunden. Empfangen sie eine Anfrage von einem IP-Telefon, leiten sie diese ins Telefonnetz weiter, indem sie die gewünschte Nummer anrufen. Erhalten sie einen Anruf aus dem Telefonnetz, leiten sie eine Anfrage an das entsprechende IP-Telefon weiter.

Die Integration unterschiedlicher Netze durch Gateways wird auch als Konvergenz der Netze bezeichnet. Beschränkt man die Integration nicht alleine auf VoIP und herkömmliches Telefonnetz, sondern bezieht alle Netztypen mit ein, ergeben sich völlig neue Netzstrukturen auf der Basis von IP. Diese neuen Strukturen werden als Next Generation Networks (NGNs) bezeichnet. Im Kern würden dann so genannte Softswitches statt herkömmlicher Vermittlungssysteme eingesetzt, welche die Gateways steuern. Sollte sich dieser Trend durchsetzen, wäre dies eine Revolution in der Telekommunikation, vergleichbar mit dem Umstieg von analogen auf digitale Netze in den 80er Jahren. Ein Vorteil, den man sich von einem NGN erhofft, ist, dass man alle Dienste und alle Dienstleistungen in jedem Netz anbieten kann, ohne sie für die jeweilige Netztechnologie neu entwickeln zu müssen. VoIP spielt hier eine Vorreiterrolle.

Anwendungen

Bei der IP-Telefonie unterscheidet man zwischen der Anwendung innerhalb von Unternehmen und Institutionen (Enterprise-Telefonie) und der stark aufkommenden Nutzung im öffentlichen Internet (Internet-Telefonie im engeren Sinne).

Einfachere Infrastruktur in Unternehmen und Institutionen

Innerhalb von Unternehmen und Institutionen wird Voice over IP im zunehmenden Maße dazu genutzt, die Telefonanlage mit dem Computernetzwerk zusammenzulegen. Die Telefongespräche werden über das Netzwerk übertragen: Gespräche im Haus laufen über VoIP, Gespräche nach außerhalb werden meist noch über ein Gateway ins normale Telefonnetz geleitet. Die als Migration bezeichnete Umstellung von klassischer Telefonie auf VoIP erfolgt oft schrittweise. Teile einer Unternehmung, bevorzugt neue Abteilungen, erhalten die neue Technik. Die Struktur der Anlage wird in so genannten Szenarien beschrieben, die mehrere Übergänge zwischen konventioneller Telefonie und VoIP enthalten können. Durch VoIP wird die Telefonverkabelung ersatzlos eingespart, da die IP-Telefone in der Regel am gleichen Anschluss wie der zugehörige Arbeitsplatz-PC angeschlossen werden können. Alle Endgeräte sind jedoch zu ersetzen oder zu adaptieren. Anstelle der bisherigen TK-Anlage wird eine VoIP-Nebenstellenanlage ggf. mit Gateway erforderlich, die Kosten nehmen sich in der Regel nichts. Die Sprachqualität und Zuverlässigkeit der Telefontechnik hängen jetzt aber komplett von der Netzwerktechnik ab.

Hintergrund-Technik der herkömmlichen Telefonie

Heute werden noch meist Multiplexverfahren wie etwa SDH oder das ältere PDH von Netzbetreibern (in Deutschland also hauptsächlich von der Deutschen Telekom AG) benutzt, um Telefongespräche abzuwickeln. Dadurch, dass mehr Gespräche über ein Kabel geführt werden können, wird der Preis für ein einzelnes Gespräch günstiger. Zunehmend stellen die Netzbetreiber allerdings ihr Backbone-Netz zu zwei neueren Technologien um: Diese sind zum einen ATM und zum anderen MPLS. Beide Techniken können sowohl Sprach-, Video- wie auch IP-Daten problemlos bewältigen. MPLS hat im direkten Vergleich inzwischen den Vorteil, dass die zu verwendende Hardware günstiger geworden und die Konfiguration etwas weniger komplex ist. Ziel der Entwicklung ist es, die heute noch getrennten Backbones für Telefonie- und IP-Verkehr zu einem einzigen Backbone zu verschmelzen.

Internet-Telefonie

Die IP-Telefonie kann im Prinzip auch genutzt werden, um weltweit Gespräche über das Internet zu führen, die so genannte Internet-Telefonie. Wenn beide Teilnehmer einen Internetzugang nutzen, werden die Gespräche sehr preiswert bis kostenlos, unabhängig von den Orten, an denen sie sich gerade befinden. Über das Internet kann aber auch Verbindung zu einem Gateway aufgenommen werden, das eine Verbindung in die klassischen Telefonnetze herstellt. Während sich die Übertragungsbandbreiten in begrenzten Netzwerken wie einem Heimnetz, Unternehmensnetz oder ähnlichen noch vorhersagen und beeinflussen lassen, hilft bei der Internet-Telefonie nur die Wahl eines günstigen Codecs.

Verbindungspreise

Falls beide Teilnehmer mit dem Internet verbunden sind, fallen bei der Internet-Telefonie normalerweise, abgesehen von den Kosten für die Internetnutzung, keine weiteren Kosten an. Für Teilnehmer mit einer Flatrate sind so Gespräche z.B. unter Verwendung eines offenen SIP-Servers weltweit kostenlos. Einige VoIP-Anbieter beschränken jedoch künstlich den Bereich der kostenlosen Telefonie auf Nutzer, die sich bei ihnen oder einem ihrer Partner registriert haben. Es wird den Kunden vorgegaukelt, diese Anbieter hätten mit ihren Partnern ihre sog. „VoIP-Netze“ zusammengeschaltet, was jedoch technischer Unsinn ist, da bei der Internet-Telefonie die Gesprächspartner über das allgemein offene Internet miteinander kommunizieren.

Möchte man über das Internet einen Teilnehmer im klassischen Telefonnetz anrufen, so wird ein Gateway benötigt, das die Verbindung bewerkstelligt. Die Kosten für die Benutzung des Telefonnetzes zahlt man dabei an den Betreiber des Gateways. Dessen Preise sind meist vergleichbar mit denen von Call-by-Call-Anbietern. Manche Anbieter haben mittlerweile auch eine Flatrate im Angebot, wobei alle Gespräche ins deutsche Festnetz (und zum Teil auch ins Mobilfunknetz oder ins Ausland) mit einer Pauschale abgedeckt sind. Dem Nutzer dieser Angebote bleibt nur der genaue Blick in die Tariftabellen des jeweiligen Anbieters, um zu entscheiden, ob ihm die Internet-Telefonie Kostenvorteile bringt.

Bei Auslandsgesprächen zu einem Teilnehmer im klassischen Telefonnetz ist der Standort des Gateways entscheidend: Bis zum Gateway wird der günstige Internetzugang benutzt, danach gelten die Telefonpreise des Gatewayanbieters. Über ein deutsches Gateway können Gespräche ins Ausland teurer werden als durch die Wahl eines günstigen Call-by-Call-Anbieters im Festnetz.

Endgerätetypen für IP-Telefonie

 
Endgerättypen

Es gibt drei grundsätzliche Arten von Endgeräten, mit denen man die IP-Telefonie nutzen kann.

  • Mit einer auf dem PC laufenden Software, einem so genannten Softphone (siehe auch Kategorie:VoIP (Software)).
  • Mit einem direkt an das LAN anschließbaren IP-Telefon bzw. einem WLAN-Telefon für Funknetzwerke. In diesem Fall wird kein PC zum Telefonieren benötigt (außer evtl. für Konfigurationsarbeiten oder zur Erleichterung bestimmter Vorgänge wie dem Erfassen von Kurzwahlen, der Eingabe von alphanumerischen Daten o. ä.).
  • Mit einem herkömmlichen Telefon, das über einen analog- bzw. ISDN-Telefon-Adapter für VoIP (ATA bzw. ITA) an das LAN angeschlossen wird. ATA und ITA werden heute auch direkt als Anschlussmöglichkeit für Telefone in DSL-Routern integriert angeboten. Auch in diesem Fall wird zum Telefoniebetrieb kein PC benötigt, zum einmaligen Einrichten der Benutzerdaten hingegen schon.

Fax over IP, FoIP

Zur Übertragung von Bildern (Fax) innerhalb des Internet werden diese in einem Container bzw. einer Datei abgespeichert. Übliche Formate sind z. B. GIF, JPG, TIFF oder PNG. Diese Dateien können mit Protokollen wie FTP, SMTP (E-Mail) oder Hypertext Transfer Protokoll (HTTP) zum Empfänger transportiert werden. Zum Transport von oder zu herkömmlichen Fax-Geräten mit Analog-Technik können Gateways benutzt werden. Der Transport des analogen Signals eines Fax-Gerätes über ein digitales Netz mit Hilfe eines für die menschliche Sprache optimierten Codec kann zu Informationsverlusten führen!

Sicherheitsbedenken und Risiken

Wie bei jeder neuen Technologie, gibt es auch in Bezug auf die Sprachdatenübertragung per IP-Protokoll einige sicherheitsrelevante Bedenken.

Datei:VoIP Sprachdaten.gif
VoIP Kapselung

Zum einen handelt es sich bei dem Medium, über welches die VoIP-Pakete übertragen werden, um ein „Shared Medium“, also ein Medium, welches sich diverse Teilnehmer und Dienste teilen. Es ist daher für einen Angreifer, der die Daten auf dem Übertragungsweg abgreifen kann, möglich, das Gespräch aufzuzeichnen, auch wenn bestimmte, oftmals proprietäre Codecs zur Kodierung der Daten eingesetzt werden. Es existieren bereits zahlreiche Programme, die ohne weitere Kenntnisse des Anwenders den Datenstrom auch aus geswitchten Umgebungen abgreifen (mittels „ARP-Spoofing“) und als verarbeitete Audiodatei ablegen.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit einer Art von „VoIP-Spam“, auch SPIT („Spam over Internet Telephony“) genannt. Grund hierfür sind die geringen Kosten einer VoIP-Verbindung.

Auch das oftmals eingesetzte SIP-Protokoll kann ebenso nicht in allen in der Praxis anzutreffenden Formen als hinreichend sicher betrachtet werden. Das SIP-Protokoll verfügt zwar über Sicherheitsfunktionen (bspl. Call-IDs auf der Basis von Hashes), jedoch besteht auch die Gefahr eines DoS-Angriffs.

Auch ein in der Praxis noch nicht anzutreffendes Szenario wäre denkbar. Das Phreaking könnte mit VoIP sozusagen ein Revival erleben. Das Szenario beruht darauf, dass bei der VoIP-Kommunikation die Signalisierung (bsp. SIP) von den Sprachdaten (Payload, bsp. RTP) entkoppelt ist. Zwei speziell präparierte Clients bauen über den SIP-Proxy ein Gespräch auf und verhalten sich absolut standardkonform. Nach dem Gesprächsaufbau wird dem SIP-Proxy ein Gesprächsabbau signalisiert. Dieser sieht die Sitzung als beendet an und verbucht das Gespräch. Einzig der RTP-Datenstrom wird von den Clients aufrechterhalten. Die Gesprächspartner telefonieren kostenlos.

Siehe auch

News

Literatur

Wikibooks: IP-Telefonie – Lern- und Lehrmaterialien

Telefonbücher für VoIP-Nummern unter 032Auskunft und unter ip-yellow.de

  1. ↑ http://www.keynote.com/news_events/releases_2006/06jan25.html
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