1voice over ip seminar internettechnologie thema: voice over ip von jochen pfahl
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1Voice over IP
SeminarInternettechnologie
Thema: Voice over IP
von Jochen Pfahl
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2Voice over IP
Übersicht• Definition• Funktionsprinzip• Signalisierungsprotokolle• Rufnummernsysteme• Gesprächsübertragung• Digitale Verarbeitung analoger Signale• Qualitätsmerkmale• Systemarchitektur• Verbindungspreise• Sicherheit und Sicherheitsrisiken• Skype• Quellen
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3Voice over IP
Definition • Kurzform für Internet-Protokoll-Telefonie• Telefonieren über Computernetzwerke,
aufgebaut nach Internet-Standards • Sprach- und Steuerinformationen werden in
Datennetzen übertragen• Verbindungen ins Telefonnetz über:
- Computer- spezialisierte IP-Telefone- klassische Telefone mit Adapter
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4Voice over IP
Funktionsprinzip• Von außen wie bei klassischer Telefonie• Sprache wird in kleinen Paketen
transportiert (kein durchschalten von „Leitungen“)
• Aufteilung des Telefongesprächs in drei Vorgänge:
- Verbindungsaufbau- Gesprächsübertragung- Verbindungsabbau
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5Voice over IP
Signalisierungsprotokolle (1)• Die Rufsteuerung, der Austausch von Gesprächs-
parametern und die Sprachkommunikation erfolgen über getrennte Protokolle
• Aktuelle IP-Adresse des angerufenen Teilnehmers wird durch eine vorangegangene Authentifizierung des Gerufenen, und einer Bekanntmachung seiner momentanen Adresse ermittelt (nomadische Nutzung)
• Feste Zuordnung von Telefonnummern zu IP-Adressen ist nicht möglich Lösung: VoIP Teilnehmer/Endgeräte hinterlegen IP-Adresse mit Benutzernamen bei Server
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6Voice over IP
Signalisierungsprotokolle (2)
• SIP – Session Initiation Protocol, IETF, RFC 3261 • H.323 – Packet-based multimedia communications
systems, ein ITU-T-Standard • IAX – Inter-Asterisk eXchange protocol • ISDN over IP – ISDN/CAPI-basierendes Protokoll • MGCP und MeGaCo – Media Gateway Control Protocol
H.248, gemeinsame Spezifikation von ITU-T und IETF • MiNET – von Mitel • Skinny Client Control Protocol – von Cisco • Jingle – Erweiterung des Jabber/XMPP Protokolls,
begründet durch Google Talk Quelle: Wikipedia
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7Voice over IP
SIP (Session Initiation Protocol) (1)
• Textbasierendes Client/Server Sitzungs-signalisierungsprotokoll, entwickelt von der Internet Engineering Task Force (IETF), dadurch herstellerunabhängig
• Ermöglicht Einsatz von SIP-basierten Systemen in heterogenen Umfeldern (Kopplung von VoIP-Komponenten unterschiedlicher Hersteller)
• Teilnehmer besitzen SIP-Adressen (ähnlich E-Mail Adressen) im Uniform-Resource-Identifier-Format (URI-Format) z.B. „sip:[email protected]“
• Einmalige Registrierung der Endgeräte bei Erststart auf SIP-Server über Nachricht des Anrufers an Server
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8Voice over IP
SIP (Session Initiation Protocol) (2)
• Beim Verbindungsaufbau schickt Endgerät des Anrufers Nachricht an SIP-Server
• Server leitet Verbindungswunsch an Endgerät des Angerufenen weiter
• Endgerät des Angerufenen schickt Nachricht zurück an SIP-Server, der diese an Anrufer weiterleitet
• Endgerät des Angerufenen klingelt, der Anrufer hört ein Freizeichen
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9Voice over IP
SIP (Session Initiation Protocol) (3)
• Für eigentliches Telefongespräch kein Server mehr notwendig, Endgeräte senden sich Daten direkt zu
• Für Übertragung dieser Daten in Echtzeit wird Real-Time Transport Protocol (RTP) eingesetzt
• Bei Gesprächsende sendet eines der Endgeräte SIP-Nachricht an Server. Server leitet sie anderen Teilnehmer weiter. Beide Endgeräte beenden Verbindung.
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10Voice over IP
SIP (Session Initiation Protocol) (4)
• SIP ähnelt HTTP
• Bevorzugte Transportprotokolle sind TCP und UDP
• Signalisierung wird standardmäßig über Port 5060
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11Voice over IP
SIP (Session Initiation Protocol) (5)
Quelle: VoIPSEC-Studie
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12Voice over IP
SIP (Session Initiation Protocol) (6)
Quelle: VoIPSEC-Studie
SIP-Nachricht:
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13Voice over IP
H.323
• Standard der Telefonindustrie ITU-T (International Telecommunicaton Union - Telecommunicaton Standartisation Sektor)
• Beschreibt Übertragung von Echtzeitdaten (Audio-, Video-, und Faxdaten) in paketorientierten Transportnetzen
• Für jede Layerschicht gut definiertes Protokoll• Standard sehr komplex, daher schwer an
zukünftige/jetzige Anwendungen anpassbar
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14Voice over IP
Rufnummernsysteme• Problem: IP-Adressen der Teilnehmer
sind Anwendern nicht immer bekannt / können sich ändern
• Individueller Account bei SIP-Serviceprovider • herkömmliche Ortsrufnummern:
VoIP-Anbieter vergeben über Gateways Telefonnummern aus Nummernvorrat der deutschen Ortsnetze
• Das ENUM Verfahren:Rufnummer umgekehrt und mit Punkten zwischen den Ziffern versehen. Als Subdomain der Top Level Domain "arpa" mit Second Level Domain "e164" vorangestellt
(aus +49123456789 wird 9.8.7.6.5.4.3.2.1.9.4.e164.arpa)
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15Voice over IP
Gesprächsübertragung
Quelle: Wikipedia
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16Voice over IP
Digitale Verarbeitung analoger Signale
• Analog-Digital-Umsetzer wandelt analoge Signale in digitale Signale um
• Codecs wandeln digitale Signale in Audiobitformate • Codec: Für menschliches Ohr unwichtige Informationen
werden weggelassen, dadurch verkleinerte Datenmenge -> benötigte Bandbreite für Datenübertragung wird geringer
• Je nach verwendetem Codec unterschiedlich starke Kompression der Daten
• Je nach Kodierverfahren variiert Frequenzbereich der kodierten Sprache, die erforderliche Übertragungs-bandbreite sowie die resultierende Sprachqualität
• Datenempfänger nutzt gleichen Codec wie Datensender
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17Voice over IP
Qualitätsmerkmale• Datenpakete müssen als getreues Abbild des
ursprünglichen Datenstroms beim Gegenüber ankommen
• Datendurchsatz hängt von Codierung ab• Erforderliche Bandbreit: 100Kbit/s (64kbit/s +
Overhead der Kommunikationsprotokolle)• Einweglaufzeit (Latenz) max. 150 Millisekunden• Paketverlustrate(packet loss rate) max 5%
(gesendete Datenpakete erreichen Empfänger nicht oder nicht in richtiger Reihenfolge, werden deshalb verworfen)
• Verfügbarkeit des Gesamtsystems ergibt sich aus Einzelverfügbarkeiten der beteiligten Komponenten und deren Zusammenschaltung, ist also stark abhängig vom Netzdesign
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Systemarchitekturen
• Gemäß H.323-Rahmenstandard mit Terminal, Gateway, Gatekeeper, MCU (Multipoint Control Unit)
• Gemäß De-facto-Standard SIP der IETF
• Viele Nicht-Standard-Lösungen für VoIP
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19Voice over IP
Terminal
• Endgerät zur Ein- und Ausgabe von Sprachinformationen
Quelle: Wikipedia
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20Voice over IP
Gateway• Ist mit Kommunikations-
netzwerk des IP-Telefons sowie mit herkömmlichen Telefonnetz verbunden
• Beim Empfangen einer Anfrage von IP-Telefon, weiterleiten dieser in Telefonnetz durch anrufen der gewünschten Nummer
• Bei Anruf aus Telefonnetz, weiterleiten einer Anfrage an das entsprechende IP-Telefon
Quelle: Wikipedia
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21Voice over IP
Gatekeeper• Registrierung und Verwaltung von Terminals,
MCUs und Gateways
• Zone-Management (Zuordnung von Terminals, MCUs und Gateways zu einer Zone)
• Call Authorization (Gatekeeper kann Verbindungen erlauben/ablehnen)
• Adressübersetzung für MCUs und Gateways
• Bandbreitensteuerung
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22Voice over IP
MCU (Multipoint Control Unit)
• Konferenz-Steuerungsinstanz für Konferenzen mit mehreren Teilnehmern
• Zusammentreffen von Medienströmen der Teilnehmer in MCU
• Für Verwaltung der Konferenzteilnehmer wird H.323-Gatekeeper benötigt. Dieser steuert Signalisierung der H.323-Endgeräten und der MCU
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23Voice over IP
Verbindungspreise
• Sind beide Teilnehmer im Internet, denn nur Kosten für Internetnutzung
• Einige VoIP-Anbieter beschränken kostenlose Telefonie auf bei ihnen registrierte Nutzer
• Für Anrufe vom Internet ins klassische Telefonnetz entstehen Kosten für Gateway (Bereitstellung der Infrastruktur und Gesprächsgebühren im klassischen Netz)
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24Voice over IP
Sicherheit
• Einsatz speziell optimierter Betriebssysteme mit standardmäßig integrierten Firewall-funktionen (spezielle Varianten von Linux, Solaris oder Windows)
• Virenscanner, Intrusion-Detection/Prevention Systeme (erkennen Angriffe auf System)
• Authentifizierung möglichst aller Benutzer und Endgeräte
• Gesicherte End-to-End-Verschlüsselung mit Secure Real-time Transport Protocol (SRTP)
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25Voice over IP
Sicherheitsrisiken (1)• Da Datenübertragung über Shared Medium,
Abgreifen von Daten möglich, z.B. mit ARP Spoofing (erzeugen einer Audiodatei aus abgegriffenem Datenstrom)
• Datenverschlüsselung möglich mit SRTP. Oft aber keine Unterstützung der VoIP-Anbieter oder Beeinträchtigung der Sprachqualität durch Verschlüsselung
• SIP-Protokoll bietet, trotz Sicherheits-mechanismen wie Call-IDs auf Basis von Hashes, Angriffsmöglichkeit für DoS Attacken (Denial of Service)
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26Voice over IP
Sicherheitsrisiken (2)
• Phreaking (Hack zum kostenlosen Telefonieren)- zwei speziell präparierte Clients bauen über SIP-Proxy ein Gespräch auf- nach Gesprächsabbau wird dem SIP-Proxy der Gesprächsabbau signalisiert- SIP-Proxy denkt Sitzung ist beendet, aber RTP Datenstrom wird von Clients aufrechtgehalten- Gesprächspartner telefonieren kostenlos weiter
• VoIP Spam oder SPIT („Spam over Internet Telephony“), begünstigt durch geringe Gesprächskosten
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27Voice over IP
Skype (1)
• Kostenlose VoIP-Software (Instant Messenger, Dateiübertragung,Videotelefonie)
• Ermöglicht kostenloses Telefonieren via Internet von Computer zu Computer
• SkypeOut - Gebührenpflichtiges Telefonieren ins Festnetz und zu Mobiltelefonen
• SkypeIn - Gebührenpflichtige Entgegennahme von Anrufen aus herkömmlichem Telefonnetz
• Möglichkeit von Konferenzschaltungen mit bis zu 25 Teilnehmern
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28Voice over IP
Skype (2)
• Funktioniert nach dem Peer-to-Peer-Prinzip• Authentifizierung und Abrechnen erfolgen über
einen zentralen Rechner • Unterstützte Betriebssysteme: Microsoft
Windows, Mac OS, Linux und Pocket PC • Entwickelt und programmiert von den Erfindern
von KaZaA• September 2005 wurde Skype an eBay verkauft
für 2,6 Milliarden Dollar.
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29Voice over IP
Skype (3)
Quellen: www.skype.com
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30Voice over IP
Quellen
• www.wikipedia.de• Bundesamt für Sicherheit und
Informationstechnik, „VoIPSEC“ Studie zur Sicherheit von Voice over Internet Protocol
www.bsi.bund.de/literat/studien/VoIP/index.html• Andrew S. Tanenbaum – Computernetzwerke• www.wiptel.de/docs/basics.html• www.skype.com• www.voip-information.de/skype.html
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31Voice over IP
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit.
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