voice over ip

Voice over IPVoice over IP

Vortrag im Fach „Anwendung Rechnernetze“

von Stephan Feyerabend

2Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

Stephan Feyerabend

03PHT2

Gliederung

• Einführung

• Sprachübermittlung

• H.323 Komponenten

• H.323 Standard

• Quality of Service

• SIP

• Quellenangabe

Quelle: aeinformatik.ch

3Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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03PHT2

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

4Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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03PHT2

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.

5Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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Einführung

• Telefon- und Datennetz

in der „Vergangenheit“stetsals getrennte Welten

6Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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Einführung

• Voice over IP

ein Telefoniedienst

im Datennetz

7Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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Einführung

• Vorteile:

– nur noch eine Netzwerktechnik erforderlich

– Gebühreneinsparungen

– höhere Flexibilität

– keine Festlegung auf einen bestimmten Hersteller

– neue Anwendungen (z.B. „Click-to-Dial“)

Quelle: www.voip.bisnet.pl

8Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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Einführung

• Nachteile (Bedenken):

– Beweis der Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit

– Sprachqualität

– der Mensch

– Spam über Internet-Telefonie (SPIT)

9Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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Sprachübermittlung

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

Quelle: www.gwdg.de Quelle: www.gwdg.de

10

IP – Netz(Intranet, Internet)

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Sprachübermittlung

Grundlegende Übertragung

A/D Wandlung Kompression

Paketierung

IP

Jitter BufferDekodierung D/A Wandlung

Jitter Buffer

•notwendig im paketorientierten Netz

•sammelt und ordnet die Pakete

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Sprachübermittlung

Grundlegende Standards (H. 323) zur Audio Codierung – Codecs (eine Auswahl)

CodecBitratein kbit/s

MOS EinsatzPaket

in ms

G. 711 64 4,4 ISDN 10

G. 723.1 6,3 3,9Videotelefonie

VoIP30

G. 729 8 4,2 VoIP 10

G .729A 8 3,9 VoIP 10

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Sprachübermittlung

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

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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

Benutzer Rufnummer IP Adresse Status Bandbreite

Maier 0345 - 65434 192.168.0.1 Offline 64 kbit/s

Schulze 0345 - 65432 192.168.0.2 Offline 64 kbit/s

Schmidt 0345 - 65422 192.168.0.3 Offline 64 kbit/s

… … … … …

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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

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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/

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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

Schicht 1 PHYSIK

LINK

IP

UDP TCP

RTP/RTCP

AudioCodecs

VideoCodecs

RAS H.245 Q.931 T.120

Schicht 2

Schicht 3

Schicht 4

H.323 {

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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/

18Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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H.323 Standard

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

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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 Datenpakete

verbindungslose Zustellung

Schicht 1 PHYSIK

LINK

IP

UDP TCP

RTP/RTCP

AudioCodecs

VideoCodecs

RAS H.245 Q.931 T.120

Schicht 2

Schicht 3

Schicht 4

H.323 {

20Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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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 gesendet

verbindungsorientierte Zustellung

wird zur zuverlässigen Einrichtung eines Anrufs von VoIP benutzt

Schicht 1 PHYSIK

LINK

IP

UDP TCP

RTP/RTCP

AudioCodecs

VideoCodecs

RAS H.245 Q.931 T.120

Schicht 2

Schicht 3

Schicht 4

H.323 {

21Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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H.323 Standard

H.323 über IP basierte Netzwerke

• User Datagram Protocol UDP:

– Ankunft der Datagramme und Reihenfolgenicht garantiert

verbindungslose Zustellung

wird bei VoIP zur Übertragung des eigentlichen Sprachverkehrs benutzt

niedrige Verzögerungszeit ( unter 150 ms)wichtiger als die zuverlässige Übertragung

Schicht 1 PHYSIK

LINK

IP

UDP TCP

RTP/RTCP

AudioCodecs

VideoCodecs

RAS H.245 Q.931 T.120

Schicht 2

Schicht 3

Schicht 4

H.323 {

22Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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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/

23Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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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

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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/

25Hochschule MerseburgFachbereich Ingenieur- und NaturwissenschaftenGeusaer Straße06217 Merseburg

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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

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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

ATM Ethernt V.34

IP

UDP TCP

RTP

H.323

Audio Video

SIP

Audio Video

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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/

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Quellenangabe

• „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

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Quelle: magazine.web.de/de/themen