VoIP - Voice Over IP Archtiektur, Funktionsweise und Lösungen

VoIP - Voice Over IP
Architektur, Funktionsweise und Lösungen
Semesterarbeit von Stefan Wurzer,
Thomas Eschbach, Stefan Gimbel und Clemens
Grötz
Einführung
• Einleitung in das Thema VoIP
• Geschichtlicher Hintergrund/Entwicklung von VoIP
• Klassische Telefonie
– Analoge Übermittlung
– Digitale Übermittlung
• Standards der Telekommunikation
Stefan Wurzer
Einleitung in das Thema VoiP
Allgemeine Definition:
Telefonieren übers Internet
Gemeint ist die Übertragung der Sprache über
das Internet bzw. Internet Protokoll (IP)
Denkbare Varianten:
• Von PC zu PC,
• vom PC zum Telefon und umgekehrt
• oder selbst via Internet von Telefon zu Telefon
Einleitung in das Thema VoiP
• Vorteil:
VoIP vereint Sprache und Daten in einer
gemeinsamen Netzwerkinfrastruktur
• Hauptmotiv:
Senkung der Kosten
Geschichtlicher Hintergrund
•
Die Umsetzung dieses Gedanken erfolgte erstmals im Jahre 1995 durch die
israelische Firma VocalTec
•
Massiver Widerstand von amerikanischen Telefongesellschaften und einigen
Regierungen, die ein Verbot der IP-Telefonie forderten
•
Die Zulassung der IP-Telefondienste durch die US-Bundesbehörde für das
Fernmeldewesen ebnete den Weg für diese neue Technologie weltweit
Entwicklung von VoiP
•
•
•
Sprachqualität und Zuverlässigkeit der Übertragung anfänglich bei weitem keine
Konkurrenz zur konventionellen Telefonie
Vom Halbduplex zum Vollduplex-Modus
Wegen vieler technischer Weiterentwicklungen sehen zum heutigen Zeitpunkt
Experten für die Voice Over IP-Technologie eine sehr gute Zukunft
Klassische Telefonie
Analoge Übermittlung
Klassische Telefonie
Digitale Übermittlung
Bei der digitalen Telefonie werden die
Schwingungen vom ISDN-Telefon abgetastet
und der dazugehörige binäre Zahlenwert
ermittelt. (Hierfür wird ein Analog-/DigitalWandler eingesetzt)
1 0 0 0 1 1 0 1
Standards der Telekommunikation
CODEC
• Ist das Kürzel für Coding/Decoding
• Hierbei handelt es sich um von der ITU (International Telecommunication Union)
definierte Standards zur analogen oder digitalen Verschlüsselung von Sprache
in Telefonnetzen
• Digitale Komprimierung/Dekomprimierung der Daten
• Die Qualität der Sprachübertragung im IP-Netz wird also besser,
je kleiner die Datenrate für einen Sprachkanal ist
CODEC Übertragungsrate
minimales Delay
(Verzögerung)
G.711A
64 kbit/s
5 ms
G.723-53
5,3 kbit/s
30 ms
G.723-63
6,3 kbit/s
30 ms
G.729A
8 kbit/s
10 ms
Bemerkungen
Ohne Komprimierung,
beste Sprachqualität,
dt. Verfahren zur Tondigitalisierung
Sprachqualität geringfühig schlechter als
bei analogem Telefon
Sprachqualität entspricht etwa
analogem Telefon
Beste Sprachqualität der
komprimierenden Verfahren,
geringes Delay
Quelle der Tabelle: www.fh-jena.de/contrib/fb/et/stud/hofmeister/projekte/Telefonie-kurz.htm (08.03.02)
Architektur
• Wie sieht ein VoIP-Netzwerk aus?
– Aufbau eines Netzwerks
– Komponenten eines H.323-Netzwerks
– Alternative: SIP
Thomas Eschbach
Aufbau und Komponenten eines
VoIP-Netzwerks
Ein Netzwerk ist der Zusammenschluss
von mindestens 2 Rechnern.
Das größte Netzwerk ist das Internet.
Die angeschlossenen Rechner können über die Verbindung
kommunizieren (Daten austauschen).
Dazu bedarf es im H.323-Netzwerk, welches meist für VoIPÜbertragungen genutzt wird, besonderer Komponenten:
Gateways
• Übergänge zwischen den unterschiedlichen
Netztypen
• Konvertierung von Übertragungsformaten und
Kommunikationsprozeduren in andere, ITU-konforme
Formate
• Übersetzung von Audio- und Videocodecs
• Verbindungsauf- und abbau
Gatekeeper
• Bandbreitenmanagement
• Adress-Übersetzung
• Überwachung der Kommunikation zwischen den
anderen Netzkomponenten
– Call Control Signalling
– Call Authorization
• Wichtig für Mehrpunktverbindung
Endgeräte
•
•
•
•
•
= Terminals
Müssen Sprachdienste unterstützen
Müssen H.245 (Verbindungskontrolle),
Q.931 (Call Control),
Und RAS (Registration, Admission & Status)
unterstützen
MCU – Multipoint-Control-Unit
• Handelt die zur Verfügung stehenden Ressourcen
zwischen allen Teilnehmern aus (Audio + Video)
• Überwachung der Anzahl der Konferenzteilnehmer
durch Multipoint Controller (MC)
Alternative zu H.323: SIP
• SIP = Session Initiation Protocol von IETF
• Einfacheres Protokoll, Verbindungsaufbau ist
textbasiert, ähnlich wie bei E-mail oder http-Diensten
• Netzwerk-Adressen auch ähnlich den
E-mail-Adressen aufgebaut.
• Nicht nur auf Sprach- und Videoanwendungen
ausgelegt, sondern unterstützt auch mobile
Kommunikation
• SDP (Session Description Protocol) wird zur
Beschreibung von Zeit, Multimediafähigkeit etc.
benutzt
Vergleich H.323 - SIP
• Völlig verschiedene Lösungen zu demselben Problem.
• Abhängig vom Einsatz:
– H.323 braucht keine vorhandene Basis, arbeitet
alleine. => ideal für Intranets, wo Verbindung über
Internet eine untergeordnete Rolle spielt.
– SIP orientiert sich mehr an den Internet Service
Providern, die bereits Webdienste anbieten
• Man sollte SIP und H.323 nicht als konkurrierend
ansehen, sondern als Lösungen für unterschiedliche
Marktsegmente, die parallel eingesetzt werden.
Funktionsweise / praktische
Umsetzung
• IP – Protokoll
– Datentransfer in einem IP – Netzwerk
• Wie funktioniert VoIP ?
• Anforderungen an VoIP
– Problemstellungen
– Quality of Service
Stefan Gimbel
IP - Protokoll
•
•
•
Dieses Übertragungsprotokoll definiert die Regeln und Vereinbarungen, die
den Informationsfluss in einem Kommunikationssystem steuern
Standardverfahren zur Datenübertragung im Internet
Aufteilung der Daten in einzelne Pakete
Quelle: http://www.tabu.uni-bonn.de/kuelzi/ (20.03.02)
Wie funktioniert VoIP ?
• Im Falle von VoIP: Sprachübermittlung via IP
• Digitalisierung und Codierung der Sprache und Zerlegung in
einzelne IP-Pakete
• Die einzelne „Sprach-Pakete“ werden über Routersysteme zum
Empfänger geleitet und dort über entsprechende Hardware
hörbar gemacht
• Erst der Empfänger setzt die Daten wieder zu „Sprache“
zusammen.
Anforderungen an VoIP
• Einführung des Internet Protocol Version 6 (IPv6)
– RSVP / RTP
Problemstellungen
• Verzögerungen / Paket-Segmentation
• Jitter & Anti-Jitter
• Bandbreite
Quality of Service (QoS)
• Merkmale:
» Geringere Werte für Verzögerung und Jitter
» Wenig Paketverluste
» Garantierte Bandbreite
• Einführung der Subprotokolle
» RSVP (Resouce Reservation Protocol)
» RTP (Realtime Transport Protocol)
Lösungen
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Anbieter für VoIP - Produkte
Beispiel eines VoIP - Produktes
Vor- und Nachteile von VoIP - Produkten
Marktchancen und Zukunftsaussichten von VoIP
Clemens Grötz
Anbieter für VoIP - Produkte
Grundsätzlich werden unterschiedliche Philosophien
verfolgt
• „sanfte Migration / radikale Lösung“
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Anbieter / Hersteller von VoIP – Produkten:
Alcatel
Cisco Networks
Nortel Networks
Siemens AG
Beispiel eines VoIP - Produktes
Vorschlag eines VoIP – Produktes von Siemens:
• Gateway L2W – 323 als Basiskomponente von
Radvision
• Hicom Xpress Client Escort 25 pro (Client basiert)
• Hicom Xpress C 65 Workflow
• HiNet RC 3000 (Server basiert)
• IP – Telefon LP 5100
Vor- und Nachteile von VoIP Produkten
Vorteile sind u.a.:
• Einsparmöglichkeiten bei Auslandstelefonaten
• Verringerung des Investitionsvolumens
• Unterstützung / Optimierung von
Geschäftsprozessen
Nachteile sind u.a.:
• Mangelnde Interoperabilität von VoIP – Produkten
• Hohe Anforderung an die Bandbreite
Marktchancen und
Zukunftsaussichten von VoIP
Grundsätzlich:
positive Marktchancen von VoIP, da großes
Engagement von Firmen wie Cisco, Nortel,
Siemens, Motorola,...
Prognose für 2004 für Weltmarkt sprachgestützter Webservices:
Volumen von ca. 5,3 Mrd. US $
Ende der Präsentation
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!!