VoIP_01 - Ingenieur- und Naturwissenschaften

Voice over IP
Vortrag im Fach „Anwendung Rechnernetze“
von Stephan Feyerabend
Gliederung
•
Einführung
•
Sprachübermittlung
•
H.323 Komponenten
•
H.323 Standard
•
Quality of Service
•
SIP
•
Quellenangabe
Quelle: aeinformatik.ch
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03PHT2
2
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
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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.
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Einführung
•
Telefon- und Datennetz
in der „Vergangenheit“
stets
als getrennte Welten
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Einführung
•
Voice over IP
ein Telefoniedienst
im Datennetz
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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“)
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Quelle: www.voip.bisnet.pl
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Einführung
• Nachteile (Bedenken):
– Beweis der Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit
– Sprachqualität
– der Mensch
– Spam über Internet-Telefonie (SPIT)
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Sprachübermittlung
Analoge Sprachübermittlung
Digitale Sprachübermittlung
Pulse – Code – Modulation (PCM)
Wandlung der Schallwellen mittels Mikrofon
Abtastung
der analogen Sprachamplitude mit (f= 8 kHz) im
Sprachbereich von 300 – 3400 Hz
Übertragung
Erzeugung der Schallwellen mittels
Lautsprecher
Quelle: www.gwdg.de
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256 Werte = 8 bit bei Abtastrate 8 kHz  64 kbit/s
Quelle: www.gwdg.de
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Sprachübermittlung
Grundlegende Übertragung
Paketierung
A/D Wandlung
Kompression
IP
IP – Netz
(Intranet, Internet)
Jitter Buffer
•notwendig im paketorientierten Netz
Jitter Buffer
Dekodierung
D/A Wandlung
•sammelt und ordnet die Pakete
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Sprachübermittlung
Grundlegende Standards (H. 323) zur Audio Codierung – Codecs (eine Auswahl)
Bitrate
in kbit/s
MOS
Einsatz
G. 711
64
4,4
ISDN
10
G. 723.1
6,3
3,9
Videotelefonie
VoIP
30
G. 729
8
4,2
VoIP
10
G .729A
8
3,9
VoIP
10
Codec
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Paket
in ms
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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
Echo Unterdrückung
•
Echoentferner im digitalen
Signalprozessor implementiert
•
bei IP-Softphones mittels Software
realisiert
 Abschaltung der VAD-Funktion
 künstliches Rauschen (Comfort Noise)
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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
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
…
…
…
…
…
zusätzliche Aufgaben
–
–
–
Benutzeridentifizierung und Berechtigungen
Erfassung von Abrechnungsdaten
Zugriff auf X.500 - Verzeichnisdienste
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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)
H.323
•
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
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{
Schicht 4
Audio
Codecs
Video
Codecs
RAS
H.245 Q.931 T.120
RTP/RTCP
UDP
TCP
Schicht 3
IP
Schicht 2
LINK
Schicht 1
PHYSIK
Stephan Feyerabend
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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
Quelle: http://www.webex.com/
ähnlich der ISDN-Signalisierung über D-Kanal
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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)
•
H.235 Sicherheit
–
•
H.450 Zusatzdienste
–
•
Real Time Protocol (RTP), dient dem
Ende-zu-Ende-Transport von Echtzeitdaten
–
–
–
–
Pakettypenbezeichnung
Reihenfolgennummerierung
Zeitstempel
Überwachung der Paketablieferung
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•
Authentisierung, Verschlüsselung
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):
H.323
{
Audio
Codecs
Video
Codecs
RAS
H.245
Q.931
T.120
RTP/RTCP
–
–
jedes Datenpaket erhält vollständige
Adressinformation
Schicht 4
keine Information über die Vollständigkeit und
Reihenfolge der Datenpakete
Schicht 3
IP
Schicht 2
LINK
Schicht 1
PHYSIK
verbindungslose Zustellung
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UDP
TCP
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H.323 Standard
H.323 über IP basierte Netzwerke
H.323
•
{
Schicht 4
–
–
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
Video
Codecs
RAS
H.245
Q.931
T.120
RTP/RTCP
Transmission Control Protocol TCP:
–
Audio
Codecs
TCP
UDP
Schicht 3
IP
Schicht 2
LINK
Schicht 1
PHYSIK
verbindungsorientierte Zustellung

wird zur zuverlässigen Einrichtung eines Anrufs von VoIP benutzt
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H.323 Standard
H.323 über IP basierte Netzwerke
H.323
•
{
Video
Codecs
RAS
H.245
Q.931
T.120
RTP/RTCP
User Datagram Protocol UDP:
Schicht 4
–
Audio
Codecs
Ankunft der Datagramme und Reihenfolge
nicht garantiert
UDP
TCP
Schicht 3
IP
Schicht 2
LINK
Schicht 1
PHYSIK
verbindungslose Zustellung


wird bei VoIP zur Übertragung des
eigentlichen Sprachverkehrs benutzt
niedrige Verzögerungszeit ( unter 150 ms)
wichtiger als die zuverlässige Übertragung
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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
Echtzeitdatenübertragung
sowie RAS wird UDP eingesetzt
•
für Multipointkonferenzen setzt H.323 UDP,
IP-Multicast und RTP ein
•
bei der verbindungslosen Echtzeitdatenübertragung
über UDP wird das Zusammensetzen der Daten in
höhere Protokollebene verlangt
Quelle: magazine.web.de/de/themen/
 RTP mit Sequenznummern, Zeitstempel und einem
Jitter Buffer
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Quality of Service
Motivation
•
Echtzeitdaten müssen beim Transport durch das Netzwerk Priorität
erhalten
Prinzip
Quelle: http://www.lightspeed.ca
•
Best Effort
•
Sprachdaten erhalten im LAN/WAN durch Switches/Router eine
Priorität vor anderen Daten
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Quality of Service
Realisierung
•
Class of Service (CoS)
–
•
bezeichnet die Etikettierung
der 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/
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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-/UDPAnwendungsportnummern
–
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
H.323
Audio
SIP
Video
Audio
Video
RTP
•
•
SIP soll die Möglichkeiten des Internets
nutzen, anstatt „Altlasten“ aus der
herkömmlichen Telefonie zu verwenden
Gemeinsamkeit ist die Verwendung von
RTP zur Echtzeitdatenübertragung
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UDP
TCP
IP
ATM
Ethernt
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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)
•
magazine.web.de/de/themen
•
www.fh-merseburg.de
•
c‘t 2/2006
•
www.voip.bisnet.pl
•
www.isoc.org/seinit
•
www.voip-info.de/wissen
•
www.elektronik-kompendium.de
•
www.cisco.com
•
econf.switch.ch
•
www.gwdg.de
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Quelle: magazine.web.de/de/themen
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