1 Einleitung
1.1 Die Entstehung von VoIP
1.2 Motivation und Ziel
2 Grundlagen
2.1 Audiocodecs
2.2 Protokolle
2.2.1 H.323
2.2.2 Session Initiation Protokoll
2.2.3 Inter-Asterisk-Exchange-Protokoll
2.2.4 Real-Time Transport Protocol
2.3 DNS, NAT und Firewalls
2.4 Rechtliche Aspekte
3 Einrichtung der Testsysteme
3.1 Teamspeak
3.1.1 Installation und Konfiguration
3.1.2 Betrieb und Leistungsmessung
3.1.3 Vorteile und Nachteile
3.2 Asterisk
3.2.1 Installation und Konfiguration
3.2.2 Betrieb und Leistungsmessung
3.2.3 Vorteile und Nachteile
3.3 openH.323
3.3.1 Installation und Konfiguration
3.3.2 Betrieb und Leistungsmessung
3.3.3 Vorteile und Nachteile
4 Fazit und Ausblick
5 Anhang
5.1 Abkürzungsverzeichnis
5.2 Konfigurationsdateien
5.3 Abbbildungsverzeichnis
5.4 Tabellenverzeichnis
5.5 Quellenverzeichnis
„Unter Voice over IP (kurz VoIP) versteht man einfach nur das Telefonieren über Computernetzwerke mittels des Internet-Protokolls (IP). Je nachdem, wie und wo das Telefonieren dabei statt findet, spricht man von IP- Telefonie, Internet-Telefonie oder LAN-Telefonie, manchmal aber auch von DSL-Telefonie. Die Technik ist aber immer dieselbe und wird mit Voice over IP bezeichnet.
IP-Telefonie ist nur ein anderer Begriff, der alles etwas technikneutral auf IP-Basis umschreibt. LAN-Telefonie ist eine Spezialform der IP-Telefonie. Hierbei wird die bisherige TK-Anlage in einem getrennten Kabelnetz ersetzt und die Telefone in das Datennetz eines Unternehmens integriert. Damit laufen die Daten und die Sprache über ein Netz. Dazu braucht man IP-fähige Telefone (noch teurer), ein für Sprache geeignetes Datennetz (heute zu 95% auf Ethernet-Basis) und einen Telefonie-Server für die Vermittlung und Leistungsmerkmale. Bei der Internet-Telefonie wird über ein Weitverkehrsnetz telefoniert, nämlich dem weltweit größten WAN, dem Internet. Da VoIP für den Massenmarkt erst richtig Sinn macht, wenn man zuhause eine DSL-Leitung sein eigen nennt (Ende 2005 ca. 7 Mio. in Deutschland), spricht das Marketing der Anbieter oft von DSL-Telefonie. DSL ist aber nur der Zubringer zum Internet, deshalb ist dieser Marketing- Begriff nicht ganz ernst zu nehmen.“1
Die Idee, Sprache in digitaler Form gemeinsam mit Daten im gleichen Netzwerk zu übertragen, ist keinesfalls neu. Unter der Federführung der CCITT wurden Normen für digitale Sprachübertragung schon in den 80er Jahren festgelegt. ISDN bestimmt auch heute noch die Kommunikation.
Das CCITT wurde 1993 in die ITU integriert. Die ITU machte bereits in den frühen 90er Jahren erste Vorschläge für Videokonferenzen. Die Vorschläge wurden dann aus Kostengründen auf die IP-Protokollfamilie angepasst. Aus diesen Vorschlägen entwickelten sich dann die ersten Produkte zur Sprachübertragung im Internet.
Diese ersten Produkte waren jedoch nicht standardisiert, so dass die vielen unterschiedlichen Produkte nicht untereinander kompatibel waren. Dies führte unweigerlich zu einem Abebben der anfänglich recht großen Euphorie. Bis zu einem erneuten Aufleben der Sprachübertragung über WAN verlagert sich der Schwerpunkt. Man beschränkte sich auf die betriebsinterne und auf privaten Leitungen stattfindende Kommunikation.
Mit den immer mehr sinkenden Kosten für Internetbreitbandanschlüsse und der Erstellung des SIP-Standards durch die IETF und die ETSI, war dann die Wiedergeburt von Sprachübertragung über IP-Netze erreicht. War das Thema VoIP bisher hauptsächlich für Unternehmen interessant, so wird es nun auch mehr und mehr für Privatanwender interessant. Ausschlaggebend hierfür sind hauptsächlich drei Punkte:
1. Erweiterung der Protokolle um Funktionen und Komfort, wie dieser nur von Nebenstellenanlagen bekannt war.
2. Ständige Überarbeitung und Vereinfachung der Endgeräte. Diese können heute nahezu von jedem ohne tiefgreifende Computerkenntnisse in Betrieb genommen werden.
3. In den vergangen Jahren preislich stark gefallene Kosten für Kombinationspakete aus breitbandigem Internetanschluss und VoIP
Der ständige persönliche Kontakt zwischen Studenten und Dozenten bei einem Präsenzstudiengang ermöglicht es sich jederzeit in einem Gespräch auszutauschen. Diese Möglichkeit des direkten Austauschs ist bei einem online-Studium nur eingeschränkt vorhanden. Den Studenten stehen hierfür email und das Lernraumsystem der VFH mit Chat und Forum zur Verfügung. Oftmals ist es aber schneller und einfacher kürzer über ein Thema persönlich zu reden, als diese per email oder in einem Forum zu diskutieren.
Aus meiner persönlichen Erfahrung während des Studiums wird die Chatfunktion sehr selten genutzt. Meiner Meinung nach ist die doch recht aufwendige und zeitintensive Nutzung eines rein textbasierten Chats im Vergleich zu einem sprachbasierten Chatsystem nicht zuletzt einer der Gründe hierfür. Die Funktion eines sprachbasierten Chatsystems würde die Attraktivität für Treffen außerhalb von Präsenzen im einem Chatsystem erhöhen.
Für die Teilnahme an dem online-Studium „Medieninformatik online“ an der VFH sind ein Computer sowie ein Internetanschluss Voraussetzung. Die grundlegenden technischen Voraussetzungen für die Teilnahme an einem VoIP-System sind somit bei jedem online-Studenten vorhanden. Für eine komfortable Nutzung der computergestützten Telefonie ist lediglich noch ein Headset mit Mikrofon erforderlich. Dies ist im Handel bereits unter 10,00 Euro erhältlich. Somit sind für die Studenten auch keine kostenintensiven Anschaffungen notwendig.
Das Ziel dieser Arbeit ist, verschiedene Möglichkeiten für ein sprachbasiertes Chatsystem aufzuzeigen und eines der Systeme betriebsbereit zur Verfügung zustellen. Folgende Kriterien sollen dabei besonders berücksichtigt werden:
- Bereitstellung eines Serversystems, das sowohl für das Betriebssystem wie auch für die VoIP-Software lizenzgebührenfrei ist
- einfache Konfiguration, Bedienung und Wartung des Serversystems,
- lizenzgebührenfreie Clientsoftware,
- Clientsoftware, mindestens für Windows und Linux, optional auch für Mac OS.
Vereinfacht kann man die Struktur eines IP-Telefonats wie in untenstehender Abbildung dargestellt beschreiben.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1, Grundlagen – Struktur IP-Telefonat 2
Diese Zeichnung zeigt auf Grund der besseren Übersichtlichkeit die Übermittlung nur in einer Richtung, selbstverständlich erfolgt diese Übermittlung in gleichem Schema in beide Richtungen. Um den Ablauf besser verstehen zu können, werden in den folgenden Unterkapiteln die Grundlagen für die einzelnen Schritte genauer erläutert.
Damit Sprache digital übertragen werden kann, müssen zunächst die analogen Sprachsignale in diskrete Werte umgewandelt werden. Dies geschieht, indem ein Analog-Digital-Wandler die von einem Mikrofon empfangen Schwingungen umwandelt. Danach werden die diskreten Werte kodiert, damit soll der Umfang der zu übertragenden Daten möglichst gering gehalten werden. Für die Kodierung stehen verschiedene Codecs zur Verfügung. Die Gesprächsgüte sowie die Datenmenge hängen von dem ausgewählten Codec ab. Eine Auswahl verschiedender Codecs und ihrer Eckdaten sind in nachfolgender Tabelle zu sehen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 1, Codecs 3
Für eine genauere Kalkulation der Bandbreite sind zahlreiche Bandbreitenrechner in Internet verfügbar. Einen einfachen Bandbreitenrechner findet man z.B. unter http://www.ip-phone-forum.de/cmps_index.php?page
=nikotelrechner, einen etwas ausführlicheren Kalkulator kann man unter
http://www.bandcalc.com vorfinden.
Bei der Übertragung der Sprachdaten handelt es sich um Echtzeitdaten, daher können hier keine Protokolle verwendet werden, die mit einer Flussteuerung und einer wiederholten Übertragung bei Paketverlust arbeiten. Aus diesem Grund werden für die Übertragung Protokolle auf der Basis von UDP verwendet. Weiterhin ist das TCP-Protokoll nicht multicast-fähig und scheidet somit im Bereich von Konferenzschaltungen generell aus. Außerdem ist bei VoIP-Anwendungen der Paketverlust relativ unkritisch. Es werden, je nach Codec, Verlustraten zwischen 1% und 20% toleriert.
Bei H.323 handelt es sich nicht um ein Protokoll, sondern um ein komplettes Rahmenwerk von Funktionen rund um die Telefonie in IP-basierten Netzwerken. Im November 1996 wurde die Protokollfamilie unter dem Namen „H.323: Visual telephone systems and equipment for local area networks which provide a non-guarnteed quality of service“4 erstmals ver- öffentlicht. Wie an dem Namen schon zu erkennen ist, war H.323 ursprünglich nur auf lokale Netzwerke ausgelegt. Die aktuelle Version 5 von H.323 ist seit Juli 2003 unter dem Namen „Packet-based multimedia communications systems“5 veröffentlicht und ist nicht mehr nur auf lokale Netzwerke ausgelegt. Obwohl das H.323 Rahmenwerk sehr umfangreich definiert ist, kann es jedoch zwischen H.323-kompatiblen Geräten zu Problemen kommen. H.323-kompatibel bedeutet nämlich lediglich, dass die Audiofähigkeit nach G.711 sowie die Signalisierung nach H.225 und H.245 implementiert sind. Alle weiteren Komponenten von H.323 sind optional. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die Bestandteile von H.323.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 2; Übersicht H.323 Framework 6
Da H.323 nicht das Kernthema dieser Arbeit ist, jedoch ein Grundverständnis des Rahmenwerks erfordert, sollen im Folgenden nur die wichtigsten Komponenten kurz angesprochen werden.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2, H.323 - Komponeten 7
Terminal
Ein Terminal ist nach der H.323 Definition ein Endgerät. Hierbei erfolgt keine weitere Unterscheidung, von welcher Art dieses Endgerät ist (z.B. Videoendgerät, Audioendgerät, FAX usw.). Verglichen mit der herkömmlichen Telefonie ist das Telefon dann das Terminal.
Gateway
Mittels eines H.323-Gateways wird ein Übergang zu anderen Netzen realisiert. Ein Gateway ist eine optionale Komponente. Da diese allerdings den Übergang in andere Netze ermöglicht, ist ein Gateway fast immer vorhanden. Ein Gateway ermöglicht also z.B. die Verbindung eines H.323- Netzes mit dem öffentlichen Telefonnetz, indem es die anfallenden Daten zwischen den zwei Netzen konvertiert.
Gatekeeper
Ein Gatekeeper ist innerhalb eines H.323-Netzes eine optionale Komponente. Der von einem Gatekeeper kontrollierte Bereich wird als H.323- Zone bezeichnet. Es kann pro H.323 Zone nur einen Gatekeeper geben. Ist ein Gatekeeper vorhanden, so hat dieser eine zentrale Rolle innerhalb dieser Zone. Der Gatekeeper übernimmt dann die Registrierung der Teilnehmer, die Auflösung der Teilnehmernummern zu IP-Adressen, verwaltet Regeln für alle Komponenten innerhalb des H.323 Zone.
Multipoint Control Unit
Die Multipoint Controls Unit (MCU) ist nur für Konferenzen mit mehreren Teilnehmern erforderlich. Damit ist die MCU ebenfalls eine optionale Komponente innerhalb eines H.323-Netzes. Die MCU koordiniert die Signalisierung und Verteilung der verschiedenen Datenströme.
Das Session Initiation Protokoll (SIP) hat sich mittlerweile zu einem der am weitesten verbreiteten und damit eines der wichtigsten Protokolle für VoIP entwickelt.
Im Gegensatz zu H.323 handelt es sich nicht um eine Protokollfamilie, sondern um ein reines Signalisierungsprotokoll. Das Protokoll wurde von der IETF entwickelt und ist in RFC 3261 definiert. Das SIP-Protokoll alleine ist für eine VoIP-Übertragung nicht ausreichend. Hinzu kommt noch das Session Description Protokoll (SDP). Über SDP werden alle Parameter, die die Übertragung betreffen wie z.B. Codecs, Transportprotokoll etc., ausgehandelt. Als Transportprotokoll wird meist das Realtime Transport Protokoll verwendet. Die grundsätzliche Arbeitsweise von SIP ist mit dem HTTP-Protokoll vergleichbar. Einzelne Aktionen werden durch textbasierte Nachrichten im Request / Response-Verfahren ausgelöst.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3, SIP - Rufaufbau
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 4, SIP - Komponenten
Useragents
Alle SIP-fähigen Endgeräte sind Useragents. Gleich ob es sich um reine Softwarelösungen, z.B. Softphones, oder Hardwarelösungen, z.B. SIP- fähige Telefone handelt. In einem Useragent sind immer zwei Komponenten vorhanden: der User-Agent-Client und der User-Agent-Server. Diese zwei Komponenten lassen sich jedoch nur rein logisch unterteilen, da für eine Kommunikation immer beide Teile vorhanden sein müssen. Der User Agent-Client sendet Anfragen und verarbeitet die Antworten. Der User- Agent-Server nimmt die Anfragen entgegen und versendet Antworten.
Server
Bei den Servern unterschiedet man drei unterschiedliche Arten: Proxy- Server, Registrar-Server und Redirect-Server. Im Gegensatz zum Useragent können die Server nicht nur logisch unterschieden werden, sondern können auch physikalisch getrennt sein.
Proxy-Server
Wie in Abbildung 3 zu erkennen ist, spielen Proxy-Server eine zentrale Rolle in einem SIP-Netzwerk. Der Proxy-Server nimmt Anfragen entgegen und leitet diese dann weiter. Die Weiterleitung muss nicht direkt an den Kommunikationspartner erfolgen, sondern kann auch an einen weiteren Proxy-Server, der über mehr Informationen verfügt, erfolgen. Für einen Proxy-Server gibt es zwei Varianten: zustandslos (stateless) und sitzungsorientiert (stateful).
Stateless-Proxies speichern keine Sitzungszustände. Sie leiten die Datenpakete unabhängig voneinander einfach weiter. Diese Variante stellt keine hohen Anspruche an die Leistungsfähigkeit des Servers und dient vorrangig als schnelle Routingmöglichkeit.
Stateful-Proxies speichern die Sitzungszustände und halten die Daten in einem Cache über die gesamte Sitzung verfügbar. Auf Grund der Zwischenspeicherung der Daten, sind an einen Stateful-Server wesentlich höhere Anforderungen gestellt, als an einen Server der
Stateless-Variante. Dafür bietet er aber auch einige Funktionen mehr, wie z.B.:
- Durch die Zwischenspeicherung kann innerhalb einer Konferenz eine bessere Datenvermittlung erreicht werden.
- Der Server kann auch doppelt versandte Nachrichten abfangen,
da durch die Zwischenspeicherung bekannt ist, ob diese Nachrichten bereits empfangen wurden.
[...]
1 http://www.voip-information.de/voip-voice-over-ip.html
2 vgl. Ackermann, Ralf und Dittler, Hans Peter: IP-Telefonie mit Asterisk, S. 4
3 vgl. Ackermann, Ralf und Dittler, Hans Peter: IP-Telefonie mit Asterisk, S. 6
4 vgl. ITU-T; http://www.itu.int/rec/T-REC-H.323-199611-S/en
5 vgl. ITU-T; http://www.itu.int/rec/T-REC-H.323-200307-S/en
6 vgl. http://www.voipango.de/oxid.php/sid/ecddb4456dfc3e6e00d08bc0ae8976a0/cl/content/ tpl/df14419788ec45166.11076348
7 Lernmodul VFH: Kommunikationsnetze II, Abbildung 6.1
