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IPhone 1 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler, Hochschule Mittweida (FH), Fachbereich EE InternetPhone9705 Telefonieren über das Internet Voice over the.

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1 iPhone 1 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler, Hochschule Mittweida (FH), Fachbereich EE InternetPhone9705 Telefonieren über das Internet Voice over the Net (VON) Übersicht: Internetdienste treten partiell in Konkurrenz zu klassischen Diensten wie z.B. Faksimile und Telefonie. Im vorliegenden Beitrag wird die Telefonie im Internet betrachtet. Einleitend werden kurz der Aufbau, die Standardisierung und die Nutzerentwicklung im Internet skizziert. Dieser Teil soll zeigen, warum das Innovationstempo und die Verbreitung von akzeptierten Produktion so hoch und deshalb für andere Anbieter und Betreiber so gefährlich sind. Nach einer Übersicht was Internettelefonie ist, wie sie im Prinzip funktioniert, werden Produkte vorgestellt. Anschließend werden das Echtzeit-Datenübertragungsprotokoll RTP (Real Time Protocol) und der integrale Steuerpart RTCP (RTP Control Protocol) besprochen.

2 iPhone 2 Ende der 60-er Jahre entstand in den USA das Arpanet. Das US-Verteidigungsministerium sponsorte diese Unternehmung. Ziel war, ein unkompliziertes, bezahlbares Netz zu erhalten indem man die besten Technologien des öffentlichen Netzes dann auch für das militärische Netz übernahm. Zuerst wurden wissenschaftliche Einrichtungen angeschlossen. Viele Interessierte trieben die Entwicklung voran. Lebendigkeit Die technische Regelungen (Request for Comment) sind offen. Informiertheit Eine wichtiger Schritt war die Entwicklung von universellen Datentransport- Protokollen (TCP/IP-Suite genannt). Damit wurde eine weltweite Kommunikation zwischen verschieden Rechnerwelten möglich. Offenheit Damit einher verlief die Entwicklung und Verbreitung von Anwendungen (FTP, Telnet, , WWW,...) und deren Protokollen. Seit 1983 wird die Bezeichnung Internet verwendet. Die Anzahl der Teilnehmer und Service-Provider steigt sprunghaft. Entwicklung und Betrieb des Internet /InternetWuD/

3 iPhone 3 Entwicklung und Betrieb des Internet /InternetWuD/ Europäer wollten eigenes OSI-Netz aufbauen COSINE TCP/IP war schneller, weil unkomplizierter und kleiner (keine Schichten 5 und 6) Wer mit Standards Geld verdienen will behindert das Kennenlernen, die Verbreitung, das Entwicklungstempo (ITU, ETSI, ECMA) Das Internet hielt auch in Europa Einzug Novum im Internet ist die Gebührenordnung: –keine Verbindungsgebühren –moderate Zugangsgebühren für Privatnutzer (10-20 DM/Monat) –Zugänge öffentlicher Einrichtungen werden steuerfinanziert Ein großer Kostenfaktor sind die Telefongebühren. Eine Stunde surfen kostet 1) : – Uhr:1,80 DM – Uhr und Uhr:2,88 DM – Uhr: 4,80 DM 1) es wurde angenommen, daß der Server über eine Cityverbindung erreichbar ist

4 iPhone 4 Entwicklung und Betrieb des Internet /InternetWuD/ Das Internet ist ein anarchisches Netz, es wird nur reguliert und nicht reglementiert Verhaltenskodex: Netiquette 1992 Gründung der Internet Society (ISOC) Innerhalb der ISOC ist das Internet Activity Board (IAB) für die technische Weiterentwicklung zuständig. Im IAB gibt es zwei Gremien: –IETF (Internet Engineering Task Force) für kurzfristige technische Entwicklungen, –IRTF (Internet Research Task Force) für langfristige technische Entwicklungen. Technische Festlegungen werden als RFCs (Request for Comment) bezeichnet: –derzeit gibt es ca. 6000, –50 RFCs sind Internetstandards. RFCs sind frei verfügbar. Jeder kann RFC einreichen. Das IAB prüft. –Wenn sinnvoll: Proposed Standard –Liegen mindesten zwei unabhängige Implementierungen vor, die zusammenarbeiten: Draft Standard –Erfolgt nennenswerte Anwendung: Internetstandard

5 iPhone 5 LAN Hub LAN Intranet Service Provider LAN Intranet Service Provider GW Internet Backbones Internet Service Provider GW Fernsprechnetz Aufbau des Internet

6 iPhone 6 Internet LAN permanente Zugänge LAN Intranet-Host des Providers X Internet-Host des Providers Z Permanente und temporäre Internetzugänge PC mit ISDN-Karte Internet-Host des Providers B PC mit Modem PC mit ISDN-Karte Fernsprechnetz PC mit Modem PC mit ISDN-Karte temporäre Zugänge TK-Anlage Intranet

7 iPhone 7 Einige Zahlen zur Entwicklung des Internet /http://www.aw.com/ Pro Host rechnet man mit 8-10 Nutzern, so daß man Ende 1996 von ca Mio. Nutzern ausgehen kann. Aufgrund des hohen Wachstums müssen Internetentwicklungen ernst genommen werden Anzahl der Hosts weltweit

8 iPhone 8 Der Unterschied zwischen herkömmlicher und Internettelefonie PSTN Übertragen wird ein kontinuierlicher Datenstrom von 64 kbit/s über fest geschaltete Duplexkanäle. Die Sprache wird PCM-codiert. Stimmt das? PCM- Codec PCM- Codec PCM- Codec PCM- Codec PCM- Codec PCM- Codec PCM- Codec PCM- Codec PCM- Codec PCM- Codec ?

9 iPhone 9 Der Unterschied zwischen herkömmlicher und Internettelefonie Übertragen werden Datagramme mit Sprachdaten. Jedes Datagramm wird neu geroutet, hat unter- schiedliche Laufzeit und kann verloren gehen. Es werden verschiedene Sprachcodierverfahren verwendet, aber nicht PCM! PC mit Soundkarte zur Sprachkodierung, einem Internettelefonieprogramm und einem Internetzzugang G G Internet G G G G G G Stimmt das? Codec ? PH G G G G G G G G Datagram 1Datagram 2Datagram 4Datagram 3Datagram 5 PH Packet handler

10 iPhone 10 Drei Basisszenarien für Internet-Telefonie Internet PSTN Phone-Gateway PSTNInternetPSTN Phone-Gateway iPhone-to-iPhone iPhone-to-PSTN-Phone PSTN-Phone-to-PSTN-Phone

11 iPhone 11 Aufrüsten eines Rechners zum iPhone bzw. iVideoPhone NT BA Soundkarte Videokarte (mit ISDN oder Modem) LAN-Karte ISDN oder (Modemkarte) Internet NT BA Fernsprechnetz Permanenter Internetzugang Temporärer Internetzugang

12 iPhone 12 iPhone-to-iPhone: mögliche Hard-Softwarestruktur LAN-Karte ISDN oder Modemkarte DSP Mikroprogramm DatenPuffer IP RTPSession Protocol Directory Protocol IRCFTPSMTP PPP/SLIPPakettreiber Statusanzeige RuheCallAbbau Anzeige aktiver Teilnehmer und deren Dienste ChatFTPMail Plug Ins Filesystem Codierte Analogsignale Paketierer/ Depaketierer Ruf- steuerung Übertragungs- steuerung UDPTCP InternetPhoneApplication RTCP Soundkarte

13 iPhone 13 iPhone-to-iPhone: beteiligte Instanzen und deren Relationen Sess DirVoice PlugIns Dir Sess Voice PlugIns Anmeldung und Abfrage, wer angemeldet ist Sessionsteuerung (Aufbau, Abbau, Qualität) Übertragung von Sprachdaten-Paketen FTP, , Chat Internet Directory Server iPhone

14 14 iPhone-to-iPhone: beispielhafter Ablauf einer Session Internet Directory Server iPhone Anmeldung (Gruppe(n), Dienste) Übertragung aktiver Teilnehmer Verbindungsanforderung für Sprache Annahme (Ablehnung) der Verbindung z.B FTP Kommunikation hx oder dx Verbindungsanforderung für z.B. FTP oder Chat Annahme (Ablehnung) der Verbindung Abbau der Sprachverbindung Abmeldung

15 iPhone 15 iPhone-to-iPhone: Installation von Internet Phone 3) 5) 4)

16 iPhone 16 iPhone-to-iPhone: Internet Phone von VocalTecLtd.

17 iPhone 17 iPhone-to-iPhone: Internet Phone von VocalTecLtd. Voic -Oberfläche Whiteboard-Oberfläche Chat-Oberfläche

18 iPhone 18 iPhone-to-iPhone: NetMeeting von Microsoft

19 iPhone 19 iPhone-to-iPhone: NetMeeting von Microsoft

20 iPhone 20 Phone Blaster iPhone-to-PSTN-Phone: Prinzip eines Internet-Phone-Gateway's LAN-Karte oder ISDN- bzw. Modemkarte Phone Blaster ISDN-Karte a/b S0S0 TCP/IP-Stack Packet handler Code- Wandlung Stream handler Session-SteuerungCall Control Agent Hardware Software

21 iPhone 21 iPhone-to-PSTN-Phone: Vereinfachter Ablauf Internet Phone-Gateway einer Stadt, Region... iPhone PSTN-Phone iPhone mit IP-Adresse x+ LOGIN + PSTN-Rufnummer ruft Gateway mit IP-Adresse y Hörer ab PSTN Hörer abnehmen, Wählzeichen abwarten, wählen B-Tln. Wird gerufen 64 kbit/s- PCM x kbit/s- y-codiert Datagram 1Datagram 2Datagram 4Datagram 3Datagram 5Datagram 2Datagram 1 Auflegen

22 iPhone 22 iPhone-to-PSTN-Phone: Dailer

23 iPhone 23 Das Real Time Transport Protocol - RTP Applications Real Time Protocol (RTP) RTP Control Protocol (RTCP) RTP Control Protocol (RTCP) User Datagram Protocol (UDP) User Datagram Protocol (UDP) Internet Protocol (IP) Internet Protocol (IP) Ethernet Token Ring/Bus IPX/SPX (Internet Packet Exchange / Sequenced Packet Exchange) IPX/SPX (Internet Packet Exchange / Sequenced Packet Exchange) ATM AAL5 AAL5: dieser Type ist für burstartigen, verbindungslosen Datenverkehr vorgesehen other Network protocols other Network protocols

24 iPhone 24 Das Real Time Transport Protocol - RTP Byte Order, Alignment, Time Format /RFC 1889/ RTP-Funktionen im Überblick sind: –Anzeige des Pakettypes, d.h. es wird der Nutzlasttyp angezeigt, –Sequenznumerierung (Anfangswert ist Zufallswert, wird in jedem Paket um 1 erhöht), –Zeitstempel (Absolute Zeit: diese kann mit dem Network Time Protocol (NTP) ermittelt werden). Der Header hat folgenden Aufbau: VPX CC M Packet Type Sequence number Timestamp Synchronisation source (SSRC) identifier Contribution source (CSRC) identifiers Sprach-, Videodaten

25 iPhone 25 Das Real Time Transport Protocol - RTP Sample RTP network with endsystems, mixers and translaters /RFC 1889/ E1 E2 E3 E6 E4 E7 M1 M2M3 E5 T1T2 E1:17 E2:1 E3:64M2:12(64)E5:45 M3:89(45,64) E4:47 M1:48(1,17) E4:47 M1:48(1,17) E4:47 E6:15 M3:89(45,64) E6:15 E - Endsystem M - Mixer T - Translator Notation: : SSRC(CSRCs)

26 iPhone 26 RTP Control Protocol - RTCP Hauptmerkmale /RFC 1889/ RTCP ermöglicht zyklische Übertragung von Kontrollpaketen zu allen Teilnehmern. Es werden dafür die gleichen Transportmechanismen wie für RTP-Pakete verwendet. RTCP-Pakete beginnen mit einem fixen Teil, gefolgt von einem strukturierten Teil variabler Länge, aber immer in 32-Bit-Schritten. Mehrere RTCP-Pakete können in einem Paket zusammengefasst werden, wobei aber jeder Teil seine eigene Kennung und Längenangabe hat. Der unterlagerte Stack muß RTP- und RTCP-Pakete multiplexen können. RTCP liefert folgende 4 Funktionen: –Rückmeldung zur Qualität, –RTCP überträgt einen Namen zur Identifizierung der Sitzungsteilnehmer, –Begrenzung der Menge von RTCP-Paketen, –Optional wird eine einfache Sitzungskontrolle unterstützt. Insgesamt wurden für RTCP 5 Pakettypen definiert: –SR (Sender report), Senderberichtspaket, –RR (Receiver report), Empfangsberichtspaket, –SDES (Source Descriptions), zur Beschreibung der Quelle von Echtzeitdaten, –BYE, zur Abmeldung aus einer Konferenz, –APP (Application), applikationsspezifische PDU

27 iPhone 27 RTP Control Protocol - RTCP Der Senderbericht - SR /RFC 1889/ VPPacket Type = 200Length NTP timestamp, most signification word RC Synchronisation source (SSRC) identifier NTP timestamp, least signification word RTP timestamp Senders packet count Senders octett count SSRC_1 (SSRC of first source) Fraction lost Interarrival jitter Last SR (LSR) Delay since last SR (DLSR) Header Sender Info Cumulative number of packets lost Extended highest sequence number received SSRC_2 (SSRC of second source) Report Block 1 Report Block 2

28 iPhone 28 Literatur /InternetWuD/ Scheller, Boden, Geenen, Kampermann: Internet - Werkzeuge und Dienste, Springer-Verlag, 1994 /Pulver.com/ Pulver: /TelefonPerINet/ Knetsch, Mörsdorf: Telefonieren per Internet - Raubzug oder Bereicherung?, ntz 6/1197, S /TelefonieÜberIP/Schilder: Zwischen Gimmick und Größenwahn, Gateway Juli 97, S /PCBasedPhoneSystems/ Pacific Telephony Design: A Comparative Analysis of PC Based Phone Systems, /BuildInternetPBX/Pacific Telephony Design: How to Build an Internet PBX, /MultimediaArchitecture/ Internet Engineering Task Force: The Internet Multimedia Conferencing Architecture, Internet- Draft-ietf-mmusic-confarch-00 /RealTimeTransportProtocol /: Armin Schieber: RealTimeTransportProtocol, /RFC1889/Internet Engineering Task Force: "Real Time Transport Protocol - RTP" /RFC1890/ Internet Engineering Task Force: "Real Time Transport Control Protocol - RTCP"

29 iPhone 29 Begriffe

30 iPhone 30 Begriffe [RFC 1889]

31 iPhone 31 Implementierungsstrategien für eine Internet-PBX Internet PSTN PhoneCard DSP- basierte Codec Trunk-Ports Trunks a/b Trunks PBX iPhoneGate

32 iPhone 32 ACL-basiertes iPhoneGate Internet PhoneCard a/b PSTN Trunks PBX iPhoneGate ACL

33 iPhone 33 Kommender und gehender iPhone-Call aclVerbinde(A, B) iCall(IP-AdresseA, IP-Adresse B) PhoneCard Ruf an A A wird aktiv PhoneCard Ruf an B B wird aktiv aclVerbunden(A, B) Codec, PAD Sprachdatenpakete B wird passiv aclClearCall(A, B) iCallEnd A aktiv, wählt TDD A wählt IP-Adresse aclVerbinde(A, B) iCall(IP-AdresseA, IP-Adresse B) Codec, PAD Sprachdatenpakete iCallOK

34 iPhone 34 aclVerbinde(A, PSTN-Adr) PhoneCard Ruf an A AgentX passiv Codec, PAD Auswahl einer Dienstleistung (PSTN-Adresse|IP-Adresse) B wird passiv aclClearCall(A, B) iCallEnd iUser geht auf Homepage der Fa. X. Über Applet wählt er z.B. Support|Service aclMonitor(AgentX) AgentX frei A aktiv Rufe PSTN-Teilnehmer

35 iPhone 35 Weiteres Vorgehen Implementierungsszenarien für ein ACL-basiertes iPhoneGate: –Funktionsverteilung (ev. mit TINA-Ansatz), –MSCs für die wichtigsten Abläufe, –Beschreibung möglicher Anwendungsszenarien im Internet bzw. Intranet. Weitere Untersuchung von Protokollen für Echtzeitanwendungen: –RTP/RTCP, –Protokollmethoden zur Verbesserung der Skalierbarkeit, der Qualitätssicherung, der Überlaststeuerung (Congestion Control), wie z.B das RSVP (Ressource Reservation Protocol), –Datensicherheit. Internetaktivitäten in Richtung MBONE (Multicast Backbone), dem virtuellen Netz innerhalb des Internet für audio-visuelle Echtzeitkommunikation. H.323

36 iPhone 36 Implementierungsstrategien Internet-PBX /www.phonezone.com/ip-phone.html/

37 iPhone 37 Wie konstruiert man eine Internet-PBX (www.phonezone.com/ip- phone.html) Implementierungsstrategien: reine Softwarelösung Von allen diskutierten Methoden ist die reine Softwarelösung am einfachsten zu implementieren. Der Entwickler kann auf der Hardware existierender Telephony cards aufsetzen. Beispielsweise: –PhoneBlaster (Creative Lab) –D/41E-SC card (Dialogic) Diese Lösung ist deshalb einfacher, weil die Codecs, die Echo-Kompensation und die Call Control als Software auf dem PC laufen Die bringt natürlich Performanceprobleme mit sich. Die Anzahl der Ports ist sehr begrenzt. Aber die Lösung ist sehr kostengünstig. Die meisten auf dem Markt befindlichen PC-Lösungen nutzen diese Variante: –NetMeeting (Microsoft) –Internet Phone (Vacaltec) –Voicenet.

38 iPhone 38 Wie konstruiert man eine Internet-PBX (www.phonezone.com/ip- phone.html) Übersicht und Einführung Internet-Telephony (iPhone) ist derzeit ein viel diskutiertes Problem. Die Bandbreite geht von sehr schlecht bis gut. Fakt ist, das iPhone spottbillig gegenüber den normalen Fernverbindungen ist und das dies gehörigen Druck auf die Preise machen wird. Einführung: –Basisidee: Erweiterung einer PBX oder Key System um Internet Trunks. –Internet trunks verhalten sich so, wie einfache analoge Trunks: sie liefern eine Rufspannung, wenn ein Call ankommt sie liefern DTMF-Töne für DDI bei kommenden Calls sie präsentieren dem Switch Call progress tones (Rufzeichen, Besetzt) –Der Unterschied ist: Sprache wird komprimiert über ein TCP/IP-Interface übertragen. –Die Nutzung eines Internet-Trunk beim Herstellen eines Calls, ist genauso einfach wie mit dem herkömmlichen Telefon: der I-Trunk wird beispielsweise durch Wahl der Ziffer 7 ausgewählt, ist dieser frei, ertönt das Wählzeichen. Dann gibt man die Ziel IP-Adresse an, gefolgt von einer optionalen Erweiterungsnummer auf der Empfängerseite wird eine Person oder voice mail unit gerufen wenn sich diese meldet, kann man kostenlos ein Ferngespräch führen.

39 iPhone 39 Was ist Americas Carriers Telecommunication Association (ACTA)? Wer koordiniert die Arbeiten für Internet Phone? IPh wird bisher nicht so reguliert, wie die meisten Internet-Dienste. Die ACTA schrieb eine Petition an die Federal Communications Commission (FCC), damit diese nicht die IPh-Software verbietet. Der Chairman der FCC entäußerte sich dergestalt, daß man IPhone duldet. Das Telephony Interoperability Consortium (ITIC) koordiniert die Arbeiten zu IPh: –http://rpcp.mit.edu/~itel Viele Leute denken, daß das Internet Telephony Interoperability Consortium (ITIC) für Internet Telephony dasgleiche ist, wie das World Wide Web Consortium für das Web. Das ist nicht real. Das W3 consortium macht mehr, als nur ein Gerüst von Standards zu schaffen. ITIC ist nur ein Gremium zur Leitung von Forschungsarbeiten und zur Beseitigung von Barrieren bei der Nutzung des Internet für Telefonie und Echtzeit-Multimedia. Das schließt Studien zu Kernproblemen ein, wie z.B.: –Sicherung der Kompatibilität zwischen Applikationen, –Sicherung einer Mindestgüte des Dienstes usw.

40 iPhone 40 Wie konstruiert man eine Internet-PBX (www.phonezone.com/ip- phone.html) Implementierungsstrategien: DSP basierte Karte Die Implementation dieser Lösung ist schwieriger, aber besser. Die Vorteile sind höhere Verfügbarkeit und Skalierbarkeit Real-time Audio-Kompression/Dekompression und Echo-Kompensation sind sehrv rechenaufwendige Prozesse Die DSP-Karte nimmt diese Last von der Host-CPU weg Einer der Marktführer ist Quicknet Technologies (www.quicknet.net). Sie haben eine PC-Karte entwickelt, die Internet PhoneJACK heißt und folgende Merkmale hat: –Single Port –duplex voice card –arbeitet gut mit existierenden Internet Phone Applications zusammen, beispielsweise NetMeeting, Internet Phone. –bis zu 4 Karten können in einem PC untergebracht werden –die Karte unterstützt H.323-Kompressions/Dekompressionsalgorhythmen und adaptive Echokompensaion. Wenn die Softwareentwickler die DSP-basierten Algorhythmen nutzen, wird dies weitere Fortschritte bringen Micom (www.micom.com) ist ein weiterer Hersteller. Die entwickelte Karte ist für Corporate Networks: –Multiportkarte zur Anbindung einer PBX an ein WAN –V/IP (voice over IP networks) läuft unter verschiedenen Betriebssystemen –unterstützt analoge und digitale Trunks –verwendet G.729-Kompression zur Bereitstellung einer Qualität, die im öffentlichen Telefonnetz üblich ist

41 iPhone 41 Wie konstruiert man eine Internet-PBX (www.phonezone.com/ip- phone.html) Implementierungsstrategien: Stand-alone Eine Internet dial-tone box soll einfach in bestehende PBX integrierbar sein, entweder: –indem es analoge Trunks emuliert –oder indem es als Karte in die PBX geschoben wird. DSP-basierter Codec und TCP/IP-Signalgabe Flash RAM for DSP-Code Flash RAM for DSP-Code RAM for Buffering Data RAM for Buffering Data D/A-Converter - DTMF Decoder - Loop Current/Ring Voltage Generator 10B-T Rx/Tx- Module Analog lines TCP/IP- Net Internet Dial-Tone Box PBX Internet or Intranet Switched CO Trunks Internet Dial-Tone Box Internet Dial-Tone Box Szenario Prinzip das sollten Trunk Ports sein und keine Station Ports

42 iPhone 42 Wie konstruiert man eine Internet-PBX (www.phonezone.com/ip- phone.html) Technische Herausforderungen: Interoperabilität Interoperabilität: –Niemand wird diese Technologie nutzen, wenn die Boxes verschiedener Hersteller nicht kompatibel sind –Glücklicherweise gibt es einen Internetstandard H.323, erarbeitet unter Führung von Microsoft und Intel, der festlegt: Prozeduren für Call Setup den Datentransport die Kompression –H.232 wird von den meisten Herstellern von Internet Telephony Soft- und Hardware berücksichtigt. Dieser Standard definiert einen Satz von Codecs (Kopressions-/Dekompressionsalgorhythmen), Call Setup und Call Aushandlungsprozeduren grundlegende Transportmethoden –Das Resultat ist ein gemeinsames Protokoll, was für Internet Telephony das tut, was SMTP (simple mail transfer protocol) für tut. –Viele Hersteller planen die Einhaltung dieses Standards –Schlüsselprobleme mit H.232 resultieren mehr aus finazieller weniger aus technischen Problemen. Derzeit kostet eine Lizenz für die H.232 Codec-Algorhythmen $ –Viele schrecken vor diesen hohen Kosten zurück und bevorzugen einfachere Codierverfahren –Ich denke mal, daß mit dem Standard H.232 Schindluder getrieben wird. Dieser von der ITU herausgegebene Standard beinhaltet nur Codevorschriften und nicht die erwähnten Protokolle für die Übertragung. !!!Überprüfung!!!

43 iPhone 43 Die H.320-Standard-Familie Gateway 7/97, S.40: –H.320: Verbindungsauf- und -abbau –H.323: Echtzeit- bzw. Videokonferenzen in LANs, dieser wird von Netscape Microsoft/Picturtel (Netmeeting) verwendet und ist damit Quasistandard –H.324: Videokommunikation mit analogen Verbindungen –Weitere Unterstandards zu H.323 sind: H.245: Öffnet und schließt logische Kanäle G.711: PCM G.722: 7-kHz-Sprache G.723.1: Standardsprachübertragung für H.323-Konferenzen G.728: Sprachübertragung mit 16 kbit/s G.729: Sprachübertragung mit 16 kbit/s –Für Sprachübertragung haben sich durchgesetzt: der GSM-Coder von Microsoft der ITU-T-Standard G der Decoder von Voxware

44 iPhone 44 Wie ist die Sprachqualität, die Verzögerung? Was ist dx- bzw. hx-Mode, Multicasting? Wenn man einen guten Internetzugang hat, ist die Sprachqualität mit der im Telefonnetz vergleichbar Die Qualität hängt weniger von der Übertragungsrate im Internet ab, sondern vielmehr von der Leistungsfähigkeit der Codierung (welche Codierung, ausreichende PC- Power) Im Fernsprechnetz beträgt die max. Verzögerung 0,05 sec. Viele Internetprogramme liefern die gleiche Verzögerung, aber unter Umständen auch beträchtlich mehr. dx-Mode: beide Teilnehmer können gleichzeitig sprechen und hören den Partner. hx-Mode: die Teilnehmer können nur wechselseitig sprechen. Ob dx- oder hx-Mode möglich ist, hängt entscheident von der Soundkarte ab, d.h. ob diese in der Lage sind, gleichzeitig zu Codieren bzw. zu Decodieren. Die meisten Programme unterstützen beide Modi. Multicasting ist eine Betriebsart, wo ein Nutzer Audio-Pakete an mehrere Nutzer gleichzeitig versendet. Das M-Bone überlagert das Internet und erlaubt: –Radiosendungen, –Videosendungen usw.

45 iPhone 45 Einige Produkte (Teilnehmerhard- und-software) Gateway-Hard- und -software Wichtige Produkte und ihre iAdressen nennen /5/ Basismerkmale /5/

46 iPhone 46 Wie konstruiert man eine Internet-PBX (www.phonezone.com/ip- phone.html) Technische Herausforderungen: Unzuverlässige Internernet Performance Im Gegensatz zum Telefonnetz kann das Internet einen Mindestdatendurchsatz nicht garantieren. Es gibt bisher keine Strategien diesen Engpass zu beseitigen. Man verläßt sich auf die Annahme, daß derzeit die Übertagungsrate fast täglich wächst und das sie dann vielleicht irgendwann ausreicht. Man argumentiert, Multimedia-Anwendungen brauchen eine viel höhere Übertragungsrate als InternetPhon. Wenn man also Multimedia bringen will, muß Internet-Telefonie erst recht gehen. Übertragungskapazität ist sehr teuer. Aus der Tabelle geht hervor, daß die Kosten pro kbit/s mit höherer Übertragungsrate enorm fallen. Die Übertragung über eine 45 Mbps-Leitung ist 30 mal billiger, als über eine gewählte Fernsprechverbindung. Voraussetung ist natürlich, daß die Verwaltung die Kosten nicht hochsetzt, z.B dadurch, daß auf schmutzige Worte gefiltert werden muß. Zusammenfassend: der übertragene Sprachverkehr über das Internet wird kein großer Deal, wenn die Gesamtübertragungsrate wächst, um Multimedia-Anwendungen zu ermöglichen.

47 iPhone 47 Wie konstruiert man eine Internet-PBX (www.phonezone.com/ip- phone.html) Technische Herausforderungen: Unzuverlässige Internernet Performance Unzuverlässige Internernet Performance –Das größte Problem ist der nicht garantierbare Durchsatz im Internet. Priorisierung von Paketen mit Sprache hilft wenig, weil es dann alle machen. –Man kann wählen zwischen guter Sprachqualität und hoher Verzögerung oder weniger Sprachqualität und geringe Verzögerung. In vielen Programmen ist dies einstellbar. –Bei einer linearen Codierung kann man die wichtigen Bits (z.B. Bits 4,5,6,7) mit einer hohen Priorität senden und die dazugehörigen niederwertigen Bits mit einem normalen Paket. Treffen die niederwertigen Bits rechtzeitig ein, werden sie mit verwendet. Ist dies nicht der Fall, wird aus den höherwertigen Bits das Signal abgeschätzt. Begrenzung der Übertragungsrate (Bandwidth Limitations) –Viele private Nutzer werden auf ein Modem mit 14,4 oder besser/schlechter auskommen müssen. –Im kommerziellen Bereich sollte man sich aber mindestens einen ISDN-Zugang, der Kanalbündelung zuläßt, leisten. Der Flaschenhals ist oft die letzte Meile. –Desweiteren sind die Kostenunterschiede zwischen einer analogen Standleitung zum ISDN- Zugang nicht erheblich. –Die Vorteile beim Internet-Phone ergeben sich ohnehinn nur bei Weitverkehr. –Die meisten Codecs liefern beim Internet-Phone eine Übertragungsrate von 5,5 kbps bis 12 kbps in jede Richtung. Über einen ISDN-Zugang (128 kbps) könnten theoretisch 10 bis 20 gleichzeitige Telefonate geführt werden.

48 iPhone 48 Wie konstruiert man eine Internet-PBX (www.phonezone.com/ip- phone.html) Bewertung Es gibt zwei Möglichkeiten eine Internetphonebox zu bilden: –Stand-alone mit einem Ethernetanschluß und einem Telefonanschluß –PC-basierte Lösung z.B. basierend auf einer Ethernetkarte und Soundkarte. Der Autor hält die Stand-alone-Lösung als beste Lösung, da die PC-basierte eine Menge zusätzlicher Kosten (den PC) verursacht. Des weiteren sind PC-basierte Systeme schwer konfigurierbar, was viele Nutzer abschreckt. Psychologie ist der größte Feind beim Verkauf PC-basierter Telefonsysteme. Die Leute wollen keine komplizierten Systeme. Plug&Play ist das Ziel. Für größere Anwendungen, z.B. 48 Internet-Links zwischen zwei PABX, ist die Erweiterung eines PCs eine mögliche Lösung. Für die unzähligen kleinen Firmen, sollte man eine Stand-alone Box anbieten, mit einem Preis unter $1000,-. PBX-Anbieter sind gut beraten, ihre Systeme mit IPhone-Fähigkeiten auszustatten.

49 iPhone 49 Wie konstruiert man eine Internet-PBX (www.phonezone.com/ip- phone.html) Aktuelle IPhone-Produkte Micom: V/IP (voice over IP) –Verbindung von PBX über ein Intranet oder das Internet über analoge oder digitale Leitungen. Ist geeignet für größere Systeme, die Karte ist ein Multiportprodukt, lauffähig unter verschiedenen Betriebssystemen, DSP-basiert, entlastet die Host-CPU weitgehend. Quicknet: InternetPhoneJACHtmwww.quicknet.net: –diese InternetPhoneCard kostet $200,-, ist ein Renner, emuliert eine POTS-Leitung einschließlich Rufspannung, Wählton usw., und arbeitet mit einem Dutzend von existierenden Applikationen zusammen. Queste Inc.: VoiceNet: –Ist eine einfache Softwarelösung zur Verbindung von PBXs über das Internet. Diese Lösung ist für Firmen geeignet, die in verschiedenen Städten Niederlassungen haben. Diese Softwarelösung arbeitet mit Duplex-Telephony-Cards zusammen, beispielsweise dem PhoneBlaster von Creative Labs und der InternetPhoneJACK-Karte. Vocaltec: Internet Phone Gateway: –Dialogic und Vocaltec haben gemeinsam eine Hardware/Softwarelösung herausgebracht. Diese kann als Gateway zwischen Internet-Nutzern und öffentlichen Telefonnetzen eingesetzt werden.

50 iPhone 50 Resource Reservation Protocol - RSVP Literatur: Ein Host nutzt RSVP, um einen bestimmten QoS (Quality of Service) vom Netz zu erhalten.

51 iPhone 51 Realtime Streaming Protocol - RTSP Literatur: Entwicklung der Firmen Progressive Networks und Netscape Communications z.Zt in Bearbeitung beim IETF

52 iPhone 52 Das Real Time Transport Protocol - RTP RTP wurde von der AVT WG (Audio-Video Transport Working Group) im Auftrag der IETF (Internet Engineering Task Force) entwickelt. RTP wird standardisiert durch Draft RFC 1889 und RTP wurde für die Übertragung von Echtzeitdaten (Voice, Video) entwickelt. Folgende Hauptmerkmale hat das Protokoll: –es unterstützt Unicast- und Multicast-Kommunikation, –keine Flußsteuerung und Fehlerkontrolle –benutzt typischerweise UDP (User Datagram Protocol, verbindungsloses Transportprotokoll) –kann aber auch direkt auf unter UDP liegende Protokolle aufsetzen –die DÜ mit RTP wird durch RTCP (RTP Control Protocol) überwacht –RTCP gestattet insbesondere Empfängern, an den Sender QOS-Parameter zu senden. Dies gestattet dem Sender, Codierung und Compression an die Netzbedingungen anzupassen. Die Echtzeitdatenübertragung im Internet hat zwei Feinde: –die Unterschreitung einer Mindestübertragungsrate –die Überschreitung der zulässigen Verzögerungszeit von Paketen Übertragungsfehler in Sprach- und Bewegtbilder-Frames sind zwar nicht schön, aber in Grenzen tolerierbar. Fehler bis 5% scheinen akzeptabel zu sein.

53 iPhone 53 Das Real Time Transport Protocol - RTP Ein Überblick [RFC 1889] Aus dem Protokollstack erkennt man, daß zwei Konzepte verwendet werden: –RTP für die Datenübertragung –RTCP für die Überwachung von QOS-Parametern sowie zum Austausch von Informationen bezüglich der Teilnahme an einer RTP-Session. RTP ist unabhängig von den unterlagerten Protokollschichten. Wird UDP verwendet, wird für den Datenstrom eine gerade Portnummer und für RTCP die nächsthöhere Portnummer (ungerade Zahl) verwendet. Wird für RTP eine ungerade Portnummer verwendet, sollte für RTCP die nächst niedere (ungerade) Portnummer verwendet werden RTP-Pakete enthalten keine Längenangabe, dies sollten die darunter liegenden Protokolle liefern. Einfaches Beispiel einer Multicast-Audiokonferenz: –Für die Konferenz seien die Adresse und die Portnummer allen Teilnehmern bekannt. –Die Audio-Anwendung sende Audio-Daten in 20ms-Blöcken. –Vor jeder Audio-Dateneinheit steht ein RTP-Header mit z.B. dem Codierverfahren (PCM, ADPCM, LPC). Das hat den Vorteil, daß das Codierverfahren während der Übertragung geändert werden kann.Header und Daten werden in ein UDP-Paket verpackt –Aus dem RTP-Header geht der Erzeugerzeitpunkt des Sprachcodes und die Sequenznummer hervor. –Mittels des Timestamps können mehrere Datenströme synchronisiert werden. Aus der Sequenznummer erkennt man die Anzahl verloren gegangener Rahmen. –Durch die Empfangsberichte, die alle Empfänger periodisch an den Sender über RTCP senden, kann man die Teilnehmer und die momentane Qualität ermitteln. –Ein Teilnehmer verabschiedet sich mittels eines BYE-Paketes. Audio and Video Conference –Werden Audio und Video gleichzeitig in einer Konferenz genutzt, geschieht das über unterschiedliche RTP-Sessions. D.h. für jedes Medium wird wird ein anderes UDP-Port verwendet und/oder eine Multicastadresse. –Nutzer, die beide Datenströme empfangen, sollten in ihren RTCP-Messages den gleichen (canonical) Namen verwenden.

54 iPhone 54 Das Real Time Transport Protocol - RTP Mixer, Übersetzer, Synchronisationsquellen [RFC 1889] Mixers and Translators –Mixer und Translator sind RTP-Zwischensysteme, die Datenströme von Quellen vereinigen oder umsetzen. –Die Quelle eines Datenstromes bezeichnet man als Synchronisationsquelle. Quellen sind beispielsweise Mikrofon, Kamera.. RTP weist jeder dieser Quellen eine zufällig gewählte, eindeutige Kennung zu (SSRC - Synchronisation Source). –Ein Empfänger kann anhand dieser Kennung die Zeit- und Reihenfolgebedingungen herstellen. Übersetzer –Übersetzer empfangen Datenpakete in einem bestimmeten Format, und senden diese in einem anderen Format weiter, ohne die SSRC zu ändern. Wenn mehrere Datenpakete in ein neues Datenpaket codiert werden, muß aber eine neue Sequenznummer eingeführt werden. Lücken im Eingangsstrom werden auf den Ausgang abgebildet. –Übersetzer könnten z.B. zur Überwindung von Firewalls verwendet werden. Internet Trans- lator Trans- lator Intranet Firewall sichere Verbindung restriktive Aussendung z.B. über Multicast-Pakete zu einer Multicast group Mixer: –können aus mehreren Datenströmen einen neuen Datenstrom erzeugen. Die ankommenden Datenströme werden synchronisiert. Mixer sind Synchronisationsquellen, d.h. sie verwenden eine eigene SSRC-Kennung. Damit Empfänger die ursprünglichen Quellen ermitteln kann, trägt der Mixer diese in die CSRC-Liste (CSRC - Contribution, Beitragsquellen) ein. Diese Liste wird an den fixen RTP-Header angehangen. –M. werden z.B. auch zur Anpassung zwischen breitbandigen und schmalbandigen Netzbereichen verwendet. Breitbandige Quellen werden durch den Mixer resynchronisiert und dann neu (schmalbandig) codiert und ausgesendet

55 iPhone 55 Einfaches Beispiel einer Multicast-Audiokonferenz: –Für die Konferenz seien die Adresse und die Portnummer allen Teilnehmern bekannt. –Die Audio-Anwendung sende Audio-Daten in 20ms-Blöcken. –Vor jeder Audio-Dateneinheit steht ein RTP-Header mit z.B. dem Codierverfahren (PCM, ADPCM, LPC). Das hat den Vorteil, daß das Codierverfahren während der Übertragung geändert werden kann.Header und Daten werden in ein UDP-Paket verpackt –Aus dem RTP-Header geht der Erzeugerzeitpunkt des Sprachcodes und die Sequenznummer hervor. –Mittels des Timestamps können mehrere Datenströme synchronisiert werden. Aus der Sequenznummer erkennt man die Anzahl verloren gegangener Rahmen. –Durch die Empfangsberichte, die alle Empfänger periodisch an den Sender über RTCP senden, kann man die Teilnehmer und die momentane Qualität ermitteln. –Ein Teilnehmer verabschiedet sich mittels eines BYE-Paketes. Audio and Video Conference –Werden Audio und Video gleichzeitig in einer Konferenz genutzt, geschieht das über unterschiedliche RTP-Sessions. D.h. für jedes Medium wird wird ein anderes UDP-Port verwendet und/oder eine Multicastadresse. –Nutzer, die beide Datenströme empfangen, sollten in ihren RTCP-Messages den gleichen (canonical) Namen verwenden.

56 iPhone 56 Das Real Time Transport Protocol - RTP RTP Fixed Header Fields [RFC 1889]

57 iPhone 57 Das Real Time Transport Protocol - RTP Multiplexing RTP Sessions [RFC 1889] Im Interesse eines effektiven Protokollablaufes sollte die Anzahl der Multiplexer minimal sein. Multiplexing wird realisiert durch die RTP Destination Address (network address + port number). In einer Telekonferenz mit Audio und Video, sollte jeder Strom in einer eigenen RTP Session mit eigener Zieladresse übertragen werden. Ein Multiplexer sollte nicht Audio und Video zu einer gemeinsamen Session zusammen fassen. Das ist kein Ziel. Pakete mit verschiedenen Payloadtypen bringen eine Reihe von Problemen mit sich: –Wenn ein Payloadtype sich ändert, weiß man nicht wer sich geändert hat (alter Wert, neuer Wert). –Jeder Strom hat seine eigenen Zeit und Sequenz. Die Vereinigung bringt bezüglich beider Werte große Probleme. Was macht man beispielsweise, wenn ein Strom teilweise ausfällt? –In den RTCP-Sender- bzw. Empfängerreports ist nur Platz für eine Sequenznummer und einen Zeitstempel

58 iPhone 58 Was wird benötigt? Wer ist mit wem kompatibel? Ein PC (nicht zu lahm) mit Soundkarte+Mikrofon+Lautsprecher Ein Internetzugang per Modem mit mindestens 14,4 kbit/s, besser ist ein Zugang mit 28,8 kbit/s oder ein ISDN-Zugang (64 kbit/s). Die meisten Programme liefern erst ab einem Zugang mit 28,8 kbit/s eine befriedigende Qualität. Audio Conferencing Programs setzen auf Winsocket auf, basierend auf einer SLIP- oder PPP-Verbindung. Programme, die eine Sprachcodierung nach GSM unterstützen, sind in der Regel kompatibel. Beide Teilnehmer können verschiedene Programme benutzen, da der Codestandard und das Transferprotokoll identisch sind. Programme mit proprietären Sprachkodierungen erfordern Paarigkeit, d.h. auf beiden Seiten muß das gleiche Programm verwendet werden. Derzeit bestimmen drei Firmen: –Microsoft –Netscape –VocalTec. Netscape und Microsoft verwenden RTP und GSM aber unterschiedliche Directory Schemes (Verzeichnisdienste!) VocalTec nutzt priprietäre Codierungen und Protokolle

59 iPhone 59 Kann ich von meinem Computer mit einem Telefonteilnehmer sprechen? Warum ist der Preis so niedrig? Mit Anschlüssen des regulären Telefonnetzes kann man nur über eine sogenanntes phone gateway in Verbindung treten. Das Projekt wird Free World Dialup genannt. Über folgende URLs erreicht man Gateways, worüber man in wichtige US-Städte einwählen und für 10 cents/minute telefonieren kann: –http://www.pulver.com/fwd/ –http://www.net2phone.com/ –Hannover-Zugang Eine andere Firma, bekannt als Global Exchange Carrier, bietet einen ähnlichen Service an: –http://www.gxc.com/ Viele denken, daß der Preis der Internet-Telefonie deshalb so niedrig ist, weil er nicht reguliert ist. Aus der Nichtregulierung resultieren zwar Einsparungen, aber nicht der Hauptteil. In den USA kostet ein Telefongespräch im Durchschnitt $.23/min. Das Internet- Telefonat kostet soviel, wie der Zugang zum Provider, derzeit etwa $.02-03/min. Das ergibt eine Einsparung von etwa $.15/min


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