Seminar Internettechnologie Thema: Voice over IP von Jochen Pfahl

Übersicht Definition Funktionsprinzip Signalisierungsprotokolle Rufnummernsysteme Gesprächsübertragung Digitale Verarbeitung analoger Signale Qualitätsmerkmale Systemarchitektur Verbindungspreise Sicherheit und Sicherheitsrisiken Skype Quellen Voice over IP

Definition Kurzform für Internet-Protokoll-Telefonie Telefonieren über Computernetzwerke, aufgebaut nach Internet-Standards Sprach- und Steuerinformationen werden in Datennetzen übertragen Verbindungen ins Telefonnetz über: - Computer - spezialisierte IP-Telefone - klassische Telefone mit Adapter Voice over IP

Funktionsprinzip Von außen wie bei klassischer Telefonie Sprache wird in kleinen Paketen transportiert (kein durchschalten von „Leitungen“) Aufteilung des Telefongesprächs in drei Vorgänge: - Verbindungsaufbau - Gesprächsübertragung - Verbindungsabbau Voice over IP

Signalisierungsprotokolle (1) Die Rufsteuerung, der Austausch von Gesprächs-parametern und die Sprachkommunikation erfolgen über getrennte Protokolle Aktuelle IP-Adresse des angerufenen Teilnehmers wird durch eine vorangegangene Authentifizierung des Gerufenen, und einer Bekanntmachung seiner momentanen Adresse ermittelt (nomadische Nutzung) Feste Zuordnung von Telefonnummern zu IP-Adressen ist nicht möglich Lösung: VoIP Teilnehmer/Endgeräte hinterlegen IP-Adresse mit Benutzernamen bei Server Voice over IP

Signalisierungsprotokolle (2) SIP – Session Initiation Protocol, IETF, RFC 3261 H.323 – Packet-based multimedia communications systems, ein ITU-T-Standard IAX – Inter-Asterisk eXchange protocol ISDN over IP – ISDN/CAPI-basierendes Protokoll MGCP und MeGaCo – Media Gateway Control Protocol H.248, gemeinsame Spezifikation von ITU-T und IETF MiNET – von Mitel Skinny Client Control Protocol – von Cisco Jingle – Erweiterung des Jabber/XMPP Protokolls, begründet durch Google Talk Quelle: Wikipedia Voice over IP

SIP (Session Initiation Protocol) (1) Textbasierendes Client/Server Sitzungs-signalisierungsprotokoll, entwickelt von der Internet Engineering Task Force (IETF), dadurch herstellerunabhängig Ermöglicht Einsatz von SIP-basierten Systemen in heterogenen Umfeldern (Kopplung von VoIP-Komponenten unterschiedlicher Hersteller) Teilnehmer besitzen SIP-Adressen (ähnlich E-Mail Adressen) im Uniform-Resource-Identifier-Format (URI-Format) z.B. „sip:12345@beispiel-server.de“ Einmalige Registrierung der Endgeräte bei Erststart auf SIP-Server über Nachricht des Anrufers an Server Voice over IP

SIP (Session Initiation Protocol) (2) Beim Verbindungsaufbau schickt Endgerät des Anrufers Nachricht an SIP-Server Server leitet Verbindungswunsch an Endgerät des Angerufenen weiter Endgerät des Angerufenen schickt Nachricht zurück an SIP-Server, der diese an Anrufer weiterleitet Endgerät des Angerufenen klingelt, der Anrufer hört ein Freizeichen Voice over IP

SIP (Session Initiation Protocol) (3) Für eigentliches Telefongespräch kein Server mehr notwendig, Endgeräte senden sich Daten direkt zu Für Übertragung dieser Daten in Echtzeit wird Real-Time Transport Protocol (RTP) eingesetzt Bei Gesprächsende sendet eines der Endgeräte SIP-Nachricht an Server. Server leitet sie anderen Teilnehmer weiter. Beide Endgeräte beenden Verbindung. Voice over IP

SIP (Session Initiation Protocol) (4) SIP ähnelt HTTP Bevorzugte Transportprotokolle sind TCP und UDP Signalisierung wird standardmäßig über Port 5060 Voice over IP

SIP (Session Initiation Protocol) (5) Quelle: VoIPSEC-Studie Voice over IP

SIP (Session Initiation Protocol) (6) SIP-Nachricht: Quelle: VoIPSEC-Studie Voice over IP

H.323 Standard der Telefonindustrie ITU-T (International Telecommunicaton Union - Telecommunicaton Standartisation Sektor) Beschreibt Übertragung von Echtzeitdaten (Audio-, Video-, und Faxdaten) in paketorientierten Transportnetzen Für jede Layerschicht gut definiertes Protokoll Standard sehr komplex, daher schwer an zukünftige/jetzige Anwendungen anpassbar Voice over IP

Rufnummernsysteme Problem: IP-Adressen der Teilnehmer sind Anwendern nicht immer bekannt / können sich ändern Individueller Account bei SIP-Serviceprovider herkömmliche Ortsrufnummern: VoIP-Anbieter vergeben über Gateways Telefonnummern aus Nummernvorrat der deutschen Ortsnetze Das ENUM Verfahren: Rufnummer umgekehrt und mit Punkten zwischen den Ziffern versehen. Als Subdomain der Top Level Domain "arpa" mit Second Level Domain "e164" vorangestellt (aus +49123456789 wird 9.8.7.6.5.4.3.2.1.9.4.e164.arpa) Voice over IP

Gesprächsübertragung Quelle: Wikipedia Voice over IP

Digitale Verarbeitung analoger Signale Analog-Digital-Umsetzer wandelt analoge Signale in digitale Signale um Codecs wandeln digitale Signale in Audiobitformate Codec: Für menschliches Ohr unwichtige Informationen werden weggelassen, dadurch verkleinerte Datenmenge -> benötigte Bandbreite für Datenübertragung wird geringer Je nach verwendetem Codec unterschiedlich starke Kompression der Daten Je nach Kodierverfahren variiert Frequenzbereich der kodierten Sprache, die erforderliche Übertragungs-bandbreite sowie die resultierende Sprachqualität Datenempfänger nutzt gleichen Codec wie Datensender Voice over IP

Qualitätsmerkmale Datenpakete müssen als getreues Abbild des ursprünglichen Datenstroms beim Gegenüber ankommen Datendurchsatz hängt von Codierung ab Erforderliche Bandbreit: 100Kbit/s (64kbit/s + Overhead der Kommunikationsprotokolle) Einweglaufzeit (Latenz) max. 150 Millisekunden Paketverlustrate(packet loss rate) max 5% (gesendete Datenpakete erreichen Empfänger nicht oder nicht in richtiger Reihenfolge, werden deshalb verworfen) Verfügbarkeit des Gesamtsystems ergibt sich aus Einzelverfügbarkeiten der beteiligten Komponenten und deren Zusammenschaltung, ist also stark abhängig vom Netzdesign Voice over IP

Systemarchitekturen Gemäß H.323-Rahmenstandard mit Terminal, Gateway, Gatekeeper, MCU (Multipoint Control Unit) Gemäß De-facto-Standard SIP der IETF Viele Nicht-Standard-Lösungen für VoIP Voice over IP

Terminal Endgerät zur Ein- und Ausgabe von Sprachinformationen Quelle: Wikipedia Voice over IP

Gateway Ist mit Kommunikations- netzwerk des IP-Telefons sowie mit herkömmlichen Telefonnetz verbunden Beim Empfangen einer Anfrage von IP-Telefon, weiterleiten dieser in Telefonnetz durch anrufen der gewünschten Nummer Bei Anruf aus Telefonnetz, weiterleiten einer Anfrage an das entsprechende IP-Telefon Quelle: Wikipedia Voice over IP

Gatekeeper Registrierung und Verwaltung von Terminals, MCUs und Gateways Zone-Management (Zuordnung von Terminals, MCUs und Gateways zu einer Zone) Call Authorization (Gatekeeper kann Verbindungen erlauben/ablehnen) Adressübersetzung für MCUs und Gateways Bandbreitensteuerung Voice over IP

MCU (Multipoint Control Unit) Konferenz-Steuerungsinstanz für Konferenzen mit mehreren Teilnehmern Zusammentreffen von Medienströmen der Teilnehmer in MCU Für Verwaltung der Konferenzteilnehmer wird H.323-Gatekeeper benötigt. Dieser steuert Signalisierung der H.323-Endgeräten und der MCU Voice over IP

Verbindungspreise Sind beide Teilnehmer im Internet, denn nur Kosten für Internetnutzung Einige VoIP-Anbieter beschränken kostenlose Telefonie auf bei ihnen registrierte Nutzer Für Anrufe vom Internet ins klassische Telefonnetz entstehen Kosten für Gateway (Bereitstellung der Infrastruktur und Gesprächsgebühren im klassischen Netz) Voice over IP

Sicherheit Einsatz speziell optimierter Betriebssysteme mit standardmäßig integrierten Firewall-funktionen (spezielle Varianten von Linux, Solaris oder Windows) Virenscanner, Intrusion-Detection/Prevention Systeme (erkennen Angriffe auf System) Authentifizierung möglichst aller Benutzer und Endgeräte Gesicherte End-to-End-Verschlüsselung mit Secure Real-time Transport Protocol (SRTP) Voice over IP

Sicherheitsrisiken (1) Da Datenübertragung über Shared Medium, Abgreifen von Daten möglich, z.B. mit ARP Spoofing (erzeugen einer Audiodatei aus abgegriffenem Datenstrom) Datenverschlüsselung möglich mit SRTP. Oft aber keine Unterstützung der VoIP-Anbieter oder Beeinträchtigung der Sprachqualität durch Verschlüsselung SIP-Protokoll bietet, trotz Sicherheits-mechanismen wie Call-IDs auf Basis von Hashes, Angriffsmöglichkeit für DoS Attacken (Denial of Service) Voice over IP

Sicherheitsrisiken (2) Phreaking (Hack zum kostenlosen Telefonieren) - zwei speziell präparierte Clients bauen über SIP-Proxy ein Gespräch auf - nach Gesprächsabbau wird dem SIP-Proxy der Gesprächsabbau signalisiert - SIP-Proxy denkt Sitzung ist beendet, aber RTP Datenstrom wird von Clients aufrechtgehalten - Gesprächspartner telefonieren kostenlos weiter VoIP Spam oder SPIT („Spam over Internet Telephony“), begünstigt durch geringe Gesprächskosten Voice over IP

Skype (1) Kostenlose VoIP-Software (Instant Messenger, Dateiübertragung,Videotelefonie) Ermöglicht kostenloses Telefonieren via Internet von Computer zu Computer SkypeOut - Gebührenpflichtiges Telefonieren ins Festnetz und zu Mobiltelefonen SkypeIn - Gebührenpflichtige Entgegennahme von Anrufen aus herkömmlichem Telefonnetz Möglichkeit von Konferenzschaltungen mit bis zu 25 Teilnehmern Voice over IP

Skype (2) Funktioniert nach dem Peer-to-Peer-Prinzip Authentifizierung und Abrechnen erfolgen über einen zentralen Rechner Unterstützte Betriebssysteme: Microsoft Windows, Mac OS, Linux und Pocket PC Entwickelt und programmiert von den Erfindern von KaZaA September 2005 wurde Skype an eBay verkauft für 2,6 Milliarden Dollar. Voice over IP

Skype (3) Quellen: www.skype.com Voice over IP

Quellen www.wikipedia.de Bundesamt für Sicherheit und Informationstechnik, „VoIPSEC“ Studie zur Sicherheit von Voice over Internet Protocol www.bsi.bund.de/literat/studien/VoIP/index.html Andrew S. Tanenbaum – Computernetzwerke www.wiptel.de/docs/basics.html www.skype.com www.voip-information.de/skype.html Voice over IP

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Noch Fragen ??? Voice over IP