Vortrag im Fach „Anwendung Rechnernetze“ von Stephan Feyerabend

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1 Vortrag im Fach „Anwendung Rechnernetze“ von Stephan Feyerabend
Voice over IP Vortrag im Fach „Anwendung Rechnernetze“ von Stephan Feyerabend

2 VoIP Gliederung Einführung Sprachübermittlung H.323 Komponenten
H.323 Standard Quality of Service SIP Quellenangabe Quelle: aeinformatik.ch Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

3 VoIP 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 Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

4 VoIP 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. Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

5 VoIP Einführung Telefon- und Datennetz
in der „Vergangenheit“ stets als getrennte Welten Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

6 VoIP Einführung ein Telefoniedienst im Datennetz Voice over IP
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7 VoIP Einführung Vorteile: nur noch eine Netzwerktechnik erforderlich
Gebühreneinsparungen höhere Flexibilität keine Festlegung auf einen bestimmten Hersteller neue Anwendungen (z.B. „Click-to-Dial“) Quelle: Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

8 VoIP Einführung Nachteile (Bedenken):
Beweis der Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit Sprachqualität der Mensch Spam über Internet-Telefonie (SPIT) Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

9 VoIP Sprachübermittlung Analoge Sprachübermittlung
Wandlung der Schallwellen mittels Mikrofon Übertragung Erzeugung der Schallwellen mittels Lautsprecher Digitale Sprachübermittlung Pulse – Code – Modulation (PCM) Abtastung der analogen Sprachamplitude mit (f= 8 kHz) im Sprachbereich von 300 – 3400 Hz 256 Werte = 8 bit bei Abtastrate 8 kHz  64 kbit/s Quelle: Quelle: Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

10 VoIP Sprachübermittlung Grundlegende Übertragung IP IP – Netz
Paketierung IP A/D Wandlung Kompression IP – Netz (Intranet, Internet) Jitter Buffer Jitter Buffer notwendig im paketorientierten Netz sammelt und ordnet die Pakete Dekodierung D/A Wandlung Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

11 VoIP Sprachübermittlung
Grundlegende Standards (H. 323) zur Audio Codierung – Codecs (eine Auswahl) Codec Bitrate in kbit/s MOS Einsatz Paket in ms G. 711 64 4,4 ISDN 10 G 6,3 3,9 Videotelefonie VoIP 30 G. 729 8 4,2 G .729A Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

12 VoIP 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  Abschaltung der VAD-Funktion  künstliches Rauschen (Comfort Noise) Echo Unterdrückung Echoentferner im digitalen Signalprozessor implementiert bei IP-Softphones mittels Software realisiert Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

13 VoIP 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 zusätzliche Aufgaben Benutzeridentifizierung und Berechtigungen Erfassung von Abrechnungsdaten Zugriff auf X Verzeichnisdienste Benutzer Rufnummer IP Adresse Status Bandbreite Maier Offline 64 kbit/s Schulze Schmidt … Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

14 VoIP 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 Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

15 VoIP 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: Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

16 VoIP H.323 Standard H.323 allgemein:
gehört zur Familie der H.32x ITU-Standards besitzt starke Ähnlichkeit mit H.320 (ISDN) 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 PHYSIK LINK IP UDP TCP RTP/RTCP Audio Codecs Video RAS H.245 Q.931 T.120 H.323 { Schicht 4 Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

17 VoIP 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 ähnlich der ISDN-Signalisierung über D-Kanal Quelle: Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

18 VoIP H.323 Standard weiter Spezifikationen
Audio Codecs (G.711, G.723, … ) Video Codecs (H.261, H.263) T.120 für Datenkonferenzen (z.B. Filetransfer) Real Time Protocol (RTP), dient dem Ende-zu-Ende-Transport von Echtzeitdaten Pakettypenbezeichnung Reihenfolgennummerierung Zeitstempel Überwachung der Paketablieferung H.235 Sicherheit Authentisierung, Verschlüsselung H.450 Zusatzdienste Beispiel: H Anklopfen H.246 Übersetzungsfunktion eines H.323 Gateways vom paketorientierten Netz zum leitungsvermittelten Telefonnetz Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

19 VoIP H.323 Standard H.323 über IP basierte Netzwerke
Internet Protokoll (IP): jedes Datenpaket erhält vollständige Adressinformation keine Information über die Vollständigkeit und Reihenfolge der Datenpakete verbindungslose Zustellung Schicht 1 PHYSIK LINK IP UDP TCP RTP/RTCP Audio Codecs Video RAS H.245 Q.931 T.120 Schicht 2 Schicht 3 Schicht 4 H.323 { Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

20 VoIP H.323 Standard H.323 über IP basierte Netzwerke
Transmission Control Protocol TCP: 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 verbindungsorientierte Zustellung wird zur zuverlässigen Einrichtung eines Anrufs von VoIP benutzt Schicht 1 PHYSIK LINK IP UDP TCP RTP/RTCP Audio Codecs Video RAS H.245 Q.931 T.120 Schicht 2 Schicht 3 Schicht 4 H.323 { Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

21 VoIP H.323 Standard H.323 über IP basierte Netzwerke
User Datagram Protocol UDP: Ankunft der Datagramme und Reihenfolge nicht garantiert verbindungslose Zustellung wird bei VoIP zur Übertragung des eigentlichen Sprachverkehrs benutzt niedrige Verzögerungszeit ( unter 150 ms) wichtiger als die zuverlässige Übertragung Schicht 1 PHYSIK LINK IP UDP TCP RTP/RTCP Audio Codecs Video RAS H.245 Q.931 T.120 Schicht 2 Schicht 3 Schicht 4 H.323 { Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

22 VoIP 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  RTP mit Sequenznummern, Zeitstempel und einem Jitter Buffer Quelle: magazine.web.de/de/themen/ Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

23 VoIP Quality of Service Motivation
Echtzeitdaten müssen beim Transport durch das Netzwerk Priorität erhalten Prinzip Best Effort Sprachdaten erhalten im LAN/WAN durch Switches/Router eine Priorität vor anderen Daten Quelle: Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

24 VoIP 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: Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

25 VoIP 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-/UDP-Anwendungsportnummern UDP Medienströme in VoIP-Netzwerken benutzen einen dynamischen Portbereich von bis 32767 Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

26 VoIP SIP H.323 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 SIP soll die Möglichkeiten des Internets nutzen, anstatt „Altlasten“ aus der herkömmlichen Telefonie zu verwenden Gemeinsamkeit ist die Verwendung von RTP zur Echtzeitdatenübertragung H.323 SIP Audio Video Audio Video RTP UDP TCP IP ATM Ethernt V.34 Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

27 VoIP SIP Adressierung Funktion
URL, in Form von: 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: Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

28 VoIP Quellenangabe „VoIP Basics, Die Grundkonzepte des Voice over Internet Protocol“ J. Schlembach Fachverlag (ISBN ) c‘t 2/2006 econf.switch.ch magazine.web.de/de/themen Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
VoIP Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Quelle: magazine.web.de/de/themen Hochschule Merseburg Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften Geusaer Straße 06217 Merseburg Stephan Feyerabend 03PHT2