Voice over IP - Die Technik

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1 Voice over IP - Die Technik Anatol Badach Grundlagen und Protokolle für Multimedia-Kommunikation ISBN Vorwort Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel

2 Vorwort Die heutige Gesellschaft kann man sich ohne Telefon kaum noch vorstellen. Das Internet ist inzwischen auch zum unabdingbaren Kommunikationsmedium geworden, über das jeder und zu jeder Zeit Information über fast alles abrufen sowie s senden und empfangen kann. Das Internet ist ein weltweites Rechnernetz, in dem die Daten nach dem sog. Internet Protocol (IP) übermittelt werden. Man kann es auch als Dienst für die Übermittlung von Informationen in Form von IP-Paketen ansehen. Vergleicht man diesen Dienst mit dem Briefdienst der Post, so entspricht ein IP-Paket einem Brief und die sog. IP- Adresse einer postalischen Adresse. Auch in anderen Netzen werden Daten als IP-Pakete übermittelt. Alle Rechnernetze mit dem Protokoll IP bezeichnet man als IP-Netze und wünscht sich, dass in diesen Netzen auch die Sprachkommunikation stattfinden kann. Dies führt zur Übermittlung von Sprache in IP- Paketen. Diese spezielle Form der Datenübermittlung bezeichnet man als Sprache über IP bzw. kurz VoIP (Voice over IP). VoIP bedeutet nicht nur zwei Telefone und IP dazwischen, sondern hinter diesem Begriff verbergen sich sehr komplexe Vorgänge. Hierzu gehören sog. Signalisierungsprotokolle, nach denen eine Verbindung zwischen Telefonen vor dem Telefongespräch aufgebaut und danach abgebaut werden kann. H.323 und SIP sind als solche Signalisierungsprotokolle in der IT-Welt bereits populär geworden. Ein Telefon für VoIP, d.h. ein IP-Telefon, ist nicht mehr nur ein Telefon, sondern ein Rechner an einem IP-Netz, der eine IP-Adresse hat. Das IP- Telefon hat auch eine Telefonnummer. Eine Telefonverbindung im Telefonnetz wird unter einer Telefonnummer aufgebaut. Bei VoIP wird zwar das Ziel der Telefonverbindung mit einer Telefonnummer angegeben, aber diese Verbindung kann nur unter einer IP-Adresse aufgebaut werden. Das ist zum Beispiel eines der vielen Probleme bei VoIP. Dieses Buch hat das Ziel, eine breite und fundierte Übersicht über die Technik von VoIP zu geben. Hierzu gehört u.a. ein Überblick über den heutigen Stand und die Perspektiven der Sprachkommunikation, die Darstellung der Signalisierung in Telefonnetzen und im ISDN, eine Einführung in die TCP/IP-Protokollfamilie, Quality of Service bei VoIP, ein Überblick über Sprachcodierungsverfahren, die Prinzipien der Echtzeitkommunikation mit RTP/RTCP und mit Secure RTP, die Darstellung des Standards H.323 und des Protokolls SIP, VoIP-Gateways und Telefonie-Routing. Das Buch vermittelt die technischen Grundlagen, die unabdingbar sind, um die Sprachkommunikation in IP-Netzen (z.b. im Internet) besser zu verstehen und zu nutzen bzw. neue VoIP-Anwendungen zu entwickeln. VoIP: nicht nur zwei Telefone und IP Ziel des Buches

3 XVIII Vorwort An wen richtet sich das Buch? Kapitel 1 Kapitel 2 Kapitel 3 Kapitel 4 Kapitel 5 Kapitel 6 Das Buch ist so aufgebaut, dass jeweils zunächst die Grundlagen fundiert dargestellt und danach praktische Anwendungen diskutiert werden. Damit eignet es sich nicht nur als Lehrbuch für Studenten und Neueinsteiger, sondern auch als Nachschlagewerk für alle Experten, zu deren Aufgabengebieten die Entwicklung, Planung bzw. Betreuung verschiedener Netzwerke oder Netzwerkapplikationen gehört. Die praxisorientierte und fundierte Darstellung der Inhalte sollte allen Netzwerk-Fans die Nutzung dieses Buches zum Selbststudium ermöglichen. Ein kompakter Überblick über klassische Netze für Sprachkommunikation, Mobilfunknetze (GSM, GPRS, UMTS), Ansätze für VoIP sowie eine Darstellung von Möglichkeiten, die durch die Konvergenz der Netze entstehen, enthält Kapitel 1. Die VoIP-Aktivitäten der verschiedenen Standardisierungsgremien, Konsortien und Foren werden hier ebenfalls kurz dargestellt. Den Prinzipien der Übermittlung der Steuerung beim Auf- und Abbau von Telefonverbindungen, was man als Signalisierung bezeichnet, widmet sich Kapitel 2. Die Schwerpunkte liegen hier auf einer fundierten Darstellung des D-Kanal-Protokolls aus dem ISDN und des Signalisierungssystems Nr. 7. Diese Inhalte dienen als Basiswissen für VoIP. Die Grundlagen der TCP/IP-Protokolle, die man bei VoIP benötigt, vermittelt Kapitel 3. Hier wird das Transportprotokoll SCTP kurz präsentiert, mit dem sich virtuelle Autobahnen in IP-Netzen einrichten lassen. SCTP spielt eine wichtige Rolle bei der Integration des Signalisierungssystems Nr. 7 mit dem Internet. In diesem Kapitel wird auch das Konzept ENUM präsentiert, nach dem eine Telefonnummer als eine einheitliche Adresse für alle Internet-Dienste und damit auch die Internet-Telefonie verwendet werden kann. Hinsichtlich der Qualität der Übermittlung der Sprache in IP-Netzen werden bestimmte Anforderungen an diese Netze gestellt. Man spricht hierbei von QoS-Anforderungen. Welche Konzepte es gibt, um die QoS-Anforderungen zu erfüllen, zeigt Kapitel 4. Insbesondere werden die für VoIP wichtigen QoS- Parameter, Differentiated Services, Queue-Management und das Protokoll RSVP für die Reservierung der Bandbreite dargestellt. Die Sprachkommunikation ist Echtzeitkommunikation. Um diese Form der Kommunikation über IP-Netze zu realisieren, verwendet man die Protokolle RTP und RTCP. Kapitel 5 zeigt zuerst, wie die Sprache nach verschiedenen Verfahren codiert und näher mit Hilfe von RTP/RTCP übermittelt wird. Dieses Kapitel präsentiert auch das neue Secure RTP und die Möglichkeiten der Kompression des RTP/UDP/IP-Headers. Wenn man VoIP einsetzt, spielt fast immer der Standard H.323 eine Rolle. H.323 ist ein komplexes Rahmenwerk, das regelt, wie weitere Signalisierungsprotokolle wie H und H.245 verwendet werden. Das Kapitel 6 ist dem VoIP-Konzept nach H.323 gewidmet. Hier werden auch die sog. Supplementa-

4 Vorwort XVII ry Services nach H.450.x und die Möglichkeiten zur Unterstützung der Mobilität von VoIP-Teilnehmern präsentiert. Als Konkurrent von H.323 gilt das Protokoll SIP, das bei VoIP als Signalisierungsprotokoll dienen kann. Kapitel 7 erläutert, wie SIP konzipiert wurde, und zeigt, wie es eingesetzt werden kann. Hierbei wird u.a. auf verschiedene Betriebsarten und Dienstmerkmale bei SIP, SIP-Abbildung auf das D-Kanal-Protokoll von ISDN und auf das Signalisierungssystem Nr. 7 eingegangen. Es wird auch gezeigt, wie eine Koexistenz von H.323 und SIP möglich ist. VoIP-Systeme entstehen nicht auf einer grünen Wiese, sondern müssen mit den bereits vorhandenen Systemkomponenten und Netzen für die Sprachkommunikation entsprechend integriert werden. Damit wird garantiert, dass die Sprachkommunikation zwischen klassischen Telefonen und IP-Telefonen stattfinden kann. Hierfür sind verschiedene VoIP-Gateways und die Protokolle für Steuerung von diesen Gateways nötig. Auf diese Aspekte geht Kapitel 8 ein. Um VoIP weltweit zwischen beliebigen administrativen Domänen (Unternehmen, öffentliche Verwaltungen, ) zu ermöglichen, zeigt Kapitel 9 die Prinzipien, nach denen das sog. Telefonie-Routing zwischen verschiedenen VoIP-Zonen (z.b. eine VoIP-Zone als Standort eines Unternehmens) realisiert werden kann. Hierbei ist das Konzept TRIP von großer Bedeutung. VoIP-Einsatz sollte in keinem Netwerkprojekt außer Acht gelassen werden. IP- Telefonie kommt zunehmend auch in kleinen Büros und in privaten Haushalten zum Einsatz. Die Migration zu VoIP in Unternehmen und in anderen Institutionen führt zu einem komplexen Projekt, bei dem mehrerer Aspekte berücksichtigt werden müssen. Dieser Thematik widmet sich Kapitel 10. Entstanden ist dieses Buch zum Teil auf der Basis von Skripten zu meiner Vorlesung Integrierte Netze, die ich an der Fachhochschule Fulda, Fachbereich Angewandte Informatik, für die Studenten des Schwerpunktes Telekommunikation gehalten habe. An dieser Stelle möchte ich meinen Dank an alle Personen richten, die mich mit ihren Anregungen unterstützt haben. Für kritisches Korrekturlesen bedanke ich mich bei allen Studenten, insbesondere bei Thorsten Grösch, Ansgar Jökel, Thomas Rinke und Matthias Staab. Für die gute Zusammenarbeit mit dem Hanser Verlag möchte ich mich insbesondere bei Frau Margarete Metzger und Frau Irene Weilhart aufrichtig bedanken. Nicht zuletzt möchte ich auch meiner Frau Ingeborg für die unendliche Geduld, die sie mir während des Schreibens dieses Buches entgegenbrachte, danken. Kapitel 7 Kapitel 8 Kapitel 9 Kapitel 10 Fulda, im April 2005 Anatol Badach

5 Der Autor Prof. Dr.-Ing. Anatol Badach Jahrgang 1947, arbeitet seit fast 30 Jahren auf den Gebieten Informatik und Telekommunikation; Promotion (1975) auf dem Gebiet Datenkommunikation; Habilitation (1983) auf dem Gebiet Rechnernetze. Seit 1985 ist er Professor im Fachbereich Angewandte Informatik an der Fachhochschule Fulda. Zu seinen Schwerpunkten in Lehre und Forschung gehören: Rechnerkommunikation, Netzwerktechnologien und Multiservice Networking. Zur Zeit forscht er im Bereich der Multimedia-Kommunikation über IP-Netze, insbesondere in der Entwicklung intelligenter und multimedialer TK-Dienste auf der Basis von Web Services. Prof. Badach ist Autor zahlreicher Veröffentlichungen und mehrerer Fachbücher, darunter Technik der IP-Netze (Hanser, Mitautor), Web-Technologien (Hanser, Mitautor), Integrierte Unternehmensnetze, Datenkommunikation mit ISDN, High Speed Internetworking (Mitautor). Seine Erfahrung vermittelt er auch als Leiter und Referent bei Fachkongressen und -seminaren. Ihre Kritik, Verbesserungsvorschläge und evtl. Korrekturen nehme ich gerne entgegen: Bei allen, die mir bereits nette Worte über dieses Werk und Korrekturen geschickt haben, möchte ich mich an dieser Stelle recht herzlich bedanken. VoIP und Web-Technologien basieren auf IP-Netzen ) M K C A * = I EI ) K B = C A ) K B = C A #

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