Voice over IP DIE TECHNIK GRUNDLAGEN, PROTOKOLLE, ANWENDUNGEN, MIGRATION, SICHERHEIT

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1 anatol BADACH Voice over IP DIE TECHNIK GRUNDLAGEN, PROTOKOLLE, ANWENDUNGEN, MIGRATION, SICHERHEIT»Ein gehaltvoller Überblick über die Technik und Einsatzfelder der paketvermittelten Sprachüber - tragung, der auch den Fragen von professionellen Technikprofis genügt.«wolfgang Treß 4. Auflage

2 Inhalt 1 Vom einfachen Telefon bis zu Next Generation Networks Vom Telefon bis zum intelligenten Netz Erfindung des Telefons Vom analogen Telefonnetz zum ISDN Vom ISDN zum Intelligenten Netz Ansätze für VoIP Allgemeines über Internet-Telefonie Erweiterung von ISDN mit einem IP-Netz IP-Netz als Backbone für PSTN/ISDN Kleines IP-Netzwerk als IP-TK-Anlage Evolution der Mobilfunknetze Aufbau der Mobilfunknetze nach GSM Aufbau von GPRS Konzept von UMTS Vereinfachte Architektur von UMTS UMTS-Ausbau und IMS VoIP und Konvergenz der Netze Von Singleservice-Netzen zum Multiservice-Netz Integration von Internet mit Intelligent Network PINT SPIRITS Gateway-Plattformen und Migration zu NGNs Konzept von Parlay/OSA Konzept von JAIN IMS als Kern von Next Generation Networks Allgemeines Konzept von IMS Mobilität von Benutzern in NGNs Registrierung der Lokation eines Benutzers VoIP-Session zwischen Benutzern VoIP-Aktivitäten bei Standardisierungsgremien, Organisationen und Foren IETF und Internet-Standards Organisation der IETF Working Groups mit VoIP-relevanten Themen ITU-T und Telekommunikationsstandards Organisation des ITU-T VoIP-betreffende SGs beim ITU-T... 52

3 VI Inhalt ETSI und VoIP Organisationen und Foren mit VoIP-Aktivitäten Schlussbemerkungen Signalisierung in Telefonnetzen und ISDN Signalisierung in Telefonnetzen ISDN-Konzept ISDN-Schnittstellen Protokollbereiche im ISDN D-Kanal-Protokoll Schicht 3 des D-Kanal-Protokolls Auf- und Abbau einer ISDN-Verbindung Signalisierungssystem Nr Funktionsteile von SS Funktionelle Struktur von SS SS7-Verlauf beim Auf- und Abbau einer ISDN-Verbindung Schlussbemerkungen TCP/IP- und VoIP-Protokolle Protokollfamilie TCP/IP Prinzip der Kommunikation im Internet Bildung von IP-Paketen Prinzip der Kommunikation im Internet Interpretation von IP-Adressen Zweistufige Adressierung Internet-Protokoll IP Transportprotokolle in IP-Netzen Verbindungsloses Transportprotokoll UDP...87 Nachteil der UDP-Fehlerkontrolle bei VoIP...88 UDP-Lite Verbindungsorientiertes Transportprotokoll TCP...90 TCP-Nutzung...91 Aufbau und Abbau einer TCP-Verbindung Einsatz von DNS Aufbau des DNS-Namensraums Resource Records Beispiel für eine Namensauflösung Ermittlung des SIP-Proxy in einer anderen Domain Protokolle für VoIP eine Übersicht...102

4 Inhalt VII 3.7 Bedeutung des Protokolls SCTP SCTP versus UDP und TCP SCTP-Assoziationen ENUM Konzept und Einsatz Bildung von ENUM-Domainnamen und NAPTR-RRs Beispiele für den ENUM-Einsatz Schlussbemerkungen VoIP und QoS in IP-Netzen QoS-Anforderungen bei VoIP Einflussfaktoren auf die VoIP-Qualität Ende-zu-Ende-Verzögerung Übermittlungszeit über ein IP-Netz Jitter-Ausgleichpuffer und Paketverluste Verfahren zur Garantie von QoS-Anforderungen Priorisierung von MAC-Frames Differentiated Services Differenzierung der IP-Pakete DiffServ-Domäne und -Region Queue-Management Priority Queueing Custom Queueing Fair Queueing Weighted Fair Queueing Class-based Weighted Fair Queueing Einsatz von RSVP Schlussbemerkungen Sprachcodierung und Echtzeitkommunikation mit RTP/RTCP Sprachcodierung bei VoIP Abtastwert-orientierte Sprachcodierung Prinzipien der Quantisierung Nichtlineare Quantisierung bei PCM Nachbildung der Spracherzeugung Segment-orientierte Sprachcodierung VoIP-relevante Sprachcodierungsverfahren Sprachqualität nach MOS-Skala Protokolle für Sprachübermittlung Bedeutung einer Session RTP/RTCP und Transportprotokolle der IP-Netze

5 VIII Inhalt 5.3 Konzept und Funktionen von RTP Aufbau von RTP-Paketen Statische und dynamische Payload-Typen Zeitstempel Berechnung und Nutzung Berechnung von Zeitstempel für RTP-Pakete Nutzung von Zeitstempel in RTP-Paketen Translator und Mixer Translator-Einsatz Mixer-Einsatz Protokoll RTCP Funktion von RTCP Typen der RTCP-Pakete Struktur der RTCP-Pakete Sender-Report (SR) Angaben im SR-Header Sender-Informationen Angaben in Report Blocks Receiver Report (RR) Einsatz von RTCP XR und VoIP-Metriken Abschätzung von QoS-Parametern Garantie der Isochronität Abschätzung von Jitter Abschätzung des Round-Trip Time Aussage über die Häufung von Paketverlusten E-Modell von der ITU-T Secure Real-time Transport Protocol (SRTP) Sicherheitsfunktionen von SRTP Key-Management-Protokoll und SRTP Gesicherte Kommunikation nach SRTP Prinzip der Integritätsprüfung und Authentifizierung SRTP- und SRTCP-Pakete Session Keys bei SRTP Vorbereitung eines RTP-Pakets zum Senden Bearbeitung eines empfangenen RTP-Pakets Schritte bei der Bearbeitung eines RTP-Pakets Kompression des RTP/UDP/IP-Headers Bedeutung von CRTP und ROHC Konzept der Kompression des RTP/UDP/IP-Headers Kompression und Dekompression nach CRTP Besonderheiten von ROHC Schlussbemerkungen...221

6 Inhalt IX 6 VoIP nach dem Standard H Systemkomponenten nach H H.323-Domains Protokollfamilie TCP/IP und H Sprach- und Videocodierung in H.323-Systemen Arten von Kanälen bei der Multimedia-Kommunikation Signalisierung nach H Schritte vor der Audio/Video-Übermittlung Schritte nach der Audio/Video-Übermittlung Fast Connect Procedure Realisierung von RAS-Funktionen Gatekeeper-Entdeckung Registrierung und Deregistrierung beim Gatekeeper Zulassung von Verbindungen Abfrage der IP-Adresse eines Endpunktes Signalisierung der Anrufe nach H Struktur von Anruf-SIG-Nachrichten beim H Anrufsignalisierung ohne Gatekeeper Direkte Anrufsignalisierung beim Gatekeeper-Einsatz Über Gatekeeper geroutete Anrufsignalisierung VoIP im Verbund mit ISDN Einsatz des Protokolls H Beschreibung von Terminal-Fähigkeiten Austausch von Terminal-Fähigkeiten Master/Slave-Festlegung Aufbau logischer Kanäle Abbau logischer Kanäle Änderung von Eigenschaften einer Verbindung Beispiel für einen Verlauf des Protokolls H Supplementary Services nach H.450.x H als Basis für Supplementary Services Beispiele für Supplementary Services Roaming bei VoIP nach H Arten von Roaming Registrierung eines Gast-Teilnehmers Ankommender Anruf zu einem Gast-Teilnehmer Abgehender Anruf aus einer Fremd-Domain Deregistrierung eines Gast-Teilnehmers Schlussbemerkungen

7 X Inhalt 7 VoIP mit SIP Verschiedene Aspekte des SIP-Einsatzes SIP und verschiedene Transportprotokolle Wichtige SIP-Besonderheiten Struktur von SIP-Adressen Funktion eines SIP-Proxy Trapezoid-Modell von SIP SIP-Verlauf im Trapezoid-Modell Unterstützung von Benutzermobilität Erweiterter SIP-Proxy als B2BUA Typischer SIP-Verlauf Angaben in SIP- Nachrichten SIP-Verlauf innerhalb einer Domain SIP-Verlauf ohne Proxy Beispiele für den Einsatz von SIP Typischer Einsatz von SIP-Proxy-Servern Umleitung einer Session mit Redirect-Server Weiterleitung einer Session mit Proxy-Servern Anrufverzweigung mit SIP Einsatz eines Voic -Servers SIP-Nachrichten ihre Bedeutung und Struktur Request-Typen Response-Klassen Aufbau von SIP-Nachrichten Struktur von SIP-Requests Struktur von SIP-Responses Wichtige Header-Felder Beschreibung von Sessions mit SDP Typischer Einsatz von SDP Bestandteile der Beschreibung einer Session Beschreibung auf dem Session-Level Zeitspezifische Angaben Beschreibung von Medien Betriebsarten bei SIP Proxy-Mode und Redirect-Mode Einsatz von Proxy- und Redirect-Server Registrierung der Lokation von Benutzern Sessionbezogene Leistungsmerkmale mit SIP Klassen der Leistungsmerkmale mit SIP Call Hold/Retrieve Anhalten/Wiederaufnahme...336

8 Inhalt XI Consultation Hold Anhalten mit Rückfrage Call Park Parken einer Session Call Pickup Übernahme einer Session Call Forwarding Weiterleitung einer Session Unattended Call Transfer Attended Call Transfer SIP-Verlauf bei Rückruf Response- und Request-Routing Konvergenz der IP-Netze und ISDN SIP und das D-Kanal-Protokoll SIP und Signalisierungssystem Nr Koexistenz von SIP und H Schlussbemerkungen VoIP-Gateways: Konzepte und Protokolle VoIP und klassische Systeme für Sprachkommunikation Konzept von MGCP Grundbegriffe bei MGCP MGCP-Commands MGCP-Responses Auf- und Abbau einer VoIP-Session nach MGCP Protokoll Megaco Konzept von Megaco Megaco-Commands Auf- und Abbau einer VoIP-Session nach Megaco Megaco und Integration von VoIP mit ISDN Schlussbemerkungen IP-Telefonie-Routing und VoIP-Peering Typische Probleme bei VoIP Routing ankommender Anrufe aus dem ISDN/PSTN Routing abgehender Anrufe Konzept und Einsatz von TRIP Bedeutung von TRIP TRIP als Bruder von BGP Vernetzung von VoIP-Zonen mit H Routing abgehender Anrufe zwischen H.323-Zonen Routing der Anrufe aus dem ISDN zu einer H.323-Zone Vernetzung von VoIP-Zonen mit SIP

9 XII Inhalt Routing der Anrufe zwischen VoIP-Zonen mit SIP Routing der ISDN-Anrufe zu VoIP-Zonen mit SIP Peering bei VoIP mit SIP Ziele und Arten von Peering Prinzip von Basic Peering Integrated Peering versus Decomposed Peering Federation-based Peering Schlussbemerkungen Migration zum VoIP-Einsatz Verschiedene Aspekte der Migration zu VoIP Sanfte Migration zu VoIP Harte Migration zu VoIP Typische Fälle bei der Migration zu VoIP Architekturmodelle der VoIP-Systeme Hybride VoIP-Systemarchitekturen Hybride VoIP-Systemarchitektur am Einzelstandort Arten der Vernetzung von TK-Anlagen Vernetzung von TK-Anlagen mit zentraler Anrufsteuerung Vernetzung von TK-Anlagen mit verteilter Anrufsteuerung Standortübergreifende hybride VoIP-Systemarchitekturen VoIP-Systemarchitekturen mit zentraler Anrufsteuerung VoIP-Systemarchitekturen mit verteilter Anrufsteuerung Reine VoIP-Systemarchitekturen Reine VoIP-Systemarchitektur am Einzelstandort Verkabelung für die Unterstützung von VoIP Getrennte Sprach- und Datenverkabelung Gemeinsame Sprach- und Datenverkabelung Standortübergreifende reine VoIP-Systemarchitekturen VoIP-Systemarchitektur mit zentraler Anrufsteuerung VoIP-Systemarchitektur mit verteilter Anrufsteuerung Auswahl einer VoIP-Systemlösung Hauptschritte bei der Migration zu VoIP Ist-Analyse bei der Migration zu VoIP Organisatorische Aspekte der Ist-Analyse Technische Aspekte der Ist-Analyse Anforderungen an VoIP-System Organisatorische Anforderungen Technische Anforderungen Komponenten des VoIP-Systemkonzeptes...425

10 Inhalt XIII 10.6 VoIP mit SIP in Netzwerken mit NAT Prinzipien von NAT Probleme mit SIP beim NAT-Einsatz Symmetric Response Hilfe bei der Signalisierung Symmetric RTP/RTCP Hilfe beim Medientransport Einsatz von STUN Nutzung von TURN ICE als Lösung des NAT-Problems Schlussbemerkungen VoIP-Sicherheit Probleme der VoIP-Sicherheit Primäre Ziele der VoIP-Sicherheit Verschiedene Aspekte der VoIP-Sicherheit Sicherheitsproblembereiche im Netzwerk Phasen des VoIP-Sicherheitsprozesses Vorgehensweise bei der Planung der VoIP-Sicherheit Bedrohungstypen und Angriffsarten bei VoIP Typische Angriffe in Netzwerken Typische Angriffe bei VoIP Angriffe auf dem Anwendungsniveau Angriffe auf dem Niveau der Transportschicht Angriffe auf IP-Niveau Angriffe auf MAC-Niveau Beispiele für einige Angriffe bei VoIP Klassen der Angriffe auf VoIP-Systeme Lauschangriffe bei VoIP und Gegenmaßnahmen Abfangen und Modifikation von VoIP-Anrufen Beeinträchtigen des VoIP-Dienstes Missbrauch des VoIP-Dienstes Sicherheit bei VoIP mit SIP Gefährdungen in VoIP-Systemen mit SIP Registration Hijacking Session Hijacking Entführung einer Session Imitation eines SIP-Proxy-Servers SIP Digest Authentication Einsatz und Konzept Prinzip der Authentifizierung nach SIP-Digest Authentifizierung bei Registrierung Benutzer-Authentifizierung von einem Proxy Einsatz von S/MIME bei SIP Asymmetrische Kryptosysteme als Grundlage von S/MINE

11 XIV Inhalt Idee des S/MIME-Einsatzes bei SIP Garantie der Vertraulichkeit bei SIP mit S/MIME Signierung von SIP-Nachrichten Ermittlung des Schutzbedarfs bei VoIP Beschreibung der Sicherheitsschwachstelle Vorgehensweise bei der Analyse von Bedrohungen Aussage über den Schutzbedarf Risikoanalyse Erfassung des Schutzbedarfs Festlegung von Sicherheitsanforderungen Darstellung der Sicherheitsschwachstelle Katalog von Sicherheitsanforderungen Maßnahmen zur Erhöhung der VoIP-Sicherheit Spezifikation von Sicherheitsmaßnahmen Typische Sicherheitsschwachstellen Schlussbemerkungen Literatur, Standards, Webquellen Abkürzungsverzeichnis Index

12 XVIII Vorwort Der Autor Prof. Dr.-Ing. Anatol Badach arbeitet seit über 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 Hochschule 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; dazu zählen Technik der IP-Netze (Hanser, Mitautor), Web-Technologien (Hanser, Mitautor), Integrierte Unternehmensnetze, Datenkommunikation mit ISDN, High Speed Internetworking (Mitautor). Seine Erfahrung vermittelt Prof. Badach auch als Leiter und Referent bei Fachkongressen und -seminaren. Ihre Kritik, Verbesserungsvorschläge und evtl. Korrekturen nehme ich gerne entgegen: Auch stelle ich Ihnen die Abbildungen gerne für Lehrzwecke zur Verfügung. Bei allen, die mir bereits nette Worte über dieses Werk und Korrekturen zu den vorherigen Auflagen geschickt haben, möchte ich mich an dieser Stelle herzlich bedanken. Über die Herausforderung, die vierte Auflage dieses Werkes zu verfassen und dem Leser die Entwicklungen der letzten drei Jahre auf dem Gebiet von VoIP präsentieren zu können, habe ich mich gefreut. Mangels Platz habe ich auf die Darstellung von einigen Themen wie z.b. VoIP-Notrufsysteme, Peer-to-Peer- Lösungen für VoIP verzichtet. Die Entwicklung auf dem Gebiet der multimedialen Kommunikation über IP-Netze ist einfach rasant. Mit dem Wissen wächst der Zweifel Johann Wolfgang von Goethe

13 1 Vom einfachen Telefon bis zu Next Generation Networks Seit der Erfindung des Telefons sind fast 150 Jahre vergangen. Dieses Gerät ist mittlerweile zum wichtigsten Kommunikationsmittel geworden. Weil die Sprachkommunikation für den Menschen von großer Bedeutung ist, kann man sich ein Leben ohne Telefon kaum noch vorstellen. Im Zeitalter des Internet werden Konzepte entwickelt, um menschliche Sprache auch über diese weltweite Kommunikationsplattform zu übermitteln. Im Internet verwendet man das Internet Protocol, kurz IP, nach dem Daten in Form sog. IP-Pakete übermittelt werden. Bei der Übermittlung der Sprache in IP-Paketen spricht man von Voice over IP (VoIP). Ein Telefon, mit dem man über VoIP telefonieren kann, ist kein bloßes Telefon mehr, sondern eigentlich ein Rechner. So ist die Telefonie mittels VoIP eine Form der Rechnerkommunikation. Dieses Zusammenwachsen der Sprach- und Datenkommunikation bezeichnet man als Konvergenz der Sprach- und Datennetze. Ein Next Generation Network (NGN) mit IMS (IP Multimedia Subsystem) ist ein konvergentes Netz mit dem Protokoll IP, in dem Sprach-, Datenund Videokommunikation gleichermaßen möglich ist. Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die bisherige Entwicklung der Netze für die Sprachkommunikation und erläutert die wichtigsten Trends. Abschnitt 1.1 zeigt die Entwicklung vom einfachen Telefon bis zum intelligenten Netz. Die Prinzipien von VoIP erläutert Abschnitt 1.2. Die Evolution der Mobilfunknetze zeigt Abschnitt 1.3. Abschnitt 1.4 erläutert die Konvergenz von Netzen. Auf NGNs mit IMS geht Abschnitt 1.5 ein. Abschnitt 1.6 stellt die VoIP- Aktivitäten bei Standardisierungsgremien und anderen Organisationen dar. In diesem Kapitel werden u.a. folgende Fragen beantwortet: Wie haben sich die Netze für die Sprachkommunikation entwickelt? Wie soll man sich VoIP vorstellen, und welche Ansätze dafür gibt es? Wie werden Mobilfunknetze (GSM, GPRS, UMTS) aufgebaut? Wie erfolgt die Konvergenz von Netzen, und welche Vorteile hat sie? Welche Bedeutung haben die Konzepte Parlay/OSA und JAIN? Worin besteht das Konzept von NGNs, und welche Bedeutung hat IMS? Wie lässt sich die Mobilität von Benutzern in NGNs erreichen? Mit welchen VoIP-betreffenden Entwicklungen befassen sich die Standardisierungsgremien IETF und ITU-T? Was ist VoIP? Next Generation Network Überblick über das Kapitel Ziel dieses Kapitels

14 2 1 Vom einfachen Telefon bis zu Next Generation Networks 1.1 Vom Telefon bis zum intelligenten Netz Das Telefon ist für unsere heutige Gesellschaft ein Mittel der Massenkommunikation geworden. Seine Geschichte begann bereits vor fast 150 Jahren. Im Laufe der Zeit wurde es um verschiedene Zusatzfunktionen erweitert. Das grundlegende Konzept des Telefons ist unverändert, nicht jedoch die Art und Weise, wie die Sprache übermittelt wird. Das Telefonnetz auch Fernsprechnetz genannt hat sich stark verändert: es wurde digitalisiert. Dies hat in Europa zur Entstehung von ISDN (Integrated Services Digital Network) geführt. Das digitale Telefonnetz und das ISDN werden laufend um intelligente Funktionen erweitert, sodass man heute vom intelligenten Netz (Intelligent Network) spricht Erfindung des Telefons Pioniere der Entwicklung Eine der bedeutendsten Erfindungen des 19. Jahrhunderts war die Erfindung des Telefons, das schnell zum wichtigsten Kommunikationsmittel wurde. Abbildung zeigt die Pioniere seiner Entwicklung. Johann P. Reis ( ) Alexander G. Bell ( ) Antonio S. G. Meucci ( ) Elisha Gray ( ) Abb : Pioniere der Entwicklung des Telefons Erste Idee des Telefons von Reis Bald werden 150 Jahre vergangen sein, seit der aus Gelnhausen bei Frankfurt stammende deutsche Physiker Johann Philipp Reis im Jahre 1861 einen Apparat vorstellte, der die Töne und Sprache mit Hilfe des elektrischen Stroms übertragen konnte. Das war das erste (noch sehr primitive) Telefon der Welt, bei dem ein Holzmodell einer Ohrmuschel verwendet wurde. Reis simulierte das Trommelfell, indem er an einem Ohrmodell ein Stück Wursthaut befestigte, deren Schwingungen von einem feinen Platinstreifen und einer Feder abgetastet wurden. Zwar war die Übertragung nur in eine Richtung möglich und die Leistungsfähigkeit sehr gering, doch stellte man bei den später durchgeführten Tests fest, dass das von Reis entwickelte Telefon die Sprache gut übermittelte. Dennoch wird Philipp Reis nicht als Erfinder des Telefons anerkannt, weil es ihm nicht gelang, seine Idee so zu verbessern, dass sich daraus eine praktische Anwendung ergeben hätte.

15 1.1 Vom Telefon bis zum intelligenten Netz 3 Erst 1876 gelang es dem US-Amerikaner Alexander Graham Bell, ein kommerziell brauchbares Telefon zu entwickeln. Er erkannte, dass für die Übertragung der Sprache eine kontinuierliche Änderung des Stroms nötig ist. Eine Lösung für die Umsetzung seiner Idee hat Bell in den Erkenntnissen der elektromagnetischen Induktion gefunden. Bell baute einen Apparat, der ähnlich dem Telefon von Reis die Schwingungen einer Membran in elektrische Schwingungen umwandelte und den beiden Gesprächsteilnehmern ermöglichte, miteinander zu sprechen. Allerdings waren Mikrofon und Lautsprecher in einem Handstück so eingebaut, dass man den Hörer beim Telefonieren abwechselnd an den Mund oder das Ohr halten musste. Bell hatte im Februar 1876 für seine Erfindung ein Patent beantragt. Nur zwei Stunden später am gleichen Tag versuchte auch der US-Amerikaner Elisha Gray, einen ähnlichen Apparat anzumelden. Drei Wochen später, am 7. März, erhielt Bell das Patent für sein Telefon, das jedoch, im Gegensatz zur Erfindung von Gray, erst nach einigen Tagen überhaupt betriebsbereit war. Bell gründete im Jahr 1877 die Firma Bell Telephone Association, die den Bau eines Telefonnetzes in den USA übernehmen sollte. Diese Firma benannte sich 1885 in American Telephone and Telegraph Company (AT&T) um und ist heute der größte Telefonkonzern der Welt. Neuesten Erkenntnissen zufolge ist der US-Italiener Antonio Santi Giuseppe Meucci der eigentliche Erfinder des Telefons. Meucci hatte seine Erfindung in der italienischen Ausgabe eines amerikanischen Journals vorgestellt und im Dezember 1871 eine Patentanmeldung beantragt, die allerdings 1874 auslief, da Meucci nicht in der Lage war, die notwendigen Gebühren in Höhe von 250 Dollar zu bezahlen. Die amerikanischen Behörden hatten von 1887 an versucht, das Patent von Bell zu annullieren und ihn wegen Betrugs anzuklagen. Durch den Tod Meuccis im Jahr 1889 und den regulären Ablauf des Patents wurde der ganze Vorgang aber abgeschlossen, ohne rechtliche Klärung, wer der wahre Erfinder des Telefons ist. Erst am 11. Juni 2002 wurde in den USA offiziell beschlossen, Meucci als Erfinder des Telefons anzuerkennen. Das Telefon verbreitete sich schnell, und seit der Erfindung des analogen Telefons hat sich im Telefonapparat viel verändert. Abbildung soll dies zum Ausdruck bringen. Bis Ende der 60er-Jahre des 20. Jahrhunderts änderte sich an der Funktionsweise der Telefone kaum etwas, hauptsächlich sind die Apparate kleiner geworden. In den 70er-Jahren kam das Tastentelefon auf den Markt, wodurch sich die Bedienbarkeit vereinfachte. Bell galt lange als Erfinder des Telefons Zwei Patentanmeldungen in zwei Stunden Seit 2002 gilt Meucci als Erfinder des Telefons Große Veränderungen im Telefonapparat a) b) Siemens-1900 CISCO 7970 Abb : Zwei Generationen von Telefonen: a) Analoges Telefon vor 100 Jahren, Modell Siemens-1900 von Siemens, b) VoIP-Telefon, Modell 7970 von CISCO Durch die Digitalisierung des Telefonnetzes, was in Europa zur Entstehung des ISDN geführt hat, konnten digitale Telefone zum Einsatz kommen. Ein ISDN-

16 4 1 Vom einfachen Telefon bis zu Next Generation Networks Telefon erzeugt aus dem Sprachsignal einen kontinuierlichen Bitstrom von 64 kbit/s und stellt verschiedene Zusatzfunktionen die sog. Leistungsmerkmale zur Verfügung. Die VoIP-Telefone stellen die neueste Generation der Telefone dar und sind heute im Vergleich zu einem Telefon vor 100 Jahren sehr komplizierte Endeinrichtungen. Eine sehr interessante Geschichte der Telefonie ist zu finden unter und Vom analogen Telefonnetz zum ISDN Besonderheit der analogen Sprachkommunikation Die menschliche Sprache, die durch ein Mikrophon aufgezeichnet wird, stellt ein analoges Sprachsignal mit den Frequenzen von ca. 300 bis 3400 Hz dar. Die alten Telefonnetze wurden so konzipiert, dass die Übertragung der analogen Signale mit den Frequenzen bis zu 4000 Hz zwischen zwei Telefonen möglich war. In diesem Zusammenhang sprach man auch von einem analogen Sprachkanal mit der Bandbreite von 4 khz. Abbildung zeigt die Phasen bei der analogen Sprachkommunikation über ein Telefonnetz. 6 A E A D A H) ) = C A I 6 A A B A J. 8 5 J. 8 5 J J J 6 A E A D A H* 6 A H : 6 A H ; 8 A H> K C I = K B> = K = = C A 5 F H =? D K E = JE 6 A A B C A I F H? D 8 A H> K C I = > > = K Abb : Phasen bei der analogen Sprachkommunikation FVSt: FernVermittlungsStelle, TVSt: TeilnehmerVermittlungsStelle, Tel-Nr: Telefonnummer Begriff: Signalisierung Eine Telefonverbindung muss vor dem Telefongespräch aufgebaut und danach abgebaut werden. Hierfür müssen entsprechende Steuerungsangaben (u.a. die Ziel-Rufnummer) an die Vermittlungsstellen als Knoten im Telefonnetz übermittelt werden. Die Übermittlung der Steuerung, um eine Verbindung auf- und abzubauen, bezeichnet man als Signalisierung 1. Sie wird in analogen Telefonnetzen durch die Übermittlung spezieller Signale realisiert, die u.a. durch Abheben und Auflegen des Hörers erzeugt werden. Da diese Signale über den 1 Der Begriff Signalisierung wird benutzt, weil es sich hier u.a. um die Anzeige also um die Signalisierung (oft akustisch) eines ankommenden Anrufes beim Angerufenen handelt.

17 Abkürzungsverzeichnis 3GPP Third Generation Partnership Project A AC Authentication Center AccCF AccessConFirm(ation) AccRQ AccessReQuest ACELP Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction ACF Admission ConFirm(ation) ACK ACKnowledgement ACM Address Complete Message ACT Attended Call Transfer ADPCM Adaptive Differential PCM ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line AES Advanced Encryption Standard ANS ANSwer Message AoR Address of Record APDU Application Protocol Data Unit API Application Programming Interface ARP Address Resolution Protocol ARQ AdmissionReQuest AS Application Server ASN.1 Abstract Syntax Notation No. 1 AVP Audio Video Profiles B B2BUA Back-to-Back UA B&K Bill & Keep BE Border Element BG BGP BSC BSI BTS Border-Gateway Border Gateway Protocol Base Station Controller Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik Base Transceiver Station C CA Call Agent CBQ Class Based Queueing CBWFQ Class-based Weighted Fair Queueing CC Call Completion CCBS CC to Busy Subscriber CCNR CC on No Reply CCITT Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique CD Call Deflection CELP Code-Excited Linear- Prediction CF Call Forwarding CFB CF Busy CFNA/R CF No Answer/Reply CFU CF Unconditional CID Context Identifier CLC CloseLogicalChannel CM Counter Mode CN Core Network COPS Common Open Policy Service CoS Class of Service CQ Custom Queueing CPNP Calling Party Network Pay CRC Cyclic Redundancy Check

18 506 Abkürzungsverzeichnis CS Circuit Switched CS-ACELP Conjugate-Structure ACELP CSCF Call Session Control Function CSRC Contributing SouRCe Identifiers CRTP Compressed RTP Cseq Command Sequence ct capabilitytable CT Call Transfer CTI Computer Telephony Integration D DBE Data-path Border Element DCCP Datagram Congestion Control Protocol DCF Disengage ConFirm(ation) DCOM Distributed Component Object Model DCPU Directed Call Pickup DDoS Distributed DoS DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications DES Digital Encryption Standard DH Diffie-Hellman DHCP Dynamic Host Configuration Protocol DiffServ Differentiated Services DL Data Link DMZ DeMilitarisierte Zone DNS Domain Name System DoS Denial of Service DPCM Differential PCM DRQ Disengage Request DS Differentiated Services DSL Digital Subscriber Line DSCP DiffServ Code Point DTLS Datagram TLS DU Descriptor Update DUAck Descriptor UpdateAck E EIR Equipment Identication Register ENUM Telephone Number URI Mapping bzw. TElephone NUmber Mapping ETSI European Telecommunications Standards Institute F FCP FIFO FQ FT FTP FVSt FW Fast Connect Prozedur First In First Out Fair Queueing Finish Time File Transfer Protocol Fernvermittlungsstelle Firewalls G G Generation GCF Gatekeeper ConFirm(ation) GCPU Group Call Pickup GGSN Gateway GPRS Support Node GK Gatekeeper GK-P Gatekeeper-Proxy GPSR General Packet Radio Service GRJ GatekeeperReJect GRQ Gatekeeper ReQuest GSM Global System for Mobile Communications GW Gateway

19 Abkürzungsverzeichnis 507 H HDLC High Level Data Link Control HLF Home Location Function HLR Home Location Register HMAC Hashing for Message Authentication HSS Home Subscriber Server HTTP HyperText Transfer Protocol I IAM Initial Address Message IANA Internet Assigned Numbers Authority IAX Inter-Asterisk exchange ICE Interactive Connectivity Establishment ICMP Internet Control Message Protocol I-CSCF Interrogating-CSCF ID Identifikation IE Information Element IDEA International Data Encryption Algorithm IESG Internet Engineering Steering Group IETF Internet Engineering Task Force IKE Internet Key Exchange IMS IP Multimedia Subsystem IMTC International Multimedia Teleconferencing Consortium IN Intelligent Network INAP Intelligent Network Application Part IP Internet Protocol IPsec IP Security IPv4 Internet Protocol Version 4 IPv6 Internet Protocol Version 6 IRTF ISC ISDN ISUP ISP ITAD ITU Internet Research Task Force International Softswitch- Consortium Integrated Services Digital Network ISDN User Part Internet Service Provider IP Telephony Administrative Domain International Telecommunication Union ITU-T ITU, Telecommunication Standardization Sector J JAIN K KMP Java API for Integrated Networks Key Management Protocol L LAN Local Area Network LAPD Link Access Procedure on D-Channel LBS Location Based Services LCF LocationConfirm(ation) LDAP Lightweight Directory Access Protocol LD-CELP Low-Delay CELP LPC Linear Predictive Coding LRQ Location ReQuest LS Location-Server M MAC MAC MAP MC Medium Access Control Message Authentication Code Mobile Application Part Media Channel

20 508 Abkürzungsverzeichnis MCC Media Control Channel MCU Multipoint Control Unit Megaco Media Gateway Control MG Media Gateway MGC Media Gateway Controller MGCP Media Gateway Control Protocol MIKEY Multimedia Internet KEYing MIME Multipurpose Internet Mail Extension MitM Man-in-the-Middle MKI Master Key Identifier MOS Mean Opinion Score MP-MLQ Multipulse Maximum Likehood Quantization MSC Message Switching Center MSD MasterSlaveDetermination MSF Multiservice Switching Forum MTP Message Transfer Part N NAPTR Naming Authority Pointer NAPT Network Address Port Trans lation NAT Network Address Translation NGN Next Generation Network NSP Network Service Provider NTP Network Time Protocol O OK OLC OMA OSA OSI OSP Okay Open Logical Channel Open Mobile Alliance Open Service Architecture/ Access Open System Interconnection Open Settlement Protocol P P2PSIP Peer-to-Peer SIP PBX Private Branch Exchange PCM Pulse Code Modulation P-CSCF Proxy-CSCF PDA Personal Digital Assistant PHB Per Hop Behaviours PINT PSTN/Internet INTerworking PKCS Public Key Cryptography Standard PKI Public Key Infrastructure PPP Point-to-Point Protocol PQ Priority Queueing PS Proxy-Server PS Packet Switched PSTN Public Switched Telephone Network PT Payload Type Q Q Queue QoS Quality of Service Q-SIG Q-Signalling R R Router R&S Router und Splitter RADIUS Remote Authentication Dial-In User Service RAN Radio Access Network RAS Registration, Admission, Status REL RELease RCF Registration Confirm(ation) RCN Radio Network Controller RFC Request for Comments RIP Request In Progress RIP Routing Information Protocol