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1 Voice over IP VOICE OVER IP - EIN ÜBERBLICK

2 Inhalt 2 Was ist VOIP Definition Funktionsprinzip Signalisierungsprotokolle Rufnummernsysteme Gesprächsübertragung Digitale Verarbeitung analoger Signale Codec MOS Sprachqualität QoS Qualitätsmerkmale Systemarchitektur Verbindungspreise Sicherheit und Sicherheitsrisiken Anbieter / Skype Quellen

3 Was ist VoIP? 3

4 Definition 4 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

5 Funktionsprinzip 5 Von außen wie bei klassischer Telefonie Paketvermittelt Aufteilung des Telefongesprächs in drei Vorgänge: - Verbindungsaufbau - Gesprächsübertragung - Verbindungsabbau

6 Verbindungsaufbau 6

7 Signalisierungsprotokolle (1) 7 Die Rufsteuerung, der Austausch von Gesprächsparametern 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 Feste Zuordnung von Telefonnummern zu IP- Adressen ist nicht möglich Lösung: VoIP Teilnehmer/Endgeräte hinterlegen IP-Adresse mit Benutzernamen bei Server

8 Signalisierungsprotokolle (2) 8 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 SCCP Skinny Client Control Protocol von Cisco Jingle Erweiterung des Jabber/XMPP Protokolls, begründet durch Google Talk Quelle: Wikipedia

9 SIP (Session Initiation Protocol) (1) 9 Textbasierendes Client/Server Sitzungssignalisierungsprotokoll, entwickelt von der Internet Engineering Task Force (IETF), herstellerunabhängig Ermöglicht Einsatz von SIP-basierten Systemen in heterogenen Umfeldern (Kopplung von VoIP- Komponenten unterschiedlicher Hersteller) Teilnehmer besitzen SIP-Adressen (ähnlich Adressen) im Uniform-Resource-Identifier-Format (URI-Format) z.b. Einmalige Registrierung der Endgeräte bei Erststart auf SIP-Server über Nachricht des Anrufers an Server

10 SIP (Session Initiation Protocol) (2) 10 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

11 SIP (Session Initiation Protocol) (3) 11 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.

12 SIP (Session Initiation Protocol) (4) 12 Trace einer SIP Verbindung

13 VoIP Transportprotokolle 13 Bei Voice-over-IP unterscheidet man zwischen den Datenpaketen zum Verbindungsauf- und -abbau (Signalisierung) und den eigentlichen Sprachpaketen (Datenstrom). Die Signalisierungsdaten (call control) müssen dabei möglichst sicher übertragen werden (TCP). Sie steuern die Verbindung. Sie dürfen länger unterwegs sein und einen größeren Protokoll- Overhead haben. Hauptsache die Verbindung kommt zu Stande.

14 VoIP Transportprotokolle 14 Dagegen müssen die Sprachpakete umso schneller und verzögerungsfrei unterwegs sein. Dabei kann man sich eine unsichere Übertragung leisten (notfalls verschluckte Silben ). Sprachpakete werden zuerst in RTP-Pakete und dann in UDP-Pakete verpackt und zur Adressierung zusätzlich mit einem IP-Header versehen. Das Real-Time Transport Protocol (RTP) ist ein Protokoll, speziell zur kontinuierlichen Übertragung von audiovisuellen Daten (Streams) über IP-basierte Netzwerke.

15 VoIP Transportprotokolle 15 Bevorzugte Transportprotokolle sind TCP und UDP Signalübertragung standardm. über Port 5060 VOIP VERBINDUNGEN

16 H Standard der Telefonindustrie ITU-T (International Telecommunicaton Union - Telecommunicaton Standartisation Sektor) Beschreibt Übertragung von Echtzeitdaten (Audio-, Video-, und Faxdaten) in paketorientierten Transportnetzen Standard sehr komplex, schwer an Anwendungen anpassbar

17 Rufnummernsysteme 17 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 wird e164.arpa)

18 Gesprächsübertragung 18 Quelle: Wikipedia

19 Digitale Verarbeitung analoger Signale 19 Analog-Digital-Umsetzer wandelt analoge Signale in digitale Signale um Codecs wandeln digitale Signale in Audiobitformate

20 CODEC 20 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 Ü-bandbreite sowie die resultierende Sprachqualität Datenempfänger nutzt gleichen Codec wie Datensender

21 CODEC - Typen 21

22 MOS - mean option score 22 Der MOS ist Bewertungsmaßstab für die Übertragung von Sprache Skala:

23 Sprachqualität 23

24 Hauptprobleme der Sprachqualität 24 Diese entstehen durch eine zu geringe Bandbreite und zu lange Distanzen. Paketverluste, hoher Jitter und große Verzögerungen reduzieren die Sprachqualität.

25 Einflussfaktoren auf die 25 Sprachqualität

26 Einflussfaktoren - Delay / 26 Packet Loss Paketverluste - Packet Loss Ein Sprachpaket enthält nur etwa 20 bis 30 ms an Sprache, was in etwa einer Silbe entspricht. Eine Silbe nachzuliefern macht wenig Sinn und ist auch nicht notwendig (UDP). Sofern das nicht zu häufig auftritt, kann man den Verlust verschmerzen. Delay Die Verzögerungszeit zwischen Sprechen des Senders und Hören beim Empfänger (Mund zu Ohr) ist ein entscheidendes Kriterium für die empfundene Qualität des VoIP-Gesprächs.

27 Einflussfaktoren - Jitter 27 ist die Bezeichnung für die Abweichung vom normalen Paketabstand. Ein Jitter-Buffer beim Empfänger soll dafür sorgen, dass Unregelmäßigkeiten bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden können. Jitter macht sich akustisch durch eine ungleiche, zitternd-flatternde Stimme bemerkbar.

28 QoS - quality of service 28 QoS beschrieben in (IEEE 802.1p) Priorisierung von Datenpaketen aufgrund von Merkmalen und Eigenschaften Ziel: kontinuierlicher Datenstrom Sprachdaten werden bevorzugt behandelt Allgemein als Dienstgüte bezeichnet

29 QoS - quality of service 29

30 Qualitätsmerkmale 30 Datenpakete müssen als getreues Abbild des ursprünglichen Datenstroms beim Gegenüber ankommen Datendurchsatz hängt von Codierung ab Erforderliche Bandbreite: 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

31 Systemarchitekturen 31 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

32 Terminal 32 Endgerät zur Ein- und Ausgabe von Sprachinformationen Quelle: Wikipedia

33 Gateway 33 Ist mit Kommunikationsnetzwerk des IP-Telefons sowie mit herkömmlichen Telefonnetz verbunden Bei Empfangen einer Anfrage von IP-Telefon, weiterleiten dieser ins Telefonnetz durch anrufen der gewünschten Nummer Bei Anruf aus Telefonnetz, weiterleiten einer Anfrage an das entsprechende IP- Telefon Quelle: Wikipedia

34 Gateway 34

35 Gatekeeper 35 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

36 MCU (Multipoint Control Unit) 36 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

37 Standortvernetzung 37

38 Verbindungspreise 38 Sind beide Teilnehmer im Internet, dann 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)

39 Sicherheit 39 Einsatz speziell optimierter Betriebssysteme mit standardmäßig integrierten Firewall-funktionen (spezielle Varianten von Linux, Solaris oder Windows) Virenscanner, IDS/PDS Systeme (erkennen Angriffe auf System) Authentifizierung möglichst aller Benutzer und Endgeräte Gesicherte End-to-End-Verschlüsselung mit Secure Real-time Transport Protocol (SRTP)

40 Sicherheitsrisiken (1) 40 Datenübertragung über Shared Medium, Abgreifen von Daten# möglich - 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)

41 Sicherheitsrisiken (2) 41 Phreaking (Hack zum kostenlosen Telefonieren) 1. zwei speziell präparierte Clients bauen über SIP- Proxy ein Gespräch auf 2. nach Gesprächsabbau wird dem SIP-Proxy der Gesprächsabbau signalisiert 3. SIP-Proxy denkt Sitzung ist beendet, aber RTP Datenstrom wird von Clients aufrechtgehalten 4. Gesprächspartner telefonieren kostenlos weiter VoIP Spam oder SPIT ( Spam over Internet Telephony ), begünstigt durch geringe Gesprächskosten

42 VoIP Anbieter 42

43 Skype (1) 43 Kostenlose VoIP-Software (IM,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

44 Skype (2) 44 Funktioniert nach dem Peer-to-Peer-Prinzip Authentifizierung und Abrechnen erfolgen über einen zentralen Rechner Unterstützte Betriebssysteme: Microsoft Windows, Mac OS,Android Entwickelt und programmiert von den Erfindern von KaZaA September 2005 wurde Skype an ebay verkauft für 2,6 Milliarden Dollar. Seit 2011 im Besitz von Microsoft für 8,5 Milliarden Dollar

45 Skype (3) 45 Quellen:

46 Quellen 46 Bundesamt für Sicherheit und Informationstechnik, VoIPSEC Studie zur Sicherheit von Voice over Internet Protocol Andrew S. Tanenbaum Computernetzwerke Vortrag VoIP von Jürgen Prahl VoiP Grundlagen Qualifizierung SPA Telekom Schulungsunterlagen

47 47 ENDE Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

48 Aufgaben 48

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